(57)【要約】結合空洞および分散光源を用いる干渉測定方法およびシステムを開示する。同様の光学特性を有する主空洞（１２０）および遠隔空洞（１７０）を設けて、カメラ（１９０）の画像（１０９）における干渉コントラストを劣化させることなく、光路差（ＯＰＤ）を補償する。遠隔空洞は、ＯＰＤを調節するステージ（１８０）を含む。一態様では、主光線の全ＯＰＤがゼロのときは、周辺光線の全ＯＰＤが波長よりも小さい。別の態様では、検査光および基準光が、単位倍率で、主空洞と遠隔空洞との間で結合される。他の態様では、２つの遠隔空洞が設けられる。更に別の態様では、遠隔空洞を用いて、光学測定面（１５０）の球面部が調節される。他の態様では、離脱可能な光学アセンブリが設けられ、主空洞が形成される。
2005530146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
検査面から反射した検査光を撮像し、カメラ上において基準光と干渉させ、干渉パターンを形成すること、ここで、検査光および基準光は、共通光源から生成され、平均波長λを有し、かつ主光線および周辺光線を備え、前記検査光および基準光が、検査面を含む主空洞と少なくとも１つの遠隔空洞とにおいて異なる経路に沿って伝搬し、前記主空洞を通過する単一の経路により検査光および基準光の主光線間に非ゼロの光路差δ0が導入され、前記遠隔空洞を通過する単一経路により検査光および基準光の主光線間に光路長差δrが導入され、
前記光路差δrを調節して、前記カメラにおける主光線間の全光路差を変化させること、を備え、
前記撮像することは、前記空洞間において前記検査光および基準光を結合し、前記カメラにおける前記検査光および基準光の周辺光線間の全光路長差が、前記カメラにおける前記検査光および基準光の主光線間の全光路差がゼロのときに、λよりも小さくなるようにすることを含む、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記共通光源は、分散共通光源である、方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、前記分散共通光源から得られる光を撮像することは、前記主空洞に、δ0＝１０ｍｍのとき、前記検査面の共通点に入射する検査光の周辺光線と主光線との間に少なくとも約λの光路差を導入させる、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記検査光および基準光は、前記遠隔空洞を通過する２本のパスと、前記主空洞を通過する１本のパスとを形成し、前記遠隔空洞を通過する第１パスは、前記共通光源から前記主空洞までであり、前記遠隔空洞を通過する前記第２パスは、前記主空洞から前記カメラまでである、方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、前記主光線に対する前記全光路差は、δ0＋２δrに等しい、方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、前記共通光源は、時間的コヒーレンス長を有し、前記光路差δrが、前記主光線に対する前記全光路差を前記時間的コヒーレンス長よりも大きい範囲にわたって変化させるのに十分な範囲において調節される、方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、前記光路差δrが、前記主光線に対する全光路差にゼロを通過させるのに十分な範囲にわたって調節される、方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法であって、調節した光路差の関数として、前記カメラによって前記干渉パターンの画像を記録することを更に備える、方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、前記少なくとも１つの遠隔空洞は、１つの遠隔空洞から成り、前記遠隔空洞を通過する単一のパスは、前記主光線の間に前記光路長差δrを導入する、方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法において、前記撮像することでは、以下の式を満足する逆倍率ｓを有する前記遠隔空洞において検査面の中間画像が生成され、
【数１】
2005530146.tif 000018
ここで、αmは、前記検査面上における検査光の主光線に対する周辺光線の最大光線角度である、方法。
【請求項１１】
請求項９記載の方法において、前記撮像することは、単位倍率で、前記主空洞と前記遠隔空洞との間で前記検査光および基準光を結合することを含む、方法。
【請求項１２】
請求項９記載の方法において、前記結合することは、１：１リレー光学素子を用いて、前記主空洞と第１空洞との間において前記検査光および基準光を結合することを含む、方法。
【請求項１３】
請求項９記載の方法において、前記結合することは、光学パワーを有するエレメントを使用せずに、前記主空洞と前記遠隔空洞との間において前記検査光および基準光を直接結合することを含む、方法。
【請求項１４】
請求項１記載の方法において、前記少なくとも１つの遠隔空洞は、第１遠隔空洞と第２遠隔空洞とを備える、方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法において、前記光路差δrを調節することは、前記第１遠隔空洞内において前記検査光と基準光との間の光路差を調節することを備える、方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、前記光路差δrを調節することは、前記第２遠隔空洞において前記検査光と基準光との間の光路差を調節することを更に含む、方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法であって、前記第１および第２遠隔空洞において、前記調節した光路長差の関数として、前記カメラによって前記干渉パターンの画像を記録することを更に備える、方法。
【請求項１８】
請求項１記載の方法において、前記検査面は、平面である、方法。
【請求項１９】
請求項１記載の方法において、前記検査光および基準光の主光線は、前記検査光の主光線を反射して、前記カメラ上においてそれらと前記基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定し、
前記撮像することは、前記検査面に接触するように前記検査光を方向付け、前記光路差δrの調節によって、前記検査面の少なくとも一部において前記光学測定面の局部的平面部分の位置を走査することを更に含む、方法。
【請求項２０】
請求項１記載の方法において、前記検査面は、曲面である、方法。
【請求項２１】
請求項１記載の方法において、前記検査光および基準光の主光線は、前記検査光の主光線を反射して、前記カメラ上においてそれらと前記基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定し、
前記撮像することは、前記検査面に接触するように前記検査光を方向付け、前記光路差δrの調節によって、前記検査面の少なくとも一部において前記光学測定面の局部的球面部分の半径を走査することを更に含む、方法。
【請求項２２】
請求項１記載の方法において、前記主空洞および前記遠隔空洞は、偏光ビーム分割面を用いて、前記検査光および基準光をそれらの異なる経路に沿って方向付ける、方法。
【請求項２３】
請求項１記載の方法において、前記主空洞および前記遠隔空洞は、非偏光ビーム分割面を用いて、前記検査光および基準光をそれらの異なる経路に沿って方向付ける、方法。
【請求項２４】
請求項１記載の方法において、前記検査光および基準光の主光線は、前記検査光の主光線を反射して、前記カメラ上においてそれらと前記基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定し、前記撮像することは、前記光路差δrを調節しつつ、前記カメラに最も近い前記光学測定面の画像に対する前記カメラの位置を調節することを更に含む、方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の方法において、前記光路差δrを調節しつつ、前記光学測定面の画像に対する前記カメラの位置を調節し、前記検査光を前記カメラに撮像するために用いられる撮像システムの焦点深度以内に前記光学測定面を維持する、方法。
【請求項２６】
請求項１記載の方法において、前記カメラにおける前記検査光および基準光の主光線間の全光路差がゼロのとき、前記カメラにおける前記検査光および基準光の周辺光線間の全光路差が０．５λよりも小さい、方法。
【請求項２７】
請求項１記載の方法において、前記カメラにおける前記検査光および基準光の主光線間の全光路差がゼロのとき、前記カメラにおける前記検査光および基準光の周辺光線間の全光路差が０．１λよりも小さい、方法。
【請求項２８】
方法であって、
検査面から反射した検査光を撮像し、カメラ上において基準光と干渉させ、干渉パターンを形成すること、ここで、前記検査光および基準光が分散共通光源から生成され、前記検査光および基準光が、前記検査面を含む主空洞と遠隔空洞とにおいて異なる経路に沿って伝搬し、
前記遠隔空洞において前記検査光および基準光間の光路差を調節すること、
前記調節した光路長差の関数として、前記カメラによって前記干渉パターンの画像を記録すること、
を備え、前記撮像することは、単位倍率で、前記主空洞と前記遠隔空洞との間において前記検査光および基準光を結合することを含む、方法。
【請求項２９】
方法であって、
検査面から反射した検査光を撮像し、カメラ上において基準光と干渉させ、干渉パターンを形成すること、ここで、前記検査光および基準光は、分散共通光源から生成され、平均波長λを有し、かつ主光線および周辺光線を備え、前記検査光および基準光が、前記検査面を含む主空洞と少なくとも２つの遠隔空洞とにおいて異なる経路に沿って伝搬し、
前記遠隔空洞の少なくとも１つにおいて前記検査光と基準光との間の光路差を調節すること、
前記少なくとも１つの遠隔空洞において前記調節した光路長差の関数として、前記カメラによって前記干渉パターンの画像を記録すること、
を備える、方法。
【請求項３０】
請求項２９記載の方法において、前記撮像することは、前記空洞間において前記検査光および基準光を結合して、前記カメラにおける前記検査光および基準光の周辺光線間の全光路長差が、前記カメラにおける前記検査光および基準光の主光線間の全光路差がゼロのときに、λよりも小さくなるようにすることを含む、方法。
【請求項３１】
方法であって、
検査面から反射した検査光を撮像し、カメラ上において基準光と干渉させ、干渉パターンを形成すること、ここで、前記検査光および基準光が分散共通光源から生成され、前記検査光および基準光が、前記検査準面を含む主空洞と少なくとも１つの遠隔空洞とにおいて異なる経路に沿って伝搬し、
前記少なくとも１つ遠隔空洞の内第１遠隔空洞において前記検査光と基準光との間の光路差を調節すること、
を備え、
前記検査光および基準光の主光線が、前記検査光の主光線を反射して、前記カメラ上においてそれらと前記基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定し、
前記撮像することは、前記検査面に接触するように前記検査光を方向付け、前記第１遠隔空洞における前記光路差の調節によって、前記検査面の少なくとも一部において前記光学測定面の局部的球面部分の半径を調節することを含む、
方法。
【請求項３２】
装置であって、
検査面から反射した検査光を撮像し、カメラ上において基準光と干渉させ、干渉パターンを形成するように構成された干渉撮像システムを備え、ここで、前記検査光および基準光が、共通光源から生成され、平均波長λを有し、かつ主光線および周辺光線を備え、
