CN104516082B - 一种镜头组安装组件以及具有该组件的光学测量系统 - Google Patents

Abstract

一种镜头组安装组件，其包括：基座；定位光路镜头组，其安装到基座上，用于定位位于基座的底部下方的待测元件的共焦面；至少两个检测光路镜头组，均安装到基座上，用于不同光路的检测；可观测光路镜头组，其安装到基座上内，当至少两个检测光路镜头组的一个检测待测元件时，通过可观测光路镜头组，由检测光路镜头组的成像是可观测的；其中，至少两个检测光路镜头组和可观测光路镜头组的焦点是相同的并且限定在共焦面上。本发明避免了运动平台的繁复动作和重复定位，提高了系统可靠性和稳定性；通过实现多路并行测量，也提高了测量效率，从而降低了成本。

Description

一种镜头组安装组件以及具有该组件的光学测量系统

技术领域

本发明涉及一种多光学系统共焦测量或成像的实现，尤其涉及半导体大规模集成电路制造和检测设备上的测量、成像和加工模块。

背景技术

在半导体大规模集成电路的制造和检测工艺中，经常需要使用多个光学系统(即多个独立光路)对晶圆上某一点进行量测、成像或加工，下面以测量设备为例：

通常的做法有两种：一种是测量点不动，依次移动各个或各组测量系统对焦到测量点进行测量，一个或一组测量系统测量完后，将其移离测量点，再将下一个或下一组测量系统移到测量点进行测量，直到完成所有系统的测量；另一种方法是将各个测量系统空间位置固定，在系统内依次排开，不断移动晶圆，使其上的测量点依次运动到各个测量系统的焦点位置，分步进行测量。

这两种方法因为要移动被测晶圆或各个测量系统，需要不停进行对焦，一方面要求运动平台具有较高的运动可靠性、重复定位精度和使用寿命，因而其成本相对较高；另一方面，量测周期包含多个对焦动作和运动，在短时间内完成的难度高，从而影响测量效率。

发明内容

本发明将各个光学系统的物镜结合在一个基座中，该基座通过机械加工达到初始定位精度，再通过附设精密调节机构和光学对准方法，调整各个物镜焦点(即，各光路测量点)实现共焦测量。

为达成上述目的，本发明的镜头组安装组件，其包括：基座、定位光路镜头组、至少两个检测光路镜头组和可观测光路镜头组。其中，该定位光路镜头组安装到所述基座上，用于定位位于所述基座下方的待测元件的共焦面；该至少两个检测光路镜头组均安装到所述基座上，用于不同光路的检测；该可观测光路镜头组安装到所述基座上，当所述至少两个检测光路镜头组的一个检测所述待测元件时，通过所述可观测光路镜头组，由所述检测光路镜头组的成像是可观测的；其中，所述至少两个检测光路镜头组和所述可观测光路镜头组的焦点是相同的并且限定在所述共焦面上。

具体地，所述定位光路镜头组被布置成其光轴与所述共焦面垂直。

具体地，每个所述检测光路镜头组包括入射镜头组和反射镜头组，所述入射镜头组和所述反射镜头组被布置成所述入射镜头组的光轴和所述反射镜头组的光轴相对于与所述共焦面垂直并经过所述焦点的直线对称。

具体地，所述基座限定有多个通向其底部的通孔，所述定位光路镜头组、所述入射镜头组、所述反射镜头组和所述可观测光路镜头组均分别被安装到各个通孔内。

具体地，该镜头组安装组件还包括备用观测光路镜头组，其安装到所述基座上，用于与所述可观测光路镜头组可替换地对经由至少两个检测光路镜头组的一个的成像预观测。

具体地，该待测元件为半导体晶圆。

优选地，所述定位光路镜头组、每个所述检测光路镜头组和／或所述可观测光路镜头组包括光学调节组件，所述光学调节组件包括以下元件：调节压圈，其耦接到对应的镜头组以沿光轴方向调节对应的镜头组的焦距；锁紧压圈，其与所述调节压圈是可互锁的以锁定对应的镜头组；陶瓷垫圈或压电陶瓷元件，其设置在所述调节压圈和对应的镜头组之间；弹性元件，其设置在基座内并偏置对应的镜头组。

具体地，所述定位光路镜头组、检测光路镜头组和可观测光路镜头组的至少其中之一者具有角度调节结构，其用于调节对应的镜头组的光轴与所述基座的相对角度。

根据本发明的另一个目的，公开了一种光学测量系统，其包括：光源模块，其发出预定波长值或预定波长范围的光线；入射模块，其对从所述光源模块发出的光线进行预处理；镜头安装组件，如前所述，来自所述入射模块的光线经由对应的镜头组投射到所述待测元件上再从对应的镜头组反射出去；出射模块，其接收来自所述对应的镜头组的反射光线并进行后处理；以及成像模块，其接收来自所述出射模块的光线并进行成像。

