CN1155797C - 椭圆计-测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测定一个基底上覆盖层厚度的椭圆计-测量装置。具有一个发出入射光(9)的光源(3)，一个将偏振化的入射光(9)导至基底的照射点(P)处的发射镜组，以及一个接受镜组，后者将基底的照射点(P)处形成的反射光(10)导至一个光接受装置(5.7)、具有一个检偏振器(5.4)，其中，入射光(9)与检偏振器(5.4)的偏振方向随时间相互相对改变，由此产生的强度变化被借助一个数据处理装置(7)用来确定覆盖层厚度。简便的操作和覆盖层厚度的准确测量，即使在难于接近并且曲率不同的被测物体上也能实现。这是由于设置了一个角度测量装置(5.7，7.1)，通过它可获得反射光束(10)相对于基底上照射点(P)处切平面的角度(β)，而覆盖层厚度能够借助于数据处理装置(7)根据测得的角度(β)来确定出。

Description

椭圆计-测量装置
技术领域
本发明涉及一种椭圆计-测量装置，用于测定一个基底上的覆盖层厚度。它具有一个发出入射光的光源，一个将偏振入射光导至基底上的照射点处的发射镜组，以及一个将照射点处形成的反射光线导至一个光接收装置的光接收镜组，后者具有一个检偏振器。其中，入射光与检偏振器的偏振方向随时间相互相对改变，由此产生的强度变化被一个数据处理装置利用来通过计算得到覆盖层的厚度。
背景技术
在Bosch技术报告(BoschTechnische Berichte)第4卷(1974)第7期315至320页中，报导了一个这种类型的椭圆计-测量装置。利用这种测量装置可以测定呈抛物镜面形具有大的孔径比的聚光灯反射器上的铝覆盖保护层的厚度。其中，覆盖层的厚度在10至50nm之间，分辨率可达到毫微米数量级。此外，偏振入射光沿预先给定的入射角入射到聚光灯反射器上的测量点上，并且同样以预先给定的角度被反射。反射光被椭圆偏振，被导至一个光接收器，通过一个转动的检偏振器确定椭圆度，在该光接收器上，可以得到与椭圆度相对应的光信号强度变化。椭圆度及与之对应的强度变化与覆盖层的厚度相关，因此可通过后面连接的数据处理装置确定此厚度值。入射光或反射光相对于测量点处切平面或法向的角度经常难于调节，特别是在难于接近的位置上或不同曲率的情况下，如在现代的聚光灯中，精确地调整几乎是不可能的。
发明内容
本发明的任务是，提供一种前面所述类型的椭圆计-测量装置，可以通过简单的调整和操作，使它在难于接近的位置及不同的曲率情况下同样能给出精确的测量结果。
按照本发明，提出了一种用于测定基底上覆盖层厚度的椭圆计-测量装置，它具有一个发出入射光束的光源，一个将偏振化的入射光束导至基底的照射点上的发射镜组，和一个接收镜组，该接收镜组将在照射点处形成的反射光束导至一个光接收装置并具有一个检偏振器，其中，入射光束与检偏振器的偏振方向随时间相互相对变化，由此产生的强度变化被借助一个数据处理装置用来确定覆盖层的厚度，其中，设置了一个角度测量装置，借助它可获得反射光束相对于基底上照射点处切平面的角度，以及，覆盖层厚度可借助于数据处理装置根据测得的角度来确定出。
通过上述方案来完成此任务。在此，设置一个角度测量装置，通过它，可得到反射光线相对于照射点处基底切平面的夹角，覆盖层的厚度可通过数据处理装置根据测得角度来确定出。通过测得反射光线的角度并用于计算覆盖层的厚度，测量装置能够以简单方式置于覆盖层上面，容易地进行测量工作。在此，得到的角度被自动地精确考虑，对覆盖层厚度的计算依据已知的算法进行。
角度的测量可以以简单方式这样进行，即，角度测量装置具有一个在x-和/或y-方向位置敏感的光接收装置以及一个分析处理级。借助该分析处理级，由位置数据和距离数据可以得出反射角。试验表明，只用一个一维的角度测量已经能得到覆盖层厚度的良好测量结果。由于强度变化和反射光线位置通过光接收装置的同一个光接收器测得，因而构造简单。
简单地进行角度确定的另一种可能性是，光接收装置具有两个位置敏感的光接收器，它们被安置在反射光线光路中与照射点有不同的距离。基于反射光线在这两个光接收器上的不同位置计算角度。这里，光接收器之一也同样能同时用于测量反射光线的强度变化。
在利用两个光接收器进行角度测量时，可采用如下构造：在反射光线的光路中，在这两个光接收器的前面安置一个分光器，每个光接收器接收反射光的一个分光。另外，也可以将两个光接收器前后安置，其中，反射光线的一部分穿过前面的光接收器。
只用一个光接收器的情况下有利的是，在光接收装置的前面安置一个聚光镜。
以下措施有利于实现简便操作，即，将发射镜组与接收镜组集装于一个共同的支架上，该支架具有一个三点支撑件，使其可安放于覆盖层上。这种结构可以总是保证在覆盖层上得到一个明确单一的支撑。三点支撑件在此可以是一种球支撑件。这样，一方面可以保证在三个支撑位置形成点支撑，另一方面又可以避免损坏覆盖层。
为了获得可靠的测量结果，已证实有利的是，在结构中，发射镜组在入射光的路径上具有一个起偏振镜和一个λ/4板，起偏振镜或检偏振器被安置得能够被驱动绕垂直于其面的法向轴线转动。
附图说明
以下将借助于附图中的实施例对本发明进行进一步的说明。其中，
图1是一个椭圆计-测量装置的局部侧剖视图的示意图，及
图2是另一个椭圆计-测量装置的侧视图。
具体实施方式
图1示出了一个由基底以及位于它的凹曲内表面上的覆盖层构成的被测物体1。覆盖层在P点处的厚度是要通过测量装置2进行测定的。
测量装置2具有一个激光源3，一个设在激光源前的透镜4，一条光导线6，一个探测器5，以及一个数据处理装置7。由激光源3发出的光束，通过前置的透镜4及光导线6，作为入射光进入探测器5内，并借助该探测器通过由一个透镜5.1、一个起偏振镜5.2、和一个λ/4板5.3组成的发射镜组，照射到被测物体1的测量点或者说照射点P。
在照射点P处反射的光线作为反射光束10，在接收镜组中通过一个转动的检偏振器5.4、滤光器5.5、以及一个汇聚透镜5.6，由后者聚焦到一个光接收器5.7上。光接收器5.7属于一个光接收装置。后者一方面确定反射光束10的强度变化，另一方面确定光束落到光接收器5.7上的位置。光接收器5.7可以是位置敏感型的探测器(PSD)，或者是CCD-摄相机。在数据处理装置7中设置了一个位置测量器7.1，用来确定x-位置和/或y-位置。在考虑到照射点P距离的情况下，计算x-角度和/或y-角度。此外，设置了一个强度测量器7.2，它获得通过检偏振器5.7旋转所产生的反射光束10的强度变化，用来进行椭圆度计算。
由椭圆度在计算由x-角和/或y-角计算出的反射角的情况下根据已知的算法能够得出覆盖层的厚度。为确定覆盖层厚度，也可以引用存放在存储器中的经验、列表数据。
在图1所给的结构中，同一个光接收器5.7既用于强度变化的测量，又用来计算角度，而图2所示的另一个相应的结构中，设置了两个光接收器5.7和5.8，来确定角度。它们距照射点P有不同的距离。反射光10在分光器5.9处被分成两束分光。它们到达相应安置的光接收器5.7及5.8时经过的光程不同。由落到这两个光接收器5.7及5.8上的不同x-位置和或y-位置，能够根据不同的光程计算出x-角和y-角，并进而得到反射角。这两个光接收器5.7和5.8之一，能够同时用于强度的测定。在图2中，也给出了入射光9相对于照射点P处的切平面的夹角α，反射光10相对于照射点P处的切平面的夹角β，以及入射光与反射光之间的夹角γ。
在图1中所示的检偏振器5.4，可以绕面法向转动。它也可被一个不动的检偏振器替代，此时，发射镜组中设置了一个转动的起偏振镜5.2。已表明，这样能提高测量结果的可靠性。
发射镜组与接收镜组被安装于同一个支架上，该支架有一个三点支撑件，并以球或球缺形的支点为佳。因而，能够使测量装置在被测物体1上得到一个明确单一的支撑，即使在难于接近的位置和不同曲率处。该测量装置作为探测器操作简单，并由于反射光束角度的自动获得而易于调整。

