[发明专利]测厚探头、测厚装置及测厚方法

说明书

本申请提供了一种测厚探头、测厚装置及测厚方法。测厚探头包括：准直镜，用于将发散的第一高斯光束转换为准直的第二高斯光束；以及光束转换组件，与准直镜间隔设置，用于将第二高斯光束转换为第一贝塞尔光束，输出的第一贝塞尔光束出射至透明或半透明待测平板或薄膜的两个界面，光束转换组件还用于分别接收透明或半透明待测平板或薄膜的两个界面反射的两束第一光束，并转换合成准直的第二光束，第二光束经由准直镜转换为会聚的第三光束，第三光束用于计算透明或半透明待测平板或薄膜的厚度。本申请提供的测厚探头通过光束转换输出第一贝塞尔光束进行测厚提高了测量量程，且在量程范围内保持了横向采样分辨率的一致。

技术领域

本申请涉及测量距离领域，具体涉及一种测厚探头、测厚装置及测厚方法。

背景技术

谱干涉测厚仪广泛用于薄膜测厚、透明薄板测厚、晶圆测厚等在线检测领域，通常采用会聚的高斯光束进行厚度测量，其量程一般受限于高斯光束束腰两侧的瑞利长度。为了获得高横向采样分辨率，以匹配其高纵向测量精度，谱干涉位移计在测量范围内的光束半径不能太大，但高斯光束的束腰尺寸越小，其瑞利长度越短，因此谱干涉测厚仪的量程往往较小。而且，距离束腰位置越远光束尺寸越大，因此谱干涉测厚仪在测量范围内的横向采样分辨率不一致。

发明内容

第一方面，本申请实施方式提供了一种测厚探头。所述测厚探头包括：

准直镜，所述准直镜用于将发散的第一高斯光束转换为准直的第二高斯光束；

以及光束转换组件，所述光束转换组件与所述准直镜间隔设置，用于将所述第二高斯光束转换为第一贝塞尔光束，其中，所述第一贝塞尔光束具有无衍射区段，所述光束转换组件包括第一凸锥透镜，所述第一凸锥透镜用于输出所述第一贝塞尔光束，输出的所述第一贝塞尔光束出射至透明或半透明待测平板或薄膜的两个界面，所述光束转换组件还用于分别接收被所述透明或半透明待测平板或薄膜的两个界面沿原光路反射或后向散射所述第一贝塞尔光束而得到的两束第一光束，并转换合成准直的第二光束，所述第二光束经由所述准直镜转换为会聚的第三光束，所述第三光束用于计算所述透明或半透明待测平板或薄膜的厚度。

其中，所述第一贝塞尔光束的无衍射区段的长度与入射至所述第一凸锥透镜的准直光束的束腰半径成正比，与所述第一凸锥透镜的底角角度成反比。

其中，其特征在于，所述光束转换组件还包括：

凹锥透镜，所述凹锥透镜设于所述第一凸锥透镜与所述准直镜之间，用于将所述第二高斯光束转换为发散的第一环形空心光束；

以及第二凸锥透镜，所述第二凸锥透镜设于所述凹锥透镜与所述第一凸锥透镜之间，所述第二凸锥透镜的凸出锥面结构与所述凹锥透镜的凹陷锥面结构相对设置，且所述第二凸锥透镜的凸出锥面结构的底角与所述凹锥透镜的凹陷锥面结构的底角相等，所述第二凸锥透镜用于将所述发散的第一环形空心光束转换为准直的第二环形空心光束并出射至所述第一凸锥透镜。

其中，所述光束转换组件还包括：

第三凸锥透镜，所述第三凸锥透镜设于所述第一凸锥透镜与所述准直镜之间，用于将所述第二高斯光束转换为发散的第三环形空心光束；

以及第二凸锥透镜，所述第二凸锥透镜设于所述第三凸锥透镜与所述第一凸锥透镜之间，所述第二凸锥透镜的凸出锥面结构与所述第三凸锥透镜的凸出锥面结构相对设置，且所述第二凸锥透镜的凸出锥面结构的底角与所述第三凸锥透镜的凸出锥面结构的底角相等，所述第二凸锥透镜用于将所述发散的第三环形空心光束转换为准直的第四环形空心光束并出射至所述第一凸锥透镜。

其中，所述测厚探头还包括：

遮光罩，内含至少一个光阑，所述遮光罩设于所述第一凸锥透镜背离所述准直镜的一侧，用于对所述两束第一光束中的杂散光进行遮光过滤。

第二方面，本申请实施方式还提供了一种测厚装置。所述测厚装置包括：