CN115307773A - 修正光路长测量误差的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

系统具备：第1光学部，构成为，向测量对象物射出光，并且使来自测量对象物的第1干涉光入射；第2光学部，构成为，向构成为相对于温度变动而光路长为一定的基准物体射出光，并且使来自基准物体的第2干涉光入射；分光器，与第1光学部及第2光学部连接，使第1干涉光及第2干涉光入射；以及控制部，与分光器连接；控制部根据基于入射到规定温度环境下的分光器的第2干涉光计算的基准物体的测量光路长和预先取得的基准物体的基准光路长，计算规定温度环境下的测量光路长相对于基准光路长的变动率；将基于在规定温度环境下入射到分光器的第1干涉光计算的测量对象物的光路长基于变动率修正。

Description

修正光路长测量误差的系统及方法
技术领域
本发明涉及修正光路长测量误差的系统及方法。
背景技术
专利文献1公开了利用光干涉适当地测量测量对象物的温度的系统。该系统具备光源、分光器、光传递机构、光路长计算部及温度计算部。光源产生测量光。光传递机构将来自测量对象物的表面及背面的反射光向分光器射出。分光器测量作为反射光的强度分布的干涉强度分布。光路长计算部对测量出的干涉强度分布进行傅里叶变换，计算光路长。温度计算部基于光路长与温度的关系计算测量对象物的温度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开2013－29487号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的是提供一种能够将起因于分光器的光路长测量误差修正的系统及方法。
用来解决课题的手段
有关本发明的一技术方案的系统具备光源、第1光学部、第2光学部、分光器及控制部。光源产生光。第1光学部构成为，向测量对象物射出光，并且使来自测量对象物的第1干涉光入射。第2光学部构成为，向构成为相对于温度变动而光路长为一定的基准物体射出光，并且使来自基准物体的第2干涉光入射。分光器与第1光学部及第2光学部连接，构成为，使第1干涉光及第2干涉光入射。控制部与分光器连接；控制部根据基于入射到规定温度环境下的分光器的第2干涉光计算的基准物体的测量光路长和预先取得的基准物体的基准光路长，计算规定温度环境下的测量光路长相对于基准光路长的变动率。并且，控制部将基于在规定温度环境下入射到分光器的第1干涉光计算的测量对象物的光路长基于变动率修正。
发明效果
根据本发明，能够将起因于分光器的光路长测量误差修正。
附图说明
图1是概略地表示有关一实施方式的系统的结构的一例的图。
图2是概略地表示图1所示的干涉计的结构的一例的图。
图3是概略地表示基准物体的截面的一例的图。
图4是概略地表示基准物体的另一例的图。
图5是说明分光器的误差的图。
图6是说明光路长的修正的原理的图。
图7是表示将光路长修正的方法的流程图。
图8是说明第2光学部的变形例的图。
图9是说明第2光学部的配置位置的图。
图10的(A)和(B)是模拟结果。
图11是概略地表示有关实施例的系统的结构的一例的图。
图12是表示修正前后的光路长的曲线图。
图13是概略地表示支架的截面的一例的图。
图14是概略地表示另一支架的截面的一例的图。
图15是说明第2光学部与基准物体的位置关系的图。
图16是表示按照第2光学部和基准物体的相对的水平位置测量的光路长及信号强度的曲线图。
图17是表示按照第2光学部的焦点距离测量的光路长及信号强度的曲线图。
图18是表示按照第2光学部的绕光轴的角度测量的光路长及信号强度的曲线图。
图19是表示有关实施例的基准物体的结构的表。
图20是表示实施例的评价结果的表。
标号说明
1、1A…系统、3、4…支架；11…光开关；12…第1光纤；13…第2光纤；14…第1光学部；15、15A…第2光学部、21、23…平行平板；100…光源；102、150…循环器；103…分光器；104…控制部；151、152…聚焦装置或准直仪；RE、REA、REB…基准物体；SA…测量对象物。
具体实施方式
以下，对各种例示的实施方式进行说明。
在使用分光器取得来自测量对象物的反射波谱的方式的干涉计(以下，称作分光式的干涉计)中，因环境温度及在干涉计内产生的热而搭载在干涉计内的分光器的温度发生变动。分光器具备排列的多个受光元件。在分光器的温度变动了的情况下，有可能通过热膨胀或热收缩而多个受光元件的间隔或配置位置变动。在此情况下，分光器不能适当地测量波长，有在测量的光路长中发生误差的情况。因而，本发明提供能够将起因于分光器的光路长测量误差修正的系统及方法。
