(57)【要約】  測定機のための光学測定システムは、少なくとも２つの走査装置を含む。これら走査装置は、交互のタイミングで一連の静止測定位置にわたり間欠的に移動する。この一連の静止測定位置で、測定ビームが試験対象物に向かい、試験対象物から戻るように方向づけられる。光スイッチは、測定ビームが静止測定位置の１つに静止したいずれか一方の走査装置を通るように、経路を選択する。
2021503595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定機のための光学測定システムであって、
測定ビームを発生させるビーム源と、
少なくとも2つの走査装置と、
試験対象物から前記少なくとも２つの走査装置を経て戻る前記測定ビームの変化を検出する共通の検出器と、
光学スイッチと、
を備え、
前記少なくとも２つの走査装置は、前記測定ビームが前記共通の検出器に至る途中において、相対的にタイミング調整された一連の静止測定位置にわたって間欠的に移動することにより、前記測定ビームを試験対象物上の異なる位置に向かって操縦するように構成され、
前記光学スイッチは、前記少なくとも２つの走査装置のうち前記静止測定位置の１つに静止したいずれか１つの走査装置を通るように、前記測定ビームの経路を選択する、光学測定システム。
【請求項２】
前記少なくとも２つの走査装置が、第１の走査装置と第２の走査装置を含み、
前記第１の走査装置は、第１の一連の静止測定位置にわたり間欠的に移動し、前記第1の一連の静止測定位置では、前記測定ビームが試験対象物上の第1の一連の異なる位置に向かい、この位置から戻るように方向付けられ、
前記第２の走査装置は、第２の一連の静止測定位置にわたり間欠的に移動し、前記第２の一連の静止測定位置では、前記測定ビームが試験対象物上の第２の一連の異なる位置に向かい、この位置から戻るように方向付けられる、請求項１に記載の光学測定システム。
【請求項３】
前記光学スイッチは、
（ａ）前記第１の走査装置が、前記第１の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記測定ビームを前記第１の走査装置を介して試験対象物に向け、試験対象物からの前記測定ビームを前記第１の走査装置を介して前記共通の検出器に向け、（ｂ）前記第２の走査装置が、前記第２の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記測定ビームを前記第２の走査装置を介して試験対象物に向け、試験対象物からの前記測定ビームを前記第２の走査装置を介して前記検出器に向けるように、構成されている、請求項２に記載の光学測定システム。
【請求項４】
さらに、コントローラを備え、このコントローラは、前記第１、第２の走査装置の動作のタイミングを調整し、これにより、（ａ）前記第１の走査装置が前記第１の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記第２の走査装置が移動し、（ａ）前記第２の走査装置が前記第２の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記第１の走査装置が移動する、請求項３に記載の光学測定システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記測定ビームが前記第１、第２の走査装置を交互に通るように方向付けるべく、前記光学スイッチを制御する、請求項４に記載の光学システム。
【請求項６】
さらに、第１の走査ヘッドと第２の走査ヘッドとを備え、
前記第１の走査ヘッドは、前記第１の走査装置に関連付けられ、前記第１の走査装置によって試験対象物に向けられる前記測定ビームを成形するための光学系を含み、
前記第２の走査ヘッドは、前記第２の走査装置に関連付けられ、前記第２の走査装置によって試験対象物に向けられる前記測定ビームを成形するための光学系を含む、請求項３に記載の光学測定システム。
【請求項７】
前記第２の走査ヘッドは、前記第１の走査ヘッドに対して角度的に変位している、請求項６に記載の光学測定システム。
【請求項８】
さらに走査ヘッドを備え、この走査ヘッドは、前記第１および第２の走査装置に関連付けられ、前記第１および第２の走査装置によって試験対象物に向けられる前記測定ビームを成形するビーム成形光学系を含む、請求項３に記載の光学測定システム。 
【請求項９】
前記ビーム源は、ソースビームを出射するとともにビームスプリッタをさらに備え、このビームスプリッタは、前記ソースビームを参照ビームと測定ビームに分割し、前記参照ビームは参照アームに沿って伝播し、前記測定ビームは、前記光スイッチによって交互の対象アームとしての前記第１、第２の走査装置の一方または他方を通るように方向付けられる、請求項３に記載の光学測定システム。
【請求項１０】
前記検出器が、前記参照アームに沿って伝搬する前記参照ビームの部分と、前記交互の対象アームに沿って伝搬する前記測定ビームの部分を受け取る、請求項９に記載の光学測定システム。
【請求項１１】
前記検出器は、前記第１、第２の走査装置が前記第１、第２の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、それぞれの測定インターバルにわたって前記測定ビームからの測定データを記録するように構成され、
プロセッサは、前記測定データを試験対象物の測定値として解釈するように構成されている請求項３に記載の光学測定システム。
【請求項１２】
（ａ）前記第１、第２の走査装置が、それぞれの移動インターバルにわたって前記第１、第２の静止測定位置間をそれぞれ移動し、（ｂ）前記第１の一連の静止測定位置における測定位置間での前記第１の走査装置の移動インターバルは、前記第２の走査装置が前記第２の一連の静止測定位置における測定位置で静止している間での前記第２の走査装置の測定インターバルと重なっており、（ｃ）前記第２の一連の静止測定位置における測定位置間での前記第２の走査装置の移動インターバルは、前記第１の走査装置が前記第１の一連の静止測定位置における測定位置で静止している間での前記第１の走査装置の測定インターバルと重なっている、請求項１１に記載の光学測定システム。
【請求項１３】
さらに第３の走査装置を備え、この第３の走査装置は、第３の一連の静止測定位置にわたり間欠的に移動し、前記第３の一連の静止測定位置では、前記測定ビームが試験対象物上の第３の一連の位置に向かい、この位置から戻るように方向付けられる、請求項２に記載の光学測定システム。 
【請求項１４】
