專利名稱：雙重(共焦和干涉)技術(shù)光學(xué)輪廓曲線儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙重(共焦和干涉)技術(shù)光學(xué)輪廓曲線儀(profilometer)，用于表面的三維檢查和測(cè)量。
本發(fā)明屬于光學(xué)度量衡的專業(yè)分支，也就是說(shuō)其中在測(cè)量設(shè)備與正被分析的樣品之間沒有物理接觸。
有很多應(yīng)用都需要知道一個(gè)物體的表面形貌，并由此確定它的微觀形狀。例如，這種分析可以形成質(zhì)量控制過(guò)程的一部分。
材料的新應(yīng)用和新制造工藝的引入，這導(dǎo)致對(duì)表面檢查的過(guò)程和光學(xué)輪廓曲線儀的開發(fā)的市場(chǎng)需求上正在產(chǎn)生系統(tǒng)性的增長(zhǎng)。
就此而論，目前存在兩種基于成像的技術(shù)，其在最近幾年中激烈的競(jìng)爭(zhēng)，以主導(dǎo)光學(xué)表面度量衡市場(chǎng)。
共焦技術(shù)和干涉技術(shù)都能夠在微米和納米級(jí)上準(zhǔn)確并可靠地測(cè)量表面形貌。
然而，正如下面說(shuō)明的，共焦技術(shù)和干涉技術(shù)所涉及的一些測(cè)量原理是非常不同的，因此這兩種技術(shù)的能力是更加互補(bǔ)而非重合的。
共焦輪廓測(cè)量技術(shù)共焦輪廓曲線儀，通過(guò)逐步階地垂直掃描樣品以至該表面上每個(gè)點(diǎn)都通過(guò)焦點(diǎn)，使得可以對(duì)具有寬范圍紋理(從非常粗糙的表面到非常平滑的表面)的表面進(jìn)行高度測(cè)量。通過(guò)檢測(cè)軸向響應(yīng)的最大值的位置來(lái)確定各點(diǎn)上的表面高度。由于在表面上只有一個(gè)或很少量的點(diǎn)被同時(shí)照射，因此必須執(zhí)行一個(gè)同平面掃描，以便對(duì)于落入所使用的透鏡的視野內(nèi)的所有點(diǎn)的各個(gè)垂直步階上，構(gòu)建該軸向響應(yīng)，也就是共焦像。
此類輪廓曲線儀的實(shí)例在例如歐洲專利EP0,485,803中進(jìn)行了描述，其涉及一種光學(xué)設(shè)備，使用了具有光源陣列(illumination array)和檢測(cè)器陣列的共焦光束路徑。該光源陣列在位于或鄰近于物體表面的焦平面內(nèi)被成像。借助于光束分束器，在焦平面內(nèi)被反射的射線被直接發(fā)送至CCD設(shè)備的接收器表面上。在該接收器表面上的該光源陣列的成像被執(zhí)行，以至該接收器的光敏區(qū)充當(dāng)共焦光闌。在測(cè)定中不考慮，或者分別考慮來(lái)自用于僅接收焦平面外被散射的光的檢測(cè)器的元件的信號(hào)。
美國(guó)專利5,239,178公開了一種相似的光學(xué)設(shè)備，其相對(duì)于一個(gè)物體以共焦配置提供了光源柵格(illumination grid)和檢測(cè)器柵格。該光源柵格可以具有例如由一個(gè)LED柵格形成的可變的柵格尺寸。
干涉輪廓測(cè)量技術(shù)在這種情況下，一束光穿過(guò)光束分束器。一部分光束被發(fā)送到樣品的表面，其他部分被發(fā)送到參考反射鏡。從這些表面反射的光被重組合并形成一個(gè)干涉條紋的圖案。
干涉輪廓曲線儀利用相移干涉測(cè)量(PSI)，該相移干涉測(cè)量允許以亞納米分辨率測(cè)量非常光滑的表面的形貌。該樣品，其必須被置于焦點(diǎn)上，被逐步階地垂直掃描，該步階是波長(zhǎng)的非常準(zhǔn)確的幾分之一。輪廓成形算法產(chǎn)生了一個(gè)表面的相位圖，借助于合適的展開過(guò)程，其被轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)的高度圖。