有关本发明的一技术方案的系统具备光源、第1光学部、第2光学部、分光器及控制部。光源产生光。第1光学部构成为，向测量对象物射出光，并且使来自测量对象物的第1干涉光入射。第2光学部构成为，向构成为相对于温度变动而光路长为一定的基准物体射出光，并且使来自基准物体的第2干涉光入射。分光器与第1光学部及第2光学部连接，构成为，使第1干涉光及第2干涉光入射。控制部与分光器连接；控制部根据基于入射到规定温度环境下的分光器的第2干涉光计算的基准物体的测量光路长和预先取得的基准物体的基准光路长，计算规定温度环境下的测量光路长相对于基准光路长的变动率。并且，控制部将基于在规定温度环境下入射到分光器的第1干涉光计算的测量对象物的光路长基于变动率修正。
在该系统中，通过第1光学部，将光向测量对象物射出，并且使来自测量对象物的第1干涉光入射。并且，通过第2光学部，向构成为相对于温度变动而光路长为一定的基准物体射出光，并且使来自基准物体的第2干涉光入射。第1干涉光及第2干涉光向分光器入射。通过控制部，根据基于入射到规定温度环境下的分光器的第2干涉光计算的基准物体的测量光路长和预先取得的基准物体的基准光路长，计算规定温度环境下的测量光路长相对于基准光路长的变动率。并且，将基于在规定温度环境下入射到分光器的第1干涉光计算的测量对象物的光路长基于变动率修正。由于相对于温度变动而基准物体的光路长为一定，所以在根据规定温度环境下的分光器的测量结果计算的光路长从基准光路长变动了的情况下，可以说发生了起因于分光器的温度变化的测量误差。起因于分光器的温度变化的测量误差可以表现为基准物体的光路长变动率。因此，系统能够基于光路长变动率将测量对象物的光路长修正，以将起因于分光器的温度变化的测量误差消除。由此，该系统能够将起因于分光器的温度变化的光路长测量误差修正。
在一实施方式中，系统也可以还具备循环器及光开关。循环器与光源连接。光开关与循环器连接。第1光学部也可以具有第1光纤及第1光学元件。第1光纤传播来自光开关的光。第1光学元件构成为，向测量对象物射出光，并使来自测量对象物的第1干涉光入射。在一实施方式中，第1光学元件也可以是聚焦装置或准直仪。
在一实施方式中，第2光学部也可以具有第2光纤及第2光学元件。第2光纤传播来自光开关的光。第2光学元件构成为，向基准物体射出光，并且使来自基准物体的第2干涉光入射。在一实施方式中，第2光学元件也可以是聚焦装置或准直仪。在此情况下，系统通过光开关将光的射出方向切换，能够从测量对象物和基准物体分别测量干涉光。
在一实施方式中，基准物体也可以是标准具元件。第2光学部具有第3光学元件及第4光学元件。第3光学元件将光向标准具元件射出。第4光学元件构成为，使来自标准具元件的透射光入射。在一实施方式中，第3光学元件及第4光学元件也可以是聚焦装置或准直仪。在此情况下，系统能够基于来自标准具元件的透射的干涉光计算基准物体的光路长变动率。
在一实施方式中，基准物体也可以具有一对对置的平行平板。在一实施方式中，平行平板间的空间内也可以是真空。
有关本发明的另一技术方案的方法包括：向测量对象物射出光、并使来自测量对象物的第1干涉光向规定温度环境下的分光器入射的步骤；基于第1干涉光计算测量对象物的光路长的步骤；以及向构成为相对于温度变动而光路长为一定的基准物体射出光、并且使来自基准物体的第2干涉光向规定温度环境下的分光器入射的步骤；基于第2干涉光计算基准物体的测量光路长的步骤；取得基准物体的基准光路长的步骤；根据基于第2干涉光计算的基准物体的测量光路长和基准物体的基准光路长、计算规定温度环境下的测量光路长相对于基准光路长的变动率的步骤；以及将测量对象物的光路长基于变动率修正的步骤。该方法与上述的系统同样，能够将起因于分光器的温度变化的光路长测量误差修正。
以下，参照附图对各种实施方式详细地进行说明。另外，在以下的说明及各附图中，对于相同或对应的要素赋予相同的标号，不反复进行重复的说明。附图的尺寸比率并不一定与说明一致。“上”“下”“左”“右”的词语是基于图示的状态的，是为了方便的。
(系统的概要)
图1是概略地表示有关一实施方式的系统的结构的一例的图。图1所示的系统1是利用光干涉测量测量对象物SA的光路长的系统。测量对象物SA例如是形成为表面与背面的两面平行的部件。测量对象物SA对于在系统1中使用的光具有透射性。测量对象物SA作为一例是被研磨的单晶硅部件。测量对象物SA例如对于1550nm的光也可以由Si(硅)、SiO2(石英)及Al2O3(蓝宝石)的至少1种构成。
系统1具备干涉计10及第1光学部14。干涉计10产生测量光。干涉计10和第1光学部14被用光纤连接。由干涉计10产生的测量光被用光纤向第1光学部14传播。
