(57)【要約】  ブルズアイパターン（図５）の干渉縞（ＩＢ）は、測定モジュール（２０）により、平坦な参照ビーム（ＢＲＲ）を、検査オブジェクト（Ｏ）と点接触しているプローブ（１０、１００）のチップ（１２、１０４）へ連結される球体（４０、１０２）により反射される球面ビーム（ＤＲＲ）と干渉させることによって生成される。ブルズアイインターフェログラムは、検出器に記録され、かつ従来的に分析されて、プローブのチップの位置測定値が生成される。ビーム補正モジュール（７０）は、ブルズアイインターフェログラムを測定モジュール（２０）の照明軸（Ｚ）と位置合わせするために使用される。座標測定機において少なくとも３つのこのような測定モジュール（１０６、１０８、１１０）を組み合わせることにより、検出器により記録されるブルズアイインターフェログラムの分析から、プローブ（１００）および検査オブジェクト（Ｏ）とのその点接触（１０４）の３次元位置を、高精度かつ大幅に低減されたアッベ誤差で取得することができる。【選択図】図４
2020530105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間におけるオブジェクトの位置を測定するための干渉計システムであって、
空間における前記オブジェクトに向けられた発散する光錐として成形される検査波面を放出するように構成される干渉測定モジュールと、
ブルズアイインターフェログラムが生成されて検出器により検出されるように、前記光錐内に配置される湾曲した反射面と、
前記検出器により検出される前記ブルズアイインターフェログラムに基づいて、前記反射面の位置測定値を生成するようにプログラムされるプロセッサとを備え、
前記反射面は、空間における前記オブジェクトと点接触しているプローブへ取り付けられる、干渉計システム。
【請求項２】
前記ブルズアイインターフェログラムを前記測定モジュールの照明軸に位置合わせするように適合化される補正モジュールをさらに含む、請求項１に記載の干渉計システム。
【請求項３】
前記補正モジュールは、前記ブルズアイインターフェログラムから信号を受信する複数の検出器エレメントを有するセンサを含み、かつ前記プロセッサは、さらに、前記ブルズアイインターフェログラムの中心が前記照明軸上にあるときに前記検出器エレメントにブルズアイパターンを検出させるべく前記補正モジュールを駆動するようにプログラムされる、請求項２に記載の干渉計システム。
【請求項４】
前記複数の検出器エレメントは、中央検出器の周りに対称的に配置される４つの衛星検出器を含む、請求項３に記載の干渉計システム。
【請求項５】
前記反射面は、球面である、請求項１に記載の干渉計システム。
【請求項６】
前記反射面は、前記プローブのチップである、請求項１に記載の干渉計システム。
【請求項７】
前記反射面は、球面である、請求項６に記載の干渉計システム。
【請求項８】
座標測定機（ＣＭＭ）であって、
発散する光錐として成形される個々の検査波面を放射するように構成される少なくとも３つの干渉測定モジュールと、
個々のブルズアイインターフェログラムが生成されて個々の検出器により検出されるように、前記光錐内に配置される湾曲した反射面と、
前記検出器により記録される前記ブルズアイインターフェログラムに基づいて、前記反射面の３次元位置測定値を生成するようにプログラムされるプロセッサとを備え、
前記反射面は、前記ＣＭＭのプローブへ取り付けられ、かつ前記プローブは、測定されるオブジェクトと点接触して３次元的に動作するように適合化される、座標測定機（ＣＭＭ）。
【請求項９】
前記ブルズアイインターフェログラムを前記測定モジュールの個々の照明軸に位置合わせするように適合化される補正モジュールをさらに含む、請求項８に記載のＣＭＭ。
【請求項１０】
前記補正モジュールは、前記ブルズアイインターフェログラムから個々の信号を受信する複数の検出器エレメントを有する個々のセンサを含み、かつ前記プロセッサは、さらに、前記ブルズアイインターフェログラムの中心が前記測定モジュールの個々の照明軸上にあるときに前記検出器エレメントにブルズアイパターンを検出させるべく前記補正モジュールの各々を駆動するようにプログラムされる、請求項９に記載のＣＭＭ。
【請求項１１】
前記複数の検出器エレメントの各々は、中央検出器の周りに対称的に配置される４つの衛星検出器を含む、請求項１０に記載のＣＭＭ。
