(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉計用の光学アセンブリであって、該光学アセンブリは、
光軸に沿って定置され、光軸に対して異なる非垂直角に配置された第１及び第２の部分反射表面を備え、
前記第２の部分反射表面は、
(i)光軸に沿って前記第１の部分反射表面を透過した光を受け取り、
(ii)受け取った光の一部分を検査対象物へ透過して干渉計用の測定光を画定し、且つ
(iii)受け取った光の別の部分を前記第１の部分反射表面に向け反射して戻して干渉計用の参照ビームを画定し、前記参照光は前記第２及び第１の部分反射表面間で少なくとも１往復するように構成されている、光学アセンブリ。
【請求項２】
前記非垂直角のために、前記第２の部分反射表面が前記参照光を光軸に沿って反射する前に、前記参照光が第１及び第２の部分反射表面間を少なくとも１回通過せしめられる、請求項１記載の光学アセンブリ。
【請求項３】
前記非垂直角のために、前記参照光が前記第１及び第２の部分反射表面間を少なくとも１回通過せしめられる間に前記第１及び第２の部分反射表面の一つに垂直に入射せしめられる、請求項２記載の光学アセンブリ。
【請求項４】
前記第１の部分反射表面に対する前記非垂直角は前記第２の部分反射表面に対する非垂直角の２倍である、請求項１記載の光学アセンブリ。
【請求項５】
前記第１の部分反射表面に対する前記非垂直角は前記第２の部分反射表面に対する非垂直角の１．５倍である、請求項１記載の光学アセンブリ。
【請求項６】
前記第２の部分反射表面は、検査対象物から反射して前記第２の部分反射表面に戻った後の前記測定光を前記第２及び第１の部分反射表面間を少なくとも１往復した後の前記参照光と重ね合わせるように構成されている、請求項１記載の光学アセンブリ。
【請求項７】
前記第１の部分反射表面を有する第１の光学素子及び前記第２の部分反射表面を有する第２の光学素子を備える、請求項１記載の光学アセンブリ。
【請求項８】
前記第１及び第２の光学素子の各々は反射防止被膜を有する別の表面を有する、請求項７記載の光学アセンブリ。
【請求項９】
前記第１の部分反射表面は、前記第２の部分反射表面から、前記参照光と前記測定光との間の干渉パターンを取得する結像モジュールの焦点深度より大きい距離だけ離して置かれる、請求項７記載の光学アセンブリ。
【請求項１０】
前記干渉計の光学素子は、前記参照光が前記結像モジュールの焦点深度内においてガラスを通過しないように置かれる、請求項９記載の光学アセンブリ。
【請求項１１】
前記第１の光学素子は反射防止被膜を有する別の表面を有する、請求項７記載の光学アセンブリ。
【請求項１２】
前記第１の光学素子は、前記第１の部分反射表面が前記第２の光学素子の第２の部分反射表面に対面し、前記第１の光学素子の反射防止被膜が前記第２の部分反射表面と反対側に向くように配置されている、請求項１１記載の光学アセンブリ。
【請求項１３】
前記第１の部分反射表面と前記第２の部分反射表面との間の距離が前記参照光と前記測定光との干渉パターンを取得する結像モジュールの焦点深度より大きい、請求項１２記載の光学アセンブリ。
【請求項１４】
前記参照光と前記測定光との間の位相差を補償するために前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間に配置された分散補償器を更に備え、前記分散補償器は前記第２の光学素子に近接して、前記結像系の焦点深度外に配置される、請求項１３記載の光学アセンブリ。
【請求項１５】
前記第１の光学素子は、前記第１の部分反射表面が前記第２の光学素子の第２の部分反射表面と反対側に向き、前記第１の光学素子の反射防止被膜が前記第２の部分反射表面に対面するように配置されている、請求項１１記載の光学アセンブリ。
【請求項１６】
第３の部分反射表面を更に備える、請求項１記載の光学アセンブリ。
【請求項１７】
前記第３の部分反射表面は、
(i)光軸に沿って前記第１の部分反射表面を透過した光を受け取り、
(ii)受け取った光の一部分を検査対象物へ透過して測定光を画定し、
(iii)受け取った光の別の部分を前記第１の部分反射表面に向け反射して干渉計のための第２の参照光を画定し、前記第２の参照光は前記第２及び第１の部分反射表面間を少なくとも１往復するように構成されている、請求項１６記載の光学アセンブリ。
【請求項１８】
前記部分反射表面は前記光学素子のそれぞれの外部表面に設けられている、請求項７記載の光学アセンブリ。
【請求項１９】
前記部分反射表面は前記光学素子内のそれぞれの内部界面に形成されている、請求項７記載の光学アセンブリ。
【請求項２０】
前記光学アセンブリは、光源からの光を受け取り、コリメートされた光を前記第１の部分反射表面に投影するコリメータを更に備える、請求項１記載の光学アセンブリ。
【請求項２１】
前記光学アセンブリは、光源からの光を受け取り、その光を前記第１の部分反射表面に投影するフィールドレンズを更に備え、前記フィールドレンズは、前記参照光が前記第１の部分反射表面で反射されてから検出器で検出されるまで走行する結像光路の外に配置されている、請求項１記載の光学アセンブリ。
【請求項２２】
前記第１の部分反射表面は約１０％から約３０％の範囲内の反射率を有する、請求項１記載の光学アセンブリ。
【請求項２３】
前記第２の部分反射表面は約４０％から約６０％の範囲内の反射率を有する、請求項１記載の光学アセンブリ。
【請求項２４】
請求項１記載の光学アセンブリ、及び
光源及び検出器を含む干渉計基部を備え、
前記光源は、前記第１の部分反射表面を透過し前記第２の部分反射表面により受け取られる光を発生するように構成され、
前記検出器は、前記測定光及び参照光を含む重ね合わされた光を受光し、重ね合わされた光の空間分布に関する情報を提供するように構成されている、干渉計システム。
【請求項２５】
前記干渉計基部は、光軸に沿って前記第１の部分反射表面に入射し、前記第１の部分反射表面から反射して干渉計基部に戻る干渉計基部からの光を遮るように配置された開口絞りを更に備える、請求項２４記載の干渉計システム。
【請求項２６】
前記検査対象物を支持する取付け台を更に備える、請求項２４記載の干渉計システム。
【請求項２７】
前記取付け台は前記参照光の光学路長にほぼ等しい前記測定光の光学路長を決定するように位置決めされる、請求項２６記載の干渉計システム。
【請求項２８】
前記測定光と前記参照光との間の光路長の差を変化させる位相シフタを更に備える、請求項２４記載の干渉計システム。
【請求項２９】
前記位相シフタは、前記測定光の光路長を変化させるために、前記干渉計基部を前記光学アセンブリに機械的に結合し、前記光学アセンブリと前記検査対象物との間の距離を変化させるように構成されている、請求項２８記載の干渉計システム。
【請求項３０】
前記光源は低コヒーレンス干渉計測用の広帯域光源である、請求項２４記載の干渉計システム。
【請求項３１】
前記光源は狭帯域レーザ源である、請求項２４記載の干渉計システム。
【請求項３２】
前記光源は低コヒーレンス干渉計用の広帯域モードと高コヒーレンス干渉計用のレーザモードとの間で調整可能である、請求項２４記載の干渉計システム。
【請求項３３】
前記光源は、レーザ閾値より低い電流で駆動されるとき広帯域モードで動作し、レーザ閾値より高い電流で駆動されるときレーザモードで動作するレーザダイオードである、請求項３２記載の干渉計システム。
【請求項３４】
