KR20050056256A - 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계 - Google Patents

다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계 Download PDF

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KR20050056256A KR1020057006888A KR20057006888A KR20050056256A KR 20050056256 A KR20050056256 A KR 20050056256A KR 1020057006888 A KR1020057006888 A KR 1020057006888A KR 20057006888 A KR20057006888 A KR 20057006888A KR 20050056256 A KR20050056256 A KR 20050056256A
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토마스 제이. 던
앤드류 더블유. 쿨라위엑
마크 제이. 트로놀로니
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코닝 트로펠 코포레이션
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Abstract

스캐닝(scanning)간섭계는 측정의 동적범위를 확장하기 위해 서로 다른 파장들에서 복수의 간섭계 모듈과 다중표면을 측정하기 위한 컴파운드 프루브(compound probe) 및 컴파운드 프루브에 의해 측정된 표면 사이를 구분하기 위한 공초점 광학 시스템(confocal optical system)을 사용한다. 컴파운드 프루브에서 소형 광학소자(miniature optic)는 시험빔(beam)을 서로 다른 시험표면들에 수직으로 초점이 맞춰지는 두 개의 부시험빔(sub-test beam)으로 나눈다. 부시험빔들 모두는 서로 다른 파장들을 포함한다. 분리된 간섭계는 시험표면의 절대적 측정들을 산출하기 위해 컴파운드 프루브의 움직임을 조사한다.

