线扫描表面形貌测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种线扫描表面形貌测量装置，包括光探测器阵列；照明光组件，用以产生照明光；投影组件，用以被所述照明光组件照射，将透过的光投射至运动台上的待测组件，从而使得透过的光经待测工件反射；双折射位移棱镜，用以通过探测镜组接收所述待测组件反射而来的光，进而通过折射分别形成寻常光和非常光；参考图形，用以使得寻常光和非常光均成像于参考图像所在平面，从而形成寻常光斑和非常光斑；光探测器阵列，用以探测透过所述参考图形的寻常光和非常光；所述待测对象上各被测点的高度通过所探测到的寻常光和非常光的信号确定。

【技术实现步骤摘要】
线扫描表面形貌测量装置
本专利技术涉及工件测量领域，尤其涉及一种线扫描表面形貌测量装置。
技术介绍
目前测量工件表面形貌的方案之一是：将按一定规律排列的测量图形投射在被测工件表面，形成测量光斑；测量光斑经待测工件表面反射后成像到绝对参考图形面；工件的表面形貌变化导致参考图形面上测量光斑相对于参考图形移动，透过参考图形的光通量也随之变化；根据光通量的变化可以反算出工件的微观形貌。为避免光源的扰动给测量带来不确定性，该方案往往需要调制器，使测量光斑相对于参考图形做高频周期性运动；在一个周期内记录相位相差π的两个时刻的光通量，使之作差、作和，然后相除，最终得到与光源基本无关的归一化信号。该种方法虽然避免了光源长期稳定性对测量结果的干扰，但无法避免光源在一个调制周期内对测量结果的干扰。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是如何消除光源扰动对形貌测量结果的干扰。为了解决这一技术问题，本专利技术提供了一种线扫描表面形貌测量装置，包括光探测器阵列；照明光组件，用以产生照明光；投影组件，用以被所述照明光组件照射，将透过的光投射至运动台上的待测组件，从而使得透过的光经待测工件反射；双折射位移棱镜，用以通过探测镜组接收所述待测组件反射而来的光，进而通过折射分别形成寻常光和非常光；参考图形，用以使得寻常光和非常光均成像于参考图像所在平面，从而形成寻常光斑和非常光斑；光探测器阵列，用以探测透过所述参考图形的寻常光和非常光；所述待测对象上各被测点的高度通过所探测到的寻常光和非常光的信号确定。可选的，所述照明光组件包括光源和照明镜组，所述光源发出的光经所述照明镜组照亮至所述投影组件。可选的，所述投影组件包括投影标记和投影镜组，所述照明组件照射的光透过所述投影标记后，经过所述投影镜组投射到待测工件。可选的，所述投影标记采用沿X方向排列的一排矩阵，从而使得所形成的寻常光斑和非常光斑分别沿X方向排布。可选的，所述双折射位移棱镜包括两块光轴方向相同的楔形双折晶体，且两个所述楔形双折晶体的楔形面互相接合。可选的，所述双折射位移棱镜的位置可调，进而通过位置的调整使得寻常光和非常光的相对偏移量为寻常光对应的一排所述参考图形与非常光对应的一排所述参考图形的间距。可选的，所述参考图形具有两排，分别对应所述寻常光和非常光，每排中的参考图形均沿X方向排列。可选的，相邻的所述参考图形间具有光通量归一化图形，对应的，所述投影组件具有光通量归一化标记，所述光通量归一化标记所形成的光斑落入所述光通量归一化图形的范围内。可选的，被测点的高度经以下公式修正：其中，Zc为修正后的高度，Z为修正前的高度，q为寻常光与非常光透过光通量归一化图形的光通量比值，q0为离线标定时，寻常光与非常光透过光通量归一化图形的光通量比值。可选的，所述的线扫描表面形貌测量装置还包括能量收集镜组，透过所述参考图形的寻常光和非常光被所述能量收集镜组收集入射至所述光探测器阵列。可选的，所述的线扫描表面形貌测量装置，还包括分波长棱镜，将被所述能量收集镜组收集的寻常光和非常光依据不同波长出射至不同的所述光探测器阵列，以不同所述光探测器阵列测得值的结果加权平均值作为测量值。可选的，所述寻常光斑和非常光斑随着待测对象表面的高度增加而向上移动；所述寻常光斑和非常光斑随着待测对象表面的高度减小而向下移动。可选的，随着待测对象表面高度的增加，透过所述寻常光对应的参考图形的光能量增加，透过非常光对应的参考图像的光能量减小；随着待测对象表面高度的减小，透过所述寻常光对应的参考图形的光能量减小，透过非常光对应的参考图像的光能量增加。可选的，被测点的高度表示为：其中，I0为寻常光信号，Ie为非常光信号，Z为被测点高度，k为光路结构相关的常数。本专利技术不再采用信号调制，而在空间上使测量光斑分为两束，基于本专利技术所提供的照明光组件、投影组件、双折射位移棱镜、参考图形和光探测器阵列。只要两路信号采集的时间差足够端，即可消除光源扰动对测量结果的干扰。附图说明图1是本专利技术一可选实施例中线扫描表面形貌测量装置的示意图；图2是本专利技术一可选实施例中投影标记的示意图；图3是本专利技术一可选实施例中参考图形的示意图；图4是本专利技术一可选实施例中工件处于测量装置零位的示意图；图5是本专利技术一可选实施例中光探测器阵列的示意图；图6是本专利技术另一可选实施例中线扫描表面形貌测量装置的示意图；图7是本专利技术一可选实施例中长波通滤光膜和短波通滤光膜的示意图；图8是本专利技术一可选实施例中光通量归一化标记和投影标记的示意图；图9是本专利技术一可选实施例中光通量归一化图形和参考图形的示意图；图中，1-光源；2-照明镜组；3-投影标记；4-投影镜组；5-待测工件；6-运动台；7-探测镜组；8-双折射位移棱镜；8a、8b-楔形双折射晶体；9-参考图形；9a-寻常光参考图形；9b-非常光参考图形；10-能量收集镜组；11-光探测器阵列；111、112-光探测器阵列；11a、11b、11c-光探测器阵列；12-分波长棱镜；12a-长波通滤光膜；12b-短波滤光膜；13a-寻常光光通量归一化图形；13b-非常光光通量归一化图形；14-光通量归一化标记。