干涉輪廓曲線儀也使用利用白光的垂直掃描干涉測(cè)量(VSI)來(lái)測(cè)量光滑或中等粗糙度表面的形貌。干涉條紋的最大對(duì)比度(contrast)出現(xiàn)在樣品表面上各點(diǎn)的焦點(diǎn)的最佳位置。該樣品被逐步階地垂直掃描，以至表面上各點(diǎn)都穿過(guò)該焦點(diǎn)。通過(guò)檢測(cè)干涉圖的包絡(luò)的最大值的位置，獲得各點(diǎn)上的該表面的高度。
此類輪廓曲線儀的實(shí)例被描述在例如美國(guó)專利5,563,706中，其涉及一種干涉表面輪廓曲線儀。從參考表面和樣品表面反射的光通過(guò)光束分束器被發(fā)送至成像光學(xué)系統(tǒng)，并且利用檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)觀測(cè)根據(jù)從兩個(gè)表面反射的光形成的干涉條紋。準(zhǔn)直光學(xué)元件被置于成像光學(xué)系統(tǒng)和干涉條紋的像平面之間的光路上，以至該準(zhǔn)直光學(xué)元件的后焦點(diǎn)位于該像平面上。
例如，美國(guó)專利6,665,075描述了一種使用相移干涉測(cè)量(PSI)的成像系統(tǒng)，并進(jìn)一步包括發(fā)射器，光束分束器，倒相器和接收器。該發(fā)射器發(fā)射信號(hào)脈沖，該信號(hào)脈沖被分為測(cè)量脈沖和參考脈沖。該測(cè)量脈沖被施加于一個(gè)樣品，一個(gè)相對(duì)相移通過(guò)該倒相器被引入這兩個(gè)脈沖之間，其被重組合以形成被該接收器檢測(cè)的復(fù)合脈沖。
美國(guó)專利6,636,317提供的光束分束器，其以略傾斜于與入射光束相垂直的方向被放置。在所描述的光學(xué)干涉計(jì)中，借助于所述光束分束器，該入射光束被分支到兩個(gè)相交成直角的光路中。在每個(gè)光路上，反射光被第一反射單元完全反射，同時(shí)，透射光被第二反射單元完全反射。被兩個(gè)反射單元反射的光由該光束分束器再次組波并被光接收器接收。
上述PSI和VSI干涉計(jì)可以在微米和納米級(jí)上執(zhí)行非?？斓臏y(cè)量。另外，在使用VSI技術(shù)的情況下，在垂直測(cè)量范圍上沒有固有的限制。然而，這兩種技術(shù)都具有缺點(diǎn)，它們不太容易處理高度傾斜的平滑表面或包含不同材料的結(jié)構(gòu)樣品。
PSI設(shè)備使用戶可以甚至是在低于0.1nm的級(jí)別上進(jìn)行形狀和紋理的測(cè)量。然而，它們有一個(gè)非常受限的垂直測(cè)量范圍的缺陷。
如上述的基于成像的共焦輪廓曲線儀為在干涉技術(shù)中涉及的許多難點(diǎn)提供了解決方案，甚至可以以一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)提供盡可能好的最佳橫向分辨率。然而，它們有一個(gè)由它們的數(shù)值孔徑值所強(qiáng)加的受限制的垂直分辨率，并且不能實(shí)現(xiàn)0.1nm級(jí)上的可重復(fù)性。
共焦輪廓曲線儀可以與分別具有高達(dá)150x和0.95的高放大倍率和數(shù)值孔徑的透鏡一起使用。另一方面，PSI和VSI設(shè)備的可能的放大倍率在實(shí)際中被限制到50x。較高的放大倍率可以通過(guò)使用其他類型的透鏡而獲得，但這些透鏡是不切實(shí)際的并且極其昂貴。
