光学测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于光学测量基板上的不透明层的厚度的装置，所述装置包括用于光学距离测量的第一机构和用于光学距离测量的第二机构，所述第一机构设计用于测量第一基准平面和不透明层的第一表面之间的第一间距，所述第二机构设计用于测量第二基准平面和不透明层的第二表面之间的第二间距，其特征在于，用于光学距离测量的第二机构还设计用于测量第二基准平面和基板的表面之间的第三间距，其中根据第一间距和第二间距计算不透明层的厚度，其中对第三间距的测量用于计算基板的光学作用对第二间距的间距测量的影响。本发明专利技术还涉及一种用于光学测量基板上的不透明层的厚度的方法。

【技术实现步骤摘要】
光学测量装置及方法
本专利技术涉及一用于光学测量基板上的不透明层的厚度的装置。
技术介绍
对于不透明层，例如利用彩色共焦或干涉测量方法，借助两侧的间距测量进行的的厚度测量作为现有技术是已知的。这种装置例如从WO2012/139571A1中已知。在两侧进行测量的情况下，借助于两个测量头分别求出该层的表面相对于基准平面的间距值，并根据这两个间距值计算该层的厚度。如果不透明层位于基板上，则基板的折射特性影响通过基板执行的间距测量的测量值。这会导致厚度测量的失真。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是能够以足够的精度测量安置在透明基板上的不透明层的光学层厚度。在此，将不透明层理解为一种材料层，这种材料层无法实现借助用于光学测量的辐射(优选可见光或红外光谱中的光)获得背离辐射入射方向的边界面的(间距)测量值。在此，背离的边界面的测量由于辐射透射不足而不可行，或者例如在材料中出现散射，所述散射使测量失真。透明的基板相应地可理解为对于所使用的辐射很大程度透明的材料。关于测量装置，上述目的通过用于光学距离测量的第一机构实现，所述第一机构设计用于测量第一基准平面和不透明层的第一表面之间的第一间距。附加地，测量装置包括用于光学距离测量的第二机构，所述第二机构设计用于测量第二基准平面和不透明层的第二表面之间的第二间距。根据本专利技术，用于光学距离测量的第二机构还设计用于测量第二基准平面和基板的表面之间的第三间距。测量装置设计用于在考虑基准平面之间的(已知的)间距的情况下根据第一间距和第二间距计算不透明层的厚度，其中第三间距的测量用于计算基板的光学作用对第二间距的间距测量的影响。因此，基板的光学作用引起基板的折射率n>1。因此，光在基板中的传播与在空气或真空中的传播不同。介质中的光的变化的特性(射束角的变、光学路径长度和几何路径长度之间的差异、变化的光速)在光学测量距离时影响测量结果，并且必须加以考虑以消除测量结果的失真。因此，如果不透明层位于基板上，则必须精确地已知或校准基板的厚度。在基板的厚度未知或基板的厚度变动的情况下，因此在不透明层的层厚度测量时产生不精确性。当基板的厚度相对于理论值或平均值的变动大于在确定不透明层的厚度时的期望精度时，尤其是这种情况。例如，在n＝1.5的折射率下基板厚度改变50μm导致从基板的一侧到基板的相对一侧的路径上的光束的光学路径长度改变25μm。如果例如借助干涉间距测量进行基准平面与不透明层的表面之间的间距测量并且测量光在此在不透明层的表面上反射之前和之后穿过基板透射，则光学路径长度的25μm的变化引起明显的间距变化，而不改变实际间距。如果不校正该效应，则基板厚度的变化整体上引起不透明层的厚度25μm的明显变化。如果例如在确定不透明层的厚度时需要10μm的精度，则该不精确性不足以进行测量。本专利技术的特征具有能够确定基板的厚度，使得显著减小了由基板的光学特性引起的不精确性的优点。借助本专利技术的特征甚至可以精确地在不透明层的厚度测量的位置处确定基板的厚度，使得也考虑了基板厚度的变化。用于距离测量的第一光学机构优选地基于彩色共焦测量原理。在彩色共焦间距测量中使用包含未校正色度的光学装置的测量头，所述光学装置将测量光聚焦到测量对象的表面上。由于光学装置的彩色纵向像差，光的光谱分量聚焦在不同的焦平面中。共焦光圈确保只有焦平面准确地位于表面上的测量光的光谱分量才能够到达光谱仪，并在那里进行光谱分析。能够通过根据已知的方法分析光谱信号来求出第一基准平面和不透明层的第一表面之间的第一间距。使用彩色共焦测量原理的优点是能够以足够好的精度确定第一间距，其提供了鲁棒的方法，并且其例如针对干涉间距测量展示了成本更为有利的解决方案。第一光源优选地发射连续的光谱，所述第一光源为用于测量距离的第一光学机构提供测量光。尤其优选地，所发射的光谱位于可见光的范围中或红外范围中。用于测量距离的第二光学机构优选地基于干涉测量方法。在使用干涉测量方法的间距测量中，由测量对象反射的测量光与在参考臂中被至少一个第一参考镜反射的测量光干涉。反射的测量光通过干涉进行光谱调制，其中所寻求的间距值能够从调制频率中推导出。第一基准镜的位置在此有利地限定了间距测量所涉及的基准平面。将干涉测量方法用于用于距离测量的第二光学机构具有的优点是与彩色共焦测量相比，不透明层的特性(例如，散射，颜色)使在基板和不透明层之间的边界面处的测量更少地失真。为用于距离测量的第二光学机构提供测量光的第二光源在此优选发射连续光谱。