前記干渉撮像システムが、
前記検査面と共に主空洞を形成する第１組のエレメントと、
少なくとも１つの遠隔空洞を形成する第２組のエレメントと、
前記遠隔空洞において前記検査光と前記基準光との間の光路差を走査するように構成された第１ステージと、
を備え、
前記検査光および基準光が前記空洞の各々において異なる経路に沿って伝搬し、
前記干渉撮像システムは、前記主空洞を通過する単一の経路が前記検査光および基準光の主光線間に非ゼロの光路差δ0を導入し、前記遠隔空洞を通過する単一経路が前記検査光および基準光の主光線間に光路長差δrを導入するように構成され、動作の間、前記第１ステージが、前記光路差δを調節し、前記カメラにおける主光線間の全光路差を変化させ、前記干渉撮像システムが、前記空洞間において前記検査光および基準光を結合し、前記カメラにおける前記検査光および基準光の周辺光線間の全光路長差が、前記カメラにおける前記検査光および基準光の主光線間の全光路差がゼロのときに、λよりも小さくなるようにする、
装置。
【請求項３３】
請求項３２記載の装置であって、
前記カメラと、
前記ステージに前記光路差を走査させ、前記カメラからの画像を前記光路差走査の関数として記録するように構成された電子コントローラと、
を更に備える、装置。
【請求項３４】
請求項３３記載の装置であって、前記光源を更に備える、装置。
【請求項３５】
請求項３４記載の装置において、前記光源は、分散光源を備える、装置。
【請求項３６】
請求項３５記載の装置において、前記主空洞は、δ0＝１０ｍｍのとき、前記検査面の共通点に入射する検査光の周辺光線と主光線との間に少なくとも約λの光路差を導入する、装置。
【請求項３７】
請求項３２記載の装置において、前記干渉撮像システムは、前記主空洞と前記遠隔空洞との間において前記検査光および基準光を結合するように構成されたリレー光学素子を更に備え、該リレー光学素子は、単位倍率を備える、装置。
【請求項３８】
請求項３２記載の装置において、前記検査光および基準光の主光線は、前記検査光の主光線を反射して、前記カメラ上においてそれらと前記基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定し、
前記第１組のエレメントは、前記検査面に接触するように前記検査光を方向付けるように構成され、前記ステージによる前記光路差走査によって、前記検査面の少なくとも一部において前記光学測定面の局部的球面部分の半径が走査される、装置。
【請求項３９】
請求項３２記載の装置において、前記検査光および基準光の主光線は、前記検査光の主光線を反射して、前記カメラ上においてそれらと前記基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定し、前記装置は、前記第１ステージが前記光路差δrを調節する間に、前記カメラに最も近い前記光学測定面の画像に対する前記カメラの位置を調節するように構成された焦点走査ステージを更に備える、装置。
【請求項４０】
請求項３９記載の装置において、前記カメラは、前記焦点ステージ上に搭載され、動作の間、焦点ステージは、前記検査面に対する前記カメラの位置を調節し、前記干渉撮像システムの焦点深度内に前記光学測定面を維持する、装置。
【請求項４１】
請求項３９記載の装置であって、前記焦点ステージ上に取り付けられた少なくとも１つの撮像部品を更に備え、動作の間、焦点ステージが、前記検査面に対する前記撮像部品の位置を調節し、前記干渉撮像システムの焦点深度内に前記光学測定面を維持する、装置。
【請求項４２】
請求項３２記載の装置において、前記第２組のエレメントは、第１遠隔空洞および第２遠隔空洞を形成し、前記第１遠隔空洞内において前記周辺光線は、前記主光線に対して第１の角度で伝搬し、前記第２遠隔空洞において前記周辺光線は、前記主光線に対して、前記第１の角度とは異なる第２の角度で伝搬する、装置。
【請求項４３】
請求項３２記載の装置において、前記第１組のエレメントは、前記検査光および基準光を前記主空洞内において異なる経路に沿って方向付けるように構成された偏光ビーム・スプリッタを備える、装置。
【請求項４４】
請求項３２記載の装置において、前記第１組のエレメントは、前記検査光および基準光を前記主空洞内において異なる経路に沿って方向付けるように構成された非偏光ビーム・スプリッタを備える、装置。
【請求項４５】
請求項３２記載の装置において、前記干渉撮像システムは、リニク干渉計を備える、装置。
【請求項４６】
請求項３２記載の装置において、前記干渉撮像システムは、マイケルソン干渉計を備える、装置。
【請求項４７】
請求項３２記載の装置において、前記干渉撮像システムは、ミロー干渉計を備える、装置。
【請求項４８】
請求項３２記載の装置において、前記少なくとも１つの遠隔空洞は、１つの遠隔空洞から成る、装置。
【請求項４９】
請求項３２記載の装置において、前記少なくとも１つの遠隔空洞は、多数の遠隔空洞を備える、装置。
【請求項５０】
装置であって、
検査光および基準光が分散共通光源から生成され、検査面から反射した検査光を撮像し、カメラ上において基準光と干渉させ、干渉パターンを形成するように構成された干渉撮像システムを備え、
動作の間、前記干渉撮像システムは、前記検査面を含む主空洞と少なくとも１つの遠隔空洞とを規定し、前記主空洞および前記少なくとも１つの遠隔空洞の各々において、異なる経路に沿って伝搬するように、前記検査光および基準光を方向付けるように構成されており、
前記干渉撮像システムは、
前記少なくとも１つの遠隔空洞の第１遠隔空洞において、前記検査光と前記基準光との間の光路差を走査するように構成されたステージと、
前記検査面が局部的平面領域を含むとき、かつ前記干渉撮像システムの残りの部分に取り付けられたときに、前記検査面と共に前記主空洞を形成するように構成された第１分離可能光学アセンブリと、
検査面が局部的球面領域を含むとき、かつ前記干渉撮像システムの残りの部分に取り付けられたときに、前記検査面と共に前記主空洞を形成するように構成された第２分離可能光学アセンブリと、
を備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的測定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願に対する相互参照）
本願は、２００２年６月１７日に出願され、「分散光源と共に使用するための開口数が一致した結合空洞幾何を有する干渉計（ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＥＲ  ＨＡＶＩＮＧ  Ａ  ＣＯＵＰＬＥＤ  ＣＡＶＩＴＹ  ＧＥＯＭＥＴＲＹ  ＷＩＴＨ  ＭＡＴＣＨＥＤ  ＮＵＭＥＲＩＣＡＬ  ＡＰＥＲＴＵＲＥ  ＦＯＲ  ＵＳＥ  ＷＩＴＨ  ＡＮ  ＥＸＴＥＮＤＥＤ  ＳＯＵＲＣＥ）と題する仮特許出願第６０／３８９，７４８号の優先権を主張する。この内容全体を参照により本明細書に引用する。
【０００３】
表面の輪郭を検出する計器は、概略的に、接触型と非接触型に分類される。接触型では、スタイラスを用いて、機械的に表面上を移動させながら、これと物理的に接触させて、位置及び大きさを含む表面構造に関する情報を構築する。非接触型は、多くの場合光学に基づいており、プローブがスタイラスのように表面上で移動するが、表面には接触しないか、或いは、プローブが測定するよりも広い領域を一度に撮像するか否かに応じて走査型又は全領域型とすることができる。
【０００４】
表面輪郭検出の光学的測定技術は、２つの方式、即ち、干渉法および幾何学法に分けることができる。幾何学技法には、三角測量法およびモアレ縞分析が含まれ、ロンキー規則(Ronchi ruling)等の周期的構造の投影および撮像を伴う。幾何学的技法は、表面の粗さ及び変形には比較的不感応であるが、分解能が比較的低いので、表面輪郭を高精度で測定しなければならない用途には不向きである。
【０００５】
一方、干渉法は、光の波動性に基づいて、検査物体の表面輪郭を高精度で測定する。典型的な干渉計は、光ビームを生成する光発生器と、その後段にて、ビームを基準ビームおよび測定ビームに分割するビーム分割器とを含む。次に、基準ビームは、基準面で反射され、測定ビームは、表面の輪郭を検出すべき物体で反射される。基準面および測定面からの第１および第２反射波面は、次に、加算的および減算的双方で干渉しながら、互いに再結合して、検出器において干渉縞パターンを生成する。この縞パターンは、基準ビームおよび測定ビームが伝搬した経路間の光路差の関数となる。光路差は、基準ビームおよび測定ビーム間における伝搬光路差の結果として、位相差となる。固体カメラ等の撮像装置が、再結合した波面を受け取り、干渉縞パターンの画像を取得する。次いで、干渉縞模様を分析して、検査物体の表面輪郭に関する情報を得る。
【０００６】
表面輪郭測定法の縞パターン分析は、周知の移相干渉測定（ＰＳＩ：phase shifting interferometry）の技法によって実行されることが多い。ＰＳＩでは、撮像装置の第１画素と第２画素とによって撮像された表面上の位置間の高さの差を判定するには、最初に第１および第２画素において受光した光の間の位相差を判定し、次いでこの位相差を用いて高さの差を計算する。ＰＳＩの主要な利点は、非常に正確であることにある。ＰＳＩの垂直高さの精度は、測定を行うために用いる光源の光波長の端数（例えば、１／１００）である。ＰＳＩの第２の利点は、振動に対して高い不感特性があることである。この理由は、位相データは同時に全ての画素について取得するからであり、かつデータ取得時間が比較的短いからである。
【０００７】
しかしながら、一般的に言えば、従来のＰＳＩ手法は、隣接する測定部位間の高さのばらつき、即ち、「表面ずれ」が比較的小さい滑らかな表面でのみ、輪郭を検出できるに過ぎない（対処可能な最大高さ偏差は、±１／４波長）。何故なら、傾斜が鋭い表面上では、従来の干渉計は、その縞パターンからは意味のある情報を導き出すことができないような非常に高い縞密度を生じるからである。したがって、ＰＳＩ干渉測定法は、幾何学的光学輪郭測定法よりも遥かに正確であるが、粗い物体または目立った表面変形を有する物体で用いるには不向きであると従来では考えられていた。
【０００８】
ＰＳＩの１／４波長の制約がない干渉測定技法の１つに、いわゆる走査白色光干渉測定法、即ち、ＳＷＬＩがある。ＳＷＬＩでは、白色光源、更に一般的には、狭帯域スペクトルの光源（例えば、レーザ）とは逆の広帯域スペクトルの光源が干渉パターンを生成する。この干渉パターンは、走査位置の関数として、検査面上の各位置にコントラストが高い領域を含む。所与の画素の高コントラストの走査位置は、検査面上の対応する位置の高さを示す。したがって、これら高コントラスト領域の時間的特性を互いに比較することによって、輪郭を検出する表面上における２つの位置間の高さの差を判定することができる。ＰＳＩとは異なり、ＳＷＬＩは位相差に基づいて高さの差を計算せず、したがって、ＰＳＩの位相制約は、ＳＷＬＩには適用されない。よって、輪郭を検出する表面上における隣接測定部位間の最大物理的ずれは、ＳＷＬＩの方がＰＳＩよりもかなり大きくてもよい。
【０００９】
実施形態の中には、位相測定技法を用いてＳＷＬＩを改良し、不連続表面を測定可能でありながら、ＰＳＩと同じ分解能が得られるようにしたものもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