具体地，所述入射模块和出射模块包括准直光学元件、滤光元件、聚焦光学元件、散焦光学元件、偏振光学元件、验偏光学元件至少其中之一者。

具体地，所述成像模块包括光谱仪和图像传感器至少其中之一者。

具体地，所述光学测量系统包括4组所述检测光路镜头组。

本发明可以利用精密加工或特殊加工的基座，安装各组镜头组并进行初步的精密定位和导向，即，基座作为各个镜头组的公共定位基准使用，并且在该基座上加工出本发明的镜头组安装组件相对于外部的用于安装和定位的基准特征；再利用每个镜头组中的镜头调节单元对各镜头组进行微细调节和固定、锁紧，使各个镜头组以高精度实现共焦点或共焦面测量或成像，从而实现系统测量功能。

本发明避免了运动平台的繁复动作和重复定位，提高了系统可靠性和稳定性；通过实现多路并行测量，也提高了测量效率，从而降低了成本。

附图说明

为了解释本发明，将在下文中参考附图描述其示例性实施方式，附图中：

图1为根据本发明的一种实施方式的镜头组安装组件的整体的透视图；

图2为根据本发明的一种实施方式的镜头组安装组件的整体的分解透视图；

图3为根据本发明的一种实施方式的第1-第9镜头组的分解透视图；

图4为根据本发明的一种实施方式的第10-第11镜头组的分解透视图；

图5为根据本发明的一种实施方式的第1-第4镜头组的剖面图及其光路示意图；

图6为根据本发明的一种实施方式的第5-第8镜头组的剖面图及其光路示意图；

图7为根据本发明的一种实施方式的第9镜头组的剖面图及其光路示意图；

图8为根据本发明的一种实施方式的第10-第11镜头组的剖面图及其光路示意图；以及

图9为根据本发明的另一种实施方式的剖面图，其中，示出了一种共焦镜头角度和倾斜度微调节单元，该调节单元使用调整螺钉组件对图示2个镜头组分别进行调节和锁紧。

在附图中，附图标记分别表示：

1：镜头组1

2：镜头组2

3：镜头组3

4：镜头组4

5：镜头组5

6：镜头组6

7：镜头组7

8：镜头组8

9：镜头组9

10：镜头组10

11：镜头组11

13，23，33，43，53，63，73，83：锁紧压圈

14，24，34，44，54，64，74，84：调节压圈

15，25，35，45，55，65，75，85：陶瓷垫圈

16，26，36，46，56，66，76，86：弹性元件

91：反射镜

92：反射镜座

93：螺钉

101：调节压圈

102：锁紧压圈

103：反射镜连接座

104：平面反射镜

105：反射镜镜座

106：调节螺钉

107：球头调节螺钉

111：锁紧压圈

112：镜座

113：螺钉

120：基座

131：锁紧螺母

132，133，134，135：调节螺钉

1201，1202，1203，1204，1205，1206，1207，1208，1209，1210，1211：通孔

不同图中的相似特征由相似的附图标记指示。

具体实施方式

在以下的实施方式的详细描述中，参照构成该描述的一部分的附图进行说明。附图以示例的方式展示出特定的实施方式，本发明被实现在这些实施方式中。所示出的实施方式不是为了穷尽根据本发明的所有实施方式。可以理解，其他的实施方式可以被利用，结构性或逻辑性的改变能够在不脱离本发明的范围的前提下被做出。对于附图，方向性的术语，例如“下”、“上”、“左”、“右”等，是参照所描述的附图的方位而使用的。由于本发明的实施方式的组件能够被以多种方位实施，这些方向性术语是用于说明的目的，而不是限制的目的。因此，以下的具体实施方式并不是作为限制的意义，并且本发明的范围由所附的权利要求书所限定。

图1为根据本发明的一种实施方式的整体透视图，图2为根据本发明的一种实施方式的镜头组安装组件的整体的分解透视图；图3为根据本发明的一种实施方式的第1-第9镜头组的分解透视图；图4为根据本发明的一种实施方式的第10-第11镜头组的分解透视图；图5为根据本发明的一种实施方式的第1-第4镜头组的剖面图及其光路示意图；图6为根据本发明的一种实施方式的第5-第8镜头组的剖面图及其光路示意图；图7为根据本发明的一种实施方式的第9镜头组的剖面图及其光路示意图；图8为根据本发明的一种实施方式的第10-第11镜头组的剖面图及其光路示意图。

如图1-图8所示，该镜头安装组件1000共包括11个镜头组，其中第1到第9镜头组可以实现共焦点测量或成像，此外，第10和第11镜头组可以实现共焦点面，且这两个镜头组的焦点与前述9个镜头组的共同焦点精度较高地处于同一高度上；如图所示，所有镜头组均安置于基座120中或与之连接。

