Interferómetro con una disposición especular para medir un objeto de medición.

Dispositivo de medición interferométrico (1) para medir un objeto de medición (5),

en especial para medir elgrosor del objeto de medición (5), con una fuente luminosa (10), un divisor de haz (15) para formar hacesde referencia (20) y haces de objeto (25), un espejo de referencia (30) en el recorrido luminoso dereferencia (35), un objetivo especial (45) que presenta una disposición especular (40) en el recorridoluminoso de objeto (50) y un captador de imágenes (55), en donde la disposición especular (40) secompone de al menos un primer (60) y de un segundo espejo desviador (65) y estos están dispuestos de talmodo, que en uso los haces de objeto (25) que inciden sobre el primer (60) o sobre el segundo espejodesviador (65) están dirigidos sobre un primer (70) o un segundo lado (75) paralelo al mismo del objeto demedición (5) a medir, en una primera (80) o en una segunda trayectoria de haz (85) antiparalela respecto ala misma, caracterizado porque la disposición especular (40) presenta adicionalmente al menos un primerespejo posicionador (70) para reproducir la posición del objeto de medición (5) a medir con relación alprimer (60) y/o al segundo espejo desviador (65).

Interferómetro con una disposición especular para medir un objeto de medición

Estado de la técnica

La invención se refiere a un dispositivo de medición interferométrico con una disposición especular para medir un objeto de medición, en especial para medir el grosor del objeto de medición.

Los sistemas interferométricos son adecuados entre otras cosas para análisis sin contacto de superficies de diferentes objetos a medir. Para detectar el contorno superficial de un objeto a analizar, un haz de objeto procedente de una fuente luminosa del interferómetro incide en la superficie sobre la región a medir. El haz de objeto reflejado por la superficie se alimenta a un detector del interferómetro y forma, junto con un haz de referencia, un modelo de interferencia desde el cual puede derivarse la diferencia longitudinal de recorrido de los dos haces. Esta diferencia longitudinal de recorrido de los dos haces se corresponde con la variación topográfica de la superficie.

En especial con un interferómetro de luz blanca, en el que la fuente luminosa emite una radiación de baja coherencia, también es posible escanear el objeto de medición mediante exploración de profundidad. Como se explica con ello por ejemplo en el documento EP 16 34 035, la radiación de baja coherencia se divide a través de un divisor de haz en un haz de objeto y en un haz de referencia. La superficie de objeto de medición se reproduce en un captador de imágenes, por ejemplo en una cámara CCD (cámara de “charge-coupled device”) y se superpone a la onda de referencia formada por el haz de referencia. La exploración de profundidad puede llevarse a cabo mediante el movimiento de un espejo de referencia que refleja el haz de referencia o del objetivo con relación al dispositivo de medición. Durante el movimiento del objeto el plano de imagen del objeto y el plano de referencia están en el mismo plano. Durante la exploración de profundidad el objeto permanece rígido en el campo de visión de la cámara CCD, y el objeto sólo se mueve en el eje de profundidad con relación al plano de referencia. De este modo pueden realizarse mediciones de superficies técnicas con una resolución de profundidad en un margen de unos pocos nanómetros. Pueden encontrarse también fundamentos técnicos sobre este procedimiento de medición en la aportación “Three-dimensional sensing of rough surfaces by coherence radar” (T. Dresel, G. Häusler, H. Venzke, Appl. Opt. 31 (7) , páginas 919-925, 1992) .

Con frecuencia es deseable no reproducir solamente una página del objeto de medición. En la práctica, por ejemplo para determinar el grosor de un objeto de medición como el grosor de un disco, se miden con haces de objeto ambos lados de un disco mediante una disposición especular en un objetivo especial. Para esto se dirigen mediante dos espejos desviadores los haces de objeto perpendicularmente sobre los dos lados del disco. Los haces reflejados por los lados del disco se alimentan al captador de imágenes y, junto con los haces de referencia, se utilizan para registrar los llamados correlogramas y por último se valoran para obtener los datos de altura. Como ya se ha explicado anteriormente, durante la medición se lleva a cabo un escaneado de profundidad o, con otras palabras, se recorren los lados a medir del objeto de medición mediante el plano focal de la cámara. Alternativamente es también posible variar el plano focal de la cámara mediante lentes o sistemas lenticulares controlables eléctricamente.

