專利名稱：臨界入射干涉儀的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種臨界入射干涉儀。
背景技術(shù)：
通常，公知的是臨界入射干涉儀是可以測量具有大凸起測量表面的干涉儀。 作為臨界入射干涉儀，公知的其測量光束和參考光束沿相同光路傳輸?shù)墓猜沸问奖?JP-A-2008-32690 公開。圖6為公開在JP-2008-32690中的共路形式的臨界入射干涉儀ID的說明結(jié)構(gòu)的 示意圖。臨界入射干涉儀ID由光束源部分100D，作為光束分離元件以及光束組合元件的 棱鏡200D，和探測部分400D組成。光束源部分100D包括激光束源101和透鏡102和103。 棱鏡200D具有光束分離元件的功能，其分離入射光束為被入射到測量表面S上的測量光束 和作為測量參考的參考光束，并且具有組合參考光束和測量光束以獲得組合光束(干涉光 束)的光束組合元件的功能。探測部分400D包括透鏡401，具有CCD (電荷耦合器件)的成 像裝置402，以及具有CPU(中央處理單元)的未示出的計算裝置。從激光束源101射出的光束通過透鏡102和103轉(zhuǎn)換為校準光束，并且接著入射 到透鏡200D上。該光束部分被透鏡200D的底部表面200D1反射以作為參考光束，并且余 下的部分被出射到棱鏡200D外部且被入射到測量表面S上以作為測量光束。入射到測量 表面S上的測量光束由測量表面S反射，接著入射到棱鏡200D，且與參考光束組合成組合光 束。組合光束通過透鏡401在成像裝置402上生成干涉條紋。干涉條紋通過成像裝置402 成像。未示出的計算裝置執(zhí)行基于成像裝置402提取的干涉條紋圖像的算法處理從而獲得 測量表面S的輪廓。接下來，結(jié)合圖6，給出由激光束源101射出光束的波陣面(wave front)誤差對 測量精度的影響的說明。此外，各種因素引起的波陣面誤差，例如，光路上設置的結(jié)構(gòu)的影 響。在圖6中，例子中從遠端側(cè)看向光束運行方向中的近端側(cè)，每個光束的波陣面由圖像R 表示。光束經(jīng)歷一次反射，波陣面取向反轉(zhuǎn)一次。在臨界入射干涉儀ID中，參考光束在棱 鏡200D的底部表面200D1經(jīng)歷一次反射，且測量光束在測量表面S經(jīng)歷一次反射，從而參 考光束和測量光束的波陣面取向，即，組合光束成分，相對于從激光束源101射出的光束的 波陣面取向被反轉(zhuǎn)。于是，參考光束波陣面與測量光束波陣面間的差別形成的干涉條紋中， 即使從激光束源101射出的光束的波陣面中存在變形，變形也可忽略。因為這個原因，在臨 界入射干涉儀ID中，從激光束源101射出的光束的波陣面誤差不會影響測量精度。作為臨界入射干涉儀，除了上述描述的共路形式，參考光束和測量光束沿不同光 路傳輸?shù)姆枪猜沸问揭彩枪模涔_在JP-A-2008-32690。圖7為JP-A-2008-32690中 描述的非共路形式的臨界入射干涉儀IE的說明結(jié)構(gòu)的示意圖。此后，與圖6中示出的臨界 入射干涉儀ID功能相同的部件將表示為相同的參數(shù)號，并且其描述被省略或簡化。此外， 在圖7中，雙邊箭頭標記表示平行于圖面的線性偏振光束成分，同時雙環(huán)標記表示垂直于 圖面的線性偏振光束成分。