計測を必要とする製造品目の例には、エンジン部品、磁気記憶素子用部品、フラット・パネル・ディスプレイ、成形織り目加工プラスチック表面、機械式ポンプの表面および封止部、ならびに鋳造貨幣が含まれる。これらおよびその他の産業市場では、非平坦柱状表面を有する部品の高速高精度計測法に対する要望が強く、また、その要望は大きくなり続けている。測定技術を必要とする各種の品目においては、測定技術ツールに応じて様々な要求がある。例えば、フラット・パネル・ディスプレイ等の平面は、略平面状の波面によって精査することが好ましく、一方、バルブ・シートの表面等の円錐面は、球面波面を用いてより効率的に精査される。更に、ある表面は、狭い円筒状の孔内部に深く窪んでおり、正確な測定が更に困難な課題となる。このため、ユーザは、特定の用途に最適化した光学構成を有する特定用途測定技術ツールを用いるのが通例となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
種々の態様において、本発明は、結合空洞（例えば、少なくとも１つの遠隔空洞および主空洞）と、分散光源とを利用する干渉測定システムを特徴とする。遠隔空洞および主空洞は、同様の特性（例えば、同様の開口数（ＮＡ））を有することができ、オフセットを導入し、したがって光源の空間コヒーレンスによる干渉縞コントラストの劣化を生ずることなく、測定ビームおよび基準ビーム間の非ゼロ光路差（ＯＰＤ）を補償することができる。言い換えると、主空洞における非ゼロＯＰＤ毎に、遠隔空洞の構成が存在し、検査主光線および基準主光線間、ならびに検査周辺光線および基準周辺光線間の全ＯＰＤが実質的に０（例えば、光源の平均波長であるλ未満、０．５λ、０．１λ未満）となるようにする。ある実施形態では、軸上光源点（即ち、システムの光軸と一致する光源点）にて主光線を生成し、軸から外れた光源点にて周辺光線を生成する。
【００１２】
主空洞の構成を変更すると、異なる検査面に対処することも可能となる。例えば、略平坦な検査面の輪郭を検出するには第１構成を用いることができ、一方、円錐面の輪郭を検出するには第２構成を用いることができる。構成要素の残り（例えば、検出器および遠隔空洞）は変更することなくそのままにすることができる。
【００１３】
ある実施形態では、低コヒーレンス干渉法（例えば、発光ダイオードまたは白熱電球等の広帯域光源）、または移相干渉法を用いる（例えば、レーザ等の高コヒーレント光源を用いる）ことを含むことができる。
【００１４】
主空洞および遠隔空洞は、測定ビームおよび基準ビームを、主空洞および遠隔空洞間での伝送の間に空間的に再結合するような場合であっても、それらの分離を維持するように偏光化(polarize)することができる。これに代えて、または加えて、低コヒーレンス光源を用いる場合、基準ビームおよび測定ビームは、コヒーレンス多重化によって、互いに区別することができる。
【００１５】
ある実施形態では、装置は、焦点位置の独立した同時走査用のものである。
実施形態は、異なる光学特性（例えば、異なるＮＡ）を有する多数の遠隔空洞を含む１つよりも多い遠隔空洞を含むことができる。
【００１６】
概して、一態様において、本発明は、検査面から反射した検査光を撮像し、カメラ上において基準光と干渉させ、干渉パターンを形成すること、ここで、検査光および基準光は、共通光源から生成され、平均波長λを有し、かつ主光線および周辺光線を備え、検査光および基準光の光路が、検査面を含む主空洞と少なくとも１つの遠隔空洞とにおいて異なる経路に沿って伝搬し、主空洞を通過する単一の経路により検査光および基準光の主光線間に非ゼロの光路差δ0が導入され、遠隔空洞を通過する単一経路が検査光および基準光の主光線間に光路長差δrが導入され、光路差δを調節して、カメラにおける主光線間の全光路差を変化させること、を備え、撮像することは、空洞間において検査光および基準光を結合し、カメラにおける検査光および基準光の周辺光線間の全光路長差が、カメラにおける検査光および基準光の主光線間の全光路差がゼロのときに、λよりも小さくなるようにすることを含む方法を特徴とする。
【００１７】
この方法の実施形態は、以下の特徴のいずれでも含むことができる。
共通光源は、分散共通光源とすることができる。例えば、分散共通光源から得られるを光撮像することは、主空洞に、δ0＝１０ｍｍのとき検査面の共通点に入射する検査光の周辺光線と主光線との間に少なくとも約λの光路差を導入させることができる。
【００１８】
検査光および基準光は、遠隔空洞を通過する２本のパスと、主空洞を通過する１本のパスとを形成することができ、遠隔空洞を通過する第１パスは共通光源から主空洞までであり、遠隔空洞を通過する第２パスは主空洞からカメラまでである。この場合、主光線に対する全光路差は、δ0＋２δrに等しくするとよい。
【００１９】
共通光源は時間的コヒーレンス長を有するとよく、光路差δrを、主光線に対する全光路差を時間的コヒーレンス長よりも大きい範囲にわたって変化させるのに十分な範囲において調節することができる。
【００２０】
光路差δrを、主光線に対する全光路差に０を通過させるのに十分な範囲にわたって調節することができる。
前述の方法は、調節した光路差の関数として、カメラによって干渉パターンの画像を記録することを更に備えることができる。
【００２１】
少なくとも１つの遠隔空洞は、１つの遠隔空洞を含むこともあり、その場合遠隔空洞を通過する単一のパスは、主光線の間に光路長差δrを導入する。
撮像することでは、以下の式を満足する逆倍率ｓを有する遠隔空洞において検査面の中間画像を生成することができ、
【００２２】
【数１】
2005530146.tif 000003
ここで、αmは検査面上における検査光の主光線に対する周辺光線の最大光線角度である。
【００２３】
撮像することは、単位倍率で、主空洞と遠隔空洞との間で検査光および基準光を結合することを含むことができる。例えば、結合することは、１：１リレー光学素子を用いて、主空洞と第１空洞との間において検査光および基準光を結合することを含むことができる。あるいは、結合することは、光学パワーを有するエレメントを全く使用せずに、主空洞と遠隔空洞との間において検査光および基準光を直接結合することを含むこともできる。
【００２４】
少なくとも１つの遠隔空洞は、第１遠隔空洞と第２遠隔空洞を含むことができる。光路差δrを調節することは、第１遠隔空洞、第２遠隔空洞、または第１および第２遠隔空洞内において検査光と基準光との間の光路差を調節することを含むことができる。前述の方法は、第１および第２遠隔空洞において、調節した光路長差の関数として、カメラによって干渉パターンの画像を記録することを更に備えることもできる。
【００２５】
検査面は、平面とすることができる。
検査光および基準光の主光線は、検査光の主光線を反射して、カメラ上においてそれらと基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定することができ、撮像することは、検査面に接触するように検査光を方向付け、光路差δrの調節によって、検査面の少なくとも一部において光学測定面の局部的平面部分の位置を走査することを更に備えることができる。
【００２６】
検査面は、曲面とすることができる。
検査光および基準光の主光線は、検査光の主光線を反射して、カメラ上においてそれらと基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定し、撮像することは、検査面に接触するように検査光を方向付け、光路差δrの調節によって、検査面の少なくとも一部において光学測定面の局部的球面部分の半径を走査することを更に備えることができる。
【００２７】
主空洞および遠隔空洞は、偏光ビーム分割面を用いて、検査光および基準光をそれらの異なる経路に沿って方向付けることができる。
主空洞および遠隔空洞は、非偏光ビーム分割面を用いて、検査光および基準光をそれらの異なる経路に沿って方向付けることができる。
【００２８】
検査光および基準光の主光線は、検査光の主光線を反射して、カメラ上においてそれらと基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定することができ、撮像することは、光路差δrを調節しつつ、カメラに最も近い光学測定面の画像に対するカメラの位置を調節することを更に含むことができる。例えば、光路差δrを調節しつつ、光学測定面の画像に対するカメラの位置を調節し、検査光をカメラに撮像するために用いられる撮像システムの焦点深度以内に光学測定面を維持することができる。
【００２９】
カメラにおける検査光および基準光の主光線間の全光路差がゼロのとき、カメラにおける検査光および基準光の周辺光線間の全光路差が０．５λよりも小さくすることができる。
【００３０】
カメラにおける検査光および基準光の主光線間の全光路差がゼロのとき、カメラにおける検査光および基準光の周辺光線間の全光路差が０．１λよりも小さくすることができる。
【００３１】
概して、別の態様において、本発明は、検査面から反射した検査光を撮像し、カメラ上において基準光と干渉させ、干渉パターンを形成すること、ここで、検査光および基準光が分散共通光源から生成され、検査光および基準光が、検査面を含む主空洞と遠隔空洞とにおいて異なる経路に沿って伝搬し、遠隔空洞において検査光および基準光間の光路差を調節すること、調節した光路長差の関数として、カメラによって干渉パターンの画像を記録すること、を備え、撮像することは、単位倍率で、主空洞と遠隔空洞との間において検査光および基準光を結合することを含む方法を特徴とする。
【００３２】
概して、別の態様において、本発明は、検査面から反射した検査光を撮像し、カメラ上において基準光と干渉させ、干渉パターンを形成すること、ここで、検査光および基準光は、分散共通光源から生成され、平均波長λを有し、かつ主光線および周辺光線を備え、検査光および基準光が、検査面を含む主空洞と少なくとも２つの遠隔空洞とにおいて異なる経路に沿って伝搬し、遠隔空洞の少なくとも１つにおいて検査光と基準光との間の光路差を調節すること、少なくとも１つの遠隔空洞において調節した光路長差の関数として、カメラによって干渉パターンの画像を記録すること、を備える方法を特徴とする。
【００３３】
概して、別の態様において、本発明は、検査面から反射した検査光を撮像し、カメラ上において基準光と干渉させ、干渉パターンを形成すること、検査光および基準光が分散共通光源から生成され、検査光および基準光が、基準面を含む主空洞と少なくとも１つの遠隔空洞とにおいて異なる経路に沿って伝搬し、少なくとも１つ遠隔空洞の内第１遠隔空洞において検査光と基準光との間の光路差を調節すること、を備え、
検査光および基準光の主光線が、検査光の主光線を反射して、カメラ上においてそれらと基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定する理論的検査面に対応する光学測定面を規定し、撮像することは、検査面に接触するように検査光を方向付け、第１遠隔空洞における光路差の調節によって、検査面の少なくとも一部において光学測定面の局部的球面部分の半径を調節することを含む、方法を特徴とする。
【００３４】
これら第２、第３、および第４の方法の実施形態は、最初に述べた方法に関して、前述の特徴も含むことができる。
概して、別の態様において、本発明は、検査面から反射した検査光を撮像し、カメラ上において基準光と干渉させ、干渉パターンを形成するように構成された干渉撮像システムを備え、ここで、検査光および基準光が、共通光源から生成され、平均波長λを有し、かつ主光線および周辺光線を備える、装置を特徴とする。干渉撮像システムは、検査面と共に主空洞を形成する第１組のエレメントと、少なくとも１つの遠隔空洞を形成する第２組のエレメントと、遠隔空洞において検査光と基準光との間の光路差を走査するように構成された第１ステージとを含む。検査光および基準光が空洞の小各々において異なる経路に沿って伝搬する。干渉撮像システムは、主空洞を通過する単一の経路が検査光および基準光の主光線間に非ゼロの光路差δ0を導入し、遠隔空洞を通過する単一経路が検査光および基準光の主光線間に光路長差δrを導入するように構成されている。動作の間、第１ステージは、光路差δを調節し、カメラにおける主光線間の全光路差を変化させる。干渉撮像システムは、空洞間において検査光および基準光を結合し、カメラにおける検査光および基準光の周辺光線間の全光路長差が、カメラにおける検査光および基準光の主光線間の全光路差がゼロのときに、λよりも小さくなるようにする。
