相位偏移干涉仪制造技术

目的是提供一种用于形状测量的相位偏移干涉仪。相位偏移干涉仪由低廉组件构成，并且在较短时间内实现高精度的形状测量。解决方式：相位偏移干涉仪被配置为通过在使干涉条纹的相位偏移的情况下获取干涉条纹的多个图像来测量测量对象的形状。利用偏光使干涉条纹相对于彼此有90°的相位差。在根据传统相位偏移法使参考面或参考光路机械移位以使相位偏移的情况下，利用两个照相机分别拍摄干涉条纹的图像。根据照相机所获取到的各图像来独立计算干涉条纹的相位，并且计算两个相位计算结果的平均值。因而，即使由于移位台的移位误差而针对各照相机发生相位分析误差，也可以通过计算这两个结果的平均值来抵消分析误差，结果实现了高精度的测量。

【技术实现步骤摘要】
相位偏移干涉仪
本专利技术涉及相位偏移干涉仪，并且特别涉及实现了减小由于偏移误差而产生的分析误差、因而实现了(在较短时间内)使用减少的图像数量的高精度测量的相位偏移干涉仪。该相位偏移干涉仪适合用来对测量对象(诸如光学平板、透镜、金属加工面和包括晶圆的半导体的表面等)的形状进行测量。
技术介绍
干涉仪是用于通过分析干涉条纹的相位来高精度地对测量对象的形状进行测量的仪器，其中这些干涉条纹是由来自参考面的反射光束和来自测量对象的反射光束产生的。相位偏移法是频繁地用于分析干涉条纹的相位的技术(参见专利文献1～3)。引文列表专利文献专利文献1：JP05-87541A专利文献2：JP2000-329535A专利文献3：JP4869656B
技术实现思路
专利技术要解决的问题图1示出作为光学器件的频繁使用结构的Fizeau(菲佐)型干涉仪的光学结构的示例。这里，说明现有技术的问题。Fizeau型干涉仪被配置成如下结构。使用例如透镜2、针孔3和透镜5将来自光源1的光束扩大成干涉仪的视野大小。利用扩大后的光束照射用作测量的基准的参考面6和测量对象7。使用分束器4使作为从参考面6反射的光束的参考光束和作为从测量对象7的表面反射的光束的测量光束彼此干涉。如下这样进行相位偏移法。通过使参考光束和测量光束之间的相位相对偏移来获得多个干涉条纹，利用例如照相机8来拍摄这些干涉条纹，并且进行数值分析以计算这些干涉条纹的相位。用于使相位偏移的典型方法是使用例如移位台9来使参考面6以平行于光轴A的方式而移动。在这种情况下，针对一个干涉条纹周期多次进行移位，因而需要使参考面6准确地移动数十纳米～数百纳米的距离。然而，在例如发生振动或空气扰动的测量环境中，根据所计算出的设置值来进行准确的偏移极其困难，更不用说制造用于使得能够进行纳米精度的准确移位的移位台9。结果，在通过计算所预测出的偏移量和实际偏移量之间发生差异，并且这导致发生相位计算时的误差(被称为相位分析误差)。用于减小相位分析误差的典型方法是：增加要进行的相位偏移的次数，以增加图像获取数量。存在如下的方法，其中这些方法通过根据较大数量的图像进行计算来利用平均化效果，或者预测特定偏移误差并相应地提供抵消该误差的特定移位。利用这些方法，随着分析精度的提高，图像获取数量趋于增加。即，在使用现有技术的相位偏移干涉仪来进行高精度的测量的情况下，需要用于使参考面6高精度地移位的昂贵的移位台9。另一问题是：为了减小由于移位台9的移位误差而产生的相位分析误差，需要增加图像获取数量、因此需要更长的测量时间。另外，又一问题是：在测量时间长的情况下，由于测量环境的振动和温度变化而产生的参考面6的位置的逐渐偏移更有可能受到影响，因此根据用户的使用环境，不能充分实现提高精度的效果。与本专利技术相同，专利文献1～3公开了用于使用多个摄像装置来同时对相对于彼此相位发生光学偏移的干涉条纹进行摄像的技术。然而，这些技术存在许多限制。本专利技术是为了解决现有技术的问题而作出的。因而，本专利技术的目的是提供由低廉组件构成并且在较短时间内实现高精度的形状测量的、用于形状测量的相位偏移干涉仪。用于解决问题的方案本专利技术提供一种用以解决上述问题的相位偏移干涉仪。所述相位偏移干涉仪被配置为通过利用相位偏移法分析干涉条纹来对测量对象的形状进行测量。所述干涉条纹是由参考光束和测量光束产生的，或者是由参考光路和测量光路中的失真产生的。所述参考光束是来自用作测量的基准的参考面的反射光束。所述测量光束是通过来自测量对象的光束的反射或者透过所述测量对象的光束的传播所获得的。在所述参考光路上没有配置所述测量对象。在所述测量光路上配置有所述测量对象。所述相位偏移干涉仪还被配置为使用多个照相机来拍摄所述干涉条纹的图像，独立地进行所述干涉条纹各自的相位分析，然后合成所述相位分析的结果以计算所述测量对象的形状，其中所述干涉条纹各自是由所述多个照相机中的各照相机获得的。所述干涉条纹的图像可以相对于彼此设置有相位差。所述多个照相机可以是相对于彼此设置有90°的相位差的两个照相机，并且所述两个照相机可被配置为拍摄所述干涉条纹的图像，由此测量所述测量对象的形状。