(57)【要約】  本発明は、光学装置（２００）を備えた、被測定物（２８０）の面（２８１，２８２）の測定用の干渉測定装置（３００）に関する。前記光学装置（２００）は、第１の光路の測定ビームと第２の光路の測定ビームとを２つのミラー（２６０，２７０）によって前記被測定物の面（２８１，２８２）に進行させるためのビームスプリッタ（２５０）を有する。前記面（２８１，２８２）で反射した光ビームによって形成される光路は、同じ放射方向になる領域において少なくとも部分的に相互に重なり合う。このようにして被測定物（２８０）の被測定面（２８１，２８２）は少なくとも部分的に、検出器（９０）の同じ照射面で結像し、たとえば撮像器において結像する。
2011519040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射を生成する光源（１０）の光ビームを導入して被測定物（２８０）の少なくとも１つの面（２８１，２８２）に照射するための光学装置において、
少なくとも１つの第１の光路（２１０）と少なくとも１つの第２の光路（２２０）とを形成するため第１の光学的エレメント（２５０）が配置されており、
前記第１の光学的エレメント（２５０）は次のように配置されており、すなわち、
・前記第１の光路（２１０）を通る光ビームが、該第１の光学的エレメント（２５０）に後置接続された第２の光学的エレメント（２６０）を介して前記被測定物（２８０）の第１のオブジェクト面（２８１）に向かって垂直に進行し、
・前記第２の光路（２２０）を通る光ビームが、該第１の光学的エレメント（２５０）に後置接続された第３の光学的エレメント（２７０）を通って前記被測定物（２８０）の第２のオブジェクト面（２８２）に垂直に進行する
ように配置されており、
前記第１のオブジェクト面（２８１）で反射した光ビームの前記第１の光路（２１０）と、前記第２のオブジェクト面（２８２）で反射した光ビームの前記第２の光路（２２０）とが、放射方向が相互に平行である領域において少なくとも部分的に重なり合うことを特徴とする、光学装置。
【請求項２】
前記第１の光路（２１０）で前記第１のオブジェクト面（２８１）に垂直に入射する光ビームは、前記第２の光路（２２０）で前記第２のオブジェクト面（２８２）に垂直に入射する光ビームに対して平行または逆平行である、請求項１記載の光学装置。
【請求項３】
前記光学的エレメント（２５０，２６０，２７０）として、入射した光ビームを少なくとも第１の光路（２１０）の光ビームと第２の光路（２２０）の光ビームとに分割するための少なくとも１つのビームスプリッタが設けられている、請求項１または２記載の光学装置。
【請求項４】
前記光学的エレメント（２５０，２６０，２７０）として、入射した光ビームを反射するための少なくとも１つのミラーが使用される、請求項１から３までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項５】
前記光学的エレメント（２５０，２６０，２７０）として、入射した光ビームを反射するための少なくとも１つのプリズムが使用される、請求項１から４までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項６】
前記光学的エレメント（２５０，２６０，２７０）として、入射した光ビームを屈折するための少なくとも１つのレンズまたはレンズ系が使用される、請求項１から５までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項７】
前記ミラーおよび／または前記プリズムは、前記第１の光路（２１０）および／または前記第２の光路（２２０）から逸れるようにフラップ運動可能に設けられている、請求項４または５記載の光学装置。
【請求項８】
前記第１の光学的エレメント（２５０）はビームスプリッタであり、
前記第１の光路（２１０）の光ビームは、前記ビームスプリッタ（２５０）に入射した光ビームの入射方向に対して直角に偏向され、かつ／または、
前記第２の光路（２２０）の光ビームは、前記ビームスプリッタ（２５０）に入射した光ビームの方向に偏向なしでさらに進行するように構成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項９】
前記第２の光学的エレメント（２６０）および／または前記第３の光学的エレメント（２７０）はミラーおよび／またはプリズムである、請求項１から８までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項１０】
前記第１の光路（２１０）および／または前記第２の光路（２２０）に可動の遮蔽体（２２５）が配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項１１】
前記第１の光路（２１０）および／または前記第２の光路（２２０）に、異なる波長の光ビームをフィルタリングするためのカラーフィルタが配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項１２】
前記第１の光学的エレメントに、波長が異なる複数の光ビームを分離するための２色（色分離）ビームスプリッタ（２５０）が設けられている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項１３】
前記光学的エレメント（２５０，２６０，２７０）および前記被測定物（２８０）は相互に相対的に可動に配置されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項１４】
前記被測定物（２８０）は少なくとも１つのオブジェクト面（２８１，２８２）で、放射透過性の担体（２４０）に配置され、とりわけガラス板に配置されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項１５】
被測定物（２８０）の面（２８１，２８２）を測定するための干渉測定装置において、
当該干渉測定装置は、干渉計測定ヘッド（１００，１００ａ）と、請求項１から１４までのいずれか１項記載の光学装置（２００，２００ａ）とを有し、
・放射を生成する光源（１０，１０ａ）と、