具体地，基座120上限定有多个通往底部的通孔1201-1211。其中，通孔1201-1208的中心轴线分别为通向共焦点P的通孔，并且通孔1201和通孔1203分别用于安装镜头组1和镜头组3，这两个通孔沿着竖直轴线L对称；通孔1202和通孔1204分别用于安装镜头组2和镜头组4，这两个通孔沿着竖直轴线L对称；通孔1205和通孔1207分别用于安装镜头组5和镜头组7，分别沿着竖直轴线L对称；通孔1206和通孔1208分别用于安装镜头组6和镜头组8，这两个通孔沿着竖直轴线L对称。通孔1209的中心轴线并没有通向共焦点P，该通孔用于安装镜头组9。通孔1210和通孔1211的中心轴线也没有通向共焦点P而是垂直于共焦面S。

镜头组1-11在基座120内的分布如图2所示，基座120的这些通孔1201-1211通过精密加工而成，通孔1201-1211之间需要保证测量系统要求的定位精度，例如，相对角度精度和相对位置精度。在示出的实施方式中，第1到第10个镜头组均可以直接放入到这些通孔中，第11个镜头组则可以通过镜座112与基座120连接。

下面结合光路详述各镜头组的构成。

第一检测光路

参见图1-图3和图5，构成第一检测光路的元件至少包括镜头组1和镜头组3，其中，该镜头组1为入射镜头组，该镜头组3为反射镜头组。具体地，该入射镜头组1和反射镜头组3被布置成入射镜头组1的光轴和反射镜头组3的光轴关于共焦面S垂直并经过焦点P的直线对称。

该入射镜头组1具有设置在物侧的镜筒和镜筒座之间的弹性元件16，诸如螺旋弹簧，该弹性元件16具有预定的弹簧常数，并且其形变方向沿着入射镜头组1勺光轴方向，用于调节焦距时弹性地支撑镜筒，同时，该弹性元件16还具有吸振功能。该入射镜头组1还包括设置在另一侧的镜筒和镜筒座之间的锁紧压圈13、调节压圈14和陶瓷垫圈15，其中，该陶瓷垫圈15、调节垫圈14和锁紧压囤13沿着光轴远离焦点P的方向依次地布置。具体地，调节压圈14耦接到入射镜头组1以沿光轴方向调节该入射镜头组1的焦距，该锁紧压圈13与调节压圈14可互锁的以锁定入射镜头组1，陶瓷垫圈15设置在该调节压圈14和入射镜头组1之间。陶瓷垫圈15具有一定的耐磨性，这样，当使用调节压圈14调整过程中，防止产生过大的磨损或者产生过多的粉尘，同时，该陶瓷垫圈15表面的优良光洁度防止了在旋转调节压圈14进行调节时导致入射镜头组1绕光轴旋转的角度过大。可选择地，该陶瓷垫圈15为压电陶瓷元件。

该反射镜头组3具有设置在物侧的镜筒和镜筒座之间的弹性元件36，诸如螺旋弹簧，该弹性元件36具有预定的弹簧常数，并且其形变方向沿着反射镜头组3的光轴方向，用于调节焦距时弹性地支撑镜筒，同时，该弹性元件36还具有吸振功能。该反射镜头组3还包括设置在另一侧的镜筒和镜筒座之间的锁紧压圈33、调节压圈34和陶瓷垫圈35，其中，该陶瓷垫圈35、调节垫圈34和锁紧压圈33沿着光轴远离焦点P的方向依次地布置。具体地，调节压圈34耦接到反射镜头组3以沿光轴方向调节该反射镜头组3的焦距，该锁紧压圈33与调节压圈34可互锁的以锁定反射镜头组3，陶瓷垫圈35设置在该调节压圈34和反射镜头组3之间。陶瓷垫圈35具有一定的耐磨性，这样，当使用调节压圈34调整过程中，防止产生过大的磨损或者产生过多的粉尘，同时，该陶瓷垫圈35表面的优良光洁度防止了在旋转调节压圈34进行调节时导致反射镜头组3绕光轴旋转的角度过大。可选择地，该陶瓷垫圈35为压电陶瓷元件。

对于入射镜头组1和反射镜头组3，本领域普通技术人员可以理解：除了前文公开的弹性元件、锁紧压圈、调节压圈和陶瓷垫圈外，还可以包括其他的调节、锁紧、导向等构件；为了实现光路密封，还可以包括一个或多个光路密封元件；为了实现特定的光学功能还可以增设诸如滤光片、衰减片、光阑等附件等等。在此，不做赘述。

本领域技术人员结合本文可以理解，为了构成第一检测光路，相对于入射镜头组1还需要在该镜头组安装组件1000之外设置有光源模块和入射模块，相应地，相对于反射镜头组3还需要在该镜头组安装组件1000之外设置有出射模块和成像模块。