De “Interferometer measures both sides of disk”, Laser Focus World, septiembre de 1997, páginas 52, 53 se conoce un interferómetro, en donde el objeto de medición se ilumina a través de dos espejos desviadores desde dos lados.

Un inconveniente de la disposición especular descrita es, sin embargo, que no puede controlarse la posición relativa del objeto de medición con relación a los dos espejos desviadores. Un posicionamiento óptimo del objeto de medición se obtiene cuando ambos haces, que se dirigen sobre el primer o el segundo lado del objeto de medición y se reflejan desde allí, se alimentan al captador de imágenes y, con ello, cubren un recorrido luminoso de la misma longitud. Para esto el objeto de medición debe posicionarse exactamente en el centro entre los dos espejos desviadores. Si el objeto de medición está posicionado de forma decalada a causa de la falta de posibilidad de control, es decir, los recorridos luminosos de ambos haces tienen diferente longitud, de ello resulta una mayor duración de medición en comparación con un posicionamiento óptimo.

En el caso de un posicionamiento erróneo de aproximadamente 20 µm del objeto de medición es necesario cubrir un recorrido de escaneado adicional de 2 x 20 µm = 40 µm. Una velocidad de medición normal en el caso de interferómetros escaneadores es aproximadamente de 5 µm/s. De aquí resulta un tiempo de medición adicional de 8 segundos. Este valor de tiempo no aceptable en la fabricación industrial, en el caso de comprobaciones de todos los objetos de medición con cadencias inferiores a unos pocos segundos.

Ventajas de la invención El dispositivo de medición interferométrico conforme a la invención con las particularidades indicadas en la reivindicación 1 tiene la ventaja, con respecto al estado de la técnica, de que se hace posible una comprobación de la posición relativa del objeto de medición con relación a los espejos desviadores. Por medio de esto puede optimizarse en un paso siguiente el posicionamiento relativo de los componentes importantes, con lo que se consigue una medición más rápida. La duración de medición se acorta notablemente. Sin embargo, de forma ventajosa puede prescindirse de un segundo captador de imágenes.

Se indican perfeccionamientos ventajosos del dispositivo de medición interferómetrico en las reivindicaciones subordinadas y se describen en el dibujo.

Dibujo Se explican con más detalle ejemplos de ejecución de la invención con base en el dibujo y en la siguiente descripción. Aquí muestran:

la figura 1 una disposición de los componentes ópticos de un interferómetro en una vista en planta,

la figura 2 una disposición de los componentes ópticos de un objetivo especial en una vista en planta,

la figura 3 una disposición especular en el objetivo especial según el estado de la técnica, en una vista en perspectiva,

la figura 4 una disposición especular conforme a la invención en el objetivo especial, en una vista en perspectiva,

la figura 5 imágenes del objeto de medición captadas en el captador de imágenes desde diferentes lados, en el caso de un posicionamiento no óptimo, y

la figura 6 imágenes del objeto de medición captadas en el captador de imágenes desde diferentes lados, en el caso de un posicionamiento óptimo.

Descripción de los ejemplos de ejecución La figura 1 muestra en una vista en planta una estructura básica con los componentes ópticos de un dispositivo de medición interferométrico 1 según Michelson. Aquí se aplica como método de medición la interferometría de luz blanca (interferometría de baja coherencia) , por lo que la fuente luminosa 10 emite una radiación de baja coherencia. La luz se divide a través de un divisor de haz 15 en un haz de referencia 20 y en un haz de objeto 25. El haz de referencia 20 se refleja asimismo en un espejo de referencia 30 dispuesto en el recorrido luminoso de referencia 35 y llega de nuevo, a través del divisor de haz 15, a un captador de imágenes 55. Allí se superponen las ondas luminosas de los haces de referencia 20 a las ondas luminosas de los haces de objeto 25, que por su lado se han desviado sobre un objeto de medición 5 a través de un objetivo especial 45, dispuesto en el recorrido luminoso de objeto 50, y se han reflejado en el mismo.