前記第１の部分反射表面は非平坦表面を備える、請求項１記載の光学アセンブリ。
【請求項３５】
第１及び第２の部分反射表面を光軸に沿って定置するステップ、
前記第１及び第２の部分反射表面を光軸に対して異なる非垂直角に配置するステップ、
及び
光を前記第１の部分反射表面を経て光軸に平行な方向に沿って前記第２の部分反射表面へ透過させるステップを備え、
前記第２の部分反射表面において、前記光の第１部分を検査対象物へ透過して測定光を規定し、前記光の第２部分を前記第１の部分反射表面に向け反射して参照光を規定し、
前記第１の部分反射表面において、前記光の第２部分の一部分を前記第２の部分反射表面に向け反射して、前記参照光を前記第１及び第２の部分反射表面間で少なくとも１往復させる、
干渉計測方法。
【請求項３６】
前記第１及び第２の部分反射表面を配置するステップは、前記第２の部分反射表面が前記参照光を光軸に沿って反射する前に、前記参照光が前記第１及び第２の部分反射表面の間を少なくとも１回通過せしめられるように前記第１及び第２の部分反射表面を異なる非垂直角に配置するステップを含む、請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
前記第１及び第２の部分反射表面を配置するステップは、前記参照光が前記第１及び第２の部分反射表面間を少なくとも１回通過する間に前記第１及び第２の部分反射表面の一つに垂直に入射せしめられるように前記第１及び第２の部分反射表面を異なる非垂直角に配置するステップを含む、請求項３５記載の方法。
【請求項３８】
前記第２の部分反射表面において、前記検査対象物から反射して前記第２の部分反射表面に戻った後の前記測定光を前記第２及び第１の部分反射表面の間を少なくとも１往復した後の前記参照光と重ね合わせるステップを備える、請求項３５記載の方法。
【請求項３９】
前記重ね合わされた光の空間分布に関する情報を提供するステップを備える、請求項３８記載の方法。
【請求項４０】
前記第１の部分反射表面から前記第２の部分反射表面と反対の方向に反射される光を阻止するために開口絞りを設けるステップを備える、請求項３５記載の方法。
【請求項４１】
反射表面を有する検査対象物を、前記参照光の光路長にほぼ等しい前記測定光の光路長を決定するために位置決めするステップを備える請求項３５記載の方法。
【請求項４２】
前記測定光と前記参照光との間の光路長の差を変化させるステップを備える、請求項３５記載の方法。
【請求項４３】
前記測定光の光路長を変化させるために前記第１及び第２の部分反射表面を含む光学アセンブリと前記検査対象物間の距離を変化させるステップを備える、請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
その外表面に前記第１の部分反射表面を有する光学素子を、その外表面が前記第２の部分反射表面に対面するように配置するステップを更に備える、請求項３５記載の方法。
【請求項４５】
前記第１の部分反射表面からの参照光をガラス素子を通過することなく前記第２の部分反射表面へ透過させるステップを備える、請求項３５記載の方法。
【請求項４６】
前記第２の部分反射表面を前記第１の部分反射表面から、前記測定光と前記参照光との干渉パターンを検出する結像モジュールの焦点深度より大きい距離離して定置するステップを備える、請求項３５記載の方法。
【請求項４７】
前記参照光及び前記測定光が走行する光路長の差による前記測定光と前記参照光との位相差を補償する分散補償器に前記参照光を通すステップ及び前記分散補償器を前記結像モジュールの焦点深度外に定置するステップを備える、請求項４６記載の方法。
【請求項４８】
光軸に沿って第３の部分反射表面を定置するステップ、
前記第３の部分反射表面を前記第２の部分反射表面に平行に配置するステップ、
前記第３の部分反射表面において、前記第１の部分反射表面を透過した光の第３部分を前記検査対象物へ透過して前記測定光を規定するとともに、前記光の第４部分を前記第１の部分反射表面に向け反射して第２の参照光を規定するステップ、及び
前記第２の参照光が前記第２及び第１の部分反射表面間を少なくとも１往復するように、前記第１の部分反射表面において前記光の第４部分の一部分を前記第２の部分反射表面に向け反射させるステップを更に備える、請求項３５記載の方法。
【請求項４９】
光を前記第１の部分反射表面を透過させるステップは、コリメートされた光を前記第１の部分反射表面を透過させるステップを含む、請求項３５記載の方法。
【請求項５０】
光を前記第１の部分反射表面を透過させる前にフィールドレンズを透過させるステップ及び前記フィールドレンズを、前記参照光が前記第１の部分反射表面で反射されてから検出器で検出されるまで走行する結像光路の外に定置するステップを更に備える、請求項３５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、３５ＵＳＣ第１１９条（ｅ）項に基づいて、２００９年６月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／２１８，７０８号の優先権を主張するものであり、その全内容は参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は等光路干渉計及び関連方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
干渉計は干渉ビームを用いて対象物の測定を実行するものである。干渉計は、干渉ビームがほぼ等しい光学的距離（例えば数十ミクロン以内の差）を横断する等光路型と、光路差が可視白色光のコヒーレンス波長に比較して大きい（例えば０．０５ｍｍより大きく、最大数キロメートルになり得る）不等光路型とに大きく分類することができる。等光路システムは（スペクトル的に広帯域で及び／又は空間的に広がった）低コヒーレンス光源で動作するように構成することができる。不等光路干渉計は、例えば光学部品を検査するのに使用できるフィゾーレーザ干渉計を含む。
【０００４】
等光路干渉計は光学的検査に重要であり、例えば半透明物の前面及び背面を別々に測定するのに重要である。等光路干渉計は干渉顕微鏡法にも使用でき、この場合には光源として低コヒーレンスハロゲンランプ及び白色ＬＥＤを使用できる。例えば、干渉顕微鏡法は光路平衡及び分散補償型ミロー、マイケルソン又はリニク干渉計に基づいて設計することができる。
【発明の概要】
【０００５】
概して、本発明の一つの態様においては、近似的に等しい検査対象物の表面まで延在する測定光路長及び参照素子の表面まで延在する参照光路長を提供し、低コヒーレンス光源の使用を可能にする干渉計が提供される。この干渉計の用途は、部分的に透明な対象物の選択した表面の形状測定を他の対象物表面に殆ど感応することなく行うことにある。いくつかの実施形態においては、不等光路のフィゾーレーザ機器が等光路ジオメトリに適応化される。いくつかの実施形態においては、干渉計は顕微鏡、例えば低コヒーレンス光源を使用する顕微鏡の干渉対物系として機能する。
【０００６】