前記検出器は、前記試験対象物から前記第３の走査装置を経て戻ってくる測定ビームからの測定データを記録し、
コントローラは、前記第１、第２、第３の走査装置の動作のタイミングを調整し、これにより、（a）前記第１、第２の走査装置の少なくとも1つが前記第１または第２の一連の静止測定位置における測定位置で静止している間に、第３の走査装置が移動し、（b）前記第３の走査装置が前記第３の一連の静止測定位置における測定位置で静止している間に、第１、第２の走査装置の少なくとも1つが移動する、請求項１３に記載の光学測定システム。
【請求項１５】
前記光学スイッチは、前記第３の走査装置が前記第３の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記測定ビームを前記第３の走査装置を経て試験対象物へと向け、試験対象物からの前記測定ビームを前記第３の走査装置を経て前記検出器へと向ける、請求項１４に記載の光学測定システム。
【請求項１６】
前記検出器は、前記第１、第２、第３の走査装置が前記第１、第２、第３の一連の静止測定位置における測定位置で静止している間に、それぞれの測定インターバルにわたって前記測定ビームからの測定データを記録するように構成され、
プロセッサは、前記測定データを試験対象物の測定値として解釈する、請求項１３に記載の光学測定システム。
【請求項１７】
前記コントローラは、前記第３の走査装置が前記第３の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記第１、第２の走査装置が移動するように、前記第１、第２、第３の走査装置の動作のタイミングを調整する、請求項１６に記載の光学測定システム。 
【請求項１８】
光学測定システムを用いて試験対象物を測定する方法であって、
測定ビームを発生させる工程と、
第１の一連の静止測定位置にわたって第１の走査装置を間欠的に移動させる工程であって、前記第１の一連の静止測定位置では、前記測定ビームが試験対象物上の第１の一連の位置に向けられ、前記第１の一連の位置から戻るように方向付けられる工程と、
第２の一連の静止測定位置にわたって第２の走査装置を間欠的に移動させる工程であって、前記第２の一連の静止測定位置では、前記測定ビームが試験対象物上の第２の一連の位置に向けられ、この第２の一連の位置から戻るように方向付けられる工程と、
試験対象物から前記第１、第２の走査装置を経て検出器に戻ってきた前記測定ビームから、測定データを記録する工程と、
前記第１、第２の走査装置の動作のタイミングを調整し、これにより、（a）前記第1の走査装置が前記第１の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記第２の走査装置を移動させ、（b）前記第２の走査装置が前記第２の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記第１の走査装置を移動させる工程と、
前記第１の走査装置が前記第１の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記測定ビームを前記第１の走査装置を介して試験対象物に向け、試験対象物からの前記測定ビームを前記第１の走査装置を介して前記検出器に向ける工程と、
前記第２の走査装置が前記第２の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記測定ビームを前記第２の走査装置を介して試験対象物に向け、試験対象物からの前記測定ビームを前記第２の走査装置を介して前記検出器に向ける工程と、
を備えた、方法。
【請求項１９】
第１の走査ヘッドが、前記第１の走査装置に関連付けられ、前記第１の走査装置によって試験対象物に向けられる前記測定ビームを成形するための光学系を含み、
第２の走査ヘッドが、前記第２の走査装置に関連付けられ、前記第２の走査装置によって試験対象物に向けられる前記測定ビームを成形するための光学系を含み、
さらに、前記第２の走査ヘッドを、試験対象物の異なる領域を測定するために前記第１の走査ヘッドに対して角度的に変位させる工程を備えた、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
走査ヘッドが、前記第１、第２の走査装置に関連付けられるとともに前記測定ビームを成形するためのビーム成形光学系を含み、
前記測定ビームを前記第１の走査装置を介して方向付ける工程が、前記第１の走査装置が前記第１の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記ビーム成形光学系によって成形された前記測定ビームを、前記第１の走査装置を介して試験対象物へと方向付けることを含み、
前記測定ビームを前記第２の走査装置を介して方向付ける工程が、前記第２の走査装置が前記第２の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記ビーム成形光学系によって成形された前記測定ビームを、前記第２の走査装置を介して試験対象物へと方向付けることを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記測定ビームを発生させる工程が、ソースビームを、参照アームに沿って伝搬する参照ビームと、交互の対象アームとしての前記第１、第２の走査装置の一方または他方を通って伝搬する前記測定ビームに分割することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記測定データを記録する工程は、前記第１、第２の走査装置が前記第１、第２の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、それぞれの測定インターバルにわたって前記測定ビームから測定データを記録することを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記動作のタイミングを調整する工程では、
前記第１、第２の走査装置を、それぞれの移動インターバルにわたり、前記第１、第２の静止測定位置間でそれぞれ移動させ、
前記第１の一連の静止測定位置の測定位置間での前記第１走査装置の移動インターバルを、前記第２の走査装置が前記第２の静止測定位置の測定位置に静止している間での前記第２の走査装置の前記測定インターバルに重ね、
