專利名稱：抗振干涉儀設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種干涉儀設(shè)備，其中，為使用具有短相干長度的光源，如發(fā)光二極管(LED)、高亮度發(fā)光二極管(SLD)、鹵素?zé)舻鹊葘Ω鞣N樣本的任何樣本的表面形狀等進(jìn)行干涉測量，從光源發(fā)出的光束被分成兩個光束，這兩個光束中的其中一個相對于另一個光束被迂回規(guī)定的光程長度，然后這兩個光束再次合并以形成照射光束，具體來說，本發(fā)明涉及一種抗振干涉儀設(shè)備，對干涉儀的參考面和樣本表面之間的相對移動的干涉測量的影響被降低。
背景技術(shù)：
通常，配備有具有長相干長度的光源(如激光源)的Fizeau類型的干涉儀已經(jīng)被廣泛地用作易于使用的干涉儀，這是因為，可以在參考面和樣本表面之間提供對應(yīng)于所使用的光源的相干長度的間隙，因此可以獲得足夠的工作空間。
然而，一般而言，激光源比較昂貴，并且尺寸比較大，這會不可避免地導(dǎo)致成本提高，并且干涉儀設(shè)備尺寸增大。
此外，在對具有大致平行于樣本表面(如平面平行玻璃板)的非樣本表面的樣本(這里，樣本的非樣本表面是位于樣本表面的相對一側(cè)的表面)進(jìn)行測量/分析的情況下，由于所使用的光源的相干長度長，伴隨著來自參考面和樣本表面的光學(xué)干涉，也會產(chǎn)生來自參考面和非樣本表面的光學(xué)干涉以及來自樣本表面和非樣本表面的光學(xué)干涉。一般而言，通過來自參考面和樣本表面的光學(xué)干涉產(chǎn)生的干涉條紋之外的干涉條紋就會變成噪聲，因此，難以以高精度測量樣本表面的形狀。
作為解決Fizeau類型的干涉儀所存在的此問題的技術(shù)，本申請人已經(jīng)發(fā)明了一種路徑匹配傳播類型的干涉儀，如日本未經(jīng)審查的專利出版物No.HEI9-21606所描述。根據(jù)此路徑匹配傳播類型的干涉儀設(shè)備，從光源發(fā)出的光束被分成兩個光束，使這兩個光束單獨沿著彼此具有不同光程長度的兩個光路傳播，然后兩個光束再次合并，此外，使得通過沿著具有較短的光程長度的光路傳播的光束從樣本表面反射獲得的反射光的光程長度與通過沿著具有較長的光程長度的光路傳播的光束從參考面反射獲得的反射光的光程長度之間的光程長度差在光源的相干長度范圍內(nèi)，因此，使這兩個反射光以光學(xué)方法彼此干涉，從而，即使使用具有短相干長度的光源，通過設(shè)置兩個光路的光程長度，也可以在參考面和樣本表面之間獲得足夠的工作空間，因此，可以降低干涉儀設(shè)備的成本和尺寸，而不會喪失易用性。
此外，通過使從光源發(fā)出的光束的相干長度小于規(guī)定的長度，可以在除下列情況中的任何情況下都不產(chǎn)生干涉條紋，該情況是由通過沿著具有較短的光程長度的光路傳播的光束從樣本表面反射獲得的反射光和通過沿著具有較長的光程長度的光路傳播的光束從參考面反射獲得的反射光產(chǎn)生干涉條紋，因此，通過非常簡單的結(jié)構(gòu)，可以獲得沒有噪音的清楚的干涉條紋圖像。
下面繼續(xù)論述有關(guān)使用干涉儀設(shè)備對樣本表面的形狀進(jìn)行測量，一般而言，對由支撐裝置支撐的樣本表面進(jìn)行相對于干涉儀設(shè)備擁有的參考面的比較測量。來自參考面的反射光波陣面和來自樣本表面的反射光波陣面進(jìn)行合并，根據(jù)由于兩個波陣面之間的相位差產(chǎn)生的干涉條紋對樣本表面相對于參考面的形狀進(jìn)行測量/分析。
換句話說，如果參考面和接受比較測量的樣本表面之間的相對位置關(guān)系在測量過程中不是固定的，那么，兩個波陣面之間的相位差將發(fā)生變化，據(jù)此，干涉條紋將變化，因此，無法對形狀進(jìn)行精確的測量。具體來說，在使用具有非常短的相干長度的光源的情況下，例如，鹵素?zé)?相干長度＝1μm)，如果參考面和樣本表面之間的相對距離甚至發(fā)生輕微變化(在鹵素?zé)舻那闆r下為變化0.5μm)，相干長度的范圍將丟失，因此，將不再產(chǎn)生干涉條紋。
因此，一般而言，干涉儀的機(jī)身、參考面和干涉儀的機(jī)身的支撐裝置，樣本表面的支撐裝置都具有比較堅固的結(jié)構(gòu)，此外，支撐參考面的干涉儀設(shè)備和樣本表面的支撐裝置也以堅固的結(jié)構(gòu)合成為一個整體，因此，可以消除在測量過程中參考面和樣本表面之間的相對位置的變化，此外，整個測量系統(tǒng)也安裝在高性能的防振設(shè)備上，以便維持參考面和樣本表面之間的相對位置關(guān)系的各種元件不會由于振動受到會導(dǎo)致相對位置關(guān)系變化的外力的影響。
然而，無法在加工過程中(在機(jī)器中)的測量中使用防振設(shè)備，如當(dāng)使用機(jī)床加工金屬反射鏡時在加工過程中對已加工表面進(jìn)行的干涉測量。
此外，為進(jìn)行實際的干涉測量，需要各種移動設(shè)備和微調(diào)機(jī)制，用于在規(guī)定的位置使參考面和樣本表面對齊，并且很難使這些設(shè)備具有足夠堅固的結(jié)構(gòu)，以便在沒有防振設(shè)備的情況下可以進(jìn)行穩(wěn)定的測量。
此外，由于測量環(huán)境中的溫度的改變而導(dǎo)致測量系統(tǒng)中的溫度變化是不可避免的。具體來說，對于大的測量系統(tǒng)，所使用的材料的熱膨脹系數(shù)的影響是大的。
因此，甚至在采取了如上所述的維持參考面和樣本表面之間的相對位置關(guān)系的措施的情況下，也很難完全地維持此相對位置關(guān)系。因此，需要這樣的干涉儀設(shè)備通過比較簡單的結(jié)構(gòu)可以抑制由于來自參考面的反射光波陣面和來自樣本表面的反射光波陣面之間的光學(xué)干涉產(chǎn)生的干涉條紋在測量過程中的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在考慮到上文描述的情況下作出的；本發(fā)明的目的是提供抗振干涉儀設(shè)備，其中參考面和干涉儀設(shè)備的機(jī)身的支撐裝置，以及樣本表面和支撐參考面的干涉儀設(shè)備的支撐裝置等等在機(jī)械上不是很堅固，而是即使參考面和樣本表面之間的相對位置關(guān)系發(fā)生變化，由于來自參考面的反射光波陣面和來自樣本表面的反射光波陣面之間的光學(xué)干涉而產(chǎn)生的干涉條紋在測量過程中的變化也可以以光學(xué)方法進(jìn)行抑制。
本發(fā)明提供用于實現(xiàn)上述目的的抗振干涉儀設(shè)備是光波干涉儀設(shè)備，其中，從光源發(fā)出的光束被光束分離裝置分成兩個光束，兩個光束中的其中一個相對于另一個光束被迂回規(guī)定的光程長度，然后兩個光束重新合并成一個光束以形成照射光束，以及獲得通過光學(xué)干涉產(chǎn)生的干涉條紋，該光學(xué)干涉是在通過照射光束在參考面上被反射而獲得的光束和通過照射光束透射穿過參考面然后在樣本表面上被反射而獲得的光束之間產(chǎn)生的；其中，光源是低相干性光源，從光源發(fā)出的光束的相干長度比參考面和樣本表面之間的光學(xué)距離的兩倍要短，或者該光源是波長已調(diào)制的光源，該光源已被調(diào)整為使得當(dāng)成像元素(imaging element)捕獲干涉條紋的圖像時，其相干長度等于這樣的低相干性光源擁有的相干長度；其中，照射光束是這樣獲得的通過參考面或輔助參考面(輔助參考面被這樣支撐，以便其與參考面的相對位置關(guān)系不變化)反射出兩個光束中的第一光束，并且通過樣本表面或輔助樣本表面(輔助樣本表面被這樣支撐，以便其與樣本表面的相對位置關(guān)系不變化，并與樣本表面面向相同的方向)反射兩個光束中的第二光束，然后將第一光束和第二光束重新合并成一個光束，以便第一光束的軸和第二光束的軸基本上彼此重合；以及其中，該規(guī)定的光程長度大致等于參考面和樣本表面之間的光學(xué)距離的兩倍，其中，該大致兩倍在從光源發(fā)出的光束的相干長度的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明中，可以采用這樣的結(jié)構(gòu)其中，光束分離裝置是參考面或輔助參考面，在參考面或輔助參考面上被反射的光束被作為第一光束，透射穿過參考面或輔助參考面，在樣本表面或輔助樣本表面上被反射，然后透射穿過參考面或輔助參考面的光束被作為第二光束，第一光束和第二光束在參考面或輔助參考面上被重新合并成一個光束以形成照射光束。
