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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410323081.9 (22)申请日 2014.07.08 10-2013-0099613 2013.08.22 KR G01B 11/24(2006.01) (71)申请人 SNU 精密股份有限公司 地址 韩国忠淸南道 (72)发明人 尹都永 金兑昱 黄映珉 朴喜载 (74)专利代理机构 北京三友知识产权代理有限 公司 11127 代理人 王小东 (54) 发明名称 集成式形状测量装置 (57) 摘要 本发明公开了一种集成式形状测量装置。其 包括 ： 反射干涉仪单元、 透射干涉仪单元和光探 测器。反射干涉仪单元包括第一光源以及反。
2、射干 涉仪。反射干涉仪将从第一光源发射的光传输到 待测物体和参考镜， 基于从待测物体反射的光和 参考镜的参考光形成干涉条纹。透射干涉仪单元 包括配置为发射单色光的第二光源以及透射干涉 仪。 透射干涉仪将从第二光源发射的光进行分光， 使得一部分光能透射通过待测物体而另一部分 光不能透射通过待测物体， 基于透射通过待测物 体的光和未透射通过待测物体的光形成干涉条纹 光。探测器被置于待测物体的上方并且探测所述 干涉条纹。 在该装置中， 根据待测物体的透光率而 选择性地使用反射干涉仪单元和透射干涉仪单元 中的一者。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (1。
3、2)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 104422401 A (43)申请公布日 2015.03.18 CN 104422401 A 1/1 页 2 1. 一种集成式形状测量装置， 该集成式形状测量装置包括 ： 反射干涉仪单元， 该反射干涉仪单元包括第一光源以及反射干涉仪， 该反射干涉仪被 配置为将从所述第一光源发射的光传输到待测物体和参考镜并且基于从所述待测物体反 射的光和所述参考镜的参考光形成干涉条纹 ； 透射干涉仪单元， 该透射干涉仪单元包括第二光源以及透射干涉仪， 该第二光源被配 置为发射单色光， 该透射干涉仪被配置为将从所述第二光源发射的光。
4、进行分光， 使得一部 分光能透射通过所述待测物体而另一部分光不能透射通过所述待测物体并且基于透射通 过所述待测物体的光和未透射通过所述待测物体的光形成干涉条纹 ； 以及 光探测器， 该光探测器被置于所述待测物体的上方并且探测由所述反射干涉仪单元或 所述透射干涉仪单元形成的干涉条纹， 其中， 根据所述待测物体的透光率而选择性地使用所述反射干涉仪单元和所述透射干 涉仪单元中的一者。 2. 根据权利要求 1 所述的集成式形状测量装置， 其中所述透射干涉仪包括 ： 分束器， 该分束器被配置为对从所述第二光源发射出的光进行分光 ； 反射镜， 该反射镜被配置为置于所述待测物体的下方并且接收由所述分束器分出。
5、的一 部分光的入射， 使得入射光能够透射通过所述待测物体并且向所述光探测器传播 ； 以及 相移镜， 该相移镜被配置为置于所述待测物体的上方并且能上下移动， 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过所述待测物体而向所述光探 测器传播， 其中由来自所述反射镜的光和来自所述相移镜的光形成干涉条纹。 3. 根据权利要求 1 所述的集成式形状测量装置， 该集成式形状测量装置还包括 ： 换位器， 该换位器被配置为将所述参考镜安置在所述待测物体与所述光探测器之间的 测量光路中， 或者将所述参考镜设置成离开所述测量光路 ； 以及 控制器， 该控制器被配置为接收所述第一光源的开 /。
6、 关信号以及所述第二光源的开 / 关信号， 并且控制所述换位器， 使得能响应于所述第一光源的开信号而将所述参考镜安置 在所述测量光路中， 并且能响应于所述第二光源的开信号而将所述参考镜设置成离开所述 测量光路。 4. 根据权利要求 1 所述的集成式形状测量装置， 其中所述第一光源包括被配置成发射 白光的白光光源以及被配置成发射单色光的单色光光源， 并且 选择性地使用从所述白光光源和所述单色光光源其中一者发射的光。 5. 根据权利要求 4 所述的集成式形状测量装置， 该集成式形状测量装置还包括光源移 置器， 该光源移置器被配置为来回移动所述第一光源， 使得从所述白光光源与所述单色光 光源其中一者。
