[发明专利]用于非接触测量表面的方法和设备

说明书

技术领域

本文公开了非接触表面度量的方法。更具体地，提供了用于非接触测量表面的方法。

还公开了用于非接触测量表面的设备。

背景技术

具有平坦和球形表面的光学组件相对易于制造和测量。然而，由于其因像差而受限的性能，所述具有平坦和球形表面的光学组件被替换为具有复杂表面的光学组件，例如非球面和任意形式的表面。具有复杂表面的光学组件可以消除像差并且提供许多其他优点。具有复杂表面的光学组件通过使用机械加工、剖光和度量技术而获得。

近年来，由于对之前复杂的光学表面的机械加工的需要而开发出针对这种光学组件的高级的制造技术。对这种光学组件的度量要求由此变得越来越高。

用于表面特征的表面度量目前通过不同的技术实施，例如通过接触测量、扫描探针测量和非接触测量。

接触测量基于被牵引穿过样本的小型触针尖端(tip)的使用。样本表面上的峰顶和谷底均被尖端跟踪。所述尖端的上下移动被转换为信号，该信号被处理为数字数据，该数字数据可用于构造关于样本中的位置与在样本的该点处的高度的曲线。

所述尖端在样本表面上施加恒定的力，以便精确地跟随所述样本表面的形状。因此，基于接触的测量的一个主要的缺点是其是破坏性的，因为测量尖端始终接触被测量的样本。接触测量技术的另一个缺点是，虽然目前可以制造在微米数值范围以下的尖端，但比尖端自身尺寸更小的细节不能被测量。

扫描探针测量基于探针的使用，该探针接近待测量的表面操作并且与其相距某距离，其中在探针和所述表面之间施加力。在这种技术中，原子力显微镜被用于测量非球形表面。

非接触测量可以通过干涉测量、共焦轮廓测定或激光自动聚焦技术实施。

在干涉测量技术中，当基准波束在观测平面中覆盖在携带关于被测量表面的信息的波束之上时，干涉边缘被估计。反射波束中的相位差被测量，并且被转换为高度信息，使得可以获得表面轮廓。

通过使用干涉测量，获得关于被测量的样本表面的地形的信息。来自所述样本的波阵面与基准波阵面比较，使得在通常为照相机的探测器中的覆盖引起干涉图案，通过该干涉图案，可以估计测量表面和基准表面(通常为平坦的镜)之间的高度差。为了测量非球形表面，基准波阵面需要被修改为尽可能类似测量波阵面。由于干涉测量信号的性质，这是为了执行测量所必须的。当两个波阵面之间的相位差较大时，干涉图案中的边缘被压缩为使得照相机不能对其分解并且丢失一些信息。修改波阵面基准以使其类似于波阵面测量的技术被称为归零(nulling)。对于球形或平坦的样本，获得球形或平坦的基准波阵面是容易的。然而，对于非球形表面，由于需要非球形基准波阵面，获得基准波阵面变得复杂得多。

共焦轮廓测定由共焦显微镜执行，在所述共焦显微镜中，样本通过非常小的针孔被照明并且通过置于第二小针孔后面的光电探测器观察。以此方式，仅精确地来自焦平面的光才将到达光电探测器。通过拒绝聚焦的光，图像将来自物体的薄区段(小景深)，使得通过扫描穿过对象的多个薄区段，可以构建该对象的非常清晰的三维图像。

通过使用投射到样本上的光的结构化图案和景深算法，还可以获得共焦深度分区。

WO9000754示出了共焦显微镜法的方式。共焦显微镜包括用于将光波束提供到透镜的光源，所述透镜将所述光聚焦到待检查的物体上，以便照明所述对象上或所述对象内的点观测场。自照明的点观测场反射的光被冷凝器收集并且传输到探测器。扫描装置使照明的点观测场相对于物体在扫描图案中移动。从光源到冷凝器的传输中流出的光以及返回的光经由光纤和光分离器传输，以便将返回的光转向到探测器。

激光自动聚焦技术可以被视为在光学上与接触测量技术等价。然而，在此情况下，触针尖端被替换为光学尖端，也就是，显微镜物镜的焦点。在激光自动聚焦技术的一个示例中，在通过显微镜物镜的分析下，离轴激光波束被输出到样本上。如果样本处于焦点处，则所述激光波束被反射达到探测器中心。如果样本不在焦点处，则激光波束将到达探测器的其他区域。当被探测时，物镜被移动，使得激光波束再次撞击在探测器中心上。为了执行测量，这种技术是基于移动光学尖端的，这种移动表示激光波束横穿样本并且再次聚集所述样本的每个位置，使得测量系统和样本之间的距离始终保持恒定(自动聚焦)。关于表面地形的信息由此通过由所述系统进行的沿样本的移动以保持其始终处于焦点中而获得。

上述度量技术允许复杂表面的形状和纹理的精确的估计。获得的数据与设计数据比较，以便获得之后被传送到剖光系统的校正数据。所述获得的数据相应于在从数十纳米到数百纳米的范围内的形状规范。