【００３５】
前述の装置の実施形態は、更に、以下の特徴のいずれでも含むことができる。
少なくとも１つの遠隔空洞は、１つの遠隔空洞のみを含むことができる。あるいは、少なくとも１つの遠隔空洞は、多数の遠隔空洞を含むこともできる。
【００３６】
前述の装置は、更に、カメラと、ステージに光路差を走査させ、カメラからの画像を光路差走査の関数として記録させるように構成された電子コントローラとを含むことができる。
【００３７】
前述の装置は、更に、共通光源を含むことができる。例えば、光源は空間的に拡大した光源とすることができる。このような光源では、主空洞は、δ0＝１０ｍｍのとき、検査面の共通点に入射する検査光の周辺光線と主光線との間に少なくともλの光路差を導入させることができる。
【００３８】
干渉撮像システムは、更に、主空洞と遠隔空洞との間において検査光および基準光を結合するように構成されたリレー光学素子を含むこともでき、このリレー光学素子は単位倍率を与える。
【００３９】
検査光および基準光の主光線は、検査光の主光線を反射してカメラ上においてそれらと基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定することができ、第１組のエレメントは、検査面に接触するように検査光を方向付けるように構成され、ステージによる光路差走査の調節によって、検査面の少なくとも一部において光学測定面の局部的平面部分の位置が走査される。
【００４０】
検査光および基準光の主光線は、検査光の主光線を反射して、カメラ上においてそれらと基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定し、第１組のエレメントは、検査面に接触するように検査光を射出し、ステージによる光路差走査の調節によって、検査面の少なくとも一部において光学測定面の局部的球面部分の半径を走査するように構成することができる。
【００４１】
検査光および基準光の主光線は、検査光の主光線を反射して、カメラ上においてそれらと基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定し、前述の装置は、更に、第１ステージが光路差δrを調節する間に、カメラに最も近い光学測定面の画像に対するカメラの位置を調節するように構成された焦点走査ステージを含むことができる。
【００４２】
例えば、カメラは、焦点ステージ上に搭載され、動作の間、焦点ステージは、検査面に対するカメラの位置を調節し、干渉撮像システムの焦点深度内に光学測定面を維持することができる。別の例では、前述の装置は、更に、焦点ステージ上に取り付けられた少なくとも１つの撮像部品を含むことができ、動作の間、焦点ステージは、検査面に対する撮像部品の位置を調節し、干渉撮像システムの焦点深度内に光学測定面を維持することができる。
【００４３】
第２組のエレメントは、第１遠隔空洞および第２遠隔空洞を形成することができ、第１遠隔空洞内において周辺光線は、主光線に対して第１の角度で伝搬し、第２遠隔空洞において周辺光線は主光線に対して、第１の角度とは異なる第２の角度で伝搬する。
【００４４】
第１組のエレメントは、検査光および基準光を主空洞内において異なる経路に沿って方向付けるように構成された偏光ビーム・スプリッタを含むことができる。
第１組のエレメントは、検査光および基準光を主空洞内において異なる経路に沿って方向付けるように構成された非偏光ビーム・スプリッタを含むことができる。
【００４５】
干渉撮像システムは、リニク干渉計、マイケルソン干渉計、およびミロー干渉計のいずれでも含むことができる。
概して、別の態様において、本発明は、更に、検査光および基準光が共通光源から生成され、検査面から反射した検査光を撮像し、カメラ上において基準光と干渉させ、干渉パターンを形成するように構成された干渉撮像システムを含む装置も含むことができる。動作の間、干渉撮像システムは、検査面を含む主空洞と少なくとも１つの遠隔空洞とを規定し、主空洞および少なくとも１つの遠隔空洞の各々において、異なる経路に沿って伝搬するように、検査光および基準光を方向付けるように構成されている。干渉撮像システムは、少なくとも１つの遠隔空洞の内第１遠隔空洞において、検査光と基準光との間の光路差を走査するように構成されたステージと、検査面が局部的平面領域を含むとき、かつ干渉撮像システムの残りの部分に取り付けられたときに、検査面と共に主空洞を形成するように構成された第１離脱可能光学アセンブリと、検査面が局部的球面領域を含むとき、かつ干渉撮像システムの残りの部分に取り付けられたときに、検査面と共に主空洞を形成するように構成された第２離脱可能光学アセンブリとを含む。
【００４６】
この装置は、更に、最初に述べた装置に関して先に説明した特徴も含むことができる。
本発明の実施形態は、以下の利点を１つ以上得ることができる。
結合空洞の使用によって、特定の用途に応じて、主空洞の相互交換可能構成を交換することを可能にすることによって、ツールの汎用性を高めることができる。したがって、実質的な再構築を行うことなく、１つのツールを用いて、異なる表面タイプ（例えば、平面、球面、または円錐状）の輪郭を検出することができる。これは、そうしなければ用途に応じて異なるツールを購入するであろうユーザにとってはコストの節約をもたらすこともできる。また、結合空洞の使用によって、主空洞（即ち、検査面に隣接する空洞）を固定空洞とすることができ、これによって測定面近くに収容する必要がある構成要素の嵩を減らすことができる。遠隔空洞を用いて走査することによって、検査部品をツールに対して固定したままにしておくことができ、測定が振動の影響の受けにくくすることができる。
【００４７】
空間的分散光源の使用によって、点光源よりも高強度の照明光を供給することができ、ユーザは、多種多様な光源から選択することができる。
ここで使用するように、平均波長λ0を中心とし、幅Ｄ1（半値全幅）の帯域制限スペクトルに対する光源点の時間的コヒーレント長は、λ0２／Ｄ1である。
【００４８】
ここで使用するように、分散単色光源または分散疑似単色光源の空間コヒーレンスは、光源が開口数ＮＡの平行化対物レンズの瞳を満たすような干渉計では、４λ／ＮＡ2である。満たされた瞳とは、Ｆが顕微鏡の対物レンズの焦点距離とすると、瞳における光源のサイズが少なくとも２ＦＮＡになることを意味する。光源が瞳よりも小さい場合、分散単色光源または分散疑似単色光源の空間コヒーレンスは、１６λＦ2／Ｄ2となる。ここで、Ｄは光源の直径である。
【００４９】
本発明の１つ以上の実施形態は、添付図面および以下の説明に明記されている。本発明のその他の特徴、目的、および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかとなろう。
【００５０】
種々の図面における同様の参照記号は、同様の要素を示すこととする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
表面輪郭検出干渉法では、固定された二ビーム干渉計アセンブリまたは空洞（ｃａｖｉｔｙ）によって、光路差（ＯＰＤ）を制御しながら変化させることが望ましい場合がある。例えば、かさばる光学アセンブリに対して容易に位置決めできないような部品上に検査面が位置する場合、より小型化が可能な不動の干渉計アセンブリを用いることが望ましい場合がある（この理由は、例えば、干渉計の構成部品で可動ステージ上に装着しなければならないものはないからである）。固定の干渉計アセンブリに対してＯＰＤを変化させるために、基準波面に対してゼロのＯＰＤを有する測定波面を検査面が反射する位置に対して、検査面を並進させることができる。この位置は、理論的検査面に対応する。理論的検査面は、測定波面を反射し、測定波面と基準波面との間に一定の光路長差を生じさせる。ここでは、理論的検査面を干渉計の「光学測定面」と呼ぶ。検査部品を並進させるとき、光学測定面は、部品がそれを通過する間、事実上静止したままでいる。
【００５２】
あるいは、ＯＰＤを変化させるために二次遠隔空洞を利用することができ、これを主空洞に結合して、タンデム、即ち、結合空洞構成を作成する。遠隔空洞において、表面の１つを、可動ステージ上に載置することができる。ステージによってこの表面を移動させると、結合空洞から出射した測定波面と基準波面との間に正味のＯＰＤ変化が導入され、主空洞において基準面または検査面を動かすのと類似した効果が得られる。言い換えると、検査部品は固定状態のままであり、光学測定面はその上を移動する。
【００５３】
しかしながら、結合空洞システムにおいて分散光源を用いると、空間コヒーレンスが保証されない。分散光源の各部分は、別個の点光源と考えることができ、各点光源から検出器において異なる干渉図形が得られる。検査面を介して検出器に撮像される分散光源からの周辺光線は、主光線に対して検査面において異なる入射角を有する。検査面の同じ部分の異なる干渉図形に影響する光線の光路長が異なる場合、異なる干渉図形の干渉縞は同相ではなく、互いに打ち消し合う。その結果、検出器において干渉縞のコントラストが低下する。
【００５４】
図１Ａを参照すると、干渉測定システム１００は、略平坦な部品面１０２の輪郭を検出するように構成されており、１組のテレセントリック１：１リレー光学素子１６１を介して遠隔空洞１７０に連結されている主空洞１２０を含む。分散光源１１０からの照明光は、照明レンズ１０５によって平行化され、偏光ビーム・スプリッタ（ＰＢＳ）１０３によって偏光され、方向が変えられる。光源１１０は、発光ダイオード、ハロゲン・バルブ、またはレーザ・ダイオード等の点光源の特徴である数ミクロン型放出エリアよりも広いエリアにわたって拡散する多数の光源点の特性を有するその他の光源とすることができる。１／２波長板１０４が、偏光角度を図の面に対して４５゜に調節する。１組の撮像光学素子１６０が、照明光を遠隔空洞１７０のＰＢＳ１７９に伝達する。ＰＢＳＳ１７９は、照明光を、遠隔測定ミラー１７１に入射する測定ビームと、遠隔基準ミラー１７５に入射する基準ビームとに分割し、方向を変える。基準ビームおよび測定ビームは、初期状態では、これらがＰＢＳ１７９から射出する際には、互いに直交で直線偏光ビームであるが、１／４波長板１７６および１７２をそれぞれ通過した後には、互いに直交の円偏光ビームとなる。１／４波長板１７６および１７２による反射および再透過の後、再度直線偏光となった基準ビームおよび測定ビームは、ＰＢＳ１７９において再結合し、図において下方向に伝搬し、リレー光学素子１６１を通過して主空洞１２０に達する。ここで、ＰＢＳ１２１は、基準ビームおよび測定ビームを再度方向的に分離する。このときは、これらの偏光状態にしたがって行う。測定ビームは、検査面１０２から反射し、基準ビームは、ローカル基準ミラー１２２から反射する。ＰＢＳ１２１における再結合の後、基準ビームおよび測定ビームは、リレー光学素子１６１を通って上に向かって伝搬し、遠隔空洞１７０において分離し、もう一度再結合し、次いで撮像光学素子１６０を通過し、最終的にカメラ１９０上で画像１０９に合焦する。
【００５５】
