申请/专利权人：株式会社三丰

申请日：2016-11-17

公开（公告）日：2020-11-24

公开（公告）号：CN107036548B

主分类号：G01B11/24(20060101)

分类号：G01B11/24(20060101);G01B9/02(20060101);G02B21/24(20060101);G02B21/36(20060101);G02B21/02(20060101);G02B21/06(20060101)

优先权：["20151117 JP 2015-224416"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.24#授权;2018.09.11#实质审查的生效;2017.08.11#公开

摘要：本发明公开了干涉物镜及基准表面单元组。干涉物镜包括：物镜，构造成将从光源发出的光朝向测量目标汇聚；具有基准表面的基准表面单元；以及分束器，该分束器构造成将已经通过物镜的光分成面朝向基准表面的基准光路和面朝向测量目标的测量光路，以将来自基准表面的反射光和来自测量目标的反射光合成，并将其作为干涉光输出，其中干涉表面单元被构造成可置换的。

主权项：1.一种干涉物镜，包括：物镜，构造成将从光源发射的光朝向测量目标汇聚；具有基准表面的基准表面单元；以及分束器，该分束器构造成将已经通过物镜的光分成面朝向基准表面的基准光路和面朝向测量目标的测量光路，以将来自基准表面的反射光和来自测量目标的反射光合成，并将其作为干涉光输出，干涉表面单元被构造成可置换的，基准表面单元被构造成调节所述基准表面的倾角，基准表面单元包括用于以任意角度固定倾角的锁定机构，基准表面的倾角可以利用构造成可拆卸地安装到基准表面单元的倾斜调节单元来调节，基准表面单元包括设置成改变倾斜姿势的可动轴承，以及包括倾斜调节单元，所述倾斜调节单元具有圆柱形主体和倾斜调节按钮，该倾斜调节按钮具有从外部穿透圆柱形主体到内部的凸起并能够改变凸起进入圆柱形主体内部的突伸程度，倾斜调节单元设置成圆柱形主体围绕可动轴承，以及倾斜调节单元设置成凸起的尖端压向可动轴承的外壁，可动轴承的外壁具有球形形状。

