(57)【要約】被検物体の凹凸を測定するために周波数走査干渉法が共通経路干渉計に適用される。被検物体に隣接して配置される基準素子が、ビームスプリッタとしても基準表面としても機能する。測定ビームの第１の部分が基準ビームとして基準素子の基準表面から反射し、測定ビームの第２の部分が対物ビームとして被検物体の表面に向けて、また被検物体の表面から、基準素子を通過する。いずれのビームも、被検物体表面上の異なる横座標に関係付けられる対物ビーム及び基準ビームの局在部分の間の増加的干渉及び減殺的干渉によりつくられる複数の強度変化を記録する検出器に向けて共通経路に沿って送られる。被検物体の表面上及び基準素子の表面上の対応する点の間の経路長差に敏感な変調周波数において生じる、増加的干渉条件と減殺的干渉条件の間の強度変化を変えるに十分な様々な周波数範囲にわたり、測定ビームの光周波数を増分的に変えられる。
2006515925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物体の凹凸を測定するための周波数走査型干渉測定システムにおいて、
測定経路に沿って前記被検物体に向かって測定ビームを送る指向システム、及び
前記被検物体に対して固定された位置において前記被検物体に隣接し、前記測定経路に沿って配置された基準素子であって、前記基準素子の表面に関する情報を獲得する前記測定ビームの基準ビーム部分を、前記被検物体の表面に関する情報を獲得する前記測定ビームの対物ビーム部分から弁別するための基準素子、
を備え、
前記指向システムは前記情報が載っている対物ビーム及び前記情報が載っている基準ビームも共通経路に沿って検出器に向かって送るようになっており、
前記検出器は、前記被検物体の前記表面と前記基準素子の前記表面の間の比較として、前記情報が載っている対物ビームと前記情報が載っている基準ビームの結合された強度変化を検出するようになっており、
さらに、
前記検出器により検出される前記対物ビーム及び前記基準ビームの実効周波数成分を変える周波数変成器、及び
前記基準素子表面に対する前記被検物体表面の凹凸を測定するために、前記情報が載っている対物ビーム及び前記情報が載っている基準ビームの前記実効周波数成分の変化によって誘起される、前記検出される強度変化を、前記対物ビームと前記基準ビームの間の経路長差の尺度に変換するプロセッサ、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記基準素子が、前記被検物体表面と前記基準素子表面の間隔が固定される、前記被検物体の取付けに関与することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記検出器が前記被検物体表面の異なる位置に関係付けられる強度変化を個別に測定するための個別検出器から成る検出器アレイを備え、前記個別検出器の前記強度変化が、隣接する個別検出器の前記強度変化とは無関係に、前記異なる位置における表面プロファイル形状の尺度を与えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記情報が載っている対物ビーム及び前記情報が載っている基準ビームを用いて、前記被検物体表面及び前記基準素子表面をともに前記検出器アレイ上に像映するための画像化システムをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記周波数変成器が前記測定ビームの公称波長の少なくとも１０倍の大きさの範囲を有する前記被検物体表面の異なる横座標間のプロファイル変化を一意的に弁別するに十分な細かさの増分で前記測定ビームの前記実効周波数を変えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記周波数変成器が、大きさの変化が前記測定ビームの公称波長の１０倍より小さい、前記被検物体表面の前記異なる横座標間のプロファイル変化を弁別するに十分に広い周波数帯にわたり前記測定ビームの前記周波数を変えることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記検出器が前記被検物体表面の異なる横座標に関係付けられる強度変化を個別に測定するための個別検出器の検出器アレイを備え、前記個別検出器の前記強度変化が、隣接する個別検出器の前記強度変化とは無関係に、前記異なる横座標における表面プロファイル形状の尺度を与えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
被検物体の凹凸を測定する周波数走査方法において、
干渉計の基準素子に隣接する固定された位置に被検物体を取り付ける工程、並びに、前記基準素子及び前記被検物体に向け、前記干渉計を通して測定ビームを伝搬させる工程、
前記干渉素子の表面から情報を獲得する前記測定ビームの基準ビーム部分を前記被検物体の表面から情報を獲得する前記測定ビームの対物ビーム部分から弁別する工程、
前記情報が載っている対物ビームと前記情報が載っている基準ビームの結合された強度変化を前記被検物体の前記表面と前記基準素子の前記表面の間の比較として検出する工程、
前記検出器により受け取られる前記対物ビーム及び前記基準ビームの実効周波数成分を変える工程、及び
前記基準素子表面に対する前記被検物体表面の凹凸を測定するために、前記情報が載っている対物ビームと前記情報が載っている基準ビームの前記実効周波数成分の変化によって誘起される、前記検出される強度変化を、前記対物ビームと前記基準ビームの間の経路長差の尺度に変換する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記実効周波数を変える工程が、前記基準ビーム及び前記対物ビームの間の経路長差の関数として変わる変換周波数を有する正弦曲線でフィッティングすることができる、検出される強度変化を生じさせる増分で前記実効周波数を変える工程を含み、前記凹凸の位置分解能は前記対物ビーム及び前記基準ビームの公称周波数に依存し、前記凹凸の尺度の分解能は前記対物ビーム及び前記基準ビームの公称周波数に依存しないことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記検出する工程が、前記被検物体表面の異なる位置に関係付けられる、検出される強度変化を個別に測定する工程を含み、前記変換する工程が、前記被検物体表面の隣接する位置の前記強度変化とは無関係に、前記異なる位置における前記凹凸の尺度を与えるために、前記被検物体の前記異なる位置に関係付けられる、前記検出される強度変化を変換する工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２００２年６月２４日に出願された、先行出願の米国仮特許出願第６０/３９０９７０号の利益を請求する。上記仮特許出願の明細書は参照によって本明細書に含まれるものとする。
【技術分野】
【０００２】
波長走査干渉法または多波長干渉法とも称される周波数走査干渉法は、異なる光周波数における一連の干渉パターンを生成し、パターンを評価して被検物体のプロファイルを測定する。
【背景技術】
【０００３】
