一種鏡頭組安裝組件以及具有該組件的光學測量系統的制作方法
【專利摘要】一種鏡頭組安裝組件，其包括：基座；定位光路鏡頭組，其安裝到基座上，用于定位位于基座的底部下方的待測元件的共焦面；至少兩個檢測光路鏡頭組，均安裝到基座上，用于不同光路的檢測；可觀測光路鏡頭組，其安裝到基座上內，當至少兩個檢測光路鏡頭組的一個檢測待測元件時，通過可觀測光路鏡頭組，由檢測光路鏡頭組的成像是可觀測的；其中，至少兩個檢測光路鏡頭組和可觀測光路鏡頭組的焦點是相同的并且限定在共焦面上。本發明避免了運動平臺的繁復動作和重復定位，提高了系統可靠性和穩定性；通過實現多路并行測量，也提高了測量效率，從而降低了成本。
【專利說明】一種鏡頭組安裝組件以及具有該組件的光學測量系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種多光學系統共焦測量或成像的實現，尤其涉及半導體大規模集成電路制造和檢測設備上的測量、成像和加工模塊。
【背景技術】
[0002]在半導體大規模集成電路的制造和檢測工藝中，經常需要使用多個光學系統(即多個獨立光路)對晶圓上某一點進行量測、成像或加工，下面以測量設備為例:
[0003]通常的做法有兩種:一種是測量點不動，依次移動各個或各組測量系統對焦到測量點進行測量，一個或一組測量系統測量完后，將其移離測量點，再將下一個或下一組測量系統移到測量點進行測量，直到完成所有系統的測量；另一種方法是將各個測量系統空間位置固定，在系統內依次排開，不斷移動晶圓，使其上的測量點依次運動到各個測量系統的焦點位置，分步進行測量。
[0004]這兩種方法因為要移動被測晶圓或各個測量系統，需要不停進行對焦，一方面要求運動平臺具有較高的運動可靠性、重復定位精度和使用壽命，因而其成本相對較高；另一方面，量測周期包含多個對焦動作和運動，在短時間內完成的難度高，從而影響測量效率。
【發明內容】
[0005]本發明將各個光學系統的物鏡結合在一個基座中，該基座通過機械加工達到初始定位精度，再通過附設精密調節機構和光學對準方法，調整各個物鏡焦點(即，各光路測量點)實現共焦測量。
[0006]為達成上述目的，本發明的鏡頭組安裝組件，其包括:基座、定位光路鏡頭組、至少兩個檢測光路鏡頭組和可觀測光路鏡頭組。其中，該定位光路鏡頭組安裝到所述基座上，用于定位位于所述基座下方的待測元件的共焦面；該至少兩個檢測光路鏡頭組均安裝到所述基座上，用于不同光路的檢測；該可觀測光路鏡頭組安裝到所述基座上，當所述至少兩個檢測光路鏡頭組的一個檢測所述待測元件時，通過所述可觀測光路鏡頭組，由所述檢測光路鏡頭組的成像是可觀測的；其中，所述至少兩個檢測光路鏡頭組和所述可觀測光路鏡頭組的焦點是相同的并且限定在所述共焦面上。
[0007]具體地，所述定位光路鏡頭組被布置成其光軸與所述共焦面垂直。
[0008]具體地，每個所述檢測光路鏡頭組包括入射鏡頭組和反射鏡頭組，所述入射鏡頭組和所述反射鏡頭組被布置成所述入射鏡頭組的光軸和所述反射鏡頭組的光軸相對于與所述共焦面垂直并經過所述焦點的直線對稱。
[0009]具體地，所述基座限定有多個通向其底部的通孔，所述定位光路鏡頭組、所述入射鏡頭組、所述反射鏡頭組和所述可觀測光路鏡頭組均分別被安裝到各個通孔內。
[0010]具體地，該鏡頭組安裝組件還包括備用觀測光路鏡頭組，其安裝到所述基座上，用于與所述可觀測光路鏡頭組可替換地對經由至少兩個檢測光路鏡頭組的一個的成像預觀測。
[0011]具體地，該待測元件為半導體晶圓。
[0012]優選地，所述定位光路鏡頭組、每個所述檢測光路鏡頭組和/或所述可觀測光路鏡頭組包括光學調節組件，所述光學調節組件包括以下元件:調節壓圈，其耦接到對應的鏡頭組以沿光軸方向調節對應的鏡頭組的焦距；鎖緊壓圈，其與所述調節壓圈是可互鎖的以鎖定對應的鏡頭組；陶瓷墊圈或壓電陶瓷元件，其設置在所述調節壓圈和對應的鏡頭組之間；彈性元件，其設置在基座內并偏置對應的鏡頭組。
[0013]具體地，所述定位光路鏡頭組、檢測光路鏡頭組和可觀測光路鏡頭組的至少其中之一者具有角度調節結構，其用于調節對應的鏡頭組的光軸與所述基座的相對角度。
[0014]根據本發明的另一個目的，公開了一種光學測量系統，其包括:光源模塊，其發出預定波長值或預定波長范圍的光線；入射模塊，其對從所述光源模塊發出的光線進行預處理；鏡頭安裝組件，如前所述，來自所述入射模塊的光線經由對應的鏡頭組投射到所述待測元件上再從對應的鏡頭組反射出去；出射模塊，其接收來自所述對應的鏡頭組的反射光線并進行后處理；以及成像模塊，其接收來自所述出射模塊的光線并進行成像。