因此，希望有一種輪廓曲線儀，可以提供具有一定的傾斜角度的平滑或相對(duì)粗糙的表面的表示，以亞納米級(jí)的分辨率在不同材料的樣品中確定它們的形狀，紋理等。
本發(fā)明提供了一種用于進(jìn)行非物理接觸表面測(cè)量的新的光學(xué)表面度量衡設(shè)備。它是在一個(gè)設(shè)備中組合兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)的雙重(共焦和干涉)技術(shù)輪廓曲線儀，這個(gè)設(shè)備是緊湊尺寸且不包含移動(dòng)部件。
本發(fā)明的輪廓曲線儀可以用作共焦輪廓曲線儀或用作干涉輪廓曲線儀，因此對(duì)于一個(gè)寬應(yīng)用范圍是有用的，并提供了進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。由此，本發(fā)明的該雙重技術(shù)光學(xué)輪廓曲線儀提供了樣品表面分析所要求的全部特性，并適用于對(duì)納米范圍縱橫比的非常平坦和平滑的表面進(jìn)行重復(fù)與準(zhǔn)確的測(cè)量。
本發(fā)明的輪廓曲線儀也可以被用于測(cè)量具有非常高的縱橫比與陡峭傾斜的非常粗糙的表面。也可以使用相同設(shè)備對(duì)所示的包含不同材料和傾斜表面的結(jié)構(gòu)或成層樣品進(jìn)行高度測(cè)量。
本發(fā)明提供的雙重(共焦和干涉)光學(xué)輪廓曲線儀，包括一個(gè)包括發(fā)光二極管的光源，光束分束器，CCD設(shè)備和多個(gè)可互換的顯微鏡透鏡。這些可互換的顯微鏡透鏡包括可被用于獲得共焦像的傳統(tǒng)透鏡和可被用于獲得干涉像的干涉透鏡。所有的所述可互換的顯微鏡透鏡都被固定在旋轉(zhuǎn)元件上，根據(jù)想要的輪廓曲線儀功能類型，該旋轉(zhuǎn)元件允許所述顯微鏡透鏡被容易地變換。
本發(fā)明提供的輪廓曲線儀具有照射圖案生成裝置，其包括硅基液晶(LCOS)微型顯示器。該LCOS微型顯示器允許生成一系列照射圖案，其借助合適的算法應(yīng)用提供了共焦像，或允許全部光照像素的完全開放，以獲得干涉像。該輪廓曲線儀是利用與所述微型顯示器相關(guān)聯(lián)的偏振光束分束器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
該發(fā)光二極管優(yōu)選地會(huì)發(fā)射一個(gè)具有從2到10μm范圍的相干長(zhǎng)度的光譜。這個(gè)范圍允許應(yīng)用相移干涉輪廓測(cè)量技術(shù)(PSI)或利用白光的垂直掃描輪廓測(cè)量技術(shù)(VSI)。所發(fā)射的光的光譜的相干長(zhǎng)度的最佳范圍值是在4到6μm之間。
最后，該輪廓曲線儀包括掃描系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行樣品所要求的垂直掃描，以至表面上所有的點(diǎn)都穿過(guò)焦點(diǎn)。共焦輪廓測(cè)量技術(shù)和干涉輪廓測(cè)量技術(shù)(PSI和VSI)都需要這種掃描。
用于測(cè)量樣品的表面形貌的垂直掃描借助垂直掃描系統(tǒng)執(zhí)行，其可以是電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置或壓電驅(qū)動(dòng)裝置(PZT)。這兩種系統(tǒng)(電機(jī)或壓電驅(qū)動(dòng)裝置)可以被開環(huán)系統(tǒng)或優(yōu)選為閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)控制。