測定を実施するために多数のレーザ周波数または波長を用いる周波数走査型干渉計が数年にわたり開発途上にある。干渉計は、基準平面または基準表面に対して垂直にとられる表面変化の尺度として被検物体の表面プロファイルを測定するために特に有用である。この開発の例を示す参考文献として、非特許文献１，非特許文献２及び非特許文献３などがある。
【０００４】
周波数走査干渉法のさらに最近の開発として、チューナブルレーザダイオード及びＣＣＤ検出器アレイなどのコンポーネントを使用することなどがある。この結果、多種多様な市販の精密部品に対して品質管理測定を実施し得る小型で正確で高速なシステムが開発された。これらのさらに最近の開発の例は、非特許文献４，非特許文献５，非特許文献６，非特許文献７，非特許文献８，非特許文献９，非特許文献１０，非特許文献１１，非特許文献１２及び非特許文献１３などである。
【０００５】
両リストの参考文献の全ては、周波数走査干渉法の実施に用いられる従来の装置及び処理アルゴリズムの確認を含めることを目的として、参照によって本明細書に組込んだものとする。
【０００６】
既知のタイプの周波数走査型干渉計システム１０が従来技術の図１に示されている。総合的形態のトワイマン−グリーン干渉計では、様々な周波数範囲にわたり同調させることができる測定ビーム１６をコンピュータ１４の制御下にあるチューナブルレーザ１２がつくる。ビーム状態調整光学系１８が測定ビーム１６を拡大し、コリメートする。折り曲げミラー２０が、測定ビーム１６を対物ビーム２４及び基準ビーム２６に分割する、ビームスプリッタに測定ビーム１６を向ける。対物ビーム２４は被検物体３０から再帰反射され、基準ビーム２６は基準ミラー３２から再帰反射される。ビームスプリッタ２２が対物ビーム２４及び基準ビーム２６を再結合させ、（１枚のレンズまたはレンズ群のような）像映光学系３４が被検物体３０及び基準ミラー３２の像を（ＣＣＤ素子アレイのような）検出器アレイ３６上に集束して重ね合わせる。検出器アレイ３６は、対物ビーム２６と基準ビーム２６の間の経路長変化により生じる干渉パターンの強度を記録する。検出器アレイ３６からの出力はコンピュータ１４に格納されて、処理される。
【０００７】
検出器アレイ３６のそれぞれの素子は、対物ビーム２４と基準ビーム２６の間の干渉に依存する局所強度値を記録する。それぞれの強度値は被検物体３０上の１つの点に跡づけることができる。しかし、表面変化の一義的尺度として対物ビーム２４と基準ビーム２６の間の位相差を決定するために強度値を評価する代わりに、一連の測定ビーム１６の様々な光周波数（または波長）に対して一組の別々の干渉パターンが記録される。チューナブルレーザ１２は、光周波数を増分させながら次々に変えることによって段階的に動作させられ、検出器アレイ３６が対応する干渉パターンを記録する。個々の干渉パターンを記録するデータフレームの数は一般に１６フレームまたは３２フレームである。
【０００８】
局所強度値は、増加的干渉条件と減殺的干渉条件の間で光周波数の変化により正弦的に変化する。強度変化レート、すなわち強度変化の周波数は、対物ビーム２４と基準ビーム２６の局所部分の間の経路長差の関数である。強度の緩やかな変化（小さな干渉周波数変化）は小さな経路長差でおこり、強度のさらに急速な変化（大きな干渉周波数変化）は大きな経路長差でおこる。
【０００９】
測定ビーム１６の光周波数における増分変化にともなう強度変化の干渉周波数を同定するために、離散フーリエ変換をコンピュータ１４内で用いることができる。コンピュータ１４は、基準ミラー３２の表面からのプロファイル変化の尺度として被検物体３０の３次元像を構成するために用いることができる、対物ビーム２４と基準ビーム２６の間の局所経路長差の尺度への強度変化の干渉周波数の変換も行う。干渉ミラー３２は平坦であるから、決定された光路差は平面からの物体３０の偏差に等価である。得られた３次元地形情報は、精密につくられた部品の品質管理に有用な、物体３０の重要な特性（例えば平坦性または平行性）を測定するために、さらに処理することができる。
【００１０】
検出器アレイ３６の素子により記録される強度値“Ｉ”は、１つは対物ビーム２４“Ｕ対物”により、１つは基準ビーム２６“Ｕ基準”による、２つのコヒーレント成分の和として、式（１）、
【数１】
2006515925.tif 000003
【００１１】
のように書くことができる。
【００１２】
記録される強度は、例えば、対物ビーム２４及び基準ビーム２６でつくられる像内のピクセルにより測定される強度に対応する。対物ビーム２４“Ｕ対物”は式（２）、
【数２】
2006515925.tif 000004
【００１３】
と書くことができ、基準ビーム２６“Ｕ基準”は、式（３）、
【数３】
2006515925.tif 000005
【００１４】
と書くことができる。ここで、“Ａ１”及び“Ａ２”は振幅であり、“λ”は波長であり、“Ｒ１”及び“Ｒ２”は２本のビーム２４及び２６に対する光路である。光路差をＲ＝Ｒ１−Ｒ２とすれば、強度“Ｉ”は、式（４）、
【数４】
2006515925.tif 000006
【００１５】
または周波数表記を用いて、式（５）、
【数５】
2006515925.tif 000007
【００１６】
と書くことができる。ここで“ｃ”は光速度であり、“ν”は光周波数である。
【００１７】
式（５）は強度が、“|Ａ１|２＋|Ａ２|２”に等しいバイアス項及び余弦項の、２つの基本項を有することを示す。注目する正弦的強度変化は余弦項から生じる。バイアス項は、強度データの平均を計算し、この平均を式（５）から差し引くことにより容易に除去できるオフセットである。
【００１８】
やはり式（５）から明らかなように、余弦項の周波数は測定ビーム１６の周波数（または波長）と“Ｒ”−光路差（ＯＰＤ）−に依存する。チューナブルレーザ１２により与えられる光周波数の増分変化に基づき、フーリエ変換法を用いて“Ｒ”の値を関数にフィッティングすることができる。この手順には、一連の“Ｎ”個の光周波数に対する干渉パターンを記録することが含まれる。次いで、それぞれの検出器素子からのデータを、既知の（または推定される）光周波数を用いてフーリエ変換し、変化のピーク干渉周波数の位置によりそれぞれの検出器素子に対する“Ｒ”の値がわかる。
【００１９】
図２は、単一の検出器素子により記録され、光強度の平均を差し引いて式（５）にフィッティングした、一般的な３２（Ｎ）の光周波数からなるデータセットに対応する強度データの離散フーリエ変換の代表的な結果を示す。２５６（Ｍ）の等しい細分画に細分されたバンド幅内でサンプリングされた干渉周波数分画の、式（６）、
【数６】
2006515925.tif 000008
【００２０】
にしたがう相対振幅|Ｋ'|２がプロットされている。ここでＩ＝１０＋ｃｏｓ（３πｎ/１０）である。
【００２１】
対物ビーム２４と基準ビーム２６の間の経路長差の互いに逆の符号に対応する、２つの干渉周波数ピーク４０及び４２が余弦関数から生じる。経路長差“Ｒ”が大きくなるにつれて、一方のピーク４０または４２は他方のピーク４２または４０に吸収され、この交換はデータがプロファイル変化に一意的に変換され得る範囲を決定する。ピーク４０または４２のいずれが対物ビーム２４と基準ビーム２６の間の実経路長差に対応するかの決定は、対物ビーム２４と基準ビーム２６の間の光路長差が系統的態様で計画的に変えられる位相シフト法により行うことができる。“２−ピーク”両意性を分解し、測定間隔を広げるための位相シフト法の例は、先に挙げた非特許文献１３にも、本明細書にやはり参照として含まれる特許文献１，特許文献２，特許文献３，特許文献４及び特許文献５にも開示されている。