或者，也可以采用這樣的結(jié)構(gòu)其中，光束分離裝置是光束分離器，通過光束分離器分離獲得的兩個光束中的一個被照射到參考面或輔助參考面上，被反射的光束作為第一光束，兩個光束中的另一個光束被照射到樣本表面或輔助樣本表面上，該被反射的光束作為第二光束，第一光束和第二光束在光束分離器上被重新合并成一個光束以形成照射光束。
此外，也可以這樣配置以便反射從光源發(fā)出的光束的反射面位于參考面的一側(cè)，照射光束從該側(cè)入射，光束通過反射面基本上垂直地照射到參考面和樣本表面上，在參考面上被反射的第一光束和透射穿過參考面然后在樣本表面上被反射的第二光束在參考面的位置上合并以形成照射光束。
此外，也可以這樣配置以便輔助參考面基本上與參考面位于相同的平面上，和/或輔助樣本表面基本上與樣本表面位于相同的平面上。
此外，也可以這樣配置以便輔助參考面和/或輔助樣本表面具有光程長度調(diào)整裝置，用于在沿著入射光束的軸的方向上移動輔助參考面和/或輔助樣本表面，以及光軸調(diào)整裝置用于調(diào)整被反射的光束的軸相對于入射光束的軸的傾斜度。
此外，也可以這樣配置以便輔助參考面或輔助樣本表面可以由壓電元件移動。
此外，也可以這樣配置以便規(guī)定的光程長度基本上等于參考面和樣本表面之間的光學(xué)距離的兩倍。
此外，也可以這樣配置以便抗振干涉儀設(shè)備進(jìn)一步具有用于兩個光束中的至少一個光束的光量改變裝置。
此外，也可以這樣配置以便從光源發(fā)出的光束是具有規(guī)定的振蕩平面(oscillation plane)的線性偏振光，或通過使其透射穿過規(guī)定的偏振元件而使其成為具有規(guī)定的振蕩平面的線性偏振光。
在本發(fā)明中，也可以這樣配置以便具有樣本表面的樣本是透明薄片，從光源發(fā)出的光束的相干長度被設(shè)置為比透明薄片的厚度的光學(xué)距離的兩倍要短。
或者，也可以采用這樣的結(jié)構(gòu)其中，樣本表面是參考反射鏡表面，透光樣本傳輸對象位于參考面和參考反射鏡表面之間，照射光束和通過由參考反射鏡表面對照射光束的反射獲得的光束透射過樣本傳輸對象，并對樣本傳輸對象進(jìn)行相位分布測量。
此外，也可以采用這樣的結(jié)構(gòu)其中，聚光透鏡位于第二光束中，由該聚光透鏡對第二光束進(jìn)行聚光的聚光點位于樣本表面上。
在本發(fā)明中，低相干性光源是發(fā)光二極管、高亮度發(fā)光二極管或鹵素?zé)簟?br> 此外，可以在樣本表面的中心部分形成一個孔，輔助樣本表面可以位于該孔內(nèi)。
此外，透明薄片可以是薄膜。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的抗振干涉儀設(shè)備的光路示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例的抗振干涉儀設(shè)備的光路示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三個實施例的抗振干涉儀設(shè)備的光路示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第四個實施例的抗振干涉儀設(shè)備的光路示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第五個實施例的抗振干涉儀設(shè)備的光路示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的第六個實施例的抗振干涉儀設(shè)備的光路示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的第七個實施例的抗振干涉儀設(shè)備的光路示意圖；
圖8是顯示如圖7所示的聚光透鏡的操作的圖表。
具體實施例方式
下面是參考圖形對本發(fā)明的實施例進(jìn)行的描述。
(第一個實施例)圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的抗振干涉儀設(shè)備的光路示意圖。根據(jù)如圖1所示的第一個實施例的抗振干涉儀設(shè)備(下文有時稱為“第一個實施例的設(shè)備”)是Fizeau類型的光波干涉儀設(shè)備，其獲得通過光學(xué)干涉產(chǎn)生的干涉條紋，該光學(xué)干涉是在通過照射光束在參考面16a上被反射而獲得的光束和照射光束透射穿過參考面16a然后在樣本表面17a上被反射而獲得的光束之間產(chǎn)生的，所述的干涉儀設(shè)備包括光源1，該光源1發(fā)出相干長度比參考面16a和樣本表面17a之間的光學(xué)距離的兩倍要短的光束；半反射鏡(光束分離器)4作為光束分離裝置，用于將從光源1發(fā)出的光束分離為兩個光束；與基準(zhǔn)板16支撐成為一個整體的輔助基準(zhǔn)板6；與樣本17支撐成為一個整體的輔助樣本8。
作為光源1，可以使用具有短相干長度的低相干性光源，如LED、SLD或鹵素?zé)?，或者光源是波長已調(diào)制的光源，調(diào)整該光源，以便當(dāng)成像裝置19的成像元素捕獲干涉條紋的圖像時，相干長度等于這樣的低相干性光源擁有的相干長度。這樣的波長已調(diào)制的光源是這樣的光源在比成像元素的響應(yīng)時間段(光累積時間段)短的時間段內(nèi)，從光源(一般使用半導(dǎo)體激光源)發(fā)出的光的波長被調(diào)制，并且在成像元素的響應(yīng)時間段內(nèi)以時間平均的方式捕獲干涉條紋，由此獲得相當(dāng)于當(dāng)使用發(fā)出具有寬譜寬度和短相干長度的光的光源的情況時的結(jié)果；例如，1995年5月的Proceedings of Meeting onLightwave Sensing Technology的75到82頁上介紹了合成相干函數(shù)的技術(shù)。此外，本申請人還描述了改進(jìn)這種技術(shù)的發(fā)明(日本專利申請No.2002-192619的說明書)。
支撐輔助基準(zhǔn)板6的輔助參考面支撐裝置(圖中省略)例如包括支撐與基準(zhǔn)板16為一個整體的輔助基準(zhǔn)板6的支持架，并構(gòu)成為能夠支撐輔助基準(zhǔn)板6，以便輔助基準(zhǔn)板6的輔助參考面6a基本上與參考面16a位于相同的平面上，并且輔助參考面6a與參考面16a的相對位置關(guān)系不改變。支撐輔助樣本8的輔助樣本表面支撐裝置(圖中省略)例如包括支撐與樣本17為一個整體的輔助樣本8的支持架，并構(gòu)成為能夠支撐輔助樣本8，以便輔助樣本8的輔助樣本表面8a與樣本表面17a面向相同的方向，并且輔助樣本表面8a與樣本表面17a的相對位置關(guān)系不改變。