概して、本発明の別の態様においては、光源、参照素子、干渉計ビームスプリッタ、望ましくない反射を濾波する開口絞り又はその等価物、及びカメラなどの撮像装置を含む干渉計が提供される。入力光源光の一部分は参照素子の部分的に反射性の表面を経て干渉計ビームスプリッタへ通過する。ビームスプリッタは光源光の一部分を参照ビーム及び測定ビームに分割する。参照ビームは次に参照素子の部分反射表面から反射し、干渉計ビームスプリッタに戻り、もう一度ビームスプリッタから反射し、次いで参照素子を通過し、最後には開口絞りを通過してカメラに到達する。測定ビームは、ビームスプリッタを通過後に、少なくとも一つの対象物表面から反射して干渉計ビームスプリッタに戻り、参照ビームとほぼ同一の広がりで同軸的に重なり合って干渉パターンを生じる。参照素子及びビームスプリッタは、干渉計構成要素の種々の表面からのスプリアス反射が開口絞り又はその等価物によって阻止されるように傾け、撮像装置に２ビーム干渉パターンが生じるようにする。
【０００７】
概して、本発明の別の態様においては、干渉計用の光学アセンブリが提供される。この光学アセンブリは、光軸に沿って定置され、光軸に対して異なる非垂直角に配置された第１及び第２の部分反射表面を含む。第２の部分反射表面は、光軸に沿って第１の部分反射表面を透過した光を受け取り、受け取った光の一部分を検査対象物へ透過して干渉計用の測定光を規定するとともに受け取った光の別の部分を第１の部分反射表面に向け反射して戻して干渉計用の参照光を規定し、参照光は第２及び第１の部分反射表面間で少なくとも１往復するように構成される。
【０００８】
前記光学アセンブリの実施形態は下記の特徴の一つ以上を含むことができる。前記非垂直角は、第２の部分反射表面が参照光を光軸に沿って反射する前に、参照光が第１及び第２の部分反射表面の間を少なくとも１回通過せしめられるようにすることができる。前記非垂直角は、参照光が第１及び第２の部分反射表面の間をステップ１回通過せしめられる間に第１及び第２の部分反射表面の一つに垂直に入射せしめられるようにすることができる。
【０００９】
第１の部分反射表面に対する前記非垂直角は第２の部分反射表面に対する非垂直角の１．５倍にすることができる。
【００１０】
第２の部分反射表面は、検査対象物から反射して第２の部分反射表面に戻った後の測定光を第２及び第１の部分反射表面の間で少なくとも１往復した後の参照光と重ね合わせるように構成することとができる
【００１１】
前記光学アセンブリは第１の部分反射表面を有する第１の光学素子及び第２の部分反射表面を有する第２の光学素子を含むことができる。前記第１及び第２の光学素子の各々は反射防止被膜を有する別の表面を有することができる。部分反射表面はそれぞれの光学素子の外部表面上に有することができる。部分反射表面はそれぞれの光学素子内の内部界面に形成することもできる。
【００１２】
第１の部分反射表面は第２の部分反射表面から、参照光と測定光との干渉パターンを取得する結像モジュールの焦点深度より大きい距離だけ離して定置することができる。干渉計の光学素子は、参照光が結像モジュールの焦点深度内においてガラスを通過しないように定置することができる。
【００１３】
前記第１の光学素子は反射防止被膜を有する別の表面を有することができる。前記第１の光学素子は、第１の部分反射表面が前記第２の光学素子の第２の部分反射表面に対面し、前記第１の光学素子の反射防止被膜が前記第２の部分反射表面と反対側に向くように配置することができる。第１の部分反射表面と第２の部分反射表面との間の距離は参照光と測定光との干渉パターンを取得する結像モジュールの焦点深度より大きくすることができる。
【００１４】
前記光学アセンブリは、参照光と測定光との間の位相差を補償するように前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間に定置された分散補償器を含むことができ、該分散補償器は前記第２の光学素子に近接して結像系の焦点深度の外に定置される。
【００１５】
前記第１の光学素子は、第１の部分反射表面が前記第２の光学素子の第２の部分反射表面と反対側に向き、前記第１の光学素子の反射防止被膜が前記第２の部分反射表面に対面するように配置することができる。
【００１６】
前記光学アセンブリは第３の部分反射表面を更に含むことができる。前記第３の部分反射表面は、(i)光軸に沿って第１の部分反射表面を透過した光を受け取り、(ii)受け取った光の一部分を透過して測定光を規定し、(iii)受け取った光の別の部分を前記第１の部分反射表面に向け反射して干渉計のための第２の参照光を規定し、前記第２の参照光は前記第２及び第１の部分反射表面の間で少なくとも１往復することができるように構成することができる。
【００１７】
前記光学アセンブリは、光源からの光を受け取り、コリメートされた光を前記第１の部分反射表面に投影するコリメータを更に含むことができる。前記光学アセンブリは、光源からの光を受け取り、その光を前記第１の部分反射表面に投影するフィールドレンズを更に含むことができる。前記フィールドレンズは、参照光が前記第１の部分反射表面で反射されてから検出器で検出されるまで走行する結像光学路の外に配置される。
【００１８】
前記第１の部分反射表面は約１０％から約３０％の範囲内の反射率を有することができる。前記第２の部分反射表面は約４０％から約６０％の範囲内の反射率を有することができる。
【００１９】
干渉計システムは上述した光学アセンブリと光源及び検出器を含む干渉計基部を含むことができる。前記光源は、前記第１の部分反射表面を透過し前記第２の部分反射表面により受け取られる光を発生するように構成される。前記検出器は、測定及び参照ビーム含む重ね合わされた光を受光し、重ね合わされた光の空間分布に関する情報を提供する。干渉計基部は、光軸に沿って第１の部分反射表面に入射し、第１の部分反射表面から反射して干渉計基部に戻る干渉計基部からの光を遮るように配置された開口絞りと、検査対象物を支持する取付け台を含むことができる。前記取付け台は参照光の光学路長にほぼ等しい測定光の光学路長を規定するために位置決めすることができる。
【００２０】
干渉計基部は測定光と参照光との間の光路長の差を変化させる位相シフタを含むことができる。位相シフタは、測定光の光路長を変化させるために、干渉計基部を前記光学アセンブリに機械的に結合し、前記光学アセンブリと前記検査対象物との間の距離を変化させるように構成することができる。
【００２１】
前記光源は低コヒーレンス干渉計測用の広帯域光源とすることができる。
【００２２】
前記光源は狭帯域レーザ源とすることができる。
【００２３】
前記光源は低コヒーレンス干渉計用の広帯域モードと高コヒーレンス干渉計用のレーザモードとの間で調整可能にすることができる。前記光源は、レーザ閾値より低い電流で駆動されるとき広帯域モードで動作し、レーザ閾値より高い電流で駆動されるときレーザモードで動作するレーザダイオードとすることができる。
【００２４】
前記第１の部分反射表面は非平坦表面を含むことができる。
【００２５】
概して、本発明の別の態様においては、干渉方法が提供され、該方法は第１及び第２の部分反射表面を光軸に沿って定置するステップ、前記第１及び第２の部分反射表面を光軸に対して異なる非垂直角に配置するステップ、及び光を前記第１の部分反射表面を経て光軸に平行な方向に沿って前記第２の部分反射表面へ透過させるステップを含む。前記第２の部分反射表面において、前記光の第１部分が検査対象物へ透過され測定光を規定し、前記光の第２部分が前記第１の部分反射表面に向け反射されて参照光を規定する。前記第１の部分反射表面において、前記光の第２部分の一部分が前記第２の部分反射表面に向け反射されるため、前記参照光は前記第１及び第２の部分反射表面間を少なくとも１往復する。
【００２６】