・照射光路（３０）を形成するための照射光学系（２０）と、
・前記光源（１０，１０ａ）から送出された光ビームを、被測定物（２８０）に照射するための測定光路（２０５）を進行する測定ビームと、参照エレメント（７５）に進行した参照ビームとの複数の部分光ビームに分割するためのビームスプリッタ（５０）と、
・前記被測定物（２８０）で反射した測定ビームの結像光路（２８０）を形成するための対物レンズ（８０）と、
・前記被測定物（２８０）で反射した測定ビームと前記参照ビームとが重なることによって得られる干渉パターンを撮像するための検出器（９０）と
が設けられており、
被測定物（２８０）の少なくとも１つの面（２８１，２８２）に照射するための前記光学装置（２００，２００ａ）は、前記干渉計測定ヘッド（１００，１００ａ）の測定光路（２０５）に配置されていることを特徴とする、干渉測定装置。
【請求項１６】
前記光源（１０，１０ａ）は短コヒーレント光（白色光）または長コヒーレント光を放射する、請求項１５記載の干渉測定装置。
【請求項１７】
前記光源（１０，１０ａ）は、少なくとも２つの異なる波長を有する光ビームを放射し、とりわけ周波数シフト可能であり、
各波長の前記光ビームごとにスイッチオンおよびスイッチオフ可能である、請求項１５または１６記載の干渉測定装置。
【請求項１８】
前記光源（１０，１０ａ）は、少なくとも２つの異なる偏光方向を有する光ビームを放射し、有利には、偏光方向が相互に垂直である２つの光ビームを放射し、
各偏光方向の光ビームごとにスイッチオンおよびスイッチオフ可能である、請求項１５から１７までのいずれか１項記載の干渉測定装置。
【請求項１９】
前記干渉計測定ヘッド（１００）と前記光学装置（２００，２００ａ）とは相対的に、出射する前記測定ビームの光軸Ｍの方向に可動であるように配置されている、請求項１３から１６までのいずれか１項記載の干渉測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
先行技術
本発明は、被測定物の少なくとも１つの面に照射するための独立請求項の上位概念に記載の光学装置と、被測定物の少なくとも１つの面を測定するための独立請求項の上位概念に記載の干渉測定装置とに関する。
【０００２】
ＤＥ‐ＯＳ１０２００４０４５８０６Ａ１から、オブジェクトを測定するための干渉測定装置、とりわけオブジェクトの厚さ測定を行うための干渉測定装置が公知である。この文献では、光源と、参照ビームおよび対物ビームを形成するためのビームスプリッタと、参照光路に設けられた参照ミラーと、撮像器とを備えたマイケルソン干渉計の構成が記載されている。対物光路に特殊対物レンズが配置される。この特殊対物レンズにより、対物ビームは２つの部分対物ビームに分割される。
【０００３】
これら２つの部分対物ビームはそれぞれ、偏向ミラーの方向に進行する。ミラーに偏向されたこれらの部分対物ビームは、相互に平行な２つのオブジェクト面に垂直方向に同時に照射されるのに使用される。これらのオブジェクト面で反射された部分対物ビームに参照ビームが重ねられ、該部分対物ビームは測定装置の撮像器に当たる。このように部分対物ビームと参照ビームとが重なると、該参照ビームの光波長と反射した部分対物ビームの光波長とが等しい場合、干渉現象が発生する。撮像器は、このようにして形成された干渉パターンを検出する。干渉が発生した場合、これらの光波長は、オブジェクト面の反射した部分対物ビームごとに求められる。この光波長は、参照光路に参照パターンが形成されるまで参照ミラーを動かすことによって求められる。両部分対物ビームごとに求められた光波長から、両オブジェクト面の相互間の間隔を推定し、この間隔によって、測定対象のオブジェクト面がある場所でオブジェクトの厚さを推定することができる。
【０００４】
対物ビームを特殊対物レンズで２つの部分対物ビームに分割することは、開口分割で行われる。この開口分割では、対物ビームの繋がった２つの部分断面をそれぞれ、固有の光路を有する２つの部分対物ビームに分割する。これらの２つの部分対物ビームが表面で反射すると、開口分割が行われた場所で同じ方向に再びまとめられる。
【０００５】
このようにまとめられた対物ビームの部分断面は繋がって相互に重なることがなく、各部分断面にはもっぱら、オブジェクト面で反射した部分対物ビームが１つだけ通る。このことにより、通常は方形である撮像器の特定の部分面積のみに、もっぱら、オブジェクト面の反射した各部分対物ビームが照射され、測定対象のオブジェクト面はそれぞれ別々に、撮像器の各部分領域において撮像され、撮像器の部分面で検出された測定信号と測定対象のオブジェクト面とを一意に対応付けることができる。
【０００６】
発明の概要
本発明の基礎となる課題は、被測定物の少なくとも１つの面に照射するための次のような光学装置、すなわち、第１のオブジェクト面で反射した光ビームの光路が少なくとも部分的に、第２のオブジェクト面で反射した光ビームの光路と重なり、光ビームが重なる領域においてすべての光ビームが同一の方向になるように構成された光学装置を提供することである。
【０００７】
また、光学装置を次のような干渉測定装置に、すなわち、被測定対象の複数のオブジェクト面が少なくとも部分的に、検出器の同じ照射面において、たとえば撮像器の同じ照射面において撮像される干渉測定装置に構成することも課題とする。
【０００８】
前記課題は本発明では、少なくとも１つのオブジェクト面に照射するための独立請求項の構成の光学装置と、オブジェクト面の測定を行うための独立請求項の構成の干渉測定装置とによって解決される。
【０００９】
少なくとも１つのオブジェクト面に照射するための本発明の光学装置は、放射を生成する発光源の光ビームが入射した場合に第１の光路と第２の光路とを形成する少なくとも１つの第１の光学的エレメントを有する。第１の光路の光ビームは、光路において前記第１の光学的エレメントに後置接続された第２の光学的エレメントを介して第１のオブジェクト面の方向に進行し、有利には垂直に進行する。さらに、第２の光路の光ビームは、光路において前記第１の光学的エレメントに後置接続された第３の光学的エレメントを介して第２のオブジェクト面の方向に進行し、有利には垂直に進行する。
【００１０】