第1光学部14构成为，向测量对象物SA射出光。第1光学部14例如是准直仪或聚焦装置。第1光学部14将被调整为平行光线的光或使焦点结在测量对象物SA上的收敛光朝向测量对象物SA的表面射出。来自测量对象物SA的反射光(以下也称作第1干涉光)向第1光学部14入射。在第1干涉光中，不仅包含表面的反射光，还包含背面的反射光。入射的第1干涉光经由光纤被向干涉计10传播。如后述那样，干涉计10基于第1干涉光计算测量对象物SA的光路长。
系统1为了将依存于干涉计10的温度的精度误差消除，具有测量基准物体RE的光路长的结构。基准物体RE构成为，相对于温度变动而光路长为一定。即，基准物体RE构成为，即使在环境温度变动的情况下，基准物体RE的光路长也不怎么变动。例如，基准物体RE是基准物体RE的温度被严格地管理的物体。或者，基准物体RE是对于光路长没有温度依存性或温度依存性极小的物体。关于这些基准物体RE的具体的一例在后面叙述。
系统1为了测量基准物体RE的光路长而具有第2光学部15。在干涉计10与第1光学部14之间设有光开关11。光开关11具有切换光的传播方向的功能。由干涉计10产生的测量光被光纤向光开关11传播，通过光开关11的功能被向第1光学部14或第2光学部15的某个传播。光开关11与第1光学部14之间被用第1光纤12连接，光开关11与第2光学部15之间被用第2光纤13连接。即，光开关11构成为，能够切换第1光纤12的路径和第2光纤13的路径。
第2光学部15构成为，将光向基准物体RE射出。第2光学部15例如是准直仪或聚焦装置。第2光学部15将被调整为平行光线的光或使焦点结在基准物体RE上的收敛光朝向基准物体RE的表面射出。来自基准物体RE的反射光(以下也称作第2干涉光)向第2光学部15入射。在第2干涉光中，不仅包括表面的反射光，也包括背面的反射光。入射的第2干涉光经由第2光纤13及光开关11被向干涉计10传播。如后述那样，干涉计10基于第2干涉光计算基准物体RE的光路长。
(干涉计的详细情况)
图2是概略地表示图1所示的干涉计的结构的一例的图。干涉计10具备光源100、隔离器101、循环器102、分光器103及控制部104。光源100、隔离器101、循环器102及分光器103被用光纤连接。
光源100产生测量光。光源100作为一例而使用SLD(Super Luminescent Diode)。
从光源100产生的测量光以隔离器101及循环器102的顺序传播，向图1所示的光开关11传播。接着，如上述那样，从测量对象物SA及基准物体RE取得第1干涉光及第2干涉光，向光开关11传播。从光开关11向干涉计10传播的第1干涉光及第2干涉光被从循环器102向分光器103传播。隔离器101防止第1干涉光及第2干涉光回到光源100。也可以代替循环器102而使用耦合器。
分光器103与第1光学部14及第2光学部15连接，构成为，使第1干涉光及第2干涉光入射。分光器103例如具有分光机构部及受光部。分光机构使光按照波长以规定的分散角分散。分光机构的一例是衍射栅格等。受光部取得由分光机构分散的光。受光部的一例是CCD(Charge Coupled Device)。受光元件的数量为采样数。此外，基于分光机构的分散角及分光机构与光电元件的距离，规定波长跨度。第1干涉光及第2干涉光分别在分光器103中被按照波长分散，并被按照波长取得光强度。分光器103将各个波长的光强度变换为数字数据，向控制部104输出。
控制部104与分光器103连接，进行有关第1干涉光及第2干涉光的数字数据的运算。控制部104在物理上构成为包括CPU等运算装置、RAM及ROM等主存储装置、硬盘等辅助存储装置、网卡等通信接口的计算机系统。控制部104进行测量对象物SA的光路长的计算、基准物体RE的光路长的计算、将分光器103的测量误差消除的参数的生成以及测量对象物SA的光路长的修正。详细情况后述。另外，控制部104也可以设在干涉计10的外部。
(基准物体的例)
图3是概略地表示基准物体的截面的一例的图。图3所示的基准物体RE是对于光路长没有温度依存性或其极小的物体。基准物体RE具有一对对置的平行平板21、23。平行平板21由使干涉计10的光透射的材质形成。平行平板21例如由蓝宝石、石英等形成。平行平板21的表面及背面具有被光学研磨的高精度的平面。在平行平板21的上表面21a上形成有反射防止层。由此，入射到平行平板21的光仅在背面上反射。平行平板23在表面上形成有被镜面研磨的使干涉计10的光反射的材质的层。被反射的材质例如是金、铝等。平行平板23例如由蓝宝石、石英等形成。平行平板23的表面具有被光学研磨的高精度的平面。入射到平行平板23的光仅在表面上反射。在一对平行平板21、23间夹着衬垫22。由此，在一对平行平板21、23间围成空间。衬垫22由石英等线膨胀系数较小的材料形成。衬垫22也可以由热膨胀系数极小的玻璃材料形成。由此，由于平行平板21、23间的距离大致不根据温度而变化，所以光路长的温度依存性很小。另外，平行平板21、23间的空间内也可以是真空。在此情况下，光路长的温度依存性进一步变小。
