集成式形狀測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成式形狀測(cè)量裝置。其包括：反射干涉儀單元、透射干涉儀單元和光探測(cè)器。反射干涉儀單元包括第一光源以及反射干涉儀。反射干涉儀將從第一光源發(fā)射的光傳輸?shù)酱郎y(cè)物體和參考鏡，基于從待測(cè)物體反射的光和參考鏡的參考光形成干涉條紋。透射干涉儀單元包括配置為發(fā)射單色光的第二光源以及透射干涉儀。透射干涉儀將從第二光源發(fā)射的光進(jìn)行分光，使得一部分光能透射通過待測(cè)物體而另一部分光不能透射通過待測(cè)物體，基于透射通過待測(cè)物體的光和未透射通過待測(cè)物體的光形成干涉條紋光。探測(cè)器被置于待測(cè)物體的上方并且探測(cè)所述干涉條紋。在該裝置中，根據(jù)待測(cè)物體的透光率而選擇性地使用反射干涉儀單元和透射干涉儀單元中的一者。
【專利說明】
集成式形狀測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種集成式形狀測(cè)量裝置，更具體地說，涉及這樣一種集成式形狀測(cè)量裝置，其中反射干涉儀和透射干涉儀被集成到單個(gè)裝置中。

【背景技術(shù)】
[0002]干涉儀是這樣一種裝置，即:在發(fā)射光之后，基于從待測(cè)物體的表面和基準(zhǔn)面反射和透射的兩種光而形成干涉條紋，測(cè)量和分析該干涉條紋從而獲得關(guān)于該物體表面的形狀的信息。
[0003]因其能夠簡(jiǎn)單地測(cè)量物體的形狀，所以這樣一種干涉儀已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。具體來說，在整個(gè)工業(yè)界的全部領(lǐng)域中迅速發(fā)展的技術(shù)已經(jīng)導(dǎo)致在半導(dǎo)體、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、平板顯示器、光學(xué)部件等等的領(lǐng)域中都需要精密加工，并且目前進(jìn)入到需要納米級(jí)加工技術(shù)的階段。因此，所需加工形狀已經(jīng)由簡(jiǎn)單的圖案變成復(fù)雜的形狀，并且因此突顯出測(cè)量微形狀的重要性。
[0004]由于采用例如干涉儀、相移干涉儀(PSI)以及白光掃描干涉儀的干涉過程已被普遍使用。在它們之中，PSI是通過在干涉圖中使相位移動(dòng)差不多一個(gè)適當(dāng)驅(qū)動(dòng)間隔而獲得參考相位并將其還原成高度的一種方法。
[0005]在使用PSI的傳統(tǒng)形狀測(cè)量裝置中，光學(xué)部件根據(jù)待測(cè)物體的透光率而被區(qū)別化配置和布置。就是說，如果待測(cè)物體具有低透光率并且反射大部分入射光，則使用能夠基于從該物體反射回的光形成干涉條紋的反射干涉儀來測(cè)量該物體的形狀。另一方面，如果待測(cè)物體具有高透光率并且透射大部分入射光，則使用能夠基于透射通過該物體的光形成干涉條紋的透射干涉儀來測(cè)量該物體的形狀。
[0006]在此情況下，不得不根據(jù)待測(cè)物體的類型而使用不同的干涉儀，存在的問題在于，采購(gòu)成本增加并且在每個(gè)干涉儀的維護(hù)過程中耗費(fèi)時(shí)間和勞力。同樣地，在考慮到降低成本而只使用一種干涉儀的情況下，難以針對(duì)各種待測(cè)物體對(duì)形狀進(jìn)行最佳地測(cè)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，為解決前述問題而構(gòu)想了本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種集成式形狀測(cè)量裝置，其中反射干涉儀和透射干涉儀被集成在單個(gè)裝置中，并且根據(jù)待測(cè)物體的透光率選擇性地使用其中的一個(gè)，從而可兼容地測(cè)量各種物體，并且借助為最佳結(jié)果而選出的干涉儀改善了測(cè)量精度。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，一種集成式形狀測(cè)量裝置包括:反射干涉儀單元，該反射干涉儀單元包括第一光源以及反射干涉儀，該反射干涉儀被配置為將從所述第一光源發(fā)射的光傳輸?shù)酱郎y(cè)物體和參考鏡并且基于從所述待測(cè)物體反射的光和所述參考鏡的參考光形成干涉條紋；透射干涉儀單元，該透射干涉儀單元包括第二光源以及透射干涉儀，該第二光源被配置為發(fā)射單色光，該透射干涉儀被配置為將從所述第二光源發(fā)射的光進(jìn)行分光，使得一部分光能透射通過所述待測(cè)物體而另一部分光不能透射通過所述待測(cè)物體并且基于透射通過所述待測(cè)物體的光和未透射通過所述待測(cè)物體的光形成干涉條紋；以及光探測(cè)器，該光探測(cè)器被置于所述待測(cè)物體的上方并且探測(cè)由所述反射干涉儀單元或所述透射干涉儀單元形成的干涉條紋，其中，根據(jù)所述待測(cè)物體的透光率而選擇性地使用所述反射干涉儀單元和所述透射干涉儀單元中的一者。
