本發(fā)明涉及用于顯微鏡的干涉物鏡和基準表面單元組，以及基于該顯微鏡的圖像測量裝置或精細形狀測量裝置。

背景技術(shù)：

在測量要被加工的金屬表面的表面紋理以及半導(dǎo)體集成電路的電路圖案的形狀和階梯(step)以及測量透明薄膜的厚度的領(lǐng)域中，具有低放大率的光學(xué)宏觀放大觀測裝置或者具有比所述裝置更大放大率的光學(xué)顯微鏡設(shè)置有干涉功能，而且所觀察到的干涉條紋經(jīng)過圖像處理，從而高精度地測量精細表面形狀。

在能夠執(zhí)行干涉測量的放大光學(xué)裝置中，構(gòu)成干涉系統(tǒng)的部件或結(jié)構(gòu)具有整體形成于其上的物鏡并作為單個構(gòu)件起干涉系統(tǒng)的作用。物鏡被稱為干涉物鏡。一般的干涉物鏡具有物鏡、基準表面和分束器。物鏡構(gòu)造成使從光源發(fā)出的光朝向測量目標匯聚。由物鏡匯聚的光在分束器處被分成面朝向基準表面成為基準的基準光路以及面朝向測量目標表面(要被測量的表面)的測量光路。已經(jīng)通過基準光路的光在基準表面上反射，而已經(jīng)通過測量光路的光在要被測量的表面上反射。被反射的光再次在分束器處合成，然后作為干涉光輸出。

作為用于引發(fā)干涉的光源，通常使用的是由白熾燈、led等生成的白光。由于白光具有低干涉，干涉強度在一窄范圍內(nèi)變?yōu)榉逯担谠撜秶鷥?nèi)，干涉光路和測量光路之間的光路差接近于零(0)。由于這一原因，當干涉物鏡在高度方向(光軸方向)掃描(測量光路長度改變)時，干涉條紋的亮度變?yōu)榉逯档母叨仍诔上裱b置的視野中分別在每個像素位置被檢測，從而能夠精確地測量所述測量目標的三維形狀等。

關(guān)于干涉物鏡，通常使用的是michelson型和mirau型。michelson型是具有在與測量目標分開提供的光軸上的基準表面的結(jié)構(gòu)，并且主要用于具有20倍放大率或更低的低放大率的物鏡。與michelson型相比，mirau型是具有在和測量目標相同光軸的上的基準表面的結(jié)構(gòu)，并且用于不能采取長工作距離的高放大率的物鏡。

jp-a-2005-538359,jp-a-2007-536539和jp-a-h05-118831公開了相關(guān)領(lǐng)域的干涉顯微鏡及干涉物鏡，專利jp-a-2000-193891公開了一種調(diào)節(jié)機構(gòu)。

在顯微鏡物鏡具有較低放大率的情況下，由于數(shù)值孔徑(na)小，光以相對于光軸的小傾角入射到要被測量的表面上并且工作距離變長。因此，顯微鏡物鏡可能受到具有各種反射率的要被測量的表面的固有反射率的影響，例如金屬表面和玻璃表面。例如，在實際測量時，當具有反射率低的表面紋理的測量目標(例如玻璃)通過使用干涉物鏡觀察時，該干涉物鏡具有干涉表面，最佳干涉條紋的對比度借助該干涉表面在具有高反射率的金屬反射表面上獲得，白色干涉條紋的對比度降低。

為了解決上述問題，考慮適當?shù)剡x擇和使用具有對應(yīng)于測量目標的反射率的最佳反射率的基準表面。

然而，用于干涉測量的白光是具有低干涉可能性的非相干光。因此，為了產(chǎn)生干涉，必需將其上布置有測量目標的測量光路的光路長度和其上布置有基準表面的干涉光路的光路長度嚴格匹配。例如，在光軸方向上觀察清晰干涉條紋的范圍通常為1μm或更小的非常窄的范圍，并且當光路長度未被嚴格匹配時，干涉條紋不能作為圖像而獲得。為此，需要分合部件、干涉表面和要被測量的表面之間的嚴格的位置關(guān)系。此外，由于要被測量的表面是物鏡的焦點位置，所以在生產(chǎn)部件時以及在組裝過程中會引起巨大困難。由于這種情況，干涉物鏡通常是被調(diào)節(jié)并固定后發(fā)貨的，從而白色干涉條紋發(fā)生在透鏡的理想焦點位置。