前記干渉方法の実施形態は下記の特徴の一つ以上を含むことができる。前記第１及び第２の部分反射表面を配置するステップは、第２の部分反射表面が参照光を光軸に沿って反射する前に、参照光が第１及び第２の部分反射表面の間を少なくとも１回通過せしめられるように、前記第１及び第２の部分反射表面を異なる非垂直角に配置することができる。
【００２７】
前記第１及び第２の部分反射表面を配置するステップは、参照光が第１及び第２の部分反射表面の間を少なくとも１回通過する間に第１及び第２の部分反射表面の一つに垂直に入射せしめられるように、前記第１及び第２の部分反射表面を異なる非垂直角に配置することができる。
【００２８】
前記方法は、前記第２の部分反射表面において、検査対象物から反射して第２の部分反射表面に戻った後の測定光が前記第２及び第１の部分反射表面間を少なくとも１往復した後の参照光と重ね合わせるステップを含むことができる。重ね合わされた光の空間分布に関する情報を提供することができる。前記第１の部分反射表面から前記第２の部分反射表面と反対の方向に反射される光を阻止するために開口絞りを設けることができる。反射表面を有する検査対象物は参照光の光路長にほぼ等しい測定光の光路長を決定するように定置することができる。測定光と参照光との間の光路長の差は変化し得る。測定光の光路長を変化させるために第１及び第２の部分反射表面を含む光学アセンブリと検査対象物間の距離を変化させることができる。
【００２９】
前記方法は、その外表面に第１の部分反射表面を有する光学素子を、その外表面が第２の部分反射表面に対面するように配置するステップを含むことができる。前記方法は、前記第１の部分反射表面からの参照光をガラス素子を通過することなく前記第２の部分反射表面へ透過させるステップを含むことができる。前記方法は、前記第２の部分反射表面を前記第１の部分反射表面から、測定光と参照光との干渉パターンを検出する結像モジュールの焦点深度より大きい距離離して定置するステップを含むことができる。
【００３０】
前記方法は、参照光及び測定光が走行する光路長の差による測定光と参照光との位相差を補償する分散補償器に参照光を通すステップ及び前記分散補償器を前記結像モジュールの焦点深度外に定置するステップを含むことができる。
【００３１】
前記方法は、光軸に沿って第３の部分反射表面を定置するステップ、前記第３の部分反射表面を前記第２の部分反射表面に平行に配置するステップ、前記第３の部分反射表面において、前記第１の部分反射表面を透過した光の第３部分を検査対象物へ透過して測定光を規定するとともに、前記光の第４部分を前記第１の部分反射表面に向け反射して第２の参照光を規定するステップ、及び前記第２の参照光が前記第２及び第１の部分反射表面間を少なくとも１往復するように、前記第１の部分反射表面において前記光の第４部分の一部分を前記第２の部分反射表面に向け反射させるステップを含むことができる。
【００３２】
光を前記第１の部分反射表面を透過させるステップは、コリメートされた光を前記第１の部分反射表面を透過させるステップを含むことができる。前記方法は、光を前記第１の部分反射表面を透過させる前にフィールドレンズを透過させるステップ及び前記フィールドレンズを参照光が前記第１の部分反射表面により反射されてから検出器によって検出されるまで走行する結像光路の外に定置するステップを含むことができる。
【００３３】
ここでは平面検査用の干渉計として記載したが、本コンセプトは参照素子を適切に変更することで任意の表面形状の測定に一般化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】対象物の表面を測定する模範的な干渉計を示す図である。
【図２】参照ビーム及び測定ビームに対して等しい光路長を有するように構成された模範的な光学アセンブリを示す図である。
【図３】参照ビーム及び測定ビームに対して等しい光路長を有するように構成された他の模範的な光学アセンブリを示す図である。
【図４】位相シフト干渉計法用の模範的な干渉計を示す図である。
【図５】グラフである。
【図６】グラフである。
【図７】干渉顕微鏡用に構成された模範的な等光路干渉計を示す図である。
【図８】模範的な光学アセンブリを示す図である。
【図９】非平面の表面を測定する模範的な光学アセンブリを示す図である。
【図１０】対象物の表面を測定する模範的な干渉計を示す図である。
【図１１】対象物の表面を測定する他の模範的な干渉計を示す図である。
【図１２Ａ】干渉計に使用できる模範的な光学アセンブリを示す図である。
【図１２Ｂ】干渉計に使用できる他の模範的な光学アセンブリを示す図である。
【図１３】干渉計に使用できる他の模範的な光学アセンブリを示す図である。
【図１４】対象物の表面を測定する模範的な干渉計を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１を参照するに、対象物の前面形状及び他の特性を分析する模範的な干渉計１００が示されている。干渉計１００は、検査対象物１０２の表面への測定光路及び参照素子１０４への表面への参照光路を与える光学アセンブリを含み、測定及び参照光路は近似的に等しい光路長を有する。本例では、参照素子１０４は平面を有するガラス板である。光学アセンブリは干渉計１００の光軸１０６に沿って定置された複数の部分的に反射性の表面を含み、これらの部分反射性表面は、有用な測定及び参照光が光軸１０６に知って検出器（例えばカメラ１０８）に向けられ、望ましくない光が光軸１０６に不平行の方向に向けられ除去されるように、光軸１０６に対して傾けられる。これにより、低コヒーレンス光源１１０の使用が可能になり、多数の反射性表面を有する透明対象物の測定が容易になる。
【００３６】
ここで、用語「光」は紫外、可視、近赤外及び赤外スペクトルの任意のスペクトル領域内の電磁放射を指すものとし得る。
【００３７】
照明ビームスプリッタ１１２は光源１１０からの光をコリメータ１１４に向け、コリメータ１１４は光をコリメートし、光軸１０６に平行な方向に沿って参照素子１０４及び参照ビームスプリッタ１１６に向ける。参照素子１０４はコリメータ１１４に対面する表面上に部分反射（ＰＲ）皮膜１１８を有し、ビームスプリッタ１１６に対面する表面上に煩反射防止（ＡＲ）皮膜１２０を有する。ＰＲ皮膜１１８及びＡＲ皮膜１２０は薄いため、「ＰＲ皮膜１１８」及び「ＰＲ表面１１８」が交換可能に使用され、「ＡＲ皮膜１２０」及び「ＡＲ表面１２０」が交換可能に使用される。ビームスプリッタ１１６は参照素子１０４に対面する表面上に部分反射（ＰＲ）皮膜１２２を有し、検査対象物１０２に対面する表面上にＡＲ皮膜１２４を有する。ＰＲ皮膜１２２及びＡＲ皮膜１２４は薄いため、「ＰＲ皮膜１２２」及び「ＰＲ表面１２２」が交換可能に使用され、「ＡＲ皮膜１２４」及び「ＡＲ表面１２４」が交換可能に使用される。
【００３８】
コリメータ１１４からの光は参照素子１０４のＰＲ皮膜１１８を通過する。一例として、ＰＲ皮膜１１８は入射光の１７％を反射し、８３％を透過する。従って、入射光の８３％が参照素子１０４のＡＲ皮膜を通過し、ビームスプリッタ１１６のＰＲ皮膜１２２に伝播し、このビームスプリッタ１１６は入射光の５０％を反射し、５０％を透過する。反射された光が参照ビーム１２６を形成し、透過した光が測定ビーム１２８を形成する。
【００３９】