主空洞１２０は、筐体１２５内に収容されており、筐体１２５は、システムの構成要素の残りを収容する別の筐体１０１からは分離されている。この機械的な分離によって、例えば、システムの他の部分を変更することなく主空洞１２０の代わりの光学構成を導入するために、適宜、主空洞１２０を除去および交換することが可能となる。代替の光学構成については、後の実施形態において説明する（図３参照）。
【００５６】
本構成は標準的なものであり、基準ミラー１２２の表面１２３および検査面１０２を、リレー光学素子１６１を通じて、遠隔測定ミラー１７１の表面１７３および遠隔基準ミラー１７５の表面１７４にそれぞれ撮像する。これらの中間画像は、次に、双方ともカメラ１９０上の画像１０９に撮像される。このため、部品表面１０２からカメラ１９０までの測定ビームの各光線の光路長は等しく、基準ビームの各光線も同様である。更に、図示した標準的な例では、遠隔測定ミラー１７１および遠隔基準ミラー１７５が、ＰＢＳ１７９に対して、遠隔空洞１７０がゼロのＯＰＤを導入するように、配置されている。測定ビームの主光線を反射して、カメラ上においてそれと基準ビームの主光線との間にゼロのＯＰＤを生じさせるような面に対応する理論的な面を、光学測定面１５０として示す。遠隔空洞１７０がゼロのＯＰＤを導入する場合、測定面１５０はシステムの焦点面と一致する。これは、名目上、図１Ａに示すように検査面１０２の位置である。
【００５７】
しかしながら、動作の間、システムは、光学測定面１５０を検査面１０２に対して走査する。更に、場合によっては、検査面１０２は、正確に光学測定面１５０と一致するように位置していない場合もあり、システムが光学測定面１５０を検査面に対して位置決めし直さなければならない場合もある。これを遂行するために、ＯＰＤ走査ステージ１８０が、矢印１８１で示すように、遠隔測定ミラー１７１をＰＢＳ１７９に向けておよび／またはこれから離れる方向に並進させることによって、光学測定面１５０の有効位置を調節する。これによって、遠隔干渉計１７０が非ゼロＯＰＤを導入し、こうして主空洞１２０によって導入された現在非ゼロのＯＰＤを補償する。
【００５８】
空間的に広がった光源１１０に対応するために、干渉測定システム１００は、遠隔空洞１７０および主空洞１２０が、広い範囲の周辺光線、例えば、図１Ａに示す周辺光線１５２に対して同様の光学特性を有するように構成されている。即ち、少なくともある限定された範囲においては、遠隔測定ミラー１７１の位置には関係なく、全ての周辺光線に対してＯＰＤは不変のままである。同様に、全ての主光線、例えば、主光線１５１に対するＯＰＤも不変のままである。
【００５９】
広い範囲の周辺光線に対して同様の光学特性を得るために、遠隔空洞１７０および主空洞１２０の開口数（ＮＡ）を一致させる。この実施形態では、これは、レンズ１６１１および１６１２を含むリレー光学素子１６１の適切な選択によって、達成することができる。干渉測定システム１００の動作について更に説明する前に、空洞の開口ＮＡを一致させる概念について詳しく述べておく。分散光源であるため、システム１０１は、主空洞の光学特性によって規定される円錐内において複数の異なる方向に伝搬する光線で、検査面１０２の各点を照明する。図１Ｂを参照すると、非垂直光線（例えば、主でない光線）は、表面１７３に対して垂直な光軸１０１０に対して角度αで検査面１０２から反射される。遠隔空洞では、対応する光線は、光軸１０１０に対して角度α’で表面１７３から反射される。これらの角度の比は、倍率ｓによって、次のように定義される。
【００６０】
【数２】
2005530146.tif 000004
尚、遠隔空洞および主空洞の光学特性が一致する（即ち、ＮＡが一致する）場合ｓ＝１となる。加えて、ｓは、遠隔空洞に画像を作成する光学システムの逆倍率であある。したがって、ＮＡを一致させることは、この実施形態では、主空洞および遠隔空洞間に、１対１のリレーを備えることに対応する。
【００６１】
δ0を、主空洞によって基準ビームおよび測定ビームの主光線間に導入されたＯＰＤと定義し、αmを、物体空間における最大光線角度（即ち、主空洞における周辺光線角度）と定義し、物体ＮＡ、即ち、主空洞１２０のＮＡを、ｎｓｉｎ（αm）と定義する。ここで、ｎは、媒体の屈折率である。
【００６２】
ここで、図１Ｃおよび図１Ｄを参照すると、図１Ａにおける主空洞１２０において、光学測定面１５０からの検査面１０２のオフセットによって物体経路および基準経路の重複がある。検査面１０２上の点Ｐは、カメラ上で撮像される点である。光線１１０１および１１０２は、無限遠に位置するような同じ光源点から来る。測定ビームにおける光線と基準ビームにおける対応する光線との間のＯＰＤは、基準ビーム光線と測定ビーム光線の光路長間の差である。検査面の変位ｄについて、軸上光路差は、単にδ0＝２ｄである。しかしながら、軸外光線では、ＯＰＤはδ0ｃｏｓ（α）によって与えられる（図１Ｄに示すように余分な光路はＭＮＰである）。
【００６３】
したがって、主空洞１２０に対するＯＰＤをＯＰＤmと表し、これは次の式で与えられる。
【００６４】
【数３】
2005530146.tif 000005
尚、点光源では、全ての光線に対してα＝０（即ち、全ての光線は主光線となる）となり、ＯＰＤm＝δ0となる。しかしながら、分散光源では、主空洞が、主光線と周辺光線との間に、δ0（１−ｃｏｓ（αm））に等しい非ゼロＯＰＤを導入する。ある実施形態では、δ0＝１０ｍｍに対して、分散光源は、主光線と周辺光線との間に少なくとも約λ（例えば、５λ以上というように、少なくとも約３λ）に等しいＯＰＤを導入する。ここで、λは光源の平均波長である。
【００６５】
主光源と同様、遠隔測定ミラー１７１の変位ｄ’に対して、光が遠隔空洞を１回通過することによって導入されるＯＰＤをＯＰＤrと呼び、以下の式で与えられる。
【００６６】
【数４】
2005530146.tif 000006
ここで、δ’は、測定ビームおよび基準ビームの主光線間に導入されたＯＰＤであり、δ’＝２ｄ’、ｄ’は遠隔測定面と遠隔基準面との間の変位であり、図１Ｃにおいて示すｄと同様である。
【００６７】
すると、干渉計全体に対する角度の関数としての正味のＯＰＤは、次のようになる。
【００６８】
【数５】
2005530146.tif 000007
ここで、遠隔空洞１７０からの影響における係数２の追加は、光がこの空洞を２回通過することによるものである。
【００６９】
したがって、ｄ’＝−１／２・ｄのとき、遠隔空洞によって軸上光に導入されるＯＰＤは、主空洞の軸上ＯＰＤと一致し、式４は以下のように変形される。
【００７０】
【数６】
2005530146.tif 000008
従って、ｓ＝１およびδ’＝−１／２・δ0のとき、全ての光線角αに対してＯＰＤtotal＝０となる。言い換えると、この実施形態では、主空洞および遠隔空洞の光学特性が一致する場合、元の光学測定面から検査面１０２の変位量の半分だけ遠隔測定ミラー１７１を並進させることによって、光学測定面を維持しつつ、光学測定面１５０の位置を調節することが可能となる。尚、この実施形態において、画像１０９の位置は、検査面の位置の関数として変化するのではない。
【００７１】
ｓ≠１の場合、ＯＰＤtotalの光線角度に対する依存性のために、縞のコントラストが失われる結果となる。何故なら、異なる光源点が作成する干渉図形は移相がずれているからである。これは、式５における余弦のテーラー展開を実行することによって定量化することができ、ＯＰＤtotalは、次のように表すことができる。
【００７２】
【数７】
2005530146.tif 000009
これは次のように変形される。
【００７３】
【数８】
2005530146.tif 000010
干渉計においてある最少縞コントラストを得るために必要なｓの値を推定するための概算を行うことができる。スペクトル分布Ｓ（ｋ）を有する均一な照明光源（即ち、各光源点が同じ明るさを有する場合）では、ｋ＝２π／λで、検出器における干渉強度は次の形態を取る。
【００７４】
【数９】
2005530146.tif 000011
この式は、検出器において記録される強度を、遠隔空洞主光線ＯＰＤδ’の関数として記述する。再度ｃｏｓ（α）の三次テーラー展開を用いることによって、式９は、次の形態に簡略化することができる。
【００７５】
【数１０】
2005530146.tif 000012
光源のスペクトル幅が適当に小さい場合、ｋでの積分におけるｓｉｎｃ関数のばらつきは無視することができ、この積分は、ｋ0に対応する平均角波数２π／λ0において計算したその値によって近似することができる。これによって、次の近似が得られる。
【００７６】
【数１１】
2005530146.tif 000013
遠隔空洞ＯＰＤの走査の間、最大縞コントラストが得られるのは、δ’＝−１／２・δ0のときである。この縞コントラストは、式１０のｓｉｎｃ関数によって制限される。
【００７７】
【数１２】
2005530146.tif 000014
最大縞コントラストに対して適切な最小値を選択することによって、ｓの境界範囲を決定することができる。一般に、最大縞コントラストに対する最小値は、例えば、検出器の感度、及び干渉データを分析するために用いられるアルゴリズムに基づいて決定される。ある実施形態では、最大縞コントラストに対する最小値が約５０％以上（例えば、７５％以上というように、約６０％以上）となる可能性がある。式１１は、最大縞コントラストに対する特定の最小値について、ｓの範囲を決定するために用いることができる。例えば、少なくとも約５０％の最大縞コントラストに対する最小値では、主空洞および遠隔空洞の光学特性は、ｓが以下の式で与えられる範囲に収まるように選択するとよい。
【００７８】
【数１３】
2005530146.tif 000015
ここで、λは、光源の平均波長であり、ｓ2＞０である。
【００７９】
尚、主空洞がゼロのＯＰＤを正味のＯＰＤに導入するときに起きるλ0＝０という場合では、式１２は０＜ｓ2＜＋∞に変形される。言い換えると、この構成では、主空洞および遠隔空洞の光学特性は一致する必要がない。何故なら、ｓがいずれの値であっても、縞コントラストは５０％よりも大きくなるからである。同様の結果は、αmが非常に小さいとき（例えば、光源１１０が点光源である場合）にも得られる。しかしながら、δ0およびαmが大きくなるに連れて（例えば、主干渉計が非ゼロのＯＰＤを導入するように検査面１０２が配置されている場合、および／または分散光源を用いる場合）、式１２における境界は１に向かう傾向があり、これによって、係数ｓは、１に非常に近くなり、所望の縞コントラストが得られる。これは、物体空間と遠隔空洞空間との間の１対１の撮像に対応する。
【００８０】
再度図１Ａを参照すると、光学測定面１５０が検査面１０２と略一致したなら、システムは、検査面全体にわたって光学測定面を走査する。カメラ１９０及びＯＰＤ走査ステージ１８０と通信するコンピュータ１９９が、カメラ１９０からのデータを、光学測定面１５０の位置の関数として取得することによって、部品面１０２の表面形状(topography)の分析のための干渉強度データが得られる。
【００８１】