前記第２の一連の静止測定位置の測定位置間での前記第２走査装置の移動インターバルを、前記第１の走査装置が前記第１の静止測定位置の測定位置に静止している間での前記第１の走査装置の前記測定インターバルに重ねる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
さらに、第３の走査装置を第３の一連の静止測定位置にわたって間欠的に移動させる追加の工程を備え、この第３の一連の静止測定位置において、前記測定ビームが、試験対象物上の第３の一連の位置に向けられ、この第３の一連の位置から戻るように方向付けられる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記測定データを記録する工程は、試験対象物から前記第３の走査装置を経て前記検出器に戻る前記測定ビームから測定データを記録することを含み、
前記動作のタイミングを調整する工程は、前記第１、第２、第３の走査装置の動作のタイミングを調整することを含み、これにより、（a）前記第1、第２の走査装置の少なくとも1つが第１又は第２の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記第３の走査装置を移動させ、（b）前記第３の走査装置が前記第３の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記第１、第２の走査装置の少なくとも１つを移動させる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
さらに追加の工程を備え、この工程では、前記第３の走査装置が前記第３の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記測定ビームを、前記第３の走査装置を介して前記試験対象物に向け、前記試験対象物からの測定ビームを前記第３の走査装置を介して前記検出器に向ける、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記測定データを記録する工程は、前記第１、第２、第３の走査装置が前記第１、第２、第３の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、それぞれの測定インターバルわたって前記測定ビームからの測定データを記録することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記動作のタイミングを調整する工程は、前記第１、第２、第３の走査装置の動作のタイミングを調整することを含み、これにより、前記第３の走査装置が前記第３の一連の静止測定位置における測定位置に静止する間において、前記第１、第２の走査装置の少なくとも一方を移動させる、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学測定システムに関し、特に、測定データを集めるために試験対象物上に測定ビームを走査するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
相対移動可能な測定ビームで試験対象物を精査する光学測定システムは、一般的に、ビーム源と、測定ビームを成形する光学系と、走査装置と、検出器と、プロセッサとを含む。走査装置は、プログラムされたコントローラにより制御された１以上の可動ステージと協働して測定ビームを動かし、試験対象物に対する測定ビームの位置を相対的に調整する。検出器は、測定ビームと試験対象物との遭遇に関連した測定ビームの変化を検出する。プロセッサは、測定ビームの検出された変化を試験対象物の測定値として解釈するようプログラムされている。光プローブとしての測定ビームは、試験対象物上の各点の測定にアプローチしながら、試験対象物上の限られた焦点スポットサイズにわたる個別の量のデータを集める。このような点ごとの測定値は、共通の座標系内に記録される。この座標系内で、測定ビームを用いて得られた測定値が、試験対象物に対する測定ビームの相対移動を記録した測定値と結合される。
【０００３】
測定ビームは試験対象物の予め定められた領域にわたって走査される。個々の測定値は、走査動作の一時的中断の間、すなわち測定ビームと試験対象物の相対移動が中断される間に、収集される。各個別の測定は、一般に、有限の露光期間にわたって行われる。この露光期間に、十分な量の光が集められ、その後に続く収集データの処理をサポートする。測定ビームの段階的な開始と停止は、測定ビーム停止中に測定値を得るために必要な時間と相まって、試験対象物の所定の領域の測定に要する時間を大幅に増大させる。
【０００４】
試験対象物に対する測定ビームの段階的な走査動作は加速および減速を伴う。これは、試験対象物に対する測定ビームの相対位置を一時的に不安定にさせる。個別の測定が行われる限定された領域の望ましからぬ拡大を避けるために、測定データを集める前に、測定ビームの相対位置が所望の測定位置で安定するまで、さらに時間が必要となる。
【発明の概要】
【０００５】
ここで開示する実施形態においては、試験対象物の領域にわたって測定ビームを個別に走査するために、経路を分割している。例えば、２つの走査装置を、測定ビームを一方または他方の走査装置に向ける光スイッチとともに用いることができる。試験対象物上の１つの位置における測定データを集めるために一方の走査装置を安定させ、その間に、後続の測定のために、他方の走査装置を試験対象物の新しい位置に向かって移動させることができる。光スイッチは、次の測定のために最も安定化されている走査装置に、測定ビームを向ける。
【０００６】
２つの走査装置は、試験対象物の異なる領域を走査するための別個の走査ヘッドの一部であってもよく、あるいは、２つの走査装置は同じ走査ヘッドに組み込まれ、別個の経路に沿って測定ビームを別個に方向付けするように構成されていてもよい。走査装置が同じ走査ヘッドに組み込まれている場合は、測定ビームの集光等を行うビーム成形光学系を共有することができる。あるいは、走査装置が異なる走査ヘッドに組み込まれ、各走査ヘッドがビーム成形光学系のセットを有していてもよい。
【０００７】
光スイッチに先立ち、測定ビーム（２つの走査装置を通るように方向づけられる測定ビーム）を共通に生成することができ、共通に処理することができる。例えば、試験対象物に向けられる測定ビームを同じビーム源から生成することができ、試験対象物から戻る測定ビームを同じ検出器によってモニタすることができる。この検出器は、測定ビームと試験対象物との遭遇に関連した測定ビームの変化を検出する。プロセッサも共用することができる。このプロセッサは、測定ビームの検出された変化を試験対象物の測定値として解釈するようプログラムされている。試験対象物に対して走査装置を一緒に相対移動させるための共通の運動軸を設けることもできる。