有利には、第１の光路を通る光ビームは、第１の光学的エレメントにガイドされる光ビームの断面のうち可能な限り大きな領域から得られ、有利には断面全体から得られる。さらに、第２の光路を通る光ビームは、第１の光学的エレメントにガイドされる光ビームの断面のうち可能な限り大きな領域から得られ、有利にはこの第２の光路の光ビームも、この断面全体から得られる。
【００１１】
また、入射された光ビーム、少なくとも第１の光路の光ビームおよび／または少なくとも第２の光路の光ビームをガイドするためのさらに別の光学的エレメントを配置することができる。つまり、光ビームをオブジェクト面までガイドするビームガイドおよび／または各オブジェクト面から反射した光ビームをガイドするビームガイドである。
【００１２】
オブジェクト面に少なくとも近似的に垂直にガイドされて反射した光ビームは、オブジェクト面までそれぞれ形成された第１の光路および／または第２の光路を逆方向に通って戻る。
【００１３】
有利には、第１の光路で反射した光ビームと、第２の光路で反射した光ビームとは、少なくともそれぞれの光路の長手区分において相互に平行になる。
【００１４】
反射した光ビームの第１の光路と第２の光路とが少なくとも部分的に空間的に重なるようにすると、特に有利である。さらに、第１の光路の反射した光ビームと第２の光路の反射した光ビームとが重なり合う部分で、これらの光ビームが相互に平行になると有利である。このことは、両光路が空間的に重なる部分を、第１の光路の反射した光ビームも、第２の光路の反射した光ビームも通過することを意味する。有利には、反射した光ビームの光路が重なる部分が、少なくとも第１の光学的エレメントの配置によって導入される。特に有利には、反射した光ビームの光路が完全に重なり合うことである。有利には、この重なり合う部分の断面は、光学装置に導入される光ビームの全断面に相応する。
【００１５】
有利には、本発明の光学装置は干渉計測定ヘッドの測定光路に配置される。このことにより、本発明の光学装置に測定ビームが導入され、オブジェクト面への照射に使用される。このようにして、オブジェクト面の測定に使用される本発明の干渉測定装置を有利に実現することができる。
【００１６】
従来技術に対して本発明の干渉測定装置は、理想的には、照射されるオブジェクト面として大きな測定フィールドを実現できるという利点を有する。このような利点はとりわけ、本発明の光学装置内に導入される測定ビームの全断面をそのつど、少なくとも第１の光路および／または少なくとも第２の光路の形成に使用すると得られる。
【００１７】
特に有利には、そのつど測定されるオブジェクト面を検出器で撮像するために大きな検出器面積を使用することができ、有利には全検出器面積を使用することができる。このことは、オブジェクト面で反射した光ビームの光路が少なくとも部分的に、有利には完全に相互に重なり合い、反射した光ビームが有利には中心にセンタリングされて検出器面に入射することによって実現される。このことは、第１のオブジェクト面と第２のオブジェクト面とを測定する際に、少なくとも部分的に検出器面の同じ領域が照射されることを意味する。このようにして有利には、円形のオブジェクト面を測定する場合には、従来技術と比較して４倍の面積の検出器面を撮像に使用することができる。
【００１８】
有利にはこのことにより、本発明の干渉測定装置によってオブジェクト面を測定すると、横方向の分解能が２倍になる。このことは、同じオブジェクト面の測定が、従来の測定装置より格段に高精度になることを意味する。また、少なくとも測定精度および／または少なくとも被測定対象のオブジェクト面積が等しい場合、より小さい検出器を使用することもできる。それとは逆に、検出器サイズを維持して、本発明の光学装置に導入される測定ビームの断面を小さくすることもできる。このことによって有利には、被測定対象のオブジェクト面に照射される光強度が高くなり、オブジェクト面の反射性が悪くても、検出器での撮像を実現することができる。
【００１９】
従属請求項に記載された構成によって、独立請求項に記載された構成を有利に発展させること、および改善することが可能である。
【００２０】
本発明の光学装置の実施形態では、被測定物の少なくとも１つの面に照射するために前記光学的エレメントが次のように配置される。すなわち、第１のオブジェクト面の方向に進行する光ビームが、第２のオブジェクト面に向かって方向決めされた光ビームに対して平行または逆平行になるように配置される。このようにして、相互に平行に配置されたオブジェクト面に照射することができる。理想的には、本発明の干渉測定装置で、両オブジェクト面の相互間の間隔を測定することができる。オブジェクト面が相互に逆方向であり平行である場合には、このようにして、被測定対象のオブジェクト面の場所においてオブジェクトの厚さを求めることができる。また、オブジェクト面の相互間の平行度も検査することができる。
【００２１】
特に有利なのは、少なくとも１つの光学的エレメントがビームスプリッタである、本発明の光学装置の実施形態である。有利には、前記ビームスプリッタに入射した光ビームが分割されて、少なくとも第１の光路を進行する光ビームと少なくとも第２の光路を進行する光ビームとが形成されるように、該ビームスプリッタに入射した光ビームのガイドを調整することができる。ビームスプリッタとはここでは次のような光学的エレメントを指す。すなわち、形成された少なくとも第１の光路の光ビームと、形成された少なくとも第２の光路の光ビームとが、当該ビームスプリッタに入射した光ビームの少なくとも１つの同じ断面領域から得られ、有利には全断面から得られる光学的エレメントを指す。このようなビームスプリッタの非常に簡単なものとしては、部分鏡面加工されたガラス板がある。このガラス板はたとえば、入射する光ビームに対して４５°の角度で配置される。入射した光ビームの一部はこのガラス板のオブジェクト面で９０°の角度で反射し、別の一部の光ビームは該ガラス板を透過する。これを拡張した実施形態では、このようなビームスプリッタは２つのプリズムから構成され、これらのプリズムの底面は（たとえば、Norland Optical Adhesive 63 のＵＶ接着剤等の光学的接着材によって）接合される。
【００２２】