[0015]具體地，所述入射模塊和出射模塊包括準直光學元件、濾光元件、聚焦光學元件、散焦光學元件、偏振光學元件、驗偏光學元件至少其中之一者。
[0016]具體地，所述成像模塊包括光譜儀和圖像傳感器至少其中之一者。
[0017]具體地，所述光學測量系統包括4組所述檢測光路鏡頭組。
[0018]本發明可以利用精密加工或特殊加工的基座，安裝各組鏡頭組并進行初步的精密定位和導向，即，基座作為各個鏡頭組的公共定位基準使用，并且在該基座上加工出本發明的鏡頭組安裝組件相對于外部的用于安裝和定位的基準特征；再利用每個鏡頭組中的鏡頭調節單元對各鏡頭組進行微細調節和固定、鎖緊，使各個鏡頭組以高精度實現共焦點或共焦面測量或成像，從而實現系統測量功能。
[0019]本發明避免了運動平臺的繁復動作和重復定位，提高了系統可靠性和穩定性；通過實現多路并行測量，也提高了測量效率，從而降低了成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]為了解釋本發明，將在下文中參考附圖描述其示例性實施方式，附圖中:
[0021]圖1為根據本發明的一種實施方式的鏡頭組安裝組件的整體的透視圖；
[0022]圖2為根據本發明的一種實施方式的鏡頭組安裝組件的整體的分解透視圖；
[0023]圖3為根據本發明的一種實施方式的第1-第9鏡頭組的分解透視圖；
[0024]圖4為根據本發明的一種實施方式的第10-第11鏡頭組的分解透視圖；
[0025]圖5為根據本發明的一種實施方式的第1-第4鏡頭組的剖面圖及其光路示意圖；
[0026]圖6為根據本發明的一種實施方式的第5-第8鏡頭組的剖面圖及其光路示意圖；
[0027]圖7為根據本發明的一種實施方式的第9鏡頭組的剖面圖及其光路示意圖；
[0028]圖8為根據本發明的一種實施方式的第10-第11鏡頭組的剖面圖及其光路示意圖；以及
[0029]圖9為根據本發明的另一種實施方式的剖面圖，其中，示出了一種共焦鏡頭角度和傾斜度微調節單元，該調節單元使用調整螺釘組件對圖示2個鏡頭組分別進行調節和鎖緊。
[0030]在附圖中，附圖標記分別表示:
[0031]1:鏡頭組I
[0032]2:鏡頭組2
[0033]3:鏡頭組3
[0034]4:鏡頭組4
[0035]5:鏡頭組5
[0036]6:鏡頭組6
[0037]7:鏡頭組7
[0038]8:鏡頭組8
[0039]9:鏡頭組9
[0040]10:鏡頭組 10
[0041]11:鏡頭組 11
[0042]13，23，33，43，53，63，73，83:鎖緊壓圈
[0043]14，24，34，44，54，64，74，84:調節壓圈
[0044]15，25，35，45，55，65，75，85:陶瓷墊圈
[0045]16，26，36，46，56，66，76，86:彈性元件
[0046]91:反射鏡
[0047]92:反射鏡座
[0048]93:螺釘
[0049]101:調節壓圈
[0050]102:鎖緊壓圈
[0051]103:反射鏡連接座
[0052]104:平面反射鏡
[0053]105:反射鏡鏡座
[0054]106:調節螺釘
[0055]107:球頭調節螺釘
[0056]111:鎖緊壓圈
[0057]112:鏡座
[0058]113:螺釘
[0059]120:基座
[0060]131:鎖緊螺母
[0061]132，133，134，135:調節螺釘
[0062]1201，1202，1203，1204，1205，1206，1207，1208，1209，1210，1211:通孔
[0063]不同圖中的相似特征由相似的附圖標記指示。
【具體實施方式】
[0064]在以下的實施方式的詳細描述中，參照構成該描述的一部分的附圖進行說明。附圖以示例的方式展示出特定的實施方式，本發明被實現在這些實施方式中。所示出的實施方式不是為了窮盡根據本發明的所有實施方式。可以理解，其他的實施方式可以被利用，結構性或邏輯性的改變能夠在不脫離本發明的范圍的前提下被做出。對于附圖，方向性的術語，例如“下”、“上”、“左”、“右”等，是參照所描述的附圖的方位而使用的。由于本發明的實施方式的組件能夠被以多種方位實施，這些方向性術語是用于說明的目的，而不是限制的目的。因此，以下的【具體實施方式】并不是作為限制的意義，并且本發明的范圍由所附的權利要求書所限定。