【０００８】
測定システム（２つの測定ビームによって記録された試験対象物の変化を検出するために、特定の光学メカニズムに依存する測定システム）は、他の特殊なハードウエアを共用することができる。例えば、干渉のメカニズムに依存する測定システムでは、ソースビームは、光スイッチの前に参照ビームと測定ビームとに分割することができる。参照ビームは、参照アームに沿って、参照反射器に向かい参照反射器から戻るように伝搬する。測定ビームは、走査装置の一方または他方を通るように光スイッチによって方向づけられ、別別の対象アームに沿って、試験対象物に向かい試験対象物から戻るように伝搬する。干渉システムは、波長の関数としての異なる位相変化率に依拠して距離を測る。干渉システムは、検出器とともに波長掃引光源を用いることができる。あるいは干渉システムは、所定の帯域幅の光源を、検出器の展開領域にわたって波長を分離する分光器とともに用いることができる。
【０００９】
各測定値は、走査装置と走査装置によって操縦される測定ビームが、静止状態とみなされる間の測定インターバル（測定期間；measurement interval）内で、集められる。通常、測定ビームを走査装置を介して新しい位置に動かし、そのビームを走査装置とともに新しい位置で適切な静止状態に落ち着かせるのに要する追加的時間は、測定周期を長くさせる。その間、試験対象物に関する測定データは収集されない。第２の走査装置を加えることにより、２つの走査装置の一方を、他方の走査装置が静止状態とみなされる測定インターバル中に移動させ、落ち着かせることができる。光スイッチは測定ビームを、静止状態とみなされるか静止状態に最も近づいているいずれか一方の走査装置に向ける。これにより、一方の走査装置の静止位置で測定データを集めることができ、その間、他方の走査装置は次の測定を行う準備で動くことができる。走査装置を新しい位置に移動させ落ち着かせるのに要する時間が測定インターバルを超える場合には、測定ビームを方向づけるための別のオプションとして、第３のまたはそれ以上の走査装置を追加することができる。これにより、共通の検出器は測定ビームから、より連続に近い測定データの流れを集めることができる。
【００１０】
１つの態様は、測定機のための光学測定システムであって、測定ビームを発生させるビーム源と、少なくとも2つの走査装置と、試験対象物から前記少なくとも２つの走査装置を経て戻る前記測定ビームの変化を検出する共通の検出器と、光学スイッチと、を備えている。前記少なくとも２つの走査装置は、前記測定ビームが前記共通の検出器に至る途中において、相対的にタイミング調整された一連の静止測定位置にわたって間欠的に移動することにより、前記測定ビームを試験対象物上の異なる位置に向かって操縦するように構成される。前記光学スイッチは、前記少なくとも２つの走査装置のうち前記静止測定位置の１つに静止したいずれか１つの走査装置を通るように、前記測定ビームの経路を選択する。
【００１１】
好ましくは、前記少なくとも２つの走査装置が、第１の走査装置と第２の走査装置を含み、前記第１の走査装置は、第１の一連の静止測定位置にわたり間欠的に移動し、前記第1の一連の静止測定位置では、前記測定ビームが試験対象物上の第1の一連の異なる位置に向かい、この位置から戻るように方向付けられ、前記第２の走査装置は、第２の一連の静止測定位置にわたり間欠的に移動し、前記第２の一連の静止測定位置では、前記測定ビームが試験対象物上の第２の一連の異なる位置に向かい、この位置から戻るように方向付けられる。
好ましくは、前記光学スイッチは、（ａ）前記第１の走査装置が、前記第１の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記測定ビームを前記第１の走査装置を介して試験対象物に向け、試験対象物からの前記測定ビームを前記第１の走査装置を介して前記共通の検出器に向け、（ｂ）前記第２の走査装置が、前記第２の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記測定ビームを前記第２の走査装置を介して試験対象物に向け、試験対象物からの前記測定ビームを前記第２の走査装置を介して前記検出器に向けるように、構成されている。
【００１２】
さらに、光学測定システムは好ましくはコントローラを備え、このコントローラは、前記第１、第２の走査装置の動作のタイミングを調整し、これにより、（ａ）前記第１の走査装置が前記第１の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記第２の走査装置が移動し、（ａ）前記第２の走査装置が前記第２の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記第１の走査装置が移動する。
前記コントローラは、好ましくは、前記測定ビームが前記第１、第２の走査装置を交互に通るように方向付けるべく、前記光学スイッチを制御する。
【００１３】
第１の走査ヘッドは、前記第１の走査装置に関連付けられ、前記第１の走査装置によって試験対象物に向けられる前記測定ビームを成形するための光学系を含むことができる。第２の走査ヘッドは、前記第２の走査装置に関連付けられ、前記第２の走査装置によって試験対象物に向けられる前記測定ビームを成形するための光学系を含むことができる。前記第２の走査ヘッドは、前記第１の走査ヘッドに対して角度的に変位している。
あるいは、走査ヘッドは、前記第１および第２の走査装置に関連付けられ、前記第１および第２の走査装置によって試験対象物に向けられる前記測定ビームを成形するビーム成形光学系を含むことができる。
【００１４】
前記ビーム源は、ソースビームを出射するとともにビームスプリッタをさらに備えることができる。このビームスプリッタは、前記ソースビームを参照ビームと測定ビームに分割し、前記参照ビームは参照アームに沿って伝播し、前記測定ビームは、前記光スイッチによって交互の対象アームとしての前記第１、第２の走査装置の一方または他方を通るように方向付けられる。前記検出器は、前記参照アームに沿って伝搬する前記参照ビームの部分と、前記交互の対象アームに沿って伝搬する前記測定ビームの部分を受け取る。
【００１５】
前記検出器は、好ましくは、前記第１、第２の走査装置が前記第１、第２の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、それぞれの測定インターバルにわたって前記測定ビームからの測定データを記録するように構成される。プロセッサは、前記測定データを試験対象物の測定値として解釈するように構成されている。