因此，實際上難以根據(jù)測量目標任意選擇干涉物鏡的基準表面，必需準備多個干涉物鏡，每個干涉物鏡具有對應(yīng)于測量目標的反射率的基準表面。而且，當干涉物鏡被與測量裝置整體設(shè)置時，必需準備多個測量裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種干涉物鏡和基準表面單元組，該基準表面單元組的基準表面可與主體分離。

(1)根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種干涉物鏡，包括：構(gòu)造成將從光源發(fā)射的光朝向測量目標匯聚的物鏡；具有基準表面的基準表面單元；以及分束器，該分束器構(gòu)造成將已經(jīng)通過物鏡的光分成面朝向基準表面的基準光路和面朝向測量目標的測量光路，以將來自基準表面的反射光和來自測量目標的反射光合成，并將其作為干涉光輸出，其中干涉表面單元構(gòu)造成可置換的。換句話說，干涉表面單元安裝成使之可以自由地安裝和拆卸。

由此，在要被測量的表面的反射率占主導(dǎo)的低放大率的干涉測量時，能夠選擇和使用具有最佳表面紋理的基準表面，并由此始終獲得具有有利對比度的干涉條紋圖像，而與測量目標的類型無關(guān)。

(2)作為基準表面單元的基準表面，不僅可以使用相關(guān)領(lǐng)域的平面反光鏡的基準表面而且可以使用具有除了平面形狀、階梯或形狀圖案之外的任意形狀的基準表面。作為任意形狀，可以使用例如對應(yīng)于測量目標的表面形狀的形狀。從而，能夠以高速容易地執(zhí)行比較測量并縮短測量時間。

(3)可以提供鎖定機構(gòu)，用于在基準表面單元構(gòu)造之后以任意角度固定傾角使之可調(diào)節(jié)基準表面的傾角。從而，能夠調(diào)節(jié)基準表面的傾角并固定該被調(diào)節(jié)的角度。因此，當預(yù)先制備已經(jīng)完成調(diào)節(jié)的基準表面單元時，可以按需快速置換基準表面單元并快速執(zhí)行測量。此外，能夠防止在測量時被調(diào)節(jié)的狀態(tài)發(fā)生改變。進一步，當使用可拆卸的傾斜調(diào)節(jié)單元時，能夠防止在安裝和拆卸時被調(diào)節(jié)的狀態(tài)發(fā)生改變。

(4)基準表面的傾角可以利用可拆卸的傾斜調(diào)節(jié)單元來調(diào)節(jié)。通過這種配置，能夠不僅使用被構(gòu)造成手動調(diào)節(jié)傾斜量的構(gòu)件而且能夠使用具有pzt和嵌入其中的致動器并能夠執(zhí)行數(shù)字控制的自動調(diào)節(jié)構(gòu)件，作為傾斜調(diào)節(jié)單元。

(5)當預(yù)先準備具有多個基準表面的基準表面單元組時，其中基準表面單元的反射性、要形成的任意形狀、基準表面的階梯和形狀圖案中的至少一個彼此不同，能夠用對應(yīng)于要被測量表面的紋理的適當?shù)幕鶞时砻骓樞虻刂脫Q所述基準表面而精確且有效地執(zhí)行測量。

(6)當準備基準表面單元組時，如果基準表面單元的基準表面的傾斜角度的調(diào)節(jié)已事先完成，則更有效地執(zhí)行測量。

附圖說明

從下文給出的詳細說明以及僅作為圖解給出因此不作為本發(fā)明的限制的附圖，將更全面的理解本發(fā)明，其中：

圖1是示出第一說明性實施方式的干涉物鏡的配置的外觀圖；

圖2是第一說明性實施方式的干涉物鏡的光學(xué)配置圖；

圖3a和3b示出第二說明性實施方式的干涉透鏡的基準表面單元；

圖4示出傾斜調(diào)節(jié)單元的配置示例；

圖5是示出基準表面單元的內(nèi)部配置的分解視圖；

圖6是示出細節(jié)的單獨分解視圖，其示出基準表面單元的內(nèi)部組裝部件中的一個；

圖7示出傾斜調(diào)節(jié)單元處于安裝狀態(tài)；

圖8示出傾斜調(diào)節(jié)單元處于拆卸狀態(tài)；

圖9示出復(fù)位彈簧和缺口部之間的裝配狀態(tài)；

圖10a和10b示出安裝防塵罩之前和之后的狀態(tài)；和

圖11示出安裝了自動傾斜調(diào)節(jié)單元的狀態(tài)。

具體實施方式

下文，將描述本發(fā)明的說明性實施方式。

<第一說明性實施方式>

圖1是示出根據(jù)第一說明性實施方式的干涉物鏡100的配置的外觀圖，圖2是其光學(xué)配置視圖。干涉物鏡100具有物鏡101、分束器102和基準表面單元104。