全文数据：干涉物镜及基准表面单元组技术领域[0001]本发明涉及用于显微镜的干涉物镜和基准表面单元组，以及基于该显微镜的图像测量装置或精细形状测量装置。背景技术[0002]在测量要被加工的金属表面的表面纹理以及半导体集成电路的电路图案的形状和阶梯step以及测量透明薄膜的厚度的领域中，具有低放大率的光学宏观放大观测装置或者具有比所述装置更大放大率的光学显微镜设置有干涉功能，而且所观察到的干涉条纹经过图像处理，从而高精度地测量精细表面形状。[0003]在能够执行干涉测量的放大光学装置中，构成干涉系统的部件或结构具有整体形成于其上的物镜并作为单个构件起干涉系统的作用。物镜被称为干涉物镜。一般的干涉物镜具有物镜、基准表面和分束器。物镜构造成使从光源发出的光朝向测量目标汇聚。由物镜汇聚的光在分束器处被分成面朝向基准表面成为基准的基准光路以及面朝向测量目标表面要被测量的表面）的测量光路。已经通过基准光路的光在基准表面上反射，而已经通过测量光路的光在要被测量的表面上反射。被反射的光再次在分束器处合成，然后作为干涉光输出。[0004]作为用于引发干涉的光源，通常使用的是由白炽灯、LED等生成的白光。由于白光具有低干涉，干涉强度在一窄范围内变为峰值，在该窄范围内，干涉光路和测量光路之间的光路差接近于零0。由于这一原因，当干涉物镜在高度方向（光轴方向）扫描测量光路长度改变时，干涉条纹的亮度变为峰值的高度在成像装置的视野中分别在每个像素位置被检测，从而能够精确地测量所述测量目标的三维形状等。[0005]关于干涉物镜，通常使用的是Michelson型和Mirau型。Michelson型是具有在与测量目标分开提供的光轴上的基准表面的结构，并且主要用于具有20倍放大率或更低的低放大率的物镜。与Michelson型相比，Mirau型是具有在和测量目标相同光轴的上的基准表面的结构，并且用于不能采取长工作距离的高放大率的物镜。[0006]JP-A-2005-538359JP-A-2007-536539和JP-A-H05-118831公开了相关领域的干涉显微镜及干涉物镜，专利JP-A-2000-193891公开了一种调节机构。[0007]在显微镜物镜具有较低放大率的情况下，由于数值孔径NA小，光以相对于光轴的小倾角入射到要被测量的表面上并且工作距离变长。因此，显微镜物镜可能受到具有各种反射率的要被测量的表面的固有反射率的影响，例如金属表面和玻璃表面。例如，在实际测量时，当具有反射率低的表面纹理的测量目标例如玻璃通过使用干涉物镜观察时，该干涉物镜具有干涉表面，最佳干涉条纹的对比度借助该干涉表面在具有高反射率的金属反射表面上获得，白色干涉条纹的对比度降低。[0008]为了解决上述问题，考虑适当地选择和使用具有对应于测量目标的反射率的最佳反射率的基准表面。[0009]然而，用于干涉测量的白光是具有低干涉可能性的非相干光。因此，为了产生干涉，必需将其上布置有测量目标的测量光路的光路长度和其上布置有基准表面的干涉光路的光路长度严格匹配。例如，在光轴方向上观察清晰干涉条纹的范围通常为或更小的非常窄的范围，并且当光路长度未被严格匹配时，干涉条纹不能作为图像而获得。为此，需要分合部件、干涉表面和要被测量的表面之间的严格的位置关系。此外，由于要被测量的表面是物镜的焦点位置，所以在生产部件时以及在组装过程中会引起巨大困难。由于这种情况，干涉物镜通常是被调节并固定后发货的，从而白色干涉条纹发生在透镜的理想焦点位置。[0010]因此，实际上难以根据测量目标任意选择干涉物镜的基准表面，必需准备多个干涉物镜，每个干涉物镜具有对应于测量目标的反射率的基准表面。而且，当干涉物镜被与测量装置整体设置时，必需准备多个测量装置。发明内容[0011]本发明的目的是提供一种干涉物镜和基准表面单元组，该基准表面单元组的基准表面可与主体分离。[0012]1根据本发明的一个方面，提供了一种千涉物镜，包括:构造成将从光源发射的光朝向测量目标汇聚的物镜;具有基准表面的基准表面单元;以及分束器，该分束器构造成将己经通过物镜的光分成面朝向基准表面的基准光路和面朝向测量目标的测量光路，以将来自基准表面的反射光和来自测量目标的反射光合成，并将其作为干涉光输出，其中干涉表面单元构造成可置换的。换句话说，干涉表面单元安装成使之可以自由地安装和拆卸。[0013]由此，在要被测量的表面的反射率占主导的低放大率的干涉测量时，能够选择和使用具有最佳表面纹理的基准表面，并由此始终获得具有有利对比度的干涉条纹图像，而与测量目标的类型无关。[00M]2作为基准表面单元的基准表面，不仅可以使用相关领域的平面反光镜的基准表面而且可以使用具有除了平面形状、阶梯或形状图案之外的任意形状的基准表面。作为任意形状，可以使用例如对应于测量目标的表面形状的形状。从而，能够以高速容易地执行比较测量并缩短测量时间。[0015]3可以提供锁定机构，用于在基准表面单元构造之后以任意角度固定倾角使之可调节基准表面的倾角。从而，能够调节基准表面的倾角并固定该被调节的角度。因此，当预先制备已经完成调节的基准表面单元时，可以按需快速置换基准表面单元并快速执行测量。此外，能够防止在测量时被调节的状态发生改变。进一步，当使用可拆卸的倾斜调节单元时，能够防止在安装和拆卸时被调节的状态发生改变。[0016]4基准表面的倾角可以利用可拆卸的倾斜调节单元来调节。通过这种配置，能够不仅使用被构造成手动调节倾斜量的构件而且能够使用具有PZT和嵌入其中的致动器并能够执行数字控制的自动调节构件，作为倾斜调节单元。[0017]5当预先准备具有多个基准表面的基准表面单元组时，其中基准表面单元的反射性、要形成的任意形状、基准表面的阶梯和形状图案中的至少一个彼此不同，能够用对应于要被测量表面的纹理的适当的基准表面顺序地置换所述基准表面而精确且有效地执行测量。