具体实施方式以下将结合图1至图9对本专利技术提供的线扫描表面形貌测量装置进行详细的描述，其为本专利技术可选的实施例，可以认为，本领域技术人员在不改变本专利技术精神和内容的范围内，对其进行修改和润色。请综合参考图1和图6，本专利技术提供了一种线扫描表面形貌测量装置，包括光探测器阵列；照明光组件，用以产生照明光；其中：所述照明光组件包括光源1和照明镜组2，所述光源1发出的光经所述照明镜组2照亮至所述投影组件。投影组件，用以被所述照明光组件照射，将透过的光投射至运动台6上的待测组件，从而使得透过的光经待测工件5反射；其中：所述投影组件包括投影标记3和投影镜组4，所述照明组件照射的光透过所述投影标记3后，经过所述投影镜组4投射到待测工件5。双折射位移棱镜8，用以通过探测镜组7接收所述待测组件反射而来的光，进而通过折射分别形成寻常光和非常光；对于寻常光和非常光，可以理解为：光从一个方向射入双折射位移棱镜8后会发生双折射现象，会形成两支偏光，垂直光轴振动的光叫寻常光，平行于入射方向和光轴所组成的平面振动的光叫非常光。参考图形9，用以使得寻常光和非常光均成像于参考图像所在平面，从而形成寻常光斑和非常光斑；光探测器阵列，用以探测透过所述参考图形9的寻常光和非常光；所述待测对象上各被测点的高度通过所探测到的寻常光和非常光的信号确定。所述的线扫描表面形貌测量装置还包括能量收集镜组10，透过所述参考图形9的寻常光和非常光被所述能量收集镜组10收集入射至所述光探测器阵列11。可见，由光源1发出的光经照明镜组2照亮投影标记3上，透过投影标记3的光经投影镜组4投射到待测工件5上，待测工件5表面反射后经探测镜组7、双折射位移棱镜8后，成像到参考图形9所在平面，形成两组测量光斑，一组由寻常光(o光)形成，一组由非常光(e光)形成。透过参考图形9的寻常光、非常行光经能量收集镜组10分别被收集到光电探测器阵列的不同位置。在本专利技术一可选的实施例中，可选的，如图2所示，所述投影标记3采用沿X方向排列的一排矩阵(即图1中垂直于纸面方向排布)，从而使得所形成的寻常光斑和非常光斑分别沿X方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线扫描表面形貌测量装置，其特征在于：包括光探测器阵列；照明光组件，用以产生照明光；投影组件，用以被所述照明光组件照射，将透过的光投射至运动台上的待测组件，从而使得透过的光经待测工件反射；双折射位移棱镜，用以通过探测镜组接收所述待测组件反射而来的光，进而通过折射分别形成寻常光和非常光；参考图形，用以使得寻常光和非常光均成像于参考图像所在平面，从而形成寻常光斑和非常光斑；光探测器阵列，用以探测透过所述参考图形的寻常光和非常光；所述待测对象上各被测点的高度通过所探测到的寻常光和非常光的信号确定。

【技术特征摘要】
1.一种线扫描表面形貌测量装置，其特征在于：包括光探测器阵列；照明光组件，用以产生照明光；投影组件，用以被所述照明光组件照射，将透过的光投射至运动台上的待测组件，从而使得透过的光经待测工件反射；双折射位移棱镜，用以通过探测镜组接收所述待测组件反射而来的光，进而通过折射分别形成寻常光和非常光；参考图形，用以使得寻常光和非常光均成像于参考图像所在平面，从而形成寻常光斑和非常光斑；光探测器阵列，用以探测透过所述参考图形的寻常光和非常光；所述待测对象上各被测点的高度通过所探测到的寻常光和非常光的信号确定。2.如权利要求1所述的线扫描表面形貌测量装置，其特征在于：所述照明光组件包括光源和照明镜组，所述光源发出的光经所述照明镜组照亮至所述投影组件。3.如权利要求1所述的线扫描表面形貌测量装置，其特征在于：所述投影组件包括投影标记和投影镜组，所述照明组件照射的光透过所述投影标记后，经过所述投影镜组投射到待测工件。4.如权利要求3所述的线扫描表面形貌测量装置，其特征在于：所述投影标记采用沿X方向排列的一排矩阵，从而使得所形成的寻常光斑和非常光斑分别沿X方向排布。5.如权利要求1所述的线扫描表面形貌测量装置，其特征在于：所述双折射位移棱镜包括两块光轴方向相同的楔形双折晶体，且两个所述楔形双折晶体的楔形面互相接合。6.如权利要求1所述的线扫描表面形貌测量装置，其特征在于：所述双折射位移棱镜的位置可调，进而通过位置的调整使得寻常光和非常光的相对偏移量为寻常光对应的一排所述参考图形与非常光对应的一排所述参考图形的间距。7.如权利要求1所述的线扫描表面形貌测量装置，其特征在于：所述参考图形具有两排，分别对应所述寻常光和非常光，每排中的参考图形均沿X方向排列。8.如权利要求1所述的线扫描表面形貌测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：王福亮，王晓庆，
申请(专利权)人：上海微电子装备集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31