物鏡101構(gòu)造成將從光源10發(fā)出的光朝向測量目標w匯聚。在一般的干涉測量裝置中，從光源10發(fā)出的光平行于分束器30通過準直透鏡20發(fā)光，沿著光軸的平行光束從分束器30發(fā)出并入射到物鏡101上。

基準表面單元104至少具有基準表面104a?；鶞时砻?04a是成為光路長度的基準的表面并布置在基準光路上。

分束器102構(gòu)造成將已經(jīng)通過物鏡101的光分成面朝向基準表面104a的基準光路和面朝向測量目標w的測量光路，以合成來自基準表面104a的反射光和來自測量目標w的反射光，并將其作為干涉光輸出。在一般的干涉測量裝置中，輸出的干涉光在物鏡101處變成平行束、筆直地透過分束器30、匯聚在成像透鏡40上，在成像單元50上形成干涉圖像，所述成像單元50例如由具有布置成二維形狀的多個像素的成像元件構(gòu)成的ccd照相機。

基準表面單元104可拆卸地安裝在包括物鏡101和分束器102的主體103上，即，被配置成可置換的。例如，基準表面單元配置成使其通過基準表面單元固定螺釘105固定到主體103并且通過擰下或分離基準表面單元固定螺釘105而從主體卸下。

基準表面單元104配置成可置換的，從而在要被測量的表面的反射率占主導(dǎo)的低放大率的干涉測量時，可以選擇和使用具有最佳表面紋理的干涉表面，并由此始終獲得具有有利對比度的干涉條紋圖像，而與測量目標的類型無關(guān)。而且，不僅可以使用相關(guān)領(lǐng)域的平面反光鏡的基準表面而且可以使用具有除了平面形狀、特定階梯或特定形狀圖案(例如ic圖案)之外的任意形狀的基準表面。作為任意形狀，例如，可以使用具有形狀對應(yīng)于測量目標的表面形狀的基準表面。由此，可以以高速輕松執(zhí)行比較測量并縮短測量時間。

<第二說明性實施方式>

圖3a和3b示出根據(jù)第二說明性實施方式的干涉物鏡104a的基準表面單元104，其中圖3a示出向外的外觀，圖3b示出內(nèi)部配置。此外，內(nèi)部配置的分解視圖在圖5和6中示出。

干涉物鏡104a構(gòu)造成使得干涉物鏡100的基準表面單元104的基準表面104a的傾角可被調(diào)節(jié)，所述傾角可以固定成任何角度，主體103具有和干涉物鏡100相同的配置。

基準表面單元104除了基準表面104a之外還具有固定軸承104b、基準表面移動軸承104c、軸104d、可動軸承104e、傾斜調(diào)節(jié)單元104f和鎖定機構(gòu)104g。

固定軸承104b是配置成除了沿光軸的方向之外都受約束的軸承。

該基準表面104a裝配到基準表面移動軸承104c上并被插入到固定軸承104b中的狀態(tài)下，基準表面移動軸承104c被設(shè)置成與基準表面104a一起自由地改變傾斜姿勢。

軸104d穿過固定軸承104b，其兩個端部固定到基準表面移動軸承104c和可動軸承104e。

可動軸承104e被設(shè)置成自由地改變傾斜姿勢。當傾斜姿勢改變時，傾斜姿勢的改變經(jīng)由所述軸104d傳遞至基準表面移動軸承104c?；鶞时砻嬉苿虞S承104c與固定軸承104b的接觸表面以及固定軸承104b與可動軸承104e的接觸表面具有任意的形狀。然而，如圖3b所示，例如，當接觸表面構(gòu)造為球形表面時，可以平穩(wěn)地改變傾斜姿勢并將傾斜穩(wěn)固地傳遞至基準表面移動軸承104c。

傾斜調(diào)節(jié)單元104f具有圓柱形主體104f1和傾斜調(diào)節(jié)按鈕104f2，該傾斜調(diào)節(jié)按鈕104f2具有從外部穿透圓柱體的凸起并能夠改變凸起進入圓柱體的突伸程度。從方便調(diào)節(jié)的角度來看，傾斜調(diào)節(jié)按鈕104f2優(yōu)選地以復(fù)數(shù)形式設(shè)置。配置的示例示于圖4中。傾斜調(diào)節(jié)單元104f設(shè)置成圓柱形主體104f1圍繞可動軸承104e。在該狀態(tài)下，當傾斜調(diào)節(jié)按鈕104f2被調(diào)節(jié)成使該凸起突伸時，凸起的尖端壓向可動軸承104e的外壁。借助壓力，能夠改變可動軸承104e的傾斜姿勢。此時，當可動軸承104e的外壁配置成具有例如球形形狀時，能夠更平穩(wěn)地改變傾角。

