專利名稱：測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量參考表面與測試表面之間的距離的測量裝置。
背景技術：
頻率(波長)掃描干涉儀和固定波長干涉儀已知是測量參考表面與測試表面(testsurface)(物體表面(object surface))之間的距離的測量裝置。頻率掃描干涉儀基于通過按時間掃描光源的頻率而獲得的干涉信號的頻率來獲得參考表面與測試表面之間的距離。與以外差干涉儀或零差干涉儀為代表的固定波長光波干涉儀相比，頻率掃描干涉儀有利的是布置更簡單、成本更低。頻率掃描干涉儀要求下述測量條件，S卩，在對頻率進行掃描時，參考光束(被參考表面反射的光束)與物體光束(object beam)(被測試表面反射的光束)之間的光路長度差不變化。即使是光路長度差的小變化也會導致大的測量誤差。例如，當光源的中心波長為780nm、光源的頻率的掃描量為IOOGHz (0.2nm)并且在對頻率進行掃描時光路長度差變化Inm時，產(chǎn)生大約3.8μπι的測量誤差。由于振動、溫度變化等，光路長度差不可避免地變化。為了防止這一點，在以下文獻中提出了用于減小由參考光束與物體光束之間的光路長度差的變化引起的測量誤差的技術:日本專利公開N0.7-120211 ;以及“Ha1-Jun Yang和KeithRiles, High-precision absolute distance measurement using dual-laser frequencyscanned interferometry under realistic conditions (在現(xiàn)實條件下使用雙激光頻率掃描干涉法的高精度絕對距離測量)，Nuclear Instruments & Methods in PhysicsResearch, Section A, Volume 575，Issue 3，2007 年 6 月 I 日，第 395-401 頁(文獻 I )，，。日本專利公開N0.7-120211公開了這樣一種技術，在該技術中，使用中心波長不同的兩個光源(頻率掃描光源)基于干涉信號的拍信號(beat signal)之間的相位差執(zhí)行計算處理，從而減小由參考光束與物體光束之間的光路長度差的變化引起的測量誤差。文獻I公開了這樣一種技術，在該技術中，使用掃描頻率的方向不同的兩個頻率掃描光源來計算從兩個干涉信號獲得的測量值的平均值，從而減小由參考光束與物體光束之間的光路長度差的變化引起的測量誤差。然而，日本專利公開N0.7-120211中的技術需要兩個檢測器來檢測兩個光源的干涉信號，從而增加了裝置成本。特別地，當測量物體的形狀時，二維傳感器(諸如CCD或CMOS)用作檢測器，極大地增加了裝置成本。在文獻I中的技術中，一個檢測器檢測兩個光源的干涉信號。為了這個目的，該技術需要用于按時間切換將被檢測器檢測的干涉信號的斬波器，這樣增加了裝置成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供這樣一種技術，該技術減小由參考表面和測試表面之間的光路長度差的變化引起的測量誤差，而且抑制成本增加，并且有利于參考表面與測試表面之間的距離的測量。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種測量參考表面與測試表面之間的距離的測量裝置，包括:n個頻率掃描光源，其中η是不小于2的整數(shù)；分光元件，其被配置為將來自所述η個頻率掃描光源中的每個的光束進行分離以入射到所述參考表面和所述測試表面；檢測器，其被配置為一次檢測由被所述參考表面反射的光束和被所述測試表面反射的光束的干涉形成的η個干涉光束，并輸出干涉信號；和處理單元，其被配置為執(zhí)行獲得所述距離的處理，其中，所述處理單元執(zhí)行控制以便以第一掃描速度、在第一方向上掃描來自所述η個頻率掃描光源中的第一光源的光的頻率，并執(zhí)行控制以便以不同于第一掃描速度的第二掃描速度、在與第一方向相反的第二方向上掃描來自所述η個頻率掃描光源中的不同于第一光源的第二光源的光的頻率，并且所述處理單元通過下述方式來獲得所述距離，即，在控制所述η個頻率掃描光源的同時，將從所述檢測器輸出的、包括所述η個干涉光束的檢測結果的所述干涉信號劃分為與所述η個干涉信號對應的η個信號，并對所述η個信號進行處理。從以下參照附圖對示例性實施例的描述，本發(fā)明的進一步特征將會變得清楚。