[0009]所述透射干涉儀可以包括:分束器，該分束器被配置為對(duì)從所述第二光源發(fā)射出的光進(jìn)行分光；反射鏡，該反射鏡被配置為被置于所述待測(cè)物體的下方并且接收由所述分束器分出的一部分光的入射，使得入射光能夠透射通過所述待測(cè)物體并且向所述光探測(cè)器傳播；以及相移鏡，該相移鏡被配置為置于所述待測(cè)物體的上方并且能上下移動(dòng)，并且接收由所述分束器分出的另一部分光的入射，使得入射光能不透射通過所述待測(cè)物體而向所述光探測(cè)器傳播，其中由來自所述反射鏡的光和來自所述相移鏡的光形成干涉條紋。
[0010]所述集成式形狀測(cè)量裝置還可以包括:換位器，該換位器被配置為將所述參考鏡安置在所述待測(cè)物體與所述光探測(cè)器之間的測(cè)量光路中，或者將所述參考鏡設(shè)置成離開所述測(cè)量光路；以及控制器，該控制器被配置為接收所述第一光源的開/關(guān)信號(hào)以及所述第二光源的開/關(guān)信號(hào)，并且控制所述換位器，使得能響應(yīng)于所述第一光源的開信號(hào)而將所述參考鏡安置在所述測(cè)量光路中，并且能響應(yīng)于所述第二光源的開信號(hào)而將所述參考鏡設(shè)置成離開所述測(cè)量光路。
[0011]所述第一光源可以包括被配置成發(fā)射白光的白光光源以及被配置成發(fā)射單色光的單色光光源，并且選擇性地使用從所述白光光源和所述單色光光源其中一者發(fā)射的光。
[0012]所述集成式形狀測(cè)量裝置還可以包括光源移置器，該光源移置器被配置為來回移動(dòng)所述第一光源，使得從所述白光光源與所述單色光光源其中一者發(fā)射的光能夠被傳輸?shù)剿龇瓷涓缮鎯x。
[0013]所述反射干涉儀單元和所述透射干涉儀單元可以布置在所述光探測(cè)器的兩側(cè)，該光探測(cè)器位于二者之間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]結(jié)合附圖，從示例性實(shí)施方式的以下描述中，本發(fā)明的以上和/或其它方面將變得明顯且更容易理解，其中:
[0015]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的集成式形狀測(cè)量裝置的圖；
[0016]圖2是示出圖1的集成式形狀測(cè)量裝置中的反射干涉儀單元的光路的圖；
[0017]圖3是示出圖1的集成式形狀測(cè)量裝置中的透射干涉儀單元的光路的圖；以及
[0018]圖4是用于說明圖1的集成式形狀測(cè)量裝置中的光源移置器的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面，將參照附圖對(duì)本發(fā)明的集成式形狀測(cè)量裝置的實(shí)施方式加以描述。
[0020]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的集成式形狀測(cè)量裝置的圖，圖2是示出圖1的集成式形狀測(cè)量裝置中的反射干涉儀單元的光路的圖，圖3是示出圖1的集成式形狀測(cè)量裝置中的透射干涉儀單元的光路的圖，以及圖4是用于說明圖1的集成式形狀測(cè)量裝置中的光源移置器的示圖。
[0021 ] 參照?qǐng)D1至圖4，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的集成式形狀測(cè)量裝置100包括反射干涉儀單元110、透射干涉儀單元120、主分束器130、光探測(cè)器140、換位器以及控制器150，在該集成式形狀測(cè)量裝置100中反射干涉儀和透射干涉儀集成到單個(gè)裝置中。
[0022]反射干涉儀單元110包括第一光源111以及反射干涉儀。
[0023]第一光源111包括用于生成白光的白光光源111a和用于生成單色光的單色光光源111b，并且選擇性地使用由白光光源111a和單色光光源111b其中之一所生成的光。例如，白光光源111a可以包括鹵素?zé)?、發(fā)光二極管(LED)等等，并且單色光光源111b可以包括二極管激光器等等。