图4是概略地表示基准物体的另一例的图。图4所示的基准物体REA是温度被严格地管理的物体。基准物体REA具有表面和背面这两面平行地形成的部件24。部件24对于在系统1中使用的光具有透射性。部件24作为一例是被研磨的单晶硅部件。基准物体RE例如对于1550nm的光也可以由Si、SiO2及Al2O3的至少1种构成。部件24被收容在温度保持器25中。温度保持器25具有由加热器或热交换器等将温度维持为规定温度的功能。部件24的温度被温度保持器25维持为规定温度。
(起因于温度的分光器的误差)
图5是说明分光器的误差的图。分光器103具有排列的光电元件。在图5所示的例子中，光电元件群LM1具有将被分光为波长λ0～波长λ511的光分别受光的光电元件。当入射了光SP时，按照光SP的波长，光电元件计测强度。分光器103的光电元件排列的波长由分光机构、反射镜、光电元件等光学元件的位置关系决定。因此，在起因于温度变动而光学元件的位置变化的情况下，在分光器103的波长中发生误差。例如，有光电元件排列的整体向左右偏移了的情况(光电元件群LM2)以及光电元件膨胀或收缩了的情况(光电元件群LM3)。在通过光学元件的位置变化了的分光器103进行计测的情况下，有可能不能得到测量对象物SA的正确的光路长。
(光路长的修正的原理)
控制部104计算测量对象物SA的光路长。控制部104对作为第1干涉光的数字数据的光波谱进行傅里叶变换、数据插值及重心位置计算，计算测量对象物SA的光路长。图6是概略地说明光路长的图。图6(A)所示的光波谱的峰值位置表示测量对象物SA的测量光路长L_SA。同样，控制部104计算基准物体RE的光路长。控制部104对作为第2干涉光的数字数据的光波谱进行傅里叶变换、数据插值及重心位置计算，计算基准物体RE的光路长。图6(B)所示的光波谱的峰值位置表示基准物体RE的测量光路长L_RE。测量光路长L_SA及测量光路长L_RE基于入射到规定温度环境下的分光器103中的干涉光来计算。规定温度环境下是指计测时的温度条件是规定条件时。即，第1干涉光及第2干涉光由相同的温度条件的分光器103计测。
基准物体RE的光路长没有温度依存性或温度依存性极小。因此，在将基准物体RE的光路长的真值(或者规定温度环境下的光路长)设为基准光路长L_REM的情况下，只要分光器103是正确的，测量光路长L_RE与基准光路长L_REM就一致。但是，在测量光路长L_RE与基准光路长L_REM不一致的情况下，可以考虑在规定温度环境下的分光器103中发生了依存于温度的误差。控制部104计算将测量光路长L_RE与基准光路长L_REM的差消除的参数。具体而言，控制部104将用基准光路长L_REM除测量光路长L_RE所得到的值设为规定温度环境下的测量光路长L_RE相对于基准光路长L_REM的变动率。控制部104将测量对象物SA的测量光路长L_RE基于变动率修正。控制部104例如通过将测量对象物SA的测量光路长L_RE用变动率除，能够将测量对象物SA的光路长修正。
(将光路长修正的方法)
图7是表示将光路长修正的方法的流程图。图7所示的流程图可以由系统1执行。首先，第1光学部14将光向测量对象物SA射出，并将来自测量对象物SA的第1干涉光向规定温度环境下的分光器103入射(步骤S10)。接着，控制部104基于第1干涉光计算测量对象物SA的光路长L_SA(步骤S12，图6(A))。接着，第2光学部15将光向基准物体RE射出，并将来自基准物体RE的第2干涉光向规定温度环境下的分光器103入射(步骤S14)。接着，控制部104基于第2干涉光计算基准物体RE的测量光路长L_RE(步骤S16，图6(B))。
接着，控制部104取得基准物体RE的基准光路长L_REM(步骤S18，图6(B))。控制部104也可以将存储在存储器等中的基准物体RE的基准光路长的真值读入，也可以将在规定的时点计测并存储在存储器等中的基准物体RE的基准光路长读入。
接着，控制部104计算测量光路长L_RE的变动率(步骤S20)。控制部104根据基于第2干涉光计算的基准物体RE的测量光路长L_RE和基准物体RE的基准光路长L_REM，计算规定温度环境下的测量光路长相对于基准光路长的变动率。控制部104将用基准光路长L_REM除以测量光路长L_RE所得到的值设为规定温度环境下的测量光路长L_RE相对于基准光路长L_REM的变动率。