此外，所述相位分析的结果可以是通过计算所述相位分析的结果的平均值来合成的，其中所述平均值各自是从所述多个照相机的一组相应像素获得的结果的平均值。此外，所述相位偏移法可以通过延长或缩短所述参考光路的长度或所述测量光路的长度来实现。此外，可以通过使所述参考面或所述测量对象移动或者使延迟光路增减来延长或缩短所述参考光路的长度或所述测量光路的长度。专利技术的效果现有技术的相位偏移干涉仪需要用于使参考面移位的精确制造的移位台。作为对比，利用本专利技术，即使在移位台中存在偏移误差，也可以使相位分析误差最小。因而，使用精度相对较低且低廉的移位台就足够了。尽管不必进行额外测量以减小误差，但实现了高精度的测量。附图说明图1是示出现有技术的Fizeau型相位偏移干涉仪中的光学器件的结构示例的光路图。图2是示出根据本专利技术的第一实施例的结构的光路图。图3是示出根据第一实施例的测量过程的流程图。图4是示出根据第一实施例的分析的结果的示例的图。图5是示出根据第一实施例的、针对来自两个照相机的输出所进行的分析的结果的示例之间的比较的图。图6是示出根据本专利技术的第二实施例的结构的光路图。图7是示出根据本专利技术的第三实施例的结构的光路图。图8是示出根据本专利技术的第四实施例的结构的光路图。图9是示出根据本专利技术的第五实施例的结构的光路图。附图标记列表100光源200延迟光路201,202偏光分束器(PBS)300束扩大光学器件302非偏光分束器(NPBS)400相位差生成单元401参考面401a参考光路401b测量光路402,402a测量对象403,407移位台404a,404b,601λ/4板500成像透镜600相位差检测单元602分束器603a,603b,603c偏光片604a,604b,604c照相机700个人计算机(PC)具体实施方式以下参考附图来详细说明本专利技术的实施例。注意，本专利技术并不意图局限于以下的实施例和示例中所描述的内容。以下的实施例和示例中所描述的构成元件包括本领域技术人员可以容易地想到的元件、实质上相同的元件和被称为范围等同的内容。此外，以下的实施例和示例中所公开的构成元件可以适当地组合、或者适当地选择并使用。图2示出根据本专利技术的第一实施例的相位偏移干涉仪的结构。来自低相干光源101的光束被分割成各自具有彼此正交的偏光面的两个分量。低相干光源101是光源100。在本实施例中，利用作为延迟光路200的构成组件的偏光分束器(PBS)201将光束分割成水平偏光的光束l1和垂直偏光的光束l2。垂直偏光的反射光束由于被镜203反射而转向，之后利用PBS202将水平偏光束和垂直偏光束合成。随后，该合成光束由束扩大光学器件300进行扩大和准直，其中该束扩大光学器件300包括透镜301、非偏光分束器(NPBS)302和准直透镜303构成。之后，利用这些光束照射相位差生成单元400的参考面401和测量对象402，以获得参考光束和测量光束，其中该参考光束和测量光束分别是来自参考面401和测量对象402的表面的反射光束。与现有技术的Fizeau型相位偏移干涉仪相同，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相位偏移干涉仪，其被配置为通过利用相位偏移法分析干涉条纹来对测量对象的形状进行测量，其中，所述干涉条纹是由参考光束和测量光束产生的，或者是由参考光路和测量光路中的失真产生的，所述参考光束是来自用作测量的基准的参考面的反射光束，所述测量光束是通过来自所述测量对象的光束的反射或者透过所述测量对象的光束的传播所获得的，在所述参考光路上没有配置所述测量对象，在所述测量光路上配置有所述测量对象，以及所述相位偏移干涉仪还被配置为使用多个照相机来拍摄所述干涉条纹的图像，独立地进行所述干涉条纹各自的相位分析，然后合成所述相位分析的结果以计算所述测量对象的形状，其中所述干涉条纹各自是由所述多个照相机中的各照相机获得的。

【技术特征摘要】
2016.11.09 JP 2016-2191531.一种相位偏移干涉仪，其被配置为通过利用相位偏移法分析干涉条纹来对测量对象的形状进行测量，其中，所述干涉条纹是由参考光束和测量光束产生的，或者是由参考光路和测量光路中的失真产生的，所述参考光束是来自用作测量的基准的参考面的反射光束，所述测量光束是通过来自所述测量对象的光束的反射或者透过所述测量对象的光束的传播所获得的，在所述参考光路上没有配置所述测量对象，在所述测量光路上配置有所述测量对象，以及所述相位偏移干涉仪还被配置为使用多个照相机来拍摄所述干涉条纹的图像，独立地进行所述干涉条纹各自的相位分析，然后合成所述相位分析的结果以计算所述测量对象的形状，其中所述干涉条纹各自是由所述多个照相机中的各照相机获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：川崎和彦，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：日本,JP