[0065]圖1為根據本發明的一種實施方式的整體透視圖，圖2為根據本發明的一種實施方式的鏡頭組安裝組件的整體的分解透視圖；圖3為根據本發明的一種實施方式的第1-第9鏡頭組的分解透視圖；圖4為根據本發明的一種實施方式的第10-第11鏡頭組的分解透視圖；圖5為根據本發明的一種實施方式的第1-第4鏡頭組的剖面圖及其光路示意圖；圖6為根據本發明的一種實施方式的第5-第8鏡頭組的剖面圖及其光路示意圖；圖7為根據本發明的一種實施方式的第9鏡頭組的剖面圖及其光路示意圖；圖8為根據本發明的一種實施方式的第10-第11鏡頭組的剖面圖及其光路示意圖。
[0066]如圖1-圖8所示，該鏡頭安裝組件1000共包括11個鏡頭組，其中第I到第9鏡頭組可以實現共焦點測量或成像，此外，第10和第11鏡頭組可以實現共焦點面，且這兩個鏡頭組的焦點與前述9個鏡頭組的共同焦點精度較高地處于同一高度上；如圖所示，所有鏡頭組均安置于基座120中或與之連接。
[0067]具體地，基座120上限定有多個通往底部的通孔1201-1211。其中，通孔1201-1208的中心軸線分別為通向共焦點P的通孔，并且通孔1201和通孔1203分別用于安裝鏡頭組I和鏡頭組3，這兩個通孔沿著豎直軸線L對稱；通孔1202和通孔1204分別用于安裝鏡頭組2和鏡頭組4，這兩個通孔沿著豎直軸線L對稱；通孔1205和通孔1207分別用于安裝鏡頭組5和鏡頭組7，分別沿著豎直軸線L對稱；通孔1206和通孔1208分別用于安裝鏡頭組6和鏡頭組8，這兩個通孔沿著豎直軸線L對稱。通孔1209的中心軸線并沒有通向共焦點P，該通孔用于安裝鏡頭組9。通孔1210和通孔1211的中心軸線也沒有通向共焦點P而是垂直于共焦面S。
[0068]鏡頭組1-11在基座120內的分布如圖2所示，基座120的這些通孔1201-1211通過精密加工而成，通孔1201-1211之間需要保證測量系統要求的定位精度，例如，相對角度精度和相對位置精度。在示出的實施方式中，第I到第10個鏡頭組均可以直接放入到這些通孔中，第11個鏡頭組則可以通過鏡座112與基座120連接。
[0069]下面結合光路詳述各鏡頭組的構成。
[0070]第一檢測光路
[0071]參見圖1-圖3和圖5，構成第一檢測光路的元件至少包括鏡頭組I和鏡頭組3，其中，該鏡頭組I為入射鏡頭組，該鏡頭組3為反射鏡頭組。具體地，該入射鏡頭組I和反射鏡頭組3被布置成入射鏡頭組I的光軸和反射鏡頭組3的光軸關于共焦面S垂直并經過焦點P的直線對稱。
[0072]該入射鏡頭組I具有設置在物側的鏡筒和鏡筒座之間的彈性元件16，諸如螺旋彈簧，該彈性元件16具有預定的彈簧常數，并且其形變方向沿著入射鏡頭組I勺光軸方向，用于調節焦距時彈性地支撐鏡筒，同時，該彈性元件16還具有吸振功能。該入射鏡頭組I還包括設置在另一側的鏡筒和鏡筒座之間的鎖緊壓圈13、調節壓圈14和陶瓷墊圈15，其中，該陶瓷墊圈15、調節墊圈14和鎖緊壓囤13沿著光軸遠離焦點P的方向依次地布置。具體地，調節壓圈14耦接到入射鏡頭組I以沿光軸方向調節該入射鏡頭組I的焦距，該鎖緊壓圈13與調節壓圈14可互鎖的以鎖定入射鏡頭組I，陶瓷墊圈15設置在該調節壓圈14和入射鏡頭組I之間。陶瓷墊圈15具有一定的耐磨性，這樣，當使用調節壓圈14調整過程中，防止產生過大的磨損或者產生過多的粉塵，同時，該陶瓷墊圈15表面的優良光潔度防止了在旋轉調節壓圈14進行調節時導致入射鏡頭組I繞光軸旋轉的角度過大。可選擇地，該陶瓷墊圈15為壓電陶瓷元件。
[0073]該反射鏡頭組3具有設置在物側的鏡筒和鏡筒座之間的彈性元件36，諸如螺旋彈簧，該彈性元件36具有預定的彈簧常數，并且其形變方向沿著反射鏡頭組3的光軸方向，用于調節焦距時彈性地支撐鏡筒，同時，該彈性元件36還具有吸振功能。該反射鏡頭組3還包括設置在另一側的鏡筒和鏡筒座之間的鎖緊壓圈33、調節壓圈34和陶瓷墊圈35，其中，該陶瓷墊圈35、調節墊圈34和鎖緊壓圈33沿著光軸遠離焦點P的方向依次地布置。具體地，調節壓圈34耦接到反射鏡頭組3以沿光軸方向調節該反射鏡頭組3的焦距，該鎖緊壓圈33與調節壓圈34可互鎖的以鎖定反射鏡頭組3，陶瓷墊圈35設置在該調節壓圈34和反射鏡頭組3之間。陶瓷墊圈35具有一定的耐磨性，這樣，當使用調節壓圈34調整過程中，防止產生過大的磨損或者產生過多的粉塵，同時，該陶瓷墊圈35表面的優良光潔度防止了在旋轉調節壓圈34進行調節時導致反射鏡頭組3繞光軸旋轉的角度過大。可選擇地，該陶瓷墊圈35為壓電陶瓷元件。
[0074]對于入射鏡頭組I和反射鏡頭組3，本領域普通技術人員可以理解:除了前文公開的彈性元件、鎖緊壓圈、調節壓圈和陶瓷墊圈外，還可以包括其他的調節、鎖緊、導向等構件；為了實現光路密封，還可以包括一個或多個光路密封元件；為了實現特定的光學功能還可以增設諸如濾光片、衰減片、光闌等附件等等。在此，不做贅述。