最后，控制部104将测量对象物SA的光路长L_SA修正(步骤S22)。控制部104通过将测量对象物SA的光路长L_SA用变动率除，将测量对象物SA的光路长修正。以上，表示将光路长修正的方法的流程图结束。
(实施方式的总结)
在系统1及将光路长修正的方法中，通过第1光学部14，将光向测量对象物SA射出，并且使来自测量对象物SA的第1干涉光入射。并且，通过第2光学部15，将光向构成为光路长相对于温度变动为一定的基准物体RE射出，并且使来自基准物体RE的第2干涉光入射。第1干涉光及第2干涉光向分光器103入射。通过控制部104，根据基于入射到规定温度环境下的分光器103中的第2干涉光计算的基准物体RE的测量光路长L_RE和预先取得的基准物体RE的基准光路长L_REM，计算变动率。变动率是规定温度环境下的测量光路长L_RE相对于基准光路长L_REM的变动率。并且，将基于在规定温度环境下入射到分光器103中的第1干涉光计算的测量对象物SA的光路长L_SA基于变动率修正。由于基准物体RE的光路长相对于温度变动为一定，所以在根据规定温度环境下的分光器103的测量结果计算的光路长从基准光路长L_REM变动了的情况下，可以说发生了起因于分光器103的温度变化的测量误差。起因于分光器103的温度变化的测量误差可以表现为基准物体RE的光路长变动率。因此，系统能够基于光路长变动率将测量对象物SA的光路长L_SA修正，以将起因于分光器103的温度变化的测量误差消除。由此，该系统能够将起因于分光器103的温度变化的光路长测量误差修正。
(变形例)
应该理解的是，本发明的实施方式能够不从本发明的范围及主旨脱离而进行各种变更。因而，本说明书中公开的各种实施方式不意味着限定，真的范围和主旨由权利要求书表示。
(第2光学部的变形例)
图8是说明第2光学部的变形例的图。如图8所示，第2光学部15A在与第2光学部15相比不是取得反射光而是取得透射光作为第2干涉光这一点上不同。第2光学部15A具有循环器150及一对聚焦装置或准直仪151、152。在一对聚焦装置或准直仪151、152间，配置有基准物体REB。基准物体REB在内部包括空气隙，射出与空气隙的厚度对应的干涉光。作为一例，基准物体REB是标准具元件。
图9是说明第2光学部的配置位置的图。如图9所示，第2光学部15也可以设在隔离器101与循环器102之间的位置P1。在此情况下，第2光学部15内置在干涉计10中。并且，为了同时取得第1干涉光和第2干涉光，只要设定光路长以使FFT峰值位置不重叠即可。第2光学部15也可以设在循环器102与光开关11之间的位置P2、循环器102与分光器103之间的位置P3的某处。
(模拟)
以下，为了验证本发明的效果而实施了模拟。如图5所示，假设存在512个光电元件，受光来自作为测量对象物的硅的反射波谱。将1550nm±25nm用512个元件等分而设为λ0～λ511。以该波长为基准，在光电元件变位了的情况下，验证光路长怎样变动。将元件整体地变位的情况下的波长(图5的LM2)及元件扩张或收缩的情况下(图5的LM3)的波长设为变动波长(λ'0～λ'511)，计算变动波长的各个波长下的反射率。作为测量对象物的硅的厚度为775μm、675μm、575μm这3种。基于计算出的反射率和波长进行FFT处理，计算光路长。将根据变动波长计算出的光路长用使用作为基准的波长计算出的光路长除，将其作为光路长的变动率。按照厚度，将波长的变动量和光路长的变动率标绘。将结果表示在图10(A)、图10(B)中。图10(A)、图10(B)是模拟结果。图10(A)是表示分光器的光电元件的变位量与变动率的关系的曲线图。图10(B)是表示分光器的光电元件的伸缩量(波长范围的扩张量)与变动率的关系的曲线图。如图10(A)、图10(B)所示，不论测量对象物的厚度如何，由分光器103的波长变动带来的光路长的变动率为一定。因此，确认了通过计测某一个基准光路长，能够对多个不同的光路长的测量对象物进行有效的修正。
(效果确认)