【請求項１２】
前記反射面は球面である、請求項８に記載のＣＭＭ。
【請求項１３】
前記反射面は、前記プローブのチップである、請求項８に記載のＣＭＭ。
【請求項１４】
空間におけるオブジェクトの位置を測定するための干渉方法であって、
空間における前記オブジェクトに向けられた発散する光錐として成形される検査波面を生成するステップと、
ブルズアイインターフェログラムが生成されて検出器により検出されるように、前記光錐内に、プローブへ連結される湾曲した反射面を配置するステップと、
前記オブジェクトを前記プローブに接触させるステップと、
前記検出器により検出される前記ブルズアイインターフェログラムの干渉分析に基づいて、前記反射面の位置測定値を生成するステップと、を備える干渉方法。
【請求項１５】
前記ブルズアイインターフェログラムを測定モジュールの照明軸に位置合わせするステップをさらに含む、請求項１４に記載の干渉方法。
【請求項１６】
前記位置合わせするステップは、前記ブルズアイインターフェログラムから信号を受信する複数の検出器エレメントを有するセンサを用いて、かつ前記検出器エレメントが、前記照明軸上に中心をつけられる前記ブルズアイインターフェログラムに対応する干渉パターンを記録するように前記ブルズアイインターフェログラムの伝播方向を変更することによって実行される、請求項１５に記載の干渉方法。
【請求項１７】
前記複数の検出器エレメントは、中央検出器の周りに対称的に配置される４つの衛星検出器を含む、請求項１６に記載の干渉方法。
【請求項１８】
前記反射面は、球面である、請求項１４に記載の干渉方法。
【請求項１９】
前記反射面は、前記オブジェクトに接触するプローブである、請求項１４に記載の干渉方法。
【請求項２０】
前記反射面は、球面である、請求項１９に記載の干渉方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２０１７年８月７日に提出された米国暫定出願第６２／５４１，９０６号明細書を基礎とし、かつ該米国暫定出願の優先権を主張するものであって、該米国暫定出願は、参照により開示に含まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、概して、光学座標測定機の分野などの、空間におけるオブジェクトの位置の測定に関し、具体的には、測定プローブの接触点を直に追跡することを基礎とする新規アプローチに関する。
【背景技術】
【０００３】
空間におけるオブジェクトの位置の測定は、現代科学技術の基盤であって、座標測定機（ＣＭＭ）は、機械部品から光学表面に及ぶ広範なオブジェクトの品質管理に使用される最も一般的なデバイスのうちの１つである。ＣＭＭは、典型的には、測定表面の存在を接触により検出するために使用されるセンサ（プローブ）と、接触点の空間座標を提供するメトロロジーフレームとからなる。ある典型的なＣＭＭを略示する図１は、オブジェクトＯを測定するために使用される単一点接触検出チップ１２を有する従来のプローブ１０を示す。メトロロジーフレーム１４は、プローブチップ１２の位置を、プローブチップ１２がオブジェクトＯの表面を測定すべく移動するにつれて追跡するために使用される。作動中、マシンは、プローブがパーツを様々なポイントで辿るにつれて、プローブからの入力を読み取り、これらのポイントのＸ、Ｙ、Ｚ座標が、測定されるオブジェクトのサイズおよび形状をマイクロメートルの精度で決定するために使用される。
【０００４】
プローブは、光学的、機械的、電気的および他の原理を基礎として多くの異なる設計が存在し、その感度および精度特性も多様であるが、基礎をなす測定原理は常に同じであって、オブジェクトとの接触点の位置が、少なくとも３つの独立した位置軸を用いて空間内で測定される、というものである。最も一般的な設計は、距離測定デバイスを装備したＸ、Ｙ、Ｚ軸を有するデカルト座標系を用いる。高精度測定に使用される一般的なデバイスのうちの１つは、距離測定干渉計（ＤＭＩ）であり、これは、レーザ光の干渉を用いて直線に沿った変位を精密に測定する。
【０００５】