１つの有利な実施形態では、第１の光学的エレメントは、少なくとも１つの第１の光路と少なくとも１つの第２の光路とを形成するためにビームスプリッタである。その際に有利なのは、少なくとも第１のオブジェクト面と少なくとも第２のオブジェクト面とに同時に照射することである。
【００２３】
さらに１つの実施形態では、次のようなビームスプリッタが使用される。すなわち、形成された第１の光路の光ビームが有利には、当該ビームスプリッタに入射した光ビームに対して直角になるビームスプリッタが使用される。さらに次のようなビームスプリッタも提案する。すなわち、形成された第２の光路の光ビームが偏向なしで、当該ビームスプリッタに入射した光ビームと同方向になるビームスプリッタも提案する。その際に有利なのは、形成された第２の光路の光軸が、本発明の干渉測定装置で形成された測定ビームの光軸上にあるように、ここで提案したこのような光学装置を該干渉測定装置内に位置決めする。
【００２４】
本発明の光学装置において一般的に有利なのは、少なくとも１つの光学的エレメントが、たとえば光ビームを反射によって有利な放射方向に偏向するためのミラーまたはプリズムである構成である。有利には、プリズム内の光屈折による光偏向は回避すべきである。そうしないと、光がスペクトル分解されることにもなってしまう。このように設けられた光学装置を備えた本発明の干渉測定装置では、測定結果に偏差が生じる可能性がある。
【００２５】
本発明の光学装置の別の有利な実施形態では、第１の光学的エレメントに後置接続される第２の光学的エレメントおよび／または第３の光学的エレメントとしてミラーおよび／またはプリズムを使用する。有利なのは、とりわけ上記のような光学装置を本発明の干渉測定装置において使用する場合に、プリズムを使用することである。干渉計システムは通常、固定的ないわゆる動作長を有する。この動作長は、オブジェクト面で反射した測定ビームが進行する次のような最大光路長、すなわち、対物レンズを介して検出器においてオブジェクト面の集束結像が得られる最大光路長である。有利には、プリズムによってこの動作長が、ガラスの透過距離の１／３だけ長くなる。さらに、通常は測定結果に悪影響を及ぼす空気の妨害が光路に発生する危険性が低減される。
【００２６】
本発明の光学装置において一般的に有利なのは、少なくとも１つの光学的エレメントが光ビームを屈折するためにレンズまたはレンズシステムとされることである。その際に有利なのは、光ビームの断面を光路の方向に小さくしていくことである。このことにより、後続の光路では光強度を上昇していくことができる。また、光ビームの断面を拡大することもできる。このことによって全体的に、照射されるオブジェクト面を拡大することができる。
【００２７】
本発明の光学装置において一般的に有利なのは、光ビームを反射によって１つより多くの放射方向に偏向することができる光学的エレメントである。たとえばこのような光学的エレメントは、該光学的エレメントを回転可能に配置することによって実現される。特に有利には、回転可能に配置された第１の光学的エレメントはたとえばミラーまたはプリズムである。このことにより、適切な回転位置でもっぱら１つのオブジェクト面にのみ照射することができる。その際に有利なのは、回転可能な第１の光学的エレメントに入射したすべての光ビームが、たとえば第２の光学的エレメントを介して、有利にはもっぱら第１のオブジェクト面にのみ方向決めされることである。回転位置を変化することにより、有利にはもっぱら第２のオブジェクトのみに照射することもできる。
【００２８】
このように構成され本発明の干渉測定装置内に設けられた光学装置は、オブジェクト測定のために常に１つのオブジェクト面のみを検出器において撮像できるという利点を有する。このことにより、検出器の測定信号を、被測定対象のオブジェクト面に明確に対応付けることができる。このような構成では、光学装置に導入されたすべての測定ビームをオブジェクト面の照射に使用できることにより、測定過程のために有利には高い光収量が実現される。
【００２９】
本発明の光学装置において一般的に有利なのは、第１の光学的エレメントによって形成された少なくとも第１の光路と少なくとも第２の光路とから逸れてフラップ運動することができる光学的エレメントである。有利にはこれは、光ビームのビームガイドに関与しなくなるように行われる。ここで特に有利なのはミラーおよび／またはプリズムである。このことにより、光学的エレメントのこのような構成で、もっぱらそのつど１つのオブジェクト面に照射することができ、たとえば、第１の光路の光ビームを第１の面に向かって方向決めし、それと同時に、たとえば第２の光学的エレメントを第２の光路から逸れるようにフラップ運動させることにより、第２のオブジェクト面に照射するのが阻止される。このことにより、第２の光路の光ビームが第２のオブジェクト面に向かわないようにされる。
【００３０】
このように構成され本発明の干渉測定装置内に設けられた本発明の光学装置は、オブジェクト測定のために常に１つのオブジェクト面のみを検出器において撮像できるという利点を有する。このことにより、検出器の測定信号を、被測定対象のオブジェクト面に一義的に対応付けることができる。
【００３１】
本発明の実施例が図面に示されており、以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】被測定物の少なくとも１つの面に照射するための光学装置を備えた本発明の干渉測定装置の第１の実施形態を、概略的に縦断面図で示す。
【図２ａ】干渉測定装置内の第１の位置に遮蔽体がある光学装置の実施形態を概略的に縦断面図で示す。
【図２ｂ】遮蔽体が第２の位置にある図２ａの実施形態を縦断面図で示す。
【００３３】
実施例の説明