El objetivo especial 45 representado en la figura 2 con sus componentes es responsable, con su disposición especular 40, de una radiación y con ello de una reproducción del objeto de medición 5 desde dos direcciones contrapuestas. Por medio de esto puede determinarse por ejemplo el grosor de un objeto de medición 5, como el grosor de un disco. La disposición especular 40 del objetivo especial 45 presenta al menos un primer 60 y un segundo espejo desviador 65, en donde estos están dispuestos de tal modo que los haces de objeto 25 que inciden sobre el primer 60 o el segundo espejo desviador 65 se dirigen sobre un primer 70 o un segundo lado 75 paralelo a éste del objeto de medición 5 a medir, en una primera 80 o segunda trayectoria de radiación 85 antiparalela a ésta. Los haces de objeto 25 inciden normalmente en perpendicular sobre el primer 70 o el segundo lado 75 del disco. La figura 3 muestra... [Seguir leyendo]

REIVINDICACIones

1. Dispositivo de medición interferométrico (1) para medir un objeto de medición (5) , en especial para medir el grosor del objeto de medición (5) , con una fuente luminosa (10) , un divisor de haz (15) para formar haces de referencia (20) y haces de objeto (25) , un espejo de referencia (30) en el recorrido luminoso de referencia (35) , un objetivo especial (45) que presenta una disposición especular (40) en el recorrido luminoso de objeto (50) y un captador de imágenes (55) , en donde la disposición especular (40) se compone de al menos un primer (60) y de un segundo espejo desviador (65) y estos están dispuestos de tal modo, que en uso los haces de objeto (25) que inciden sobre el primer (60) o sobre el segundo espejo desviador (65) están dirigidos sobre un primer (70) o un segundo lado (75) paralelo al mismo del objeto de medición (5) a medir, en una primera (80) o en una segunda trayectoria de haz (85) antiparalela respecto a la misma, caracterizado porque la disposición especular (40) presenta adicionalmente al menos un primer espejo posicionador (70) para reproducir la posición del objeto de medición (5) a medir con relación al primer (60) y/o al segundo espejo desviador (65) .

2. Dispositivo de medición interferométrico (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer espejo posicionador (70) está dispuesto de tal modo que los haces de objeto (25) que inciden sobre el espejo posicionador (70) se dirigen hacia un tercer lado (90) del objeto de medición (5) a medir, situado en ángulo recto respecto al primer (70) y al segundo lado (75) , en una tercera trayectoria de haz (95) .

3. Dispositivo de medición interferométrico (1) según la reivindicación 2, caracterizado porque las trayectorias de haz antiparalelas (80, 85) forman con la tercera trayectoria de haz (95) un ángulo 100 superior a 0º e 20 inferior a 180º.

4. Dispositivo de medición interferométrico (1) según la reivindicación 3, caracterizado porque el ángulo (100) es un ángulo recto.

5. Dispositivo de medición interferométrico (1) según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque la disposición especular (40) presenta un segundo espejo posicionador (105) y éste está dispuesto de tal

modo que los haces de objeto (25) que inciden sobre el segundo espejo posicionador (105) se dirigen sobre un cuarto lado (110) del objeto de medición (5) a medir, paralelo al tercero (90) , en una cuarta trayectoria de haz (115) .

6. Dispositivo de medición interferométrico (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el

captador de imágenes (55) es una cámara con un software de valoración para determinar la posición del 30 objeto de medición (5) .

7. Dispositivo de medición interferométrico (1) según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el dispositivo de medición (1) presenta una unidad de corrección para adaptar el recorrido óptico entre el objeto de medición (5) y el captador de imágenes (55) .

8. Dispositivo de medición interferométrico (1) según la reivindicación 7, caracterizado porque la unidad de

corrección se compone de al menos una mesa de traslación, piezoelemento, elemento ópticamente activo o de una combinación de estos.