カメラ１９０の単一画素に対するデータ集合例を図２に示す。光源がスペクトル的に広帯域である、例えば、６００ｎｍを中心とした１００ｍｍのスペクトル帯域幅Ｄ1であると仮定すると、ゼロ光路差（ＯＰＤ）位置周囲における干渉強度信号２１３の局在化により、干渉法の特徴が示されている。縞の局在性によって、測定面が画像画素に対応する物点と交差するときの正確な時点を判定する手段が得られる。コンピュータ１９９は、走査動作を正確に制御するので、所要の物点がいつゼロＯＰＤにあるかがわかれば、例えば、主光線１５１の相対的長さに直接変換することができる（図１Ａ参照）。例えば、第１画素の干渉データが図２におけるように示され、縞コントラスト２１１におけるピーク２１２が０μｍの走査位置にあると想定する。カメラ１９０の第２画素は、異なる走査位置、例えば、１０μｍでは異なる縞コントラスト・ピークを有する場合もある。したがって、これらの画像画素に対応する２つの物点間のコントラスト・ピークの位置の差は、１０μｍである。低コヒーレンス光源を用いて表面高さを判定するためには、種々の技法のいずれでも適用することができる。データ処理は、例えば、ティ．ドレセル（Ｔ．Ｄｒｅｓｅｌ）および協同研究者による「コヒーレント・レーダによる粗面の三次元検知」（Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｏｆ  ｒｏｕｇｈ  ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｂｙ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｒａｄａｒ）、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ３１（７）、９１９〜９２５頁（１９９２）に記載されている包絡線検出、またはピー．ディグルート（Ｐ．ｄｅＧｒｏｏｔ）の「干渉図形の空間周波数分析による表面形状測定方法および装置」（ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＴＯＰＯＧＲＡＰＨＹ  ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ  ＢＹ  ＳＰＡＴＩＡＬ−ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＡＮＡＬＹＳＩＳ  ＯＦ  ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＧＲＡＭＳ）と題する米国特許第５，３９８，１１３号に記載されている周波数ドメイン分析を含む。これらの引例双方の内容全体を参照により引用する。
【００８２】
先に論じたように、遠隔空洞および検出器とは別個のハウジングにおいて固定の主空洞を有することの利点は、測定する検査面に応じて主空洞を変更することができ、しかも残りの構成部品を変更することなく残しておけることにある。これによって、多大なコスト増大を伴うことなく、ユーザに対して高い柔軟性を持ったツールを提供することができる。例えば、図３を参照すると、ある実施形態では、主空洞１２０を、円錐状部品面３０２を測定するために設計された別の主空洞３２０と交換できる。主空洞３２０内には、１組の測定光学素子３０１が配置され、円錐状部品面３０２を測定するために球形測定面３５０が生成される。測定光学部品３０１は、分散を合わせた１組の基準光学素子３２３、ＰＢＳ３３３、および球状基準ミラー３２２とともに、主空洞３２０を形成し、主空洞３２０は、筐体１０１から取り外し可能に筐体３００に収容されている。
【００８３】
システムの主光線（例えば、主光線３１１）は、物理的アパーチャ端３５２内に位置する共通データ点を通過する。検査面の軸上部分からのシステムの周辺光線（例えば、周辺光線３１２）は、アパーチャ端３５２の縁、即ち周縁に進む。データ点３５１は、データ取得中に集めた表面輪郭情報の幾何学的解析のための基準点を規定する。主空洞３２０と同様の空洞、およびかかる空洞から取得したデータを分析する技法は、ピーター  ディグルット（Ｐｅｔｅｒ  ｄｅＧｒｏｏｔ）の球状波面を用いた複雑な表面形状の測定」（ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ  ＯＦ  ＣＯＭＰＬＥＸ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＳＨＡＰＥＳ  ＵＳＩＮＧ  ＳＰＨＥＲＩＣＡＬ  ＷＡＶＥＦＲＯＮＴ）と題し２００２年７月３日に出願された米国特許出願第１０／１９０，３５３号に記載されており、その内容全体を参照により引用する。
【００８４】
主空洞３２０の光学的配置(optical geometry)は、倍率が検査面位置とは一次独立である図１に示すテレセントリック配置とは異なり、検査面位置と共に倍率が連続可変となっている。したがって、主空洞３２０の光学特性は、光学システムの倍率が１である１つの位置に対してのみ、遠隔空洞１７０の光学特性と完全に一致する。縞コントラストは、他の位置では劣化する可能性がある。
【００８５】
一次（例えば、小さなαmおよび／または小さなｄについて）では、主空洞３２０によって導入されるＯＰＤ、ＯＰＤmは、式（４）によって正確に表すことができる。しかしながら、倍率が光学測定面３５０の曲率半径の関数として変化する（即ち、式（４）におけるｓ）ので、ｓはδ0の関数として変化し、δ0の１つの値に対してのみ１に等しくなる。
【００８６】
ＮＡは、ｓ＝１の場合にのみ一致しているが、式（４）によれば、δ0＝δ’＝０の場合、ＯＰＤは、全ての光線について一致する。故に、主空洞３２０を、これらのパラメータに基づいて設計し、δ0〜δ’〜０および／またはｓ〜１となり、かつ縞コントラストが高い状態を保つようなＯＰＤｍの範囲を得ることができる。δ0＝δ’＝０となる位置は、例えば、基準ミラー３２２の曲率半径および位置によって異なる。ｓは、撮像システムの光学部品、例えは、測定光学素子３０１及びリレー光学素子１６１に依存する。δ0が大きくなることによる縞コントラストの低下を、１に向かう傾向があるｓによって（少なくともある程度は）補償するように、またはその逆に、構成要素を選択することができる。ここに開示する原理に基づいて慎重に構成要素を選択することによって、センサの動作範囲を広げることが可能となる。
【００８７】
主空洞３２０を用いる場合、倍率を保存するのではなく、カメラ１９０上の主光線の位置に対する物体表面における主光線の角度の間の線形な関係を保存することができる。しかしながら、測定光学素子３０１は非テレセントリックであり可変倍率を有することから、ＯＰＤ走査ステージ１８０とは独立して最良の焦点位置を一層正確に変化させることができるようにカメラ１９０を焦点走査ステージ３８１の機構上に搭載するとよい。焦点走査ステージ３８１は、カメラを矢印３９０の方向に並進させる。最良の焦点位置を変化させることに対応するための技法は、２００３年６月１７日に出願した、「同時走査光路長および焦点を有する干渉測定光学システム」（ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＲＩＣ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＨＡＶＩＮＧ  ＳＩＭＵＬＴＡＮＥＯＵＳＬＹ  ＳＣＡＮＮＥＤ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＰＡＴＨ  ＬＥＮＧＴＨ  ＡＮＤ  ＦＯＣＵＳ）と題する米国特許出願第＿＿＿号に記載されている。これは、２００２年６月１７日に出願した「同時走査光路長および焦点を有する干渉測定光学システム」（ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＲＩＣ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＨＡＶＩＮＧ  ＳＩＭＵＬＴＡＮＥＯＵＳＬＹ  ＳＣＡＮＮＥＤ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＰＡＴＨ  ＬＥＮＧＴＨ  ＡＮＤ  ＦＯＣＵＳ）と題する仮特許出願第６０／３８９，７６２号の優先権を主張している。これらの引例双方の内容全体を参照により本明細書に引用する。
【００８８】
ある実施形態では、筐体１０１の代わりに筐体３００に、またはその逆に追加の構成要素を収容できる。例えば、リレー光学素子１６１のレンズ１１６１は筐体１０１に収容されているが、これを筐体３００に含ませることもできる。したがって、異なるリレー光学素子を異なる主空洞構成と共に含ませることができ、主空洞および遠隔空洞の光学特性を最適化する際の自由度を高めることができる。更に一般的には、ここに記載する実施形態では特定の光学構成および光学部品について言及しているが、他の実施形態では、代わりのまたは追加の構成及び部品も使用可能である。
【００８９】
例えば、前述の実施形態では、主空洞および遠隔空洞の光学特性は、部分的にリレー光学素子１６１によって決められる。他の実施形態ではこのような光学素子を必要としない。例えば、図４は、部品面４０２を測定する干渉測定システム４００を示し、ここでは主空洞４２０と遠隔空洞４７０との間にはリレー光学素子がない。言い換えると、システム４００は、光学パワー(optical power)を有するエレメントを全く用いずに、主空洞と遠隔空洞との間で光を直接結合させる。主空洞４２０および遠隔空洞４７０は、共に共通対物レンズ４８６の合焦ビーム経路内に含まれる。共通対物レンズは、自動的に共通ＮＡ、およびＯＰＤの変化に（即ち、光学測定面４５０の並進に対して）合わせた光学特性を確保する。追加の機構には、照明レンズ４０５および４５゜偏光板４０３を透過した後に主空洞４２０に照明光を直接供給する分散光源４１０が含まれる。主空洞４２０は、ＰＢＳ４２３および基準ミラー４２２を含む。遠隔空洞４７０は、ＰＢＳ４７９、遠隔測定ミラー４７１、および遠隔基準ミラー４７５を含む。この構成も、ＯＰＤ走査ステージ４８０とは独立して動作する撮像レンズを通じて焦点走査ステージ４８１によって、適正な焦点を維持するという効果がある。偏光板４８５は、偏光した基準ビームおよび測定ビームを混合し、折曲ミラー４８４は、焦点走査ステージ４８１上のカメラ４９０の方に光の方向を変える。１／４波長板４２４および４２１が、主空洞の測定ビームおよび基準ビーム区間内に設けられ、それらの入射区間および出射区間上においてそれぞれのビームの偏光状態を変更する。同様に、１／４波長板４７２および４７６が遠隔空洞４７０に設けられている。
【００９０】
以上の実施形態は全て、偏光符号化によって基準ビームおよび測定ビーム間に別個の経路を維持している。これに代えて、またはこれに加えて、測定経路および基準経路をコヒーレンス多重化によって分離することもできる。コヒーレンス多重化とは、主基準ミラーおよび遠隔基準ミラーならびに遠隔測定ミラーの相対的な配置が、光源の時間的コヒーレンス長未満のＯＰＤを有するシステムにおける光路のみが基準ビームおよび測定ビームの光路に対応するようになっていることを意味する。言い換えると、遠隔空洞および／または主空洞において多数回反射した波面は、カメラにおける干渉縞には影響せず、したがって縞コントラストを劣化させない。
【００９１】
図５を参照すると、コヒーレンス多重化を利用する干渉測定システムの一例は、検査面５０２の表面輪郭検出測定を実行するように構成されたシステム５００となっている。システム５００は、小さな時間的コヒーレンス長（例えば、約１００μｍ未満というように、約１ｍｍ未満）を有するように選択された分散光源５１０を含み、干渉がＯＰＤ値の小さい範囲のみに生ずることを意味する。図５に示すように、主基準ミラー５２２の小さなオフセットδｚが、遠隔基準ミラー５７５のオフセットδｚ’によって、ゼロの正味ＯＰＤ全体を維持する方向に補償される。しかしながら、オフセットδｚおよびδｚ’は、光源５１０の時間的コヒーレント長よりも大きいため、１組のリレー光学素子５６１の透過中に偏光符号化を行わなくても、測定経路および基準経路間における不要な干渉を実質的に防止する。尚、システム５００において、測定ビームおよび基準ビームの分離および結合は、主非偏光ビーム・スプリッタ（ＮＰＢＳ）５２１および遠隔ＮＰＢＳ５７９によって行うことができるので、光学システムが簡略化される。システム５００における追加の構成要素には、照明レンズ５０５、遠隔測定ミラー５７１、撮像光学素子５６０、およびカメラ５９０が含まれる。遠隔測定ミラー５７１およびカメラ５９０は、それぞれ、ＯＰＤ走査ステージ５８０および焦点走査ステージ５９５に搭載されている。
