专利名称：曲面胶厚全场检测装置及其检测方法
技术领域：
本发明涉及对曲面基底上的光刻胶厚度进行全场测量的方法，属于微光学领域。
背景技术：
随着光刻技术的发展，曲面激光直写技术成为光刻技术发展的新方向。曲 面胶层的厚度分布决定了最终三维浮雕微结构的效果。曲面基底胶厚分布在理 论上就是不均匀的，并且不均匀度与基底的曲率相关，这样就需要得到胶层的 准确厚度分布。
现有的测量技术中台阶仪法和椭偏仪法较为适合胶厚的测量。台阶仪法为 应力方式，破坏胶层表面，且只能测量平面胶层，对曲面胶层无能为力。椭偏
仪法具有较高的测量精度，适合平面胶层的检测；但在曲面胶层的测量上，不 能保证精度与准确性，测量后需要对于结果进行修正。所以，曲面胶厚测量在 技术上是一个空白，没有特定的方法得到光刻胶的厚度分布。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种曲面胶厚全场检测装置及其检测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该曲面胶厚全场检测装置包
括可调谐激光器、透镜、分光棱镜、透镜和光电探测面阵CCD，所述可调谐激
光器的出射光线经过透镜后经过分光棱镜反射向透镜，光线经过透镜后在被检 表面反射，在被检表面反射后的光线沿原光路返回，依次经过透镜和分光棱镜，
照射在光电探测面阵CCD上。
进一步地，本发明所述可调谐激光器为稳频激光器。 本发明进行曲面胶厚全场检测的方法包括如下步骤 1) 可调谐激光器输出激光在光刻胶非感光区域； 2 )所述输出激光依次经过透镜和分光棱镜；
3) 从分光棱镜出来后的输出激光透过透镜沿被检曲面球心方向入射；4) 光线在被检曲面反射后，沿原路返回，依次经过透镜和分光棱镜照射 在光电探测面阵CCD上；
5) 根据光电探测面阵CCD上得到的反射光能量变化值计算得出胶层反 射比，并进一步计算得出胶层厚度分布。
进一步地，本发明所述胶层厚度分布的计算步骤包括
1) 通过光电探测面阵CCD测量得到被检曲面上胶前后的两幅图像的灰 度变化，计算出在被检曲面上胶前后的反射光强变化，得到胶层反射 比；
2) 通过胶层反射比计算得出胶层的厚度；
3) 通过光电探测面阵CCD的不同像点的计算得到胶层厚度分布。 与现有技术相比，本发明的有益效果是(1)在测量光源上，选择在光刻
胶非感光区的光源，可对胶层起到保护作用；(2)使用高精度的光电探测面阵 CCD，可保证测量精度；(3)使用本发明的检测装置和检测方法，能够实时测 量全场范围内的曲面胶层的厚度，得到胶层厚度分布图，由此可根据胶层厚度 分布图设定曝光补偿量，为光刻曝光补偿作出贡献，从而得到较为理想的微结 构；(4)本发明使用的是非接触式检测方法，检测装置也不对光刻胶产生曝光 效应，能够对被检曲面基底上的光刻胶厚度进行无损的测量。
图1是本发明曲面胶厚全场检测装置的结构示意图2是使用本发明曲面胶厚全场检测装置的结构示意图3是使用本发明曲面胶厚全场检测装置检测被检曲面的胶层厚度的原理
图中，1-可调谐激光器，2-透镜，3-分光棱镜，4-透镜，5-光电探测面 阵CCD， 6-被检曲面的凸面胶层，7-被检曲面的凹面胶层。
具体实施例方式
如图1和图2所示，本发明曲面胶厚全场检测装置主要包括可调谐激光器1、 透镜2、分光棱镜3、透镜4和光电探测面阵CCD5。其中，透镜2置于可调谐 激光器1和分光棱镜3之间，分光棱镜3置于透镜2和透镜4之间并且该分光 棱镜3置于透镜4和光电探测面阵CCD5之间。由此，由可调谐激光器l输出的出射光线经过透镜2扩束成面光源，以增加被检曲面的测量范围；扩束后的 光线经过分光棱镜3反射向透镜4，光线经过透镜4后在被检表面反射；在被检 表面反射后的光线沿原光路返回，依次经过透镜4和分光棱镜3，照射在光电探 测面阵CCD5上。可调谐激光器1可使用稳频激光器。
使用本发明的检测装置进行曲面胶厚全场检测时，如图1和图2所示，可 调谐激光器1输出激光在光刻胶非感光区域，使光刻胶不产生曝光效应；通过 透镜2对输出激光进行扩束，光线由点光源变成面光源；扩束后的光束经过分 光棱镜3反射后照射在透镜4上；之后光线沿被检曲面的凸面胶层6或凹面胶 层7的圆心方向入射，均匀照射在胶层表面。胶层因凸凹不同放置在不同的位 置，具体位置如图2所示。光线经过被检曲面的胶层表面反射后沿原光路返回， 依次再经过透镜4和分光棱镜3,照射在光电探测面阵CCD5上。根据光电探测 面阵CCD5上得到的反射光能量比变化值计算得出胶层厚度分布。胶层厚度分 布的具体计算是通过上胶前后光电探测面阵CCD5成像图上的灰度变化求出光 强变化，依据下述被检曲面胶层厚度的测量原理求出胶层反射比，从而计算得 到胶层厚度分布。具体地说，胶层厚度分布的计算包括如下步骤l)通过光电 探测面阵CCD5测量得到被检曲面上胶前后的两幅图像的灰度变化，计算出在 被检曲面上胶前后的反射光强变化，得到胶层反射比；2)通过胶层反射比计算 得出胶层的厚度；3)通过光电探测面阵CCD5的不同像点的计算得到胶层厚度 分布。