7、发射的光能够被传输到所述反射干涉仪。 6. 根据权利要求 1 所述的集成式形状测量装置， 其中所述反射干涉仪单元和所述透射 干涉仪单元被布置在所述光探测器的两侧， 该光探测器位于二者之间。 权 利 要 求 书 CN 104422401 A 2 1/5 页 3 集成式形状测量装置 技术领域 0001 本发明涉及一种集成式形状测量装置， 更具体地说， 涉及这样一种集成式形状测 量装置， 其中反射干涉仪和透射干涉仪被集成到单个装置中。 背景技术 0002 干涉仪是这样一种装置， 即 ： 在发射光之后， 基于从待测物体的表面和基准面反射 和透射的两种光而形成干涉条纹， 测量和分析该干涉条纹从而获得关于。
8、该物体表面的形状 的信息。 0003 因其能够简单地测量物体的形状， 所以这样一种干涉仪已经被广泛地应用于工业 领域。 具体来说， 在整个工业界的全部领域中迅速发展的技术已经导致在半导体、 微机电系 统 (MEMS)、 平板显示器、 光学部件等等的领域中都需要精密加工， 并且目前进入到需要纳米 级加工技术的阶段。 因此， 所需加工形状已经由简单的图案变成复杂的形状， 并且因此突显 出测量微形状的重要性。 0004 由于采用例如干涉仪、 相移干涉仪 (PSI) 以及白光扫描干涉仪的干涉过程已被普 遍使用。在它们之中， PSI 是通过在干涉图中使相位移动差不多一个适当驱动间隔而获得 参考相位并将其。
9、还原成高度的一种方法。 0005 在使用 PSI 的传统形状测量装置中， 光学部件根据待测物体的透光率而被区别化 配置和布置。 就是说， 如果待测物体具有低透光率并且反射大部分入射光， 则使用能够基于 从该物体反射回的光形成干涉条纹的反射干涉仪来测量该物体的形状。另一方面， 如果待 测物体具有高透光率并且透射大部分入射光， 则使用能够基于透射通过该物体的光形成干 涉条纹的透射干涉仪来测量该物体的形状。 0006 在此情况下， 不得不根据待测物体的类型而使用不同的干涉仪， 存在的问题在于， 采购成本增加并且在每个干涉仪的维护过程中耗费时间和劳力。同样地， 在考虑到降低成 本而只使用一种干涉仪的情。
10、况下， 难以针对各种待测物体对形状进行最佳地测量。 发明内容 0007 因此， 为解决前述问题而构想了本发明， 并且本发明的一个方面提供了一种集成 式形状测量装置， 其中反射干涉仪和透射干涉仪被集成在单个装置中， 并且根据待测物体 的透光率选择性地使用其中的一个， 从而可兼容地测量各种物体， 并且借助为最佳结果而 选出的干涉仪改善了测量精度。 0008 根据本发明的一个实施方式， 一种集成式形状测量装置包括 ： 反射干涉仪单元， 该 反射干涉仪单元包括第一光源以及反射干涉仪， 该反射干涉仪被配置为将从所述第一光源 发射的光传输到待测物体和参考镜并且基于从所述待测物体反射的光和所述参考镜的参 考。
11、光形成干涉条纹 ； 透射干涉仪单元， 该透射干涉仪单元包括第二光源以及透射干涉仪， 该 第二光源被配置为发射单色光， 该透射干涉仪被配置为将从所述第二光源发射的光进行分 光， 使得一部分光能透射通过所述待测物体而另一部分光不能透射通过所述待测物体并且 说 明 书 CN 104422401 A 3 2/5 页 4 基于透射通过所述待测物体的光和未透射通过所述待测物体的光形成干涉条纹 ； 以及光探 测器， 该光探测器被置于所述待测物体的上方并且探测由所述反射干涉仪单元或所述透射 干涉仪单元形成的干涉条纹， 其中， 根据所述待测物体的透光率而选择性地使用所述反射 干涉仪单元和所述透射干涉仪单元中的一。
12、者。 0009 所述透射干涉仪可以包括 ： 分束器， 该分束器被配置为对从所述第二光源发射出 的光进行分光 ； 反射镜， 该反射镜被配置为被置于所述待测物体的下方并且接收由所述分 束器分出的一部分光的入射， 使得入射光能够透射通过所述待测物体并且向所述光探测器 传播 ； 以及相移镜， 该相移镜被配置为置于所述待测物体的上方并且能上下移动， 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过所述待测物体而向所述 光探测器传播， 其中由来自所述反射镜的光和来自所述相移镜的光形成干涉条纹。 0010 所述集成式形状测量装置还可以包括 ： 换位器， 该换位器被配置为将所述参考镜 安。