具体地，光源模块可以发出预定波长值或预定波长范围的光线(包括具有连续光谱的光线)；入射模块可以对从光源模块发出的光线进行预处理，所述的预处理光学元件可以包括但不限于准直光学元件、滤光元件、聚焦光学元件、散焦光学元件、偏振光学元件、验偏光学元件至少其中之一者；出射模块接收来自镜头组3的反射光线并进行后处理，所述的后处理光学元件可以包括但不限于准直光学元件、滤光元件、聚焦光学元件、散焦光学元件、偏振光学元件、验偏光学元件至少其中之一者；成像模块，诸如CCD，可以接收来自出射模块的光线并进行成像。

藉此，光源模块发出的光线经由入射模块后得到具有特定物理属性的光线，该光线进入到入射镜头组1内，再投射到位于焦点P处的待测元件(在此为半导体晶圆的待测处)上，反射光线依次经过反射镜头组3、出射模块进入到成像模块内。

第二检测光路

参见图1-图3和图6，构成第二检测光路的元件至少包括镜头组2和镜头组4，其中，该镜头组2为入射镜头组，该镜头组4为反射镜头组。具体地，该入射镜头组2和反射镜头组4被布置成入射镜头组2的光轴和反射镜头组4的光轴关于共焦面S垂直并经过焦点P的直线对称。

该入射镜头组2具有设置在物侧的镜筒和镜筒座之间的弹性元件26，诸如螺旋弹簧，该弹性元件26具有预定的弹簧常数，并且其形变方向沿着入射镜头组2的光轴方向，用于调节焦距时弹性地支撑镜筒，同时，该弹性元件26还具有吸振功能。该入射镜头组2还包括设置在另一例的镜筒和镜筒座之间的锁紧压圈23、调节压圈24和陶瓷垫圈25，其中，该陶瓷垫圈25、调节垫圈24和锁紧压圈23沿着光轴远离焦点P的方向依次地布置。具体地，调节压圈24耦接到入射镜头组2以沿光轴方向调节该入射镜头组2的焦距，该锁紧压圈23与调节压圈24可互锁的以锁定入射镜头组2，陶瓷垫圈25设置在该调节压圈24和入射镜头组2之间。陶瓷垫圈25具有一定的耐磨性，这样，当使用调节压圈24调整过程中，防止产生过大的磨损或者产生过多的粉尘，同时，该陶瓷垫圈25表面的优良光洁度防止了在旋转调节压圈24进行调节时导致入射镜头组2绕光轴旋转的角度过大。可选择地，该陶瓷垫圈25为压电陶瓷元件。

该反射镜头组4具有设置在物侧的镜筒和镜筒座之间的弹性元件46，诸如螺旋弹簧，该弹性元件46具有预定的弹簧常数，并且其形变方向沿着反射镜头组4的光轴方向，用于调节焦距时弹性地支撑镜筒，同时，该弹性元件46还具有吸振功能。该反射镜头组4还包括设置在另一侧的镜筒和镜筒座之间的锁紧压圈43、调节压圈44和陶瓷垫圈45，其中，该陶瓷垫圈45、调节垫圈44和锁紧压圈43沿着光轴远离焦点P的方向依次地布置。具体地，调节压圈44耦接到反射镜头组4以沿光轴方向调节该反射镜头组4的焦距，该锁紧压圈43与调节压圈44可互锁的以锁定反射镜头组4，陶瓷垫圈45设置在该调节压圈44和反射镜头组4之间。陶瓷垫圈45具有一定的耐磨性，这样，当使用调节压圈44调整过程中，防止产生过大的磨损或者产生过多的粉尘，同时，该陶瓷垫圈45表面的优良光洁度防止了在旋转调节压圈44进行调节时导致反射镜头组4绕光轴旋转的角度过大。可选择地，该陶瓷垫圈45为压电陶瓷元件。

对于入射镜头组2和反射镜头组4，本领域普通技术人员可以理解：除了前文公开的弹性元件、锁紧压圈、调节压圈和陶瓷垫圈外，还可以包括其他的调节、锁紧、导向等构件；为了实现光路密封，还可以包括一个或多个光路密封元件；为了实现特定的光学功能还可以增设诸如滤光片、衰减片、光阑等附件等等。在此，不做赘述。

本领域技术人员结合本文可以理解，为了构成第二检测光路，相对于入射镜头组2还需要在该镜头组安装组件1000之外设置有光源模块和入射模块，相应地，相对于反射镜头组4还需要在该镜头组安装组件1000之外设置有出射模块和成像模块。

具体地，光源模块可以发出预定波长值或预定波长范围的光线(包括具有连续光谱的光线)；入射模块可以对从光源模块发出的光线进行预处理，所述的预处理光学元件可以包括但不限于准直光学元件、滤光元件、聚焦光学元件、散焦光学元件、偏振光学元件、验偏光学元件至少其中之一者；出射模块接收来自镜头组4的反射光线并进行后处理，所述的后处理光学元件可以包括但不限于准直光学元件、滤光元件、聚焦光学元件、散焦光学元件、偏振光学元件、验偏光学元件至少其中之一者；成像模块，诸如CCD，可以接收来自出射模块的光线并进行成像。