Description

다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계{TWO-WAVELENGTH CONFOCAL INTERFEROMETER FOR MEASURING MULTIPLE SURFACES}
본 발명의 실시를 위해 구성할 수 있는 광학적 프루브(optical prove)들을 갖는 간섭측정시스템들은 편재된 표면 특징, 기하학적 표면 형태, 그리고 모든 치수의 측정방법을 제공한다. 본 발명은 특히 개별적이거나 비교적인 측정을 요구하는 다중표면을 가지는 시험편의 측정뿐만 아니라 원통형, 원뿔형 및 조도(roughness)가 기하학적 형태에 대한 오차에 근접한 평면의 측정에 적용할 수 있다.
정밀하게 생산된 많은 컴포넌트를 위한 오차는 종래의 접촉 측정 기술의 성능을 지속적으로 넘어서고 있다. 특히 간섭 메커니즘을 사용하는 광학적 측정기술은 더욱 더 정밀한 측정을 위해 제공된다. 그러나 시험되는 표면의 조도는 종종 통상적인 간섭계에서 사용되는 1/2 파장(예컨대, 가시광선 또는 근적외선 범위의 파장)을 초과한다. 1/2 측정파장보다 더 큰 표면피처(feature)는 통상적인 간섭계로는 정확하게 측정될 수 없다. 더 긴 파장이 사용될 수 있지만 더 긴 파장을 산출하기 위한 레이저는 상용화되어있지 않을 뿐 아니라 가시광선이나 근적외선 영역의 파장을 생성하는 이용되는 통상적인 간섭계보다 더 많은 비용이 든다.
다중표면을 포함하는 생산된 컴포넌트들은 컴포넌트들의 표면들(예컨대, 런아웃(runout) 및 직각도(perpendicularity))사이 관계의 측정뿐만 아니라 컴포넌트의 개별적인 표면형태들(예컨대, 원형도 및 직진도)의 측정을 요구할 수 있다. 서로 다른 측정들 간의 셋업 또는 재보정(recalibration)을 하여 개별적으로 각각의 표면들을 측정하는 것은 시간이 소요되고 비교를 어렵게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 스캐닝 간섭계 시스템의 도면.
도 2는 스캐닝 간섭계 시스템의 내에서 측정범위를 증가시키기 위해 결합되는 두 개의 서로 다른 파장 간섭계들 중 어느 하나의 배치도.
도 3은 수직입사에서 두 개의 초점이 맞춰진 부시험빔 중 제 1 부시험빔을 시험편의 내면 중 어느 하나로 운반하기 위한 제 1 위치에 있는 프루브의 확대 횡단면도.
도 4는 수직입사에서 두 개의 초점이 맞춰진 부시험빔 중 제 2 부시험빔을 시험편의 내면 중 어느 하나로 운반하기 위한 제 2 위치에 있는 프루브의 확대 횡단면도.
하나 또는 그 이상의 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명인 간섭계(interferometer)는 컴파운드 광학적 프루브(probe)로 다중표면을 측정하는 방법을 제공한다. 프루브(probe)로부터 방사되는 부시험빔(sub-test beam)들은 다중표면들을 측정한다. 공초점 광학 시스템(confocal optical system)은 표면들 사이의 측정치를 구별한다. 각각의 부시험빔들은 서로 다른 간섭계들로부터 나온 빛의 두 개의 주파장으로 이루어질 수 있다. 결합된 두 개의 간섭계들은 통상적인 레이저로 거친 표면을 측정하기 위한 측정의 동적범위를 더 크게 증가시킨다.
본 발명에 따른 예시적인 시험편의 다중표면 측정용 간섭계는 궁극적으로는 서로 연결되었지만 서로 다른 경로를 따라 시험빔 및 기준빔들을 운반하는 시험암(test arm)과 기준암(reference arm)을 포함한다. 시험암내에 있는 빔분할기(beamsplitter)는 시험빔을 제 1 및 제 2 부시험빔(sub-test beam)으로 분리한다. 시험암 내에 있는 공초점 광학 시스템의 포커싱광학소자는 제 1과 제 2 부시험빔을 서로 다른 초점들로 초점을 맞춘다. 또한, 시험암 내에 있는 컴파운드 프루브(probe)는 제 1 및 제 2 부시험빔을 서로 다른 초점들로 전달한다.
바람직하게, 각각의 부시험빔들은 수직입사로 시험편의 서로 다른 표면을 측정하기 위해 의도되었다. 이러한 의도로써 부시험빔의 주축은 부시험빔의 입사 시험면들로 수직으로 향하게 된다.
프루브(probe)내에 있는 방향성 광학소자들은 부시험빔(sub-test beam)을 방향성 광학소자들이 의도했던 방향으로 방향성 광학소자들의 초점을 향하게 한다. 각각 수직입사로 서로 다른 시험표면으로 초점이 유도되는 추가적인 부시험빔은 시험편(piece)의 두 표면 이상을 측정하기 위해 시험암 내에서 시험빔으로부터 분리될 수 있다.
시험표면은 바람직하게 개별적으로 연속해서 측정될 수 있다. 액츄에이터는 둘 또는 그 이상의 측정위치 사이에서 시험편에 대하여 프루브를 상대적으로 이동시킨다. 바람직한 실시예로써, 상기 액츄에이터는 시험편의 두 표면들을 측정하기 위하여 두 위치 사이를 움직일 수 있다. 제 1 위치에서, 제 1 부시험빔의 초점은 시험편의 제 1 표면 위에 위치될 수 있으며, 제 2 부시험빔의 초점은 시험편의 제 1 및 제 2 표면들 모두를 벗어나서 위치될 수 있다. 제 2 위치에서, 제 2 부시험빔의 초점은 시험편의 제 2 표면 위에 위치될 수 있으며, 제 1 부시험빔의 초점은 시험편의 제 1 및 제 2 표면들 모두를 벗어나서 위치될 수 있다. 유사하게, 제 3 표면 또는 더 높은 측정위치에서, 남아있는 초점이 모든 시험표면을 벗어나서 위치되는 동안, 추가적인 초점은 다른 시험표면 위로 차례로 위치된다.
