[发明专利]测量样品表面的局部定向和/或高度的彩色共焦测量设备及方法

说明书

本发明涉及一种用于对样品表面(S)的局部高度和/或定向进行彩色共焦测量的设备(1)，该设备(1)包括：‑被配置为产生多色光束(9)的光源(2)；‑投影透镜(4)，包括具有轴向色差的透镜(4)，其被配置为将光束(9)施加到样品表面(S)；‑光学传感器，其被配置为接收由样品表面(S)反射的光束(9)，并测量在积分间隔内接收到的反射光束(9)的总能量；‑扫描系统(10)，其耦合到投影透镜(4)并被配置为移动光束(9)相对于投影透镜(4)的传播轴，从而使光学传感器测得的总能量对应于由样品表面(S)反射的光束(9)的总能量的动态空间平均值。

技术领域

本发明总体上涉及对部件的检验和光学检查的领域，并且更具体地涉及使用光学设备来测量样品表面的精确定向和/或高度的领域。

背景技术

到目前为止，存在包括光学传感器的光学比较器类型的测量设备，其允许精确并且无接触地测量样品表面的局部定向和/或高度。在样品表面处的光束直径(通常称为“斑点(spot)”)通常包括在1.5μm至50μm之间，这取决于所选的物镜。

然而，这些光学比较器对要检查的表面的粗糙度敏感，这很可能导致明显缺乏测量的可重复性。但是这些光学比较器主要被用于检查粗糙度超过几微米或几十微米的零件。然而，由于对粗糙度非常敏感，因此经常优选机械探针类型的接触比较器，因为它们更可靠并且其测量更稳健，具有亚微米可重复性。

为了提高由光学比较器进行的测量的稳健性，并且特别是提高其对要检验或检查的表面的粗糙度的敏感度，已经设想扩大测量点(measurement spot)的尺寸。然而，当光学比较器使用彩色共焦显微镜进行测量时，测量点的尺寸的增加必然会引入通过放大比较器对粗糙度的敏感度而使测量结果失真的光学像差。

文献EP 1 505 425描述了一种包括产生单色相干光束的激光二极管的非彩色测量设备。为了抑制散斑现象，该文献提出增加一种允许移动光束的机械装置。然而，由于彩色共焦测量设备的光源具有低相干性，因此在测量期间不存在这些散斑现象。另外，该文献未提供提高对彩色共焦测量设备的表面粗糙度的敏感度的任何教导。

文献US 2017/0227352本身描述了一种包括用于移动设备以跟随被测量物体的装置的彩色共焦测量设备。另一方面，该文献没有提出允许提高设备对被测量表面的粗糙度的敏感度的任何解决方案。

发明内容

本发明的目的是提出一种使用彩色共焦显微镜来测量样品表面的局部定向和/或高度的设备，该设备通过与当前的光学测量设备相比提高了对表面状况的敏感度，并且即使当要检查的样品表面具有微米级的粗糙度时，该设备也能够获得与机械探针相当的可重复性，从而允许进行稳健和可重复的测量。

为此，本发明提出了一种用于测量样品表面的局部定向和/或高度的彩色共焦测量设备，该设备包括：

-被配置为产生多色光束的光源，

-投影物镜，其包括被配置为将光束施加在样品表面上的轴向色差物镜，光束具有限定的传播轴，

-光学传感器，其被配置为接收被样品表面反射的光束，并且在积分间隔内测量接收到的所述反射光束的总能量，以及

-扫描系统，其被耦合到投影物镜，并且被配置为在光学传感器的积分间隔内使光束的传播轴相对于投影物镜沿预定的路径移动，以便由光学传感器测得的总能量对应于沿着预定路径被样品表面反射的光束的总能量的动态空间平均值。

以上描述的彩色共焦测量设备的一些优选但非限制性的特征如下，单独或组合地：

-光束具有低相干性

-投影物镜还包括准直仪并且扫描系统被布置在准直仪和轴向色差物镜之间。

-扫描系统集成在轴向色差物镜中。