臨界入射干涉儀IE由光束源部分100E，光束分離部分200E，作為光束組合部件 的光束分離器300E，以及探測部分400E組成。光束源部分100E與上述提到的光束源部分 100D結(jié)構(gòu)相同。光束分離部分200E包括光束分離器201和半波片202。探測部分400E包 括四分之一波片403，透鏡404，三分離棱鏡405，起偏振片406A到406C，成像裝置407A到 407C,和計算裝置408。探測部分400E能夠適于獲得三種干涉條紋圖像，每一條紋具有不同 于其它的相位，并且也能適于縮短分析時間和改進振動阻尼。從激光束源101射出的光束通過透鏡102和103入射到光束分離器上，且從而被 分離成參考光束和測量光束，參考光束穿過半波片202，且隨后入射到光束分離器300E上。 測量光束入射到測量表面S,在測量表面S上反射，且隨后入射到光束分離器300E上。入射 到光束分離器300E上的參考光束和測量光束被組合成組合光束，且從光束分離器300E出 射。從分離器300E出射的組合光束通過四分之一波片403，透鏡404，三分離棱柱405，以及 起偏振片406A到406C被分離成三種相移的光束，且各光束在各成像裝置407A到407C形 成干涉條紋。各干涉條紋由各成像裝置407A到407C成像。計算裝置408執(zhí)行基于成像裝 置407A到407C提取的三種干涉條紋圖像的算法處理從而獲得測量表面S的輪廓。在該臨界入射干涉儀IE中，因為參考光束沒有經(jīng)歷反射，所以波陣面取向與激光 束源101射出的光束的波陣面取向相同。同時，作為測量光束，因為其在測量表面S經(jīng)歷一 次反射，所以波陣面取向相對于激光束源101射出的光束的波陣面相互地被反轉(zhuǎn)。于是，因 為組合光束成分的參考光束和測量光束的波陣面取向被彼此反轉(zhuǎn)，激光束源101射出的光 束的波陣面誤差在成像裝置407A到407C上從組合光束形成的干涉條紋中不能被消除。因 為這一原因，在該臨界入射干涉儀IE中，從激光束源101射出的光束的波陣面誤差影響測 量的精度。從而，改進了非共路形式的臨界入射干涉儀，其組合光束成分的參考光束和測量 光束的波陣面取向被適當?shù)夭贾?例如，參見美國專利NO. 6249351圖1)。圖8為美國專利 N06249351中描述的非共路形式的臨界入射干涉儀IF的說明結(jié)構(gòu)的示意圖。臨界入射干 涉儀IF由光束源部分100F，光束分離部分200F，作為光束組合部件的衍射光柵300F，以及 探測部分400F組成。光束源部分100F包括激光束源101和透鏡104。光束分離部分200F 包括衍射光柵203和參考鏡204。探測部分400F包括透鏡409和410以及顯示屏411。激光束源101射出的光束入射到衍射光柵203上，且從而被分離為測量光束和參 考光束。測量光束在測量表面S上被反射，且接著入射到衍射光柵300F上。參考光束在測 量表面S上被反射，且接著入射到衍射光柵300F。參考光束在參考鏡204被反射，且入射到 衍射光柵F。入射到衍射光柵300的測量光束和參考光束被組合成組合光束，其從衍射光柵 300F出射且接著通過透鏡409和410在顯示屏411上形成干涉條紋。于是，這些干涉條紋 由成像裝置成像，且由計算裝置執(zhí)行基于成像裝置提取的干涉條紋圖像的算法處理，從而 可獲得測量表面S的輪廓。在該臨界入射干涉儀IF中，因為測量光束和參考光束均經(jīng)歷了一次反射，所以波 陣面取向相對于激光束源101射出的光束的波陣面都被反轉(zhuǎn)，進而組合光束成分的測量光 束和參考光束的波陣面取向可以被合適地布置。因為這一原因，激光束源101射出的光束 的波陣面誤差在顯示屏411上形成的干涉條紋中被消除，這樣使防止影響測量精度的波陣 面變形成為可能。
上述臨界入射干涉儀ID到IF的每個均有缺陷。臨界入射干涉儀ID可以適當?shù)?布置組合光束成分中的測量光束和參考光束的波陣面取向，且可以防止影響測量精度的從 激光束源101射出的光束的波陣面誤差。然而，因為臨界入射干涉儀ID具有的幾何光學的局限性在明顯地衰減了測量精 度，除非棱鏡200D的底部表面200D1被非常接近的設置到測量表面直到底部表面200D1與 測量表面S充分地接觸，必須對棱鏡200D的底部表面200D1與測量表面S間的距離精確地 進行管理，這樣就帶來易用性差的難題。