藉此，光源模块发出的光线经由入射模块后得到具有特定物理属性的光线，该光线进入到入射镜头组2内，再投射到位于焦点P处的待测元件(在此为半导体晶圆的待测处)上，反射光线依次经过反射镜头组4、出射模块进入到成像模块内。

第三检测光路

参见图1-图3和图5，构成第三检测光路的元件至少包括镜头组5和镜头组7，其中，该镜头组5为入射镜头组，该镜头组7为反射镜头组。具体地，该入射镜头组5和反射镜头组7被布置成入射镜头组5的光轴和反射镜头组7的光轴关于共焦面S垂直并经过焦点P的直线对称。

该入射镜头组5具有设置在物侧的镜筒和镜筒座之间的弹性元件56，诸如螺旋弹簧，该弹性元件56具有预定的弹簧常数，并且其形变方向沿着入射镜头组5的光轴方向，用于调节焦距时弹性地支撑镜筒，同时，该弹性元件56还具有吸振功能。该入射镜头组5还包括设置在另一侧的镜筒和镜筒座之间的锁紧压圈53、调节压圈54和陶瓷垫圈55，其中，该陶瓷垫圈55、调节垫圈54和锁紧压圈53沿着光轴远离焦点P的方向依次地布置。具体地，调节压圈54耦接到入射镜头组5以沿光轴方向调节该入射镜头组5的焦距，该锁紧压圈53与调节压圈54可互锁的以锁定入射镜头组5，陶瓷垫圈55设置在该调节压圈154和入射镜头组5之间。陶瓷垫圈55具有一定的耐磨性，这样，当使用调节压圈54调整过程中，防止产生过大的磨损或者产生过多的粉尘，同时，该陶瓷垫圈55表面的优良光洁度防止了在旋转调节压囤54进行调节时导致入射镜头组5绕光轴旋转的角度过大。可选择地，该陶瓷垫圈55为压电陶瓷元件。

该反射镜头组7具有设置在物侧的镜筒和镜筒座之间的弹性元件76，诸如螺旋弹簧，该弹性元件76具有预定的弹簧常数，并且其形变方向沿着反射镜头组7的光轴方向，用于调节焦距时弹性地支撑镜筒，同时，该弹性元件76还具有吸振功能。该反射镜头组7还包括设置在另一侧的镜筒和镜筒座之间的锁紧压圈73、调节压圈74和陶瓷垫圈75，其中，该陶瓷垫圈75、调节压圈74和锁紧压囤73沿着光轴远离焦点P的方向依次地布置。具体地，调节压圈74耦接到反射镜头组7以沿光轴方向调节该反射镜头组7的焦距，该锁紧压圈73与调节压圈74可互锁的以锁定反射镜头组7，陶瓷垫圈75设置在该调节压囤74和反射镜头组7之间。陶瓷垫圈75具有一定的耐磨性，这样，当使用调节压圈74调整过程中，防止产生过大的磨损或者产生过多的粉尘，同时，该陶瓷垫圈75表面的优良光洁度防止了在旋转调节压圈74进行调节时导致反射镜头组7绕光轴旋转的角度过大。可选择地，该陶瓷垫圈75为压电陶瓷元件。

对于入射镜头组5和反射镜头组7，本领域普通技术人员可以理解：除了前文公开的弹性元件、锁紧压圈、调节压圈和陶瓷垫圈外，还可以包括其他的调节、锁紧、导向等构件；为了实现光路密封，还可以包括一个或多个光路密封元件；为了实现特定的光学功能还可以增设诸如滤光片、衰减片、光阑等附件等等。在此，不做赘述。

本领域技术人员结合本文可以理解，为了构成第三检测光路，相对于入射镜头组5还需要在该镜头组安装组件1000之外设置有光源模块和入射模块，相应地，相对于反射镜头组7还需要在该镜头组安装组件1000之外设置有出射模块和成像模块。

具体地，光源模块可以发出预定波长值或预定波长范围的光线(包括具有连续光谱的光线)；入射模块可以对从光源模块发出的光线进行预处理，所述的预处理光学元件可以包括但不限于准直光学元件、滤光元件、聚焦光学元件、散焦光学元件、偏振光学元件、验偏光学元件至少其中之一者；出射模块接收来自镜头组7的反射光线并进行后处理，所述的后处理光学元件可以包括但不限于准直光学元件、滤光元件、聚焦光学元件、散焦光学元件、偏振光学元件、验偏光学元件至少其中之一者；成像模块，诸如CCD，可以接收来自出射模块的光线并进行成像。

藉此，光源模块发出的光线经由入射模块后得到具有特定物理属性的光线，该光线进入到入射镜头组5内，再投射到位于焦点P处的待测元件(在此为半导体晶圆的待测处)上，反射光线依次经过反射镜头组7、出射模块进入到成像模块内。