[0024]參照?qǐng)D2和圖4，第一光源111連接用于來回移動(dòng)該第一光源111的光源移置器(未示出)，并且該光源移置器直線地或者旋轉(zhuǎn)地來回移動(dòng)該第一光源111，使得由白光光源111a和單色光光源111b其中之一所發(fā)射的光能夠傳播到反射干涉儀(之后將予以描述)。該光源移置器可以是馬達(dá)等。
[0025]反射干涉儀將光從第一光源111向待測(cè)物體10和參考鏡112傳輸，使得從該待測(cè)物體10反射回的光以及來自參考鏡112的參考光能夠形成干涉條紋。在此實(shí)施方式中，反射干涉儀包括第一聚光鏡113、第一分束器114以及參考鏡112。
[0026]參照?qǐng)D2，第一聚光鏡113將光會(huì)聚到待測(cè)物體10，使得從第一光源111發(fā)射的光能夠通過第一聚光鏡113向第一分束器114傳播。
[0027]第一分束器114反射或透射已穿過第一聚光鏡113的光。從第一分束器114反射的光向參考鏡112傳播，并且透射通過第一分束器114的光傳播至待測(cè)物體10并且此后從該待測(cè)物體再次反射。
[0028]參考鏡112被布置在第一聚光鏡113與第一分束器114之間以便生成在光路上區(qū)別于從待測(cè)物體10反射回的光的參考光。參考鏡112將來自第一分束器114的入射光再次朝第一分束器114反射。
[0029]在從待測(cè)物體10反射的光與由參考鏡112生成的參考光之間形成干涉條紋，其可以被光探測(cè)器140探測(cè)到。
[0030]可以安裝驅(qū)動(dòng)器，以在上下方向上稍微移動(dòng)第一聚光鏡113、第一分束器114以及參考鏡112而獲得干涉條紋。當(dāng)?shù)谝痪酃忡R113、第一分束器114以及參考鏡112被沿著上下方向移動(dòng)數(shù)十納米(nm)時(shí)，光探測(cè)器140探測(cè)干涉信號(hào)強(qiáng)的位置。
[0031]透射干涉儀單元120包括第二光源121以及透射干涉儀。
[0032]第二光源121生成單色光，并且二極管激光器等可以被用作第二光源121。
[0033]透射干涉儀對(duì)從第二光源121發(fā)射的光進(jìn)行分光，使得一部分光能透射通過待測(cè)物體10而另一部分光不能透射通過待測(cè)物體10，從而基于透射通過待測(cè)物體10的光和未透射通過待測(cè)物體10的光形成干涉條紋。在此實(shí)施方式中，透射干涉儀包括分束器122、反射鏡123以及相移鏡124。
[0034]參照?qǐng)D3,分束器122將從第二光源121發(fā)射的光分成兩條光束。其中一條分光光束透射通過分束器122并向反射鏡123傳播，并且另一條分光光束被從分束器122反射并向相移鏡124傳播。
[0035]反射鏡123接收由分束器122分出的一部分光束的入射，使得入射光能夠透射通過待測(cè)物體10并且向光探測(cè)器140傳播。光探測(cè)器140被置于待測(cè)物體10的上方，并且反射鏡123被置于待測(cè)物體10的下方，因?yàn)橛煞瓷溏R123傳輸?shù)墓獠坏貌煌干渫ㄟ^可透射的待測(cè)物體10。
[0036]相移鏡124接收由分束器122分出的另一部分光束的入射，使得入射光能夠不透射通過待測(cè)物體10而向光探測(cè)器140傳播。相移鏡124與例如壓電元件的驅(qū)動(dòng)裝置相連并且因此能夠上下移動(dòng)。當(dāng)相移鏡124上下移動(dòng)時(shí)，該相移鏡124可以以適當(dāng)間隔移位被傳輸光的相位。
[0037]光探測(cè)器140被置于待測(cè)物體10的上方，并且相移鏡124被置于待測(cè)物體10的上方，因?yàn)橛稍撓嘁歧R124傳輸?shù)墓獠⒉煌干渫ㄟ^可透射的待測(cè)物體10。
[0038]由反射鏡123傳輸?shù)墓馀c由相移鏡124傳輸?shù)墓庵g形成干涉條紋，并且由光探測(cè)器140探測(cè)到。
[0039]主分束器130可與反射干涉儀單元110或透射干涉儀單元120 —同使用。
[0040]參照?qǐng)D2，與反射干涉儀單元110 —起使用的主分束器130將從第一光源111發(fā)射的光傳輸?shù)酱郎y(cè)物體10和參考鏡112，并且向光探測(cè)器140發(fā)送從待測(cè)物體10反射的光以及從參考鏡112反射的光。
[0041]參照?qǐng)D3，與透射干涉儀單元120 —起使用的主分束器130向光探測(cè)器140發(fā)送從第二光源121發(fā)射、進(jìn)入反射鏡123并透射通過待測(cè)物體10的光以及進(jìn)入相移鏡124而沒有透射通過待測(cè)物體10的光。