[0018]6当准备基准表面单元组时，如果基准表面单元的基准表面的倾斜角度的调节已事先完成，则更有效地执行测量。附图说明[0019]从下文给出的详细说明以及仅作为图解给出因此不作为本发明的限制的附图，将更全面的理解本发明，其中：[0020]图1是示出第一说明性实施方式的干涉物镜的配置的外观图；[0021]图2是第一说明性实施方式的干涉物镜的光学配置图；[0022]图3A和3B示出第二说明性实施方式的干涉透镜的基准表面单元；[0023]图4不出倾斜调节单元的配置示例；[0024]图5是示出基准表面单元的内部配置的分解视图；[0025]图6是示出细节的单独分解视图，其示出基准表面单元的内部组装部件中的一个；[0026]图7示出倾斜调节单元处于安装状态；[0027]图8示出倾斜调节单元处于拆卸状态；[0028]图9示出复位弹簧和缺口部之间的装配状态；[0029]图10A和10B示出安装防尘罩之前和之后的状态;和[0030]图11示出安装了自动倾斜调节单元的状态。具体实施方式[0031]下文，将描述本发明的说明性实施方式。[0032]〈第一说明性实施方式〉[0033]图1是示出根据第一说明性实施方式的干涉物镜100的配置的外观图，图2是其光学配置视图。千涉物镜100具有物镜101、分束器102和基准表面单元104。[0034]物镜101构造成将从光源10发出的光朝向测量目标W汇聚。在一般的干涉测量装置中，从光源10发出的光平行于分束器30通过准直透镜20发光，沿着光轴的平行光束从分束器30发出并入射到物镜101上。[0035]基准表面单元104至少具有基准表面104a。基准表面104a是成为光路长度的基准的表面并布置在基准光路上。[0036]分束器102构造成将已经通过物镜101的光分成面朝向基准表面104a的基准光路和面朝向测量目标W的测量光路，以合成来自基准表面104a的反射光和来自测量目标W的反射光，并将其作为干涉光输出。在一般的干涉测量装置中，输出的干涉光在物镜处变成平行束、笔直地透过分束器30、汇聚在成像透镜40上，在成像单元50上形成干涉图像，所述成像单元50例如由具有布置成二维形状的多个像素的成像元件构成的CCD照相机。[0037]基准表面单元104可拆卸地安装在包括物镜101和分束器102的主体103上，S卩，被配置成可置换的。例如，基准表面单元配置成使其通过基准表面单元固定螺钉105固定到主体103并且通过拧下或分离基准表面单元固定螺钉1〇5而从主体卸下。[0038]基准表面单元104配置成可置换的，从而在要被测量的表面的反射率占主导的低放大率的干涉测量时，可以选择和使用具有最佳表面纹理的干涉表面，并由此始终获得具有有利对比度的千涉条纹图像，而与测量目标的类型无关。而且，不仅可以使用相关领域的平面反光镜的基准表面而且可以使用具有除了平面形状、特定阶梯或特定形状图案例如1C图案之外的任意形状的基准表面。作为任意形状，例如，可以使用具有形状对应于测量目标的表面形状的基准表面。由此，可以以高速轻松执行比较测量并缩短测量时间。[0039]〈第二说明性实施方式〉[0040]图3A和3B示出根据第二说明性实施方式的干涉物镜104a的基准表面单元1〇4,其中图3A示出向外的外观，图3际出内部配置。此外，内部配置的分解视图在图5和6中示出。[0041]千涉物镜l〇4a构造成使得干涉物镜1〇〇的基准表面单元104的基准表面1〇4a的倾角可被调节，所述倾角可以固定成任何角度，主体103具有和千涉物镜1〇〇相同的配置。[0042]基准表面单元104除了基准表面l〇4a之外还具有固定轴承i〇4b、基准表面移动轴承104c、轴104d、可动轴承104e、倾斜调节单元l〇4f和锁定机构l〇4g。[OO43]固定轴承104b是配置成除了沿光轴的方向之外都受约束的轴承。[0044]该基准表面104a装配到基准表面移动轴承i〇4c上并被插入到固定轴承1041中的状态下，基准表面移动轴承104c被设置成与基准表面l〇4a—起自由地改变倾斜姿势。[0045]轴104d穿过固定轴承104b，其两个端部固定到基准表面移动轴承…如和可动轴承104e。[0046]可动轴承104e被设置成自由地改变倾斜姿势。当倾斜姿势改变时，倾斜姿势的改变经由所述轴104d传递至基准表面移动轴承104c。基准表面移动轴承l〇4c与固定轴承104b的接触表面以及固定轴承l〇4b与可动轴承104e的接触表面具有任意的形状。然而，如图3B所示，例如，当接触表面构造为球形表面时，可以平稳地改变倾斜姿势并将倾斜稳固地传递至基准表面移动轴承104c。[0047]倾斜调节单元104f具有圆柱形主体104fl和倾斜调节按钮104f2,该倾斜调节按钮104f2具有从外部穿透圆柱体的凸起并能够改变凸起进入圆柱体的突伸程度。从方便调节的角度来看，倾斜调节按钮104f2优选地以复数形式设置。配置的示例示于图4中。倾斜调节单元104f设置成圆柱形主体104f1围绕可动轴承104e。在该状态下，当倾斜调节按钮104f2被调节成使该凸起突伸时，凸起的尖端压向可动轴承104e的外壁。借助压力，能够改变可动轴承104e的倾斜姿势。此时，当可动轴承104e的外壁配置成具有例如球形形状时，能够更平稳地改变倾角。[0048]锁定机构104g具有固定销104gl和固定螺钉104g2。固定销104gl设置有形成在轴l〇4d的侧表面上的穿孔。固定螺钉104g2布置在设置于轴104d的轴向上的螺钉孔中。