本發(fā)明涉及光學測量，具體涉及一種光斑檢測方法、對焦方法及光聲量測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、光聲量測系統(tǒng)用于利用光聲效應(yīng)測量各類膜厚，如金屬膜、介質(zhì)膜的膜厚，其中光聲效應(yīng)的原理如下：

2、如圖1和2所示，使用激發(fā)光照射在樣品表面，由于光聲效應(yīng)(英語：photoacousticeffect)，樣品吸收光子而聚集能量，從而產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱應(yīng)力引發(fā)熱彈性變形(圖2所示隆起位置s)，從而產(chǎn)生光聲信號。

3、如圖3所示，光聲信號在樣品表面及內(nèi)部傳播?？v向聲波傳播到界面處產(chǎn)生第一次回聲信號h1，第一次回聲信號h1到達上表面，使材料反射率發(fā)生變化。同時，第一次回聲信號h1碰到上表面后又回彈，回彈碰到界面后產(chǎn)生第二次回聲信號h2，第二次回聲信號h2到達上表面，使材料反射率發(fā)生變化。

4、光聲量測系統(tǒng)對膜厚的測量原理如下：

5、如圖4所示，使用激發(fā)光照射樣品41，將探測光打在激發(fā)光光斑上，由于回聲回傳時反射率會發(fā)生變化，此時通過探測模塊42采集探測光的反射光的信號強度。結(jié)合圖5所示，探測模塊獲取激發(fā)光導(dǎo)致的探測光功率變化，從而可獲取兩次回聲的時間間隔δt，并通過膜厚計算公式得到膜厚值。

6、如何提升膜厚測量精度，是光聲量測領(lǐng)域的一大課題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種光斑檢測方法、對焦方法及光聲量測系統(tǒng)，以解決相關(guān)技術(shù)的膜厚測量精度的問題。

2、本發(fā)明實施例提供了一種光斑檢測方法，其包括：

3、通過光源模塊生成激發(fā)光和探測光，激發(fā)光和探測光分別沿各自光路經(jīng)聚焦模塊入射至位于聚焦模塊焦深范圍內(nèi)的樣品表面，在樣品表面形成激發(fā)光光斑和探測光光斑；

4、通過光束偏轉(zhuǎn)模塊調(diào)整激發(fā)光的入射方向或探測光的入射方向，使得激發(fā)光光斑和探測光光斑在樣品表面產(chǎn)生相對移動，實時獲取激發(fā)光和探測光之間的相對光學偏轉(zhuǎn)角度，并通過探測模塊實時采集探測光在樣品表面的反射光并生成指示反射光的信號強度，該調(diào)整使得信號強度歷經(jīng)從背景噪聲區(qū)域值r0增大再下降至背景噪聲區(qū)域值r0的變化過程；

5、擬合信號強度關(guān)于相對光學偏轉(zhuǎn)角度的關(guān)系曲線；

6、基于關(guān)系曲線獲取第一目標相對光學偏轉(zhuǎn)角度θ1和第二目標相對光學偏轉(zhuǎn)角度θ2；

7、基于第一目標相對光學偏轉(zhuǎn)角度θ1和第二目標相對光學偏轉(zhuǎn)角度θ2，計算有效光斑尺寸，有效光斑尺寸為相對移動的方向上的激發(fā)光光斑的尺寸與探測光光斑的尺寸之和。

8、本發(fā)明提供的光斑檢測方法，能夠在不使用相機或者傳統(tǒng)刀鋒邊界方法的條件下，提供了一種光斑檢測方法，通過調(diào)整激發(fā)光和探測光之間的相對光學偏轉(zhuǎn)角度，并擬合信號強度關(guān)于相對光學偏轉(zhuǎn)角度的關(guān)系曲線，進而能夠獲取有效光斑的尺寸也即有效獲取激發(fā)光光斑尺寸和探測光光尺寸之和，而不需要分別獲取激發(fā)光光斑尺寸和探測光光尺寸，降低了測量光斑尺寸的成本，并且，由于該方法中的信號強度靈敏度高，得到的有效光斑尺寸的精度較高。

9、相比于相關(guān)技術(shù)采用相機測量光斑尺寸，本發(fā)明的光斑檢測方法突破相機分辨率的限制，能夠提升有效光斑尺寸的精度。同時，相比于相關(guān)技術(shù)采用刀鋒邊界法測量光斑尺寸，本發(fā)明的光斑檢測方法效率高，并且無需制備高精度圖形樣片和配備高精度x/y/z/rz平移臺，可以降低測量光斑尺寸的成本。

10、本公開實施例還提供一種對焦方法，對焦方法應(yīng)用于光聲量測系統(tǒng)，包括：

11、獲取所述光聲量測系統(tǒng)的聚焦模塊的焦深，在所述焦深范圍內(nèi)，沿垂直于樣品表面的方向調(diào)整樣品的位置和/或沿所述聚焦模塊的光軸方向調(diào)整所述聚焦模塊的位置，以改變樣品間距，所述樣品間距為所述聚焦模塊與所述樣品之間的距離；