非接触プローブの多くは、光学ベースである。これらは、典型的には、良好な感度を提供するが、検査対象表面により反射される光の量による制限を受け、よって、最適な検出状態を達成するためには、表面に対する適正な位置合わせを必要とする。実際には、これは、確実に検出できる表面傾斜範囲が限定的であって、プローブの向きを繰り返し直してこれを検査表面に対して略垂直に配置する必要があること、すなわち、測定システムの精度を下げかつ複雑さを増すタスクを要することを意味する。さらに、プローブの向きを回転によって変えるためには、座標測定機の動作において重要なパラメータの較正を追加する必要があり、よって付帯的不確実性および潜在的誤差を伴う。したがって、概して、操作がより簡単な接触プローブの方が好ましい。
【０００６】
接触プローブおよびＤＭＩを装備したＣＭＭは、高精度度量衡フレームの実装例であるが、ＤＭＩであっても、所謂アッベ角度誤差（正弦誤差としても知られる）、すなわち、実際の接触点が線形座標の測定点からある距離だけ離れていることに起因する位置測定の誤差、を経験する。ある理想的な測定機では、プローブ１０が常に駆動軸の運動面に対して垂直である。しかしながら、図２において、単一の直線方向に関して拡大して示されているように、実際のシステムでは、ステージにおける機械的な不正確さに起因して、プローブ１０は、連続する位置間で矢印１６が示す方向などへ移動するにつれて、チップ１２に対して傾く傾向がある。その結果、並進機構の運動線に沿ってプローブ１０の基部で測定される距離Ｄ’（すなわち、ＤＭＩにより報告される距離）が、プローブチップ１２の実際の変位Ｄとは異なる。これは、実環境のＣＭＭプローブ設計では回避し難い、純粋に幾何学的な歪誤差である。当技術分野では、この誤差の影響を減らすための様々なスキームが実装されてきたが、これらは、常に設計を複雑にしかつＣＭＭのコストを増加させ、よって目標を完全に達成していない。
【０００７】
理想的なソリューションは、プローブ１０の並進機構との接続点の位置を並進軸に沿って追跡することではなく、プローブチップ１２の実際の位置を測定することであると思われる。しかしながら、ＤＭＩデバイスは、単一の見通し線に沿ってのみ動作することから、これを高精度で行うことが困難である。また、測定対象表面に沿ったどこでも３次元空間における接触点位置の測定を可能にするという理由で、直にチップを追跡することも理想的であると思われるが、これは、プローブと並進機構との位置合わせを、ＤＭＩ測定の完全性を保ちながら変更することができない現在のプローブでは不可能なことである。本開示は、３次元空間において接触点または接触点の近くに置かれる反射面の位置を、高精度を提供すると共に測定プロセスに対するアッベ誤差の影響をなくす、または大幅に減らす干渉法原理を用いて追跡する方法について述べる。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、平坦な参照ビームを湾曲した検査面で反射される球面ビームと干渉させることによって、ブルズアイパターンに干渉縞を生成するという考案に存する。このようなブルズアイパターンは、結局のところ干渉計縞であって、これから、従来の干渉分析によって検査面の正確な位置（参照システムに対するその座標）を確立することができる。
したがって、最も一般的な意味において、本発明による、空間におけるオブジェクトの位置を測定するための干渉計システムは、干渉測定モジュールを含み、該干渉測定モジュールは、オブジェクトと点接触しているプローブへ取り付けられる湾曲した反射検査面に向けられた発散する光錐として成形される検査波面を放出するように構成される。戻ってくる検査ビームと参照ビームとを干渉させることにより生成されるブルズアイインターフェログラムは、検出器に記録され、かつ従来的に分析されて反射検査面の位置測定値が生成される。
【０００９】
ビーム補正モジュールは、好ましくは、縞の分析を容易にすべくブルズアイインターフェログラムを測定モジュールの照明軸と位置合わせするために使用される。ある例示的な補正モデルは、ブルズアイインターフェログラムから信号を受信する複数の検出器エレメントを有するセンサと、インターフェログラムの中心が照明軸上にあるときに検出器エレメントがブルズアイの完全なブルズアイパターンを検出するために、ブルズアイインターフェログラムの軸方向位置を変えるべく補正モジュールを駆動するようにプログラムされるプロセッサとを含む。複数の検出器エレメントは、好ましくは、中央検出器の周りに４つの検出器が対称的に配置される衛星型検出器として構成される。反射面は、好ましくは球形であって、検査オブジェクトとの接触点の極く近くでプローブへ取り付けられ、または、最も好ましくは、プローブのチップ自体を構成する。