圖1是顯示本發(fā)明的第一實施例中的測量裝置的布置的視圖。圖2是舉例說明通過圖1中所示的測量裝置的檢測器獲得的干涉信號的視圖。圖3是舉例說明圖2中所示的干涉信號的頻率分析的結果的曲線圖。圖4是用于解釋圖1中所示的測量裝置中的測量參考表面與測試表面之間的距離的處理的流程圖。圖5是顯示本發(fā)明的第二實施例中的測量裝置的布置的視圖。圖6是用于解釋圖5中所示的測量裝置中的測量參考表面與測試表面之間的距離的處理的流程圖。
具體實施例方式以下將參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應指出，相同的附圖標記在所有附圖中表示相同的構件，將不給出其重復描述。〈第一實施例〉圖1是顯示本發(fā)明的第一實施例中的測量裝置MAA的布置的視圖。測量裝置MAA是測量參考表面與測試表面之間的距離的干涉儀。測量裝置MAA包括第一光源1、第二光源
2、處理單元13、無偏振(non-polarization)分束器14、15和20、波長測量單元100和200以及干涉儀單元400。波長測量單元100包括法布里-拍羅(Fabry-Perot)標準具10和檢測器7。波長測量單元200包括法布里-珀羅標準具11和檢測器8。干涉儀單元400包括無偏振分束器23和檢測器6。在本實施例中，測量裝置MAA包括能夠掃描所發(fā)射的光的頻率的兩個光源(第一光源I和第二光源2)，但不限于此。例如，測量裝置MAA可包括能夠掃描所發(fā)射的光的頻率的三個或更多個光源。第一光源I所發(fā)射的光束LI被無偏振分束器14分離為兩個光束。一個光束被引導到波長測量單元100，另一個光束被引導到干涉儀單元400。第二光源2所發(fā)射的光束L2被無偏振分束器15分離為兩個光束。一個光束被引導到波長測量單兀200,另一個光束被引導到干涉儀單元400。入射到波長測量單元100的光束LI通過用作波長參考元件的法布里-珀羅標準具10，并入射到檢測器7。處理單元13基于檢測器7所檢測的光強度(光束LI的強度)來控制第一光源I所發(fā)射的光的頻率(波長)。類似地，入射到波長測量單元200的光束L2通過用作波長參考元件的法布里-珀羅標準具11，并入射到檢測器8。處理單元13基于檢測器8所檢測的光強度(光束L2的強度)來控制第二光源2所發(fā)射的光的頻率(波長)。關于法布里-珀羅標準具10和11的透射光譜，需要確保各自的透射光譜的峰的相對值。因此，本實施例采用具有被確保的透射光譜間隔的真空間隙標準具作為法布里-珀羅標準具10和11。真空間隙標準具可容易地確保波長的相對值，因為它既不具有內(nèi)部介質(zhì)的折射率，也不具有內(nèi)部介質(zhì)的色散(dispersion)。當標準具由低熱膨脹系數(shù)玻璃等制成時，可減小相對于溫度的膨脹，實現(xiàn)在長時間段內(nèi)穩(wěn)定的波長參考元件。然而，法布里-珀羅標準具10和11不限于真空間隙標準具，可以是空氣間隙標準具或固體標準具。在這種情況下，需要通過例如測量標準具的溫度來確保內(nèi)部折射率和色散。法布里-珀羅標準具10和11中的每一個在來自第一光源I和第二光源2中的每個的光的頻率的掃描范圍內(nèi)具有至少兩個透射光譜。因此，在對來自第一光源I的光和來自第二光源2的光的頻率進行掃描時，可確保每次的波長。無偏振分束器20合并被引導到干涉儀單元400的光束LI和光束L2。入射到干涉儀單元400的光束LI被無偏振分束器23分離為入射到參考表面4的第一參考光束和入射到測試表面5的第一物體 光束。第一參考光束被參考表面4反射,并返回到無偏振分束器23。第一物體光束被測試表面5反射，并返回到無偏振分束器23。類似地，入射到干涉儀單元400的光束L2被無偏振分束器23分離為入射到參考表面4的第二參考光束和入射到測試表面5的第二物體光束。第二參考光束被參考表面4反射，并返回到無偏振分束器23。第二物體光束被測試表面5反射，并返回到無偏振分束器23。