CN87210130U

CN87210130U - 镜面平整度测试仪

Info

Publication number: CN87210130U
Application number: CN 87210130
Authority: CN
Inventors: 袁玉麟
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 1987-07-10
Filing date: 1987-07-10
Publication date: 1988-06-15

Abstract

镜面平整度测试仪，依据于非相干系统的掠射式镜面莫尔轮廓法原理设计而成。它具有光源、带有间隙基准的光栅、测量台及成象系统。它只需要一块相当精度的特殊的带有间隙基准的平面光栅及简单的面光源，即可使仪器在观测范围的全场上达到微米级精度。把半导体工业用的硅片及家用冰箱压缩机中的阀片等轻而薄的平镜面放于光栅支承点上，让其处于自由状态，即可以测定它与支承点接触一侧的全场的面型平整度。

Description

镜面平整度测试仪

本专利属于物理学轮廓测量中以光学方法为特征的轮廓计量装置。

莫尔轮廓测量法1970年见诸于文献报导（参阅〔1〕D.M.Mea－dows：Applied Optics Vol9，NO.4，（1970），942），它的一个显著的特征是只适用于表面具有足够漫反射性能的物体。对于反射率较高的镜面物体，虽然在力学实验中有反射莫尔法的报导（参阅〔2〕Reinhold Ritter：Applied Engineering Vol21，NO.4（1982）663。〔3〕R.Ritter et：Experimental Mechanics，Vol23，NO.4，（1983）165），但是都以平镜面为试件，用以测量试件变形前后的斜率变化，而不是直接求出其轮廓形状。

高精度镜面的平整度测试，在传统上都是利用光波干涉原理，近年来随着莫尔技术的发展，也有用光栅来检测镜面平面性的技术（参阅〔4〕W.Jaerisch and G.Makosch：Applied Optics Vol17，NO.5，（1978）740。〔5〕J.Motycka：Experi－mental Mechanics，Vol15，NO.7（1975）2796），但是这类技术都基于进一步原理，所以仪器中所用光学元件全都需要达到光学波长级的精度，而且需要大口径准直系统，制成的仪器就会显得较为复杂和价格昂贵。

本专利提供一种简便的仪器。它只需要一块相当精度的特殊的平面光栅，其它光学元件都无太高的精度要求，就可以达到微米级精度。把半导体工业用的硅片、掩膜板及家用冰箱压缩机中的阀片等轻而薄的平镜面放于光栅支承点上，让其处于自由放置状态，即可以观测它与支承点接触一侧的全场的面型平整度。

附图是镜面平整度测试仪示意图。

图中光源〔1〕和乳白色（或有色）玻璃〔3〕组成面光源，光源〔11〕和漫反射表面〔2〕组成面光源的另一种型式，二者任择其一。〔4〕是测量台、〔5〕是带有间隙基准的光栅、〔9〕、〔10〕是反光镜。〔8〕是成象物镜、〔7〕是目镜分划板、〔6〕是观测目镜、也可以〔6〕、〔7〕、〔8〕三元件全部取掉，直接从〔6〕处的观察窗口向里观察放于光栅上面的试件的镜面莫尔轮廓条纹。

光栅〔5〕的栅线方向处于附图中的垂直纸面方向。当试件镜面和光栅栅线面平行并有间隙a时，在试件镜面上形成和栅线平行的莫尔条纹。条纹宽度ω＝LP／2a，这里L是物镜〔8〕和光栅栅线面之间的垂直距离，即附图中δ′和光栅栅线面间的垂直距离，P是光栅的栅距。

当光栅和镜面之间的间隙由a变为a′时，镜面上的条纹移动距离ΔD＝D（a／a′－1）。D如附图所示，是δ′在光栅面的垂足到被测点之间的距离。若把莫尔条纹的移动量ΔD和莫尔条纹宽度ω之比ε＝ΔD／ω称之为灵敏度，则

ε＝ΔD／ω＝2D.Δa／LP

本专利提供的测试仪可以方便地用于薄壁镜面的非接触（或点、面接触）测量。其特征在于附图所示的具有面光源、带有间隙基准的光栅、测量台及成象判读系统。把被测试件的待测表面面向光栅并与光栅或测量台上的支承接触，在目镜分划板〔7〕上就可看到试件待测表面上的以非基准平行线为特征的条纹所反映的面型误差。