此外，由于碰撞與接觸，棱鏡200D或測量表面S存 在破損的危險。使用臨界入射干涉儀1E，不需要精確地進行距離間管理，一方面，光束分離部分 200E和光束分離器300E與，另一方面，測量表面S，從而易用性優(yōu)異。然而，因為組合光束 成分中測量光束和參考光束的波陣面取向被不適宜地反轉(zhuǎn)，就存在從激光束源101射出的 光束的波陣面誤差對測量精度不利影響的問題。臨界入射干涉儀IF能夠適合地布置組合光束成分的測量光束和參考光束的波陣 面取向，且可以防止激光束源101射出的光束的波陣面誤差影響測量精度。此外，不必要精 確地進行距離間管理，一方面，光束分離部分200F和衍射光柵300F與，另一方面，測量表面 S，從而易用性優(yōu)異。然而，使用臨界入射干涉儀1F，就存在因為參考鏡204和衍射光柵203 的使用不利于配置的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供臨界入射干涉儀，其不采用特殊的結(jié)構(gòu)，可防止影響測量精 度的從光束源射出的光束的波陣面誤差，并且可使易用性優(yōu)秀。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供臨界入射干涉儀包括光束源部分；光束分離部分，被 構(gòu)造成從光束源部分分離光束為出射到測量表面的測量光束和作為測量參考的參考光束， 并且被構(gòu)造為使得測量光束傾斜地出射到測量表面；光束組合部分，被構(gòu)造成組合參考光 束和在測量表面反射的測量光束，以獲得組合光束；探測部分，被構(gòu)造成基于組合光束產(chǎn)生 的干涉條紋探測測量表面輪廓；以及圖像反轉(zhuǎn)元件，被構(gòu)造成反轉(zhuǎn)測量光束或參考光束的 波陣面取向，其中光束分離部分使參考光束以其直接到達光束組合部分的方位角出射； 并且圖像反轉(zhuǎn)元件被設置在從光束分離部分到光束組合部分的測量光束或參考光束的光 路中。根據(jù)本發(fā)明，因為測量光束或參考光束的波陣面取向被設置在從光束分離部分導 向光束組合部分的測量光束或參考光束光路中的圖像反轉(zhuǎn)部件反轉(zhuǎn)，可以適當?shù)夭贾媒M合 光束成分的測量光束和參考光束的波陣面取向。這樣，由組合光束形成的干涉條紋中，可 消除從光束源部分射出的光束波陣面誤差，這樣使防止影響測量精度的波陣面誤差成為可 能。從光束分離部分射出的參考光束和測量光束以及，分別沿不同光路傳輸后，由光束組合 部分組合。由此，因為根據(jù)本發(fā)明的臨界入射干涉儀被構(gòu)造成非共路形式，其中參考光束和 測量光束沿不同光路傳輸，不必要進行精確的距離間的管理，一方面是光束分離部分和光 束組合部分之間的，另一方面，以及與測量表面S之間的，所以易用性優(yōu)秀。光束分離部分 使得參考光束以一個方位角出射，其中參考光束直接到達組合部分。從而，因為基本結(jié)構(gòu)與 普通傳統(tǒng)的非共路形式臨界入射干涉儀相似(例如，圖7中的臨界入射干涉儀1E)，所以通過在傳統(tǒng)臨界入射干涉儀的測量光束或參考光束光路中提供圖像反轉(zhuǎn)元件可獲得本發(fā)明 中的臨界入射干涉儀，以致很容易制作。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以防止影響測量精度的 從光束源部分射出光束的波陣面誤差以及可以使易用性優(yōu)異而不采用特殊的結(jié)構(gòu)。圖像反轉(zhuǎn)元件被設置在從光束分離部分到光束組合部分的參考光束的光路中。這 里，參考光束被從光束分離部分以直接到達光束組合部分的方位角射出，同時測量光束從 光束分離部分傾斜地射向測量表面，并且在測量表面經(jīng)歷反射后，到達光束組合部分。這 樣，參考光束的光路短于測量光束的光路。