[0042]光探測(cè)器140探測(cè)由反射干涉儀單元110或者透射干涉儀單元120生成的干涉條紋，并且被置于待測(cè)物體10的上方。
[0043]通常來說，光探測(cè)器140包括電耦合裝置(CXD)照相機(jī)，其具有與待測(cè)區(qū)域?qū)?yīng)的合適數(shù)量的像素。此外，聚光鏡141可被置于光探測(cè)器140的前方以便會(huì)聚從主分束器130傳輸?shù)母缮婀狻?br> [0044]反射干涉儀單元110和透射干涉儀單元120被布置在光探測(cè)器140的兩側(cè)，光探測(cè)器140位于二者之間。因此，集成式形狀測(cè)量裝置100內(nèi)的空間能被有效地利用，并且整個(gè)裝置的尺寸得以減小。
[0045]換位器(未示出)可以將參考鏡112安置在待測(cè)物體10與光探測(cè)器140之間的測(cè)量光路PA中(見圖2)，或者可以將該參考鏡112設(shè)置成離開測(cè)量光路PA(見圖3)。該換位器可以采用馬達(dá)等能夠直線地或旋轉(zhuǎn)地來回移動(dòng)設(shè)有參考鏡112的鏡筒。
[0046]控制器150響應(yīng)于第一光源111的開/關(guān)信號(hào)以及第二光源121的開/關(guān)信號(hào)來控制換位器。當(dāng)接收到第一光源111的開信號(hào)時(shí)，控制器150移動(dòng)設(shè)有參考鏡112的鏡筒，使得該參考鏡112能夠被安置在測(cè)量光路PA中。同樣，當(dāng)接收第二光源121的開信號(hào)時(shí)，控制器150移動(dòng)設(shè)有參考鏡112的鏡筒，使得該參考鏡112能夠被設(shè)置成離開測(cè)量光路PA。
[0047]就是說，只有當(dāng)反射干涉儀單元110被用于測(cè)量可反射的待測(cè)物體10的形狀時(shí)，控制器150才控制換位器使得參考鏡112能夠被安置在待測(cè)物體10與光探測(cè)器140之間的測(cè)量光路PA中。當(dāng)透射干涉儀單元120被用于測(cè)量可透射的待測(cè)物體10的形狀時(shí)，參考鏡112被設(shè)置成偏離測(cè)量光路PA并且準(zhǔn)直鏡125被安置在測(cè)量光路PA中，以便校準(zhǔn)透射通過待測(cè)物體10的光。
[0048]在這個(gè)例示性的實(shí)施方式中，集成式形狀測(cè)量裝置100根據(jù)待測(cè)物體10的透光率選擇性地使用反射干涉儀單元110和透射干涉儀單元120中的一個(gè)。
[0049]就是說，如果待測(cè)物體10是具有低透光率的可反射類型，使用能夠基于從第一光源ill發(fā)射的光形成干涉條紋的反射干涉儀單元110來測(cè)量待測(cè)物體10的形狀。另一方面，如果待測(cè)物體10是具有高透光率的可透射類型，使用能夠基于從第二光源121發(fā)射的光形成干涉條紋的透射干涉儀單元120來測(cè)量待測(cè)物體10的形狀。
[0050]如上所述，在按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式配置的集成式形狀測(cè)量裝置中，反射干涉儀和透射干涉儀被集成在單個(gè)裝置中，并且根據(jù)待測(cè)物體的透光率選擇性地使用其中的一個(gè)，從而可兼容地測(cè)量各種物體，并且借助為最佳結(jié)果選出的干涉儀改善測(cè)量精度。
[0051]同樣地，如上所述，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式配置的集成式形狀測(cè)量裝置響應(yīng)于光源的開/關(guān)信號(hào)來控制參考鏡的位置，并且因此具有防止由于手動(dòng)操作而引起的故障的效果。
[0052]同樣地，如上所述，在按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式配置的集成式形狀測(cè)量裝置中，反射干涉儀單元和透射干涉儀單元被布置在光探測(cè)器的兩側(cè)，從而有效地利用該集成式形狀測(cè)量裝置內(nèi)的空間并且減小整個(gè)裝置的尺寸。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，該集成式形狀測(cè)量裝置能可兼容地測(cè)量各種物體并且借助為最佳結(jié)果選出的干涉儀改善測(cè)量精度。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，該集成式形狀測(cè)量裝置可以防止由于手動(dòng)操作而弓I起的故障。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，該集成式形狀測(cè)量裝置可以增加可用選項(xiàng)。
