[发明专利]F-P传感器探头、绝对距离测量装置及方法

说明书

本公开提供一种F‑P传感器探头、绝对距离测量装置及方法，涉及非接触式绝对距离测量技术领域。该结构包括第一N+1芯多模光纤头(9)、光纤套筒(10)、成像镜组(11)和标准镜(12)，其中：沿F‑P传感器探头向样品(8)的方向，所述光纤套筒(10)内部依次固定有所述第一N+1芯多模光纤头(9)、成像镜组(11)和标准镜(12)；所述第一N+1芯多模光纤头(9)包括N根第一多模光纤(16)和1根第二多模光纤(17)，N≥2，所述N根第一多模光纤(16)围绕所述第二多模光纤(17)排布。

技术领域

本公开涉及非接触式绝对距离测量技术领域，尤其涉及一种F-P传感器探头、绝对距离测量装置及方法。

背景技术

非接触式绝对距离测量广泛应用于精密工件台定位、焦面位置检测、超光滑表面形貌检测、台阶高度检测等。尤其在半导体工艺中，采用光刻技术加工纳米图形时，需要对硅片焦面位置进行高精度实时监测，并反馈到工件台进行闭环控制；在近场光存储技术中，需要对近场光存储头盘间距进行高精度测量；在超光滑表面形貌检测技术中，需要对标准镜与待测表面之间的绝对距离进行实时监测；在零件几何尺寸检测中，需要对台阶轮廓进行精确测量。

目前常用的检测器具有激光三角反射传感器、光谱共焦传感器、激光位移传感器、电容传感器等。这些检测器具均可实现位移的高精度测量，但仅有光谱共焦传感器和电容传感器可实现绝对距离的直接测量，其他检测器具需要对初始位置进行标定才可实现绝对距离测量，且断光重复性差。并且，虽然光谱共焦传感器的断光重复性较好，单测量分辨率低，电容传感器易受寄生电容影响且热漂移影响明显。

发明内容

鉴于上述问题，本公开提供了一种光纤F-P(法-珀)传感器探头结构、绝对距离测量装置及方法。

本公开的第一方面提供了一种F-P传感器探头，包括第一N+1芯多模光纤头、光纤套筒、成像镜组和标准镜，其中：沿F-P传感器探头向样品的方向，所述光纤套筒内部依次固定有所述第一N+1芯多模光纤头、成像镜组和标准镜；所述第一N+1芯多模光纤头包括N根第一多模光纤和1根第二多模光纤，N≥2，所述N根第一多模光纤围绕所述第二多模光纤排布。

根据本公开的实施例，在所述样品表面的反射率≥40％时，所述F-P传感器探头还包括窗口膜层，所述窗口膜层附着于所述标准镜表面。

根据本公开的实施例，所述窗口膜层为透过率40％±5％、反射率15％±5％的金属膜层，优选地，所述金属膜层包括厚度为4～8nm的金属铬层。

根据本公开的实施例，所述标准镜为厚度≥5mm且表面面形PV≤λ/20的石英玻璃，λ为干涉仪测量标准镜面形的波长。

根据本公开的实施例，所述第二多模光纤设置于所述第一N+1芯多模光纤头的中心位置，N根所述第一多模光纤围绕所述第二多模光纤呈环状等间距Δd₁排布。

根据本公开的实施例，N根所述第一多模光纤均与所述第二多模光纤呈相切关系。

根据本公开的实施例，所述第一多模光纤的芯径d₁和第二多模光纤的芯径d₂均为标准芯径，且d₂≥d₁；相邻两根所述第一多模光纤的间距Δd₁满足0≤Δd₁≤d₁/2。

根据本公开的实施例，所述第一多模光纤的数量根据以下公式来确定：

其中，N为所述第一多模光纤的数量。