【００１６】
前記第１、第２の走査装置は、それぞれの移動インターバルにわたって前記第１、第２の静止測定位置間をそれぞれ移動することができる。好ましくは、前記第１の一連の静止測定位置における測定位置間での前記第１の走査装置の移動インターバルは、前記第２の走査装置が前記第２の一連の静止測定位置における測定位置で静止している間での前記第２の走査装置の測定インターバルと重なっている。同様に、前記第２の一連の静止測定位置における測定位置間での前記第２の走査装置の移動インターバルは、前記第１の走査装置が前記第１の一連の静止測定位置における測定位置で静止している間での前記第１の走査装置の測定インターバルと重なっている。
【００１７】
適切な場合には、さらに第３の走査装置を備えることができる。この第３の走査装置は、第３の一連の静止測定位置にわたり間欠的に移動し、前記第３の一連の静止測定位置では、前記測定ビームが試験対象物上の第３の一連の位置に向かい、この位置から戻るように方向付けられる。好ましくは、前記検出器は、前記試験対象物から前記第３の走査装置を経て戻ってくる測定ビームからの測定データを記録し、コントローラは、前記第１、第２、第３の走査装置の動作のタイミングを調整し、これにより、（a）前記第１、第２の走査装置の少なくとも1つが前記第１または第２の一連の静止測定位置における測定位置で静止している間に、第３の走査装置が移動し、（b）前記第３の走査装置が前記第３の一連の静止測定位置における測定位置で静止している間に、第１、第２の走査装置の少なくとも1つが移動する。
【００１８】
好ましくは、前記光学スイッチは、前記第３の走査装置が前記第３の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記測定ビームを前記第３の走査装置を経て試験対象物へと向け、試験対象物からの前記測定ビームを前記第３の走査装置を経て前記検出器へと向ける。好ましくは、前記検出器は、前記第１、第２、第３の走査装置が前記第１、第２、第３の一連の静止測定位置における測定位置で静止している間に、それぞれの測定インターバルにわたって前記測定ビームからの測定データを記録するように構成され、プロセッサは、前記測定データを試験対象物の測定値として解釈する。好ましくは、前記コントローラは、前記第３の走査装置が前記第３の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記第１、第２の走査装置が移動するように、前記第１、第２、第３の走査装置の動作のタイミングを調整する。
【００１９】
別の態様では、光学測定システムを用いて試験対象物を測定する方法であって、測定ビームを発生させる工程と、第１の一連の静止測定位置にわたって第１の走査装置を間欠的に移動させる工程であって、前記第１の一連の静止測定位置では、前記測定ビームが試験対象物上の第１の一連の位置に向けられ、前記第１の一連の位置から戻るように方向付けられる工程と、
第２の一連の静止測定位置にわたって第２の走査装置を間欠的に移動させる工程であって、前記第２の一連の静止測定位置では、前記測定ビームが試験対象物上の第２の一連の位置に向けられ、この第２の一連の位置から戻るように方向付けられる工程と、を備えている。測定データは、試験対象物から前記第１、第２の走査装置を経て検出器に戻ってきた前記測定ビームから、記録される。前記第１、第２の走査装置の動作のタイミングが調整され、これにより、（a）前記第1の走査装置が前記第１の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記第２の走査装置を移動させ、（b）前記第２の走査装置が前記第２の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記第１の走査装置を移動させる。前記第１の走査装置が前記第１の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記測定ビームが前記第１の走査装置を介して試験対象物に向けられ、試験対象物からの前記測定ビームが前記第１の走査装置を介して前記検出器に向けられる。前記第２の走査装置が前記第２の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記測定ビームが前記第２の走査装置を介して試験対象物に向けられ、試験対象物からの前記測定ビームが前記第２の走査装置を介して前記検出器に向けられる。
【００２０】
第１の走査ヘッド内で、１組の光学系によって成形された測定ビームが、前記第１の走査装置によって試験対象物に向けられる。第２の走査ヘッド内で、他の１組の光学系によって成形された測定ビームが前記第２の走査装置によって試験対象物に向けられる。前記第２の走査ヘッドは、試験対象物の異なる領域を測定するために前記第１の走査ヘッドに対して角度的に変位させることができる。あるいは、同じ１組の光学系によって成形された測定ビームは、いずれの走査装置を介しても試験対象物に向けることができる。
【００２１】
前記測定ビームは、ソースビームを、参照アームに沿って伝搬する参照ビームと、交互の対象アームとしての前記第１、第２の走査装置の一方または他方を通って伝搬する前記測定ビームに分割することにより得ることができる。
【００２２】
好ましくは、前記測定データを記録する工程は、前記第１、第２の走査装置が前記第１、第２の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、それぞれの測定インターバルにわたって前記測定ビームから測定データを記録することを含む。
好ましくは、前記動作のタイミングを調整する工程は、（a）前記第１、第２の走査装置を、それぞれの移動インターバルにわたり、前記第１、第２の静止測定位置間でそれぞれ移動させ、(b)前記第１の一連の静止測定位置の測定位置間での前記第１走査装置の移動インターバルを、前記第２の走査装置が前記第２の静止測定位置の測定位置に静止している間での前記第２の走査装置の前記測定インターバルに重ね、(c)前記第２の一連の静止測定位置の測定位置間での前記第２走査装置の移動インターバルを、前記第１の走査装置が前記第１の静止測定位置の測定位置に静止している間での前記第１の走査装置の前記測定インターバルに重ねることを含む。
【００２３】