如果參考光束和測量光束間光路長度差距大于 從光束源射出的光束的相干距離，那么可能導致干涉條紋對比度衰減以及測量精度不利地 惡化。在本發(fā)明中，然而，因為圖像反轉(zhuǎn)元件被設置在參考光束光路中，參考光束光路長度 可通過圖像反轉(zhuǎn)部分被增大，以致參考光束和測量光束間光路長度中的差距被設成小于相 干距離。因為這個原因，可獲得優(yōu)異的相干條紋對比度，這樣能對測量精度保持滿意。圖像反轉(zhuǎn)元件可包括由有等底角梯形橫截面形成的道威棱鏡(dov印rism)，且道 威棱鏡可使入射到一端面上的光束折射向底端表面一側(cè)，并且接著在底端表面反射光束向 另一端面，使光束從另一端面沿著相對于一端面的光束入射方向相同的方向出射。根據(jù)本發(fā)明，圖像反轉(zhuǎn)部件由用來反轉(zhuǎn)入射光束波陣面取向的道威棱鏡構(gòu)成，在 其底部表面反射入射光束一次。作為道威棱鏡，因為其入射方向與其出射方向相同，道威棱 鏡可以很容易地設置在傳統(tǒng)臨界入射干涉儀的測量光束或參考光束的光路中，從而被容易 地被制造。此外，因為道威棱鏡具有大于空氣的折射率，入射光束的光路長度可以被增大。 因為這一原因，參考光束光路長度通過在參考光束光路中設置道威棱鏡可被增大，以致參 考光束和測量光束間光路長度中的差距可被設置為小于相干距離。圖像反轉(zhuǎn)部件可包括多個反射鏡，通過多個反射鏡反射入射光束三次，并且反轉(zhuǎn) 其波陣面后，使光束沿著與入射方向相同的方向出射。根據(jù)本發(fā)明，因為入射光束被由多個 反射鏡奇數(shù)次反射，圖像反轉(zhuǎn)元件反轉(zhuǎn)入射光束的波陣面取向并且使其出射到圖像反轉(zhuǎn)元 件外部。作為同樣的該圖像反轉(zhuǎn)元件，因為其入射方向與出射方向相同，圖像反轉(zhuǎn)元件可被 容易地設置在傳統(tǒng)臨界入射干涉儀的測量光束或參考光束的光路中，從而被容易地制造。 此外，因為圖像反轉(zhuǎn)元件反射其中入射光束奇數(shù)次，入射光束的光路長度被增大。因為這一 原因，參考光束的光路長度通過在參考光束光路中設置本發(fā)明的圖像反轉(zhuǎn)元件而被增大， 從而參考光束和測量光束間光路長度的差距可被設成小于相干距離。光束分離部分包括分離元件和第一偏轉(zhuǎn)元件，分離元件可分離從光束源出射的光 束為測量光束和參考光束并且使參考光束以其直接到達光束組合部分的方位角出射，第一 偏轉(zhuǎn)元件可使從分離元件出射并入射到第一偏轉(zhuǎn)元件上的測量光束傾斜地射向測量表面， 從而偏轉(zhuǎn)測量光束的光路，光束組合部分可包括第二偏轉(zhuǎn)元件和組合元件；第二偏轉(zhuǎn)元件 可使在測量表面反射并入射到第二偏轉(zhuǎn)元件上的測量光束射向組合元件，從而偏轉(zhuǎn)測量光 束的光路向測量元件一側(cè)，并且組合元件可組合從分列元件出射的參考光束和從第二偏轉(zhuǎn) 元件出射的測量光束以獲得組合光束。根據(jù)本發(fā)明，光束分離部分和光束組合部分被分別與構(gòu)成的偏轉(zhuǎn)元件一起設置， 例如，用于偏轉(zhuǎn)測量光束光路的反射鏡，除了分離元件和組合元件。從而，通過調(diào)整光束分 離部分和光束組合部分的各偏轉(zhuǎn)元件的方位角，可很容易地根據(jù)測量表面而改變測量光束 的入射角。