這種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)配置提供了一種耐用的，設(shè)計(jì)緊湊的非接觸測(cè)量輪廓曲線儀，其可以被附加至例如一個(gè)機(jī)器人的臂上，以在工藝控制過(guò)程中的困難位置，例如，在一個(gè)傾斜的位置上執(zhí)行測(cè)量。
本發(fā)明的輪廓曲線儀的這種雙重(共焦和干涉)特征，可允許它在該設(shè)備自身上，通過(guò)借助安裝有透鏡的該旋轉(zhuǎn)元件，簡(jiǎn)單地選擇合適的顯微鏡透鏡，作為一個(gè)共焦成像和成形設(shè)備或作為一個(gè)干涉成像和成形設(shè)備來(lái)操作以用于表面分析。
對(duì)于執(zhí)行對(duì)包括具有不同材料的結(jié)構(gòu)或成層的樣品的各類表面的形狀和紋理的微米和納米級(jí)的準(zhǔn)確測(cè)量而言，本發(fā)明的輪廓曲線儀是通用的。
本發(fā)明的輪廓曲線儀可以使用在許多應(yīng)用中。作為實(shí)例，本發(fā)明的這種輪廓曲線儀可以用于測(cè)量高縱橫比的表面等，例如，那些包含溝槽，孔洞或缺口的表面；陡斜拋光的表面等，例如，那些作為微透鏡和微棱鏡或硅基微完(macro-finished)表面的微光學(xué)結(jié)構(gòu)；非常粗糙且非完全反射的表面等，例如，紙；包含不同材料的非常低粗糙度的表面等，例如，光學(xué)或電子的微設(shè)備；表現(xiàn)出不同紋理的表面和相對(duì)大尺寸的表面等，例如，一個(gè)模具，一個(gè)硬幣或一個(gè)晶片，等等，這些表面都可以結(jié)合場(chǎng)拼接(field stitching)的選擇而被測(cè)量。
本發(fā)明的輪廓曲線儀的雙重操作的描述如下。
在共焦模式下，用戶選擇傳統(tǒng)顯微鏡透鏡并激活與該模式關(guān)聯(lián)的獲取程序。光源(LED)發(fā)射調(diào)制光束，該調(diào)制光束穿過(guò)準(zhǔn)直器和偏振光束分束器(PBS)。被該P(yáng)BS反射的光落到LCOS微型顯示器上并在此以一個(gè)偏振反射，該偏振依賴于分配給所呈現(xiàn)出的照射圖案的每個(gè)像素的規(guī)定(state)。該被LCOS反射的光再次通過(guò)PBS和輔助光學(xué)系統(tǒng)，在該P(yáng)BS中，在不同的偏振之間進(jìn)行辨別，并且該被LCOS反射的光被另一個(gè)光束分束器反射至顯微鏡透鏡。該光束落到要被測(cè)量的樣品表面上，在其上由該LCOS生成的光圖案被投射出。在樣品表面上反射或漫射的光再次穿過(guò)顯微鏡透鏡，光束分束器和輔助光學(xué)系統(tǒng)(物鏡)，以落到該CCD設(shè)備上，在CCD設(shè)備中，此時(shí)焦點(diǎn)上的該樣品表面的像被投射出。
在共焦模式下，樣品表面上僅僅一個(gè)或很少量的點(diǎn)被LCOS微型顯示器上表現(xiàn)的照射圖案同時(shí)照射，并且使用合適的算法可以計(jì)算這些點(diǎn)中的每個(gè)點(diǎn)的軸向響應(yīng)。為了覆蓋要被測(cè)量的表面上的所有點(diǎn)，一系列照射圖案必須被投射到該表面，以獲得落入視野中的所有點(diǎn)的軸向響應(yīng)的值。按照這種方式，獲得特定垂直位置的共焦像，其中各點(diǎn)的軸向響應(yīng)的對(duì)應(yīng)值越高則它越接近焦點(diǎn)位置。因此，共焦像提供了非常高的對(duì)比度，因?yàn)橹辉诮裹c(diǎn)附近區(qū)域才能感應(yīng)到光，而距離焦點(diǎn)一個(gè)距離的區(qū)域呈現(xiàn)為黑暗。