以這種方式，無偏振分束器23用作分光兀件,該分光兀件將來自第一光源I的光束分離為第一光束和第二光束,將來自第二光源2的光束分離為第三光束和第四光束，并引導第一光束和第三光束入射到參考表面4，并引導第二光束和第四光束入射到測試表面5。第一參考光束和第一物體光束以及第二參考光束和第二物體光束分別被無偏振分束器23合并,并入射到檢測器6。檢測器6檢測包含由第一參考光束和第一物體光束的干涉形成的第一干涉光束和由第二參考光束和第二物體光束的干涉形成的第二干涉光束的光束(一次(at once)檢測第一干涉光束和第二干涉光束)，并輸出(獲得)如圖2所示的干涉信號S12。干涉信號S12是通過將下述干涉信號相加而獲得的信號:由來自第一光源I的光束產(chǎn)生的干涉信號(第一信號)SI (對應于第一干涉光束)，以及由來自第二光源2的光束產(chǎn)生的干涉信號(第二信號)S2 (對應于第二干涉光束)。干涉信號S1、S2和S12分別由等式(1)、(2)和(3)給出:
權利要求
1.一種測量參考表面與測試表面之間的距離的測量裝置，包括: η個頻率掃描光源，其中η是不小于2的整數(shù)； 分光元件，其被配置為將來自所述η個頻率掃描光源中的每個的光束進行分離以入射到所述參考表面和所述測試表面； 檢測器，其被配置為一次檢測由被所述參考表面反射的光束和被所述測試表面反射的光束的干涉形成的η個干涉光束，并輸出干涉信號；和處理單元，其被配置為執(zhí)行獲得所述距離的處理， 其中，所述處理單元執(zhí)行控制以便以第一掃描速度、在第一方向上掃描來自所述η個頻率掃描光源中的第一光源的光的頻率，并執(zhí)行控制以便以不同于第一掃描速度的第二掃描速度、在與第一方向相反的第二方向上掃描來自所述η個頻率掃描光源中的不同于第一光源的第二光源的光的頻率，并且 所述處理單元通過下述方式來獲得所述距離:在控制所述η個頻率掃描光源的同時，將從所述檢測器輸出的、包括所述η個干涉光束的檢測結果的所述干涉信號劃分為與所述η個干涉信號對應的η個信號，并對所述η個信號進行處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中， η是不小于3的整數(shù)，并且 所述處理單元執(zhí)行控制以便以不同于第一掃描速度和第二掃描速度的第三掃描速度、在第一方向和第二方向之一上掃描來自不同于第一光源和第二光源的第三光源的光的頻率。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中， 所述處理單元對從所述檢測器輸出的干涉信號執(zhí)行頻率分析，以將所述干涉信號劃分為與所述η個干涉光束對應的所述η個信號，并且 所述處理單元獲得通過求取從與通過所述頻率分析獲得的所述η個信號對應的η個峰值頻率計算的、參考表面與測試表面之間的距離的平均值而獲得的距離作為所述距離。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，設fCi是來自所述η個頻率掃描光源中的每個的光的中心頻率，fVi是來自所述η個頻率掃描光源中的每個的光的頻率的掃描速度，其中，i是I至η的整數(shù)；以及 所述處理單元控制所述η個頻率掃描光源以滿足
5.根據(jù)權利要求1至4中的任何一個所述的裝置，其中， 所述檢測器包括多個檢測區(qū)，在該多個檢測區(qū)，對于所述測試表面上的多個位置檢測包含η個干涉光束的光束，并且 所述處理單元通過基于從各個檢測區(qū)輸出的干涉信號獲得所述多個位置處的距離來獲得所述測試表面的形狀。
全文摘要
本發(fā)明公開了測量裝置。本發(fā)明提供一種測量參考表面與測試表面之間的距離的測量裝置，該測量裝置包括n個(n=不小于2的整數(shù))頻率掃描光源；分光元件，其被配置為將來自所述n個頻率掃描光源中的每個的光束分離為入射到參考表面和測試表面；檢測器，其被配置為一次檢測由被參考表面反射的光束和被測試表面反射的光束的干涉形成的n個干涉光束，并輸出干涉信號；和處理單元，其被配置為執(zhí)行獲得所述距離的處理。
文檔編號G01B11/24GK103090806SQ20121043075
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月1日 優(yōu)先權日2011年11月1日
發(fā)明者西川裕也 申請人:佳能株式會社