[发明专利]测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量参考表面与测试表面之间的距离的测量装置。

背景技术

频率（波长）扫描干涉仪和固定波长干涉仪已知是测量参考表面与测试表面（test surface）（物体表面（object surface））之间的距离的测量装置。频率扫描干涉仪基于通过按时间扫描光源的频率而获得的干涉信号的频率来获得参考表面与测试表面之间的距离。与以外差干涉仪或零差干涉仪为代表的固定波长光波干涉仪相比，频率扫描干涉仪有利的是布置更简单、成本更低。

频率扫描干涉仪要求下述测量条件，即，在对频率进行扫描时，参考光束（被参考表面反射的光束）与物体光束（object beam）（被测试表面反射的光束）之间的光路长度差不变化。即使是光路长度差的小变化也会导致大的测量误差。例如，当光源的中心波长为780nm、光源的频率的扫描量为100GHz（0.2nm）并且在对频率进行扫描时光路长度差变化1nm时，产生大约3.8μm的测量误差。由于振动、温度变化等，光路长度差不可避免地变化。为了防止这一点，在以下文献中提出了用于减小由参考光束与物体光束之间的光路长度差的变化引起的测量误差的技术：日本专利公开No.7-120211；以及“Hai-Jun Yang和Keith Riles,High-precision absolute distance measurement using dual-laser frequency scanned interferometry under realistic conditions（在现实条件下使用双激光频率扫描干涉法的高精度绝对距离测量）,Nuclear Instruments & Methods in Physics Research，Section A，Volume 575，Issue 3，2007年6月1日，第395-401页（文献1）”。

日本专利公开No.7-120211公开了这样一种技术，在该技术中，使用中心波长不同的两个光源（频率扫描光源）基于干涉信号的拍信号（beat signal）之间的相位差执行计算处理，从而减小由参考光束与物体光束之间的光路长度差的变化引起的测量误差。文献1公开了这样一种技术，在该技术中，使用扫描频率的方向不同的两个频率扫描光源来计算从两个干涉信号获得的测量值的平均值，从而减小由参考光束与物体光束之间的光路长度差的变化引起的测量误差。

然而，日本专利公开No.7-120211中的技术需要两个检测器来检测两个光源的干涉信号，从而增加了装置成本。特别地，当测量物体的形状时，二维传感器（诸如CCD或CMOS）用作检测器，极大地增加了装置成本。

在文献1中的技术中，一个检测器检测两个光源的干涉信号。为了这个目的，该技术需要用于按时间切换将被检测器检测的干涉信号的斩波器，这样增加了装置成本。

发明内容

本发明提供这样一种技术，该技术减小由参考表面和测试表面之间的光路长度差的变化引起的测量误差，而且抑制成本增加，并且有利于参考表面与测试表面之间的距离的测量。

根据本发明的一方面，提供一种测量参考表面与测试表面之间的距离的测量装置，包括：n个频率扫描光源，其中n是不小于2的整数；分光元件，其被配置为将来自所述n个频率扫描光源中的每个的光束进行分离以入射到所述参考表面和所述测试表面；检测器，其被配置为一次检测由被所述参考表面反射的光束和被所述测试表面反射的光束的干涉形成的n个干涉光束，并输出干涉信号；和处理单元，其被配置为执行获得所述距离的处理，其中，所述处理单元执行控制以便以第一扫描速度、在第一方向上扫描来自所述n个频率扫描光源中的第一光源的光的频率，并执行控制以便以不同于第一扫描速度的第二扫描速度、在与第一方向相反的第二方向上扫描来自所述n个频率扫描光源中的不同于第一光源的第二光源的光的频率，并且所述处理单元通过下述方式来获得所述距离，即，在控制所述n个频率扫描光源的同时，将从所述检测器输出的、包括所述n个干涉光束的检测结果的所述干涉信号划分为与所述n个干涉信号对应的n个信号，并对所述n个信号进行处理。

从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步特征将会变得清楚。

附图说明

图1是显示本发明的第一实施例中的测量装置的布置的视图。

图2是举例说明通过图1中所示的测量装置的检测器获得的干涉信号的视图。

图3是举例说明图2中所示的干涉信号的频率分析的结果的曲线图。