[0075]本領域技術人員結合本文可以理解，為了構成第一檢測光路，相對于入射鏡頭組I還需要在該鏡頭組安裝組件1000之外設置有光源模塊和入射模塊，相應地，相對于反射鏡頭組3還需要在該鏡頭組安裝組件1000之外設置有出射模塊和成像模塊。
[0076]具體地，光源模塊可以發出預定波長值或預定波長范圍的光線(包括具有連續光譜的光線)；入射模塊可以對從光源模塊發出的光線進行預處理，所述的預處理光學元件可以包括但不限于準直光學元件、濾光元件、聚焦光學元件、散焦光學元件、偏振光學元件、驗偏光學元件至少其中之一者；出射模塊接收來自鏡頭組3的反射光線并進行后處理，所述的后處理光學元件可以包括但不限于準直光學元件、濾光元件、聚焦光學元件、散焦光學元件、偏振光學元件、驗偏光學元件至少其中之一者；成像模塊，諸如CCD，可以接收來自出射模塊的光線并進行成像。
[0077]藉此，光源模塊發出的光線經由入射模塊后得到具有特定物理屬性的光線，該光線進入到入射鏡頭組I內，再投射到位于焦點P處的待測元件(在此為半導體晶圓的待測處)上，反射光線依次經過反射鏡頭組3、出射模塊進入到成像模塊內。
[0078]第二檢測光路
[0079]參見圖1-圖3和圖6，構成第二檢測光路的元件至少包括鏡頭組2和鏡頭組4，其中，該鏡頭組2為入射鏡頭組，該鏡頭組4為反射鏡頭組。具體地，該入射鏡頭組2和反射鏡頭組4被布置成入射鏡頭組2的光軸和反射鏡頭組4的光軸關于共焦面S垂直并經過焦點P的直線對稱。
[0080]該入射鏡頭組2具有設置在物側的鏡筒和鏡筒座之間的彈性元件26，諸如螺旋彈簧，該彈性元件26具有預定的彈簧常數，并且其形變方向沿著入射鏡頭組2的光軸方向，用于調節焦距時彈性地支撐鏡筒，同時，該彈性元件26還具有吸振功能。該入射鏡頭組2還包括設置在另一例的鏡筒和鏡筒座之間的鎖緊壓圈23、調節壓圈24和陶瓷墊圈25，其中，該陶瓷墊圈25、調節墊圈24和鎖緊壓圈23沿著光軸遠離焦點P的方向依次地布置。具體地，調節壓圈24耦接到入射鏡頭組2以沿光軸方向調節該入射鏡頭組2的焦距，該鎖緊壓圈23與調節壓圈24可互鎖的以鎖定入射鏡頭組2，陶瓷墊圈25設置在該調節壓圈24和入射鏡頭組2之間。陶瓷墊圈25具有一定的耐磨性，這樣，當使用調節壓圈24調整過程中，防止產生過大的磨損或者產生過多的粉塵，同時，該陶瓷墊圈25表面的優良光潔度防止了在旋轉調節壓圈24進行調節時導致入射鏡頭組2繞光軸旋轉的角度過大。可選擇地，該陶瓷墊圈25為壓電陶瓷元件。
[0081]該反射鏡頭組4具有設置在物側的鏡筒和鏡筒座之間的彈性元件46，諸如螺旋彈簧，該彈性元件46具有預定的彈簧常數，并且其形變方向沿著反射鏡頭組4的光軸方向，用于調節焦距時彈性地支撐鏡筒，同時，該彈性元件46還具有吸振功能。該反射鏡頭組4還包括設置在另一側的鏡筒和鏡筒座之間的鎖緊壓圈43、調節壓圈44和陶瓷墊圈45，其中，該陶瓷墊圈45、調節墊圈44和鎖緊壓圈43沿著光軸遠離焦點P的方向依次地布置。具體地，調節壓圈44耦接到反射鏡頭組4以沿光軸方向調節該反射鏡頭組4的焦距，該鎖緊壓圈43與調節壓圈44可互鎖的以鎖定反射鏡頭組4，陶瓷墊圈45設置在該調節壓圈44和反射鏡頭組4之間。陶瓷墊圈45具有一定的耐磨性，這樣，當使用調節壓圈44調整過程中，防止產生過大的磨損或者產生過多的粉塵，同時，該陶瓷墊圈45表面的優良光潔度防止了在旋轉調節壓圈44進行調節時導致反射鏡頭組4繞光軸旋轉的角度過大。可選擇地，該陶瓷墊圈45為壓電陶瓷元件。
[0082]對于入射鏡頭組2和反射鏡頭組4，本領域普通技術人員可以理解:除了前文公開的彈性元件、鎖緊壓圈、調節壓圈和陶瓷墊圈外，還可以包括其他的調節、鎖緊、導向等構件；為了實現光路密封，還可以包括一個或多個光路密封元件；為了實現特定的光學功能還可以增設諸如濾光片、衰減片、光闌等附件等等。在此，不做贅述。
[0083]本領域技術人員結合本文可以理解，為了構成第二檢測光路，相對于入射鏡頭組2還需要在該鏡頭組安裝組件1000之外設置有光源模塊和入射模塊，相應地，相對于反射鏡頭組4還需要在該鏡頭組安裝組件1000之外設置有出射模塊和成像模塊。
[0084]具體地，光源模塊可以發出預定波長值或預定波長范圍的光線(包括具有連續光譜的光線)；入射模塊可以對從光源模塊發出的光線進行預處理，所述的預處理光學元件可以包括但不限于準直光學元件、濾光元件、聚焦光學元件、散焦光學元件、偏振光學元件、驗偏光學元件至少其中之一者；出射模塊接收來自鏡頭組4的反射光線并進行后處理，所述的后處理光學元件可以包括但不限于準直光學元件、濾光元件、聚焦光學元件、散焦光學元件、偏振光學元件、驗偏光學元件至少其中之一者；成像模塊，諸如CCD，可以接收來自出射模塊的光線并進行成像。