13、置在所述待测物体与所述光探测器之间的测量光路中， 或者将所述参考镜设置成离开所 述测量光路 ； 以及控制器， 该控制器被配置为接收所述第一光源的开 / 关信号以及所述第 二光源的开 / 关信号， 并且控制所述换位器， 使得能响应于所述第一光源的开信号而将所 述参考镜安置在所述测量光路中， 并且能响应于所述第二光源的开信号而将所述参考镜设 置成离开所述测量光路。 0011 所述第一光源可以包括被配置成发射白光的白光光源以及被配置成发射单色光 的单色光光源， 并且选择性地使用从所述白光光源和所述单色光光源其中一者发射的光。 0012 所述集成式形状测量装置还可以包括光源移置器， 该光源移置器被配置。
14、为来回移 动所述第一光源， 使得从所述白光光源与所述单色光光源其中一者发射的光能够被传输到 所述反射干涉仪。 0013 所述反射干涉仪单元和所述透射干涉仪单元可以布置在所述光探测器的两侧， 该 光探测器位于二者之间。 附图说明 0014 结合附图， 从示例性实施方式的以下描述中， 本发明的以上和 / 或其它方面将变 得明显且更容易理解， 其中 ： 0015 图 1 是示出根据本发明的一个实施方式的集成式形状测量装置的图 ； 0016 图 2 是示出图 1 的集成式形状测量装置中的反射干涉仪单元的光路的图 ； 0017 图 3 是示出图 1 的集成式形状测量装置中的透射干涉仪单元的光路的图 ； 。
15、以及 0018 图 4 是用于说明图 1 的集成式形状测量装置中的光源移置器的图。 具体实施方式 0019 下面， 将参照附图对本发明的集成式形状测量装置的实施方式加以描述。 0020 图 1 是示出根据本发明的一个实施方式的集成式形状测量装置的图， 图 2 是示出 图 1 的集成式形状测量装置中的反射干涉仪单元的光路的图， 图 3 是示出图 1 的集成式形 状测量装置中的透射干涉仪单元的光路的图， 以及图 4 是用于说明图 1 的集成式形状测量 装置中的光源移置器的示图。 0021 参照图1至图4， 根据本发明的一个实施方式的集成式形状测量装置100包括反射 说 明 书 CN 1044224。
16、01 A 4 3/5 页 5 干涉仪单元110、 透射干涉仪单元120、 主分束器130、 光探测器140、 换位器以及控制器150， 在该集成式形状测量装置 100 中反射干涉仪和透射干涉仪集成到单个装置中。 0022 反射干涉仪单元 110 包括第一光源 111 以及反射干涉仪。 0023 第一光源 111 包括用于生成白光的白光光源 111a 和用于生成单色光的单色光光 源 111b， 并且选择性地使用由白光光源 111a 和单色光光源 111b 其中之一所生成的光。例 如， 白光光源 111a 可以包括卤素灯、 发光二极管 (LED) 等等， 并且单色光光源 111b 可以包 括二极管。
17、激光器等等。 0024 参照图 2 和图 4， 第一光源 111 连接用于来回移动该第一光源 111 的光源移置器 ( 未示出 )， 并且该光源移置器直线地或者旋转地来回移动该第一光源 111， 使得由白光光 源 111a 和单色光光源 111b 其中之一所发射的光能够传播到反射干涉仪 ( 之后将予以描 述 )。该光源移置器可以是马达等。 0025 反射干涉仪将光从第一光源 111 向待测物体 10 和参考镜 112 传输， 使得从该待测 物体 10 反射回的光以及来自参考镜 112 的参考光能够形成干涉条纹。在此实施方式中， 反 射干涉仪包括第一聚光镜 113、 第一分束器 114 以及参考。