【００２２】
位相シフトは干渉の両意性を分解するために日常的に用いられているが、その実施にはさらに測定が必要であり、測定装置が複雑化し、処理に時間がかかる。フィゾー干渉計のような共通経路干渉法システムを位相シフトに適合させることは容易ではない。共通経路干渉法システム内では、被検物体が基準素子とともにキャビティ内に取り付けることができ、あるいは検査光学系を基準素子上に取り付けることができる。位相シフトに必要であるような被検物体と基準素子の間隔に対する系統的変化のための別の要件は、機械的複雑性をかなり大きくし、共通経路干渉法で利用される被検物体と基準素子の間の結合を弱めることである。
【特許文献１】米国特許第４８３２４８９号明細書
【特許文献２】米国特許第５７７７７４２号明細書
【特許文献３】米国特許第５８８０８４１号明細書
【特許文献４】米国特許第５９０７４０４号明細書
【特許文献５】米国特許第５９２６２７７号明細書
【非特許文献１】アール・ジー・ピルストン（R. G. Pilston）及びジー・エヌ・スタインバーグ（G. N. Steinberg）著「チューナブルソースによる多波長干渉法（Multiple-Wavelength Interferometry with Tunable Source）」Applied Optics，１９６９年，第８巻，ｐ.５５３〜５５６
【非特許文献２】ディー・マラカラ（D. Maracara）編「光学現場試験（Optical Shop Testing）」１９７８年，ワイリー（Wiley），ニューヨーク，ｐ.３９７〜４０２
【非特許文献３】ワイ・チェン（Y. Cheng）及びジェイ・シー・ワイアント（J. C. Wyant）著「多波長位相シフト干渉法（Multiple-Wavelength Phase-Shifting Interferometry）」Applied Optics，１９８５年，ｐ.８０４
【非特許文献４】エイチ・キクタ（H. Kikuta）、ケイ・イワタ（K. Iwata）及びアール・ナガタ（R. Nagata）著「レーザダイオード光の波長シフトによる距離測定（Distance Measurement by Wavelength Shift of Laser Diode Light）」Applied Optics，１９８６年，第２５巻，ｐ.２９７６〜２９８０
【非特許文献５】ティー・クボタ（T. Kubota）、エム・ナラ（M. Nara）及びティー・ヨシノ（T. Yoshino）著「変位及び距離を測定するための干渉計（Interferometer for Measuring Displacement and Distance）」Optics Letters，１９８７年，第１２巻，ｐ.３１０〜３１２
【非特許文献６】ピー・ドグルート（P. de Groot）著「３色レーザダイオード干渉計（Three-Color Laser-Diode Interferometer）」Applied Optics，１９９１年，第３０巻，ｐ.３６１２〜３６１６
【非特許文献７】エム・スエマツ（M. Suematsu）及びエム・タケダ（M. Takeda）著「干渉縞解析にフーリエ変換手法を用いる距離測定のための波長シフト干渉法（Wavelength-Shift Interferometry for Distance Measurement using a Fourier Transform Technique for Fringe Analysis）」Applied Optics，１９９１年，第３０巻，ｐ.４０４６〜４０５５
【非特許文献８】ジェイ・シー・マーロン（J. C. Marron）及びケイ・エス・シュローダー（K. S. Schroeder）著「レーザ周波数ダイバーシチを用いる３次元無レンズ画像化（Three-Dimensional Lensless Imaging Using Laser Frequency Diversity）」Applied Optics，１９９２年，第３１巻，ｐ.２５２〜２６２
【非特許文献９】ジェイ・シー・マーロン（J. C. Marron）及びケイ・エス・シュローダー（K. S. Schroeder）著「ホログラフィレーザレーダ（Holographic Laser Radar）」Optics Letters，１９９３年，第１８巻，ｐ.３８５〜３８７
【非特許文献１０】アール・ジー・パクスマン（R. G. Paxman）、ジェイ・エイチ・セルディン（J. H. Seldin）、ジェイ・アール・フィーナップ（J. R. Fienup）及びジェイ・シー・マーロン（J. C. Marron）著「３次元画像化における不透明度拘束条件の使用（Use of Opacity Constraint in Three-Dimensional Imaging）」反転光学に関するＳＰＩＥ会議III（１９９４年４月，米国フロリダ州オーランド（Orland））のプロシーディングス，ｐ.２２４１
【非特許文献１１】エル・ジー・シャーリー（L. G. Shirley）及びジー・アール・ヘイラーマン（G. R. Hallerman）著「レーザレーダ及び３Ｄ画像化へのチューナブルレーザの応用（Application of Tunable Lasers to Laser Radar and 3D Imaging）」ＭＩＴリンカーン研究所（Lincoln Laboratory）（米国マサチューセッツ州レキシントン（Lexington））技術レポート１０２５，１９９６年
【非特許文献１２】エス・クワムラ（S. Kuwamura）及びアイ・ヤマグチ（I. Yamaguchi）著「実時間表面形状測定のための波長走査プロファイル測定法」Applied Optics，１９９７年，第３６巻，ｐ.４４７３〜４４８２
【非特許文献１３】ジェイ・シー・マーロン（J. C. Marron）及びクルト・ダブリュー・グライヒマン（Kurt W. Gleichman）著「チューナブルレーザ源を用いる３次元画像化（Three-Dimensional Imaging Using a Tunable Laser Source）」Optical Engineering，２０００年，第３９巻，ｐ.４７〜５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
従来技術の干渉計より簡素で小型であり、位相シフトを必要とせずに正確な表面プロファイル測定値を生じる、改善された周波数走査型共通経路干渉計を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は周波数走査干渉法を共通経路干渉法システムに拡張する。振動及び空気乱流のような環境効果への敏感性が弱められ、異なる対物ビーム経路及び基準ビーム経路に沿う別々の光学コンポーネントにより生じるばらつきが小さくなる、共通経路干渉法システムの利点が保持されると同時に、測定範囲（すなわち一意的測定間隔）が拡大され得る。
【００２５】