鎖定機構(gòu)104g具有固定銷104g1和固定螺釘104g2。固定銷104g1設(shè)置有形成在軸104d的側(cè)表面上的穿孔。固定螺釘104g2布置在設(shè)置于軸104d的軸向上的螺釘孔中。當擰緊固定螺釘104g2時，固定銷104g1作用在可動軸承104e上，使得可動軸承104e壓向固定軸承104b，由此固定了可動軸承104e的傾斜姿勢?；鶞时砻嬉苿虞S承104c的傾斜姿勢經(jīng)由軸104d固定，使得基準表面104a的傾角也被固定。為了在固定螺釘104g2放松時平穩(wěn)地改變可動軸承104e的傾斜姿勢，可以提供彈簧104g3和墊圈104g4使得兩個可動軸承以適當?shù)募訅罕粦?yīng)用。

在此，鎖定機構(gòu)104g通過固定銷104g1和固定螺釘104g2實施。然而，也可以使用除了銷之外的盤狀構(gòu)件。此外，可以通過彈簧力而不是通過螺釘緊固而提前形成固定狀態(tài)，可利用另一構(gòu)件構(gòu)造一杠桿，并且固定狀態(tài)可通過操作所述杠桿來釋放。

根據(jù)上述構(gòu)造，可以調(diào)節(jié)基準表面的傾角并固定所調(diào)節(jié)的角度。因此，當已完成調(diào)節(jié)的基準表面單元被事先準備時，可以按需快速置換基準表面單元并快速執(zhí)行測量。此外，能夠防止在測量時被調(diào)節(jié)的狀態(tài)發(fā)生改變。進一步，當使用可拆卸的傾斜調(diào)節(jié)單元時，能夠防止在安裝和拆卸時被調(diào)節(jié)的狀態(tài)發(fā)生改變。

為了在干涉測量時獲得具有高對比度的白色干涉條紋，優(yōu)選不僅調(diào)節(jié)基準表面的傾斜度而且調(diào)節(jié)基準光路的長度。圖3a,3b,4和5所示的基準表面單元104包括能夠使在第二說明性實施方式中描述的基準表面的傾角的調(diào)節(jié)機構(gòu)(下文中稱作“基準表面調(diào)節(jié)單元”)完全在光軸方向上滑動從而調(diào)節(jié)基準光路的長度的配置。下面，還描述相應(yīng)的配置。

基準表面單元104還具有殼體104h、調(diào)節(jié)螺釘104i、驅(qū)動銷104j和彈簧104k。殼體104h為例如中心軸是光軸的圓柱形構(gòu)件，基準表面調(diào)節(jié)單元插入圓柱體中。為此，基準表面調(diào)節(jié)單元在圓柱體中滑動，從而能夠沿光軸方向滑動定位在基準表面調(diào)節(jié)單元的尖端處的基準表面104a。調(diào)節(jié)螺釘104i是設(shè)置在殼體104h和基準表面調(diào)節(jié)單元之間的邊界部的外周上的圓柱體件。調(diào)節(jié)螺釘104i在其內(nèi)壁上具有凸緣狀凸起，并被構(gòu)造成擰緊到殼體104h上。驅(qū)動銷104j設(shè)置成從固定軸承104b突伸，使得在將調(diào)節(jié)螺釘104i擰緊到殼體104h上時其接合到凸緣狀凸起。通過這種構(gòu)造，當調(diào)節(jié)螺釘104i擰緊到殼體104h上時，凸緣狀凸起與驅(qū)動銷104j碰撞，從而能夠沿光軸方向(基準光路的長度被縮短的方向)滑動基準表面調(diào)節(jié)單元。此外，彈簧104k設(shè)置在殼體104h中，該彈簧構(gòu)造成通過將基準表面調(diào)節(jié)單元推入殼體104h中而縮短，從而當調(diào)節(jié)螺釘104i在相反方向旋轉(zhuǎn)時，能夠通過彈簧的排斥力沿光軸方向(基準光路的長度變長的方向)滑動基準表面調(diào)節(jié)單元。

<第三說明性實施方式>

在第三說明性實施方式的配置中，傾斜調(diào)節(jié)單元104f可以從基準表面單元104卸下。圖7示出傾斜調(diào)節(jié)單元104f的安裝狀態(tài)，圖8示出傾斜調(diào)節(jié)單元的拆卸狀態(tài)。

圖7和8示出了通過為傾斜調(diào)節(jié)單元104f提供蓋104m并將蓋螺釘104n擰緊到蓋104m上而能夠使傾斜調(diào)節(jié)單元104f輕松地固定到基準表面單元10以及從基準表面單元10卸下的配置的示例。然而，能夠進行拆卸和固定的配置不限于此。例如，傾斜調(diào)節(jié)單元104f可設(shè)置有用于拆卸和固定的螺釘或鎖定機構(gòu)以執(zhí)行拆卸和固定。

當將傾斜調(diào)節(jié)單元104f配置成可拆卸的，則優(yōu)選即使傾斜調(diào)節(jié)按鈕104f2被操作時，傾斜調(diào)節(jié)單元104f也以安裝的狀態(tài)牢固地固定至基準表面單元104。因此，例如，優(yōu)選地，傾斜調(diào)節(jié)單元104f設(shè)置有復(fù)位彈簧104f3，該復(fù)位彈簧具有形成在兩個端部的爪件，如圖4所示，可動軸承104e設(shè)置有缺口部104e1，如圖9所示，傾斜調(diào)節(jié)單元104f安裝成使得復(fù)位彈簧104f3的爪件的位置與缺口部104e1匹配。通過這種配置，傾斜調(diào)節(jié)單元104f牢固地固定到基準表面單元104，可以穩(wěn)固地進行調(diào)節(jié)操作。

在基準表面104a以任意傾角固定的狀態(tài)下，基準表面單元可以在傾斜調(diào)節(jié)單元104f被拆卸且防灰罩104p被用來替代蓋104m而安裝時使用。圖10a示出了安裝之前的狀態(tài)，圖10b示出了安裝之后的狀態(tài)。從而，當基準表面以任意角度固定到干涉物鏡的光軸或另一特定位置來執(zhí)行比較測量時，可以防止基準表面無意中偏置。此外，當基準表面104a構(gòu)造成沿光軸方向可滑動時，如第二說明性實施例所描述的，能夠在防灰罩104p安裝時操作調(diào)節(jié)螺釘104i。因此，當向調(diào)節(jié)螺釘104i的外周邊添加標尺時，還可以方便地測量所述測量目標上的步進量(stepamount)。

傾斜調(diào)節(jié)單元104f被構(gòu)造成可拆卸的，從而不僅能夠使用被構(gòu)造成手動調(diào)節(jié)傾斜量的構(gòu)件，而且能夠使用具有pzt和嵌入其中的致動器并能夠執(zhí)行數(shù)字控制的自動調(diào)節(jié)構(gòu)件。圖11示出了安裝有自動傾斜調(diào)節(jié)單元104q的示例，其替代了圖6所示的手動傾斜調(diào)節(jié)單元104f。使用所述自動調(diào)節(jié)構(gòu)件，從而即使在干涉物鏡被用于數(shù)字控制的圖像測量裝置時，也能夠從個人計算機(pc)控制基準表面的傾斜度的調(diào)節(jié)。而且，在例如顯微鏡的手動測量系統(tǒng)中，自動傾斜調(diào)節(jié)單元可以被適當置換并與傾斜調(diào)節(jié)單元一起使用，所述傾斜調(diào)節(jié)單元具有另一調(diào)節(jié)機構(gòu)以及具有組合的粗略移動和精細移動的傾斜調(diào)節(jié)機構(gòu)。

<第四說明性實施方式>

在本發(fā)明的干涉物鏡中，基準表面可被置換。因此，當預(yù)先準備具有多個基準表面單元的基準表面單元組時，其中基準表面單元的反射性、要形成的任意形狀、基準表面的階梯和形狀圖案中的至少一個彼此不同，能夠用對應(yīng)于要被測量表面的紋理的適當?shù)幕鶞时砻骓樞虻刂脫Q所述基準表面而精確且有效地執(zhí)行測量。此外，當準備基準表面單元組時，如果基準表面單元的基準表面的傾角的調(diào)節(jié)已事先完成，則更有效地執(zhí)行測量。

本發(fā)明的干涉物鏡的構(gòu)造可以在本發(fā)明所描述的技術(shù)思想的范圍內(nèi)適當?shù)刈兓?，并且變化或改造也包括在本發(fā)明的技術(shù)范圍之內(nèi)。