【００１０】
座標測定機のある実施形態において、本発明は、少なくとも３つの干渉測定モジュールを含み、該干渉測定モジュールは、ＣＭＭのプローブへ取り付けられる湾曲した反射面に向けられた発散する光錐として成形される個々の検査波面を放出するように構成される。したがって、ブルズアイインターフェログラムが個々に生成されかつ個々の検出器によって検出され、反射面および接続されたプローブの３次元位置測定値は、複数の検出器により記録されたブルズアイインターフェログラムの解析から取得されることが可能である。測定されるオブジェクトと点接触しているプローブの従来的なＣＭＭ３次元運動を提供することにより、オブジェクトを高精度かつ大幅に低減されたアッベ誤差で走査しかつ測定することができる。
【００１１】
他の様々な利点は、以下の発明の明細書本文から、および添付の特許請求の範囲において具体的に指摘される新規特徴から明らかとなるであろう。したがって、本発明は、以下に図面で例示され、好ましい実施形態の詳細な説明において完全に記述され、かつ特許請求の範囲において具体的に指摘される特徴を含むが、このような図面および説明は、単に、発明が実施され得る様々な方法のうちの一部を開示したものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の座標測定機の主要なコンポーネントを示す基本的な略図である。
【００１３】
【図２】従来のＣＭＭにおけるアッベ誤差を示す略図である。
【００１４】
【図３】ある典型的なＤＭＩセットアップを示す略図である。
【００１５】
【図４】本発明による、空間内のオブジェクトを追跡するための干渉計セットアップを示す略図である。
【００１６】
【図５】平坦な波面と球面波面との間の「ブルズアイ」干渉パターンの一例を示す。
【００１７】
【図６】デカルト座標および球座標における干渉位置のジオメトリを示す。
【００１８】
【図７】ブルズアイ補償システムを示す略図である。
【００１９】
【図８】本発明のブルズアイを照明システムの光軸上にセンタリングすることに適する検出器スキームを示す。
【００２０】
【図９】本発明による、３つのセンサを用いるＣＭＭを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
高精度の追跡方法は、典型的には光干渉を用いるが、その理由は、その高い感度、および測定の不確定性が、高精度で発生可能な使用される波長に直結することにある。ある典型的なＤＭＩは、２つの反射面より成り、その一方は、ステージ上の追跡されるオブジェクト（オブジェクトビーム）に取り付けられ、他方は、固定的（参照ビーム）であって距離の測定基準を提供する。最も一般的な配置は、ビームの折り返し点に置かれるリトロリフレクタが高品質の干渉信号を提供するセットアップにおいて、図３に示すようなトワイマン−グリーン構成を用いる。ＤＭＩ測定モジュール２０は、コリメートされたレーザビームＢを送出し、これがビームスプリッタ２２によって参照ビームＢＲとオブジェクトビームＢＯとに分割される。参照ビームは、定置のリトロリフレクタ２４によって計器へと反射して返される。オブジェクトビームも、測定されるオブジェクトを含む可動ステージ２８へ取り付けられるリトロリフレクタ２６によって同様に反射される。反射されたビームＢＲＲおよびＢＯＲは、次に、ビームスプリッタ２２によって再び結合され、結果として生じる干渉ビームＩＢが検出器（不図示）によって検出され、かつ測定モジュール２０において処理されて干渉パターンが従来方法で距離読取り値に変換される。
【００２２】
オブジェクト上の接触点の空間内位置を検出するには、通常、ホモダイン検出およびヘテロダイン検出という２方法が利用される。ホモダイン検出は、干渉信号を、その強度の変調に伴って直に測定する。
ヘテロダイン検出は、ヘテロダイン法を用いて連続する高品質の位相検出を実現できるように、ＢＯビームとＢＲビームとの間に光周波数シフトを導入する。どちらのセットアップにも、測定できる距離が単一の見通し線沿いに限られ、これにより、プローブ並進の見通し線とプローブの接触点の動線との間の空間的なずれの結果としてアッベ誤差を生じさせる、という欠点がある。ある典型的なＤＭＩとは対照的に、本発明は、測定されるオブジェクトの追跡を、（測定プローブの追跡ではなく）プローブチップとオブジェクトとの接触点における場所、または該接触点に極く近い場所を、単一の見通し線沿いではなく測定デバイスにより生成される光錐内で追跡することによって可能にし、これにより、アッベ誤差および関連誤差を大幅に減らした３Ｄ測定値を生成する干渉方法および関連装置である。