参照ビーム１２６は参照素子１０４のＡＲ表面１２０を通過し、参照素子１０４のＰＲ表面１１８から部分的に反射する。従って、参照素子１０４のＰＲ表面１１８は参照表面として作用する。反射された参照ビーム１２６は次にビームスプリッタ１１６のＰＲ表面１２２に戻り、ここで部分的に反射してもとの照明ビームとほぼ同一の線上にあって同一の広がりを持つ（光軸１０６に平行な）光路内に入るが、反対方向に進み、最終的には開口絞り１３０及び結像レンズ１３６を通過した後カメラ１０に到達する。
【００４０】
上述の例は４％から１００％の範囲の表面反射率を有する検査対象物を測定するのに有用である。用途に応じて、反射率及び透過率の値は上で与えられた値から相違させることができる。例えば、参照素子１０４のＰＲ表面１１８は約１０％から約３０％の範囲内の反射率にすることができ、ビームスプリッタ１１６のＰＲ表面１２２は約４０％から約６０％の範囲内の反射率にすることができる。
【００４１】
本例では、参照ビーム１２６はビームスプリッタ１１６のＰＲ表面１２２から参照素子１０４のＰＲ表面１１８へ往復した後にＰＲ表面１２２に戻る。後述されるように（図８）、参照素子１０４の傾き角は、参照ビーム１２６が測定ビーム１２８と合成される前にビームスプリッタ１１６のＰＲ表面１２２と参照素子１０４のＰＲ表面１１８との間で２回以上往復走行するように調整することができる。これにより、測定ビーム１２８と参照ビーム１２６を等しい光路長に維持しながら、ビームスプリッタ１１６のＰＲ表面１２２から検査対象物１０２の表面までの距離を増大することができる。
【００４２】
測定ビーム１２８は干渉計ビームスプリッタ１１６のＡＲ表面１２４を通過して検査対象物１０２に到達し、ここで測定ビーム１２８は検査対象物１０２の少なくとも一つの表面（例えば前面１３７）から干渉計ビームスプリッタ１１６へと反射し、ここで測定ビーム１２８の一部分がもとの照明ビームとほぼ同一の線上にあって同一の広がりを持つ（光軸１０６に平行な）光路に沿って残りの素子を透過し、最終的にカメラ１０に到達し、ここで測定ビーム１２８は参照ビーム１２６と干渉する。その結果は２つのビームの干渉パターンであり、例えば検査対象物１０２の表面形状を決定するのに有用である。
【００４３】
図１の例においては、（検査対象物１０２の表面から反射された後の）測定ビーム１２８と（ＰＲ表面１２２と１１８との間の往復走行後の）参照ビーム１２６がビームスプリッタ１１６のＰＲ表面１２２で合成又は重ね合わされる。重ね合わされたビームは次にカメラ１０８に向かって進む。
【００４４】
カメラ１０８に向けられる参照ビーム１２６及び測定ビーム１２８の部分に加えて、（可能な偶発的反射源の中で特に）参照素子１０４及び干渉計ビームスプリッタ１１６は望ましくない反射（例えば１３９）を発生し得る。このような望ましくない反射１３９を分離し除去するために、参照素子１３４及び干渉計ビームスプリッタ１１６は図に示されるように僅かに角度をつけて、望ましくない反射１３９が開口絞り１３０の開口の外へ向かうようにする。
【００４５】
図１は、参照素子１０４のＰＲ表面１１８からの望ましくない第１の反射１３２及び干渉計ビームスプリッタ１１６に向かって反射しないで参照素子１０４を透過する参照ビーム１２６の望ましくない部分１３４を例示する。望ましくない第１の反射１３２及び望ましくない部分１３４は開口絞り１３０により阻止される。
【００４６】
図１の例においては、干渉計ビームスプリッタ１１６は光軸１０６に垂直の方向に対して角度αだけ傾けられる。参照素子１０６は、参照ビーム１２６が参照素子１０４のＰＲ表面１１８にほぼ垂直の入射角で射突するように、２αにほぼ等しい角度だけ傾けられる。
【００４７】
図２を参照するに、いくつかの実施形態においては、更に参照素子１０４及び干渉計ビームスプリッタ１１６のＡＲ表面からの望ましくない反射を抑制するために、参照素子１０４及びビームスプリッタ１１６はそれぞれ楔型基板２１０及び２１２で形成することができる。本例では、楔形基板２１２は参照素子に対面するＰＲ表面２１８及び検査対象物１０２に対面するＡＲ表面２１６を有し、ＰＲ表面２１８及びＡＲ表面２１６は不平行である。楔形基板２１０は、コリメータ１１４に対面するＰＲ表面２２０及びビームスプリッタに対面するＡＲ表面２１４を有し、ＰＲ表面２２０及びＡＲ表面２１４は不平行である。ＰＲ表面２１８及びＰＲ表面２２０は光軸１０６に垂直の方向に対してそれぞれα及び２αにほぼ等しい角度だけ傾けられる。楔形基板２１０及び２１２を用いることによって、ＡＲ表面２１４及び２１６からの望ましくない反射は測定及び参照ビームに対して角度をなして進み、最終的に開口絞り１３０により阻止される。
【００４８】
図１の例では、観測又は測定される表面は検査対象物１０２の前面１３７である。干渉計１００は検査対象物１０２の背面１３８を観測又は測定するのに使用することもできる。測定される表面は必ずしも対象物の外面にしなければならいわけではない。干渉計１００は光学素子の内部界面を観察又は測定することもできる。
【００４９】
カメラ１０８により検出される干渉パターンは、例えばプログラムを実行するコンピュータによって分析することができる。干渉パターンの分析は、例えば対象物１０２の表面１３７が所望の表面形状に一致するかしないかについての情報をもたらすことができる。
【００５０】
図１の例では、干渉計は偏光に感応しない。照明ビームスプリッタ１１２は光源１１０からの光の一部分（例えば半分）をコリメータ１１４に向け反射するとともに、コリメータ１１４からの戻り光の一部分（例えば半分）をカメラ１０８へと通す。いくつかの実施形態においては、干渉計は偏光を使用するように構成することもできる。偏光照明ビームスプリッタを使用し、偏光状態を回転させるためにこのビームスプリッタとコリメータ１１４との間に１／４波長板を配置する。偏光照明ビームスプリッタは偏光のほぼ全部を第１の方向に沿って（１／４波長板を経て）コリメータ１１４へと向けるとともに、（１／４波長板を２回通過した）戻り偏光のほぼ全部を第２の方向に沿ってカメラ１０８へと通す。
【００５１】
図３を参照するに、参照素子１０４及び干渉計ビームスプリッタ１１６に関する本発明によるジオメトリの利点は、参照ビーム１２６と測定ビーム１２８の光路長が等しくなるのみならず両光路内のガラス量が等しくなるように構成することができる点にある。例えば、参照ビーム１０４に対するガラスの厚さはビームスプリッタ１１６に対するガラスの厚さと同じにできる。本例では、測定ビーム１２８がビームスプリッタ１１６のＰＲ表面１２２から対象物１０２の前面１３７まで進み、ＰＲ表面１２２に戻る光路長は、参照ビーム１２６がＰＲ表面１２２から参照しシステムのＰＲ表面１１８まで進み、ＰＲ表面１２２に戻る光路長に等しい。
【００５２】
温度などの環境状態の変化は参照ビーム１２８及び測定ビーム１２８に同量の位相変化を生じる。このことは、例えば測定及び参照ビームの光路長を同一に維持することが重要な低コヒーレンス干渉計に有益である。いくつかの例においては、参照素子１０４とビームスプリッタ１１６の厚さが相違してもよく、この差により生じる位相差を部分的に又は完全に補正するために追加の光学素子を用いてもよい。
【００５３】
検査対象物１０２の背面１３８又は検査対象物１０２の本体内の表面を検査する場合には、検査対象物１０２とビームスプリッタ１１６との間の距離を、測定ビームがＰＲ表面１２２から測定しようとする表面まで往復する光路長が、参照ビームがＰＲ表面１２２からＰＲ表面１１８まで往復する光路長に等しくなるように、調整することができる。検査対象物の屈折率は空気の屈折率と相違しうるので、測定及び参照ビームの光路長が同じであっても、測定ビームにより横断される物理的距離は参照ビームにより横断される距離と相違し得る。