本發(fā)明將從下述給出的詳細說明中被足夠充分的理解并且結(jié)合給出的附圖僅作 為解釋，且這并不限于本發(fā)明以及其中圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的臨界入射干涉儀的說明結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是說明參考光束和測量光束波陣面取向的透視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的臨界入射干涉儀的說明結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的臨界入射干涉儀的說明結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明參考例的臨界入射干涉儀的說明結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6為共路形式的臨界入射干涉儀的說明結(jié)構(gòu)的示意圖；圖7為非共路形式的臨界入射干涉儀的說明結(jié)構(gòu)的示意圖；以及圖8為另一種非共路形式的臨界入射干涉儀的說明結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)在針對附圖，給出本發(fā)明第一實施例的描述。圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的 臨界入射干涉儀1的說明結(jié)構(gòu)的示意圖。臨界入射干涉儀1由光束源部分100、光束分離部 分200、光束組合部分300、探測部分400和作為圖像反轉(zhuǎn)部分的道威棱鏡500組成。光束 源100包括激光束源101和透鏡102和103。作為激光束源101，使用具有幾個IOmm到幾 個IOOmm相干距離的簡單穩(wěn)定的激光束源。光束分離部分200分離入射光束成被出射到測量表面S的測量光束和作為測量參 考的參考光束，且使參考光束出射到光束組合部分300的一邊和使測量光束傾斜地出射到 測量表面S。光束分離部分200具有作為分離元件的偏振光束分光器205以及作為第一偏 轉(zhuǎn)元件的反射鏡206。從激光束源101射出的并且入射過透鏡102和103的光束，偏振光束分光器205 反射S-偏振光束作為參考光束，該參考光束具有使得光束直接到達光束組合部分300的空 間方位角，并且發(fā)射P-偏振光束作為測量光束。反射鏡206反射經(jīng)偏振光束分光器205發(fā) 射的測量光束到測量表面S，以便偏轉(zhuǎn)測量光束的光路。光束組合部分300組合從光束分離部分200出射的參考光束和由測量表面S反射 的測量光束以獲得組合的光束，該組合的光束被出射到探測部分400 —邊。光束組合部分 300具有作為第二偏轉(zhuǎn)元件的反射鏡301和作為組合元件的偏振光束分光器302。參考光束 301反射在測量表面S反射的測量光束到偏振光束分光器302 —邊以偏轉(zhuǎn)測量光束的光路。 偏振光束分光器302反射從偏振光束分光器205出射的參考光束并且傳送在反射鏡301反 射的測量光束從而組合參考光束和測量光束成組合光束，并且使組合光束出射到探測部分 400 一邊。探測部分400包括四分之一波片403，棱鏡404，三分離棱鏡405，偏振片406A到 406C,成像裝置407A到407C，和計算裝置408。探測部分400基于從各成像裝置407A到 407C上的組合光束生成的干涉條紋探測測量表面S的輪廓。道威棱鏡500是棱鏡的條形光學元件具有等底角梯形的橫截面，并且由光學玻璃 組成，其折射率大于空氣的折射率。道威棱鏡500設置在參考光束的光路上，從光束分離部分200連通到光束組合分布300。道威棱鏡500使入射到一端面501上的參考光束折射向 底端表面502 —側(cè)，并且接著在底端表面502反射參考光束向另一端面503，使參考光束從 另一端面503沿著相對于一端面501的參考光束入射方向相同的方向出射到道威棱鏡500 外部+圖2是說明參考光束和測量光束波陣面取向的透視圖。光束每經(jīng)歷一次反射波陣 面的取向被反轉(zhuǎn)一次。