図１に、オブジェクト面を測定するための本発明の干渉測定装置３００の第１の実施形態を示す。ここでは、１００は干渉計測定ヘッドを示す。ここでは、干渉計測定ヘッド１００は面測定干渉計として構成されている。この構成には放射を生成する発光源１０が含まれており、この発光源１０は短コヒーレント光ビームを照射光学系２０に放射し、たとえば白色光を放射する。これによって照射光路３０が形成される。照射光路３０に配置された第１のダハプリズム４０によって光ビームの偏向が発生し、該光ビームは第１のビームスプリッタ５０に向かって垂直に進行する。第１のビームスプリッタ５０によってこの光ビームは、参照光路７０内を進行する参照ビームの部分と、測定光路２０５内を進行する測定ビームの部分とに分割される。その際には参照ビームは、ビームスプリッタ５０に入射した照射光路３０の光ビームと同じ方向になり、測定ビームはこの照射光路３０の光ビームに対して直角になる。参照ビームは、参照光路７０に配置された第２のダハプリズム６０を介して偏向され、たとえば参照ミラー等の参照エレメント７５に対して垂直になる。このことにより、参照エレメント７５で反射された参照ビームは逆方向に、参照光路７０を通り、ダハプリズム６０を経てビームスプリッタ５０まで戻る。最終的に、参照ビームはビームスプリッタ５０によってさらに直角に偏向され、光路に配置された対物レンズ８０を通って検出器９０に垂直に進行し、たとえばカメラの感光素子の方向に進行する。検出器９０に入射する参照ビームの放射方向は、第１のビームスプリッタ５０によって形成された測定ビームと反対方向である。
【００３４】
干渉計測定ヘッド１００の測定光路２０５に、本発明の光学装置２００が配置されている。その際には、測定ビームは第２のビームスプリッタ２５０の方向に進行する。有利には、測定光路２０５の光軸は第２のビームスプリッタ２５０の光軸と重なる。この光軸をずらすことも可能であり、とりわけ、測定ビームが測定光路２０５の断面全体で第２のビームスプリッタ２５０に入射するのが保証される程度までずらすことも可能である。第２のビームスプリッタ２５０は、第１の光路２１０と第２の光路２２０とを形成するために光学装置２００内に設けられた第１の光学的エレメントに相応する。その際には、第１の光路２１０の光ビームは測定ビームに対して直角であるのに対し、第２の光路２２０の光ビームは、第２のビームスプリッタ２５０に入射する測定ビームを直線上に延長した部分を進行する。
【００３５】
有利には、第１の光路２１０でも第２の光路２２０でも、光ビームは測定光路２０５の全断面から得られる。それゆえ、第１の光路２１０の光ビームおよび第２の光路２２０の光ビームは、分割によってそれぞれ光強度が低くなった測定ビームでもある。さらに、第１の光路２１０および第２の光路２２０の断面は好適には、測定光路２０５の断面に相応する。
【００３６】
第１の光路２１０には、測定ビームが反射によって被測定物２８０の第１のオブジェクト面２８１に垂直に進行するように、第１のミラー２６０が配置される。また第２の光路２２０にも、測定ビームが被測定物２８０の第２のオブジェクト面２８２に進行するように、第２のミラー２７０が配置される。その際には、被測定物２８０は第２のオブジェクト面２８２で、放射透過性の担体２４０上に配置される。したがって本発明の干渉測定装置３００は、第１のオブジェクト面２８１が空間垂直方向ｙに上方から照射され、第２のオブジェクト面２８２が空間垂直方向ｙに下方から放射透過性の担体２４０を透過して照射されるように空間内に配置される。その後、第１のオブジェクト面２８１および第２のオブジェクト面２８２で反射した測定ビームは、第１のミラー２６０および第２のミラー２７０を介して第１の光路２１０および第２の光路２２０を通り、第２のビームスプリッタ２５０まで逆方向に戻る。反射して第２の光路２２０から戻った測定ビームは、偏向無しで対物レンズ８０に軸平行に入射し、たとえばテレセントリック対物レンズに入射し、検出器９０へ垂直方向に進行する。それに対して第１の光路２１０の測定ビームは、第２のビームスプリッタ２５０によって、それまでの放射方向に対して直角に偏向され、軸平行に対物レンズ８０に入射され、同様に検出器９０に垂直に進行する。
【００３７】
第１のオブジェクト面２８１で反射した測定ビームの光路と、第２のオブジェクト面２８２で反射した測定ビームの光路とは、対物レンズ８０の結像光路２３０内では合同である。検出器９０に入射した反射後の測定ビームは、同様に結像光路２３０に含まれ該検出器９０に入射した参照ビームと干渉する。
【００３８】
被測定物２８０は、第１のオブジェクト面２８１に入射して反射した測定ビームが通る光路と第２のオブジェクト面２８２に入射して反射した測定ビームが通る光路とが異なるように、光学装置２００内に配置される。有利には、両光路の光路長の全距離差は、光源１０のコヒーレント長より長い。このことにより、第１のオブジェクト面２８１および第２のオブジェクト面２８２によって反射した測定ビームが相互に干渉するのが阻止される。参照ビームとの干渉は、測定ビームの光路長が参照ビームの光路長に一致する場合に行われる。参照ビームの光路長は、参照エレメント７５が参照ビームの光路軸上で可動であるように配置することにより、延長または短縮することができる。第１のオブジェクト面２８１または第２のオブジェクト面２８２の測定ビームの光路長の変化および整合は有利には、干渉計測定ヘッド１００と光学装置２００とを光軸Ｍの方向に相対的にずらすことによって行われる。択一的な実施形態では、第１のミラー２６０および／または第２のミラー２７０および／または第２のビームスプリッタ２５０はそれぞれ被測定物に対して相対的に、それぞれの光軸Ａ，Ｂ，Ｃの方向に可動であるように配置され、場合によっては付加的に、干渉計測定ヘッド１００も可動である。
【００３９】
第１のオブジェクト面２８１と第２のオブジェクト面２８２との間隔はオブジェクトの厚さに相応する。被測定物２８０のこのオブジェクト厚さが測定工程によって求められる前に、干渉測定装置３００は最初の第１のステップで、既知の厚さのブロックゲージによって較正される。このブロックゲージは被測定物２８０の代わりに担体２４０上に配置される。干渉計測定ヘッド１００は、第２のビームスプリッタ２５０のビーム分割面２５０ａから第１のオブジェクト面２８１までの光路が該第２のビームスプリッタ２５０のビーム分割面２５０ａから参照エレメント７５までの光路に相応する位置まで移動される。この位置で、第１のオブジェクト面２８１で反射した測定ビームは参照ビームと干渉し、相応の第１の干渉パターンが検出器９０において現れる。ブロックゲージは、第２のビームスプリッタ２５０のビーム分割面２５０ａから第２のオブジェクト面２８２までの光路が参照ビームの光路長より僅かに長いかまたは短くなるように配置される。