关于被检曲面胶层厚度的测量原理如下
如图3所示，^为光线入射到被检曲面的胶层表面的角度；"。为空气折射 率，已知其值为1;"为未知胶层折射率；"c为已知的玻璃介质折射率；^为被 检曲面的胶层厚度。
由于胶厚都在几个微米以下，吸收量极小，不计薄膜和玻璃介质的吸收， 当光源正入射时，单层膜的反射比为
, 、22 ^ ,O"G、2 . 2 ^
("o-"G) cos丌+ H""^-") sm ; 0 =_2 M_^_
, 、22 ^ 、2 . 2 ^
("0+"G) cos ^ + ("^ + ") sin ^
22 (1)
其中^是相继两光束光程差引起的相位差，4;r
5 =——rt/zcos^，P = 0
上胶后的整个基片，光线总透射比为r
其中，^为胶膜透射比，^=1一\ ^为光线通过基片介质下表面的透射比，正入射时，
(2)
(3) (4)
、2
，+ l 、"G
r2 =卜/ 2
(5)
(6)
当被检曲面透明时，不同波长的光源透射比不同，计算出光源各自的透射 比r，应用上述公式(3)、公式(4)、公式(5)和公式(6)求出不同的胶层反 射比p。当被检曲面不透明时，不同波长的光源反射比也不同，可直接计算出反 射比p。再应用公式(1)、公式(2)，可列出含有未知数"力的方程。求解方程， 即可得到被检曲面胶层厚度A 。
可见，本发明是通过一定的光路结构，用可调谐激光器1照明被检曲面表 面，用光电探测面阵CCD获得能量，根据光强能量变化得到胶厚分布。使用本 发明的检测装置和检测方法可以无损地测得曲面基底的光刻胶全场厚度分布。 本发明适用于用光刻方法加工曲面基底微结构时的胶厚检测，也适用于其它曲 面基底的膜厚测量。
权利要求
1.一种曲面胶厚全场检测装置，其特征是包括可调谐激光器(1)、透镜(2)、分光棱镜(3)、透镜(4)和光电探测面阵CCD(5)，所述可调谐激光器(1)的出射光线经过透镜(2)后再经过分光棱镜(3)反射向透镜(4)，光线经过透镜(4)后在被检表面反射，在被检表面反射后的光线沿原光路返回，依次经过透镜(4)和分光棱镜(3)，照射在光电探测面阵CCD(5)上。
2. 根据权利要求1所述的曲面胶厚全场检测装置，其特征是所述可调谐 激光器(1)为稳频激光器。
3. —种使用权利要求1的检测装置进行曲面胶厚全场检测的方法，其特征 是包括如下步骤1) 可调谐激光器(1)输出激光在光刻胶非感光区域；2) 所述输出激光依次经过透镜(2)和分光棱镜(3);3) 从分光棱镜(3)出来后的输出激光透过透镜(4)沿被检曲面球心方向 入射；4) 光线在被检曲面反射后，沿原路返回，依次经过透镜(4)和分光棱镜(3)照射在光电探测面阵CCD (5)上；5) 根据光电探测面阵CCD (5)上得到的反射光能量变化值计算得出胶层 反射比，并进一步计算得出胶层厚度分布。
4.根据权利要求3所述的进行曲面胶厚全场检测的方法，其特征是所述胶层 厚度分布的计算步骤包括1) 通过光电探测面阵CCD (5)测量得到被检曲面上胶前后的两幅图像的 灰度变化，计算出在被检曲面上胶前后的反射光强变化，得到胶层反射 比；2) 通过胶层反射比计算得出胶层的厚度；3) 通过光电探测面阵CCD (5)的不同像点的计算得到胶层厚度分布。
全文摘要
本发明公开了一种曲面胶厚全场检测装置及其检测方法。该检测装置包括可调谐激光器、透镜、分光棱镜、透镜和光电探测面阵CCD，可调谐激光器的出射光线经过透镜后经过分光棱镜反射向透镜，光线经过透镜后在被检表面反射，在被检表面反射后的光线沿原光路返回，依次经过透镜和分光棱镜，照射在光电探测面阵CCD上。根据光电探测面阵CCD5上得到的反射光能量比变化值计算得出胶层厚度分布；依据测量原理求出胶层反射比，从而计算得到胶层厚度分布。本发明可无损地测得曲面基底的光刻胶全场厚度分布，适用于用光刻方法加工曲面基底微结构时的胶厚检测，也适用于其它曲面基底的膜厚测量。
文档编号G01B11/06GK101598533SQ20091010111
公开日2009年12月9日 申请日期2009年7月23日 优先权日2009年7月23日
发明者张春晖, 梁宜勇, 罗剑波, 陈龙江 申请人:浙江大学