[发明专利]单层及多层微纳结构图形试样跟踪装置及方法

权利要求书

1.单层及多层微纳结构图形试样跟踪装置，其特征在于，包括物镜(21)、线阵CCD(2)、面阵CCD(7)、成像透镜(10)和分光元件(5)，所述的线CCD(2)到成像透镜(10)的距离，与所述的面CCD(7)到成像透镜(10)的距离均等于该成像透镜(10)的焦距，且所述的线CCD(2)到分光元件(5)的距离与面CCD(7)到分光元件(5)的距离相同；所述的面阵CCD(7)探测的最大光斑直径为d_max,最小光斑直径为d_min；

所述的线阵CCD(2)的分辨率为n×1，所述的面阵CCD(7)的分辨率为p×q，且p≥n，q≥n；

入射光经所述的物镜(21)汇聚后，照射在微纳结构图形试样(22)上，经该微纳结构图形试样(22)反射，反射光经成像透镜(10)成像、经分光元件(5)分束后，分别由所述的线阵CCD(2)和面阵CCD(7)清晰成像，且所述的物镜(21)与微纳结构图形试样(22)的距离能确保所述的面阵CCD(7)的光斑直径

2.根据权利要求1所述的单层及多层微纳结构图形试样跟踪装置，其特征在于，还包括用于物镜(21)移动的压电陶瓷(20)和用于微纳结构图形试样(22)移动的位移台(23)，该压电陶瓷(20)和位移台(23)分别与控制器(24)相连，以及用于给微纳结构图形试样(22)照明的照明模块(1)。

3.一种单层及多层微纳结构图形试样的跟踪方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤①构建跟踪光路：包括照明模块(1)、线阵CCD(2)、计算机(3)、第一光阑(4)、分光元件(5)、第二光阑(6)、面阵CCD(7)、激光器(8)、分光棱镜(9)、成像透镜(10)、第三反射镜(11)、扩束镜(12)、衰减片(13)、1/2波片(14)、第一反射镜(15)、偏振分光棱镜(16)、1/4波片(17)、第二反射镜(18)、粗调电机(19)、压电陶瓷(20)、物镜(21)、供微纳结构图形试样(22)放置的位移台(23)和控制器(24)；

所述照明模块(1)发出白光依次经过所述分光棱镜(9)、第一反射镜(15)、偏振分光棱镜(16)、1/4波片(17)、第二反射镜(18)和物镜(21)后，入射到微纳结构图形试样(22)，经该微纳结构图形试样(22)反射后，沿原光路返回，依次经所述的物镜(21)、第二反射镜(18)、1/4波片(17)、偏振分光棱镜(16)和第一反射镜(15)后，入射到所述分光棱镜(9)，经该分光棱镜(9)反射后，依次经所述的成像透镜(10)和第三反射镜(11)后，入射到所述的分光元件(5)，经该分光元件(5)分为反射光束和透射光束，所述的反射光束经第二光阑(6)入射到面阵CCD(7)，所述的透射光束经第一光阑(4)入射到线阵CCD(2)；

所述的激光器(8)发出激光，依次经所述的扩束镜(12)、衰减片(13)、1/2波片(14)、偏振分光棱镜(16)、1/4波片(17)、第二反射镜(18)和物镜(21)后，入射到微纳结构图形试样(22)，经该微纳结构图形试样(22)反射后，沿原光路返回，依次经所述的物镜(21)、第二反射镜(18)和1/4波片(17)后，入射到所述的偏振分光棱镜(16)，经该偏振分光棱镜(16)反射后，经所述的第一反射镜(15)入射到所述的分光棱镜(9)，经该分光棱镜(9)反射后，依次经所述的成像透镜(10)和第三反射镜(11)后，入射到所述的分光元件(5)，经该分光元件(5)分为激光反射光束和激光透射光束，所述的激光反射光束经第二光阑(6)入射到面阵CCD(7)，所述的激光透射光束经第一光阑(4)入射到线阵CCD(2)；所述的线阵CCD(2)、面阵CCD(7)、位移台(23)、控制器(24)与所述计算机(3)进行通讯；线阵CCD(2)、压电陶瓷(20)、位移台(23)与控制器(24)实时通讯；

步骤②将微纳结构图形试样(22)放置于位移台(23)上，控制压电陶瓷(20)运动到中间行程，通过粗调电机(19)使得微纳结构图形试样(22)的第一层表面在面阵CCD(7)中清晰成像，并设该点为该层焦点位置；

步骤③控制压电陶瓷(20)上下运动lμm，找出面阵CCD(7)探测到的最大光斑直径d_max与最小光斑直径d_min，计算出中间位置的光斑直径控制压电陶瓷(20)回到中间行程，调节扩束镜(12)使得面阵CCD(7)中激光光斑直径为d，控制压电陶瓷(20)上下运动lμm,运动分辨率2nm，完成激光光斑直径与离焦距离的数据标定,绘制激光光斑直径与离焦量的拟合曲线；

步骤④通过线阵CCD(2)采集激光光斑直径数据，然后结合激光光斑直径与离焦量拟合曲线，得出当前位置的离焦量，控制压电陶瓷(20)实时自动跟踪；

步骤⑤控制位移台(23)做扫描运动，完成微纳结构图形试样(22)第一层表面自动跟踪，控制粗调电机(19)移动到微纳结构图形试样(22)的各层，依次完成微纳结构图形试样(22)的各层自动跟踪。

4.根据权利要求3所述的单层及多层微纳结构图形试样的跟踪方法，其特征在于，所述的微纳结构图形试样(22)为微纳光学器件、多层微纳存储器，无任何结构的光刻片。