このことにより、第２のオブジェクト面２８２で反射した測定ビームが参照ビームと干渉することがなくなり、さらに第２の干渉パターンが検出器９０に現れることもない。たとえば参照エレメント７５が参照光路７０の光軸Ｓの方向に移動して初めて、このような第２の参照パターンは検出器９０に現れる。それと同時に、第１の参照パターンが検出器９０に現れなくなる。たとえば、第１のオブジェクト面２８１によって形成された第１の干渉パターンと、第２のオブジェクト面２８２によって形成された第２の参照パターンとの間の参照エレメント７０の変位は、たとえば高精度の距離センサによって測定される。これによって求められた参照エレメント７５の変位距離が較正定数として格納される。次に、被測定物２８０を同様に測定し、形成された第１の干渉パターンと第２の干渉パターンとの間の参照エレメント７５の間隔を求める。オブジェクト厚さは、ブロックゲージの既知の厚さと、求められた較正定数と、被測定物で求められた参照エレメント７５の間隔とから計算される。
【００４０】
本発明の干渉測定装置の別の実施形態では、長コヒーレント光を放射する少なくとも１つの光源１０ａが設けられ、たとえばレーザ光を放射する少なくとも１つの光源１０ａが設けられる。干渉計測定ヘッド１００のその他の部分の構成は変わらない。
【００４１】
長コヒーレント光ビームを放出する光源１０ａを使用する場合、理想的には、第１のオブジェクト面２８１で反射した測定ビームと第２のオブジェクト面２８２で反射した測定ビームとが検出器９０に同時に照射されるのが阻止される。このようにしないと、光路長が異なるにもかかわらず、第１のオブジェクト面２８１で反射した測定ビームと第２のオブジェクト面２８２で反射した測定ビームとの間にも干渉が発生してしまう。これによって、たとえば参照エレメント７５が光軸Ｓの方向に移動することによって第１のオブジェクト面２８１または第２のオブジェクト面２８２に一義的に対応付けられる干渉パターンが得られなくなってしまう。
【００４２】
第１の実施形態の長コヒーレント光の干渉測定装置では、干渉計測定ヘッド１００ａを多波長干渉計として使用できるように光源１０ａが設けられる。たとえばこうするために、相互の波長差が非常に小さい２つのレーザビームを使用することができる。また、このような光源１０ａを使用して、干渉計測定ヘッド１００ａを波長可変干渉計として構成することもできる。こうするためにはたとえば、複数の異なるレーザ周波数に整合できる光源１０ａとしてレーザ源を構成することができる。このような実施形態の干渉測定装置において有利なのは、図２ａの実施形態の光学装置２００ａを測定光路２０５に配置することである。その際には、光学装置２００ａの構成は実質的に、図１の光学装置２００の既述の構成に相応する。相違点としては、第１の光路２１０および第２の光路２２０に可動遮蔽体２２５が設けられる。第１のオブジェクト面２８１の測定時には有利には、第２のオブジェクト面２８２に測定ビームが当たらないように前記遮蔽体２２５が第２の光路２２０に位置決めされる。このようにして有利には、もっぱら第１のオブジェクト面２８１のみが参照ビームとの干渉によって検出器９０において結像される。
【００４３】
第２のオブジェクト面２８２の測定時にも、相応のことが行われる。その際には有利には、図２ｂに相応して、第１のオブジェクト面２８１に測定ビームが当たらないように、前記遮蔽体２２５が第１の光路２８１に配置される。このようにして有利には、もっぱら第２のオブジェクト面２８２のみが参照ビームとの干渉によって検出器９０において結像される。このようにして、両オブジェクト面２８１，２８２の平坦度、両オブジェクト面２８１，２８２の相互間の平行度、およびオブジェクト厚さを測定することができる。オブジェクト厚さを求めるためには、第１のオブジェクト面２８１の測定時に、測定ビームにおいて最小波長が異なるレーザビームの２つの成分の位相差が検出器９０で求められる。これによって、このような位相シフトの原因となる光路内の周期数が求められ、第１のオブジェクト面２８１で反射した測定ビームが通った光路長も分かる。また、第２のオブジェクト面２８２で反射した測定ビームが通った光路長も同様に求めることができる。このようにして、オブジェクト厚さを簡単に推定することができる。
【００４４】
さらに、光源１０ａが電気的なスイッチオンおよびスイッチオフによってそのつど、第１の光波長を有する長コヒーレント光または第２の光波長を有する長コヒーレント光を放射することにより、干渉測定装置を変化させることもできる。たとえば、光波長が異なる複数の光ビームを放出するために、交番的に駆動制御される２つのレーザユニットを設けることが考えられる。その際に有利なのは、光学装置２００に、実質的に図１の光学装置２００の上述の構成に相応する構成を使用することである。相違点としては、第１の光路２１０に、第１の光波長を有する測定ビームをフィルタリングするための第１のカラーフィルタが配置される。同様に、第２の光路２２０に、第２の光波長を有する測定ビームをフィルタリングするための第２のカラーフィルタが配置される。このようにして、第１の光波長を有する光が照射のためにスイッチオンされているか、または第２の光波長を有する光が照射のためにスイッチオンされているかに依存して、第１のオブジェクト面２８１または第２のオブジェクト面２８２を検出器９０上に結像することができる。択一的に、このようなカラーフィルタや第２のビームスプリッタ２５０を使用する代わりに、２色（色分離）ビームスプリッタ２５０を第１の光学的エレメントとして使用することもできる。
【００４５】
干渉測定装置の付加的な実施形態では、電気的なスイッチオンおよびスイッチオフによってそのつど第１の偏光方向を有する長コヒーレント光を放射するかまたは第２の偏光方向を有する長コヒーレント光を放射する光源１０ａが設けられる。たとえば、交番的に駆動制御される２つのレーザユニットを使用することが考えられ、有利には、レーザビームの偏光方向が相互に垂直になる２つのレーザユニットを使用することが考えられる。
【００４６】