表面形貌的測(cè)量在位于不同高度的樣品的不同平面上要求一系列共焦像?；谶@些像，并使用合適的軟件，可以獲得該表面的一個(gè)三維重構(gòu)。為了獲得該一系列像，要求一個(gè)用于垂直掃描樣品的系統(tǒng)。
在所述共焦模式下，該輪廓曲線儀可以以一個(gè)特定的橫向分辨率執(zhí)行測(cè)量。這使得對(duì)于傳統(tǒng)的150x透鏡可能將空間采樣減少至0.10μm的值，使得它對(duì)于納米級(jí)別的臨界維度的測(cè)量是理想的。在這種模式下，可以使用具有大數(shù)值孔徑(NA)的透鏡，其允許具有非常高坡度(高達(dá)70°)的拋光表面的測(cè)量。還可以使用具有超大工作距離(SLWD)的透鏡，其允許具有高縱橫比的表面的測(cè)量。在所有情況下，也可以測(cè)量包含不同材料的結(jié)構(gòu)樣品。
在干涉模式下，用戶選擇干涉顯微鏡透鏡，并還激活與該透鏡相關(guān)聯(lián)的獲取程序。與共焦模式相反，該微型顯示器開放它所有的像素來(lái)照射該立即要被測(cè)量的整個(gè)表面。換句話說(shuō)，在干涉模式下，照射圖案未被投射，而是整個(gè)表面被照射以針對(duì)各分析面獲得干涉像。該發(fā)射的光束通過(guò)分束器，該分束器將全部的光發(fā)送至樣品的表面，該表面的圖像被投射至該CCD設(shè)備。借助于合適的算法，這一系列由垂直掃描樣品而產(chǎn)生的干涉像提供了要被分析的樣品的表面形貌。
在這種模式下，該P(yáng)SI技術(shù)可以被用于以亞納米垂直可重復(fù)性測(cè)量連續(xù)的并且非常光滑的表面，而不管所使用的干涉透鏡如何，換句話說(shuō)，適用于所有的數(shù)值孔徑值。同樣，該VSI技術(shù)可以被用于對(duì)于所有的數(shù)值孔徑值，以納米垂直可重復(fù)性測(cè)量拋光表面或粗糙表面。另外，使用該VSI技術(shù)的垂直測(cè)量范圍沒有固有的限制，并且可以使用非常高的掃描速度(高達(dá)100μm/s)。
本發(fā)明的輪廓曲線儀具有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其管理上述的功能模式的程序，其中在一個(gè)監(jiān)視器上以文本，圖像或圖表形式顯示結(jié)果。所顯示的數(shù)據(jù)例如是被測(cè)量形貌的等距線，等高線或輪廓像，直方圖，快速傅立葉變換(FFT)，等等，以及樣品的表面的標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡，共焦像和干涉像。
該軟件被設(shè)計(jì)為確定該要被分析的表面的幾何參數(shù)(高度，寬度，斜度，體積)，以及分析參數(shù)(粗糙度，波度，等)，并且能執(zhí)行插值的數(shù)據(jù)或函數(shù)的過(guò)濾以恢復(fù)未測(cè)量點(diǎn)。該軟件也被設(shè)計(jì)用于以文本形式或以二進(jìn)制文件來(lái)導(dǎo)出數(shù)據(jù)，并允許打印報(bào)告。
本發(fā)明的基于雙重技術(shù)的光學(xué)輪廓曲線儀的測(cè)量裝置可以利用用于定位樣品的系統(tǒng)完成，包括與該輪廓曲線儀的光軸正交的平面內(nèi)X-Y移動(dòng)的兩個(gè)步驟。這些步驟可以被手工控制，或者它們可以被電機(jī)驅(qū)動(dòng)。這這種情況下，該輪廓曲線儀本身的軟件借助操縱桿允許定位所使用的透鏡視野內(nèi)的要被測(cè)量的樣品的區(qū)域，并借助場(chǎng)拼接技術(shù)，也允許自動(dòng)形貌測(cè)量延伸出透鏡視野外的輪廓或形貌。該測(cè)量裝置也可以利用使用PSI和VSI干涉測(cè)量技術(shù)所需要的傾斜(tip-tilt)臺(tái)來(lái)完成，用以減少(minimise)出現(xiàn)在視野中的干涉條紋的數(shù)量。