当拧紧固定螺钉104g2时，固定销104gl作用在可动轴承104e上，使得可动轴承104e压向固定轴承104b，由此固定了可动轴承104e的倾斜姿势。基准表面移动轴承104c的倾斜姿势经由轴l〇4d固定，使得基准表面104a的倾角也被固定。为了在固定螺钉104g2放松时平稳地改变可动轴承104e的倾斜姿势，可以提供弹簧104g3和垫圈104g4使得两个可动轴承以适当的加压被应用。[0049]在此，锁定机构104g通过固定销104gl和固定螺钉104g2实施。然而，也可以使用除了销之外的盘状构件。此外，可以通过弹簧力而不是通过螺钉紧固而提前形成固定状态，可利用另一构件构造一杠杆，并且固定状态可通过操作所述杠杆来释放。[0050]根据上述构造，可以调节基准表面的倾角并固定所调节的角度。因此，当己完成调节的基准表面单元被事先准备时，可以按需快速置换基准表面单元并快速执行测量。此外，能够防止在测量时被调节的状态发生改变。进一步，当使用可拆卸的倾斜调节单元时，能够防止在安装和拆卸时被调节的状态发生改变。[0051]为了在干涉测量时获得具有高对比度的白色干涉条纹，优选不仅调节基准表面的倾斜度而且调节基准光路的长度。图3A，3B，4和5所示的基准表面单元104包括能够使在第二说明性实施方式中描述的基准表面的倾角的调节机构（下文中称作“基准表面调节单元”）完全在光轴方向上滑动从而调节基准光路的长度的配置。下面，还描述相应的配置。[0052]基准表面单元104还具有壳体104h、调节螺钉104i、驱动销104j和弹簧104k。壳体l〇4h为例如中心轴是光轴的圆柱形构件，基准表面调节单元插入圆柱体中。为此，基准表面调节单元在圆柱体中滑动，从而能够沿光轴方向滑动定位在基准表面调节单元的尖端处的基准表面104a。调节螺钉104i是设置在壳体104h和基准表面调节单元之间的边界部的外周上的圆柱体件。调节螺钉104i在其内壁上具有凸缘状凸起，并被构造成拧紧到壳体l〇4h上。驱动销104j设置成从固定轴承104b突伸，使得在将调节螺钉104i拧紧到壳体104h上时其接合到凸缘状凸起。通过这种构造，当调节螺钉104i拧紧到壳体104h上时，凸缘状凸起与驱动销104j碰撞，从而能够沿光轴方向（基准光路的长度被缩短的方向）滑动基准表面调节单元。此外，弹簧104k设置在壳体104h中，该弹簧构造成通过将基准表面调节单元推入壳体l〇4h中而缩短，从而当调节螺钉104i在相反方向旋转时，能够通过弹簧的排斥力沿光轴方向（基准光路的长度变长的方向）滑动基准表面调节单元。[0053]〈第三说明性实施方式〉[0054]在第三说明性实施方式的配置中，倾斜调节单元104f可以从基准表面单元104卸下。图7示出倾斜调节单元104f的安装状态，图8示出倾斜调节单元的拆卸状态。[0055]图7和8示出了通过为倾斜调节单元104f提供盖104m并将盖螺钉104n拧紧到盖104m上而能够使倾斜调节单元104f轻松地固定到基准表面单元10以及从基准表面单元10卸下的配置的示例。然而，能够进行拆卸和固定的配置不限于此。例如，倾斜调节单元104f可设置有用于拆卸和固定的螺钉或锁定机构以执行拆卸和固定。[0056]当将倾斜调节单元104f配置成可拆卸的，则优选即使倾斜调节按钮104f2被操作时，倾斜调节单元l〇4f也以安装的状态牢固地固定至基准表面单元104。因此，例如，优选地，倾斜调节单元l〇4f设置有复位弹簧104f3,该复位弹簧具有形成在两个端部的爪件，如图4所示，可动轴承104e设置有缺口部l〇4el，如图9所示，倾斜调节单元104f安装成使得复位弹簧104f3的爪件的位置与缺口部l〇4el匹配。通过这种配置，倾斜调节单元104f牢固地固定到基准表面单元104,可以稳固地进行调节操作。[0057]在基准表面l〇4a以任意倾角固定的状态下，基准表面单元可以在倾斜调节单元l〇4f被拆卸且防灰罩104p被用来替代盖l〇4m而安装时使用。图10A示出了安装之前的状态，图10B示出了安装之后的状态。从而，当基准表面以任意角度固定到干涉物镜的光轴或另一特定位置来执行比较测量时，可以防止基准表面无意中偏置。此外，当基准表面104a构造成沿光轴方向可滑动时，如第二说明性实施例所描述的，能够在防灰罩104p安装时操作调节螺钉104i。因此，当向调节螺钉104i的外周边添加标尺时，还可以方便地测量所述测量目标上的步进量（stepamount。[0058]倾斜调节单元l〇4f被构造成可拆卸的，从而不仅能够使用被构造成手动调节倾斜量的构件，而且能够使用具有PZT和嵌入其中的致动器并能够执行数字控制的自动调节构件。图11示出了安装有自动倾斜调节单元104q的示例，其替代了图6所示的手动倾斜调节单元104f。使用所述自动调节构件，从而即使在干涉物镜被用于数字控制的图像测量装置时，也Hb够从丨一人计，机PCj空制基准麵的倾斜度的调节。而且，在例如显微镜的手动测量系统中，自动倾斜调节单元可以被适当置换并与倾斜调节单元一起使用，所述倾斜调节单元具有另一调节机构以及具有组合的粗略移动和精细移动的倾斜调节机构。[0059]〈第四说明性实施方式〉[0060]在本发明的干涉物镜中，基准表面可被置换。因此，当预先准备具有多个基准表面单元的基准表面单元组时，其中基准表面单元的反射性、要形成的任意形状、基准表面的阶梯和形状图案中的至少一个彼此不同，能够用对应于要被测量表面的纹理的适当的基准表面顺序地置换所述基准表面而精确且有效地执行测量。此外，当准备基准表面单元组时，如果基准表面单元的基准表面的倾角的调节已事先完成，则更有效地执行测量。[0061]本发明的干涉物镜的构造可以在本发明所描述的技术思想的范围内适当地变化，并且变化或改造也包括在本发明的技术范围之内。

