表面形状测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种表面形状测量装置，其使利用双波长移相干涉术的物体的表面形状测量装置的测量精度提高。其具备：低相干光源的光源（１０１）、透射波长不同的多个波长滤波器（１０３）、角度控制部（１０４ｃ）、解析部（１１４），并且，通过在实施双波长移相干涉术时由解析部（１１４）检测出双波长的波长差且对在一个波长运算下的波长值和相位值进行修正，来防止条纹次数的运算错误。接着，通过控制波长滤波器（１０３）的角度，使实际的波长差与设计值一致。由此，始终可使双波长的波长差控制为恒定，从而即使存在由温度变化或时间推移所引起的波长变动也能够高精度地测量表面形状。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在通过对物体进行光照射且根据该干涉光对物体的表面形状进行测 量的技术中、尤其将多个不同波长的光切换地进行照射的多波长移相干涉术有关的物体的 。
技术介绍
目前，作为高精度地测量物体的表面形状的技术，公知的有使用光波的干涉的移 相干涉术(例如参照专利文献1)。作为该移相干涉术的特征，通过从使参照平面移动了某 已知量时所得到的多个干涉条纹图像中对干涉条纹的相位进行解析，能够消除环境和噪音 的影响。由此，通过移相干涉术可获得相位检测精度高达波长的1/100左右。但是，实际上，某个像素(x，y)的相位是使用整数m(以下称为条纹次数)由(数 1)赋予的。与此相对，通过该方法可检测的干涉条纹相位为(数1)中的牝(x，y)，相位为 从0至2 Ji。由于在这样的状态下不能表现出物体表面的形状，因此，存在对相位超过2 Ji 而折返的部分进行检测并使之结合的“相位结合”的方法。但是，即使在该方法中，当不连 续部分或者半波长以上的段差时，由于干涉条纹不连续，也就不能高精度地测量形状。数1(j)/ (x,y) = (t^x, y)+2 3im(x, y)…(数 1)相对于这样的问题，公知的有将两个不同波长的光切换地进行照射的“双波长移 相干涉术”(例如参照专利文献2)。该方法中，对波长不同的两个光的相位进行比较，在相 位差从0至2^1的范围，能够将一个光的波长的条纹次数一意地决定。在此，将求得条纹次 数的光的波长和相位分别设为、、(^^，一，在条纹次数!!!^，。决定后，物体的表面高度 h(x,y)可由(数2)赋予，因此，基本上能够以1波长的移相的精度进行测量。数2h(x,y) = (A1/2) {(t^x, y)/2Ji)+m(x,y)}...(数 2)另外，若将双波长(波长入1，入2)的相位进行合成且将相位差从0至2 Ji的区间 认为生成了 1波长的光，则与在该合成波长的光下检测相位是等效的。在此，合成波长X eq 由(数3)表示。相对于单波长的测量量程为X 1/2，双波长(也称两波长)的合成波长的 测量量程扩大至X6q/2。数3Xeq=(入一入公八入广入)…(数3)下面表示具体的方法。首先，在波长入工、、分别进行移相。将在各像素中可检 测的相位设为^、小2时，成为(数4)。在此，h(x，y)表示像素(x,y)中的高度，n^ (x，y)、 m2(x, y)表示两波长的理想条纹次数。接着，使用该相位值由(数5)求出双波长间的光程 差AD。数4(t^x, y) = (4 31/入丄)Xh(x，y)-2 3imi(x，y)(t2(x, y) = (4 3i/A2) Xh(x, y)-2 3im2(x, y)…(数 4)数5AD = (、X 小「入 2X 小2)/2 1…(数 5)由此，像素(x，y)的波长\ ,的条纹次数如下求出。首先，使用条纹次数mi、m2的关系进行情况划分。即，条纹次数mi和m2的关系在 双波长的合成波长的测量量程内有以下三种情况，分别通过不同的计算式求出条纹次数m。