下面是一個(gè)用于三維檢查和表面測(cè)量的雙重技術(shù)光學(xué)輪廓曲線儀的實(shí)施例。本發(fā)明的輪廓曲線儀的特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)更加清楚。下文中會(huì)給出一個(gè)作為非限制性的實(shí)例的描述，并配合附于本說(shuō)明書中的附圖，其相當(dāng)于一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)輪廓曲線儀的全視圖。
本說(shuō)明書中公開的附圖中作為一個(gè)實(shí)例示出的雙重技術(shù)的光學(xué)輪廓曲線儀被總體指定為(1)。
該雙重技術(shù)光學(xué)輪廓曲線儀(1)圖解地主要包括光源(2)，該光源(2)由具有480nm波長(zhǎng)和Lambert發(fā)射圖案的高功率發(fā)光二極管組成。由該發(fā)光二極管(2)發(fā)射的光具有2到10μm，優(yōu)選的是4到6μm范圍內(nèi)的相干長(zhǎng)度，以允許應(yīng)用相移干涉的輪廓測(cè)量技術(shù)(PSI)和利用白光的垂直掃描輪廓測(cè)量技術(shù)(VSI)。
該光學(xué)輪廓曲線儀(1)還包括光束分束器(3，4)，其中之一是與微型顯示器(5)相關(guān)聯(lián)的偏振光束分束器(3)。
存在安裝于旋轉(zhuǎn)支撐件(9)上的三個(gè)顯微鏡透鏡(6，7，8)，允許它們根據(jù)用戶希望使用的該輪廓曲線儀(1)的功能模式而容易地互換。該顯微鏡透鏡(6，7，8)是可被用于獲得共焦像的傳統(tǒng)透鏡，和可被用于獲得干涉像的干涉透鏡。
所述微型顯示器(5)構(gòu)成了該照射圖案生成裝置的一部分。在所述實(shí)施例中，所述微型顯示器(5)是硅基鐵電液晶(F-LCOS)微型顯示器，適用于生成一系列照射圖案。這一系列照射圖案使得能夠獲得共焦像，也使得完全開放所有的照射像素以獲得干涉像，以至該輪廓曲線儀(1)根據(jù)需要既可以工作于共焦模式，也可以工作于干涉模式。
輔助光學(xué)系統(tǒng)(14，15)也被包括來(lái)與顯微鏡透鏡(6，7，8)結(jié)合進(jìn)行操作，以至所述LCOS微型顯示器(5)的平面內(nèi)的像被投射在樣品(11)的表面上，其隨后被投射在CCD設(shè)備(12)上。
在共焦模式下，起作用的顯微鏡透鏡(8)是傳統(tǒng)的顯微鏡透鏡，并且與該功能模式相關(guān)聯(lián)的獲取程序也被激活。所述光源(LED)(2)發(fā)射調(diào)制光束，在其到達(dá)該偏振光束分束器(PBS)(3)之前借助準(zhǔn)直器(10)被準(zhǔn)直。由PBS(3)反射的該部分光束落到LCOS微型顯示器(5)上并由它以一個(gè)偏振來(lái)反射，該偏振依賴于分配給每個(gè)呈現(xiàn)出的照射圖案的各像素的規(guī)定。該被LCOS(5)反射的光再次通過(guò)PBS(3)和光學(xué)系統(tǒng)(15)，并被該光束分束器(4)反射至顯微鏡透鏡(8)，如

圖1中所示。該光束落到要被測(cè)量的樣品的表面(11)上，在其上由該LCOS生成的光圖案被投射出(5)。樣品的表面上反射或漫射的光再次通過(guò)顯微鏡透鏡(8)，光束分束器(4)和輔助光學(xué)系統(tǒng)(物鏡)(14)，以落到該輪廓曲線儀的CCD設(shè)備(12)上。