【００２３】
図４は、本発明の基本構成を示す。干渉測定モジュール３０は、光ビームＢを放射し、これがビームスプリッタ３２によって参照ビームＢＲとオブジェクトビームＢＯとに分割される。参照ビームＢＲは、参照鏡３４（または、リトロリフレクタ）によってビームスプリッタおよび測定モジュール３０へと反射して返される（ビームＢＲＲ）。オブジェクトビームＢＯは、仮想ソース点３８を生成する光学系３６によって発散する光錐ＤＷに成形される。炭化ケイ素といった反射材料製の球などの反射オブジェクト４０は、照明された空間内へ、オブジェクト４０に直角である光ＤＷの一部ＤＷＮがビームＤＷＲとして反射し返されるように置かれ、ビームＤＷＲは、光学系によって集束される。モジュール３０に向かう戻りビームは、光線ＤＲＲとして示され、概してモジュール内の照明システムの光軸Ｚ上に位置決めされない。光線ＤＲＲは、次に、参照ビームＢＲＲと干渉させられ、図５に略示されるような干渉パターンを有するビームＩＢを生成する。平面波（ＢＲＲ）と球面波（ＤＲＲ）との間のこのような干渉パターンを、典型的には、「ブルズアイ」パターンと称する。
【００２４】
（反射面３４または４０のいずれかを動かすことなどにより生じる）ＢＲＲとＤＲＲとの間の光路差（ＯＰＤ）の変化によって生じるブルズアイパターンの変化を従来方法で分析すれば、対応する位置変化を測定できることが知られている。したがって、この干渉パターンは、反射オブジェクト４０の位置を、オブジェクト４０の反射点における反射面に対する法線と球形の照明ビームの仮想焦点３８とを結ぶ軸に沿って追跡するために使用可能である。この線に沿ったオブジェクト４０の動きは、いずれも、干渉パターンの位相変化として現れ、かつＤＭＩシステムの場合のように、参照面からオブジェクトまでの距離に関する情報を伝える。このような干渉パターンは、干渉分光法で使用されるあらゆる適切な方法を用いて処理されることが可能であり、かつ縞の位相は、この距離の監視に使用可能である。本発明のある典型的な実施形態では、参照ビームＢＲが、任意の従来手段により生成されることが可能な平面波であるが、参照ビームＢＲは、検出および処理をより容易にすることに適し得る他のあらゆる波面である可能性もある。
【００２５】
従来のＤＭＩデバイスにおいて、干渉パターンの位相は、干渉波面を通して一定であり、よって、これは、単一の検出器により、集められた全ての光を用いて分析されることが可能である。これに対して、本発明のデバイスでは、オブジェクトビームの極く一部のみが捕捉され、これが限られた空間でのみ参照ビームに干渉する。したがって、本発明の検出原理を説明するには、２つの干渉ビームを、参照平面波（参照）と干渉計により捕集される球面波（オブジェクトビーム）との干渉に由来する縞が局所的でしか見えない２次元「画像」として扱うことが手助けとなる。この表現は、球形のオブジェクトが結像干渉計の視界に挿入された場合に結像干渉計が「見る」ものに似ていて、いずれの検出スキームも、この領域のみを選択して分析しなければならない。しかしながら、光学的に言えば、本発明のデバイスは、結像システムではなく、よって、検出器上にオブジェクトの画像が形成されることを必要としない。必要なのは、オブジェクトと参照ビームとの間に干渉パターンを形成することだけである。
したがって、以下の説明は、単に、空間的に局所化された干渉と、処理を目的として干渉領域を分離する必要性とを説明するための手段を表すものとして理解されるべきである。
【００２６】
先に述べたように、図４のセットアップにより生成される干渉パターンは、図５に示すようにブルズアイである。ブルズアイの中心は、照明されるオブジェクト４０に垂直な光線ＤＷＮがオブジェクトに当たる場所に対応する。この点において、オブジェクト波ＤＷは、局所的に平坦であってヌルの干渉パターンとなるが、この点から離れるにつれて、インターフェログラムに高密度の縞が見える。よって、処理方法は、干渉パターン内の空間的縞の位相変動性を考慮する必要がある。