對于第一個實施例的此設(shè)備，該設(shè)備這樣構(gòu)成，以便從光源1發(fā)出的光束是具有規(guī)定的振蕩平面的線性偏振光，或通過使其透射穿過規(guī)定的偏振元件而使其成為具有規(guī)定的振蕩平面的線性偏振光，此外，通過半反射鏡4的分離獲得的兩個光束中的一個光束被照射到輔助參考面6a上，反射的光束作為第一光束，兩個光束中的另一個光束被照射到輔助樣本表面8a上并且反射的光束作為第二光束，第一和第二光束在半反射鏡4上被重新合并為一個光束以形成照射光束。此外，輔助樣本8位于壓電元件9上，并具有這樣的結(jié)構(gòu)輔助樣本表面8a可以被壓電元件9在圖中的上/下方向移動，并且在從半反射鏡4到輔助樣本表面8a的路徑中提供了光量改變裝置7。
即，從光源1發(fā)出的線性偏振光束透射穿過偏振光束分離器2和位于光源1和半反射鏡4之間的四分之一波長板3，并在到達(dá)半反射鏡4之前被四分之一波長板3轉(zhuǎn)換為圓偏振光。透射穿過半反射鏡4的圓偏振光的第一光束在反射鏡5上被反射并到達(dá)輔助參考面6a，在輔助參考面6a上被反射并沿著相同的光路返回，并再次在反射鏡5上被反射，然后透射穿過半反射鏡4。
另一方面，在到達(dá)半反射鏡4時在半反射表面上被反射的圓偏振光的第二光束透射穿過光量改變裝置7并到達(dá)輔助樣本表面8a，在輔助樣本表面8a上被反射，并沿著相同的光路返回，其透射穿過光量改變裝置7并在半反射鏡4的半反射表面上被反射，其與第一光束合并形成照射光束。請注意，這里輔助樣本表面8a的位置是這樣設(shè)置的以便第一和第二光束單獨傳播的、從在半反射鏡4被分離直到在半反射鏡4上重新合并的兩個路徑之間的光程長度差是參考面16a和樣本表面17a之間光程長度的兩倍。即，在輔助樣本8上提供了能夠調(diào)整光軸方向上的輔助樣本表面8a的位置的光程長度調(diào)整裝置(圖中省略)，如移動臺，以便可以使用此光程長度調(diào)整裝置設(shè)置輔助樣本表面8a的位置。請注意，或者可以在輔助基準(zhǔn)板6上提供這樣的光程長度調(diào)整裝置，以便可以調(diào)整輔助參考面6a在光軸方向上的位置。
通過合并第一和第二光束獲得的圓偏振照射光束在四分之一波長板3處被轉(zhuǎn)換為線性偏振光，該線性偏振光的振蕩平面正交于從光源1發(fā)出時的振蕩平面，并被偏振光束分離器2反射，然后入射到半反射鏡10上。入射到半反射鏡10上的線性偏振光在半反射鏡10的半反射表面上被分離為透射穿過半反射鏡10并入射到對齊監(jiān)視單元11的光，和在半反射鏡10上被反射90°并入射到放大透鏡12上的光。
已經(jīng)透射穿過半反射鏡10并到達(dá)對齊監(jiān)視單元11的線性偏振光用于將在輔助參考面6a上被反射的第一光束和在輔助樣本表面8a上被反射的第二光束在第一和第二光束的軸彼此準(zhǔn)確地重合的狀態(tài)下合并。即，輔助基準(zhǔn)板6和輔助樣本8中的至少一個配備有光軸調(diào)整裝置(圖中省略)，例如能夠調(diào)整反射的光束的光軸相對于入射到輔助基準(zhǔn)板6或輔助樣本8上的光束的傾斜度的軸調(diào)整臺；以便當(dāng)由對齊監(jiān)視單元11檢查第一和第二光束的軸的位置時，可以使用光軸調(diào)整裝置調(diào)整這些軸，以便準(zhǔn)確地彼此重合。
另一方面，在半反射鏡10上被反射的線性偏振光被放大透鏡12發(fā)散并到達(dá)偏振光束分離器13，在偏振光束分離器13上被反射，并入射到四分之一波長板14，其被四分之一波長板14轉(zhuǎn)換為圓偏振光束，并到達(dá)準(zhǔn)直透鏡15，以及被準(zhǔn)直透鏡15轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄狻?br> 已經(jīng)被轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄獾膱A偏振光束入射到基準(zhǔn)板16上，其一部分在參考面16a上被反射(在以前提及的第一光束中，在參考面16a上被反射的光束應(yīng)該被稱為光束1Rr，在以前提及的第二光束中，在參考面16a反射的光束應(yīng)該被稱為光束2Rr)，其余部分在沿著相同的路徑返回，透射穿過參考面16a并與在參考面16a上被反射的光合并之前，透射穿過參考面16a，并到達(dá)樣本17的樣本表面17a，并在樣本表面17a上被反射(在以前提及的第一光束中，透射穿過參考面16a并在樣本表面17a上被反射的光束應(yīng)該被稱為光束1Sr，在以前提及的第二光束中，透射穿過參考面16a并在樣本表面17a反射的光束應(yīng)該被稱為光束2Sr)。
合并的圓偏振光入射到四分之一波長板14，同時被準(zhǔn)直透鏡15聚集，并被轉(zhuǎn)換為線性偏振光，該線性偏振光的振蕩平面正交于被放大透鏡12發(fā)散時入射到四分之一波長板14情況下的線性偏振光的振蕩平面。此線性偏振光透射穿過偏振光束分離器13，被照相透鏡18在成像裝置(CCD照像機(jī))19的成像元素上形成樣本表面17a的圖像。
對于第一個實施例的設(shè)備，干涉條紋的形成的關(guān)系是由從入射到半反射鏡4上在半反射表面上被分成兩個光束的光(光束)直到在基準(zhǔn)板16的參考面16a上被合并的光束的光程長度來確定的。以經(jīng)過的光學(xué)元件的參考編號來表示的光束的路徑如下。
光束1Rr4-5-6a-5-4-3-2-10-12-13-14-15-16a光束1Sr4-5-6a-5-4-3-2-10-12-13-14-15-16a-17a-16a光束2Rr4-7-8a-7-4-3-2-10-12-13-14-15-16a光束2Sr4-7-8a-7-4-3-2-10-12-13-14-15-16a-17a-16a這里，假定對四個光束所共有的路徑4-3-2-10-12-13-14-15-16a的光程長度為L，并假定路徑4-5-6a-5-4的光程長度為L1，路徑4-7-8a-7-4的光程長度為L2，路徑16a-17a-16a的光程長度為L3，沿著如上所述的不同路徑傳播的四個光束的光程長度可以如下表示。
光束1Rr的光程長度(OP1)OP1＝L1+L光束1Sr的光程長度(OP2)OP2＝L1+L+L3光束2Rr的光程長度(OP3)OP3＝L2+L光束2Sr的光程長度(OP4)OP4＝L2+L+L3現(xiàn)在，利用第一個實施例的此設(shè)備，在半反射鏡4分成兩個路徑，輔助樣本表面8a的位置如此設(shè)置，以便在輔助參考面6a或輔助樣本表面8a反射之后直到在半反射鏡4重新合并的兩個路徑之間的光程長度差是參考面16a和樣本表面17a之間的光程長度的兩倍；如此下列關(guān)系成立L2-L1＝L3將此關(guān)系替代到光程長度的上文表達(dá)式中將給出OP1＝L1+LOP2＝L1+L+L3OP3＝L2+L＝L1+L+L3OP4＝L2+L+L3＝L1+L+2L3結(jié)果，OP2＝OP3，因此，對于沿著這兩個路徑傳播的光束，光程長度是相等的，因此甚至在使用光源1的情況下也會發(fā)生干涉，該光源1發(fā)出相干長度比參考面16a和樣本表面17a之間的光程長度的兩倍(L3)要短的光束。另一方面，任何其他兩個路徑之間的光程長度差都將大于參考面16a和樣本表面17a之間光程長度的兩倍(L3)，因此，不會發(fā)生干涉。