【００９２】
場合によっては、非テレセントリックまたは可変倍率光学システムにおいて走査範囲を拡張することが望ましい。ある実施形態では、１つよりも多い遠隔空洞を含ませることによって走査範囲を広げることができ、この場合、異なる遠隔空洞が異なるＮＡを有する。図６を参照すると、このような実施形態の１つがシステム６００であり、これは２つの遠隔空洞、即ち、第１遠隔空洞６２０および第２遠隔空洞６５０を含む。主空洞６２２は、システム３００（図３参照）の主空洞３２０と同様であり、検査面６０２の輪郭検出のために、球状光学測定面を生成する。主空洞６２２は、照明レンズ６０５を通じて分散光源６１０から照明光を受け取る。主空洞は、ＮＰＢＳ６１２、基準ミラー６２２、基準光学素子６２３、および測定光学素子６０１を含む。第１遠隔空洞６２０は、ＮＰＢＳ６７９、遠隔測定ミラー６７１、および遠隔基準ミラー６７５を含む。第２遠隔空洞６５０は、ＢＳ６６３、遠隔測定ミラー６６１、および遠隔基準ミラー６６２を含む。遠隔測定ミラー６７１および６６１は、それぞれ、ＯＰＤ走査ステージ６３０および６６０上に装着されている。また、システム６００は、第１リレー光学素子６１０および第２リレー光学素子６４０も含み、これらは、それぞれ、主空洞６２２と第１遠隔空洞６２０との間、および第１遠隔空洞６２０と第２遠隔空洞６５０との間で光を中継する。リレー光学素子６７０は、第２遠隔空洞６５０から、焦点走査ステージ６８１上に装着されているカメラ６９０に光を中継する。
【００９３】
この場合、３つの空洞によって光線角度αの関数として測定および基準ビームに導入される全ＯＰＤは、次の式で与えられる。
【００９４】
【数１４】
2005530146.tif 000016
ここで、δ0、δ’およびｓは、式４に関して定義され、δ”は、第２遠隔空洞６５０によって導入された主光線に対するＯＰＤであり、ｓ”＝α”／αで、α”は、主空洞において角度αで伝搬する光線に対応する光線の第２遠隔空洞６５０における光線角度である。第２遠隔空洞は、ＯＰＤをαの関数として一致させる際の自由度を更に高める。
【００９５】
αの項を３次まで保持し、主光線および周辺光線に対するＯＰＤを同時に一致させることは、以下の式となるようなδ’およびδ”の値を求めることを意味する。
【００９６】
【数１５】
2005530146.tif 000017
この線形方程式系は、所与のｓおよびｓ”に対するδ0のあらゆる値についての解を与える。主空洞が検査面の位置の関数として一定の倍率を与えないとき、ｓおよびｓ”がに変化する。この線形系はδ’およびδ”の値を、主空洞に依存するパラメータ、即ち、δ0、ｓ、およびｓ”の関数として与える。
【００９７】
主空洞６２２が第１遠隔空洞６２０により良く適応するＮＡを有する場合、主なＯＰＤ走査は、第１ＯＰＤ走査ステージ６４０によって行われる。一方、主空洞６２２が第２遠隔空洞６５０により良く適応するＮＡを有する場合、走査のための主要機構はむしろ第２ＯＰＤ走査ステージ６６０となる。同時に２つの走査機構をしかるべく割合で結合することによって、主空洞６２２に対して多種多様な光学特性が可能となる。尚、この実施形態では、システム６００は、システム５００と同様のコヒーレンス多重化方式を採用している。
【００９８】
これまでに説明した実施形態は全て、マイケルソン干渉計またはリニク干渉計を基本構成ブロックとして含んでいたが、他の干渉計でも同様に機能する。例えば、図７を参照すると、システム７００はミロー対物レンズを含み、検査面７０２の輪郭を検出するように構成されている。ミロー対物レンズ７２０の形態とした主空洞は、プレート・ビーム・スプリッタ７２１と、対物レンズ７２３に隣接して取り付けられた主基準ミラー７２２とを含む。調整された遠隔ミロー光学システムは、遠隔プレート・ビーム・スプリッタ７７９、遠隔測定ミラー７７１、およびレンズ７７６上に装着した遠隔基準ミラー７７５を含む。遠隔測定ミラー７７１は、ＯＰＤ変調を行うＯＰＤ走査ステージ７８０上に装着されている。この構造においては、コヒーレンス多重化のために、δｚおよびδｚ’と同様の小さなオフセットを想定する。ＰＢＳ７３３、１／４波長板７７６、および１／４波長板７７２の組み合わせにより、ミロー対物レンズ７２０と遠隔空洞７７０との間で分散光源７１０から結合した照明光を循環させる。偏光板７７４は、レンズ７０５およびカメラ７９０に対する光の不要な透過を低減する。
【００９９】
前述の実施形態の全てにおいて、干渉測定システムは、分散光源がある範囲の照明光線角度を生じることを考慮に入れている。測定経路および基準経路間のＯＰＤは、この光線角度と主空洞における軸上経路不平衡との関数である。遠隔空洞は、視野のあらゆる点において、周辺光線のこの変動するＯＰＤ不平衡を補償する。
【０１００】
１つの解決手段は、逆の軸上経路不平衡を有し、基準光線が主空洞内を進行するのと同じ角度で進行する単一の遠隔空洞を用いることを含む。これ行うには、物体面を有限距離で撮像する空間、例えば、中間空間（例えば、図１におけるシステム１００を参照）、物体空間（例えば、図４におけるシステム４００を参照）、または同様にカメラ空間に、遠隔空洞を配置する。
【０１０１】
別の解決手段では、多数の空洞（例えば、図６におけるシステム６００を参照）を用いることを含み、この場合、ＮＡはいずれか遠隔空洞において必ずしも一致する必要はない。物体画像が無限において拒否される空間に配置することもできる空洞もある（撮像テレセントリック対物レンズの内側の空洞）。しかしながら、少なくとも１つの空洞を、物体の画像が有限距離において作成される空間に配置して、ビーム内の光線が遠隔空洞内において異なる角度で進行するようにしなければならない。
【０１０２】
以上説明した実施形態は低コヒーレンス干渉測定法に関するが、他の干渉測定技法も使用可能である。例えば、長い時間的コヒーレンス長の光源（例えば、レーザ）を用いた干渉測定法も用いることができる。かかる技法の１つが移相干渉測定法（ＰＳＩ）である。ＰＳＩでは、検出した干渉信号の位相を、例えば、光源の波長を変化させることによって、または基準面の位置をディザする(dither)ことによって変化させる。干渉信号の位相差は、波長または基準面位置の関数として、干渉計における全光路差に直接関係する。ＰＳＩでは、干渉画像を移相アルゴリズムにしたがって取得するので、干渉信号における各増分変化を、基準波面および測定波面の既知の波長変化、またはそれらの間のＯＰＤ変化に関係付けることができる。ＰＳＩ技法の例は、ピーター  ディグルートの「位相同調移相乾燥測定法を用いて多数の反射面を有する物体の輪郭を検出する方法およびシステム」（ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＰＲＯＦＩＬＩＮＧ  ＯＢＪＥＣＴＳ  ＨＡＶＩＮＧ  ＭＵＬＴＩＰＬＥ  ＲＥＦＬＥＣＴＩＶＥ  ＳＵＲＦＡＣＥＳ  ＵＳＩＮＧ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ−ＴＵＮＩＮＧ  ＰＨＡＳＥ−ＳＨＩＦＴＩＮＧ  ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＲＹ）と題する米国特許第６，３５９，６９２号、ミヒャエル  キュヒェルその他（Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｋｕｃｈｅｌ  ｅｔ  ａｌ．）の「移相干渉測定法のための装置および方法」（ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＰＨＡＳＥ−ＳＨＩＦＴＩＮＧ  ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＲＹ）と題する米国特許出願第１０／１４４，５２７号、およびレスリー  エル．  デック（Ｌｅｓｌｉｅ  Ｌ．  Ｄｅｃｋ）の「周波数変換移相干渉測定法」（ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＴＲＡＮＳＦＯＲＭ  ＰＨＡＳＥ−ＳＨＩＦＴＩＮＧ  ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＲＹ」と題する米国仮出願第６０／３３９，２１４号において見出すことができる。尚、長時間的コヒーレンス長光源を用いる場合、光学測定表面は、一定かつ非ゼロのＯＰＤに対応し得る。
【０１０３】
長波長（例えば、０．７５から１０μｍの赤外線）干渉測定技法も、前述の方法およびシステムに利用することができる。可視波長または光を拡散反射する表面は、長い方の波長に対して鏡面のように作用する可能性がある。したがって、長波長光源を用いれば、粗面を特徴化することができる。勿論、長波長干渉計測法では、システム検出器および光学部品は、光源の波長でしかるべく動作するように選択するのは当然である。長波長干渉測定技法は、更に、シャビエル  コロナ  デ  レガ他（Ｘａｖｉｅｒ  Ｃｏｌｏｎｎａ  ｄｅ  Ｌｅｇａ  ｅｔ  ａｌ．）の「赤外線走査干渉測定装置および方法」（ＩＮＦＲＡＲＥＤ  ＳＣＡＮＮＩＮＧ  ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＲＹ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ）と題する米国特許第６，１９５，１６８号に記載されている。
【０１０４】
本発明の多数の実施形態について説明した。しかしながら、本発明の技術思想及び範囲から逸脱することなく、種々の変更も可能であることは理解されよう。したがって、他の実施形態も特許請求の範囲に該当するものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１Ａ】結合空洞および分散光源を含む干渉測定システムの一実施形態の概略図。
【図１Ｂ】図１Ａの干渉測定システムの結合空洞内部における光線経路を示す概略図。
【図１Ｃ】測定用光路差（ＯＰＤ）および図１Ａの干渉測定システムの主空洞によって導入される基準照明光を示す概略図。
【図１Ｄ】測定用光路差（ＯＰＤ）および図１Ａの干渉測定システムの主空洞によって導入される基準照明光を示す概略図。
【図２】ＯＰＤの関数として単一画素に対して検出した相対強度を示すグラフ。
【図３】代わりの主空洞の形状を有する、図１Ａに示した干渉測定システムの概略図。
【図４】図１Ａに示した干渉測定システムの結合とは異なる主空洞および遠隔空洞間の異なる結合を有する干渉測定システムの概略図。
【図５】コヒーレンス多重化を利用した結合空洞を含む干渉測定システムの概略図。
【図６】２つの遠隔空洞を含む干渉測定システムの概略図。
【図７】結合空洞および分散光源を含む干渉測定システムの別の実施形態の概略図。
2005530146.tif 000019
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年2月25日(2005.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
検査面から反射した検査光を撮像し、カメラ上において基準光と干渉させ、干渉パターンを形成すること、ここで、検査光および基準光は、共通光源から生成され、平均波長λを有し、かつ主光線および周辺光線を備え、前記検査光および基準光が、検査面を含む主空洞と少なくとも１つの遠隔空洞とにおいて異なる経路に沿って伝搬し、前記主空洞を通過する単一の経路により検査光および基準光の主光線間に非ゼロの光路差δ０が導入され、前記遠隔空洞を通過する単一経路により検査光および基準光の主光線間に光路長差δｒが導入され、