本発明にしたがえば、測定の曖昧さ（ambiguities）を解明するために位相シフトアクチュエータ及び位相シフト法は必要ではない。基準表面及びビームスプリッタの両機能を組み入れるために位相シフト要件による制約のない基準素子を構成することができる。さらに、試験下にある被検物体を支持するために基準素子を構成することができる。被検物体に隣接するビームスプリッタとしても機能する基準素子を配置することにより、基準表面に関係付けられる基準ビームが被検物体の表面に関係付けられる対物ビームとともに共通経路の全長に沿って進行する共通経路干渉法システムの恩恵を本発明が利用することが可能になる。さらに、被検物体を基準素子に対して固定された位置に取り付けることにより、対物ビームと基準ビームに共有される共通経路より先の擾乱の影響が最小限に抑えられる。
【００２６】
周波数走査干渉法システムを本発明にしたがって構成することにより、被検物体の凹凸を測定することが可能である。指向システムが測定ビームを測定経路に沿って被検物体に向かって送る。被検物体に隣接する、測定経路に沿って固定された位置に配置された基準素子が、測定ビームの基準ビーム部分を測定ビームの対物ビーム部分から弁別する。基準ビーム部分は基準素子の表面に関する情報を獲得し、対物ビーム部分は被検物体の表面に関する情報を獲得する。指向システムはまた、情報が載っている対物ビーム及び基準ビームを共通経路に沿って検出器に向かって送る。検出器は、被検物体の表面と基準素子の表面の間の比較としての、情報が載っている対物ビームと基準ビームの結合された強度変化を検出する。
【００２７】
周波数変成器が検出器により検出される対物ビーム及び基準ビームの実効周波数成分を変える。プロセッサが、情報が載っている対物ビーム及び基準ビームの実効周波数成分の変化により誘起された、検出された強度変化を、基準素子表面に対する被検物体表面の凹凸を測定するために対物ビームと基準ビームの間の経路長差の尺度に変換する。
【００２８】
周波数変成器は測定ビームの周波数成分を変えるためのチューナブルレーザ源を備えることが好ましい。被検物体に向かう測定経路及び検出器に向かう共通経路の両者は、コンパクトな構造を与えるために検出器と基準素子表面の間で互いに逆方向に重なり合うことが好ましい。被検物体は対物ビームと基準ビームの共通経路のすぐ先に取り付けられるが、被検物体と基準素子の間の環境の示差的影響を最小限に抑えるために、基準素子に対して固定された関係で取り付けられることが好ましい。さらにいえば、基準素子は、基準素子と被検物体の物理的結合を強めるため、被検物体を取り付けるために用いられることが好ましい。
【００２９】
検出器は、被検物体表面の異なる位置に関係付けられる強度変化を個別に測定するため、個別の検出器からなる検出器アレイを備えることが好ましい。個別検出器の強度変化は、隣接する個別検出器の強度変化とは無関係に、異なる位置における表面プロファイル形状の尺度を与える。画像化システムが、情報が載っている対物ビーム及び基準ビームを用いて、被検物体表面及び基準素子表面をともに検出器アレイ上に像映する。
【００３０】
本発明は、周波数走査を用いて被検物体のプロファイル変化を測定するための変形フィゾー干渉計として特に構成することができる。光源が測定ビームをつくる。基準表面を有する基準素子が、測定ビームの第１の部分を基準ビームとして反射し、測定ビームの第２の部分を被検物体の表面への及び被検物体の表面からの対物ビームとして通過させる。検出システムが、被検物体表面上の異なる横座標に関係付けることができる対物ビームと基準ビームの局在部分間の増加的干渉及び減殺的干渉によりつくられる複数の強度変化を検出する。測定ビームは経路を通って基準素子表面に送られ、経路には、被検物体表面から戻ってくる対物ビーム及び基準素子表面から戻ってくる基準ビームのいずれもが検出システムに送られる共通経路が含まれる。
【００３１】
周波数変成器が測定ビームの実効周波数を変え、被検物体表面の異なる横座標における被検物体表面と基準素子表面の間の経路長変化に対応する変調周波数における増加的干渉条件と減殺的干渉条件の間の強度変化の変化を生じさせる。プロセッサが、被検物体表面と基準素子表面の間の経路長変化を、被検物体表面の異なる横座標における被検物体表面のプロファイル変化の相対尺度として参照するために、変化する強度変化から変調周波数を同定する。
【００３２】
周波数変成器は、測定ビームの周波数を変えるための、光源に対する周波数同調器を備えることが好ましい。周波数変成器は、測定ビームの公称波長の少なくとも１０倍の大きさの範囲を有する被検物体表面の異なる横座標の間のプロファイル変化を一意的に弁別するに十分な細かさの増分で測定ビームの実効周波数を変えるように構成することができる。さらに細かい測定ビームの周波数増分を用いることにより、測定範囲を公称波長の、１００倍、１０００倍、さらにはそれ以上とすることが可能である。
【００３３】
周波数変成器は、変化の大きさが測定ビームの公称波長の１０倍より小さい被検物体表面の異なる横座標間のプロファイル変化を弁別するに十分な広さの周波数範囲または周波数帯にわたり、測定ビームの周波数を変えるように構成することもできる。対物ビームと基準ビームの間の経路長差の分解能は、測定ビームの周波数範囲の公称周波数ではなく、周波数範囲の関数である。したがって、測定ビームの周波数範囲を広げることにより、位相シフトを用いずに、測定ビームの公称波長より変化が小さいプロファイル変化を弁別することができる。
【００３４】
基準素子は、被検物体表面に向けて光（すなわち輻射線）を通過させ、被検物体表面から反射された光（すなわち輻射線）を入れる、干渉計の窓の形態をとることが好ましい。基準素子は、被検物体表面と基準素子表面の間隔が固定される、被検物体の取り付けに関与することも好ましい。
【００３５】
検出システムは被検物体表面の異なる横座標に関係付けられる強度変化を個別に測定するための個別の検出器からなる検出器アレイを備えることが好ましい。個別検出器の強度変化は、隣接する個別検出器の強度変化とは無関係に、異なる横座標における表面プロファイル形状の尺度を与える。画像化システムは、対物ビーム及び基準ビームを用いて、検出器アレイ上に被検物体表面及び基準素子表面をともに像映する。
【００３６】
検出器アレイは測定ビームの増分変化する周波数のそれぞれにおいて干渉パターンを記録するが、干渉パターン自体が個別に判読される必要はない。実際上、被検物体の表面粗さが干渉縞間隔を上回り、よって干渉縞が干渉パターンに現れないでいることができる。これにより、干渉パターンがスペックルとして現れる拡散表面の測定が可能になる。
【００３７】
本発明では、個々の干渉パターン内での増加的干渉効果と減殺的干渉効果の比較は必要ではない。パターンの各点は、測定ビーム周波数の変化により引き起こされる増加的干渉及び減殺的干渉の間の変化のレートについて個別に評価される。提案される測定ビーム周波数の増分変化により、各点についての増加的干渉及び減殺的干渉の少なくとも１サイクルにわたる一連の干渉パターン内の対応する点の強度のサンプリングが得られる。
【００３８】