权利要求：1.一种干涉物镜，包括：物镜，构造成将从光源发射的光朝向测量目标汇聚；具有基准表面的基准表面单元；以及分束器，该分束器构造成将已经通过物镜的光分成面朝向基准表面的基准光路和面朝向测量目标的测量光路，以将来自基准表面的反射光和来自测量目标的反射光合成，并将其作为干涉光输出，其中干涉表面单元被构造成可置换的。2.根据权利要求1的干涉物镜，其中干涉表面单元安装成使之可以自由地安装和拆卸。3.根据权利要求1的干涉物镜，其中基准表面单元的基准表面形成为除了平面形状之外的任意形状，如阶梯或形状图案。4.根据权利要求3的干涉物镜，其中所述任意形状是对应于测量目标的表面形状的形状。5.根据权利要求1的干涉物镜，其中基准表面单元被构造成调节所述基准表面的倾角;和基准表面单元包括用于以任意角度固定倾角的锁定机构。6.根据权利要求5的干涉物镜，其中基准表面的倾角可以利用构造成可拆卸地安装到基准表面单元的倾斜调节单元来调节。7.—种基准表面单元组，包括：多个基准表面单元，每个基准表面单元包括：物镜，构造成将从光源发射的光朝向测量目标汇聚；具有基准表面的基准表面单元；以及分束器，该分束器构造成将已经通过物镜的光分成面朝向基准表面的基准光路和面朝向测量目标的测量光路，以将来自基准表面的反射光和来自测量目标的反射光合成，并将其作为干涉光输出，其中：干涉表面单元被构造成可置换的；以及基准表面单元的反射性、要形成的形状、基准表面的阶梯和形状图案中的至少一个彼此不同。8.根据权利要求7的基准表面单元组，其中基准表面单元的基准表面的倾斜角度的调节已完成。

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