從而，在圖2中，如果從激光束源101射出的光束L的波陣面取向從 光束L傳輸方向遠端一側(cè)被看到(見眼睛標記)，且被表示為反轉(zhuǎn)R的圖像，波陣面取向被 反轉(zhuǎn)并且被表示為R的圖像，是因為組合光束組成中的參考光束經(jīng)過偏振光分光器205，道 威棱鏡500的底端表面502，偏振光分光器302的三次反射。此外，也作為組合光束成分的測量光束，其波陣面取向被反轉(zhuǎn)并且被表示為R圖 像，是因為測量光束經(jīng)過反射鏡206，測量表面S，和反射鏡301的三次反射。從而，組合光 束組成中的測量光束和參考光束的波陣面取向都被表示為R圖像，它們波陣面的取向是一 致的。這樣，從測量光束和參考光束的組合光束形成的干涉條紋的波陣面取向是一致的，從 激光束源101射出的光束波陣面誤差被消除。因為這個原因，用臨界入射干涉儀1，使防止 影響測量精度的扭曲變形成為可能。根據(jù)以上描述的實施例，可獲得以下優(yōu)點。因為參考光束的波陣面取向通過道威 棱鏡500被反轉(zhuǎn)，所以組合光束成分的測量光束和參考光束的波陣面取向被適當?shù)牟贾谩?因此，組合光束形成的干涉條紋中，可消除光束源部分100射出光束的波陣面誤差，這樣使 得防止影響測量精度的波陣面誤差成為可能。因為臨界入射干涉儀1被構(gòu)造為非共路形 式，其中參考光束和測量光束沿不同光路傳輸，不必要進行精確的距離間的管理，一方面是 光束分離部分200和光束組合部分300之間的，另一方面，以及與測量表面S之間的，所以 易用性優(yōu)秀。光束分離部分200使得參考光束以一方位角出射，其中參考光束直接到達組合部 分。從而，因為基本結(jié)構(gòu)與普通傳統(tǒng)的非共路形式臨界入射干涉儀相似，所以通過在傳統(tǒng)臨 界入射干涉儀的參考光束光路中提供道威棱鏡500可獲得本實施例中的臨界入射干涉儀 1，所以很容易制作。如上所述，臨界入射干涉儀1可以防止影響測量精度的從光束源部分 100射出光束的波陣面誤差以及可以使易用性優(yōu)異而不采用特殊的結(jié)構(gòu)。雖然可使用具有幾個m或更多的相干距離的穩(wěn)定激光束源作為激光束源101，在 本實施例中，考慮到成本因素和產(chǎn)生的噪聲量，采用了具有幾個IOmm到幾個IOOmm相干距 離的簡易穩(wěn)定激光束源作為激光束源101。此外，噪聲表示設置在光路上的光學元件表面間 產(chǎn)生不必要的干擾。因為參考光束光路短于測量光束的光路，歸因于部件205和206間的 距離以及部件301與302間的距離且參考光束沒有在測量表面S反射的部分，依靠參考光 束和測量光束的光路布置，兩光束的光路長度間的差距大于相干距離，以可能導致干涉條 紋對比度衰減以及測量精度不利地惡化。然而，在本實施例中，作為在參考光束光路上提供 具有高于空氣折射率的道威棱鏡500的結(jié)果，參考光束光路長度可被增大，因而參考光束 和測量光束間光路長度中的差距能可靠地設成小于相干距離。因為這個原因，可獲得優(yōu)異 的相干條紋對比度，這樣可以保持滿意的測量精度。因為使用其中入射方向與出射方向一致的道威棱鏡500作為圖像翻轉(zhuǎn)部分，道威 棱鏡500可被容易地設置在傳統(tǒng)臨界入射干涉儀的參考光束光路中，因而臨界入射干涉儀1可以容易的制作。光束分離部分200和光束組合部分300分別提供反射鏡206和301來 偏轉(zhuǎn)測量光束的光路，此外偏振光分光器205和302分別用來分離和組合光束。因為這個 原因，通過校正這些反射鏡206和301的方位角，可以根據(jù)測量表面S很容易的改變測量光 束的入射角。圖3為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的臨界入射干涉儀IA的說明結(jié)構(gòu)的示意圖。