[发明专利]干涉物镜及基准表面单元组

说明书

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。

技术领域

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

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。

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。

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。

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。

JP-A-2005-538359,JP-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。

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。

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。

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1μm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。

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。