图11是概略地表示有关实施例的系统的结构的一例的图。图11所示的系统1A与图1的系统1相比，在恒温槽TA内部配置有干涉计10及光开关11这一点、以及基准物体RE配置在温度控制器TB内且测量对象物SA配置在温度控制器TC内这一点不同，其他相同。即，能够将干涉计10的环境温度变更。将温度范围设定为5℃～40℃。测量对象物SA及基准物体RE设为硅基板，分别将温度控制为一定值。由于温度为一定值，所以不会发生由热膨胀及温度造成的折射率的增减，光路长为一定值。计测在恒温槽TA中变动了环境温度的情况下的各自的光路长，在由基准光路长的变动率进行了修正的情况和没有进行修正的情况下对测量对象物SA的光路长进行评价。关于基准物体RE的光路长，将计测开始时点的光路长标准化为1，将其设为基准光路长的变动率。将在同时点计测的测量对象物SA的光路长用基准光路长变动率除，设为已修正的光路长。将结果表示在图12中。图12其横轴是环境温度，纵轴是光路长。如图12所示，确认了，在5℃～40℃的环境温度范围中，修正前的光路长的变动范围是3.3μm，相对于此，修正后的光路长的变动范围被改善到0.24μm。
(支架)
系统1也可以具备保持第2光学部15和基准物体RE的相对位置的支架。图13是概略地表示支架的截面的一例的图。如图13所示，支架3将第2光学部15及基准物体RE固定。支架3具备壳体30。壳体30是筒体，作为一例是圆筒。壳体30也可以由线膨胀系数较小的部件构成。壳体30例如由合成石英形成。壳体30在壳体30的上下方向的中央部分具有被缩径的内部光路30c。
壳体30的上表面开口。第2光学部15被从壳体30的上表面的开口收容在壳体30的内部中，配置为，能够将光向内部光路30c射出并且能够将来自内部光路30c的光受光。第2光学部15的下表面碰抵在形成有内部光路30c的上端的第1阶差面30b上。被碰抵的第2光学部15夹在第1压制部件31与第1阶差面30b之间。第1压制部件31被安装在壳体30上。例如，在第1压制部件31的侧面上，形成有与形成在壳体30的内表面30a上的螺纹槽螺合的螺纹。在第1压制部件31的侧面上，也可以形成与形成在壳体30的内表面30a上的螺纹螺合的螺纹槽。通过将第1压制部件31在与第1阶差面30b之间夹着第2光学部15的状态下螺纹固定到壳体30的内表面上，将第2光学部15固定到壳体30的内部。
壳体30的下表面被开口。基准物体RE被从壳体30的下表面的开口收容到壳体30的内部中，配置为，能够将来自内部光路30c的光受光，并且能够将光向内部光路30c反射。基准物体RE的上表面21a碰抵在形成有内部光路30c的下端的第2阶差面30d上。被碰抵的基准物体RE夹在第2压制部件32与第2阶差面30d之间。第2压制部件32被安装在壳体30上。例如，在第2压制部件32的侧面上，形成有与形成在壳体30的内表面30e上的螺纹槽螺合的螺纹。在第2压制部件32的侧面上，也可以形成与形成在壳体30的内表面30e上的螺纹螺合的螺纹槽。通过将第2压制部件32在与第2阶差面30d之间夹着基准物体RE的状态下螺纹固定到壳体30的内表面上，将基准物体RE固定到壳体30的内部。
在支架3中，壳体30作为保持第2光学部15与基准物体RE的相对位置的衬垫发挥功能。由此，光的入射角度的变动及测量位置的变动被抑制，结果，信号强度的下降被抑制。由此，具备支架3的系统1能够将光路长测量误差精度更好地修正。
通过将支架3的壳体30由线膨胀系数较小的部件构成，能够使外部的温度变化(环境温度变化)给第2光学部15与基准物体RE的相对位置带来的影响变小。此外，由于构成支架3的零件被机械地连接，所以与用粘接剂等固定的情况相比，能够减小外部的温度变化给第2光学部15与基准物体RE的相对位置带来的影响。
(支架的变形例)
在支架3中，壳体30作为保持第2光学部15和基准物体RE的相对位置的衬垫发挥功能，但壳体和衬垫也可以是分体。图14是概略地表示另一支架的截面的一例的图。如图14所示，支架4将第2光学部15及基准物体RE固定。支架4具备壳体40。壳体40是筒体，作为一例是圆筒。壳体40与图13所示的壳体30不同，不作为保持第2光学部15和基准物体RE的相对位置的衬垫发挥功能。因此，壳体40不需要由线膨胀系数较小的部件构成，例如由铝或不锈钢形成。
与图13所示的支架3同样，在壳体40的内部中收容第2光学部15及基准物体RE。在第2光学部15与基准物体RE之间配置第1衬垫部件34。第1衬垫部件34也可以由线膨胀系数较小的部件构成。第1衬垫部件34例如由合成石英形成。
第2光学部15及基准物体RE夹入在第1压制部件41与第2压制部件42之间而被固定。即，第2光学部15及基准物体RE在被第1衬垫部件34保持了相对位置的状态下被夹持在第1压制部件41与第2压制部件42之间。在壳体40的内表面上，形成有与形成在第1压制部件41及第2压制部件42的外周上的螺纹螺合的螺纹槽。在壳体40的内表面上，也可以形成与形成在第1压制部件41及第2压制部件42的外周上的螺纹槽螺合的螺纹。这样，将第1压制部件41及第2压制部件42螺纹固定在壳体40上，通过从上下方向夹持，将第2光学部15及基准物体RE固定。