12、根據(jù)上述任一實施例的光斑檢測方法，分別獲取每個樣品間距對應(yīng)的所述有效光斑尺寸；

13、獲取多個所述有效光斑尺寸中的最小值，將當前樣品間距調(diào)整到所述最小值對應(yīng)的樣品間距，完成所述光聲量測系統(tǒng)的對焦。

14、傳統(tǒng)光斑尺寸測量方法在焦深范圍內(nèi)，獲取的光斑尺寸基本不變，不能進一步確定最小光斑對應(yīng)的精確位置。而使用本發(fā)明提供的對焦方法，能夠分別確定焦深范圍內(nèi)的不同位置對應(yīng)的有效光斑尺寸，從而能在焦深范圍內(nèi)進一步確定最小光斑對應(yīng)的精確焦面位置。

15、本公開實施例還提供另一種對焦方法，對焦方法應(yīng)用于光聲量測系統(tǒng)，包括：

16、獲取所述光聲量測系統(tǒng)的聚焦模塊的焦深，在所述焦深范圍內(nèi)，基于第一調(diào)節(jié)間距沿垂直于樣品表面的方向調(diào)整樣品的位置和/或基于第一調(diào)節(jié)間距沿所述聚焦模塊的光軸方向調(diào)整所述聚焦模塊的位置，以改變樣品間距，所述樣品間距為所述聚焦模塊與所述樣品之間的距離，根據(jù)上述任一實施例的光斑檢測方法，分別獲取每個樣品間距對應(yīng)的所述有效光斑尺寸，得到第一組有效光斑尺寸；

17、獲取所述第一組有效光斑尺寸中的最小值，將當前樣品間距調(diào)整到所述最小值對應(yīng)的樣品間距；

18、沿所述垂直于樣品表面的方向和/或沿所述聚焦模塊的光軸方向，基于第二調(diào)節(jié)間距調(diào)整所述樣品間距，并根據(jù)上述任一實施例所述的光斑檢測方法，分別獲取每個樣品間距對應(yīng)的所述關(guān)系曲線；其中，所述第二調(diào)節(jié)間距小于所述第一調(diào)節(jié)間距；

19、分別獲取每個所述關(guān)系曲線對應(yīng)的極大值，得到多個所述極大值，確定多個所述極大值中的最大值，并將當前樣品間距調(diào)整到所述最大值對應(yīng)的樣品間距，完成所述光聲量測系統(tǒng)的對焦。

20、本發(fā)明提供的對焦方法，首先基于焦深范圍內(nèi)的不同位置對應(yīng)的有效光斑尺寸，確定最小尺寸的有效光斑對應(yīng)的樣品間距，在此基礎(chǔ)上，再以更小的調(diào)節(jié)間距調(diào)整樣品間距，并通過高靈敏度的信號強度最高點的變化，進一步確認最小光斑對應(yīng)的精確位置，得到高精度焦面位置，進一步提高了對焦精度。

21、本公開實施例還提供一種光聲量測系統(tǒng)，其包括：

22、光源模塊，用于產(chǎn)生激發(fā)光和探測光；

23、合束器，用于接收激發(fā)光和探測光，以對激發(fā)光和探測光合束；

24、光束偏轉(zhuǎn)模塊，光束偏轉(zhuǎn)模塊設(shè)置于激發(fā)光光路和/或探測光光路，用于調(diào)整激發(fā)光和探測光之間的相對光學偏轉(zhuǎn)角度；

25、聚焦模塊，用于匯聚經(jīng)過合束器合束后的光束以在樣品表面形成激發(fā)光光斑和探測光光斑，并收集所述探測光在所述樣品表面的反射光；

26、探測模塊，用于采集探測光在樣品表面的反射光并生成指示反射光的信號強度；

27、控制模塊，用于根據(jù)上述任一實施例的對焦方法，完成所述光聲量測系統(tǒng)的對焦；

28、數(shù)據(jù)處理模塊，在所述對焦完成后所述數(shù)據(jù)處理模塊基于所述反射光的信號強度輸出待測量參數(shù)。

29、本發(fā)明提供的光聲量測系統(tǒng)，通過設(shè)置光束光束偏轉(zhuǎn)模塊來調(diào)節(jié)激發(fā)光和探測光的相對光學偏轉(zhuǎn)角度，實現(xiàn)任一實施例提供的對焦方法，對于光斑的位置偏移分辨率可以達到10nm級別，因此得到有效光斑尺寸的精度在10nm級別。并且在焦深范圍內(nèi)，通過高靈敏度的信號強度最高點的變化，進一步確認最小光斑對應(yīng)的精確位置，從而保證在高精度焦面位置進行測量，大幅提高了信號強度，也即提高了量測精度。