【００５４】
図２の例でも、参照素子２１０及びビームスプリッタ２１２は測定及び参照ビームに対して等しい光路長を与える。
【００５５】
本発明による設計の別の利点は、市販のフィゾーレーザ干渉計、例えば米国、コネチカット州、ミッドフィールド所在のザイゴ社から市販されているザイゴＧＰＩ（登録商標）シリーズの干渉計の全体ジオメトリ及び機械的設計とコンパチブルである点にある。
【００５６】
図４を参照するに、模範的な等光路干渉計１４４を位相シフト干渉法に使用することができる。干渉計１４４は計器メインフレーム１４２及び干渉計サブアセンブリ１４０を含む。干渉計サブアセンブリ１４０は、用途に応じて、計器のメインフレーム１４２に着脱し得るアクセサリである。メインフレーム１４２は、図１に示される例と同様に、光源１４６、照明ビームスプリッタ１１２、コリメータ１１４、開口絞り１３０、結像レンズ１３６及びカメラ１０８を含む。光原１４６はレーザ源又は低コヒーレンス光源のいずれかとし得る。
【００５７】
いくつかの実施形態においては、光源１４６は低コヒーレンス干渉計用の広帯域モードと高コヒーレンス干渉計用のレーザモードとの間で調整できる。例えば、光源１４６は、レーザ閾値より低い電流で駆動されるとき広帯域モードで動作し、レーザ閾値より高い電流で駆動されるときレーザモードで動作するレーザ半導体とすることができる。
【００５８】
干渉計サブアセンブリ１４０は、図１に示される例と同様に、干渉計ビームスプリッタ１１６及び参照素子１０４を含む。サブアセンブリ１４０の位置は機械的移相器１４８によって（１４７で示すように）調整でき、この移相器は例えば１ミクロン程度の精度を有するものとし得る。移相器１４８は測定ビーム１２８と参照ビーム１２６との間の光路長の差を変化させる。本例では、移相器１４８は、干渉計サブアセンブリ１４０を計器メインフレーム１４２の台に機械的に結合し、測定ビーム１２８に対する光路長を変化させるためにサブアセンブリ１４０と検査対象物１０２との間の距離を変化させるように構成される。
【００５９】
サブアセンブリ１４０は、アクセサリ取付けフランジ１４９によって計器メインフレーム１４２に取り付けることができる取外し可能なアクセサリとして構成することができる。本例では、干渉計１４４は任意の偏光照明とコンパチブルである。
【００６０】
いくつかの実施形態においては、測定ビーム及び参照ビームがそれぞれ測定光路及び参照光路の特定部分に沿って特定の偏光を有するように偏光を利用した干渉計１４４を構成することができる。
【００６１】
低コヒーレンス光源１４６を使用するとき、等光路干渉計１４４は、例えば複数の反射表面を有する透明対象物の特定の表面を測定することができる。低コヒーレンス干渉計においては、干渉効果は等光路状態に限定もしくは局所化される。
【００６２】
図５は、透明対象物についてスペクトル的に広帯域（６００ｎｍ中心波長、１５ｎｍ半値全幅（ＦＷＨＭ））の光源を用いて測定した、対象物の位置の関数として変化する模範的な干渉信号１５０を示す。対象物位置「０」は等光路状態に相当する。本例では、干渉信号１５０のエンベロープの振幅は０位置近くで高く、０位置から１２ミクロンを超える位置で著しく減少する。
【００６３】
図６は、４０ミクロン厚の溶融石英対象物についてスペクトル的に広帯域（６００ｎｍ中心波長、１５ｎｍ半値全幅（ＦＷＨＭ））の光源を用いて測定した、対象物の位置の関数として変化する模範的な干渉信号強度１６０を示す。干渉信号１６０の第１のピーク１６２は０位置で生じる。干渉信号１６０の第２のピーク１６４は−６０ミクロの位置で生じ、これは対象物の背面からの反射に相当する。
【００６４】
図５及び図６のグラフから明らかなように、対象物１０２の測定すべき表面から例えば２０ミクロン以上離れた表面からの反射は、等光路状態が満足されるとき（即ち測定光路及び参照光路がほぼ等しい光路長を有するとき）に発生される干渉パターンに殆ど寄与しない。図１−４に示される例では、検査対象物１０２の前面１３７及び背面１３８から反射される光はすべてカメラ１０８に到達し得る。前面と背面との間の距離は２０ミクロンより大きいと仮定する。干渉計１００を前面１３７の測定に使用するとき、背面１３８から反射される光がカメラで検出される干渉パターンに大きく寄与することはあり得ない。同様に、干渉計１００を背面１３８の測定に使用するとき、全面１３７から反射される光がカメラ１０８で検出される干渉パターンに大きく寄与することはあり得ない。
【００６５】
図７を参照するに、等光路干渉計は干渉顕微鏡法などの他の計器プラットフォームに適応化させることができる。干渉顕微鏡１７０はメインフレーム１７２及び着脱可能な干渉対物系１７４を含む。メインフレーム１７２は、光源１４６と、光源１４６からの光をコリメートし、ろ波し、拡大し、照明ビームスプリッタ１７８に向ける（レンズ１７３、視野絞り１７５及び照明開口絞り１７７を含む）レンズ及び視野絞りアセンブリを含む。ビームスプリッタ１７８は干渉対物系１７４から戻される光も受け取り、その戻り光を結像開口絞り１８０及び円柱レンズ１８２を経てカメラ１０８に向ける。
【００６６】
干渉対物系１７４は対物レンズ１８４、干渉計ビームスプリッタ１１６及び参照素子１０４を含む。対象物１０２の特定の表面を観測又は測定するために、機械的走査機構１８６によって干渉対物系１７４を方向１８８に沿って走査してビームスプリッタ１１６のＰＲ表面１２２と観測すべき対象物の表面との間の距離を調整する。着脱可能な干渉対物系１７４は他のシステムに使用されるミロー型、マイケルソン型又はリニク型干渉計と取り可能にすることができる。顕微鏡１７０は等光路干渉計を使用するため、走査白色干渉計に有用である。干渉対物系１７４はマイケルソン型又はリニク型干渉対物系よりコンパクトにすることができる。
【００６７】
図８を参照するに、いくつかの実施形態においては、等光路干渉計用の光学アセンブリ１９０は参照素子１９２及び干渉計ビームスプリッタ１９４を含む。干渉計ビームスプリッタ１９４は光軸１０６に垂直の方向に対して角度αだけ傾けられ、参照素子１９２は光軸１０６に直角の方向に対して角度１．５αだけ傾けられる。この構成の下で、参照ビーム１９６は参照素子１９２のＰＲ表面２００から計２回反射し、干渉ビームスプリッタ１９４のＰＲ表面２０２から計３回反射する。参照ビーム１９６は測定ビーム１９８と結合する前にビームスプリッタ１９４のＰＲ表面２０２と参照素子１９２のＰＲ表面２００との間で２回往復する。
【００６８】
参照素子１９２の厚さＴ１はビームスプリッタ１９４の厚さＴ２の半分であるため、参照ビーム１９６と測定ビーム１９８は等しい量のガラスを通過する。ビームスプリッタ１９４のＰＲ表面２０２と対象物１０２の測定すべき前面１３７との間の距離はビームスプリッタ１９４のＰＲ表面２０２と参照素子１９２のＰＲ表面２００との間の距離の約２倍にすることができる。この光学アセンブリ１９０は、図４の例と同様に計器メインフレームと一緒に使用することができ、また図７と同様に干渉顕微鏡に使用することができる。
【００６９】
光学アセンブリ１９０の利点は、図１−４及び図７の例に比較してビームスプリッタ１９４と検査対象物１０２との間の作業距離が大きくなる点にある。
【００７０】
いくつかの実施形態においては、干渉計ビームスプリッタ（例えば１１６又は１９４）及び参照素子（例えば１０４又は１９２）は非平面にすることができる。例えば、検査対象物１０２が球形である場合、参照素子（例えば１０４又は１９２）のＰＲ表面（例えば１１８又は２００）は同等の球形にすることができる。
