[发明专利]一种基于光束波前调制的同轴检焦装置

权利要求书

1.一种基于光束波前调制的同轴检焦装置，其特征在于：所述检焦装置包括检焦光源(101)、聚焦透镜(102)、针孔滤波器(103)、光束准直透镜(104)、分光棱镜(105)、反射镜(106)、投影物镜(107)和成像CCD(109)；检焦光源(101)采用632.8nm的HE-NE激光器，经过聚焦透镜(102)将检焦光束汇聚到其焦点位置，而后聚焦透镜(102)焦面位置采用直径为5μm针孔滤波器(103)对光束进行滤波，光束以点光源发光形式被光束准直透镜(104)调制为平面波，该平面波被分光棱镜(105)分为两束，即参考光束(201)和测量光束(202)，其中参考光束(201)穿过分光棱镜(105)被倾斜的反射镜(106)反射以平面波的形式到达成像CCD(109)靶面，反射镜(106)的镜面与xoz面垂直，与z轴夹角θ＝0.01－0.02rad；而测量光束(202)则被分光棱镜(105)反射后穿过投影物镜(107)到达硅片(108)表面，再被硅片(108)反射透过投影物镜(107)直达成像CCD(109)靶面；当硅片处于离焦位置(108’)时，被硅片(108)反射的测量光束(202)被调制为发散或汇聚的球面波，最终在成像CCD(109)表面，参考光束(201)和测量光束(202)发生干涉形成包含离焦量α信息的干涉条纹，通过对干涉条纹进行相位解析得到硅片(108)在z轴方向的离焦量。

2.根据权利要求1所述的一种基于光束波前调制的同轴检焦装置，其特征在于：所述硅片(108)在z轴方向的离焦量被调制到干涉条纹中，离焦量大小直接表现为干涉条纹的相位变换，其中在理想焦面位置，条纹呈现一维正弦条纹，在正反方向离焦时条纹发生弯曲，弯曲程度和形态与硅片(108)的离焦量相关。

3.根据权利要求1所述的一种基于光束波前调制的同轴检焦装置，其特征在于：所述通过对干涉条纹进行相位解析得到硅片(108)在z轴方向的离焦量是通过直接观测干涉条纹弯曲与否来确定，避免了传统的三角检焦方法中需测量硅片的高度间接判断硅片是否离焦。

4.根据权利要求1所述的一种基于光束波前调制的同轴检焦装置，其特征在于：所述通过对干涉条纹进行相位解析得到硅片(108)在z轴方向的离焦量时采用傅里叶变换或者小波变换方法，即通过对该条纹图像进行相位解析，得到相位分布图，再根据公式(3)得出离焦量α：

I(x,y)=(E1+E2)·(E1+E2)*=C′2+B′2+2B′C′cos(kx2+y22(l-f′)+-f·f′α-2kα-kKx)---(3)]]>

C’，B’分别表示参考光束(201)和测量光束(202)中的常量部分；

E₁(x,y)＝Cexp(jkKx)exp(jkZ)            (1)

E₁表示参考光束(201)在成像CCD(109)靶面形成的倾斜平面波复振幅;

C代表参考光束(201)的振幅，k代表波矢，K代表平面反射镜(106)的倾斜因子，Z代表成像CCD(109)在Z轴的坐标值;

E₂表示测量光束(202)看作是由A点发出投影到A′点的球面波的复振幅：

E2(x,y)=Bexp(jk(l+f-2α))·exp(jkx2+y22(l-f′)+-f·f′α)---(2)]]>

B代表测量光束(202)的振幅，l表示投影物镜(107)到CCD(109)靶面的距离，f表示投影物镜(107)的像方焦距，f’表示投影物镜(107)的物方焦距，

通过公式(3)得出基于光束波前调制的同轴检焦装置将离焦量α调制为干涉条纹的相位分布。