尤其优选地，发射的光谱位于在可见光范围中或红外范围中。在本专利技术的一个优选的实施方式中，基准臂仅包括第一基准镜。于是，为了测量第三间距，评估从由基板的朝向用于测量距离的第二光学机构的表面反射的光和由第一基准镜反射的光的干涉中产生的调制信号。随后，为了测量第二间距，评估从由不透明层的第二表面(不透明层和基板之间的边界面)反射的光和由第一参考镜反射的光的干涉中产生的调制信号。如下文阐述的那样，有利地考虑了基板的折射率和基板的厚度。可选地，通过评估调制信号进行基板厚度的直接测量，该调制信号来自由基板的朝向用于距离测量的第二光学机构的表面反射的光和由不透明层的第二表面反射的光的干涉。在本专利技术的另一优选实施方式中，光在基准臂中被分割开，使得光的第一部分被引导到第一基准镜，并且光的第二部分被引导到第二基准镜，其中由第一基准镜和由第二基准镜反射的光的光学路径长度不同。如果干涉间距测量的测量范围太小以致由不透明层的第二表面反射的光和由第一基准镜反射的光之间的光学路径长度差大于最大可测量的光学路径长度差，则使用两个基准镜尤为有意义。借助具有两个基准镜的这种布置，可以以更好的精度同时确定第二和第三间距。通常，测量范围越小，精度越高(测量误差近似与最大可测量的光学路径长度差成正比)。例如，如果不透明层的厚度比基板薄一到两个数量级，则测量范围覆盖整个基板的用于光学距离测量的机构可能会包含测量误差，该测量误差具有与不透明层相同的数量级。在这种情况下使用用于光学距离测量的第二机构是有利的，所述第二机构如所描述的那样具有较小的测量范围并且包括两个基准镜。对于在参考臂中将光分割开存在多种有利的选择。在一个尤其优选的实施方式中，光经由分束器(例如分束器立方体)引导，所述分束器各将光的一部分沿不同的方向引导到第一或第二镜上。在一个替选的尤其优选的实施方式中，第一基准镜是部分透光的，由此光的第一部分直接由第一基准镜反射并且光的第二部分穿过第一基准镜射到第二基准镜上并且由所述第二基准镜反射。在一个尤其优选的实施方式中，基准臂包括玻璃板，其中光的第一部分在玻璃板的第一表面处被反射，并且光的第二部分透射过玻璃板并且由玻璃板的第二表面反射。玻璃板的第一和第二表面因此用作第一和第二基准镜。由第一表面反射的光和由第二表面反射的光之间的光学路径长度差在此通过玻璃板的厚度，即玻璃板的第一和第二表面之间的间距，以及玻璃的折射率来确定。有利地，反射，即在第一和第二表面处反射的光的比例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光学测量基板上的不透明层的厚度的装置，所述装置包括：/n用于光学距离测量的第一机构(1)，所述第一机构设计用于测量第一基准平面和所述不透明层的第一表面(s1)之间的第一间距(a1)，和/n用于光学距离测量的第二机构(2)，所述第二机构设计用于测量第二基准平面和所述不透明层的第二表面(s2)之间的第二间距(a2)，/n其特征在于，/n用于光学距离测量的第二机构(2)还设计用于测量所述第二基准平面(E2)和所述基板的表面(s3)之间的第三间距(a3)，其中根据所述第一间距(a1)和所述第二间距(a2)计算所述不透明层的厚度，其中对所述第三间距(a3)的测量用于计算所述基板的光学作用对所述第二间距(a2)的距离测量的影响。/n

【技术特征摘要】
20190527 DE 102019114167.21.一种用于光学测量基板上的不透明层的厚度的装置，所述装置包括：
用于光学距离测量的第一机构(1)，所述第一机构设计用于测量第一基准平面和所述不透明层的第一表面(s1)之间的第一间距(a1)，和
用于光学距离测量的第二机构(2)，所述第二机构设计用于测量第二基准平面和所述不透明层的第二表面(s2)之间的第二间距(a2)，
其特征在于，
用于光学距离测量的第二机构(2)还设计用于测量所述第二基准平面(E2)和所述基板的表面(s3)之间的第三间距(a3)，其中根据所述第一间距(a1)和所述第二间距(a2)计算所述不透明层的厚度，其中对所述第三间距(a3)的测量用于计算所述基板的光学作用对所述第二间距(a2)的距离测量的影响。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于光学距离测量的第一机构是彩色共焦测量仪器。


3.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，用于光学距离测量的所述第二机构是干涉测量仪器，尤其是傅里叶域干涉仪。


4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述干涉测量仪器包括具有不同光学路径长度的两个基准路线。


5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述干涉测量仪器包括具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·尼姆特施，西蒙·米特，
申请(专利权)人：普莱斯泰克光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE