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专利名称：测量装置的制作方法
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(testsurface)(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，S卩，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IOOGHz (0.2nm)并且在对频率进行扫描时光路长度差变化Inm时，产生大约3.8μπι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N0.7-120211 ;以及“Ha1-Jun Yang和KeithRiles, High-precision absolute distance measurement using dual-laser frequencyscanned 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 PhysicsResearch, Section A, Volume 575，Issue 3，2007 年 6 月 I 日，第 395-401 页(文献 I )，，。日本专利公开N0.7-120211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I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N0.7-120211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I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η是不小于2的整数；分光元件，其被配置为将来自所述η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η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η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η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η个频率扫描光源的同时，将从所述检测器输出的、包括所述η个干涉光束的检测结果的所述干涉信号划分为与所述η个干涉信号对应的η个信号，并对所述η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。


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。图4是用于解释图1中所示的测量装置中的测量参考表面与测试表面之间的距离的处理的流程图。图5是显示本发明的第二实施例中的测量装置的布置的视图。图6是用于解释图5中所示的测量装置中的测量参考表面与测试表面之间的距离的处理的流程图。
具体实施例方式以下将参照附图来描述本发明的优选实施例。应指出，相同的附图标记在所有附图中表示相同的构件，将不给出其重复描述。〈第一实施例〉图1是显示本发明的第一实施例中的测量装置MAA的布置的视图。测量装置MAA是测量参考表面与测试表面之间的距离的干涉仪。测量装置MAA包括第一光源1、第二光源
2、处理单元13、无偏振(non-polarization)分束器14、15和20、波长测量单元100和200以及干涉仪单元400。波长测量单元100包括法布里-拍罗(Fabry-Perot)标准具10和检测器7。波长测量单元200包括法布里-珀罗标准具11和检测器8。干涉仪单元400包括无偏振分束器23和检测器6。在本实施例中，测量装置MAA包括能够扫描所发射的光的频率的两个光源(第一光源I和第二光源2)，但不限于此。例如，测量装置MAA可包括能够扫描所发射的光的频率的三个或更多个光源。第一光源I所发射的光束LI被无偏振分束器14分离为两个光束。一个光束被引导到波长测量单元100，另一个光束被引导到干涉仪单元400。第二光源2所发射的光束L2被无偏振分束器15分离为两个光束。一个光束被引导到波长测量单兀200,另一个光束被引导到干涉仪单元400。入射到波长测量单元100的光束LI通过用作波长参考元件的法布里-珀罗标准具10，并入射到检测器7。处理单元13基于检测器7所检测的光强度(光束LI的强度)来控制第一光源I所发射的光的频率(波长)。类似地，入射到波长测量单元200的光束L2通过用作波长参考元件的法布里-珀罗标准具11，并入射到检测器8。处理单元13基于检测器8所检测的光强度(光束L2的强度)来控制第二光源2所发射的光的频率(波长)。关于法布里-珀罗标准具10和11的透射光谱，需要确保各自的透射光谱的峰的相对值。因此，本实施例采用具有被确保的透射光谱间隔的真空间隙标准具作为法布里-珀罗标准具10和11。真空间隙标准具可容易地确保波长的相对值，因为它既不具有内部介质的折射率，也不具有内部介质的色散(dispersion)。当标准具由低热膨胀系数玻璃等制成时，可减小相对于温度的膨胀，实现在长时间段内稳定的波长参考元件。然而，法布里-珀罗标准具10和11不限于真空间隙标准具，可以是空气间隙标准具或固体标准具。在这种情况下，需要通过例如测量标准具的温度来确保内部折射率和色散。法布里-珀罗标准具10和11中的每一个在来自第一光源I和第二光源2中的每个的光的频率的扫描范围内具有至少两个透射光谱。因此，在对来自第一光源I的光和来自第二光源2的光的频率进行扫描时，可确保每次的波长。无偏振分束器20合并被引导到干涉仪单元400的光束LI和光束L2。入射到干涉仪单元400的光束LI被无偏振分束器23分离为入射到参考表面4的第一参考光束和入射到测试表面5的第一物体 光束。第一参考光束被参考表面4反射,并返回到无偏振分束器23。第一物体光束被测试表面5反射，并返回到无偏振分束器23。类似地，入射到干涉仪单元400的光束L2被无偏振分束器23分离为入射到参考表面4的第二参考光束和入射到测试表面5的第二物体光束。第二参考光束被参考表面4反射，并返回到无偏振分束器23。第二物体光束被测试表面5反射，并返回到无偏振分束器23。以这种方式，无偏振分束器23用作分光兀件,该分光兀件将来自第一光源I的光束分离为第一光束和第二光束,将来自第二光源2的光束分离为第三光束和第四光束，并引导第一光束和第三光束入射到参考表面4，并引导第二光束和第四光束入射到测试表面5。第一参考光束和第一物体光束以及第二参考光束和第二物体光束分别被无偏振分束器23合并,并入射到检测器6。检测器6检测包含由第一参考光束和第一物体光束的干涉形成的第一干涉光束和由第二参考光束和第二物体光束的干涉形成的第二干涉光束的光束(一次(at once)检测第一干涉光束和第二干涉光束)，并输出(获得)如图2所示的干涉信号S12。干涉信号S12是通过将下述干涉信号相加而获得的信号:由来自第一光源I的光束产生的干涉信号(第一信号)SI (对应于第一干涉光束)，以及由来自第二光源2的光束产生的干涉信号(第二信号)S2 (对应于第二干涉光束)。干涉信号S1、S2和S12分别由等式(1)、(2)和(3)给出:
权利要求
1.一种测量参考表面与测试表面之间的距离的测量装置，包括: η个频率扫描光源，其中η是不小于2的整数； 分光元件，其被配置为将来自所述η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η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η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η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:在控制所述η个频率扫描光源的同时，将从所述检测器输出的、包括所述η个干涉光束的检测结果的所述干涉信号划分为与所述η个干涉信号对应的η个信号，并对所述η个信号进行处理。
2.根据权利要求1所述的装置，其中， η是不小于3的整数，并且 所述处理单元执行控制以便以不同于第一扫描速度和第二扫描速度的第三扫描速度、在第一方向和第二方向之一上扫描来自不同于第一光源和第二光源的第三光源的光的频率。
3.根据权利要求1所述的装置，其中， 所述处理单元对从所述检测器输出的干涉信号执行频率分析，以将所述干涉信号划分为与所述η个干涉光束对应的所述η个信号，并且 所述处理单元获得通过求取从与通过所述频率分析获得的所述η个信号对应的η个峰值频率计算的、参考表面与测试表面之间的距离的平均值而获得的距离作为所述距离。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，设fCi是来自所述η个频率扫描光源中的每个的光的中心频率，fVi是来自所述η个频率扫描光源中的每个的光的频率的扫描速度，其中，i是I至η的整数；以及 所述处理单元控制所述η个频率扫描光源以满足
5.根据权利要求1至4中的任何一个所述的装置，其中， 所述检测器包括多个检测区，在该多个检测区，对于所述测试表面上的多个位置检测包含η个干涉光束的光束，并且 所述处理单元通过基于从各个检测区输出的干涉信号获得所述多个位置处的距离来获得所述测试表面的形状。
全文摘要
本发明公开了测量装置。本发明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，该测量装置包括n个(n=不小于2的整数)频率扫描光源；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分离为入射到参考表面和测试表面；检测器，其被配置为一次检测由被参考表面反射的光束和被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。
文档编号G01B11/24GK103090806SQ20121043075
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者西川裕也 申请人:佳能株式会社