【００２７】
検出面におけるブルズアイの場所は一定でなく、代わりに照明空間におけるオブジェクトの動きを追跡することは、明らかである。
図６は、検出面における干渉パターンの場所と、追跡されるオブジェクトからの反射場所との対応づけを説明するものであり、ここで、球体５０（右図）は、仮想ソース点３８を原点とする照明システムの極座標を表す。このような極座標系において、照明波面は、原点（すなわち、球体５０の中心５１であって、図４の仮想ソース点３８に対応する）から発するものとして現出し、光軸Ｚは、場所５２において天頂方向を指している。この設定では、図４の光線ＤＷＮが、球体５０の表面上の交差する場所５４として示されている。隣接する直交座標系５６（左図）は、測定モジュール３０における干渉検出平面（すなわち、検出器平面）を表し、双方の座標系でスポット５４として記されているブルズアイパターンの場所、すなわち垂直な光線ＤＷＮの場所に対応する場所、を示す。球座標におけるスポット５４の角偏向５８（すなわち、その緯度）は、直交座標系５６内の干渉平面における所定の半径６２を有するリング６０に対応する。同様に、球座標系におけるスポット５４の角位置６４（すなわち、その経度）は、検出平面における線６６に対応する。これら２つの線（６０および６６）の交点は、検出平面における干渉パターン５４の座標を確立する。これを考える別の方法は、心射図法に関連する。すなわち、デカルト座標と球座標間の一意の対応であって、平面検出器で収集される情報から視野方向を逆算できるようにする。
【００２８】
この関係性は一意であり、よって、ＤＷＮ光線の球座標を干渉パターンの場所に基づいて計算することが可能であり、故にこれにより、追跡されるオブジェクトの場所に関する情報が提供され、かつ該計算を測定プロセスに用いることができる。オブジェクトが照明された容積内を移動するにつれて、ブルズアイの場所は、干渉検出平面を辿り、よって反射面４０の正確な位置に関する情報を提供すべく測定されることが可能である。
【００２９】
ブルズアイ中心におけるインターフェログラムの位相は、干渉計からオブジェクトまでの距離を直に示し、よってオブジェクトの位置を従来のＤＭＩと同じ方法で追跡するために使用されることが可能である。しかしながら、この同じＤＭＩ分析アプローチ（すなわち、参照ビームとオブジェクトビームとの干渉を検出するために、収集される全ての光を同時に用いるもの）は、光線ＤＷＮのサイズが狭いことから使用可能な信号を生成せず、よって位相の検出は、局所的に行われなければならない。そのため、照明モジュール３０のブルズアイ中心が生成される場所に光検出器が挿入され、かつこの検出器の横方向サイズは、良好な信号振幅を提供するように選択される（典型的には、このサイズは、縞の１周期の位相に対応する円の直径の０．５倍未満であるものとする）。技術上よく理解されているように、使用可能信号の振幅は、干渉縞の周期性に起因して、ブルズアイのサイズに対して検出器が大きいほど小さくなる。
【００３０】
先に述べたように、検出平面における干渉パターンの場所は、オブジェクトが照明フィールド内を移動するにつれて変わり、よって、オブジェクトの動きに応じて視野内のブルズアイパターンを辿るための、または、干渉パターンをそれが常に検出器を中央で照らすようにシフトするための、適切な機構が提供されなければならない。これらのアプローチは、いずれも適格である。動作方法として好ましいということで、以下、その中心が常に軸上にあるようにブルズアイをシフトするシステムについて説明するが、この同じ動作原理は、全てのアプローチに適用可能である。
【００３１】
検出器平面における横方向の軸外ブルズアイ位置を補正するシステムの一例を図７に示す。測定されるオブジェクトが照明フィールドで移動する場合でも、ブルズアイの位置を検出平面７６において照明システムの光軸Ｚに沿った検出フィールドの中心７４に保持できるような干渉パターンの横方向シフトを可能にすべく、干渉ビーム７２（たとえば、図４における結合ビームＤＲＲおよびＢＲＲに対応する）の経路には、光シフト光学モジュール７０が挿入されている。上側の略図を参照すると、干渉ビーム７２は、検出フィールドの中心７４に位置決めされるものとして示されている。ビームは、偏向されずに補正光学モジュール７０を通り、これから軸上のビーム７８として出る。したがって、干渉パターンは、検出平面７６の中心７４上にセンタリングされる。下側の略図では、干渉ビーム７２は、軸外を伝播するものとして示され、補正がなければ、ブルズアイは、中心７４から離れて位置決めされることになると思われる。しかしながら、適切な補正信号８０が印加されて、検出平面の中心７４へと配向される補正ビーム８２が生成され、よって干渉パターンの場所が検出器の中心に置かれる。
