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1、(10)申请公布号 CN 103115582 A (43)申请公布日 2013.05.22 CN 103115582 A *CN103115582A* (21)申请号 201310033080.6 (22)申请日 2013.01.29 G01B 11/24(2006.01) (71)申请人 哈尔滨工业大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大 直街 92 号 (72)发明人 刘俭 谭久彬 王伟波 张拓 (74)专利代理机构 哈尔滨市伟晨专利代理事务 所 ( 普通合伙 ) 23209 代理人 张伟 (54) 发明名称 基于受激辐射的迈克尔逊荧光干涉显微测量 装置 (57) 摘要 基于受。
2、激辐射的迈克尔逊荧光干涉显微测量 装置属于表面形貌测量技术领域 ； 该测量装置包 括激光器、 沿光线传播方向配置在激光器直射光 路上的会聚物镜、 第一针孔、 准直扩束物镜和分光 棱镜 ； 配置在分光棱镜反射光路上的聚焦物镜、 位移驱动器、 参考镜、 分光棱镜和被测件 ； 配置在 分光棱镜透射光路上的成像会聚物镜、 窄带滤光 片、 第二针孔、 探测器 ； 所述的被测件和参考镜表 面采用真空蒸发镀膜法进行镀膜 ； 这种通过镀膜 改变被测面的表面特性的设计， 保证测量光经被 测面反射后能够返回探测系统， 解决了高 NA 和高 斜率表面检测的难题， 适用于高 NA 和高斜率球 面、 非球面和自由曲面三。
3、维形貌的超精密测量。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103115582 A CN 103115582 A *CN103115582A* 1/1 页 2 1. 基于受激辐射的迈克尔逊荧光干涉显微测量装置， 其特征在于包括激光器 （1） 、 沿 光线传播方向配置在激光器 （1） 直射光路上的会聚物镜 （2） 、 第一针孔 （3） 、 准直扩束物镜 （4） 和分光棱镜 （5） ； 配置在分光棱镜 （5） 反射光路上的聚焦物镜 （6） 。
4、、 位移驱动器 （7） 、 参考 镜 （8） 、 分光棱镜 （9） 和被测件 （10） ； 配置在分光棱镜 （5） 透射光路上的成像会聚物镜 （11） 、 窄带滤光片 （12） 、 第二针孔 （13） 、 探测器 （14） ； 所述的被测件 （10） 和参考镜 （8） 表面采用真 空蒸发镀膜法进行镀膜。 2. 根据权利要求 1 所述的基于受激辐射的迈克尔逊荧光干涉显微测量装置， 其特征在 于所述的聚焦物镜 （6） 的数值孔径小于 0.2。 3. 根据权利要求 2 所述的基于受激辐射的迈克尔逊荧光干涉显微测量装置， 其特征在 于所述的窄带滤光片 （12） 的中心波长为 610nm， 带宽为 50。
5、nm。 权 利 要 求 书 CN 103115582 A 2 1/3 页 3 基于受激辐射的迈克尔逊荧光干涉显微测量装置 技术领域 0001 基于受激辐射的迈克尔逊荧光干涉显微测量装置属于表面形貌测量技术领域， 特别涉及一种用于微结构光学元件、 微结构机械元件、 集成电路元件中三维微细结构、 微台 阶、 微沟槽线宽及大数值孔径光学元件表面形状测量的超精密、 动态、 高速干涉测量方法与 装置。 背景技术 0002 显微干涉测量就是用光波干涉和显微放大的原理进行表面测量。 随着光电技术和 计算机技术的迅速发展， 在干涉计量领域发展出直接测量干涉相位分布的相移技术。其原 理是 ： 对两束相干光的相位。
6、差引入一个时间调制， 然后通过光电探测器和计算机， 从接收到 的干涉信号中解调出被测相位分布， 该方法可大幅度提高显微干涉仪的测量精度和测量速 度。 0003 将相移技术运用到显微干涉上来就形成了相移型显微干涉原理 （PSMI） ， 使用的光 源仍是单色激光， 对干涉显微镜并不要求必须等光程。应用相移型显微干涉原理的显微干 涉仪成为测量高精度超光滑表面形貌的主要工具。 为了解决检测台阶和刻槽时遇到的相位 跃变测不准问题， 使用的光源从单色激光、 双波长光发展到白光或准白光， 相对应的两种显 微干涉测试原理， 即垂直扫描白光干涉原理 （VSI） 和白光傅里叶频域分析原理 （FDA） 也脱 颖而出。
7、。 0004 分光路干涉显微镜指产生干涉的参考光与测试光不是走同一条路， 需使用精度很 高的标准面， 根据干涉光路的结构主要有 Michelson、 Mirau、 Linnik 型。 0005 迈克尔逊干涉显微轮廓仪的原理 ： 平行光束经显微物镜聚焦后被分光镜分成两 束， 一束射向参考镜后被反射， 另一束射向被测表面后被反射 （含被测表面信息） ， 两束反射 光汇合于分光镜并发生干涉。传统的迈克尔逊干涉仪是一种宏观测量， 测量的是表面形状 或表面形状误差， 而迈克尔逊干涉显微轮廓仪是一种显微放大测量， 它测量的是微观区域 内的微观相貌特征。 0006 Mirau 干涉显微轮廓仪的光路 ： 经显。
