[发明专利]一种精密离焦检测装置及检测方法

说明书

一种精密离焦检测装置及检测方法，包括离焦检测光路的构建，离焦检测算法的实现，对离焦量的检测和补偿，数据的记录等步骤。根据系统的精度和动态范围的需求，设计不同的光路，选择不同的显微物镜和柱面镜，通过改变显微物镜，两个柱面镜，四象限探测器之间的距离，来达到不同的精度和动态范围。当样品离焦时，反射到探测器上的光斑形状发生变化，形成的离焦误差信号发生变化，通过离焦误差信号来与离焦量的关系来得到精确的离焦量。在激光直写光刻，大面积显微共聚焦扫描成像领域的离焦检测中有着很广泛的应用，可以精确的对系统运行过程中的离焦量进行实时检测和补偿。本发明简单实用，操作便捷，具有很高的应用价值。

技术领域

本发明涉及激光直写光刻，显微镜大面积共聚焦扫描成像领域，是一种精密离焦量检测装置和检测方法。

背景技术

在大面积激光直写光刻，显微镜共聚焦扫描成像领域，为了达到更高的刻写精度和成像精度，所应用在系统中的物镜数值孔径非常高，通常达到0.8以上，由此导致物镜的焦深非常之小，通常只有几百纳米，由此在系统运行过程中，由于样品位置放置不平整，运动平台在运动过程中的抖动，外部环境对系统的干扰，必然带来样品的离焦问题，因此对离焦量的精密检测，成为这些领域关键技术和研究热点。

在当前采用多为基于图像处理的检测方法，当CCD看到显微物镜下样品表面清晰时，即为准焦，模糊时即为离焦，以此作为判断依据来进行离焦检测；或者是设置标记点，通过CCD观察标记点的位置和距离来判断离焦量(用于显微镜的自动聚焦方法和设备，CN102998786A)。这两种方法均精度不高，并且第二种方法操作装置复杂，当采用高数值孔径的显微物镜时，都难以满足系统要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精密离焦检测装置及检测方法。设计了一套离焦检测装置，通过公式计算并进行仿真，得到离焦离焦检测装置的系统参数和检测光路的光学参数并构建离焦检测装置。设计了一套离焦检测算法，当样品出现离焦时，离焦检测装置检测到信号变化，通过算法对信号进行处理，精确地计算离焦量，并驱动压电陶瓷进行离焦补偿。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种精密离焦检测装置及检测方法，其特点在于，包括激光器、1/2波片、四象限探测器、柱面镜、偏振分光棱镜、1/4波片、显微物镜、压电陶瓷控制器、压电陶瓷执行器、计算机、控制器等；

所述四象限探测器的输出端与所述控制器的输入端相连，且该控制器与所述计算机进行通讯。

所述压电陶瓷控制器的输出端与所述压电陶瓷执行器的输入端相连，且该压电陶瓷控制器与所述计算机进行通讯。

利用所述的离焦检测装置进行离焦检测的方法，其特点在于，该方法包括以下步骤：

步骤1)用磁控溅射方法在玻璃基底上镀上一层铝薄膜作为铝膜样品(13)；

步骤2)计算聚焦误差电压信号FES：

a)将四象限探测器的四个象限依次设为A,B,C,D，采用电流电压转换器将四个象限采集到的电流信号转换为电压信号，设测得四个象限的电压值分别为V_A、V_B、V_C、V_D；

b)利用加法器、减法器和除法器，计算聚焦误差电压信号FES：

c)将离焦误差电压信号FES传入控制器(13)；

步骤3)设计离焦检测光路

a)根据系统需要的动态范围L₀，选择满足条件的系统参数。

b)仿真公式的计算过程如下：

根据成像公式可得：