第四检测光路

参见图1-图3和图6，构成第四检测光路的元件至少包括镜头组6和镜头组8，其中，该镜头组6为入射镜头组，该镜头组8为反射镜头组。具体地，该入射镜头组6和反射镜头组8被布置成入射镜头组6的光轴和反射镜头组8的光轴关于共焦面S垂直并经过焦点P的直线对称。

该入射镜头组6具有设置在物侧的镜筒和镜筒座之间的弹性元件66，诸如螺旋弹簧，该弹性元件66具有预定的弹簧常数，并且其形变方向沿着入射镜头组6的光轴方向，用于调节焦距时弹性地支撑镜筒，同时，该弹性元件66还具有吸振功能。该入射镜头组6还包括设置在另一侧的镜筒和镜筒座之间的锁紧压圈63、调节压圈64和陶瓷垫圈65，其中，该陶瓷垫圈65、调节垫圈64和锁紧压圈63沿着光轴远离焦点P的方向依次地布置。具体地，调节压圈64耦接到入射镜头组6以沿光轴方向调节该入射镜头组6的焦距，该锁紧压圈63与调节压圈64可互锁的以锁定入射镜头组6，陶瓷垫圈65设置在该调节压圈64和入射镜头组6之间。陶瓷垫圈65具有一定的耐磨性，这样，当使用调节压圈64调整过程中，防止产生过大的磨损或者产生过多的粉尘，同时，该陶瓷垫圈65表面的优良光洁度防止了在旋转调节压圈64进行调节时导致入射镜头组6绕光轴旋转的角度过大。可选择地，该陶瓷垫圈65为压电陶瓷元件。

该反射镜头组8具有设置在物侧的镜筒和镜筒座之间的弹性元件86，诸如螺旋弹簧，该弹性元件86具有预定的弹簧常数，并且其形变方向沿着反射镜头组8的光轴方向，用于调节焦距时弹性地支撑镜筒，同时，该弹性元件86还具有吸振功能。该反射镜头组8还包括设置在另一例的镜筒和镜筒座之间的锁紧压圈83、调节压圈84和陶瓷垫圈85，其中，该陶瓷垫圈85、调节垫圈84和锁紧压圈83沿着光轴远离焦点P的方向依次地布置。具体地，调节压圈84耦接到反射镜头组8以沿光轴方向调节该反射镜头组8的焦距，该锁紧压圈83与调节压圈84可互锁的以锁定反射镜头组8，陶瓷垫圈85设置在该调节压圈84和反射镜头组8之间。陶瓷垫圈85具有一定的耐磨性，这样，当使用调节压圈84调整过程中，防止产生过大的磨损或者产生过多的粉尘，同时，该陶瓷垫圈85表面的优良光洁度防止了在旋转调节压圈84进行调节时导致反射镜头组8绕光轴旋转的角度过大。可选择地，该陶瓷垫圈85为压电陶瓷元件。

对于入射镜头组6和反射镜头组8，本领域普通技术人员可以理解：除了前文公开的弹性元件、锁紧压圈、调节压圈和陶瓷垫圈外，还可以包括其他的调节、锁紧、导向等构件；为了实现光路密封，还可以包括一个或多个光路密封元件；为了实现特定的光学功能还可以增设诸如滤光片、衰减片、光阑等附件等等。在此，不做赘述。

本领域技术人员结合本文可以理解，为了构成第四检测光路，相对于入射镜头组6还需要在该镜头组安装组件1000之外设置有光源模块和入射模块，相应地，相对于反射镜头组8还需要在该镜头组安装组件1000之外设置有出射模块和成像模块。

具体地，光源模块可以发出预定波长值或预定波长范围的光线(包括具有连续光谱的光线)；入射模块可以对从光源模块发出的光线进行预处理，所述的预处理光学元件可以包括但不限于准直光学元件、滤光元件、聚焦光学元件、散焦光学元件、偏振光学元件、验偏光学元件至少其中之一者；出射模块接收来自镜头组8的反射光线并进行后处理，所述的后处理光学元件可以包括但不限于准直光学元件、滤光元件、聚焦光学元件、散焦光学元件、偏振光学元件、验偏光学元件至少其中之一者；成像模块，诸如CCD，可以接收来自出射模块的光线并进行成像。

藉此，光源模块发出的光线经由入射模块后得到具有特定物理属性的光线，该光线进入到入射镜头组6内，再投射到位于焦点P处的待测元件(在此为半导体晶圆的待测处)上，反射光线依次经过反射镜头组8、出射模块进入到成像模块内。

可观测光路

参见图1-图3和图7，构成可观测光路的元件至少包括镜头组9，该镜头组9为入射和反射共用的镜头组。由于该基座120的内部空间有限且镜头组1-8已经占用了大部分的空间，故，在此容纳镜头组9的通孔1209的纵向轴线并没有通过焦点P。因此，为了使该镜头组9与前述的镜头组1-8的焦点P共焦，在此，增设了反射镜91。具体地，该反射镜91固定到反射镜座92上，反射镜座92由螺钉93固定到基座120的内部空间。