(l)m2 = ml 的情况(数 6) (2) m2 = ml-1 的情况(数 7)(3) m2 = ml+1 的情况(数 8)数6m= AD/A 入=(、X 小「入 2X 小2)/2 1 (入厂入丄)...(数 6)数7m = (AD/A A ) + ( A 2/ A 入)=(入丄父小「入 2X(J)2)/2 3i ( A 2-A + A 2/( A 2-A …(数7)数8m = (AD/A A ) - ( A 2/ A 入)=(入小「入 2X(j52)/2Ji ( A 2-A - A 2/( A 2-A ...(数 8)这些情况划分是以“(l)-Ji< (小「小 2) < Ji，，、“(2)(小「小 2) > Ji，，、“(3) ”条件进行判别的。可通过由此所求出的条纹次数m加以四舍五入来决定。可通过以上的动作将测量量程扩大。作为该方法的应用，有如下所述的多波长移相干涉术，其通过进一步照射不同波 长的光而生成不同的两个合成波长，并对合成波长进一步适用双波长移相干涉术，进一步 使合成波长延长。包含双波长移相干涉术的多波长移相干涉术中存在不耐噪音的问题。下面对该理 由进行说明。首先，能够在一个合成波长的测量量程内一意地决定的条纹次数之数n由(数9) 赋予。越使波长差减少，能够判别的条纹次数之数就越增大。将相位差从0至2^1的区域 进行分割且用于条纹次数的判别时，条纹次数1所分配的相位差宽度为2 ji /n。就不发生 条纹次数错误的条件而言，将各波长的相位检测误差设为S S⑵时，其为(数10)，且n 越大则容许的相位检测误差越减小。例如n = 30时，如果在各波长不设为X/120以下，则 条纹次数错误不会成为0。数 9n = A2/(A2-A1) ...(数 9)数106 ,1+6 < (Ji/n) …(数 10)因此，即使相位的检测精度与1波长相等，测量量程越被扩大，越在条纹次数决定 时容易发生错误。而且，不满足(数10)时，条纹次数中产生误差，测量结果中发生半波长 单位的误差。作为误差的外部原因，除了随机误差以外，还可举出双波长间的相位偏移、及 测量结果的解析工序中在实际所照射的光的波长和运算中使用的波长值之间存在差异。误差原因中，关于双波长间的相位偏移，正在研究以双波长移相干涉术的测量精 度提高为目的的条纹次数错误修正算法(例如，参照专利文献3)。其为如下所述的方法，在 条纹次数计算的四舍五入工序中，通过对四舍五入前后的条纹次数进行比较，检测出双波 长间的相位偏移的影响，并通过按照消除该影响的方式在四舍五入前的条纹次数上加上或 者减去修正值，来修正条纹次数。对其进行解析陈述，由各波长的移相所得到的实际的相位在所述的(数4)中包括 相位偏移S，如(数11)所示。数11(t^x, y) = (4 31/入丄)Xh(x，y)-2 3imi(x，y)(t2(x, y) = (4 3i/A2) Xh(x, y)-2 3im2(x, y)-8…(数 11)(数11)的相位偏移5是在h(x，y)= 0时的双波长间的相位差。将其代入(数 6)、(数7)、(数8)，就成为以下三种情况。(l)m2 = mi 的情况(数 12)(2)m2 = m「l 的情况(数 13)(3)m2 = mi+l 的情况(数 14)数12m= AD/A 入=(入 iX 小「入 2X 小2)/231 (入 2-入 1) + {入2/2 1 (入 2-入 1)} S ...(数 12) 数13 m = (AD/A A ) + ( A 2/ A 入)=(入丄父小「入 2X(J)2)/2 3i ( A 2-A + A 2/( A 2-A+U2/2ji (入厂入丄)} S …(数 13)数14m = (AD/A A ) - ( A 2/ A 入)=(入小「入 2X(j52)/2Ji ( A 2-A - A 2/( A 2-A+{X2/2ti (A^Aj)} 6 …(数14)BP,(数12) (数14)的任一种情况，都成为(数15)。