此外，即使考慮這樣的情況在外部振動等等的影響下，參考面16a在光軸方向移動Δa，樣本表面17a在光軸方向移動Δb，因為輔助基準(zhǔn)板6和基準(zhǔn)板16彼此被支撐作為一個整體，輔助樣本8和樣本17彼此被支撐作為一個整體，關(guān)系OP2＝OP3仍會成立。在此情況下，該關(guān)系變成如下形式OP2＝(L1+2Δa)+(L+Δa)+(L3+2Δa+2Δb)OP3＝(L2+2Δb)+(L+Δa)此外，由于輔助基準(zhǔn)板6和基準(zhǔn)板16彼此被支撐作為一個整體，輔助樣本8和樣本17彼此被支撐作為一個整體(L2+2Δb)-(L1+2Δa)＝(L3+2Δa+2Δb)因此L2＝L1+L3+4Δa如此計算OP2和OP3之間的光程長度差OP2-OP3＝L1-L2+L3+4Δa＝L1-(L1+L3+4Δa)+L3+4Δa＝0即，即使參考面16a和樣本表面17a中每一個都沿光軸方向移動，兩者之間不存在由于振動等等影響所產(chǎn)生的關(guān)系，在導(dǎo)致干涉的兩個路徑之間不會產(chǎn)生光程長度差，并且在兩個相互干涉的光束之間也不會產(chǎn)生相位差。如此，干涉條紋中不會產(chǎn)生變化，從而可以進(jìn)行準(zhǔn)確的干涉測量。此外，通過驅(qū)動支撐輔助樣本8的壓電元件9，也可以沿圖中的上/下方向?qū)o助樣本表面8a的位置進(jìn)行微小的移動，進(jìn)行干涉條紋的掃描測量，等等。
(第二個實施例)接下來，下面將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例的抗振干涉儀設(shè)備(下文有時稱為“第二個實施例的設(shè)備”)。圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例的抗振干涉儀設(shè)備的光路示意圖。請注意，在如圖2所示的第二個實施例的設(shè)備中的各種光學(xué)元件中，那些與前面描述的第一個實施例的設(shè)備中的元件相同的元件與圖1中具有相同的參考編號，這里將省略詳細(xì)說明。這也適用于稍后描述的其他實施例。
圖2所示的第二個實施例的設(shè)備與前面描述的第一個實施例的設(shè)備的不同之處在于，輔助參考面6a在圖的左側(cè)表面與半反射鏡4作為一個整體設(shè)置。即，從光源1發(fā)出的線性偏振光束透射穿過偏振光束分離器2和四分之一波長板3，并在到達(dá)半反射鏡4之前被四分之一波長板3轉(zhuǎn)換為圓偏振光。透射穿過半反射鏡4的半反射表面的圓偏振光的第一光束到達(dá)輔助參考面6a，在輔助參考面6a上被反射并沿著相同的光路返回，并再次透射穿過半反射表面。
另一方面，在到達(dá)半反射鏡4時在半反射表面上被反射的圓偏振光的第二光束透射穿過光量改變裝置7并到達(dá)輔助樣本表面8a，在輔助樣本表面8a上被反射，并沿著相同的光路返回，其透射穿過光量改變裝置7并在半反射鏡4的半反射表面上被反射，以及與第一光束合并形成照射光束。請注意，這里輔助樣本表面8a的位置是這樣設(shè)置的以便第一和第二光束單獨傳播的、從在半反射表面上被分離直到在半反射表面上重新合并的兩個路徑之間的光程長度差是參考面16a和樣本表面17a之間光程長度的兩倍，在第一和第二光束被合并成照射光束之后傳播的路徑等等與前面描述的第一個實施例的設(shè)備相同。
根據(jù)第二個實施例的設(shè)備，輔助參考面6a與半反射鏡4在上文所提及的側(cè)面作為一個整體設(shè)置，因此，不需要第一個實施例的設(shè)備中的反射鏡5和輔助基準(zhǔn)板6，如此通過封閉相關(guān)的空間可以將設(shè)備制造得更緊湊。此外，通過驅(qū)動支撐輔助樣本8的壓電元件9，因此沿圖中的上/下方向?qū)o助樣本表面8a的位置進(jìn)行微小的移動，可進(jìn)行干涉條紋的掃描測量等等。
然而，請注意，在第二個實施例的設(shè)備的情況下，輔助參考面6a和參考面16a的法線彼此正交，因此，響應(yīng)于參考面16a沿光軸方向的移動，輔助參考面6a將只在此光軸的正交方向移動，如此，參考面16a相對于干涉儀設(shè)備的機(jī)身的移動(振動)是不可避免的。干涉儀設(shè)備的機(jī)身和基準(zhǔn)板于是必須彼此構(gòu)造為一個整體。然而，由于樣本的移動(振動)而產(chǎn)生的影響被大大減輕。
(第三個實施例)接下來，下面將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的第三個實施例的抗振動干涉儀設(shè)備(下文有時稱為“第三個實施例的設(shè)備”)。圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三個實施例的抗振干涉儀設(shè)備的光路示意圖。
圖3所示的第三個實施例的設(shè)備與前面描述的第一和第二個實施例的設(shè)備的不同之處在于，輔助參考面6a位于從反射鏡5到輔助樣本表面8a的路徑上，從而與參考面16a面向相同的方向，并且基本上與參考面16a位于相同的平面上，輔助參考面6a構(gòu)成用于將從光源1發(fā)出的光束分離為兩個光束的光束分離裝置。
即，從光源1發(fā)出的線性偏振光束透射穿過偏振光束分離器2和四分之一波長板3，并在到達(dá)半反射鏡5之前被四分之一波長板3轉(zhuǎn)換為圓偏振光。在反射鏡5上被反射之后，圓偏振光束到達(dá)輔助參考面6a，并被分成在輔助參考面6a上被反射的圓偏振光的第一光束，和透射穿過輔助參考面6a的圓偏振光的第二光束。
透射穿過輔助參考面6a的第二光束透射穿過光量改變裝置7并到達(dá)輔助樣本表面8a，在輔助樣本表面8a上被反射，并沿著相同的光路返回，其透射穿過光量改變裝置7并到達(dá)輔助參考面6a，在輔助參考面6a上與第一光束合并以形成照射光束。請注意，這里輔助樣本表面8a的位置是這樣設(shè)置的以便從在輔助參考面6a分離的第一和第二光束直到在輔助參考面6a重新合并的兩個路徑之間光程長度差是參考面16a和樣本表面17a之間的光程長度的兩倍，在第一和第二光束被合并成照射光束之后傳播的路徑等等與前面描述的第一和第二個實施例的設(shè)備相同。
根據(jù)第三個實施例的設(shè)備與前面描述的第一個實施例的設(shè)備相同，即使參考面16a和樣本表面17a中每一個都沿光軸方向移動，兩者之間也不存在由于振動等等影響所產(chǎn)生的關(guān)系，在導(dǎo)致干涉的兩個路徑(即，在以前提及的第一光束中為透射穿過參考面16a并到達(dá)樣本17的樣本表面17a，然后在樣本表面17a上被反射的光束的路徑，以及在以前提及的第二光束中為在參考面16a上被反射的光束的路徑)之間不會產(chǎn)生光程長度差，在兩個相互干涉的光束之間也不會產(chǎn)生相位差。如此，干涉條紋中不會產(chǎn)生變化，從而可以進(jìn)行準(zhǔn)確的干涉測量。此外，通過驅(qū)動支撐輔助樣本8的壓電元件9，因此沿圖中的上/下方向?qū)o助樣本表面8a的位置進(jìn)行微小的移動，可進(jìn)行干涉條紋的掃描測量等等。
此外，由于輔助參考面6a與參考面16a面向相同的方向，并且基本上與參考面16a位于相同的平面上，因此，易于制造用于支撐彼此為一個整體的參考面16a和輔助參考面6a的支持架。具體來說，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置輔助參考面6a的反射率/透光率，可以省略插入在輔助參考面6a和輔助樣本表面8a之間的光量改變裝置7，因此也可以將輔助樣本表面8a與樣本表面17a放置在相同的平面上。