Claims (8)

1.用于测定基底上覆盖层厚度的椭圆计-测量装置，它具有一个发出入射光束(9)的光源(3)，一个将偏振化的入射光束(9)导至基底的照射点(P)上的发射镜组，和一个接收镜组，该接收镜组将在照射点(P)处形成的反射光束(10)导至一个光接收装置(5.7，5.8)并具有一个检偏振器(5.4)，其中，入射光束(9)与检偏振器(5.4)的偏振方向随时间相互相对变化，由此产生的强度变化被借助一个数据处理装置(7)用来确定覆盖层的厚度，其特征为：
设置了一个角度测量装置(5.7，5.8，7.1)，借助它可获得反射光束(10)相对于基底(1)上照射点(P)处切平面的角度(β)，以及，
覆盖层厚度可借助于数据处理装置(7)根据测得的角度(β)来确定出。
2.如权利要求1所述的测量装置，其特征为：
角度测量装置具有一个沿x-方向和/或y-方向上位置敏感的光接收装置(5.7，5.8)以及一个分析处理级，通过该分析处理级可由位置数据和距离数据得出反射角度(β)。
3.如权利要求2所述的测量装置，其特征为：
反射光束(10)的强度变化和位置由光接收装置的同一个光接收器(5.7)获得。
4.如权利要求2或3所述的测量装置，其特征为：
光接收装置具有两个对位置敏感的光接收器(5.7，5.8)，它们被安置在反射光(10)光路中与照射点(P)不同的距离处，依据反射光束(10)射到两个光接收器(5.7，5.8)上的不同位置计算出角度(β)。
5.如权利要求4所述的测量装置，其特征为：
在反射光束(10)的光路中，在两个光接收器(5.7，5.8)的前面安置了一个分光器(5.9)，并且，每个光接收器(5.7，5.8)接收反射光线(10)的一个分光线。
6.如权利要求1至3之一所述的测量装置，其特征为：
在光接收装置(5.7)的前面安置了一个聚光镜(5.6)。
7.如权利要求1至3之一所述的测量装置，其特征为：
发射镜组和接收镜组被集装于一个共同的支架上，并且该支架为了安放于覆盖层上具有一个三点支撑件。
8.如权利要求1至3之一所述的测量装置，其特征为：
发射镜组在入射光束(9)的光路中具有一个起偏振镜(5.2)和一个λ/4板，并且，起偏振镜(5.2)或检偏振器(5.4)能够被驱动绕其面的法向轴线转动地被安置。
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