8、微物镜聚焦并透过参考板的光束， 一部分光 透过分光板射向被测表面并被反射回显微镜的视场， 另一部分被分光板反射到位于参考板 中心的参考镜上并再次被反射回显微镜的视场， 两束发射光在显微镜的视场中发生干涉。 由于测量光路和参考光路近似共路， 因此可排除很多干扰， 这是 Mirau 干涉显微轮廓仪的 一个优点。 0007 迈克尔逊干涉显微镜和 Mirau 干涉显微镜都只使用一个显微物镜， 在测量时物镜 不会给两束相干光引入附加的光程差。由于在物镜和被测表面之间放置了分光器件， 因此 物镜的工作距离较长， 数值孔径较小， 横向分辨率较低。 其中迈克尔逊干涉显微镜物镜工作 距离比 Mirau 干涉显微。
9、镜长， 因此抗干扰能力和横向分辨率要差于 Mirau 干涉显微镜。 0008 Linnik 干涉显微镜采用了两个完全相同的显微物镜， 参考光路与测量光路要求一 致， 由于在物镜和被测表面之间没有其它光学元件， 因而 Linnik 干涉显微镜可使用工作距 说 明 书 CN 103115582 A 3 2/3 页 4 离较短的显微物镜， 其数值孔径较高， 横向分辨率较高。 0009 但是， 对于高 NA 或曲率变化剧烈的表面， 由于探测系统无法收集到足够的回光， 因此无法实现其表面检测。 发明内容 0010 为解决探测光难以返回探测系统从而无法实现高 NA 和高斜率表面检测的难题， 本发明公开了一。
10、种基于受激辐射的迈克尔逊荧光干涉显微测量装置。 通过镀膜改变被测面 的表面特性， 保证测量光经被测面反射后能够返回探测系统， 解决了高 NA 和高斜率表面检 测的难题， 适用于高 NA 和高斜率球面、 非球面和自由曲面三维形貌的超精密测量。 0011 本发明的目的是这样实现的 ： 基于受激辐射的迈克尔逊荧光干涉显微测量装置， 包括激光器、 沿光线传播方向配置 在激光器直射光路上的会聚物镜、 第一针孔、 准直扩束物镜和分光棱镜 ； 配置在分光棱镜反 射光路上的聚焦物镜、 位移驱动器、 参考镜、 分光棱镜和被测件 ； 配置在分光棱镜透射光路 上的成像会聚物镜、 窄带滤光片、 第二针孔、 探测器 ；。
11、 所述的被测件和参考镜表面采用真空 蒸发镀膜法进行镀膜。 0012 上述基于受激辐射的迈克尔逊荧光干涉显微测量装置， 所述的聚焦物镜的数值孔 径小于 0.2。 0013 上述基于受激辐射的迈克尔逊荧光干涉显微测量装置， 所述的窄带滤光片的中心 波长为 610nm， 带宽为 50nm。 0014 由于本发明基于受激辐射的迈克尔逊荧光干涉显微测量装置， 包括激光器、 沿光 线传播方向配置在激光器直射光路上的会聚物镜、 第一针孔、 准直扩束物镜和分光棱镜 ； 配 置在分光棱镜反射光路上的聚焦物镜、 位移驱动器、 参考镜、 分光棱镜和被测件 ； 配置在分 光棱镜透射光路上的成像会聚物镜、 窄带滤光片、。
12、 第二针孔、 探测器 ； 所述的被测件和参考 镜表面采用真空蒸发镀膜法进行镀膜 ； 这种设计， 既保留了白光干涉测量方法优势， 克服单 色光相移干涉术中的相位模糊问题， 其垂直测量范围理论上仅受扫描器行程和干涉物镜工 作距离限制， 又通过镀膜改变被测面的表面特性， 保证测量光经被测面反射后能够返回探 测系统， 解决了高 NA 和高斜率表面检测的难题， 适用于高 NA 和高斜率球面、 非球面和自由 曲面三维形貌的超精密测量。 附图说明 0015 图 1 是本发明基于受激辐射的迈克尔逊荧光干涉显微测量装置的结构示意图。 0016 图中 ： 1激光器、 2会聚物镜、 3第一针孔、 4准直扩束物镜、 。
13、5分光棱镜、 6聚焦物镜、 7位移驱动器、 8参考镜、 9分光棱镜、 10被测件、 11成像会聚物镜、 12窄带滤光片、 13第二针 孔、 14 探测器。 具体实施方式 0017 下面结合附图对本发明具体实施例作进一步详细描述。 0018 本实施例的基于受激辐射的迈克尔逊荧光干涉显微测量装置结构示意图如图 1 所示。该测量装置包括激光器 1、 沿光线传播方向配置在激光器 1 直射光路上的会聚物镜 说 明 书 CN 103115582 A 4 3/3 页 5 2、 第一针孔 3、 准直扩束物镜 4 和分光棱镜 5 ； 配置在分光棱镜 5 反射光路上的聚焦物镜 6、 位移驱动器 7、 参考镜 8、 分光棱镜 9 和被测件 10 ； 配置在分光棱镜 5 透射光路上的成像会 聚物镜 11、 窄带滤光片 12、 第二针孔 13、 探测器 14 ； 所述的被测件 10 和参考镜 8 表面采用 真空蒸发镀膜法进行镀膜。 0019 所述的聚焦物镜的数值孔径小于 0.2。 0020 所述的窄带滤光片的中心波长为 610nm， 带宽为 50nm。 说 明 书 CN 103115582 A 5 1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103115582 A 6 。