(第四個實施例)接下來，下面將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的第四個實施例的抗振動干涉儀設(shè)備(下文有時稱為“第四個實施例的設(shè)備”)。圖4是根據(jù)本發(fā)明的第四個實施例的抗振干涉儀設(shè)備的光路示意圖。
圖4所示的第四個實施例的設(shè)備與前面描述的第一個實施例的設(shè)備的不同之處在于，不設(shè)置輔助參考面和輔助樣本表面，并且，參考面16a構(gòu)成了用于將從光源1發(fā)出的光束分離為兩個光束的光束分離裝置，以及反射從光源1發(fā)出的光束的高反射率表面(反射面)20位于參考面16a(從此入射照射光束)的一側(cè)，并且該設(shè)備這樣構(gòu)成，以便入射到高反射率表面20的光束基本上垂直地照射到參考面16a和樣本表面17a上，在參考面16a上被反射的光束被作為第一光束，在透射穿過參考面16a之后在樣本表面17a上被反射的光束被作為第二光束，且第一和第二光束在參考面16a上被合并以形成照射光束。
即，從光源1發(fā)出的線性偏振光束透射穿過偏振光束分離器2和四分之一波長板3，并在入射到棱鏡方塊21(prism cube)之前被四分之一波長板3轉(zhuǎn)換為圓偏振光。大致在棱鏡方塊21的聯(lián)接表面21a的中心部分設(shè)置高反射率表面20，在入射到棱鏡方塊21之后在高反射率表面20反射的圓偏振光束到達(dá)參考面16a，并被分成在參考面16a上被反射的圓偏振光的第一光束和透射穿過參考面16a的圓偏振光的第二光束。
透射穿過參考面16a的第二光束到達(dá)樣本表面17a，在樣本表面17a上被反射，并沿著相同的光路返回以到達(dá)參考面16a，在參考面16a與第一光束合并以形成照射光束。合并的圓偏振照射光束在高反射率表面20上被反射，在四分之一波長板3被轉(zhuǎn)換為線性偏振光，該線性偏振光的振蕩平面正交于從光源1發(fā)出時線性偏振光的振蕩平面，并被偏振光束分離器2反射，然后入射到半反射鏡10上。入射到半反射鏡10上的線性偏振光在半反射鏡10的半反射表面上被分離為透射穿過半反射鏡10并入射到對齊監(jiān)視單元11的光，以及在半反射鏡10上被反射90°并入射到放大透鏡12上的光。
已經(jīng)透射穿過半反射鏡10并到達(dá)對齊監(jiān)視單元11的線性偏振光用于將在參考面16a上被反射的第一光束和在樣本表面17a上被反射的第二光束在第一和第二光束的軸彼此準(zhǔn)確地重合的狀態(tài)下合并。另一方面，在半反射鏡10上被反射的線性偏振光被放大透鏡12發(fā)散并到達(dá)偏振光束分離器13，在偏振光束分離器13上被反射并入射到四分之一波長板14，其被四分之一波長板14轉(zhuǎn)換為圓偏振光束并到達(dá)準(zhǔn)直透鏡15，然后被準(zhǔn)直透鏡15轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄狻?br> 已經(jīng)被轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄獾膱A偏振光束透射穿過棱鏡方塊21并入射到基準(zhǔn)板16上，其一部分在參考面16a上被反射，其余部分在沿著相同的路徑返回，透射穿過參考面16a并與在參考面16a上被反射的光合并之前透射穿過參考面16a，并到達(dá)樣本17的樣本表面17a，以及在樣本表面17a上被反射。
合并的圓偏振光在被準(zhǔn)直透鏡15聚集時入射到四分之一波長板14，并被轉(zhuǎn)換為線性偏振光，該線性偏振光的振蕩平面正交于被放大透鏡12發(fā)散時入射到四分之一波長板14情況下線性偏振光的振蕩平面。此線性偏振光透射穿過偏振光束分離器13，被照相透鏡18在成像裝置19的成像元素上形成樣本表面17a的圖像。請注意，優(yōu)選情況下，應(yīng)給棱鏡方塊21的進(jìn)入/退出表面21b、21c和21d中的每一個表面涂覆防反射涂層，并使其余的表面21e的底色為黑色。
根據(jù)第四個實施例的設(shè)備與前面描述的第一個實施例的設(shè)備相同，即使參考面16a和樣本表面17a中每一個都沿光軸方向移動，兩者之間也不存在由于振動等等影響所產(chǎn)生的關(guān)系，在導(dǎo)致干涉的兩個路徑(即，在以前提及的第一光束中為透射穿過參考面16a并到達(dá)樣本17的樣本表面17a，然后在樣本表面17a上被反射的光束的路徑，以及在以前提及的第二光束中為在參考面16a上被反射的光束的路徑)之間不會產(chǎn)生光程長度差，在兩個相互干涉的光束之間也不會產(chǎn)生相位差。如此，干涉條紋中不會產(chǎn)生變化，從而可以進(jìn)行準(zhǔn)確的干涉測量。
此外，根據(jù)第四個實施例的設(shè)備，由于沒有設(shè)置輔助參考面和輔助樣本表面，因此，沒有必要設(shè)置諸如支持架之類的支撐裝置，用于支撐分別與參考面和樣本表面成為一個整體的輔助參考面和輔助樣本表面。此外，由于參考面16a構(gòu)成了用于將從光源1發(fā)出的光束分離為兩個光束的光束分離裝置，因此，使導(dǎo)致干涉的兩個路徑之間的光程長度準(zhǔn)確地彼此匹配變得容易。
然而，請注意，對于成像裝置19，高反射率表面20是個障礙，因此，樣本表面17a上有一個無法進(jìn)行觀察的區(qū)域。通過將高反射率表面20放置在遠(yuǎn)離聯(lián)接表面21a的中心部分的另一個位置，可以清除此無法進(jìn)行觀察的區(qū)域。即，例如，如果在一個位置提供高反射率表面20，以便在高反射率表面20上被反射的光束在接近于參考面16a的邊緣的一個位置透射穿過參考面16a，而且還使參考面16a大于樣本表面17a，并使得來自高反射率表面20的光束到達(dá)樣本表面17a之外的一個位置，并在這里設(shè)置了輔助樣本表面，那么，就可以進(jìn)行測量而不會產(chǎn)生無法進(jìn)行觀察的區(qū)域。
(第五個實施例)接下來，下面將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的第五個實施例的抗振動干涉儀設(shè)備(下文有時稱為“第五個實施例的設(shè)備”)。圖5是根據(jù)本發(fā)明的第五個實施例的抗振干涉儀設(shè)備的光路示意圖。
圖5所示的第五個實施例的設(shè)備與前面描述的第四個實施例的設(shè)備的不同之處在于，該設(shè)備用于測量在其中心部分有一個孔(如光盤)的樣本17的樣本表面17a的形狀，且支撐在壓電元件9上的輔助樣本8位于樣本17中的該孔內(nèi)。其結(jié)構(gòu)是這樣的，即，使輔助樣本8的輔助樣本表面8a可以被壓電元件9沿圖中的上/下方向移動，并且在壓電元件9沒有被驅(qū)動的狀態(tài)下，輔助樣本表面8a基本上與樣本表面17a位于相同的平面上。
對于第五個實施例的此設(shè)備，從光源1發(fā)出的線性偏振光束透射穿過偏振光束分離器2和四分之一波長板3，并在入射到棱鏡方塊21之前被四分之一波長板3轉(zhuǎn)換為圓偏振光。入射到棱鏡方?jīng)Q21的圓偏振光束在高反射率表面20上被反射并到達(dá)參考面16a，其被分成在參考面16a上被反射的圓偏振光的第一光束和透射穿過參考面16a的圓偏振光的第二光束。
透射穿過參考面16a的第二光束到達(dá)輔助樣本表面8a，在輔助樣本表面8a上被反射，并沿著相同的光路返回以到達(dá)參考面16a，其在參考面16a與第一光束合并以形成照射光束。在第一和第二光束被合并成照射光束之后傳播的路徑等等與前面描述的第四個實施例的設(shè)備相同。
