(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210157315.1 (22)申请日 2022.02.21 (71)申请人 中国科学院上海光学精密机 械研究 所 地址 201800 上海市嘉定区清河路390号 (72)发明人 许孝忠　刘星　魏劲松　 (74)专利代理 机构 上海恒慧知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 31317 专利代理师 张宁展 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/3563(2014.01) G01N 21/84(2006.01) (54)发明名称 一种光刻样品及微纳结构跟踪 装置及方法 (57)摘要 一种光刻样品及微纳结构跟踪装置及方法， 包括系统光路的搭建， 数据标定， 实验测试等步 骤。 针对象散法容易受到噪声影响的问题， 提供 了一种差分象散法实现高速高精度的跟踪； 针对 功率探测器件容易受微纳结构表面反射率的影 响， 提供了一种光斑直径法实现微纳结构表面的 高精度跟踪。 对于刻写光刻样品时， 要求高数值 孔径物镜、 高速度与精度跟踪， 以差分象散法为 主跟踪， 并借助光斑直径法为限位， 确保跟踪精 度与稳定性； 对于微纳结构跟踪时微纳结构表面 反射率不均匀， 因此 以光斑直径法为主跟踪， 并 根据差分象散法快速获取准焦位置， 提高跟踪速 度与精度。 本发 明实现了光刻样品与微纳结构高 速高精度高可靠性的跟踪， 具有很好的应用价 值。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 114544498 A 2022.05.27 CN 114544498 A 1.一种光刻样品及微纳结构跟踪装置， 其特征在于， 包括红光模块(1)、 二向色光分光 平片(2)、 调焦机构(3)、 压电陶瓷(4)、 显微物镜(5)、 样品(6)、 工件台(7)、 分光棱镜(8)、 透 镜(9)、 CCD(10)、 柱面镜CLx(11)、 柱面镜Cly(12)、 探测器(13)、 控制器(14)、 成像模块(15)、 计算机(16)； 所述红光模块(1)发出光经过二向色光分光平片(2)反射后， 入射到显微物镜(5)， 经显 微物镜(5)汇聚后， 照射在样品(6)上， 然后 经样品(6)反射后， 沿原路返回至红光模块(1)， 经该红光模块(1)反射后， 经分光棱镜(8)等比例分成反射光和 透射光， 所述的反射光经过 透镜(9)汇聚到CCD(10)， 所述的透射光依次经过柱面镜CLx(11)、 柱面镜Cly(12)汇聚到探 测器(13)； 所述CCD(10)以及探测器(13)的输出端与所述控制器(14)的输入端相连， 且该控 制器(14)与所述计算机(16)进行通讯； 所述成像模块(15)发出一束平行白光依次经过所述二向色分光平片(2)后入射到显微 物镜(5)、 最后聚焦到样品(6)上， 经过该样品的反射， 沿原入射光路返回至成像模块(15)， 该成像模块(15)与所述计算机(16)相连， 并与计算机通讯， 通过 所述计算机(16)成像； 所述压电陶瓷(4)固定在所述调焦机构(3)上， 并且可以通过调整所述调焦机构(3)上 下运动； 所述压电陶瓷(4)的输入端与所述控制器( 14)的输出端相连， 并且可以通过计算机 (16)发送指令控制压电陶瓷运动； 所述显微物镜(5)固定在所述压电陶瓷(4)上， 并且可以与压电陶瓷同步 运动。 2.根据权利要求1所述的光刻样品及微纳结构跟踪装置， 其特征在于， 所述压电陶瓷行 程为100； 所述红光模块(1)发出红光 为658； 所述CCD(10)到透镜(9)的距离以及物镜到显微物镜(5)的距离固定， 并且能够使得经 所述经分光 棱镜(8)后的反射 光汇聚到 CCD(10)成像； 所述探测器(13)与柱面镜CLx(11)、 柱面镜Cly(12)的距离固定， 并且能够使得所述经 分光棱镜(8)后的透射 光汇聚到 探测器(13)中心。 3.一种光刻样品及微纳结构跟踪方法， 其特 征在于， 该 方法主要包括以下步骤： ①设测得探测器(13)八个象限的信号电压值分别为 通过控制器(14)计算差分离焦信号FES， 公式如下： ②控制压电陶瓷(4)于中间行程处上下运动Lum， 运动分辨率Δx  nm,设置压电陶瓷伸 缩量a的值为fo ‑Lum至fo+Lum， 间隔Δx  nm,并根据相应的FES值， 绘制FES ‑a曲线， 得到FES 值与位置变化的对应曲线； ③当工件台(7)运动， 样品处于离焦状态时， 记录此时的FES值为FESn,根据FES ‑a曲线， 获取此时的压电陶瓷伸缩量 为an， 进而得到离焦量为|an‑a0|； ④控制器接收CCD(10)测得光斑图像信号， 利用图像算法得到照射在样品上的光斑直 径； ⑤控制压电陶瓷(4)上下运动lum， 运动分辨率为Δx  nm， 完成激光光斑与离焦距离的权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114544498 A 2数据标定， 绘制激光 光斑直径与离焦量的拟合曲线； ⑥工件台(7)运动时， 样品表面的光斑直径不断变化， 然后根据激光光斑直径与的拟合 曲线， 得出当前位置的离焦量； ⑦在激光直写刻写光刻样品时， 根据差分离焦信号实现精密离焦量的检测， 并实现样 品的高速高精度跟踪， 进而实现激光跟踪刻 写； 微纳结构跟踪时， 根据光斑直径法得出离焦 距离， 实现高速高精度高灵敏度跟踪不同反射 率的样品。 4.根据权利要求3所述的一种光刻样品及微纳结构跟踪方法， 其特征在于， 所述装置用 于激光直写刻 写光刻样品时， 光刻样品要求高数值孔径物镜、 高速度与高精度 跟踪， 以差分 象散法为主跟踪， 并借助光斑直径法为限位， 确保跟踪精度与稳定性； 所述装置用于微纳结 构跟踪时， 微纳结构要求大视场与高精度， 由于微纳结构表 面反射率不断变化， 以光斑直径 法作为主跟踪， 并借助差分象散法快速获取准焦位置， 提高跟踪速度与精度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114544498 A 3