[0085]藉此，光源模塊發出的光線經由入射模塊后得到具有特定物理屬性的光線，該光線進入到入射鏡頭組2內，再投射到位于焦點P處的待測元件(在此為半導體晶圓的待測處)上，反射光線依次經過反射鏡頭組4、出射模塊進入到成像模塊內。
[0086]第三檢測光路
[0087]參見圖1-圖3和圖5，構成第三檢測光路的元件至少包括鏡頭組5和鏡頭組7，其中，該鏡頭組5為入射鏡頭組，該鏡頭組7為反射鏡頭組。具體地，該入射鏡頭組5和反射鏡頭組7被布置成入射鏡頭組5的光軸和反射鏡頭組7的光軸關于共焦面S垂直并經過焦點P的直線對稱。
[0088]該入射鏡頭組5具有設置在物側的鏡筒和鏡筒座之間的彈性元件56，諸如螺旋彈簧，該彈性元件56具有預定的彈簧常數，并且其形變方向沿著入射鏡頭組5的光軸方向，用于調節焦距時彈性地支撐鏡筒，同時，該彈性元件56還具有吸振功能。該入射鏡頭組5還包括設置在另一側的鏡筒和鏡筒座之間的鎖緊壓圈53、調節壓圈54和陶瓷墊圈55，其中，該陶瓷墊圈55、調節墊圈54和鎖緊壓圈53沿著光軸遠離焦點P的方向依次地布置。具體地，調節壓圈54耦接到入射鏡頭組5以沿光軸方向調節該入射鏡頭組5的焦距，該鎖緊壓圈53與調節壓圈54可互鎖的以鎖定入射鏡頭組5，陶瓷墊圈55設置在該調節壓圈154和入射鏡頭組5之間。陶瓷墊圈55具有一定的耐磨性，這樣，當使用調節壓圈54調整過程中，防止產生過大的磨損或者產生過多的粉塵，同時，該陶瓷墊圈55表面的優良光潔度防止了在旋轉調節壓囤54進行調節時導致入射鏡頭組5繞光軸旋轉的角度過大。可選擇地，該陶瓷墊圈55為壓電陶瓷元件。
[0089]該反射鏡頭組7具有設置在物側的鏡筒和鏡筒座之間的彈性元件76，諸如螺旋彈簧，該彈性元件76具有預定的彈簧常數，并且其形變方向沿著反射鏡頭組7的光軸方向，用于調節焦距時彈性地支撐鏡筒，同時，該彈性元件76還具有吸振功能。該反射鏡頭組7還包括設置在另一側的鏡筒和鏡筒座之間的鎖緊壓圈73、調節壓圈74和陶瓷墊圈75，其中，該陶瓷墊圈75、調節壓圈74和鎖緊壓囤73沿著光軸遠離焦點P的方向依次地布置。具體地，調節壓圈74耦接到反射鏡頭組7以沿光軸方向調節該反射鏡頭組7的焦距，該鎖緊壓圈73與調節壓圈74可互鎖的以鎖定反射鏡頭組7，陶瓷墊圈75設置在該調節壓囤74和反射鏡頭組7之間。陶瓷墊圈75具有一定的耐磨性，這樣，當使用調節壓圈74調整過程中，防止產生過大的磨損或者產生過多的粉塵，同時，該陶瓷墊圈75表面的優良光潔度防止了在旋轉調節壓圈74進行調節時導致反射鏡頭組7繞光軸旋轉的角度過大。可選擇地，該陶瓷墊圈75為壓電陶瓷元件。
[0090]對于入射鏡頭組5和反射鏡頭組7，本領域普通技術人員可以理解:除了前文公開的彈性元件、鎖緊壓圈、調節壓圈和陶瓷墊圈外，還可以包括其他的調節、鎖緊、導向等構件；為了實現光路密封，還可以包括一個或多個光路密封元件；為了實現特定的光學功能還可以增設諸如濾光片、衰減片、光闌等附件等等。在此，不做贅述。
[0091]本領域技術人員結合本文可以理解，為了構成第三檢測光路，相對于入射鏡頭組5還需要在該鏡頭組安裝組件1000之外設置有光源模塊和入射模塊，相應地，相對于反射鏡頭組7還需要在該鏡頭組安裝組件1000之外設置有出射模塊和成像模塊。
[0092]具體地，光源模塊可以發出預定波長值或預定波長范圍的光線(包括具有連續光譜的光線)；入射模塊可以對從光源模塊發出的光線進行預處理，所述的預處理光學元件可以包括但不限于準直光學元件、濾光元件、聚焦光學元件、散焦光學元件、偏振光學元件、驗偏光學元件至少其中之一者；出射模塊接收來自鏡頭組7的反射光線并進行后處理，所述的后處理光學元件可以包括但不限于準直光學元件、濾光元件、聚焦光學元件、散焦光學元件、偏振光學元件、驗偏光學元件至少其中之一者；成像模塊，諸如CCD，可以接收來自出射模塊的光線并進行成像。
[0093]藉此，光源模塊發出的光線經由入射模塊后得到具有特定物理屬性的光線，該光線進入到入射鏡頭組5內，再投射到位于焦點P處的待測元件(在此為半導體晶圓的待測處)上，反射光線依次經過反射鏡頭組7、出射模塊進入到成像模塊內。
[0094]第四檢測光路
[0095]參見圖1-圖3和圖6，構成第四檢測光路的元件至少包括鏡頭組6和鏡頭組8，其中，該鏡頭組6為入射鏡頭組，該鏡頭組8為反射鏡頭組。具體地，該入射鏡頭組6和反射鏡頭組8被布置成入射鏡頭組6的光軸和反射鏡頭組8的光軸關于共焦面S垂直并經過焦點P的直線對稱。