根據(jù)第五個實施例的設(shè)備與前面描述的第一個實施例的設(shè)備相同，即使參考面16a和樣本表面17a中每一個都沿光軸方向移動，兩者之間也不存在由于振動等等影響所產(chǎn)生的關(guān)系，在導(dǎo)致干涉的兩個路徑(即，在以前提及的第一光束中為透射穿過參考面16a并到達(dá)輔助樣本表面8a，然后在輔助樣本表面8a上被反射的光束的路徑，以及在以前提及的第二光束中為在參考面16a上被反射的光束的路徑)之間不會產(chǎn)生光程長度差，并且在兩個相互干涉的光束之間也不會產(chǎn)生相位差。如此，干涉條紋中不會產(chǎn)生變化，從而可以進(jìn)行準(zhǔn)確的干涉測量。
此外，通過驅(qū)動支撐輔助樣本8的壓電元件9，因此沿圖中的上/下方向?qū)o助樣本表面8a的位置進(jìn)行微小的移動，也可進(jìn)行干涉條紋的掃描測量等等。此外，根據(jù)第五個實施例的設(shè)備，通過調(diào)整高反射率表面20的尺寸，可以使高反射率表面20不對成像裝置19構(gòu)成障礙，因此，在樣本表面17a上不會有無法進(jìn)行觀察的區(qū)域。
(第六個實施例)接下來，下面將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的第六個實施例的抗振動干涉儀設(shè)備(下文有時稱為“第六個實施例的設(shè)備”)。圖6是根據(jù)本發(fā)明的第六個實施例的抗振干涉儀設(shè)備的光路示意圖。
圖6所示的第六個實施例的設(shè)備是這樣構(gòu)成的，即，樣本表面17a被作為參考反射鏡表面，照射光束和通過來自樣本表面17a的照射光束的反射獲得的光束透射穿過透光樣本傳輸對象(sampletransmitting object)22，如位于參考面16a和樣本表面17a之間的薄膜，并對樣本傳輸對象22進(jìn)行相位分布測量。該設(shè)備具有光源1，該光源1發(fā)出相干長度比參考面16a和樣本表面17a之間的光學(xué)距離的兩倍要短的光束，半反射鏡4作為光束分離裝置，用于將從光源1發(fā)出的光束分離為兩個光束，與基準(zhǔn)板16支撐作為一個整體的輔助基準(zhǔn)板6，與樣本17支撐作為一個整體的輔助樣本8，這些都與前面描述的第一個實施例的設(shè)備相同。
即，從光源1發(fā)出的線性偏振光束透射穿過偏振光束分離器2和四分之一波長板3，并在到達(dá)半反射鏡4之前被四分之一波長板3轉(zhuǎn)換為圓偏振光。透射穿過半反射鏡4的圓偏振光的第一光束在反射鏡5上被反射并到達(dá)輔助參考面6a，在輔助參考面6a上被反射并沿著相同的光路返回，并再次在反射鏡5上被反射，然后透射穿過半反射鏡4。
另一方面，在到達(dá)半反射鏡4時在半反射表面上被反射的圓偏振光的第二光束透射穿過樣本傳輸對象22和光量改變裝置7，并到達(dá)輔助樣本表面8a，其在輔助樣本表面8a上被反射并沿著相同的光路返回，透射穿過光量改變裝置7和樣本傳輸對象22并在半反射鏡4的半反射表面上被反射，然后與第一光束合并形成照射光束。請注意，這里輔助樣本表面8a的位置是這樣設(shè)置的以便第一和第二光束單獨傳播的、從在半反射鏡4被分離直到在半反射鏡4上重新合并的兩個路徑之間的光程長度差是參考面16a和樣本表面17a(包括樣本傳輸對象22)之間光程長度的兩倍。
通過合并第一和第二光束獲得的圓偏振照射光束在四分之一波長板3被轉(zhuǎn)換為線性偏振光，該線性偏振光的振蕩平面正交于從光源1發(fā)出時線性偏振光的振蕩平面，并被偏振光束分離器2反射，然后入射到半反射鏡10上。入射到半反射鏡10上的線性偏振光在半反射鏡10的半反射表面上被分離為透射穿過半反射鏡10并入射到對齊監(jiān)視單元11的光，和在半反射鏡10上被反射90°并入射到放大透鏡12上的光。
已經(jīng)透射穿過半反射鏡10并到達(dá)對齊監(jiān)視單元11的線性偏振光用于將在輔助參考面6a上被反射的第一光束和在輔助樣本表面8a上被反射的第二光束在第一和第二光束的軸彼此準(zhǔn)確地重合的狀態(tài)下合并。另一方面，在半反射鏡10上被反射的線性偏振光被放大透鏡12發(fā)散，并到達(dá)偏振光束分離器13，其在偏振光束分離器13上被反射并入射到四分之一波長板14，然后被四分之一波長板14轉(zhuǎn)換為圓偏振光束并到達(dá)準(zhǔn)直透鏡15，然后被準(zhǔn)直透鏡15轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄狻?br> 已經(jīng)被轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄獾膱A偏振光束入射到基準(zhǔn)板16上，其一部分在參考面16a上被反射，其余部分在沿著相同的路徑返回，透射穿過樣本傳輸對象22和參考面16a并與在參考面16a上被反射的光合并之前，透射穿過參考面16a和樣本傳輸對象22并到達(dá)樣本表面17a，并在樣本表面17a上被反射。
合并的圓偏振光在被準(zhǔn)直透鏡15聚集的同時入射到四分之一波長板14，并被轉(zhuǎn)換為線性偏振光，該線性偏振光的振蕩平面正交于被放大透鏡12發(fā)散時入射到四分之一波長板14情況下線性偏振光的振蕩平面。此線性偏振光透射穿過偏振光束分離器13，被照相透鏡18在成像裝置19的成像元素上形成攜帶有樣本傳輸對象22的相位分布信息的干涉條紋的圖像。
根據(jù)第六個實施例的設(shè)備與前面描述的第一個實施例的設(shè)備相同，即使參考面16a和樣本表面17a中每一個都沿光軸方向移動，兩者之間也不存在由于振動等等影響所產(chǎn)生的關(guān)系，在導(dǎo)致干涉的兩個路徑(即，在以前提及的第一光束中為透射穿過參考面16a和樣本傳輸對象22并到達(dá)樣本表面17a，然后在樣本表面17a上被反射，然后透射穿過樣本傳輸對象22和參考面16a的光束的路徑，以及在以前提及的第二光束中為在參考面16a上被反射的光束的路徑)之間不會產(chǎn)生與樣本傳輸對象22的相位分布不相關(guān)的光程長度差，而且在兩個相互干涉的光束之間也不會產(chǎn)生與樣本傳輸對象22的相位分布不相關(guān)的相位差。如此，干涉條紋中不會產(chǎn)生由于振動而導(dǎo)致的變化，從而可以進(jìn)行準(zhǔn)確的干涉測量。
此外，通過驅(qū)動支撐輔助樣本8的壓電元件9，因此沿圖中的上/下方向?qū)o助樣本表面8a的位置進(jìn)行微小的移動，也可進(jìn)行干涉條紋的掃描測量等等。請注意，對于第六個實施例的設(shè)備，優(yōu)選情況下，應(yīng)該使樣本傳輸對象22相對于照射光束稍微傾斜，以便從樣本傳輸對象22的表面反射的光不進(jìn)入成像裝置。此外，由于將樣本傳輸對象22放入照射光束中，參考面16a和樣本表面17a之間的光程長度延長，但如果也使樣本傳輸對象22進(jìn)入半反射鏡4和輔助樣本表面8a之間的第二光束，那么就沒有必要調(diào)整輔助參考面或輔助樣本表面，因此，可以對大的薄膜等等輕松地進(jìn)行測量。
(第七個實施例)接下來，下面將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的第七個實施例的抗振動干涉儀設(shè)備(下文有時稱為“第七個實施例的設(shè)備”)。圖7是根據(jù)本發(fā)明的第七個實施例的抗振干涉儀設(shè)備的光路示意圖，而圖8是顯示如圖7所示的聚光透鏡23的操作的圖。