該實 施例特征在于圖像反轉(zhuǎn)部分通過圖像旋轉(zhuǎn)鏡500A組成。圖像旋轉(zhuǎn)鏡500A具有三個反射鏡 504、505和506，通過這些反射鏡504、505和506反射參考光束三次，并且反轉(zhuǎn)其波陣面后， 使參考光束沿著與入射方向一致的方向出射。同樣上述表述的該實施例，作為通過圖像旋轉(zhuǎn)鏡500A反射三次的參考光束，參考 光束的波陣面取向可以被反轉(zhuǎn)，并且組合光束成分的參考光束和測量光束的波陣面取向從 而被適當?shù)卦O置，這樣可以保持滿意的測量精度。此外，因為其入射方向與出射方向相一 致，圖像旋轉(zhuǎn)鏡500A可被容易地設置在傳統(tǒng)臨界入射干涉儀的參考光束光路中，因而臨界 入射干涉儀IA可被容易地制作。另外，因參考光束被反射三次，圖像旋轉(zhuǎn)鏡500A能加大參 考光束的光路長度，從而參考光束和測量光束間光路長度中的差距能被可靠地設置成少于 相干距離。應當注意雖然提供了記載為參考光束被三個反射鏡504、505和506反射三次這樣 的本實施例中的結(jié)構(gòu)，但是參考光束反射的次數(shù)并不限于三次，并且只要參考光束被反射 奇數(shù)次，反射鏡的個數(shù)不限于三個。圖4為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的臨界入射干涉儀IB的說明結(jié)構(gòu)的示意圖。該實 施例特征在于作為圖像反轉(zhuǎn)部件的道威棱鏡500B被設置在測量光束的光路中。同樣上述 表述的該實施例，因為其中入射方向和出射方向相一致的道威棱鏡500B被用來作為圖像 反轉(zhuǎn)部件，道威棱鏡500B可容易地設置在傳統(tǒng)臨界入射干涉儀測量光束的光路中，因而臨 界入射干涉儀IB可被容易地制作。另外，因測量光束波陣面通過道威棱鏡500B被反轉(zhuǎn)，組 合光束成分的測量光束和參考光束的波陣面取向可被適當?shù)卦O置，這樣可以保持滿意的測 量精度。需要注意的是本發(fā)明不限于被記載的上述實施例，且本發(fā)明目的范圍內(nèi)的可獲 得的修改，改進和類似均包括在本發(fā)明中。在上述描述的實施例中，光束分離部分200到 200B和光束組合部分300到300B被分別提供反射鏡206和301來作為偏轉(zhuǎn)測量光束光路的 偏轉(zhuǎn)元件，外加偏振光分光器205和302。然而，在圖7示出的傳統(tǒng)臨界入射干涉儀IE中， 光束分離部分和光束組合部分可被設置為不只是光束分離器，并且可不設置偏轉(zhuǎn)元件可不 設置。雖然在上述描述的實施例中探測部分400到400B可獲得三種相移的干涉條紋，但是 探測部分不可能獲得多種相移的干涉條紋，以及基于干涉條紋如果能夠探測到測量表面的 輪廓就足夠了。圖5為根據(jù)本發(fā)明參考例的臨界入射干涉儀IC的說明結(jié)構(gòu)的示意圖。該參考例 子特征在于圖像反轉(zhuǎn)元件由一個反射鏡500C組成。此外，在該參考例子中，從偏振光分光 器205通向反射鏡500C的參考光束的光路和從反射鏡206通向測量表面S的測量光束的 光路設置成平行的，并且從反射鏡500C通向偏振光分光器302的參考光束的光路和從測量 表面S通向反射鏡301的測量光束的光路設置成平行的。同樣該參考例，因為反射鏡500C反射參考光束一次，參考光束的波陣面取向被反轉(zhuǎn)，并且組合光束成分的參考光束和測量光束的波陣面取向從而被適當?shù)卦O置，這樣可以 保持滿意的測量精度。此外，因為圖像反轉(zhuǎn)工藝由一個反射鏡500C構(gòu)成，因此簡化了臨界 入射干涉儀IC的結(jié)構(gòu)。另外，因為參考光束的光路通過反射鏡500C的插入成V型而生成， 參考光束的光路長度被增大，以致于參考光束和測量光束間光路中的差距被設置成小于相 干距離。
權(quán)利要求
臨界入射干涉儀包括光束源部分；光束分離部分，被構(gòu)造成將來自光束源部分的光束分離為出射到測量表面的測量光束和作為測量參考的參考光束，并且被構(gòu)造為使得測量光束傾斜地出射到測量表面；光束組合部分，被構(gòu)造成組合參考光束和在測量表面反射的測量光束，以獲得組合光束；探測部分，被構(gòu)造成基于所述組合光束產(chǎn)生的干涉條紋探測測量表面的輪廓；以及圖像反轉(zhuǎn)元件，被構(gòu)造成反轉(zhuǎn)所述測量光束或參考光束的波陣面取向，其中所述光束分離部分使所述參考光束以其直接到達所述光束組合部分的方位角出射；并且所述圖像反轉(zhuǎn)元件被設置在從所述光束分離部分導向光束組合部分的測量光束或參考光束的光路中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的臨界入射干涉儀，其中所述圖像反轉(zhuǎn)元件被設置在從光束分離部分導向光束組合部分的參考光束的光路中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的臨界入射干涉儀，其中所述圖像反轉(zhuǎn)元件包括由等底角的橫截面梯形構(gòu)成的道威棱鏡，并且 所述道威棱鏡使入射到一端面上的光束折射向底端表面一側(cè)，并且在底端表面將光束 反射向另一端面之后，使從所述另一端面的光束沿著與相對于所述一端面的光束的入射方 向相同的方向出射。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的臨界入射干涉儀，其中所述圖像反轉(zhuǎn)部件包括多個反射鏡，通過所述多個反射鏡使入射光束反射三次，并且 在反轉(zhuǎn)其波陣面后，使光束沿著與入射方向相同的方向出射。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的臨界入射干涉儀，其中 所述光束分離部分包括分離元件和第一偏轉(zhuǎn)元件；所述分離元件將從光束源出射的光束分離為測量光束和參考光束，并且使參考光束以 其直接到達光束組合部分的方位角出射；所述第一偏轉(zhuǎn)元件使從分離元件出射并入射到第一偏轉(zhuǎn)元件上的測量光束傾斜地射 向測量表面，從而偏轉(zhuǎn)測量光束的光路；所述光束組合部分包括第二偏轉(zhuǎn)元件和組合元件；所述第二偏轉(zhuǎn)元件使在測量表面反射并入射到第二偏轉(zhuǎn)元件上的測量光束射向組合 元件，從而將測量光束的光路偏轉(zhuǎn)向測量元件一側(cè)；并且所述組合元件組合從分離元件出射的參考光束和從第二偏轉(zhuǎn)元件出射的測量光束，以 獲得組合光束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種臨界入射干涉儀，其包括光束分離部分，被構(gòu)造成將來自光束源部分的光束分離為出射到測量表面的測量光束和作為測量參考的參考光束，并且被構(gòu)造為使得測量光束傾斜地出射到測量表面；光束組合部分，被構(gòu)造成組合參考光束和在測量表面反射的測量光束，以獲得組合光束；探測部分，被構(gòu)造成基于組合光束產(chǎn)生的干涉條紋探測測量表面輪廓；以及圖像反轉(zhuǎn)元件，被構(gòu)造成反轉(zhuǎn)測量光束或參考光束的波陣面取向，圖像反轉(zhuǎn)元件被設置在從光束分離部分到光束組合部分的測量光束或參考光束的光路中。
文檔編號G01B9/02GK101995210SQ20101026556
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日
發(fā)明者大峠憐也, 栗山豐 申請人:株式會社三豐