[0056]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，該集成式形狀測(cè)量裝置可以有效地利用該集成式形狀測(cè)量裝置內(nèi)的空間并且減小整個(gè)裝置的尺寸。
[0057]盡管示出和描述了本發(fā)明的一些例示性實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在不脫離本發(fā)明的原則和精神的情況下可以進(jìn)行修改，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種集成式形狀測(cè)量裝置，該集成式形狀測(cè)量裝置包括: 反射干涉儀單元，該反射干涉儀單元包括第一光源以及反射干涉儀，該反射干涉儀被配置為將從所述第一光源發(fā)射的光傳輸?shù)酱郎y(cè)物體和參考鏡并且基于從所述待測(cè)物體反射的光和所述參考鏡的參考光形成干涉條紋； 透射干涉儀單元，該透射干涉儀單元包括第二光源以及透射干涉儀，該第二光源被配置為發(fā)射單色光，該透射干涉儀被配置為將從所述第二光源發(fā)射的光進(jìn)行分光，使得一部分光能透射通過所述待測(cè)物體而另一部分光不能透射通過所述待測(cè)物體并且基于透射通過所述待測(cè)物體的光和未透射通過所述待測(cè)物體的光形成干涉條紋；以及 光探測(cè)器，該光探測(cè)器被置于所述待測(cè)物體的上方并且探測(cè)由所述反射干涉儀單元或所述透射干涉儀單元形成的干涉條紋， 其中，根據(jù)所述待測(cè)物體的透光率而選擇性地使用所述反射干涉儀單元和所述透射干涉儀單元中的一者。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式形狀測(cè)量裝置，其中所述透射干涉儀包括: 分束器，該分束器被配置為對(duì)從所述第二光源發(fā)射出的光進(jìn)行分光； 反射鏡，該反射鏡被配置為置于所述待測(cè)物體的下方并且接收由所述分束器分出的一部分光的入射，使得入射光能夠透射通過所述待測(cè)物體并且向所述光探測(cè)器傳播；以及相移鏡，該相移鏡被配置為置于所述待測(cè)物體的上方并且能上下移動(dòng)，并且接收由所述分束器分出的另一部分光的入射，使得入射光能不透射通過所述待測(cè)物體而向所述光探測(cè)器傳播， 其中由來自所述反射鏡的光和來自所述相移鏡的光形成干涉條紋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式形狀測(cè)量裝置，該集成式形狀測(cè)量裝置還包括: 換位器，該換位器被配置為將所述參考鏡安置在所述待測(cè)物體與所述光探測(cè)器之間的測(cè)量光路中，或者將所述參考鏡設(shè)置成離開所述測(cè)量光路；以及 控制器，該控制器被配置為接收所述第一光源的開/關(guān)信號(hào)以及所述第二光源的開/關(guān)信號(hào)，并且控制所述換位器，使得能響應(yīng)于所述第一光源的開信號(hào)而將所述參考鏡安置在所述測(cè)量光路中，并且能響應(yīng)于所述第二光源的開信號(hào)而將所述參考鏡設(shè)置成離開所述測(cè)量光路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式形狀測(cè)量裝置，其中所述第一光源包括被配置成發(fā)射白光的白光光源以及被配置成發(fā)射單色光的單色光光源，并且 選擇性地使用從所述白光光源和所述單色光光源其中一者發(fā)射的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成式形狀測(cè)量裝置，該集成式形狀測(cè)量裝置還包括光源移置器，該光源移置器被配置為來回移動(dòng)所述第一光源，使得從所述白光光源與所述單色光光源其中一者發(fā)射的光能夠被傳輸?shù)剿龇瓷涓缮鎯x。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式形狀測(cè)量裝置，其中所述反射干涉儀單元和所述透射干涉儀單元被布置在所述光探測(cè)器的兩側(cè)，該光探測(cè)器位于二者之間。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK104422401SQ201410323081
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】尹都永, 金兌昱, 黃映珉, 樸喜載 申請(qǐng)人:Snu 精密股份有限公司