本発明は、被検物体の凹凸の周波数走査測定法として実施することもできる。例えば、本発明は干渉計の基準素子に隣接する固定された位置での被検物体の取り付けを提供する。干渉計を通して基準素子及び被検物体に向け、測定ビームを伝搬させる。測定ビームの基準ビーム部分が基準素子の表面から情報を獲得し、測定ビームの対物ビーム部分が被検物体の表面から情報を獲得する。情報が載っている対物ビームと基準ビームの結合された強度変化が、試験物体の表面と基準素子の表面の間の比較として検出される。対物ビーム及び基準ビームの実効周波数成分が変えられて、検出器に受け取られる。情報が載っている対物ビーム及び基準ビームの実効周波数成分における変化により誘起された、検出された強度変化が、基準素子表面に対する被検物体表面の凹凸を測定するために対物ビームと基準ビームの間の経路長差の尺度に変換される。
【００３９】
基準ビームは基準素子表面から反射され、対物ビームは被検物体表面から反射されることが好ましい。反射された基準ビーム及び反射された対物ビームは共通経路に沿い、検出器に向かって伝搬する。ビームの実効周波数は、基準ビームと対物ビームの間の経路長差の関数として変化する変換周波数を有する正弦曲線でフィッティングすることができる、検出される強度変化をつくる増分で変えられることが好ましい。表面形状の位置分解能は、対物ビーム及び基準ビームの公称周波数に依存するが、凹凸の尺度の分解能は対物ビーム及び基準ビームの公称周波数には依存しない。検出される強度変化は被検物体表面の異なる位置に関係付けられることが好ましい。被検物体表面の異なる位置に関係付けられる、検出される強度変化により、被検物体表面の異なる位置における表面形状の尺度が、隣接する位置の強度変化とは無関係に得られる。
【００４０】
被検物体のプロファイル変化を測定するためにフィゾー干渉計を動作させるため、同様の周波数走査法を本発明にしたがって用いることができる。測定ビームが基準素子を照射する。測定ビームの第１の部分が基準ビームとして基準素子の表面から反射される。測定ビームの第２の部分が対物ビームとして被検物体の表面に及び被検物体の表面から、基準素子を通過する。基準ビーム及び対物ビームはともに、共通経路に沿い、検出器に向かって伝搬する。基準素子の表面及び被検物体の表面は、被検物体表面の横座標を検出器の横座標に関係付けるために、基準ビーム及び対物ビームを用いて検出器上に像映される。被検物体表面上の異なる横座標に関係付けられる対物ビーム及び基準ビームの局在部分間の増加的干渉及び減殺的干渉により、検出器で記録される複数の強度変化がつくられる。
【００４１】
測定ビームの実効周波数が変えられて、被検物体の表面上及び基準素子の表面上の対応する点の間の経路長差に敏感な変調周波数における増加的干渉条件と減殺的干渉条件の間の強度変化を変える。被検物体表面と基準素子表面の間の経路長差を、被検物体表面の異なる横座標における被検物体表面のプロファイル変化の相対尺度として参照するために、変化する強度変化の変調周波数が同定される。
【００４２】
測定ビームの様々な実効周波数に対応する一連の干渉パターンが検出されることが好ましい。これらの干渉パターンのそれぞれは、干渉パターンの干渉縞間隔を上回る大きさの段差をもつプロファイル変化を表すスペックルパターンとして現れることができる。被検物体表面の異なる横座標に関係付けられる強度変化は、被検物体表面の隣接する横座標における強度変動とは無関係に、異なる横座標における表面プロファイル変化の尺度を得るために個別に評価することができる。
【００４３】
測定ビームの実効周波数は、測定ビームの公称波長の少なくとも１０倍の大きさの範囲を有する被検物表面の異なる横座標の間のプロファイル変化を一意的に弁別するに十分な細かさの増分で変えられることが好ましい。周波数変化の十分に細かい増分を選ぶことにより、公称周波数の１００倍、１０００倍、さらにはそれ以上の大きさに対応する測定範囲が可能になる。
【００４４】
測定ビームの周波数は、変化の大きさが測定周波数の公称波長の１０倍より小さい被検物体表面の異なる横座標の間のプロファイル変化を弁別するに十分に広い周波数範囲または周波数帯にわたり変えられることも好ましい。変化の大きさが測定ビームの公称波長より小さい被検物体表面の異なる横座標の間のプロファイル変化を弁別するために、より広い測定ビーム周波数範囲を用いることができる。
【００４５】
本発明にしたがう周波数走査法の使用により、干渉パターンを評価するためまたは測定値両意性を分解するための、位相シフトアクチュエータ及び位相シフト法の必要がなくなる。これにより、干渉計内に対物ビーム及び基準ビームに対して共通経路を設けるための、基準表面とビームスプリッタを統合する基準素子の使用が可能になる。そうでなければ測定値に誤差を導入し得るであろう対物経路と基準経路の間の環境効果または分散に対する感度を弱めた、多数の干渉測定を様々な光周波数範囲にわたって行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
図３に示されるように、被検物体５２の凹凸を測定するための共通経路干渉計（例えばフィゾー干渉計）として、例示的な周波数走査型干渉計５０が本発明にしたがって構成される。被検物体５２上の被検表面５４に関する情報を獲得するために、光源５８が測定ビーム６０を発生する。光源５８は、限定された範囲の周波数（または波長）にわたり同調可能な、ダイオードレーザ（例えばＧａＡｓベースレーザ）などのコヒーレント光源であることが好ましい。公称波長（例えば７８０ｎｍ）の選択は可視または不可視スペクトル内で行うことができ、費用、分解能及び被検物体の反射率などの基準で選択できる。本発明の実施に際して好ましい例示的な周波数チューナブルレーザは、２００３年５月２７日に出願された、名称を「調節可能な外部キャビティを有するチューナブルレーザシステム（TUNABLE LASER SYSTEM HAVING AN ADJUSTABLE EXTERNAL CAVITY）」とする、同時係属米国特許出願第 号の明細書に開示されており、この明細書を参照によって本明細書に組込んだものとする。
【００４７】
ビーム拡大器及びコリメータのいずれとしても機能するビーム状態調節器６２が測定ビーム６０を拡大し、コリメートする。折り曲げミラーの形態の指向光学系６４がビームスプリッタ６６とともに、測定ビーム６０を測定経路６８に沿って被検物体５２に向かわせるための指向システムを形成する。指向システムはこの目的を達成するため、光源５８の向きを変えることによって指向光学系６４を排除するなど、様々な形態を取ることができる。ビームスプリッタ６６は、測定ビーム６０がビームスプリッタ６６を一方向に通過し、ビームスプリッタ６６から逆方向に反射するように、構成されるか、そうでなければ処理される。よく知られた偏光手法をこの目的に用いることができる。
【００４８】
（図４にも示される）基準素子７０が、被検物体５２に対して固定された位置で被検物体５２に隣接し、測定経路６８に沿って配置される。基準素子７０の表面７２が基準表面としても、基準素子７０の基準表面７２に関する情報を獲得する測定ビーム６０の基準ビーム部分７６を被検物体５２の被検表面５４に関する情報を獲得する測定ビーム６０の対物ビーム部分７８から弁別するためのビームスプリッタとしても機能する。
【００４９】