その際に特に有利なのは、光学装置２００に、実質的に図１の光学装置２００の上述の構成に相応する構成を使用することである。相違点として、使用される第２のビームスプリッタ２５０は偏光ビームスプリッタである。このようにして、第１の偏光方向を有する光が照射のためにスイッチオンされているか、または第２の偏光方向を有する光が照射のためにスイッチオンされているかに依存して、第１のオブジェクト面２８１または第２のオブジェクト面２８２を検出器９０上に結像することができる。
【００４７】
一般的には、オブジェクト面２８１，２８２を測定するための干渉測定装置の上述の実施形態は、長コヒーレント光ビームでも、短コヒーレント光ビームでも使用することができる。このことにより、信号品質に好影響が及ぼされる。
【００４８】
またこのことは、オブジェクト面を短コヒーレント光または長コヒーレント光によって測定するための本発明の干渉測定装置の択一的な実施形態にも当てはまる。
【００４９】
この構成は実質的に、図１の干渉測定装置３００の構成に相応する。相違点としては、光源１０は短コヒーレント光を放射するか、または長コヒーレント光を放射することもできる。その際に有利なのは、光学装置２００と異なり、第２のビームスプリッタ２５０を使用する代わりにさらに別のミラーも使用する。このさらに別のミラーは有利には、測定光路２０５から逸れるようにフラップ運動できるように設けられる。このミラーは第１の位置に配置されることにより、有利にはすべての測定ビームが干渉計測定ヘッド１００から第１のミラー２６０へ進行して第１のオブジェクト面２８１に照射されるようにされる。この場合には、もっぱら第１のオブジェクト面２８１のみが検出器９０に結像される。別の位置ではこのミラーは、測定光路２０５から完全に逸れるようにフラップ運動される。この場合には、有利にはすべての測定ビームが干渉計測定ヘッド１００から第２のミラー２７０へ進行し、その後に有利にはもっぱら第２のオブジェクト面２８２にのみ照射される。このことに相応して、測定ビームのガイドでは、有利にはもっぱら第２のオブジェクト面２８２のみが検出器９０に結像される。
【図１】
2011519040.tif 000003
【図２ａ】
2011519040.tif 000004
【図２ｂ】
2011519040.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月25日(2011.3.25)
【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】
放射を生成する光源（１０）の光ビームを導入して被測定物（２８０）の少なくとも１つの面（２８１，２８２）に照射するための光学装置において、
少なくとも１つの第１の光路（２１０）と少なくとも１つの第２の光路（２２０）とを形成するため第１の光学的エレメント（２５０）が配置されており、
前記第１の光学的エレメント（２５０）は
・前記第１の光路（２１０）を通る光ビームが、該第１の光学的エレメント（２５０）に後置接続された第２の光学的エレメント（２６０）を介して前記被測定物（２８０）の第１のオブジェクト面（２８１）に向かって垂直に進行し、
・前記第２の光路（２２０）を通る光ビームが、該第１の光学的エレメント（２５０）に後置接続された第３の光学的エレメント（２７０）を通って前記被測定物（２８０）の第２のオブジェクト面（２８２）に垂直に進行する
ように配置されており、
前記第１のオブジェクト面（２８１）で反射した光ビームの前記第１の光路（２１０）と、前記第２のオブジェクト面（２８２）で反射した光ビームの前記第２の光路（２２０）とが、放射方向が相互に平行である領域において少なくとも部分的に重なり合うことを特徴とする、光学装置。
【請求項２】
前記第１の光路（２１０）で前記第１のオブジェクト面（２８１）に垂直に入射する光ビームは、前記第２の光路（２２０）で前記第２のオブジェクト面（２８２）に垂直に入射する光ビームに対して平行または逆平行である、請求項１記載の光学装置。
【請求項３】
前記光学的エレメント（２５０，２６０，２７０）として、入射した光ビームを少なくとも第１の光路（２１０）の光ビームと第２の光路（２２０）の光ビームとに分割するための少なくとも１つのビームスプリッタが設けられている、請求項１または２記載の光学装置。
【請求項４】
前記光学的エレメント（２５０，２６０，２７０）として、入射した光ビームを反射するための少なくとも１つのミラーが使用される、請求項１から３までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項５】
前記光学的エレメント（２５０，２６０，２７０）として、入射した光ビームを反射するための少なくとも１つのプリズムが使用される、請求項１から４までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項６】
前記光学的エレメント（２５０，２６０，２７０）として、入射した光ビームを屈折するための少なくとも１つのレンズまたはレンズ系が使用される、請求項１から５までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項７】
前記ミラーおよび／または前記プリズムは、前記第１の光路（２１０）および／または前記第２の光路（２２０）から逸れるようにフラップ運動可能に設けられている、請求項４または５記載の光学装置。
【請求項８】
前記第１の光学的エレメント（２５０）はビームスプリッタであり、
前記第１の光路（２１０）の光ビームは、前記ビームスプリッタ（２５０）に入射した光ビームの入射方向に対して直角に偏向され、かつ、
前記第２の光路（２２０）の光ビームは、前記ビームスプリッタ（２５０）に入射した光ビームの方向に偏向なしでさらに進行するように構成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項９】
前記第２の光学的エレメント（２６０）および／または前記第３の光学的エレメント（２７０）はミラーまたはプリズムである、請求項１から８までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項１０】
前記第１の光路（２１０）および／または前記第２の光路（２２０）に可動の遮蔽体（２２５）が配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項１１】