附图装置中的光源可为普通光源〔1〕（白炽灯、荧光灯等均可）及透射式的乳白色（或有色）玻璃〔3〕；面光源也可以采用普通光源〔11〕及均匀的漫反射体〔2〕。

光栅〔5〕上必须设置一个与被测试件表面保持恒定间隙的装置，即建立一个光栅栅线面与被测试件表面间的间隙基准。其形式有如下几种，可供不同情况下使用。

1.在光栅〔5〕上，光栅的栅线面向下，在其光栅的待测区域（放待测试件区域）外缘玻璃上（这一面无光栅栅线）可涂上一层反射膜，这时即以光栅玻璃片基本身的厚度作为间隙基准。

2.在光栅〔5〕上，光栅的栅线面向上，光栅栅线面上可粘上一块等厚的玻璃片，并在其待测区域外缘涂上一层反射薄膜，这时即以粘上的等厚的玻璃片作为间隙基准。

3.在光栅〔5〕上，光栅的栅线面向上，在光栅栅线面的待测区域可粘上三块等厚的支承小块。被测试件直接放于这三块支承小块上，支承小块厚度即作为间隙基准。

4.在装有光栅的测量台〔4〕上，光栅的栅线面向上，在光栅栅线面的待测区域外端可安置三个可微调并能锁紧的支承凸缘，被测试件直接放于这三个支承上，微调机构可保证支承磨损后仍能调整到要求的间隙标准。

在上述四种间隙标准中，把1、2二种光栅放于测量台〔4〕上，这时在目镜〔6〕（或透过此窗口〔6〕）中可看到涂过反射膜的区域将出现一簇与栅线平行的条纹，这就是测量试件误差的定标基准。

以上述3、4二种方法作为间隙基准时，可以在目镜分划板上（或不用目镜时，在光路上安置的分划板上）刻划出一簇作为测量定标基准的平行线，它可以用平晶实际测定后绘制，也可由计算来确定。

在能保证条纹清晰度的前提下，可让成象物镜的放大倍率设置得接近1：1，从成象屏上来观测试件表面的反映面形误差的镜面莫尔轮廓条纹。

本专利提供的装置不用干涉系统光路，可省却干涉系统所要求的一系列高精度的光学元件而仍能达到微米级的精度，满足了测量半导体工业用硅片及冰箱用压缩机阀片等的镜面平面性的精度要求。特别是在面型误差较大接近10微米的场合，利用干涉测量往往因干涉条纹过多而显得不便，而用本法总可以设计出对应的灵敏度的仪器，使之在被测试件表面上呈现出适当的条纹数而便于判读。

Claims

1、一种测量物体表面轮廓高差的莫尔轮廓测量装置，其特征在于它具有面光源、带有间隙基准的光栅[5]、测量台[4]及成象系统。

2、根据权利要求1所述的一种测量物体表面轮廓高差的莫尔轮廓测量装置，其特征在于所说的面光源是普通的光源〔1〕和透射的乳白色（或有色）玻璃〔3〕；或是普通光源〔11〕及漫反射表面〔2〕。

3、根据权利要求1所述的一种测量物体表面轮廓高差的莫尔轮廓测量装置，其特征在于所说的带有间隙基准的光栅〔5〕，在其光栅栅线的待测区域外缘，无光栅栅线的一侧面涂上一层反射膜；或在光栅栅线的一侧面粘上一层等厚的玻璃，然后在此玻璃的待测区域外缘涂上一层反射薄膜；或在光栅栅线的待测区域粘上三块等厚的支承小块。

4、根据权利要求1所述的一种测量物体表面轮廓高差的莫尔轮廓测量装置，其特征在于所说的测量台〔4〕上，在光栅栅线面的待测区域外端安置三个可微调并能锁紧的支承凸缘。

5、根据权利要求1所述的一种测量物体表面轮廓高差的莫尔轮廓测量装置，其特征在于所说的成象系统，在其目镜分划板〔7〕上刻有作为测量基准的一簇平行线；或在光路中安置的分划板上刻有一簇作为测量基准的平行线。