基準素子７０は、平坦な基準表面７２に対して傾けられた、同じく平坦な入射表面８２をもつくさび形基準フラットの形態を有する。基準表面７２の形状は、ゼロ干渉パターンからの乖離としての尺度を得るため、被検表面５４の公称形状と一致していることが好ましい。そのような基準フラットは、米国カリフォルニア州サンタアナ（Santa Ana）のＯｐｔｏ−Ｓｉｇｍａから市販されている。フラットの一例は、くさび角が１°の、部品番号０３８０−０７８０−Ｗである。
【００５０】
コリメートされた測定ビーム６０は入射表面８２を実質的に通過するようにされ、この目的のため、反射防止膜を入射表面８２に施すことができる。しかし、傾けられた入射表面８２から反射する測定ビーム６０のいかなる部分８４も、反射された部分８４を干渉計５０から捨てることができるように、垂直ではない反射角で反射される。入射表面８２の不要な反射を遮断するために、（以下で説明される）後続の画像化システム８６に付帯するアパーチャ絞り（図示せず）を用いることができる。
【００５１】
測定ビーム６０のより大きな残り部分は垂直入射で基準面７２に当たる。測定ビーム６０の基準ビーム部分７６が基準表面７２から反射し、測定ビーム６０の対物ビーム部分７８が基準表面７２を通過する。通過した対物ビーム部分７８は被検表面５４から反射し、基準表面７２において反射した基準ビーム部分７６と共線的に再結合して、戻り経路上をビームスプリッタ６６に向かって伝搬する再結合した測定ビーム６０となる。再結合測定ビーム６０は、基準表面７２と被検表面５４の間の経路長差の干渉性表現を含む。
【００５２】
反射した基準ビーム部分７６の相対強度は基準表面７２に光学コーティングを施すことにより調節することができる。戻り基準ビーム部分７６及び戻り対物ビーム部分７８の強度は、これらのビーム部分の間の干渉コントラストを最大化するため、同様であることが好ましい。したがって、高反射性の（鏡のような）被検物体に対しては、５０％近い反射率を維持するコーティングを用いることができ、一方、散漫反射性の被検物体に対しては、基準表面７２の反射率を被検表面５４の低反射率に一致させるため低反射率コーティングを用いることができる。基準表面７２に施されるコーティングは基準表面７２からの戻り対物ビーム部分７８の不要な２次反射を最小限に抑えるように選ぶこともできる。
【００５３】
指向システムのビームスプリッタ６６は情報が載っている基準ビーム部分７６及び対物ビーム部分７８を含む再結合測定ビーム６０の測定経路６８に沿う検出器８０への経路設定も提供する。測定経路６８は、基準表面７２と物体表面５４の間のインターフェース（すなわちキャビティ）を除いて、結合測定ビーム６０の基準ビーム部分７６及び対物ビーム部分７８の両者に対しても、光源５８から検出器８８を通る測定経路６８の全長にわたり、元の測定ビーム６０にある基準ビーム部分７６及び対物ビーム部分７８の元の部分に対しても、共通経路を提供する。これにより、再結合測定ビーム６０の基準ビーム部分７６及び対物ビーム部分７８への示差的な、系統的効果または環境効果は、いずれも最小限に抑えられる。
【００５４】
画像化システム８６は、情報が載っている基準ビーム部分７６及び対物ビーム部分７８を含んでいる再結合測定ビーム６０を用いて、被検表面５４及び基準表面７２のいずれをも検出器８８上に像映するための集束光学系を備えることが好ましい。検出器８８は、情報が載っている基準ビーム部分７６及び対物ビーム部分７８の結合された強度変化を、被検物体５２の表面５４と基準素子７０の表面７２の間の比較として、検出する。検出器８８は、被検表面５４の異なる位置に関係付けられる強度変化を個別に測定するための個別検出器の検出器アレイを備えることが好ましい。例えば、検出器８８は、所望の密度の行列配置の光電検出器（例えば、１０００×１０００行列に配置された１０μｍ径の光電検出器）のアドレス可能なアレイをもつＣＣＤ（電荷結合素子）カメラとすることができる。
【００５５】
コンピュータ９０は、干渉計装置に一般的なディスプレイ、プリンタ、マウス及びキーボードのような、周辺装置を備えるコンピュータシステムの一部であることが好ましい。コンピュータ９０は光源５８及び検出器８８のいずれをも制御するための能力も備える。例えば、コンピュータ９０は規定された一連の光周波数にわたる光源５８の同調を提供する。コンピュータ９０は一連の光周波数のそれぞれにともなう干渉パターンを捕捉するための検出器８８からの強度データの捕捉も行う。
【００５６】
個別検出器の強度が増加的干渉及び減殺的干渉の周期にわたり光周波数の変化の関数として周期変化するレート（すなわち、変調または干渉周波数）を決定するためのデジタル処理も、コンピュータ９０内で実行される。この目的のため、離散フーリエ変換を用いることができる。変調周波数の同定及び同定された変調周波数の被検表面５４の表面プロファイル変化との等化を含む、デジタル処理を実行するための好ましい手法が、２００２年６月２４日に出願された、名称を「多波長干渉法データを処理するためのシステム（SYSTEM FOR PROCESSING MULTI-WAVELENGTH INTERFEROMETRIC DATA）」とする、同時係属米国特許出願第６０/３９１００４号の明細書に開示されており、この明細書は本明細書に参照として含まれる。
【００５７】
検出器８８は、被検表面５４上の異なる横座標に関係付けられる基準ビーム部分７６及び対物ビーム部分７８の局在部分間の増加的干渉及び減殺的干渉によりつくられる複数の強度変化を検出する。コンピュータ９０は測定ビーム６０の実効周波数を増分変化させ、被検物体５２の表面５４及び基準素子７０の表面７２上の対応する点の間の経路長差に敏感な変調周波数における増加的干渉条件及び減殺的干渉条件の間の強度変化を変える。コンピュータ９０によるさらなる処理より、被検表面５４と基準表面７２の間の経路長変化を被検表面７４上の異なる横座標における被検表面５４のプロファイル変化（すなわち凹凸）の相対尺度として参照するために、変化する強度変化から変調周波数が同定される。
【００５８】
画像化システム８８は、測定ビーム６０の異なる実効周波数に対応する基準ビーム部分７６と対物ビーム部分７８の間の一連の干渉パターンを像映することが好ましい。これらの干渉パターンのそれぞれは、干渉パターンの干渉縞間隔を上回る大きさの段差をもつプロファイル変化を表すスペックルパターンとして現れることができる。測定ビーム６０の実効周波数は、測定ビーム６０の公称波長の少なくとも１０倍の大きさの範囲を有する被検表面５４の異なる横座標の間のプロファイル変化を一意的に弁別するに十分な細かさの増分で変えられることが好ましい。測定ビーム６０の公称波長の１００倍または１０００倍まで測定範囲を拡大するために、測定ビーム周波数のさらに細かい増分を用いることができる。所望の範囲の測定を達成するために、個々の横座標における位相シフトも個々の横座標間の位相アンラッピングも必要ではない。
【００５９】