为了将第2光学部15及基准物体RE稳定地夹持，在第1压制部件41与第2光学部15之间设置第2衬垫部件33。第2衬垫部件33也可以由线膨胀系数较小的部件构成。第2衬垫部件33也可以由热传导率较小的部件构成。第2衬垫部件33例如由合成石英形成。
在第1压制部件41与第2衬垫部件33之间，设有弹性部件43。同样，在第2压制部件42与基准物体RE之间设有弹性部件44。弹性部件43、44是环状部件，作为一例由树脂形成。由此，即使在通过外部的温度变动而壳体40热膨胀/收缩的情况下，也保持第2光学部15和基准物体RE的相对位置。进而，通过弹性部件43、44，在壳体40与第2光学部15及基准物体RE等构成要素之间形成空气层。因此，支架4具有热不易从壳体40传递给内部的构成要素的构造。
支架4只要具备弹性部件43、44的至少一方即可。即使是这样的结构，在壳体40热膨胀/收缩的情况下，支架4也能够保持第2光学部15与基准物体RE的相对位置。支架4也可以在第2压制部件42与基准物体RE之间具备第3衬垫部件。第3衬垫部件例如由合成石英形成。通过支架4具备第3衬垫部件，成为热不易从壳体40传递给基准物体RE的构造。
支架3、4为了抑制外部的温度变化，也可以被收容在隔热构造体内。支架3、4也可以代替基准物体RE而保持基准物体REA。或者，支架3、4也可以保持基准物体REB。
(基准物体的变形例)
基准物体为了使反射强度增加，也可以在平行平板的相面对的内表面中的至少一方上具备反射膜。例如，图13、14所示的基准物体RE具备一对平行平板21、23。在平行平板21、23的相面对的内表面21b、23a上形成有反射膜。反射膜也可以是部分反射的反射膜(使规定的比例的光透射、使其余的光反射的膜)。反射膜作为一例也可以是多层电介质膜。反射膜23a也可以是全反射的镜膜。
平行平板21、23也可以由单晶硅形成。在平行平板21、23由单晶硅形成的情况下，来自基准物体的反射强度增加。因此，基准物体也可以不具备反射膜。
(第2光学部与基准物体的位置关系)
在第2光学部与基准物体的位置关系发生偏差的情况下，确认了该偏差给光路长及信号强度带来的影响。图15是说明第2光学部与基准物体的位置关系的图。如图15所示，从第2光学部15向基准物体RE射出光，取得返回光。此时，一边将第2光学部15的测量位置及姿势变更一边进行测量。测量的坐标系中，设第2光学部15的水平方向的位置为X、Y方向(正面为原点0)，设第2光学部15的焦点距离为Z方向，设第2光学部的光轴旋转方向为Θx、Θy。
图16是表示按照第2光学部和基准物体的相对的水平位置测量的光路长及信号强度的曲线图。横轴是测量水平位置，左纵轴是光路长，右纵轴是信号强度。光路长被用涂黑的数据点标绘，信号强度被用中空的数据点标绘。确认了如果第2光学部15的水平方向的位置偏差2mm左右，则光路长的误差发生0.2μm左右。此外，确认了信号强度也根据第2光学部15的水平方向的位置而有一些离差。
图17是表示按照第2光学部的焦点距离测量的光路长及信号强度的曲线图。横轴是距焦点的距离，将以焦点合上而信号强度为最大的点作为基准，将第2光学部和基准物体远离的情况设为正，将第2光学部和基准物体接近的情况设为负。左纵轴是光路长，右纵轴是信号强度。光路长被用涂黑的数据点标绘，信号强度被用中空的数据点标绘。确认了如果距第2光学部15的焦点的位置从作为基准的位置偏差，则光路长及信号强度根据距第2光学部15的焦点的位置而较大地离差。
图18是表示按照第2光学部的绕光轴的角度测量的光路长及信号强度的曲线图。横轴是绕光轴的角度，左纵轴是光路长，右纵轴是信号强度。光路长被用涂黑的数据点标绘，信号强度被用中空的数据点标绘。确认了如果第2光学部15的旋转的角度偏差2度左右，则光路长的误差发生0.4μm左右。此外，确认了信号强度也根据第2光学部15的旋转的角度而变化。
根据图16～图18所示的结果确认了，与第2光学部15的水平方向的位置偏差、角度偏差相比，当焦点距离偏差时，光路长的误差更大。由此确认了，在保持第2光学部15和基准物体RE的相对位置时，特别是不发生Z方向的位置偏差那样的结构对于光路长的误差是有效的。即，图13、14所示的支架由于以从上下方向夹入的构造将相对位置固定，所以确认了对于光路长的误差是有效的。
(基准物体的评价)
准备4个基准物体，评价反射膜的效果。图19是表示有关实施例的基准物体的结构的表。如图19所示，实施例1是在上部的平行平板21的内表面21b(下表面)及下部的平行平板23的内表面23a(上表面)上没有反射膜的结构。实施例2、3在相面对的内表面21b、23a上施以反射涂层或部分反射涂层而形成反射膜。实施例4是平行平板由单晶硅形成、在相面对的内表面21b、23a上没有反射膜的结构。