適切な場合には、さらに、第３の走査装置を第３の一連の静止測定位置にわたって間欠的に移動させる追加の工程を備えることができる。この第３の一連の静止測定位置において、前記測定ビームが、試験対象物上の第３の一連の位置に向けられ、この第３の一連の位置から戻るように方向付けられる。
前記測定データを記録する工程は、試験対象物から前記第３の走査装置を経て前記検出器に戻る前記測定ビームから測定データを記録することを含むことができる。前記動作のタイミングを調整する工程は、前記第１、第２、第３の走査装置の動作のタイミングを調整することを含むことができ、これにより、（a）前記第1、第２の走査装置の少なくとも1つが第１又は第２の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記第３の走査装置を移動させ、（b）前記第３の走査装置が前記第３の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記第１、第２の走査装置の少なくとも１つを移動させる。
前記第３の走査装置が前記第３の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、前記測定ビームを、前記第３の走査装置を介して前記試験対象物に向け、前記試験対象物からの測定ビームを前記第３の走査装置を介して前記検出器に向けることができる。
前記動作のタイミングを調整する工程は、前記第１、第２、第３の走査装置の動作のタイミングを調整することを含むことができ、これにより、前記第３の走査装置が前記第３の一連の静止測定位置における測定位置に静止する間において、前記第１、第２の走査装置の少なくとも一方を移動させる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】相対的に制御される２つの走査ヘッドを含む測定機のための光学測定システムの略図である。
【００２５】
【図２】２つの走査装置、光スイッチ、およびビーム源の動作に関連するタイムラインを含むグラフである。
【００２６】
【図３】３つの走査装置、光スイッチ、およびビーム源の動作に関連するタイムラインを含むグラフである。
【００２７】
【図４】２つの走査装置を組み込んだ代替の走査ヘッドの配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１には、試験対象物４５に関する測定データを集めるために干渉のメカニズムを利用する光学測定システムの一実施形態が示されている。描かれた試験対象物４５の任意の形状は、測定を要する３次元のフィーチャを有する試験対象物を表している。詳述すると、ビーム源１０は、光コヒーレンス断層撮影システム(optical coherency tomography system)のための掃引レーザー光源（swept laser source）として特徴づけられる。ビーム源１０は、光ファイバーケーブルに沿って光ファイバーカプラー３０にソースビーム１３を出力する。ソースビーム１３は、掃引トリガ信号１１およびサンプルクロック信号１２に従って、所定の波長範囲にわたり周期的に掃引（sweep）する。これら信号は、ワークステーションコンピュータ２２に向かう途中でアナログーデジタル変換器２１を通過する。
【００２９】
光ファイバーカプラー３０は、ソースビームを２つの光ファイバーケーブルの間で参照ビーム３２と測定ビーム３４とに分割するビームスプリッタとして機能する。参照ビーム３２は、参照アーム３５に沿ってコリメータ等の参照アーム光学系（光学要素、光学素子；optics）を通り、参照反射器３３まで伝搬する。測定ビーム３４は、対象アーム３６に沿って伝搬する。この対象アーム３６は、光スイッチ４０によって対象アーム３６ａ、３６ｂに交互分けられる。光スイッチ４０は、測定ビームを交互の対象アーム３６ａ、３６ｂの一方又は他方に沿って方向づけるものであり、好ましくは、マサチューセッツ州ウォバーン所在のボストン・アプライド・テクノロジー社がNanona（登録商標）高速低損失光スイッチとして販売している固体光スイッチのような、クロストークの少ない高速光スイッチである。
【００３０】
第1走査ヘッド４１が交互に切り替わる対象アームのうちの一方の対象アーム３６ａに沿って配置され、第２走査ヘッド４２が他方の対象アーム３６ｂに沿って配置される。第１、第２の走査ヘッド４１，４２は、コリメート光学素子と収束光学素子の組み合わせ等からなるビーム成形光学系４３、４４（光学素子、光学要素；optics）のセットをそれぞれ有している。これらビーム成形光学要素４３，４４のセットは、広がった形の測定ビーム３４を収束して、試験対象物４５に焦点を結ぶ収束ビームに変換する。収束測定ビーム３４は、第１、第２の走査ヘッド４１、４２の内部で、ビームステアリングミラー等の走査装置４７、４８に当たる。これら走査装置４７，４８は、収束測定ビーム３４を試験対象物４５の各々の領域に向ける。走査装置４７、４８は、カリフォルニア州リッチモンド所在のMirrorcle Technologies, Inc.の２軸MEMSミラー等の高速ビーム走査ハードウエアとすることができる。図において、２つの走査ヘッド４１，４２は１８０度近く角度的に離れているが、任意の所望の角度だけ離すことができる。走査装置４７、４８によって操縦される測定ビーム３４は、好ましくは、試験対象物４５の測定対象領域をカバーする角度の２次元範囲を掃引する。走査装置４７、４８は、ビームステアリングミラーとして示されているが、プリズム、レンズ、回折格子等の他の可動要素を含むことができる。可動部品の質量を減らすと、可動部品を移動させたり、落ち着かせたりするのに要する時間を短縮することができる。測定ビームの移動に無視できない長さの時間を要する走査装置に依存する測定システムであれば、本願の構成から利益を得ることができる。
【００３１】
図示するように、試験対象物４５は、測定機の回転ステージ５０に搭載されている。回転ステージ５０は、試験対象物４５を、垂直軸線５２を中心に回転させ、それによって走査ヘッド４１，４２の走査範囲に、試験対象物４５の異なる部分を提示する。走査ヘッド４１、４２は、好ましくは、２つの走査ヘッド４１、４２からのデータセット間の整合を保つために互いに対して固定されているが、他の機械軸を用いて、試験対象物４５と２つの走査ヘッド４１、４２を互いに対して相対的に回転または平行移動させてもよい。試験対象物４５は１つの連続体として示されているが、試験対象物４５は、測定のために提示された複数の物体を表すことも意図されており、例えば、２つの走査ヘッド４１、４２は、複数の同一部品等、異なる物体を走査することもできる。