[0096]該入射鏡頭組6具有設置在物側的鏡筒和鏡筒座之間的彈性元件66，諸如螺旋彈簧，該彈性元件66具有預定的彈簧常數，并且其形變方向沿著入射鏡頭組6的光軸方向，用于調節焦距時彈性地支撐鏡筒，同時，該彈性元件66還具有吸振功能。該入射鏡頭組6還包括設置在另一側的鏡筒和鏡筒座之間的鎖緊壓圈63、調節壓圈64和陶瓷墊圈65，其中，該陶瓷墊圈65、調節墊圈64和鎖緊壓圈63沿著光軸遠離焦點P的方向依次地布置。具體地，調節壓圈64耦接到入射鏡頭組6以沿光軸方向調節該入射鏡頭組6的焦距，該鎖緊壓圈63與調節壓圈64可互鎖的以鎖定入射鏡頭組6，陶瓷墊圈65設置在該調節壓圈64和入射鏡頭組6之間。陶瓷墊圈65具有一定的耐磨性，這樣，當使用調節壓圈64調整過程中，防止產生過大的磨損或者產生過多的粉塵，同時，該陶瓷墊圈65表面的優良光潔度防止了在旋轉調節壓圈64進行調節時導致入射鏡頭組6繞光軸旋轉的角度過大。可選擇地，該陶瓷墊圈65為壓電陶瓷元件。
[0097]該反射鏡頭組8具有設置在物側的鏡筒和鏡筒座之間的彈性元件86，諸如螺旋彈簧，該彈性元件86具有預定的彈簧常數，并且其形變方向沿著反射鏡頭組8的光軸方向，用于調節焦距時彈性地支撐鏡筒，同時，該彈性元件86還具有吸振功能。該反射鏡頭組8還包括設置在另一例的鏡筒和鏡筒座之間的鎖緊壓圈83、調節壓圈84和陶瓷墊圈85，其中，該陶瓷墊圈85、調節墊圈84和鎖緊壓圈83沿著光軸遠離焦點P的方向依次地布置。具體地，調節壓圈84耦接到反射鏡頭組8以沿光軸方向調節該反射鏡頭組8的焦距，該鎖緊壓圈83與調節壓圈84可互鎖的以鎖定反射鏡頭組8，陶瓷墊圈85設置在該調節壓圈84和反射鏡頭組8之間。陶瓷墊圈85具有一定的耐磨性，這樣，當使用調節壓圈84調整過程中，防止產生過大的磨損或者產生過多的粉塵，同時，該陶瓷墊圈85表面的優良光潔度防止了在旋轉調節壓圈84進行調節時導致反射鏡頭組8繞光軸旋轉的角度過大。可選擇地，該陶瓷墊圈85為壓電陶瓷元件。
[0098]對于入射鏡頭組6和反射鏡頭組8，本領域普通技術人員可以理解:除了前文公開的彈性元件、鎖緊壓圈、調節壓圈和陶瓷墊圈外，還可以包括其他的調節、鎖緊、導向等構件；為了實現光路密封，還可以包括一個或多個光路密封元件；為了實現特定的光學功能還可以增設諸如濾光片、衰減片、光闌等附件等等。在此，不做贅述。
[0099]本領域技術人員結合本文可以理解，為了構成第四檢測光路，相對于入射鏡頭組6還需要在該鏡頭組安裝組件1000之外設置有光源模塊和入射模塊，相應地，相對于反射鏡頭組8還需要在該鏡頭組安裝組件1000之外設置有出射模塊和成像模塊。
[0100]具體地，光源模塊可以發出預定波長值或預定波長范圍的光線(包括具有連續光譜的光線)；入射模塊可以對從光源模塊發出的光線進行預處理，所述的預處理光學元件可以包括但不限于準直光學元件、濾光元件、聚焦光學元件、散焦光學元件、偏振光學元件、驗偏光學元件至少其中之一者；出射模塊接收來自鏡頭組8的反射光線并進行后處理，所述的后處理光學元件可以包括但不限于準直光學元件、濾光元件、聚焦光學元件、散焦光學元件、偏振光學元件、驗偏光學元件至少其中之一者；成像模塊，諸如CCD，可以接收來自出射模塊的光線并進行成像。
[0101]藉此，光源模塊發出的光線經由入射模塊后得到具有特定物理屬性的光線，該光線進入到入射鏡頭組6內，再投射到位于焦點P處的待測元件(在此為半導體晶圓的待測處)上，反射光線依次經過反射鏡頭組8、出射模塊進入到成像模塊內。
[0102]可觀測光路
[0103]參見圖1-圖3和圖7，構成可觀測光路的元件至少包括鏡頭組9，該鏡頭組9為入射和反射共用的鏡頭組。由于該基座120的內部空間有限且鏡頭組1-8已經占用了大部分的空間，故，在此容納鏡頭組9的通孔1209的縱向軸線并沒有通過焦點P。因此，為了使該鏡頭組9與前述的鏡頭組1-8的焦點P共焦，在此，增設了反射鏡91。具體地，該反射鏡91固定到反射鏡座92上，反射鏡座92由螺釘93固定到基座120的內部空間。
[0104]本領域技術人員可以理解:在該基座120內，還可以安裝有其他必需的連接和支撐構件；還可以安裝有光路密封元件等。
[0105]本領域技術人員結合本文可以理解，為了構成該可觀測光路，相對于鏡頭組9還需要在該鏡頭組安裝組件1000之外設置有相應的光源模塊、分光模塊、接收模塊。具體地，該光源模塊發出的光線經過分光模塊后在與鏡頭組9的縱向軸線平行的方向進入到鏡頭組9內，再經過反射鏡91的反射后投射到待測元件(即，晶圓的待測區域的上表面)上，隨后，反射光線再經由反射鏡91反射后通過鏡頭組9進入分光模塊，最后，從分光模塊出來的光線進入到接收模塊中。使用者可以通過接收模塊看到分別由前述的鏡頭組I和3、鏡頭組2和4、鏡頭組5和7、鏡頭組6和8的檢測光路的成像情況，只有當通過調節前述的各檢測光路的調節元件在該可觀測光路中看到清晰的成像時才停止繼續調節。