【００７１】
図９は検査対象物２２２の非平面（例えば球状凹面）２２４を測定する模範的な干渉計２２０を示す。干渉計２２０は楔形参照素子２２６及び楔形干渉計ビームスプリッタ２２８を含む。ビームスプリッタ２２８はＰＲ表面２３２及びＡＲ表面２４２を有する。参照素子２２６はＰＲ表面２３０及びＡＲ表面２４０を有し、ＰＲ表面２３０と検査対象物２２２の表面２２４はビームスプリッタ２２８のＰＲ表面２３２に対して対称である。ＰＲ表面２３２は入来ビーム２４４を測定ビーム２３４及び参照ビーム２３６に分割し、両ビームは重なり合うビーム２３８を形成するためにＰＲ表面２３２で結合する前に等しい光路長を走行する。重なり合うビーム２３８の干渉パターンは、例えば検査対象物２２２の表面２２４が参照素子２２６のＰＲ表面２３０により表される所望の表面形状に一致するかしないかについての情報を与えるために分析することができる。
【００７２】
干渉計１００において、干渉パターンを取得し記録する結像モジュール又はシステム（結像レンズ１３６及びカメラ１０８を含む）は焦点深度を有するため、焦点深度外の対象物は焦点はずれになり、カメラ１０８で取得された画像にボケを生じる。いくつかの実施形態においては、干渉計は構成要素の品質要件を緩和すべく決像系の焦点深度外に置かれた構成要素を有するように構成することができる。例えば、ガラス基板が決造系の焦点深度外に置かれる場合、ガラス基板の欠陥が焦点はずれになり、カメラにより取得される干渉パターンへの影響が小さくなり、無視することができる。これにより、高い性能を維持しながらシステムの総合コストを低減するために安価な構成要素の使用が可能になる。
【００７３】
図１０を参照するに、いくつかの実施形態においては、干渉計２５０は、干渉計１００（図１）の参照素子１０４に比較して反転された参照素子２５２を含む点を除いて、干渉計１００に類似の構成を有する。参照素子２５２はコリメータ１１４に対面する表面に反射防止被膜１２０を有し、干渉計ビームスプリッタ１１６に対面する表面に部分反射被膜１１８を有する。光源１６０からの入力光はＰＲ被膜１１８に衝突する前にＡＲ皮膜１２０に衝突する。このような構成は、干渉計２５０の結像系の焦点深度内に何のガラス素子を含まない利点を有する。
【００７４】
本例では、焦点深度は光の波長を開口数の二乗で割った値で決まる。例えば、５００ｎｍの波長では、０．００５の開口数を有する結像系の焦点深度は２０ｍｍである。結像系は、参照素子２５２のＰＲ表面１１８から反射された光と対象物１２０上又は内の表面から反射された光との干渉パターンを投影するように設計されるため、焦点の中心は参照素子２５２のＰＲ表面及び測定すべき対象物１２０の表面に位置する。ビームスプリッタ１１６と参照素子１０４を焦点深度（本例では２０ｍｍ）より大きく離して位置させると、ビームスプリッタの基板は焦点外れになる。これにより干渉計２５０に使用されるガラス基板の特に高い空間周波数における品質に対する要件を緩和することができる。
【００７５】
図１１を参照するに、いくつかの実施形態においては、干渉計２６０は、参照素子２５２のＰＲ表面とビームスプリッタ１１６のＰＲ表面との間に配置された分散補償板２６２のような追加の光学素子を備える点を除いて、干渉計２５０（図１０）に類似の構成を有する。追加の光学素子は、参照ビーム１２６及び測定１２７が通過する物質の差により生じる参照及び測定ビーム１２６及び１２８間の位相差を部分的に又は完全に補償することができる。
【００７６】
例えば、図１０の干渉計２５０においては、ビーム１２６及び１２８が走行する距離は同じであるが、測定ビーム１２８は参照ビーム１２６より多量のガラスを通過する。別の例として、参照素子２５２の厚さが干渉計ビームスプリッタ１１６の厚さと異なる場合には、ビーム１２６及び１２８が同じ距離を走行するにもかかわらず、ビーム１２６及び１２８の間に位相差が生じ得る。追加の光学素子（例えば分散補償板２６２）はビーム１２６及び１２８間の位相差を部分的に又は完全に補償することができる。追加の光学素子は結像系の焦点深度外に配置することができ、それによって追加の光学素子の品質要件を緩和することができる。図１１の例では、分散補償板２６２が結像系の焦点深度外になるように（焦点の中心が参照素子２５２のＰＲ表面１１８に位置する）分散補償板２６２は参照素子１１８よりもビームスプリッタ１１６に近接して配置される。
【００７７】
図１２Ａを参照するに、いくつかの実施形態においては、干渉計は、干渉計ビームスプリッタの前面及び背面からの反射を交互に使用して、３ビーム干渉パターンを生成する１つの測定ビームと２つの参照ビームに、ガラスを通過するほぼ等しい光路長を与える光学系２７０を含む。光学系２７０は参照素子２５２及び干渉計ビームスプリッタ２７２を含む。参照素子２５２は反射防止表面Ｒ１及び部分反射表面Ｒ２（約５０％の反射率を有する）を有する。ビームスプリッタ２７２は２つの部分反射表面Ｒ３及びＲ４（各々約１２％の反射率を有する）を有する。表面Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及びＲ４は順番に位置する。
【００７８】
図１２Ａにおいて、この例は、光路を観察し易くするために、望ましくない反射を除去するための参照素子及びビームスプリッタの傾きを示さずに非平行の入力及び出力ビームを用いて示されている。光の第１部分は表面Ｒ１及びＲ２を透過し、表面Ｒ３で反射されて、第１の参照ビームＡ２７８を形成する。第１の参照ビーム２７８は表面Ｒ２から部分的に反射し、表面Ｒ４に戻り、そこで参照ビームＡ２７８はもとの照明ビームとほぼ同一線上にあり同一の広がりを持つ光路内に部分的に反射するが反対方向に走行する。
【００７９】
図１２Ｂを参照するに、光の第２部分は表面Ｒ１，Ｒ２及びＲ３を透過し、表面Ｒ４で反射されて、第２の参照ビームＢ２８０を形成する。第２の参照ビーム２８０は表面Ｒ２から反射し、表面Ｒ３に戻り、そこで参照ビームＢ２８０はもとの照明ビームとほぼ同一線上にあり同一の広がりを持つ光路内に部分的に反射するが反対方向に走行する。
【００８０】
光の第３部分は表面Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及びＲ４を透過して測定ビームＭ２８２を形成する。測定ビームＭ２８２は表面Ｒ４で第１の参照ビームＡ２７８と重なり合い、表面Ｒ３で第２の参照ビームＢ２８０と重なり合う。重畳ビームはカメラ１０８に向かって走行し、カメラ１０８は第１の参照ビームＡ２７８と第２の参照ビームＢ２８０と測定ビームＭ２８２との干渉を検出する。
【００８１】
以下に、３ビーム干渉パターンの高い（例えば最大の）コントラストを達成するための表面Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及びＲ４の反射力を決定する方法を説明する。差し当たり、すべてのスプリアス反射を無視すると、単一像点の干渉強度は、
【数１】
0005087186.tif 000002
ここで、ＥＡ，ＥＢ，ＥＭはそれぞれ参照ビームＡ２７８、参照ビームＢ２８０及び測定ビームＭ２８２の複素電界振幅である。表面Ｒ１..Ｒ４の複素反射力はそれぞれｒ１..４として示し、これらの表面の透過率はそれぞれｔ１..４として示す。光学系を通る２つの参照ビームＡ及びＢを追跡すると、入力電界Ｅ０に対して