本领域技术人员可以理解：在该基座120内，还可以安装有其他必需的连接和支撑构件；还可以安装有光路密封元件等。

本领域技术人员结合本文可以理解，为了构成该可观测光路，相对于镜头组9还需要在该镜头组安装组件1000之外设置有相应的光源模块、分光模块、接收模块。具体地，该光源模块发出的光线经过分光模块后在与镜头组9的纵向轴线平行的方向进入到镜头组9内，再经过反射镜91的反射后投射到待测元件(即，晶圆的待测区域的上表面)上，随后，反射光线再经由反射镜91反射后通过镜头组9进入分光模块，最后，从分光模块出来的光线进入到接收模块中。使用者可以通过接收模块看到分别由前述的镜头组1和3、镜头组2和4、镜头组5和7、镜头组6和8的检测光路的成像情况，只有当通过调节前述的各检测光路的调节元件在该可观测光路中看到清晰的成像时才停止继续调节。

定位光路

参见图1、图2、图4和图8，该定位光路用于定位位于基座120的底部下方的待测元件的共焦面S。构成定位光路的元件至少包括安装到基座120的通孔1210内的镜头组10，其中，该镜头组10为入射和反射共用的镜头组，该镜头组10被布置成其光轴与共焦面S垂直。

具体地，该镜头组10包括：

调节压圈101，其在物方的一侧布置在镜头组10的镜筒座和镜筒之间，用于沿光轴方向的焦距调节；

锁紧压圈102，其布置在调节压圈101的相对侧，用于对镜头组10的位置进行锁紧；

反射镜连接座103，其被连接到基座120上；

平面反射镜104，其用于光路折返，示例性地，其与基座120的上表面成45度角；以及

反射镜镜座105，其被紧固件连接到反射镜连接座103上，该反射镜镜座105用于承载平面反射镜104，例如将平面反射镜104胶接于其上。

具体地，该紧固件，诸如一组调节螺钉106和一组球头调节螺钉107，可以用于调节平面反射镜104，使其绕相互垂直的两个空间轴进行旋转，以确定其相对于主光路的空间位置和姿态。

本领域技术人员结合本文可以理解，为了构成该定位光路，还需要在该镜头组10之外至少设置有光源模块、分光模块和接收模块。具体地，如图8所示，光源模块发出的光线经过分光模块后在与镜头组10的纵向轴线基本垂直的方向入射到平面反射镜104上；平面反射镜104的反射光线以与镜头组10的纵向轴线基本平行的方向进入到镜头组10内并投射到待测元件(即，晶圆的待测区域的上表面)上；随后，来自待测元件表面的反射光线经由平面反射镜104反射后再进入分光模块；最后，从分光模块出来的光线进入到接收模块中。使用者可以通过接收模块的图像来调节基座120的底表面与待测元件的上表面之间的间距以得到合适的共焦面。

备用观测光路

参见图1、图4和图8，该备用观测光路用于可替换地对经由至少两个检测光路镜头组的一个的成像预观测。该镜头组11安装到基座120的通孔1211内，用于与所述可观测光路镜头组可替换地对经由检测光路的成像预观测。

具体地，该镜头组11与定位光路的镜头组10类似，该镜头组11为入射和反射共用的镜头组，该镜头组11被布置成其光轴与共焦面S垂直。为了保持镜头组11，相对基座120的定位平台上还定位有镜座112，其用于定位镜头组11于其内。螺钉113用于将镜座112固定连接到基座120上。在通孔1211内还设置有锁紧压圈111，其用于在下方对镜头组111进行锁紧，以提高其结构稳定性。

本领域技术人员结合本文可以理解，为了构成该备用观测光路，还需要在该镜头组11之外至少设置有光源模块、分光模块和接收模块。具体地，如图8所示，光源模块发出的光线经过分光模块后在与镜头组11的纵向轴线基本平行的方向进入到镜头组11并投射到待测元件(即，晶圆的待测区域的上表面)上；随后，来自待测元件表面的反射光线经由分光模块进入到接收模块。使用者可以通过接收模块来预观测经由相应的检测光路的成像从而可以调节相应的检测镜头组以得到最佳图像。

图9为根据本发明的另一种实施方式的剖面图，其中，示出了一种共焦镜头角度和倾斜度微调节单元，该调节单元使用调整螺钉组件对图示2个镜头组分别进行调节和锁紧。

如图9所示，除了微调结构外，本实施方式的结构和功能与前述的实施方式类似。具体地，该微调结构包括：不同长度的4种调节螺钉132、133、134、135各2个，锁紧螺母131共8个。当需要对镜头组的倾斜角度进行调节时，需先松开各锁紧螺母131；若要使其相对于待测元件的倾角缩小，可以松开螺钉133和135，调节螺钉132和134直至得到需要的角度为止；反之，若要使镜头组相对于待测元件的倾角变大，则可以松开螺钉132和134，调节螺钉133和135。

