[發明專利]合成物方表面的全數值孔徑圖的方法

有效

• 申請號: 201110170847.0
• 申請日: 2006-04-05
• 公開（公告）號: CN102353522A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 保羅.E.墨菲;德拉吉沙.米拉迪諾維克;格雷格.W.福布斯;加里.M.德弗里斯;喬恩.F.弗萊格
• 申請（專利權）人: QED技術國際股份有限公司
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 張祥

本申請是國際申請日為2006年4月5日，國家申請號為200680009907.8，發明名稱為“非球面的精確高分辨率測量方法”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及表面和波前測量的方法和裝置；更具體地說，涉及這種測量的自動操作設備、校準、和采集；最具體地說，涉及提高非球面和波前測量的精度的方法。

背景技術

現有技術已知對表面和光學波前進行精確測量的方法和設備。用于獲得光學的量測量的優選裝置(非出乎意料地)基于光學技術。盡管可應用一些其它技術，在這個領域最普遍公認的計量儀表基于干涉測量原理。

這種設備能夠獲得非常精確的測量。利用菲佐干涉儀(FIzeau?interferometer)等，直徑為-100mm的部分表面的等高線圖能夠精確到大約10納米(在可見光波長的1/10和1/100之間)?；陲@微鏡的干涉儀(例如，基于掃描白光技術的那些干涉儀)能夠精確地測量特征的高度，在～1mm直徑區域的范圍內高于納米。菲佐干涉儀和顯微鏡干涉儀的性能滿足所有情況，除非最苛刻的應用。然而，隨著時間的推移，應用要求變得更嚴格。例如，光刻具有精確散射(“閃光”)要求。這些需要在包括從0.1-10mm-x波帶的空間頻率范圍內的次納米精度測量。這個波帶是在菲佐干涉儀的橫向分辨能力的高端，但是，在干涉顯微鏡的低端。

市場上可買到的干涉顯微鏡能夠達到本申請的高精度(或接近)，但是，達不到橫向范圍要求。使用較低放大倍率的顯微物鏡增加橫向范圍，但這種方法僅僅對平坦(或接近平坦)表面有效。由于它們與儀表參考面的很大偏離(彎曲部分與平參考面相比)，不能測量曲面(球面或非球面)。

市場上可買到的菲佐干涉儀能夠很容易達到橫向范圍要求。然而，為了達到需要的分辨率(-100微米)，干涉儀需要更大的放大倍率是很平常的。相當簡單的光學設計改型能夠解決這個問題。更大的挑戰是菲佐干涉儀的高精度，它的精度通常比干涉顯微鏡的低。更低精度的主要因素是更高的光相干性、不能精確地聚焦在測試表面、和校準系統誤差的更大難度。需要新發明來提高本領域當前的狀態。相關的挑戰是當測量的表面為非球面時極高的要求。

隨著測量光源的相干性提高，所得到的測量結果對缺陷諸如擦痕、灰塵顆粒、斑點、和陰影反射更靈敏。這種缺陷會降低測量結果的重復性并且也帶來系統誤差(偏差)?，F有技術中存在有效降低光源相干性的各種技術，以降低這種誤差，而不會過度降低其它性能。例如，參見Kuechel的美國專利No.5,357,341；Freischlad的No.6,061,133；和Deck等的No.6,643,024。然而，這些技術使系統對聚焦誤差更靈敏。而且，越高的空間頻率表面特征的分辨率對聚焦誤差的也越靈敏。因此，測量系統的合適聚焦變得非常重要。

最佳焦距位置取決于干涉儀光學系統和測試元件的曲率半徑。對于給定的球面(鋼琴)測試件，只有當干涉儀光學系統變化時這些參數才變化。當測試零件時，這種情況一般不出現，所以干涉儀操作者通常能夠手工調焦到足夠精度，以獲得滿足要求的測量結果。然而，非球面具有兩個局部主曲率半徑，它們根據要檢測的非球面的部位而變化。因此，對于任何給定的部位，在指定要測試的標定半徑時存在一些自由度。改變標定曲率半徑意味著改變最佳測試位置(相對于干涉儀的光學系統)。這種測試物體位置的改變(變化)意味著最佳焦距位置也改變。因此，對于非球面，干涉儀的最佳焦距位置取決于當前要測量的表面部位。

現有技術中，用戶調整焦距的方法不足以實現在測試非球面的多點的自動測量(即，在測量中不需要用戶手工重調焦距)。自動聚焦機構也提高測量重復性，因為會消除操作者手工聚焦技術的振動。其它裝置(諸如照相機)采用自動聚焦技術，但是，這些裝置不能直接應用于光學表面的測量。所謂的“無源”方法依靠優化圖像的結構對比度。因為光學表面通常沒有明顯的表面結構，即，它們非常光滑，這種方法失效(非常像試圖對無特征的目標諸如無云的天空聚焦時的情況)。然而，“有源”自動聚焦方法測量用一些輔助儀表測量目標的距離，并且利用光學系統的知識來計算必需的焦距位置。盡管這個基本原理可應用于波前測量儀表，還有潛在改進的地方。因為波前測量儀表已經將發射照明光(和檢測反射光)作為它的基本功能部分，為了測量距離，采用這種儀表而不采用其它系統的手段是理想的。而且，波前測量儀表的精確光學參數并不被人熟知。(例如，它可以使用市場上可買到的精確設計的透鏡子組件。)因此，當它們符合焦距時，用于校準這些參數的方法要明顯改進。