前記第１の光路（２１０）および／または前記第２の光路（２２０）に、異なる波長の光ビームをフィルタリングするためのカラーフィルタが配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項１２】
前記第１の光学的エレメントに、波長が異なる複数の光ビームを分離するための２色（色分離）ビームスプリッタ（２５０）が設けられている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項１３】
前記光学的エレメント（２５０，２６０，２７０）および前記被測定物（２８０）は相互に相対的に可動に配置されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項１４】
前記被測定物（２８０）は少なくとも１つのオブジェクト面（２８１，２８２）で、放射透過性の担体（２４０）に配置されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の光学装置。
【請求項１５】
被測定物（２８０）の面（２８１，２８２）を測定するための干渉測定装置において、
当該干渉測定装置は、干渉計測定ヘッド（１００，１００ａ）と、請求項１から１４までのいずれか１項記載の光学装置（２００，２００ａ）とを有し、
・放射を生成する光源（１０，１０ａ）と、
・照射光路（３０）を形成するための照射光学系（２０）と、
・前記光源（１０，１０ａ）から送出された光ビームを、被測定物（２８０）に照射するための測定光路（２０５）を進行する測定ビームと、参照エレメント（７５）に進行した参照ビームとの複数の部分光ビームに分割するためのビームスプリッタ（５０）と、
・前記被測定物（２８０）で反射した測定ビームの結像光路（２８０）を形成するための対物レンズ（８０）と、
・前記被測定物（２８０）で反射した測定ビームと前記参照ビームとが重なることによって得られる干渉パターンを撮像するための検出器（９０）と
が設けられており、
被測定物（２８０）の少なくとも１つの面（２８１，２８２）に照射するための前記光学装置（２００，２００ａ）は、前記干渉計測定ヘッド（１００，１００ａ）の測定光路（２０５）に配置されていることを特徴とする、干渉測定装置。
【請求項１６】
前記光源（１０，１０ａ）は短コヒーレント光（白色光）または長コヒーレント光を放射する、請求項１５記載の干渉測定装置。
【請求項１７】
前記光源（１０，１０ａ）は、少なくとも２つの異なる波長を有する光ビームを放射し、
各波長の前記光ビームごとにスイッチオンおよびスイッチオフ可能である、請求項１５または１６記載の干渉測定装置。
【請求項１８】
前記光源（１０，１０ａ）は、少なくとも２つの異なる偏光方向を有する光ビームを放射し、
各偏光方向の光ビームごとにスイッチオンおよびスイッチオフ可能である、請求項１５から１７までのいずれか１項記載の干渉測定装置。
【請求項１９】
前記光源（１０，１０ａ）が放射する光ビームは、偏光方向が相互に垂直である２つの光ビームである、請求項１８記載の干渉測定装置。
【請求項２０】
前記干渉計測定ヘッド（１００）と前記光学装置（２００，２００ａ）とは相対的に、出射する前記測定ビームの光軸Ｍの方向に可動であるように配置されている、請求項１５から１９までのいずれか１項記載の干渉測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
第１の実施形態の長コヒーレント光の干渉測定装置では、干渉計測定ヘッド１００ａを多波長干渉計として使用できるように光源１０ａが設けられる。たとえばこうするために、相互の波長差が非常に小さい２つのレーザビームを使用することができる。また、このような光源１０ａを使用して、干渉計測定ヘッド１００ａを波長可変干渉計として構成することもできる。こうするためにはたとえば、複数の異なるレーザ周波数に整合できる光源１０ａとしてレーザ源を構成することができる。このような実施形態の干渉測定装置において有利なのは、図２ｂの実施形態の光学装置２００ａを測定光路２０５に配置することである。その際には、光学装置２００ａの構成は実質的に、図１の光学装置２００の既述の構成に相応する。相違点としては、第１の光路２１０および第２の光路２２０に可動遮蔽体２２５が設けられる。第１のオブジェクト面２８１の測定時には有利には、第２のオブジェクト面２８２に測定ビームが当たらないように前記遮蔽体２２５が第２の光路２２０に位置決めされる。このようにして有利には、もっぱら第１のオブジェクト面２８１のみが参照ビームとの干渉によって検出器９０において結像される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
第２のオブジェクト面２８２の測定時にも、相応のことが行われる。その際には有利には、図２ａに相応して、第１のオブジェクト面２８１に測定ビームが当たらないように、前記遮蔽体２２５が第１の光路２１０に配置される。このようにして有利には、もっぱら第２のオブジェクト面２８２のみが参照ビームとの干渉によって検出器９０において結像される。このようにして、両オブジェクト面２８１，２８２の平坦度、両オブジェクト面２８１，２８２の相互間の平行度、およびオブジェクト厚さを測定することができる。オブジェクト厚さを求めるためには、第１のオブジェクト面２８１の測定時に、測定ビームにおいて最小波長が異なるレーザビームの２つの成分の位相差が検出器９０で求められる。これによって、このような位相シフトの原因となる光路内の周期数が求められ、第１のオブジェクト面２８１で反射した測定ビームが通った光路長も分かる。また、第２のオブジェクト面２８２で反射した測定ビームが通った光路長も同様に求めることができる。このようにして、オブジェクト厚さを簡単に推定することができる。
【国際調査報告】
2011519040.tif 000006
2011519040.tif 000007
2011519040.tif 000008
2011519040.tif 000009
2011519040.tif 000010
2011519040.tif 000011