【００３２】
試験対象物４５からの反射された測定ビーム３４は、走査装置４７、４８のいずれか一方を経、光スイッチ４０を経て、光ファイバーカプラー３０に戻る。同様に、参照反射器３３からの反射た参照ビーム３２は、光ファイバーカプラー３０に戻る。この光ファイバーカプラー３０で結合された参照ビーム３２と測定ビーム３４が、検出器２０に向けられる。検出器２０は、捕捉された光信号を電気信号に変換する。この電気信号は、アナログーデジタル変換器２１を経てワークステーションコンピュータ２２に送られ、試験対象物４５の測定データとして処理される。
【００３３】
全体的な光学レイアウトはマイケルソン干渉計の形で示されているが、光コヒーレンス断層撮影のために、マッハ・ツェンダー干渉計を含む他の干渉計レイアウトを用いてもよい。ソースビームをある波長帯域にわたって掃引（sweeping）する代わりに、ソースビームを同様の波長帯域で構成し、検出器を分光器と組み合わせこともできる。分光器は、検出器の展開領域にわたって異なる波長の干渉位相を分離することができる。走査された測定ビームを用いる他の光学メカニズムも、試験対象物の測定データの収集に用いることができる。この光学メカニズムは、白色光スキャナーに基づくコヒーレンス走査干渉法を含む。測定システムは、様々な光ファイバー部品と共に示されているが、他の種類の部品（様々なビームを部品間の空間を通して方向づける部品を含む）と共に構成することができる。２つの走査ヘッド４１、４２は同じ参照アームを共有するものとして描かれているが、光スイッチ４０を干渉分割（interferometric division）のポイントの前に配置してもよく、その場合、各走査ヘッド４１、４２は、各々がカプラー／ビームスプリッタ及び参照アーム光学系を含む。
【００３４】
プログラム可能なコントローラとして構成することができるワークステーションコンピュータ２２は、光スイッチ４０及び２つの走査装置４７、４８の動作のタイミングを、掃引されたビーム源１０及び検出器２０に合わせて調整する。例えば、２つの走査装置４７、４８の各々は、一連の静止測定位置にわたって間欠的に動く。これら静止測定位置において、測定ビームは試験対象物４５の第１の一連の位置に向かい、この位置から戻るように方向づけられる。コントローラは第１、第２の走査装置の動作のタイミングを調整して、（ａ）走査装置４７が第１の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、走査装置４８を動かし、（ｂ）走査装置４８が第２の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、走査装置４７を動かす。このようにして、一方の走査装置は、他方の走査装置が静止状態にある期間の少なくともその一部において、動く（移動する）。光スイッチ４０はコントローラによって制御され、（ａ）走査装置４７が第１の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、測定ビーム３４を走査装置４７を介して試験対象物４５に向け、試験対象物４５から走査装置４７を介して検出器２０に向け、（ｂ）走査装置４８が第２の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、測定ビーム３４を走査装置４８を介して試験対象物４５に向け、試験対象物４５から走査装置４８を介して検出器２０に向ける。コントローラ内で、掃引されたビーム源の出力は、走査装置４７、４８のいずれかが第1または第２の一連の静止測定位置における測定位置に静止している時間に合わせて、タイミング調整される。同様に、検出器２０からの測定データ出力は、第1または第２の一連の静止測定位置における測定位置毎に、処理される。ワークステーションコンピュータ２２内で、プログラム可能なプロセッサは、測定データを試験対象物４５の測定値として解釈するように構成されている。検出器２０からの測定データの処理は、データ取得と同時に行ってもよく、データ取得に続いてデータ取得の合間の時間に行ってもよい。
【００３５】
検出器２０は、第１、第２の走査装置４７、４８が第1、第２の一連の静止測定位置における測定位置に静止している間に、それぞれの測定インターバル（測定期間；measurement interval）内で、測定ビーム３４からの測定データを記録するように構成されている。プロセッサは、この測定データの記録と同時にまたは引き続いて、測定データを試験対象物４５の測定値として解釈する。第１、第２の走査装置４７、４８は、それぞれの移動インターバル(移動期間；motion interval)にわたり、それぞれ第1、第２の一連の静止測定位置間を移動する。
【００３６】
図２のタイミンググラフにおいて、上の２つの線６０、６２は、それぞれ走査装置４７、４８の挙動をプロットしたものであり、レベル“１”が移動状態を示し、レベル“０”が静止状態を示す。レベル“１”の平坦なピーク７２は、走査装置４７、４８がビームステアリングミラーを新しい測定位置へと動かしている時間を表わす。レベル“１”と“０”の間の傾斜７４は、ビームステアリングミラーが徐々に静止状態へと落ち着く間の時間を表わす。平坦なピーク７２とそれに隣接する傾斜７４の合計の時間は、移動インターバルに対応する。レベル“０”の平らな谷７６は、走査装置４７、４８が静止状態に維持されている時間を表わす。この時、測定データが取得される。プロット６０、６２の平らな谷７６は、それぞれ第１、第２の一連の静止測定位置を表わす。この静止測定位置で、一連の測定インターバル中に測定ビーム３４は、走査装置４７、４８を介して試験対象物４５に向けられ、試験対象物４５から戻るように方向付けられる。線６４は光スイッチ４０の動作を表わし、レベル“ａ”は、測定ビーム３４が、交互に切り替わる一方の対象アーム３６ａに沿い走査装置４７を経て試験対象物４５に向けられるスイッチ位置を表わし、レベル“ｂ”は、測定ビーム３４が、交互に切り替わる他方の対象アーム３６ｂに沿い走査装置４８を経て試験対象物４５に向けられるスイッチ位置を表わしている。平坦なピーク７８は、スイッチがレベル“ｂ”で動作し、光を対象アーム“３６ｂ”に向けている時間を表わし、走査装置４８が静止状態に維持される期間と対応する。平らな谷８０は、スイッチがレベル“ａ”で動作し、光を対象アーム“３６ａ”に向けている時間を表わし、走査装置４７が静止状態に維持される期間と対応する。線６６は掃引ビーム源１０の出力を表わし、その出力の波長は、連続する掃引インターバル８２（掃引期間；sweep interval）の各々において、ψ１からψ２まで変化する。各掃引インターバル８２は、試験対象物４５の１回の測定のためのデータ取得に要する時間を意味する。