[0106]定位光路
[0107]參見圖1、圖2、圖4和圖8，該定位光路用于定位位于基座120的底部下方的待測元件的共焦面S。構成定位光路的元件至少包括安裝到基座120的通孔1210內的鏡頭組10，其中，該鏡頭組10為入射和反射共用的鏡頭組，該鏡頭組10被布置成其光軸與共焦面S垂直。
[0108]具體地，該鏡頭組10包括:
[0109]調節壓圈101，其在物方的一側布置在鏡頭組10的鏡筒座和鏡筒之間，用于沿光軸方向的焦距調節；
[0110]鎖緊壓圈102，其布置在調節壓圈101的相對側，用于對鏡頭組10的位置進行鎖緊；
[0111]反射鏡連接座103，其被連接到基座120上；
[0112]平面反射鏡104，其用于光路折返，示例性地，其與基座120的上表面成45度角；以及
[0113]反射鏡鏡座105，其被緊固件連接到反射鏡連接座103上，該反射鏡鏡座105用于承載平面反射鏡104，例如將平面反射鏡104膠接于其上。
[0114]具體地，該緊固件，諸如一組調節螺釘106和一組球頭調節螺釘107，可以用于調節平面反射鏡104，使其繞相互垂直的兩個空間軸進行旋轉，以確定其相對于主光路的空間位置和姿態。
[0115]本領域技術人員結合本文可以理解，為了構成該定位光路，還需要在該鏡頭組10之外至少設置有光源模塊、分光模塊和接收模塊。具體地，如圖8所示，光源模塊發出的光線經過分光模塊后在與鏡頭組10的縱向軸線基本垂直的方向入射到平面反射鏡104上；平面反射鏡104的反射光線以與鏡頭組10的縱向軸線基本平行的方向進入到鏡頭組10內并投射到待測元件(即，晶圓的待測區域的上表面)上；隨后，來自待測元件表面的反射光線經由平面反射鏡104反射后再進入分光模塊；最后，從分光模塊出來的光線進入到接收模塊中。使用者可以通過接收模塊的圖像來調節基座120的底表面與待測元件的上表面之間的間距以得到合適的共焦面。
[0116]備用觀測光路
[0117]參見圖1、圖4和圖8，該備用觀測光路用于可替換地對經由至少兩個檢測光路鏡頭組的一個的成像預觀測。該鏡頭組11安裝到基座120的通孔1211內，用于與所述可觀測光路鏡頭組可替換地對經由檢測光路的成像預觀測。
[0118]具體地，該鏡頭組11與定位光路的鏡頭組10類似，該鏡頭組11為入射和反射共用的鏡頭組，該鏡頭組11被布置成其光軸與共焦面S垂直。為了保持鏡頭組11，相對基座120的定位平臺上還定位有鏡座112，其用于定位鏡頭組11于其內。螺釘113用于將鏡座112固定連接到基座120上。在通孔1211內還設置有鎖緊壓圈111，其用于在下方對鏡頭組111進行鎖緊，以提高其結構穩定性。
[0119]本領域技術人員結合本文可以理解，為了構成該備用觀測光路，還需要在該鏡頭組11之外至少設置有光源模塊、分光模塊和接收模塊。具體地，如圖8所示，光源模塊發出的光線經過分光模塊后在與鏡頭組11的縱向軸線基本平行的方向進入到鏡頭組11并投射到待測元件(即，晶圓的待測區域的上表面)上；隨后，來自待測元件表面的反射光線經由分光模塊進入到接收模塊。使用者可以通過接收模塊來預觀測經由相應的檢測光路的成像從而可以調節相應的檢測鏡頭組以得到最佳圖像。
[0120]圖9為根據本發明的另一種實施方式的剖面圖，其中，示出了一種共焦鏡頭角度和傾斜度微調節單元，該調節單元使用調整螺釘組件對圖示2個鏡頭組分別進行調節和鎖緊。
[0121]如圖9所示，除了微調結構外，本實施方式的結構和功能與前述的實施方式類似。具體地，該微調結構包括:不同長度的4種調節螺釘132、133、134、135各2個，鎖緊螺母131共8個。當需要對鏡頭組的傾斜角度進行調節時，需先松開各鎖緊螺母131 ;若要使其相對于待測元件的傾角縮小，可以松開螺釘133和135，調節螺釘132和134直至得到需要的角度為止；反之，若要使鏡頭組相對于待測元件的傾角變大，則可以松開螺釘132和134，調節螺釘133和135。
[0122]本領域的技術人員可以理解，其他的微調結構應當也是可以實現各個鏡頭組的縱向軸線相對于待測元件的上表面的傾斜角度。
[0123]同樣的，本發明也不限于以上實施例所包含的鏡頭組數目，如果空間和系統允許，本發明也適用于少于或多于以上鏡頭組數目的情形。