【数２】
0005087186.tif 000003
であり、ここでφは２つの参照ビームＡ及びＢ間の光路差（ＯＰＤ）に関連する位相オフセットである。方程式（２）及び（３）は
【数３】
0005087186.tif 000004
に簡単化する。
【００８２】
ビームスプリッタ表面Ｒ２及びＲ３は完全に平行であり、光路差関連位相φ＝０であり且つ２つの参照ビームの増加的干渉が生じるものと仮定すると、等価参照ビームの電界は、
【数４】
0005087186.tif 000005
と書き表せる。測定電界は、
【数５】
0005087186.tif 000006
である。方程式（１）の強度Ｉは２ビーム等価：
【数６】
0005087186.tif 000007
に簡単化し、良く知られた強度方程式：
【数７】
0005087186.tif 000008
になる。ここで、
【数８】
0005087186.tif 000009
であり、
【数９】
0005087186.tif 000010
である。
【００８３】
参照ビームの正味強度｜ＥＲ｜２は参照反射（Ａ）又は（Ｂ）のいずれか一つの強度の４倍であり、これは良好なフリンジコントラストを達成するためにビームスプリッタの反射力Ｒ３，Ｒ４を極めて高くする必要がないことを意味する。フリンジコントラストを
【数１０】
0005087186.tif 000011
と定義すると、最大フリンジコントラストＶ＝１はＩＲ＝ＩＭに対して達成される。方程式（１０）及び（１１）を使用すると、最大コントラストは、
【数１１】
0005087186.tif 000012
のとき、簡単化すると、
【数１２】
0005087186.tif 000013
のときに達成することができる。
【００８４】
特定の例として、対象物１２０は４％の反射率を有するベアガラス表面を有し、参照表面（Ｒ２）は５０％の反射率を有し、Ｒ３及びＲ４は等しい反射率であり、Ｒ１は０％の反射率を達成する誘電体被膜を有するものとしよう。この場合には、
【数１３】
0005087186.tif 000014
である。フリンジコントラストＶ＝１のためには、
【数１４】
0005087186.tif 000015
であり、その解はＲ４＝１２．４％になる。もっと高い反射力の対象物はもっと高いビームスプリッタ反射率が有効である。例えば、３０％の対象物反射率に対してはＲ３＝Ｒ４＝２８％のビームスプリッタ反射率が最大のコントラストをもたらす。
【００８５】
上記の計算においては、測定ビーム及び２つの参照ビームＡ及びＢ以外に結像系に到達する他の反射波は存在しないものと仮定した。例えば、Ｒ３＝Ｒ４＝２８％のビームスプリッタ反射率は３０％の対象物反射率に対して最大のコントラストをもたらす。図１０及び図１１に示す例と同様に、光学アセンブル２７０内の参照素子２５２及びビームスプリッタ２７２は、望ましくない反射波を低減もしくは除去し、平行な入力及び出力ビームを生じさせるために、傾けることができる。
【００８６】
図１３を参照するに、いくつかの実施形態においては、光学アセンブリ２２０は、角度αだけ傾けられた平面平行ビームスプリッタ２７２と、２αにほぼ等しい角度だけ傾けられた参照素子２５２を含む。この例では、表面Ｒ３及びＲ４からの望ましくない単一表面反射は出力ビーム光路に平行に戻されない。
【００８７】
表面Ｒ４からの意図しないビームが表面Ｒ２から反射し、再び表面Ｒ４から出力ビーム内に反射して残り得る。表面Ｒ３からの意図しないビームも表面Ｒ２から反射し再びＲ３から出力ビーム内に反射して残り得る。これらのビームは、空間的にも時間的にも低いコヒーレンスの照明の場合には正しい光路長を有さず、干渉を生じない。その正味の影響は相対フリンジコントラストを例えば２０％低減し得る。
【００８８】
図１４を参照するに、いくつかの実施形態においては、コリメータ１１４の代わりにフィールドレンズ３０２を結像光路外で使用するように干渉計１００を変更した干渉計３００が提供される。対象物１２０はこのクリティカルパス内でコリメータを使用せずにカメラ１０８に直接結像される。フィールドレンズ３０２は、例えば光源１１０と照明ビームスプリッタ１１２との間に配置することができる。フィールドレンズ３０２は対象物１２０及び参照素子１０４の結像系の一部を構成しないので、フィールドレンズ３０２をコリメータ１１４と等品質にしなくても、干渉計３００は正確な測定値を得ることができる。フィールドレンズ３０２は、例えば回折レンズ又はフレネルレンズとすることができる。
【００８９】
図１に示す例では、大きな対象物１２０の表面特性を測定するためには、十分に大きな光照射野を与えるために大きなコリメータ１１４を使用する必要があり得る。大型の高品質コリメータは高価であり得る。図１４に示す例では、大型のコリメータ１１４より著しく安価にし得る大型のフィールドレンズ３０２を使用することによって、干渉計３００の製造において大幅なコスト削減が達成できる。
【００９０】
図４、図１０及び図１１に示す干渉計もコリメータの代わりにフィールドレンズを使用するように変更することができる。
【００９１】
上述した干渉計は多くのタイプの対象物表面の特性、例えばハードディスクドライブに使用されるガラスディスクのディスク平面度及びうねり、を測定するために使用することができる。ガラスディスクは前及び後反射表面を有する。上述の干渉計は、ディスクの後反射表面からの反射が、ディスクの前反射表面から反射される測定光と参照表面から反射される反射光との干渉により生成される干渉パターンにほとんど寄与しないように、低い空間コヒーレンスを有する光源を使用する。これらの干渉計は他のタイプのディスクメディア表面を測定するのに使用することもできる。
【００９２】
他の態様、特徴及び利点も本発明の範囲に含まれる。例えば、図１において、検査対象物１０２を支持するための取付け台を設けることもできる。取付け台は調整可能にすることができ、参照ビーム１２６の光路長にほぼ等しい測定ビーム１２８の光路長を規定するために検査対象物１０２の位置を調整可能に構成される。図２の楔形参照素子２１０の向きは、ＰＲ表面２２０が干渉計ビームスプリッタ２１２に対面するように反転させることができる。図４の干渉計サブアセンブリ１４０及び図７の干渉対物系１７４内の参照素子及び干渉計ビームスプリッタの構成は図８、図９、図１０、図１１、図１２Ａ、図１２Ｂ及び図１３に示されるような他の構成と置換することができる。参照素子及び干渉計ビームスプリッタの傾角は上述した値と相違させることができる。参照素子及び干渉計ビームスプリッタの部分反射表面は光学素子内のそれぞれの内部界面に形成することができ、必ずしも図１−４及び図７−１４のように外表面で形成する必要はない。
【要約】  干渉計用の光学アセンブリが提供される。この光学アセンブリは、光軸に沿って定置され、光軸に対して異なる非垂直角に配置された第１及び第２の部分反射表面を含む。第２の部分反射表面は、光軸に沿って第１の部分反射表面を透過した光を受け取り、受け取った光の一部分を検査対象物へ透過して干渉計用の測定光を規定するとともに受け取った光の別の部分を第１の部分反射表面に向け反射して戻して干渉計用の参照光を規定するように構成される。参照光は第２及び第１の部分反射表面間を少なくとも１往復する。【図１】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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