相对于实施例1～4，在使外部的温度变化稳定的状态下测量信号强度。进而，测量多次，将光路长的稳定性用6σ评价。进而，在使基准物体RE的温度在5～40℃的温度范围中变动的情况下，也测量使基准物体RE及干涉计的温度在5～40℃的温度范围中变动的情况下的光路长变动率。将结果表示在图20中。
图20是表示实施例的评价结果的表。如图20所示，确认了具备反射膜的实施例2、3及具备由单晶硅形成的平行平板的实施例4与不具备反射膜的实施例1相比，信号强度及光路长稳定性被大幅地改善。此外，在使温度变动的情况下，也确认了实施例2～4与实施例1相比光路长的变动率较小。由此暗示，通过使用在平行平板的相面对的内表面中的至少一方上具备反射膜的基准物体，能够将光路长测量误差精度良好地修正。

Claims (13)

1.一种修正光路长测量误差的系统，其特征在于，
具备：
光源，产生光；
第1光学部，构成为，向测量对象物射出上述光，并且使来自上述测量对象物的第1干涉光入射；
第2光学部，构成为，向构成为相对于温度变动而光路长为一定的基准物体射出上述光，并且使来自上述基准物体的第2干涉光入射；
分光器，构成为，与上述第1光学部及上述第2光学部连接，使上述第1干涉光及上述第2干涉光入射；以及
控制部，与上述分光器连接；
上述控制部
根据基于入射到规定温度环境下的上述分光器的上述第2干涉光计算的上述基准物体的测量光路长和预先取得的上述基准物体的基准光路长，计算上述规定温度环境下的上述测量光路长相对于上述基准光路长的变动率，
将基于在上述规定温度环境下入射到上述分光器的上述第1干涉光计算的上述测量对象物的光路长基于上述变动率修正。
2.如权利要求1所述的修正光路长测量误差的系统，其特征在于，
还具备：
循环器，与上述光源连接；以及
光开关，与上述循环器连接，
上述第1光学部具有：
第1光纤，传播来自上述光开关的光；以及
第1光学元件，构成为，将上述光向上述测量对象物射出，并且使来自上述测量对象物的上述第1干涉光入射。
3.如权利要求2所述的修正光路长测量误差的系统，其特征在于，
上述第1光学元件是聚焦装置或准直仪。
4.如权利要求2或3所述的修正光路长测量误差的系统，其特征在于，
上述第2光学部具有：
第2光纤，传播来自上述光开关的光；以及
第2光学元件，构成为，将上述光向上述基准物体射出，并且使来自上述基准物体的上述第2干涉光入射。
5.如权利要求4所述的修正光路长测量误差的系统，其特征在于，
上述第2光学元件是聚焦装置或准直仪。
6.如权利要求1～3中任一项所述的修正光路长测量误差的系统，其特征在于，
上述基准物体是标准具元件，
上述第2光学部具有：
第3光学元件，将上述光向上述标准具元件射出；以及
第4光学元件，构成为使来自上述标准具元件的透射光入射。
7.如权利要求6所述的修正光路长测量误差的系统，其特征在于，
上述第3光学元件及上述第4光学元件是聚焦装置或准直仪。
8.如权利要求1～7中任一项所述的修正光路长测量误差的系统，其特征在于，
上述基准物体具有一对对置的平行平板。
9.如权利要求8所述的修正光路长测量误差的系统，其特征在于，
上述平行平板间的空间内是真空。
10.如权利要求8或9所述的修正光路长测量误差的系统，其特征在于，
上述基准物体在上述平行平板的相面对的内表面中的至少一方上具有反射膜。
11.如权利要求8或9所述的修正光路长测量误差的系统，其特征在于，
上述一对对置的平行平板由单晶硅形成。
12.如权利要求1～8中任一项所述的修正光路长测量误差的系统，其特征在于，
还具备保持上述第2光学部和上述基准物体的相对位置的支架。
13.一种修正光路长测量误差的方法，其特征在于，
包括：
向测量对象物射出光、并使来自上述测量对象物的第1干涉光向规定温度环境下的分光器入射的步骤；
基于上述第1干涉光计算上述测量对象物的光路长的步骤；以及
向构成为相对于温度变动而光路长为一定的基准物体射出上述光、并且使来自上述基准物体的第2干涉光向上述规定温度环境下的上述分光器入射的步骤；
基于上述第2干涉光计算上述基准物体的测量光路长的步骤；
取得上述基准物体的基准光路长的步骤；
根据基于上述第2干涉光计算的上述基准物体的测量光路长和上述基准物体的基准光路长、计算上述规定温度环境下的上述测量光路长相对于上述基准光路长的变动率的步骤；以及
将上述测量对象物的光路长基于上述变动率修正的步骤。
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