[0124]本發明可以利用精密加工或特殊加工的基座，安裝各組鏡頭組并進行初步的精密定位和導向，即，基座作為各個鏡頭組的公共定位基準使用，并且在該基座上加工出本發明的鏡頭組安裝組件相對于外部的用于安裝和定位的基準特征；再利用每個鏡頭組中的鏡頭調節單元對各鏡頭組進行微細調節和固定、鎖緊，使各個鏡頭組以高精度實現共焦點或共焦面測量或成像，從而實現系統測量功能。
[0125]本發明避免了運動平臺的繁復動作和重復定位，提高了系統可靠性和穩定性；通過實現多路并行測量，也提高了測量效率，從而降低了成本。
[0126]那些本【技術領域】的一般技術人員可以通過研究說明書、公開的內容及附圖和所附的權利要求書，理解和實施對披露的實施方式的其他改變。在權利要求中，措詞“包括”不排除其他的元素和步驟，并且措辭“一個”不排除復數。在發明的實際應用中，一個零件可能執行權利要求中所引用的多個技術特征的功能。權利要求中的任何附圖標記不應理解為對范圍的限制。
[0127]本發明不以任何方式限制于在說明書和附圖中呈現的示例性實施方式。示出以及描述的實施方式(的部分)的所有組合明確地理解為并入該說明書之內并且明確地理解為落入本發明的范圍內。而且，在如權利要求書概括的本發明的范圍內，很多變形是可能的。此外，不應該將權利要求書中的任何參考標記構造為限制本發明的范圍。
【權利要求】
1.一種鏡頭組安裝組件，其包括: 基座; 定位光路鏡頭組，其安裝到所述基座上，用于定位位于所述基座下方的待測元件的共焦面； 至少兩個檢測光路鏡頭組，均安裝到所述基座上，用于不同光路的檢測； 可觀測光路鏡頭組，其安裝到所述基座上，當所述至少兩個檢測光路鏡頭組的一個檢測所述待測元件時，通過所述可觀測光路鏡頭組，由所述檢測光路鏡頭組的成像是可觀測的； 其中，所述至少兩個檢測光路鏡頭組和所述可觀測光路鏡頭組的焦點是相同的并且限定在所述共焦面上。
2.根據權利要求1所述的鏡頭組安裝組件，其中，所述定位光路鏡頭組被布置成其光軸與所述共焦面垂直。
3.根據權利要求1所述的鏡頭組安裝組件，其中，每個所述檢測光路鏡頭組包括入射鏡頭組和反射鏡頭組，所述入射鏡頭組和所述反射鏡頭組被布置成所述入射鏡頭組的光軸和所述反射鏡頭組的光軸相對于與所述共焦面垂直并經過所述焦點的直線對稱。
4.根據權利要求3所述的鏡頭組安裝組件，其中，所述基座限定有多個通向其底部的通孔，所述定位光路鏡頭組、所述入射鏡頭組、所述反射鏡頭組和所述可觀測光路鏡頭組均分別被安裝到各個通孔內。
5.根據權利要求1所述的鏡頭組安裝組件，其中，還包括備用觀測光路鏡頭組，其安裝到所述基座上，用于與所述可觀測光路鏡頭組可替換地對經由至少兩個檢測光路鏡頭組的一個的成像預觀測。
6.根據權利要求1所述的鏡頭組安裝組件，其中，所述待測元件為半導體晶圓。
7.根據權利要求1所述的鏡頭組安裝組件，其中，所述定位光路鏡頭組、每個所述檢測光路鏡頭組和/或所述可觀測光路鏡頭組包括光學調節組件，所述光學調節組件包括以下元件: 調節壓圈，其耦接到對應的鏡頭組以沿光軸方向調節對應的鏡頭組的焦距； 鎖緊壓圈，其與所述調節壓圈是可互鎖的以鎖定對應的鏡頭組； 陶瓷墊圈或壓電陶瓷元件，其設置在所述調節壓圈和對應的鏡頭組之間； 彈性元件，其設置在所述基座內并偏置對應的鏡頭組。
8.根據權利要求1所述的鏡頭組安裝組件，其中，所述定位光路鏡頭組、檢測光路鏡頭組和可觀測光路鏡頭組的至少其中之一者具有角度調節結構，其用于調節對應的鏡頭組的光軸與所述基座的相對角度。
9.一種光學測量系統，其包括: 光源模塊，其發出預定波長值或預定波長范圍的光線； 入射模塊，其對從所述光源模塊發出的光線進行預處理； 鏡頭安裝組件，如權利要求1-7任一項所述，來自所述入射模塊的光線經由對應的鏡頭組投射到所述待測元件上再從對應的鏡頭組反射出去； 出射模塊，其接收來自所述對應的鏡頭組的反射光線并進行后處理；以及 成像模塊，其接收來自所述出射模塊的光線并進行成像。
10.根據權利要求9所述的光學測量系統，其中，所述入射模塊和出射模塊包括準直光學元件、濾光元件、聚焦光學元件、散焦光學元件、偏振光學元件、驗偏光學元件至少其中之一者O
11.根據權利要求9所述的光學測量系統，其中，所述成像模塊包括光譜儀和圖像傳感器至少其中之一者。
12.根據權利要求9-11任一項所述的光學測量系統，其中，包括4組所述檢測光路鏡頭組。
【文檔編號】G02B7/02GK104516082SQ201310461764
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】馬濤, 陳星 , 高海軍, 劉軍凱 申請人:睿勵科學儀器（上海）有限公司