前記光路差δｒを調節して、前記カメラにおける主光線間の全光路差を変化させること、を備え、
前記撮像することは、前記空洞間において前記検査光および基準光を結合し、前記カメラにおける前記検査光および基準光の周辺光線間の全光路長差が、前記カメラにおける前記検査光および基準光の主光線間の全光路差がゼロのときに、λよりも小さくなるようにすることを含む、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記共通光源は、分散共通光源である、方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、前記分散共通光源から得られる光を撮像することは、前記主空洞に、δ０＝１０ｍｍのとき、前記検査面の共通点に入射する検査光の周辺光線と主光線との間に少なくとも約λの光路差を導入させる、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記検査光および基準光は、前記遠隔空洞を通過する２本のパスと、前記主空洞を通過する１本のパスとを形成し、前記遠隔空洞を通過する第１パスは、前記共通光源から前記主空洞までであり、前記遠隔空洞を通過する前記第２パスは、前記主空洞から前記カメラまでである、方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、前記主光線に対する前記全光路差は、δ０＋２δｒに等しい、方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、前記共通光源は、時間的コヒーレンス長を有し、前記光路差δｒが、前記主光線に対する前記全光路差を前記時間的コヒーレンス長よりも大きい範囲にわたって変化させるのに十分な範囲において調節される、方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、前記光路差δｒが、前記主光線に対する全光路差にゼロを通過させるのに十分な範囲にわたって調節される、方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法であって、調節した光路差の関数として、前記カメラによって前記干渉パターンの画像を記録することを更に備える、方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、前記少なくとも１つの遠隔空洞は、１つの遠隔空洞から成り、前記遠隔空洞を通過する単一のパスは、前記主光線の間に前記光路長差δｒを導入する、方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法において、前記撮像することでは、以下の式を満足する逆倍率ｓを有する前記遠隔空洞において検査面の中間画像が生成され、
【数１】
2005530146.tif 000029
ここで、αｍは、前記検査面上における検査光の主光線に対する周辺光線の最大光線角度である、方法。
【請求項１１】
請求項９記載の方法において、前記撮像することは、単位倍率で、前記主空洞と前記遠隔空洞との間で前記検査光および基準光を結合することを含む、方法。
【請求項１２】
請求項９記載の方法において、前記結合することは、１：１リレー光学素子を用いて、前記主空洞と第１空洞との間において前記検査光および基準光を結合することを含む、方法。
【請求項１３】
請求項９記載の方法において、前記結合することは、光学パワーを有するエレメントを使用せずに、前記主空洞と前記遠隔空洞との間において前記検査光および基準光を直接結合することを含む、方法。
【請求項１４】
請求項１記載の方法において、前記少なくとも１つの遠隔空洞は、第１遠隔空洞と第２遠隔空洞とを備える、方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法において、前記光路差δｒを調節することは、前記第１遠隔空洞内において前記検査光と基準光との間の光路差を調節することを備える、方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、前記光路差δｒを調節することは、前記第２遠隔空洞において前記検査光と基準光との間の光路差を調節することを更に含む、方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法であって、前記第１および第２遠隔空洞において、前記調節した光路長差の関数として、前記カメラによって前記干渉パターンの画像を記録することを更に備える、方法。
【請求項１８】
請求項１記載の方法において、前記検査光および基準光の主光線は、前記検査光の主光線を反射して、前記カメラ上においてそれらと前記基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定し、
前記撮像することは、前記検査面に接触するように前記検査光を方向付け、前記光路差δｒの調節によって、前記検査面の少なくとも一部において前記光学測定面の局部的平面部分の位置を走査することを更に含む、方法。
【請求項１９】
請求項１記載の方法において、前記検査光および基準光の主光線は、前記検査光の主光線を反射して、前記カメラ上においてそれらと前記基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定し、
前記撮像することは、前記検査面に接触するように前記検査光を方向付け、前記光路差δｒの調節によって、前記検査面の少なくとも一部において前記光学測定面の局部的球面部分の半径を走査することを更に含む、方法。
【請求項２０】
請求項１記載の方法において、前記検査光および基準光の主光線は、前記検査光の主光線を反射して、前記カメラ上においてそれらと前記基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定し、前記撮像することは、前記光路差δｒを調節しつつ、前記カメラに最も近い前記光学測定面の画像に対する前記カメラの位置を調節することを更に含む、方法。
【請求項２１】
請求項１記載の方法において、前記カメラにおける前記検査光および基準光の主光線間の全光路差がゼロのとき、前記カメラにおける前記検査光および基準光の周辺光線間の全光路差が０．５λよりも小さい、方法。
【請求項２２】
請求項１記載の方法において、前記カメラにおける前記検査光および基準光の主光線間の全光路差がゼロのとき、前記カメラにおける前記検査光および基準光の周辺光線間の全光路差が０．１λよりも小さい、方法。
【請求項２３】
装置であって、
検査面から反射した検査光を撮像し、カメラ上において基準光と干渉させ、干渉パターンを形成するように構成された干渉撮像システムを備え、ここで、前記検査光および基準光が、共通光源から生成され、平均波長λを有し、かつ主光線および周辺光線を備え、
前記干渉撮像システムが、
前記検査面と共に主空洞を形成する第１組のエレメントと、
少なくとも１つの遠隔空洞を形成する第２組のエレメントと、
前記遠隔空洞において前記検査光と前記基準光との間の光路差を走査するように構成された第１ステージと、
を備え、
前記検査光および基準光が前記空洞の各々において異なる経路に沿って伝搬し、
前記干渉撮像システムは、前記主空洞を通過する単一の経路が前記検査光および基準光の主光線間に非ゼロの光路差δ０を導入し、前記遠隔空洞を通過する単一経路が前記検査光および基準光の主光線間に光路長差δｒを導入するように構成され、動作の間、前記第１ステージが、前記光路差δを調節し、前記カメラにおける主光線間の全光路差を変化させ、前記干渉撮像システムが、前記空洞間において前記検査光および基準光を結合し、前記カメラにおける前記検査光および基準光の周辺光線間の全光路長差が、前記カメラにおける前記検査光および基準光の主光線間の全光路差がゼロのときに、λよりも小さくなるようにする、
装置。
【請求項２４】
請求項２３記載の装置であって、
前記カメラと、
前記ステージに前記光路差を走査させ、前記カメラからの画像を前記光路差走査の関数として記録するように構成された電子コントローラと、
を更に備える、装置。
【請求項２５】
請求項２４記載の装置であって、前記光源を更に備える、装置。
【請求項２６】
請求項２５記載の装置において、前記光源は、分散光源を備える、装置。
【請求項２７】
請求項２６記載の装置において、前記主空洞は、δ０＝１０ｍｍのとき、前記検査面の共通点に入射する検査光の周辺光線と主光線との間に少なくとも約λの光路差を導入する、装置。
【請求項２８】
請求項２３記載の装置において、前記干渉撮像システムは、前記主空洞と前記遠隔空洞との間において前記検査光および基準光を結合するように構成されたリレー光学素子を更に備え、該リレー光学素子は、単位倍率を備える、装置。
【請求項２９】
請求項２３記載の装置において、前記検査光および基準光の主光線は、前記検査光の主光線を反射して、前記カメラ上においてそれらと前記基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定し、
前記第１組のエレメントは、前記検査面に接触するように前記検査光を方向付けるように構成され、前記ステージによる前記光路差走査によって、前記検査面の少なくとも一部において前記光学測定面の局部的球面部分の半径が走査される、装置。
【請求項３０】
請求項２３記載の装置において、前記検査光および基準光の主光線は、前記検査光の主光線を反射して、前記カメラ上においてそれらと前記基準光の主光線との間にゼロの光路長差を生じさせるような理論的検査面に対応する光学測定面を規定し、前記装置は、前記第１ステージが前記光路差δｒを調節する間に、前記カメラに最も近い前記光学測定面の画像に対する前記カメラの位置を調節するように構成された焦点走査ステージを更に備える、装置。
【請求項３１】
請求項２３記載の装置において、前記第２組のエレメントは、第１遠隔空洞および第２遠隔空洞を形成し、前記第１遠隔空洞内において前記周辺光線は、前記主光線に対して第１の角度で伝搬し、前記第２遠隔空洞において前記周辺光線は、前記主光線に対して、前記第１の角度とは異なる第２の角度で伝搬する、装置。
【請求項３２】
請求項２３記載の装置において、前記少なくとも１つの遠隔空洞は、１つの遠隔空洞から成る、装置。
【請求項３３】
請求項２３記載の装置において、前記少なくとも１つの遠隔空洞は、多数の遠隔空洞を備える、装置。
【請求項３４】
装置であって、
検査光および基準光が分散共通光源から生成され、検査面から反射した検査光を撮像し、カメラ上において基準光と干渉させ、干渉パターンを形成するように構成された干渉撮像システムを備え、
動作の間、前記干渉撮像システムは、前記検査面を含む主空洞と少なくとも１つの遠隔空洞とを規定し、前記主空洞および前記少なくとも１つの遠隔空洞の各々において、異なる経路に沿って伝搬するように、前記検査光および基準光を方向付けるように構成されており、
前記干渉撮像システムは、
前記少なくとも１つの遠隔空洞の第１遠隔空洞において、前記検査光と前記基準光との間の光路差を走査するように構成されたステージと、
前記検査面が局部的平面領域を含むとき、かつ前記干渉撮像システムの残りの部分に取り付けられたときに、前記検査面と共に前記主空洞を形成するように構成された第１分離可能光学アセンブリと、
検査面が局部的球面領域を含むとき、かつ前記干渉撮像システムの残りの部分に取り付けられたときに、前記検査面と共に前記主空洞を形成するように構成された第２分離可能光学アセンブリと、
を備える、装置。
【国際調査報告】
2005530146.tif 000030
2005530146.tif 000031
2005530146.tif 000032