[发明专利]多波长干涉仪、测量设备以及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及多波长干涉仪、测量设备以及测量方法。

背景技术

一般已经知道外差(heterodyne)干涉测量方法作为用于精确地测量测量表面的形状的设备。在单波长干涉仪(参考日本专利申请公开No.10-185529)中，如果测量表面粗糙，则由表面粗糙度引起的斑纹图案(speckle pattern)具有随机相位，该随机相位具有比2π大的标准偏差，从而增大了测量的不精确性，使得难以执行精确测量。

日本专利申请公开No.05-71918讨论了用于解决上述问题的方法，在该方法中，在用于利用激光束照射物体表面以便对反射光成像的设备中，成像透镜的光阑的位置被改变为使斑纹图案的随机相位不相干地平均化。

作为另一种解决方法，已经知道多波长干涉仪，在该多波长干涉仪中基于对多个不同波长的干涉测量的结果合成波长的相位(参考文献1：A.F.Fercher等人的“Rough-surface interferometry with a two-wavelength heterodyne speckle interferometer”，Applied Optics，1985，vol.24，issue 14，pp 2181-2188)。根据文献1，如果两个波长的斑纹彼此相关，则基于这两个波长之间的相位差获取关于宏观的表面轮廓和微观的表面粗糙度的信息。

已经知道两个波长之间的斑纹图案的相关性取决于两个波长被合成的波长(参考文献2：U.Vry和F.Fercher，“High-order statistical properties of speckle fields and their application to rough-surface interferometry”，J.Opt.Soc.Am.A，1986，vol.3，issue 7，pp988-1000)。假设两个斑纹图案越一致，相关程度就越高。根据文献2，合成波长Λ越小，两个波长之间的斑纹图案的相关性就越小。另一方面，合成波长Λ越大，两个波长之间的斑纹图案的相关性就越大。术语“合成波长Λ”指的是由Λ＝λ1×λ2/(λ1-λ2)表示的量，其中两个波长为λ1和λ2(λ1＞λ2)。因此，多波长干涉仪能够精确地测量难以用单波长干涉仪来测量的粗糙的测量表面。

根据文献2，两个波长之间的斑纹图案的相关性取决于合成波长的幅度、测量表面的粗糙度以及测量表面的倾斜度(参考数值表达式(1))。

μ=exp(4πiΛh0)×exp[-4π2Λ2(2σh2+s2a2)]---(1)]]>

其中，“μ”表示两个波长之间的复相关性，“h₀”表示测量表面的高度，并且“Λ”表示两个波长的合成波长。“σ_h”表示测量表面的粗糙度，“s”表示测量表面的倾斜度，并且“a”表示利用高斯射束照射测量表面时的直径。