在S =0的情况下，与 (数6) —致；否则的情况下则产生来自ml的偏移。在8 =0的理想的情况下，m =本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面形状测量装置，其具备：光源，将光进行辐射；多个波长滤波器，透射波长分别不同；切换装置，切换所述多个波长滤波器；干涉光学系统，使透过由所述切换装置切换的所述多个波长滤波器中的一个波长滤波器的光分路后向被检测物和参照面进行照射，且使所分别反射的光叠加而干涉；摄像装置，对由所述干涉光学系统干涉的干涉条纹的图像进行摄像；干涉条纹相位检测部，从由所述摄像装置摄像的图像中计算出干涉条纹的相位；滤波器角度调节部，使由所述切换装置切换所述多个波长滤波器所算出的、至少两个波长的干涉条纹的相位组合而检测出波长差，基于所述波长差，对与入射至所述波长滤波器的光的光轴相对应的所述多个波长滤波器中的一个波长滤波器的倾斜角度进行调节；解析部，其在所述一个波长滤波器的倾斜角度调节后的状态下，通过所述干涉光学系统、所述摄像装置、及所述干涉条纹相位检测部的使用，进行所述被检测物体的表面形状测量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2008-9-30 2008-252313一种表面形状测量装置，其具备光源，将光进行辐射；多个波长滤波器，透射波长分别不同；切换装置，切换所述多个波长滤波器；干涉光学系统，使透过由所述切换装置切换的所述多个波长滤波器中的一个波长滤波器的光分路后向被检测物和参照面进行照射，且使所分别反射的光叠加而干涉；摄像装置，对由所述干涉光学系统干涉的干涉条纹的图像进行摄像；干涉条纹相位检测部，从由所述摄像装置摄像的图像中计算出干涉条纹的相位；滤波器角度调节部，使由所述切换装置切换所述多个波长滤波器所算出的、至少两个波长的干涉条纹的相位组合而检测出波长差，基于所述波长差，对与入射至所述波长滤波器的光的光轴相对应的所述多个波长滤波器中的一个波长滤波器的倾斜角度进行调节；解析部，其在所述一个波长滤波器的倾斜角度调节后的状态下，通过所述干涉光学系统、所述摄像装置、及所述干涉条纹相位检测部的使用，进行所述被检测物体的表面形状测量。2.如权利要求1所述的表面形状测量装置，其中，还具备运算错误防止部，基于通过使至少两个波长的干涉条纹的相位组合所检测出的所述波 长差，对干涉条纹的相位进行修正。3.如权利要求2所述的表面形状测量装置，其中， 所述运算错误防止部具有条纹次数计算部，使所述两个波长和相位组合来计算出各像素中的条纹次数； 条纹次数分布解析部，根据由所述条纹次数计算部算出的所述条纹次数的分布而检测 出所述两个波长间的波长差和相位差；波长值修正部，修正所述任一个波长的运算值而使其与波长差一致； 相位值修正部，将在所述任一个波长的相位修正后所述两个波长的相位差为O时的相 位值计算出并进行修正。4.如权利要求3所述的表面形状测量装置，其中，所述滤波器角度调节部由角度控制部构成，该角度控制部以预先使所述波长滤波器和 光轴的角度倾斜成设在5度 10度的范围内的值之状态为基准，在士 1度的范围内调节所 述波长滤波器的角度，并且，所述表面形状测量装置还具备基于由所述条纹次数分布解析部算出的波长差 与所述设计值之差来计算角度控制量的角度控制量计算部，在所述运算错误防止部中，由所述多个波长滤波器所组合的所述两个波长(X1, λ2)， 在所述角度控制部的基准状态下满足(数1)，其中η设为整数， η = X2ZiU2-X1)…(数 1)。5.一种表面形状测量方法，使来自光源的光透射...

【专利技术属性】
技术研发人员：追风宽岁，浦岛毅吏，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]