圖7所示的第七個實施例的設(shè)備用于測量類似于透明薄片的樣本17(如透明玻璃板或薄膜)的樣本表面17a的形狀，從光源1發(fā)出的光束的相干長度被設(shè)置為比樣本17的厚度的光學(xué)距離的兩倍要短。該設(shè)備與其他實施例的設(shè)備的不同之處在于，該設(shè)備具有輔助基準(zhǔn)板6，該輔助基準(zhǔn)板6具有輔助參考面6a，其被支撐于壓電元件9上，但沒有輔助樣本表面8a，并具有聚光透鏡23，該聚光透鏡23將通過半反射鏡4分離獲得的第二光束聚集到樣本表面17a上。
即，從光源1發(fā)出的線性偏振光束透射穿過偏振光束分離器2和四分之一波長板3，并在到達(dá)半反射鏡4之前被四分之一波長板3轉(zhuǎn)換為圓偏振光。透射穿過半反射鏡4的圓偏振光的第一光束在反射鏡5上被反射并到達(dá)輔助參考面6a，在輔助參考面6a上被反射并沿著相同的光路返回，并再次在反射鏡5上被反射，然后透射穿過半反射鏡4。
另一方面，在到達(dá)半反射鏡4時在半反射表面上被反射的圓偏振光的第二光束透射穿過光量改變裝置7，并入射到聚光透鏡23上。聚光透鏡23的位置是這樣的以便入射到聚光透鏡23上的第二光束的聚集點位于樣本表面17a上。如圖8所示，入射到聚光透鏡23上的第二光束的一部分在樣本表面17a上被反射并沿著相同的光路返回，透射穿過聚光透鏡23和光量改變裝置7，并在半反射鏡4的半反射表面上被反射，然后與第一光束合并形成照射光束。請注意，這里輔助樣本表面6a的位置是這樣設(shè)置的以便第一和第二光束單獨傳播的、從在半反射鏡4被分離直到在半反射鏡4上重新合并的兩個路徑之間的光程長度差是參考面16a和樣本表面17a之間光程長度的兩倍。
通過合并第一和第二光束獲得的圓偏振照射光束在四分之一波長板3被轉(zhuǎn)換為線性偏振光，該線性偏振光的振蕩平面正交于從光源1發(fā)出時線性偏振光的振蕩平面，并被偏振光束分離器2反射，然后入射到半反射鏡10上。入射到半反射鏡10上的線性偏振光在半反射鏡10的半反射表面上被分離為透射穿過半反射鏡10并入射到對齊監(jiān)視單元11的光，和在半反射鏡10上被反射90°并入射到放大透鏡12上的光。
已經(jīng)穿過半反射鏡10并到達(dá)對齊監(jiān)視單元11的線性偏振光用于將在輔助參考面6a上被反射的第一光束和在樣本表面17a上被反射的第二光束在第一和第二光束的軸彼此準(zhǔn)確地重合的狀態(tài)下合并。另一方面，在半反射鏡10上被反射的線性偏振光被放大透鏡12發(fā)散并到達(dá)偏振光束分離器13，其在偏振光束分離器13上被反射并入射到四分之一波長板14，接著被四分之一波長板14轉(zhuǎn)換為圓偏振光束并到達(dá)準(zhǔn)直透鏡15，然后被準(zhǔn)直透鏡15轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄狻?br> 已經(jīng)被轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄獾膱A偏振光束入射到基準(zhǔn)板16上，其一部分在參考面16a上被反射，其余部分在沿著相同的路徑返回，透射穿過參考面16a并與在參考面16a上被反射的光合并之前，透射穿過參考面16a并到達(dá)樣本表面17a，并在樣本表面17a上被反射。
合并的圓偏振光在被準(zhǔn)直透鏡15聚集的同時入射到四分之一波長板14并被轉(zhuǎn)換為線性偏振光，該線性偏振光的振蕩平面正交于被放大透鏡12發(fā)散時入射到四分之一波長板14的情況下線性偏振光的振蕩平面。此線性偏振光透射穿過偏振光束分離器13，并被照相透鏡18在成像裝置19的成像元素上形成樣本表面17a的圖像。
根據(jù)第七個實施例的設(shè)備與前面描述的第一個實施例的設(shè)備相同，即使參考面16a和樣本表面17a中每一個都沿光軸方向移動，兩者之間也不存在由于振動等等影響所產(chǎn)生的關(guān)系，并且在導(dǎo)致干涉的兩個路徑(即，在以前提及的第一光束中為透射穿過參考面16a并到達(dá)樣本表面17a，然后在樣本表面17a上被反射的光束的路徑，以及在以前提及的第二光束中為在參考面16a上被反射的光束的路徑)之間不會產(chǎn)生光程長度差，并且在兩個相互干涉的光束之間也不會產(chǎn)生相位差。如此，干涉條紋中不會產(chǎn)生變化，從而可以進(jìn)行準(zhǔn)確的干涉測量。此外，通過驅(qū)動支撐輔助基準(zhǔn)板6的壓電元件9，因此沿圖中的上/下方向?qū)o助參考面6a的位置進(jìn)行微小的移動，也可進(jìn)行干涉條紋的掃描測量等等。
此外，根據(jù)第七個實施例的設(shè)備，因為從光源1發(fā)出的光束的相干長度被設(shè)置為比樣本17的厚度的光學(xué)距離的兩倍要短，由于從樣本表面17a反射的光束和從樣本17的背面17b反射的光束不發(fā)生干涉，因此，可以以很高的精度對樣本表面17a的形狀進(jìn)行測量。此外，根據(jù)第七個實施例的設(shè)備，通過配置聚光透鏡23，可以改進(jìn)所形成的干涉條紋的信噪(S/N)比。聚光透鏡23的操作如下所示。
即，如圖8所示，在通過聚光透鏡23入射到樣本17的第二光束中，在樣本17的背面17b上被反射的光束的一部分正如從位于比聚光透鏡23的焦點更遠(yuǎn)的虛點光源p發(fā)出的光束一樣；此光束的一部分到達(dá)聚光透鏡23的有效直徑內(nèi)的一個位置，但其余部分不返回到聚光透鏡23的有效直徑內(nèi)。甚至對于返回到聚光透鏡23的有效直徑內(nèi)的光束，此光束也不按與從樣本表面17a上的聚集點返回的光束相同的狀態(tài)(收斂或發(fā)散)退出聚光透鏡23，而是作為收斂的光束從聚光透鏡23退出。此光束在沿著光路傳播時穿過焦點，隨后變成發(fā)散光。此光束疊加于從樣本表面17a上反射的光束上的光量非常低。由于可以降低此不需要的光的量，因此，可以改進(jìn)形成的干涉條紋的S/N比。
上文對本發(fā)明的實施例進(jìn)行了描述，但本發(fā)明不僅限于上面的實施例。例如，可以使從上面每一個實施例的設(shè)備中的光源發(fā)出的光束成為具有規(guī)定的振蕩平面的線性偏振光，但也可以使用發(fā)出不是線性偏振的光束的光源。
此外，在上面每一個實施例的設(shè)備中，結(jié)構(gòu)是這樣的，即，從被光束分離裝置分成第一和第二光束直到第一和第二光束被重新合并的兩個光路之間的光程長度差基本上等于參考面和樣本表面之間的光學(xué)距離的兩倍，但除測量透明薄片的表面形狀的情況之外，兩個光路之間的光程長度差可以被設(shè)置為大致等于參考面和樣本表面之間的光學(xué)距離的兩倍，其中，該大致兩倍在從光源發(fā)出的光束的相干長度的范圍內(nèi)，換句話說，兩個光路之間的光程長度差與參考面和樣本表面之間的光學(xué)距離之間的差比從光源分開的兩個光束可以彼此干涉的最大光程差要短。
此外，上面每一個實施例的設(shè)備都是Fizeau類型的干涉儀，但本發(fā)明也可以應(yīng)用于諸如Abramson類型的切線入射干涉儀之類的其他干涉儀。
由于具有上文描述的結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明的抗振干涉儀設(shè)備，即使樣本表面由于振動沿光軸方向移動，導(dǎo)致干涉的兩個路徑之間的光程長度差的變化也可以以光學(xué)方法進(jìn)行抑制，因此，可以進(jìn)行不容易受振動影響的準(zhǔn)確的干涉測量；這對于處理過程中的測量特別有效。
權(quán)利要求