被検表面５４の異なる横座標に関係付けられる強度変化は、被検表面５４の隣接する横座標における強度変化とは無関係に異なる横座標における表面プロファイル変化の尺度を与える。また、表面プロファイル変化の位置分解能は、検出器アレイの密度または、回折制限像映の結果として、測定ビーム６０の公称周波数に依存するが、表面プロファイル変化自体の尺度の分解能は検出器アレイの密度及び測定ビーム６０の公称周波数のいずれにも依存しない。代わりに、正確度は、検出される周波数の数及び範囲（周波数帯）並びに周波数が知られる正確度のような因子により決定される。例えば、周波数の範囲は、変化の大きさが測定ビーム６０の公称波長の少なくとも１０倍より小さいか、あるいは公称波長自体より小さくもある、被検表面５４の異なる横座標の間のプロファイル変化を弁別するに十分に広いことが好ましい。したがって、測定値の正確度は測定ビーム６０の公称周波数に関係しないから、測定の正確度を高めるために位相シフトはやはり必要ではない。
【００６０】
測定ビーム６０の周波数の変化の関数として増加的干渉条件及び減殺的干渉条件により変化する強度変化の変調周波数は、図２のピークとして示される、２つの対称な解を有する余弦関数として、強度データから導かれる。被検表面５４のプロファイル変化の大きさにしたがって基準ビーム部分７６と対物ビーム部分７８の間の経路長が変化するにつれて、ピークの一方が他方のピークに吸収され、これが一意的な測定の全体範囲を制限する。ピーク４０とピーク４２を弁別するために位相シフトを用いて与えられた測定周波数間隔に対する一意的な測定の範囲を２倍にすることはできるが、より細かい測定ビーム６０の周波数間隔を用いることによりピーク４０またはピーク４２を個別に考慮すれば一意的な範囲を２倍またはそれより広くすることもできる。位相シフトは共通経路干渉計に対して特に問題をおこすから、所望の測定範囲を達成するためには、周波数シフト型干渉法に特有な周波数間隔の変化を用いることが好ましい。
【００６１】
基準素子７０の基準表面７２は、図５に示されるように、被検物体５２に対する搭載表面としても機能することも好ましい。被検表面５４が基準表面７２上に直接載る。被検表面５４の基準表面７２に接している部分は基準ビーム部分７６と対物ビーム部分７８の間にゼロの光路長差を生じる。すなわち、被検物体５２が図５に示されるように基準素子７０上に直接載れば、式（５）におけるＲの値はゼロである。基準表面７２から離れて隙間がある被検物体表面５４の領域は、より大きなＲの値を有する。したがって、Ｒの測定値は基準表面７２からの被検表面５４の凹凸の物理的距離に相当する。
【００６２】
図６及び７は、中間の、ほとんどが透明な支持構造体９２及び９４が基準表面７２に対して固定された位置に被検物体５２を支持する、別の実施形態を示す。中間支持構造体９２は支持パッドとして示され、中間支持構造体９４は固定具として示される。しかし、ワイア格子あるいは切欠き区画付支持パッドまたは固定具を含む、その他の様々な中間支持構造体を同様に用いることができよう。基準表面７２は、基準表面７２から固定された測定経路６８に沿う位置において被検物体５２を保持する支持構造体９２または９４に対する基本水準面として機能することができる。
【００６３】
基準素子７０上に直接または間接に載っている被検物体５２により、示差的な環境の影響がさらに弱められる。さらに、図１に示される従来構成において重要な、被検物体５２の傾き調節または縦位置調節の必要性が基本的に排除される。この結果、被検物体５２を支持するための複雑性が小さくなる。
【００６４】
別の基準素子１００がプリズムとして図８に示される。基準素子７０と同様に、入射表面１０２をコリメートされた測定ビーム６０に対して垂直から傾けることができ、よっていかなる反射８４も容易に捨てる（すなわち、画像化システム８６内のアパーチャで遮断する）ことができる。反射防止膜をこの目的のために用いることもできよう。基準素子１００の表面１０４は測定ビーム６０を折り曲げ、表面１０６は、基準素子７０の基準表面７２と同様に、ビームスプリッタとしても基準表面としても機能する。同じく基準表面７２と同様に、基準表面１０６は基準表面１０６に対して固定された位置における被検物体５２の直接または間接の支持を提供することが好ましい。さらに、例示的基準素子７０及び１００はいずれも、被検物体表面５４に向けて光（輻射線）を通過させ、被検物体表面５４から反射された光（輻射線）を入れ、同時に、汚染またはその他の環境効果から干渉計の内部環境を隔離して保護する干渉計５０の窓として機能することができる。
【００６５】
共通経路干渉法システムは、（１）本質的に共通の光路を有することにより分散及び乱流の効果が弱められ、（２）ゼロ光路差の測定値が基準表面７２または１０６上に直接載っている被検物体５２に対応し、（３）被検物体５２を支持するための取付けの面倒が減るから、周波数走査干渉法に対して有利である。測定の正確度及び測定範囲に対する所望の目標を達成するために位相シフトが必要とされない（すなわち被検物体及び基準素子を相対的に動かす必要がない）から、いずれの目標も達成しながら、これらの利点を維持することができる。
【００６６】
上述の説明から、従来技術で提供されていたような干渉計より簡素で小型であり、位相シフト法またはそれらに付随する平滑表面の仮定に基づく計算方法を必要とせずに正確な表面プロファイル測定値を生成する、改善された周波数走査型干渉計が提供されたことが明らかであろう。説明したシステム及びそのコンポーネントの変形及び改変が当業者には疑いなく明らかになるであろう。したがって、上述の説明は例示としてとられるべきであり、限定する意味でとられるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】従来技術にしたがう周波数走査型干渉計のブロック図であり、この干渉計は上で説明されている
【図２】サンプリングされた干渉周波数分画の振幅“|Ｋ'|２”を示すサンプリングフーリエ強度データのグラフであり、ピーク位置は経路長差“Ｒ”の尺度である
【図３】ビームスプリッタ及び基準表面の機能が組み込まれている基準素子を有する、本発明にしたがう改善された周波数走査型干渉計のブロック図である
【図４】基準表面を分離するためのくさび形の例示的基準素子の略拡大図である
【図５】被検物体が基準表面上に載るように被検物体を支持している基準素子を示す、図４と同様の図である
【図６】基準表面により支持された、中間の、ほとんどが透明な支持部材上に載っている被検物体を示す同様の図である
【図７】基準素子の基準表面を基本水準面として用いる支持固定具上に載っている被検物体を示す同様の図である
【図８】プリズムの形状を有する別の基準素子を示す、図４と同様の図である
【符号の説明】
【００６８】
５０    周波数走査型共通経路干渉計
５２    被検物体
５４    被検表面
５８    光源
６０    測定ビーム
６２    ビーム状態調節器
６４    指向光学系
６６    ビームスプリッタ
６８    測定経路
７０    基準素子
７２    基準表面
８２    入射表面
８６    画像化システム
８８    検出器
９０    コンピュータ
【図１】
2006515925.tif 000009
【図２】
2006515925.tif 000010
【図３】
2006515925.tif 000011
【図４】
2006515925.tif 000012
【図５】
2006515925.tif 000013
【図６】
2006515925.tif 000014
【図７】
2006515925.tif 000015
【図８】