18、镜 112。 0026 参照图 2， 第一聚光镜 113 将光会聚到待测物体 10， 使得从第一光源 111 发射的光 能够通过第一聚光镜 113 向第一分束器 114 传播。 0027 第一分束器 114 反射或透射已穿过第一聚光镜 113 的光。从第一分束器 114 反射 的光向参考镜 112 传播， 并且透射通过第一分束器 114 的光传播至待测物体 10 并且此后从 该待测物体再次反射。 0028 参考镜 112 被布置在第一聚光镜 113 与第一分束器 114 之间以便生成在光路上区 别于从待测物体 10 反射回的光的参考光。参考镜 112 将来自第一分束器 114 的入射光再 次朝。
19、第一分束器 114 反射。 0029 在从待测物体10反射的光与由参考镜112生成的参考光之间形成干涉条纹， 其可 以被光探测器 140 探测到。 0030 可以安装驱动器， 以在上下方向上稍微移动第一聚光镜 113、 第一分束器 114 以及 参考镜 112 而获得干涉条纹。当第一聚光镜 113、 第一分束器 114 以及参考镜 112 被沿着上 下方向移动数十纳米 (nm) 时， 光探测器 140 探测干涉信号强的位置。 0031 透射干涉仪单元 120 包括第二光源 121 以及透射干涉仪。 0032 第二光源 121 生成单色光， 并且二极管激光器等可以被用作第二光源 121。 003。
20、3 透射干涉仪对从第二光源 121 发射的光进行分光， 使得一部分光能透射通过待测 物体 10 而另一部分光不能透射通过待测物体 10， 从而基于透射通过待测物体 10 的光和未 透射通过待测物体10的光形成干涉条纹。 在此实施方式中， 透射干涉仪包括分束器122、 反 射镜 123 以及相移镜 124。 0034 参照图3， 分束器122将从第二光源121发射的光分成两条光束。 其中一条分光光 束透射通过分束器 122 并向反射镜 123 传播， 并且另一条分光光束被从分束器 122 反射并 向相移镜 124 传播。 0035 反射镜 123 接收由分束器 122 分出的一部分光束的入射， 。
21、使得入射光能够透射通 过待测物体 10 并且向光探测器 140 传播。光探测器 140 被置于待测物体 10 的上方， 并且 反射镜 123 被置于待测物体 10 的下方， 因为由反射镜 123 传输的光不得不透射通过可透射 说 明 书 CN 104422401 A 5 4/5 页 6 的待测物体 10。 0036 相移镜 124 接收由分束器 122 分出的另一部分光束的入射， 使得入射光能够不透 射通过待测物体 10 而向光探测器 140 传播。相移镜 124 与例如压电元件的驱动装置相连 并且因此能够上下移动。当相移镜 124 上下移动时， 该相移镜 124 可以以适当间隔移位被 传输光。
22、的相位。 0037 光探测器 140 被置于待测物体 10 的上方， 并且相移镜 124 被置于待测物体 10 的 上方， 因为由该相移镜 124 传输的光并不透射通过可透射的待测物体 10。 0038 由反射镜 123 传输的光与由相移镜 124 传输的光之间形成干涉条纹， 并且由光探 测器 140 探测到。 0039 主分束器 130 可与反射干涉仪单元 110 或透射干涉仪单元 120 一同使用。 0040 参照图2， 与反射干涉仪单元110一起使用的主分束器130将从第一光源111发射 的光传输到待测物体10和参考镜112， 并且向光探测器140发送从待测物体10反射的光以 及从参考镜。
23、 112 反射的光。 0041 参照图3， 与透射干涉仪单元120一起使用的主分束器130向光探测器140发送从 第二光源 121 发射、 进入反射镜 123 并透射通过待测物体 10 的光以及进入相移镜 124 而没 有透射通过待测物体 10 的光。 0042 光探测器 140 探测由反射干涉仪单元 110 或者透射干涉仪单元 120 生成的干涉条 纹， 并且被置于待测物体 10 的上方。 0043 通常来说， 光探测器140包括电耦合装置(CCD)照相机， 其具有与待测区域对应的 合适数量的像素。 此外， 聚光镜141可被置于光探测器140的前方以便会聚从主分束器130 传输的干涉光。 0。