1.一種為光波干涉儀設(shè)備的抗振干涉儀設(shè)備，其中，從光源發(fā)出的光束被光束分離裝置分成兩個光束，所述兩個光束中的一個相對于另一個光束被迂回規(guī)定的光程長度，然后所述兩個光束重新合并成一個光束以形成照射光束，以及獲得通過光學(xué)干涉產(chǎn)生的干涉條紋，該光學(xué)干涉是在通過所述照射光束在參考面上被反射而獲得的光束和通過所述照射光束透射穿過所述參考面然后在樣本表面上被反射而獲得的光束之間產(chǎn)生的；其中，所述光源是低相干性光源，從所述光源發(fā)出的所述光束的相干長度比所述參考面和所述樣本表面之間的光學(xué)距離的兩倍要短，或者所述光源是波長已調(diào)制的光源，該光源被調(diào)整為當(dāng)成像元素捕獲所述干涉條紋的圖像時其相干長度與這樣的低相干性光源擁有的相干長度相等；其中，所述照射光束是這樣獲得的通過所述參考面或輔助參考面反射所述兩個光束中的第一光束，其中支撐所述輔助參考面以使其與所述參考面的相對位置關(guān)系不變化，以及通過所述樣本表面或輔助樣本表面反射所述兩個光束中的第二光束，支撐所述輔助樣本表面以使其與所述樣本表面的相對位置關(guān)系不變化并與所述樣本表面面向相同的方向，然后將所述第一光束和所述第二光束重新合并成所述一個光束，以便所述第一光束的軸和所述第二光束的軸基本上彼此重合；以及其中，所述規(guī)定的光程長度大致等于所述參考面和所述樣本表面之間的光學(xué)距離的兩倍，其中，所述大致兩倍在從所述光源發(fā)出的所述光束的所述相干長度的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗振干涉儀設(shè)備，其中，所述光束分離裝置是所述參考面或所述輔助參考面，在所述參考面或所述輔助參考面上被反射的光束被作為所述第一光束，透射穿過所述參考面或所述輔助參考面，在所述樣本表面或所述輔助樣本表面上被反射，然后透射穿過所述參考面或所述輔助參考面的光束被作為所述第二光束，并且所述第一光束和所述第二光束在所述參考面或所述輔助參考面上被重新合并成所述一個光束以形成所述照射光束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗振干涉儀設(shè)備，其中，所述光束分離裝置是光束分離器，通過所述光束分離器的分離獲得的所述兩個光束中的一個被照射到所述參考面或所述輔助參考面上，并且被反射的光束作為所述第一光束，所述兩個光束中的另一個光束被照射到所述樣本表面或所述輔助樣本表面上，并且被反射的光束作為所述第二光束，所述第一光束和所述第二光束在所述光束分離器上被重新合并成所述一個光束以形成所述照射光束。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗振干涉儀設(shè)備，其中，反射從所述光源發(fā)出的所述光束的反射面位于所述參考面的一側(cè)，所述照射光束從該側(cè)入射，所述光束通過所述反射面基本上垂直地照射到所述參考面和所述樣本表面上，以及在所述參考面上被反射的所述第一光束和透射穿過所述參考面然后在所述樣本表面上被反射的所述第二光束在所述參考面的位置上合并以形成所述照射光束。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗振干涉儀設(shè)備，其中，所述輔助參考面基本上與所述參考面位于相同的平面上，和/或所述輔助樣本表面基本上與所述樣本表面位于相同的平面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗振干涉儀設(shè)備，其中，所述輔助參考面和/或所述輔助樣本表面具有光程長度調(diào)整裝置，用于在沿著入射光束的軸的方向上移動所述輔助參考面和/或所述輔助樣本表面，以及光軸調(diào)整裝置用于調(diào)整被反射的光束的軸相對于入射光束的軸的傾斜度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗振干涉儀設(shè)備，其中，所述輔助參考面或所述輔助樣本表面可由壓電元件移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗振干涉儀設(shè)備，其中，所述規(guī)定的光程長度基本上等于所述參考面和所述樣本表面之間的所述光學(xué)距離的兩倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗振干涉儀設(shè)備，進(jìn)一步具有用于所述兩個光束中的至少一個光束的光量改變裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗振干涉儀設(shè)備，其中，從所述光源發(fā)出的所述光束是具有規(guī)定的振蕩平面的線性偏振光，或通過使其透射穿過規(guī)定的偏振元件而使其成為具有規(guī)定的振蕩平面的線性偏振光。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗振干涉儀設(shè)備，其中，具有所述樣本表面的樣本是透明薄片，以及從所述光源發(fā)出的所述光束的所述相干長度被設(shè)置為比所述透明薄片的厚度的光學(xué)距離的兩倍要短。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗振干涉儀設(shè)備，其中，所述樣本表面是參考反射鏡表面，透光樣本傳輸對象位于所述參考面和所述參考反射鏡表面之間，所述照射光束和通過由所述參考反射鏡表面對所述照射光束的反射獲得的光束透射穿過所述樣本傳輸對象，并對所述樣本傳輸對象進(jìn)行相位分布測量。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗振干涉儀設(shè)備，其中，聚光透鏡位于所述第二光束中，并且由所述聚光透鏡對所述第二光束進(jìn)行聚光的聚光點位于所述樣本表面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗振干涉儀設(shè)備，其中，所述低相干性光源是發(fā)光二極管、高亮度發(fā)光二極管或鹵素?zé)簟?br> 15.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗振干涉儀設(shè)備，其中，在所述樣本表面的中心部分形成一個孔，以及所述輔助樣本表面位于所述孔內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的抗振干涉儀設(shè)備，其中，所述透明薄片是薄膜。
全文摘要
一種半反射鏡4將從低相干性光源1發(fā)出的光束分離成兩個光束，輔助基準(zhǔn)板6與基準(zhǔn)板16被支撐作為一個整體，輔助樣本8與樣本17被支撐作為一個整體。通過半反射鏡4的分離獲得的第一光束在反射鏡5上被反射，到達(dá)輔助參考面6a，在輔助參考面6a上被反射，并沿著相同的光路返回，然后透射穿過半反射鏡4。第二光束到達(dá)輔助樣本表面8a，在輔助樣本表面8a上被反射，并沿著相同的光路返回，并在半反射鏡4上與第一光束合并。第一光束和第二光束之間的光程長度差大致等于參考面16a和樣本表面17a之間的光學(xué)距離的兩倍。
文檔編號G01B11/24GK1580689SQ200410057409
公開日2005年2月16日 申請日期2004年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月13日
發(fā)明者植木伸明 申請人:富士寫真光機(jī)株式會社