2006515925.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月10日(2005.5.10)
【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】
被検物体の凹凸を測定するための周波数走査型干渉測定システムにおいて、
測定経路に沿って前記被検物体に向かって測定ビームを送る指向システム、及び
前記被検物体に対して固定された位置において前記被検物体に隣接し、前記測定経路に沿って配置された基準素子であって、前記基準素子の表面に関する情報を獲得する前記測定ビームの基準ビーム部分を、前記被検物体の表面に関する情報を獲得する前記測定ビームの対物ビーム部分から弁別するための基準素子、
を備え、
前記指向システムは前記情報が載っている対物ビーム及び前記情報が載っている基準ビームも共通経路に沿って検出器に向かって送るようになっており、
前記検出器は、前記被検物体の前記表面と前記基準素子の前記表面の間の比較として、前記情報が載っている対物ビームと前記情報が載っている基準ビームの結合された強度変化を検出するようになっており、
さらに、
前記検出器により検出される前記対物ビーム及び前記基準ビームの実効周波数成分を変える周波数変成器、及び
前記基準素子表面に対する前記被検物体表面の凹凸を測定するために、前記情報が載っている対物ビーム及び前記情報が載っている基準ビームの前記実効周波数成分の変化によって誘起される、前記検出される強度変化を、前記対物ビームと前記基準ビームの間の経路長差の尺度に変換するプロセッサ、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記基準素子が、前記被検物体表面と前記基準素子表面の間隔が固定される、前記被検物体の取付けに関与することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記検出器が前記被検物体表面の異なる位置に関係付けられる強度変化を個別に測定するための個別検出器から成る検出器アレイを備え、前記個別検出器の前記強度変化が、隣接する個別検出器の前記強度変化とは無関係に、前記異なる位置における表面プロファイル形状の尺度を与えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記情報が載っている対物ビーム及び前記情報が載っている基準ビームを用いて、前記被検物体表面及び前記基準素子表面をともに前記検出器アレイ上に像映するための画像化システムをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
周波数走査を用いて被検物体のプロファイル変化を測定するためのフィゾー干渉計において、
測定ビームをつくる光源、
基準表面を有し、前記測定ビームの第１の部分を基準ビームとして反射し、前記測定ビームの第２の部分を前記被検物体の表面への及び前記被検物体の表面からの対物ビームとして通過させる基準素子、
前記被検物体表面上の異なる横座標に関係付けることができる前記対物ビームと前記基準ビームの局在部分間の増加的干渉及び減殺的干渉によりつくられる複数の強度変化を検出する検出システム、
前記測定ビームを前記基準素子表面に送る経路であって、前記被検物体表面から戻ってくる前記対物ビーム及び前記基準素子表面から戻ってくる前記基準ビームの両方を前記検出システムに送る共通経路を含む経路、
前記測定ビームの実効周波数を変え、前記被検物体表面の異なる横座標における前記被検物体表面と前記基準素子表面の間の経路長変化に対応する変調周波数における増加的干渉条件と減殺的干渉条件の間の前記強度変化の変化を生じさせる周波数変成器、および
前記被検物体表面と前記基準素子表面の間の前記経路長変化を、前記被検物体表面の異なる横座標における前記被検物体表面のプロファイル変化の相対尺度として参照するために、前記変化する強度変化から前記変調周波数を同定するプロセッサ、
を備えることを特徴とするフィゾー干渉計。
【請求項６】
前記周波数変成器が前記測定ビームの公称波長の少なくとも１０倍の大きさの範囲を有する前記被検物体表面の異なる横座標間のプロファイル変化を一意的に弁別するに十分な細かさの増分で前記測定ビームの前記実効周波数を変えることを特徴とする請求項５に記載の干渉計。
【請求項７】
前記周波数変成器が、大きさの変化が前記測定ビームの公称波長の１０倍より小さい、前記被検物体表面の前記異なる横座標間のプロファイル変化を弁別するに十分に広い周波数帯にわたり前記測定ビームの前記周波数を変えることを特徴とする請求項６に記載の干渉計。
【請求項８】
前記検出器が前記被検物体表面の異なる横座標に関係付けられる強度変化を個別に測定するための個別検出器の検出器アレイを備え、前記個別検出器の前記強度変化が、隣接する個別検出器の前記強度変化とは無関係に、前記異なる横座標における表面プロファイル形状の尺度を与えることを特徴とする請求項５に記載の干渉計。
【請求項９】
被検物体の凹凸を測定する周波数走査方法において、
干渉計の基準素子に隣接する固定された位置に被検物体を取り付ける工程、並びに、前記基準素子及び前記被検物体に向け、前記干渉計を通して測定ビームを伝搬させる工程、
前記干渉素子の表面から情報を獲得する前記測定ビームの基準ビーム部分を前記被検物体の表面から情報を獲得する前記測定ビームの対物ビーム部分から弁別する工程、
前記情報が載っている対物ビームと前記情報が載っている基準ビームの結合された強度変化を前記被検物体の前記表面と前記基準素子の前記表面の間の比較として検出する工程、
前記検出器により受け取られる前記対物ビーム及び前記基準ビームの実効周波数成分を変える工程、及び
前記基準素子表面に対する前記被検物体表面の凹凸を測定するために、前記情報が載っている対物ビームと前記情報が載っている基準ビームの前記実効周波数成分の変化によって誘起される、前記検出される強度変化を、前記対物ビームと前記基準ビームの間の経路長差の尺度に変換する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記実効周波数を変える工程が、前記基準ビーム及び前記対物ビームの間の経路長差の関数として変わる変換周波数を有する正弦曲線でフィッティングすることができる、検出される強度変化を生じさせる増分で前記実効周波数を変える工程を含み、前記凹凸の位置分解能は前記対物ビーム及び前記基準ビームの公称周波数に依存し、前記凹凸の尺度の分解能は前記対物ビーム及び前記基準ビームの公称周波数に依存しないことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記検出する工程が、前記被検物体表面の異なる位置に関係付けられる、検出される強度変化を個別に測定する工程を含み、前記変換する工程が、前記被検物体表面の隣接する位置の前記強度変化とは無関係に、前記異なる位置における前記凹凸の尺度を与えるために、前記被検物体の前記異なる位置に関係付けられる、前記検出される強度変化を変換する工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【国際調査報告】
2006515925.tif 000017