本领域的技术人员可以理解，其他的微调结构应当也是可以实现各个镜头组的纵向轴线相对于待测元件的上表面的倾斜角度。

同样的，本发明也不限于以上实施例所包含的镜头组数目，如果空间和系统允许，本发明也适用于少于或多于以上镜头组数目的情形。

本发明可以利用精密加工或特殊加工的基座，安装各组镜头组并进行初步的精密定位和导向，即，基座作为各个镜头组的公共定位基准使用，并且在该基座上加工出本发明的镜头组安装组件相对于外部的用于安装和定位的基准特征；再利用每个镜头组中的镜头调节单元对各镜头组进行微细调节和固定、锁紧，使各个镜头组以高精度实现共焦点或共焦面测量或成像，从而实现系统测量功能。

本发明避免了运动平台的繁复动作和重复定位，提高了系统可靠性和稳定性；通过实现多路并行测量，也提高了测量效率，从而降低了成本。

那些本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。在发明的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。

本发明不以任何方式限制于在说明书和附图中呈现的示例性实施方式。示出以及描述的实施方式(的部分)的所有组合明确地理解为并入该说明书之内并且明确地理解为落入本发明的范围内。而且，在如权利要求书概括的本发明的范围内，很多变形是可能的。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本发明的范围。

Claims (11)

1.一种镜头组安装组件，其包括：

基座；

定位光路镜头组，其安装到所述基座上，用于定位位于所述基座下方的待测元件的共焦面；

至少两个检测光路镜头组，均安装到所述基座上，用于不同光路的检测；

可观测光路镜头组，其安装到所述基座上，当所述至少两个检测光路镜头组的一个检测所述待测元件时，通过所述可观测光路镜头组，由所述检测光路镜头组的成像是可观测的；

其中，所述至少两个检测光路镜头组和所述可观测光路镜头组的焦点是相同的并且限定在所述共焦面上，

每个所述检测光路镜头组包括入射镜头组和反射镜头组，所述入射镜头组和所述反射镜头组被布置成所述入射镜头组的光轴和所述反射镜头组的光轴相对于与所述共焦面垂直并经过所述焦点的直线对称。

2.根据权利要求1所述的镜头组安装组件，其中，所述定位光路镜头组被布置成其光轴与所述共焦面垂直。

3.根据权利要求1所述的镜头组安装组件，其中，所述基座限定有多个通向其底部的通孔，所述定位光路镜头组、所述入射镜头组、所述反射镜头组和所述可观测光路镜头组均分别被安装到各个通孔内。

4.根据权利要求1所述的镜头组安装组件，其中，还包括备用观测光路镜头组，其安装到所述基座上，用于与所述可观测光路镜头组可替换地对经由至少两个检测光路镜头组的一个的成像预观测。

5.根据权利要求1所述的镜头组安装组件，其中，所述待测元件为半导体晶圆。

6.根据权利要求1所述的镜头组安装组件，其中，所述定位光路镜头组、每个所述检测光路镜头组和/或所述可观测光路镜头组包括光学调节组件，所述光学调节组件包括以下元件：

调节压圈，其耦接到对应的镜头组以沿光轴方向调节对应的镜头组的焦距；

锁紧压圈，其与所述调节压圈是可互锁的以锁定对应的镜头组；

陶瓷垫圈或压电陶瓷元件，其设置在所述调节压圈和对应的镜头组之间；

弹性元件，其设置在所述基座内并偏置对应的镜头组。

7.根据权利要求1所述的镜头组安装组件，其中，所述定位光路镜头组、检测光路镜头组和可观测光路镜头组的至少其中之一者具有角度调节结构，其用于调节对应的镜头组的光轴与所述基座的相对角度。

8.一种光学测量系统，其包括：

光源模块，其发出预定波长值或预定波长范围的光线；

入射模块，其对从所述光源模块发出的光线进行预处理；

镜头安装组件，如权利要求1-6任一项所述，来自所述入射模块的光线经由对应的镜头组投射到所述待测元件上再从对应的镜头组反射出去；

出射模块，其接收来自所述对应的镜头组的反射光线并进行后处理；以及

成像模块，其接收来自所述出射模块的光线并进行成像。

9.根据权利要求8所述的光学测量系统，其中，所述入射模块和出射模块包括准直光学元件、滤光元件、聚焦光学元件、散焦光学元件、偏振光学元件、验偏光学元件至少其中之一者。

10.根据权利要求8所述的光学测量系统，其中，所述成像模块包括光谱仪和图像传感器至少其中之一者。

11.根据权利要求8-10任一项所述的光学测量系统，其中，包括4组所述检测光路镜头组。