【００３２】
このような補正モジュール７０は、透過波面を横方向にシフトすることができる、または波面を傾斜させる能力を有するあらゆる光学系であることが可能である。所望される補正を行うには、制御された駆動信号を従来式に供給する必要がある。図８は、特殊なセンサにより測定されるインターフェログラム信号に基づいて、適切な駆動信号をフィードバックループで生成できるシステムの可能な一実施形態を示す。このようなセンサ８８は、ブルズアイパターンの位相を追跡するために使用される中央検出器９０と、検出器の中心に対するパターンの位置を検出するために使用される４つの衛星検出器（９２、９４、９６、９８）よりなるセットとを含む。ブルズアイインターフェログラムが対称性であることに基づいて、衛星検出器は、中央検出器９０上にセンタリングされるブルズアイパターンの位置を保持するために必要とされる補正信号を、これらの衛星検出器が同じ信号を測定するようにビームをシフトするだけで提供するために使用されることが可能である。図示されているように、これらは、好ましくはペアで使用され、各ペアは、中央から反対側の等距離にある検出器を含み（すなわち、検出器９２および９６が１つのペアを形成し、かつ検出器９４および９８が第２のペアを形成する）、各検出器は、中央に対して対称に位置合わせされ、かつ縞の位相または強度のいずれかを検出するように設定される。ペア内の各検出器により読み取られる信号の差は、干渉パターンの非対称性の測度であって、図７に示すような補正モジュール７０を用いてブルズアイの位置を保持する補正信号を生成するために使用されることが可能である。当業者には分かると思われるが、検出器のサイズは、良質の信号を提供するように選択される必要があり、すなわち典型的には、干渉縞のサイズより小さいものである必要がある。センサ８８内の検出器位置の対称性は、好ましいものの、適切な補正信号は、システムを適宜較正することによって他の構成からも取得され得るという理由で、絶対要件でないことは理解される。同様に、センサ８８も、５つの検出器を別々の検出素子として含むものと記述されているが、本発明の補正スキームを達成する必要に応じて、単一の検出器でも、単に該検出器の複数の部分（図８における検出器９０〜９８に相当する５つの部位など）を測定することによって同じ結果を得られることが明らかである。また、カメラなどの拡張型検出器を用いて、ブルズアイインターフェログラムを従来式に追跡できることも理解される。
【００３３】
ブルズアイインターフェログラムが上述のように中心をつけられると、様々な検出スキームを用いて、ブルズアイ中心の位相を連続的に監視し、反射面４０（図４参照）の参照位置からの距離を決定してその動きを追跡することができる。たとえば、ヘテロダイン法は、オブジェクトビームと参照ビームとの間の光周波数シフトを導入することにより、使用されることが可能である。干渉パターンの位相は、測定されるオブジェクトまでの距離に直に関係し、よってこれは、ＤＭＩの場合のように、座標読取り値を提供するために使用可能である。したがって、このデバイスは、反射オブジェクトの参照表面に対する距離を正確に測定することを可能にする。一意的には、反射オブジェクト４４が光錐ＤＷ（図４）内で測定され得ることから、このデバイスは、単一の見通し線沿いではなく、ある空間量内におけるオブジェクトの測定を可能にし、かつアッベ誤差を除去または最小限に抑えながらこれを行ない、これにより、既存の技法に対する明確な区別化および優位点を提供する。システムの参照フレーム内の反射面４０の位置に関する正確な情報を生成するには、測定モジュール３０内のプロセッサにおいてプログラムされるあらゆる従来的な干渉分析を使用可能である。
【００３４】