【００３７】
図２のグラフは理想状態を表わし、測定インターバルが移動インターバルに対応しており、２つの走査装置４７、４８だけでほぼ連続的なデータ取得が可能であり、データ取得が中断するのは、動作状態を変える様々な装置（光スイッチ４０、掃引ビーム源１０、検出器２０を含む）の性能のみである。それぞれの走査装置４７、４８が静止状態にある測定インターバルは、好ましくは、ビーム源１０の連続する波長掃引の時間等、所望の測定データの蓄積に要する時間と一致するように調整される。しかし、移動インターバルは、走査装置４７、４８を動かして静止させるのに要する時間に依存して変動する可能性があり、この所要時間は各動きのその時の移動条件に依存する。測定データが取得される測定間の時間間隔は最小化されあるいは少なくとも大幅に削減されているとはいえ、上記のような変動が原因で、スイッチング速度またはレーザーリセットよりも長い時間間隔が生じる可能性がある。
【００３８】
一部の構成においては、移動インターバルが測定インターバルよりもはるかに長く、２つの走査装置４７、４８だけによるデータ取得がより間欠的になり、時間が有効に使えなくなることがある。別の（第３の）走査装置を介して測定ビーム３４を試験対象物４５に送るというオプションとして、光スイッチ４０に別の（第３の）走査ヘッドを接続する。これによれば、部分的に重なり合う移動インターバルを利用して、測定インターバルをより連続に近づけることができ、より連続的なデータ取得に資することができる。３つ以上のチャンネル間の切り替えには、一般に、出力ポートを３つ以上備えた高速スイッチ、または１ｘ２ポートスイッチを連ねたものが必要とされる。３つの走査ヘッドは所望の相対的配向としてよいが、１つの想定される構成において、３つの走査ヘッドは、垂直軸線５２の周りを１２０度の等しい角度で離すことができる。
【００３９】
図３のタイミンググラフにおいて、上の３つの線９０、９２、９４は、３つの走査装置の挙動をプロットしている。運動状態はレベル“１”で示し、静止状態はレベル“０”で示す。図２と同様に、レベル“１”の平坦なピーク７２は、走査装置がビームステアリングミラーを新しい測定位置に移動させるために動いている時間を表わす。レベル“１”と“０”の間の傾斜７４は、ビームステアリングミラーが徐々に静止状態に落ち着く間の時間を表わす。それぞれの平坦なピーク７２と隣接する傾斜７４の合計時間は、移動インターバルに対応する。レベル“０”の平らな谷７６は、走査装置が静止状態に維持されている時間を表わす。この時に、測定データが取得される。プロット９０、９２及び９４の平らな谷７６は、それぞれ第１、第２及び第３の一連の静止測定位置を表わす。この静止測定位置で、一連の測定インターバル中において、測定ビーム３４が試験対象物４５に向けられ、試験対象物４５から戻るように方向づけられる。線９６は光スイッチ４０の動作を表わし、レベル“ｋ”は、測定ビーム３４がプロット線９０で表わされる走査装置を通るように配向されるスイッチ位置を表わし、レベル“ｊ”は、測定ビーム３４がプロット線９２で表わされる走査装置を通るように配向されるスイッチ位置を表わし、レベル“ｉ”は、測定ビーム３４がプロット線９４で表わされる走査装置を通るように配向されるスイッチ位置を表わす。レベル“ｋ”の平坦なピーク８４は、線９０の走査装置によって規定される測定インターバルと時間的に整合される。レベル“ｊ”の中間の平坦部８６は、線９２の走査装置によって規定される測定インターバルと時間的に整合される。レベル“ｉ”の平らな谷８８は、線９４の走査装置によって規定される測定インターバルと時間的に整合される。線９８は掃引ビーム源１０の出力を表わし、走査インターバル８２にわたるψ１からψ２までの波長の変動を示す。この走査インターバルは、光スイッチ４０の動作と、３つの走査装置の協働によって提供される連続的測定インターバル、の両方と適合する周期性を有する。このように、測定インターバルは運動インターバルの２分の１の長さに過ぎないが、協調する走査装置を３つ用いるだけで、連続に近いデータ取得が可能となる。同様の協調した方法でさらに走査装置を追加して、運動インターバルに対する測定インターバルの他の比に対応させることが可能である。走査装置間で測定インターバルまたは運動インターバルが異なっていてもよい。試験対象物の異なるフィーチャの測定に対応するために、走査ヘッド自体が互いに異なっていてもよい。
【００４０】
代替の走査ヘッド１００を図４に示す。走査ヘッド間で走査装置を分ける代わりに、走査ヘッド１００が２つの走査装置１０２、１０４を組み込んでいる。光ファイバーケーブル１０６、１０８は、前記実施形態の光スイッチ４０と同様の光スイッチからの測定ビーム３４を、交互に伝送する。ビーム成形光学系１１０は、光ファイバーケーブル１０６、１０８から放出された拡散光を、軸線を外れた位置からコリメートし、交互に収束する測定ビーム３４を走査装置１０２、１０４を介してフォーカスして、交互に収束する測定ビームを別個に操縦する。
【００４１】
この図において、走査装置１０２、１０４は、それぞれ独立して集束されたビームを図の平面の外に向かって反射するステアリングミラーである。しかし、いずれのステアリングミラーも２つの軸線の周りを旋回可能であり、試験対象物の領域にわたって測定ビーム３４を交互に走査することができる。
【００４２】
走査装置は共通の公称配向で示されているが、走査装置１０２、１０４は位置または配向が異なっていてもよい。走査ヘッド１００内で走査装置をさらに分離または相対的に位置づけるために、折り畳みミラーやその他の中間光学系を用いてもよい。さらに、同じ走査ヘッド１００に３つ以上の走査装置を組み込むことができる。これは特に、異なるオフセット位置で光スイッチに接続された他の光源を追加することにより達成することができる。
【００４３】
様々な光学測定目的（現在予期されないオプションおよび改善を含む）のために、本発明の全体の教示内容に沿い、以下の特許請求の範囲内で、様々な異なる特徴および構成要素を、用いたり組み合わせたりすることができる。
【図１】
2021503595.tif 000003
【図２】
2021503595.tif 000004
【図３】
2021503595.tif 000005
【図４】
2021503595.tif 000006
【国際調査報告】
2021503595.tif 000007