24、044 反射干涉仪单元 110 和透射干涉仪单元 120 被布置在光探测器 140 的两侧， 光探 测器 140 位于二者之间。因此， 集成式形状测量装置 100 内的空间能被有效地利用， 并且整 个装置的尺寸得以减小。 0045 换位器 ( 未示出 ) 可以将参考镜 112 安置在待测物体 10 与光探测器 140 之间的 测量光路 PA 中 ( 见图 2)， 或者可以将该参考镜 112 设置成离开测量光路 PA( 见图 3)。该 换位器可以采用马达等能够直线地或旋转地来回移动设有参考镜 112 的镜筒。 0046 控制器 150 响应于第一光源 111 的开 / 关信号以及第二光源 121。
25、 的开 / 关信号来 控制换位器。当接收到第一光源 111 的开信号时， 控制器 150 移动设有参考镜 112 的镜筒， 使得该参考镜 112 能够被安置在测量光路 PA 中。同样， 当接收第二光源 121 的开信号时， 控制器150移动设有参考镜112的镜筒， 使得该参考镜112能够被设置成离开测量光路PA。 0047 就是说， 只有当反射干涉仪单元 110 被用于测量可反射的待测物体 10 的形状时， 控制器 150 才控制换位器使得参考镜 112 能够被安置在待测物体 10 与光探测器 140 之间 的测量光路 PA 中。当透射干涉仪单元 120 被用于测量可透射的待测物体 10 的形。
26、状时， 参 考镜 112 被设置成偏离测量光路 PA 并且准直镜 125 被安置在测量光路 PA 中， 以便校准透 射通过待测物体 10 的光。 0048 在这个例示性的实施方式中， 集成式形状测量装置100根据待测物体10的透光率 选择性地使用反射干涉仪单元 110 和透射干涉仪单元 120 中的一个。 0049 就是说， 如果待测物体 10 是具有低透光率的可反射类型， 使用能够基于从第一光 说 明 书 CN 104422401 A 6 5/5 页 7 源 111 发射的光形成干涉条纹的反射干涉仪单元 110 来测量待测物体 10 的形状。另一方 面， 如果待测物体 10 是具有高透光率的。
27、可透射类型， 使用能够基于从第二光源 121 发射的 光形成干涉条纹的透射干涉仪单元 120 来测量待测物体 10 的形状。 0050 如上所述， 在按照本发明的一个实施方式配置的集成式形状测量装置中， 反射干 涉仪和透射干涉仪被集成在单个装置中， 并且根据待测物体的透光率选择性地使用其中的 一个， 从而可兼容地测量各种物体， 并且借助为最佳结果选出的干涉仪改善测量精度。 0051 同样地， 如上所述， 按照本发明的一个实施方式配置的集成式形状测量装置响应 于光源的开 / 关信号来控制参考镜的位置， 并且因此具有防止由于手动操作而引起的故障 的效果。 0052 同样地， 如上所述， 在按照本发。
28、明的一个实施方式配置的集成式形状测量装置中， 反射干涉仪单元和透射干涉仪单元被布置在光探测器的两侧， 从而有效地利用该集成式形 状测量装置内的空间并且减小整个装置的尺寸。 0053 根据本发明的一个实施方式， 该集成式形状测量装置能可兼容地测量各种物体并 且借助为最佳结果选出的干涉仪改善测量精度。 0054 根据本发明的一个实施方式， 该集成式形状测量装置可以防止由于手动操作而引 起的故障。 0055 根据本发明的一个实施方式， 该集成式形状测量装置可以增加可用选项。 0056 根据本发明的一个实施方式， 该集成式形状测量装置可以有效地利用该集成式形 状测量装置内的空间并且减小整个装置的尺寸。 0057 尽管示出和描述了本发明的一些例示性实施方式， 但是本领域技术人员将理解的 是， 在不脱离本发明的原则和精神的情况下可以进行修改， 本发明的范围由所附权利要求 及其等同物限定。 说 明 书 CN 104422401 A 7 1/4 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 104422401 A 8 2/4 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 104422401 A 9 3/4 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 104422401 A 10 4/4 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 104422401 A 11 。