測定機に適用されると、本発明の検出スキームは、空間内の単一点からの距離の測定を可能にするが、オブジェクトの３次元形状の測定には、ＣＭＭが使用される。したがって、少なくとも３つの追跡システムが同時に使用されなければならない。図９は、このようなＣＭＭを略示したものであり、本図において、プローブ１００は、測定容積内に位置合わせされ、従来の３軸デカルトメトロロジーフレーム（不図示）によって動き回る。反射面１０２は、典型的には高品質の反射球であって、測定チップ１０４に近接してプローブへ取り付けられる。次に、球体の位置が、３つの独立した測定モジュール１０６、１０８、１１０によって追跡され、これらのモジュールは各々、測定プロセスの間に常時反射面１０２が各モジュールに見えるように位置決めされる上述の機能エレメントを含む。プローブは、オブジェクトＯを通常の方法で、すなわちプローブのチップを用いて表面を検出することによって測定するために使用されるが、チップの座標は、メトロロジーフレームのＸＹＺ座標を測定することではなく、ボール１０２の３つのセンサ１０６、１０８、１１０からの距離を決定することによって検索される。空間におけるプローブの位置を明確に検出するためには、３つのセンサを用いることが必要であるが、システムの精度を高める、または反射面が測定されるオブジェクトによって不明瞭にされることを防止するために、より多くのセンサが使用されてもよい。
【００３５】
反射面１０２は、アッベ誤差を最小限に抑えるために、測定チップ１０４上のプローブの検出点へ可能な限り近接して位置合わせされるべきである。場合によっては、プローブの測定チップを反射エレメントとしても使用することが可能であることもある。測定の全体精度は、反射面の球形度により、または概して反射面の形状に関する知識により影響されるが、機械的なプローブチップの場合がそうであるように、このような誤差が適切な手順を用いて較正されかつ測定量から減算され得ることは、理解される。
【００３６】
明細書本文では、空間においてその位置を追跡できるオブジェクトの一例として反射球を使用したが、この具体的形状は、単に要点を示すために選択されたものである。他の形状も可能であって、かつおそらくはこのタスクにとって他の形状の方が適することは、理解されるべきである。また、検査オブジェクトの動きをより正確に追跡するために、検査オブジェクトの隠れた部位を測定するために使用されるという理由で、プローブ１００上で２つ以上の反射球（または他の表面）が使用され得ることも予想される。たとえば、プローブは、チップ１０４を検査オブジェクトにおける空洞に到達させるべく方向を変えることができるように構成されてもよい。その場合、プローブの、プローブを駆動する並進機構に対する偏向に関する情報を提供するために、プローブの他端には、またはチップの方へ近接して、自身へ向けて配向される対応する測定モジュールを有する追加の反射球が取り付けられる可能性もある。反射球と個々の測定モジュールとのこのような組み合わせにより、球が十分な（各球につき３つの）測定モジュールの見通し線内に連続して存在する限り、ＣＭＭの動作空間におけるあらゆる場所で、チップを３次元で追跡しかつ測定することができるようになる。
【００３７】
このように、本明細書では、本発明を、最も実際的かつ好ましい実施形態であると考えられるものにおいて示しかつ説明したが、本発明の範囲内でこれからの逸脱が可能である点は、認識される。たとえば、検出器において認識可能で好ましくは対称性の干渉パターンを生成する参照ビームと検査ビームとの組み合わせは、いずれも、検査オブジェクトとの接触点が移動されると位相または強度の変化を検出するための既知のパターン特性を活用することにより、同様に使用される可能性もある。また、本発明による測定を実行するためには、この主題に関して２０１４年以降に発行された様々な特許に記載されているスペクトル制御式干渉分光法のソースおよび関連する分析ツールを含む、従来のあらゆる干渉光源および関連する分析ツールが使用され得ることも理解される。したがって、本発明は、開示している詳細に限定されるものではなく、その任意かつ全ての等価物を含む、特許請求の範囲に記載される全範囲を認められるべきものである。
【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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【国際調査報告】
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