借助該LCOS微型顯示器(5)利用一系列照射圖案來(lái)照射樣品的表面，并且使用合適的算法來(lái)獲得落入視野內(nèi)的所有點(diǎn)的軸向響應(yīng)值，換句話說(shuō)，焦平面的共焦像。這些共焦像提供了非常高的對(duì)比度，這是因?yàn)橹辉诮裹c(diǎn)附近區(qū)域才能感應(yīng)到光，而距離焦點(diǎn)一個(gè)距離的區(qū)域呈現(xiàn)為黑暗。
借助于垂直掃描系統(tǒng)(13)，通過(guò)垂直掃描樣品，實(shí)現(xiàn)了表面形貌的測(cè)量，由此獲得一系列位于不同高度的樣品(11)的不同平面中的共焦像?；谶@些像，并借助合適的軟件，可以獲得該樣品的表面(11)的三維重構(gòu)。對(duì)于要被分析的表面(11)上的各個(gè)點(diǎn)，所述軟件確定了在獲得最大軸向響應(yīng)的位置上的形貌的坐標(biāo)值。
該垂直掃描系統(tǒng)(13)可以包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置或壓電驅(qū)動(dòng)裝置(PZT)。這兩種系統(tǒng)(電機(jī)或壓電驅(qū)動(dòng)裝置)可以借助于開環(huán)系統(tǒng)或優(yōu)選為閉環(huán)系統(tǒng)而被控制。
在所述模式下，可以使用具有大數(shù)值孔徑(NA)的透鏡，這允許具有非常高坡度(高達(dá)70°)的拋光表面的測(cè)量，并可以使用具有超大工作距離(SLWD)的透鏡，這允許具有高縱橫比的表面的測(cè)量。在所有情況下，也可以測(cè)量包含不同材料的結(jié)構(gòu)樣品。
在干涉模式下，起作用的顯微鏡透鏡(8)是干涉顯微鏡透鏡，并且與該透鏡相關(guān)聯(lián)的獲取程序也被激活。在這種情況下，該微型顯示器(5)開放它的所有像素以照射該馬上要被分析的整個(gè)表面(11)。這里，照射圖案未被投射，而是整個(gè)表面(11)被照射以獲得各分析平面的干涉像。所發(fā)射的光的光束通過(guò)光束分束器(4)，該分束器將光束發(fā)送至樣品(11)的表面，該表面的反射光落到該CCD設(shè)備(12)上。借助于合適的算法，這一系列由垂直掃描樣品而產(chǎn)生的干涉像提供了要被分析的樣品的表面形貌。
本發(fā)明的輪廓曲線儀具有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于管理上述功能模式的程序，其中在一個(gè)監(jiān)視器上以文本，圖像或圖表形式顯示結(jié)果。所顯示的數(shù)據(jù)例如是被測(cè)量形貌的等距線，等高線或輪廓像，直方圖，快速傅立葉變換(FFT)，等等，以及樣品表面的標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡，共焦像和干涉像。
本發(fā)明的雙重技術(shù)光學(xué)輪廓曲線儀的組成已經(jīng)根據(jù)所附的附圖進(jìn)行了充分的描述，應(yīng)當(dāng)理解的是，可以引入任何適當(dāng)?shù)募?xì)節(jié)修改，只要不改變?nèi)绺郊拥臋?quán)利要求書中總結(jié)的本發(fā)明的本質(zhì)。
權(quán)利要求
1.雙重(共焦和干涉)技術(shù)的光學(xué)輪廓曲線儀(1)，包括光源(2)，光束分束器(3，4)和一系列顯微鏡透鏡(6，7，8)，其特征在于，它還包括，照射圖案生成裝置(5)，以及所述顯微鏡透鏡(6，7，8)是可互換的，所述顯微鏡透鏡(6，7，8)包括可用于獲得樣品(11)的表面的共焦像的傳統(tǒng)透鏡和可用于獲得所述樣品(11)的表面的干涉像的干涉透鏡。
2.如權(quán)利要求1所述的雙重(共焦和干涉)技術(shù)的光學(xué)輪廓曲線儀(1)，其特征在于，所述照射圖案生成裝置包括LCOS微型顯示器(5)。
3.如權(quán)利要求1所述的雙重(共焦和干涉)技術(shù)的光學(xué)輪廓曲線儀(1)，其特征在于，所述光源是發(fā)光二極管(2)。
4.如權(quán)利要求2所述的雙重(共焦和干涉)技術(shù)的光學(xué)輪廓曲線儀(1)，其特征在于，所述光束分束器(3)是與所述微型顯示器(5)相關(guān)聯(lián)的偏振光束分束器。
5.如權(quán)利要求2所述的雙重(共焦和干涉)技術(shù)的光學(xué)輪廓曲線儀(1)，其特征在于，所述微型顯示器(5)適用于生成一系列照射圖案，使得可以獲得共焦像，或開放所有照射像素，從而可以獲得干涉像。
6.如權(quán)利要求3所述的雙重(共焦和干涉)技術(shù)的光學(xué)輪廓曲線儀(1)，其特征在于，所述發(fā)光二極管(2)發(fā)射具有2到10μm范圍內(nèi)的相干長(zhǎng)度的光譜，使得可以應(yīng)用相移干涉輪廓測(cè)量(PSI)技術(shù)和利用白光的垂直掃描輪廓測(cè)量(VSI)技術(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的雙重(共焦和干涉)技術(shù)的光學(xué)輪廓曲線儀(1)，其特征在于，它包括所述樣品(11)的垂直掃描系統(tǒng)(13)，使得可以獲得位于不同高度的所述樣品(11)的不同平面內(nèi)的一系列共焦像或干涉像，從而，通過(guò)使用合適的算法，獲得所述樣品(11)的表面形貌。
8.如權(quán)利要求7所述的雙重(共焦和干涉)技術(shù)的光學(xué)輪廓曲線儀(1)，其特征在于，所述樣品(11)的垂直掃描系統(tǒng)(13)包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
9.如權(quán)利要求7所述的雙重(共焦和干涉)技術(shù)的光學(xué)輪廓曲線儀(1)，其特征在于，所述樣品(11)的垂直掃描系統(tǒng)(13)包括壓電驅(qū)動(dòng)裝置。
10.如權(quán)利要求8或9所述的雙重(共焦和干涉)技術(shù)的光學(xué)輪廓曲線儀(1)，其特征在于，所述垂直掃描系統(tǒng)(13)借助于開環(huán)系統(tǒng)或閉環(huán)系統(tǒng)而被控制。
全文摘要
該設(shè)備包括光源(LED)，光束分束器(至少其中之一是偏振的)，照射圖案生成裝置(LCOS微型顯示器)和可互換的顯微鏡透鏡，所述顯微鏡透鏡是可用于獲得共焦像的傳統(tǒng)透鏡和可用于獲得干涉像的干涉透鏡。該微型顯示器可以生成一系列照射圖案，以獲得共焦像，或可以完全開放所有的照射像素以獲得干涉像。該設(shè)計(jì)是緊湊的并可以在微米和納米級(jí)別上對(duì)包括由不同材料組成的結(jié)構(gòu)或成層樣品的所有類型的表面的形狀和紋理進(jìn)行非接觸快速測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B9/04GK1961238SQ200580012715
公開日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2005年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者費(fèi)蘭·拉瓜爾塔·貝爾特蘭, 羅赫爾·阿蒂加斯·普爾薩斯, 克里斯蒂娜·卡德瓦爾·阿蒂格斯 申請(qǐng)人:加泰羅尼亞理工大學(xué)