검출시스템은 프루브가 제 1 위치에 위치될 때 기준빔 및 제 1 부시험빔 사이의 간섭신호를 검출하며, 프루브가 제 2 및 그보다 높은 위치에 위치될 때, 기준빔 및 제 2 또는 더 높은 부시험빔 사이의 간섭신호를 검출한다. 검출시스템은 바람직하게 시험면들 중 어느 하나에 포커싱하지 않는 검출 빛으로부터 제거하는 공초점 광학 시스템을 사용하여 쌍으로 조정된다. 공초점 광학 시스템의 영상광학소자는 부시험빔쌍을 포커싱광학소자의 초점으로 재 포커싱하는데 사용될 수 있다. 영상광학소자의 초점에 인접한 제한된 구경 크기는 빛이 공초점시스템의 끝단의 검출기에 의하여 효율적으로 수집되도록 하는 것을 통해 초점의 깊이를 제한한다. 시험표면들 중의 어느 것이 초점 바깥(예컨대, 10 내지 100 마이크론만큼 적은)에 위치된다면, 반사된 빛은 거의 검출기들에 도달하지 못한다.
근적외선범위로 1/2파장이 도달하는 보통 조도를 가지는 면과 같은, 거친 면 또는 상당한 불연속성들을 가지는 표면들을 측정하기 위해, 본 발명은 빛의 서로 다른 주파장들을 가지는 두 개의 빔을 생성하는 레이저 원을 제공한다. 빔분할기들은 각각의 서로 다른 파장 빔들을 시험빔 및 기준빔으로 나눈다. 또 다른 빔분할기는 두 개의 서로 다른 파장을 갖는 시험빔들을 두 개의 서로 다른 파장들로 이루어진 공통 시험빔으로 결합한다. 공통 시험빔은 두 파장으로 이루어진 각각의 부시험빔들로 귀착하는 다중의 부시험빔으로 분리된다.
각각의 서로 다른 파장의 기준빔들은 바람직하게 두 기준빔에 의해 관통되는 광경로 길이를 조절하게 위해 기준암의 각 기준지연선을 따라서 퍼진다. 바람직하게, 두 개의 기준지연선은 간섭계의 시험암과 기준암 사이에서 광경로 길이를 일치시키기 위해 조절할 수 있는 광경로 길이를 갖는다. 시험함 및 기준암의 광경로 길이는 또한 시험암 내에서 유사 광경로 길이 조정치를 일체화함으로써 일치시킬 수 있다.
상기 검출 시스템은 바람직하게 각각의 두 쌍의 시험빔과 기준빔 사이에서 간섭계를 별개로 검출하기 위해 검출기들의 제 1 및 제 2 배열을 포함한다. 각각의 제 1 및 제 2 배열 내의 검출기들은 바람직하게 시험빔과 기준빔의 제 1 및 제 2 쌍 각각의 내부에서 동시에 복수의 위상이동(phase-shifted)측정을 검출하기 위해 상대적으로 위상이동을 한다. 동시 위상이동측정은 각 주파장에서 시험빔과 기준빔 사이의 더욱 정확한 위상차의 구별을 가능케 한다.
정확하기는 하지만, 두 개의 개별적인 파장측정은 주파장의 1/2보다 더 큰 면불연속성 때문에 모호한 결과를 산출한다. 그러나 본 발명은 두 개의 서로 다른 주파장 중 어느 하나 보다 중대하게 더 긴 유효파와 일치되는 감광도를 가지는 총 간섭측정을 산출하기 위해 검출기의 제 1 및 제 2 배열로부터 정보를 결합하는 제어기를 제공한다. 총 측정은 1/2 두 주파장을 넘는 조도를 가지는 표면들을 측정하기 위해 유용하다.
액츄에이터는 바람직하게 시험면의 각각의 두 표면 위에 있는 복수의 점들을 측정하기 위해 프루브와 시험표면 사이에서 대부분 상대운동을 한다. 바람직하게 시험암 및 기준암 모두는 시험편에 대하여 프루브와 함께 상대적으로 움직일 수 있다. 검출시스템은 또한 바람직하게 시험암과 기준암 및, 시험편에 대하여 상대운동을 위한 다축 스테이지 어셈블리 위에 있는 프루브와 함께 탑재된다. 기저부는 바람직하게 프루브와 시험편 사이에서의 움직임을 관련시키기 위한 시험편과 다축 스테이지 어셈블리 모두를 지지한다. 변위측정간섭계는 바람직하게 다축 스테이지 어셈블리와 기저부 사이의 이동을 측정한다. 변위측정간섭계로부터의 정보는 상대운동시스템의 얼마간의 움직임 오류를 보정하기 위해 또는 절대적 측정을 얻는 것이 요구되는 남아있는 위상모호성을 분석하기 위해 프루브를 통해 얻어지는 간섭적 측정과 결합될 수 있다.
스캐닝 간섭계를 사용하여 시험편의 다중표면을 측정하는 바람직한 본 발명의 방법은 시험빔을 다중 부시험빔으로 추가적으로 나누기는 하지만 빛의 빔을 시험빔 및 기준빔으로 나누는 기본적인 간섭적 실행을 따른다. 다중 부시험빔들은 별개로 시험편의 서로 다른 면을 측정하기 위해 서로 다른 점들에 포커싱하게 된다. 제 1 시험편 표면을 측정하기 위해, 제 2 또는 더 높은 부시험빔들이 시험편의 각각의 측정표면을 벗어나서 위치되는 동안 제 1 부시험빔의 초점은 시험편의 제 1 표면 위로 위치된다. 제 2 또는 더 높은 시험편 표면을 측정하기 위해, 제 1 또는 다른 더 낮은 부시험빔들의 초점이 각각의 시험편의 측정표면을 벗어나서 위치되는 동안 제 2 또는 더 높은 부시험빔의 초점은 시험편의 제 2 또는 더 높은 표면위에 위치된다. 프루브와 시험편 사이의 상대운동은 (a) 각각의 시험표면 위의 복수의 점들을 측정하기 위해 시험표면을 따라서 초점을 이동시키는 것 (b) 연속적인 측정위치들 사이로 초점을 이동시키는 것 의 두 가지 모두에 사용될 수 있다.
각각의 측정위치에서, 부시험빔들은 시험편의 표면들 위의 초점으로부터 역반사된다. 역반사된 부시험빔들은 바람직하게 기준빔과 함께 가장 근접한 검출기에 재 포커싱된다. 각각의 부시험빔들과 기준빔 사이의 간섭신호는 부시험빔들 중의 어느 것이 시험편의 표면들중 어느 하나위로 초점이 위치되는지에 따라 별개로 검출된다.
부시험빔들의 재 포커싱된 빛은 초점들에 쌍으로 재초점된다. 접합판 근처의 제한구경은 빛을 부시험빔으로부터 제거한다. 재초점된 빛을 검출하기 위한 검출기는 바람직하게 제한구경 뒤에 위치되며, 단지 제한구경을 통해 지나가는 빛을 수집하기 위해 배열된다. 이와는 달리, 적은 활동범위을 갖는 검출기는 초점판 전후로 초점이 맞춰지는 빛을 제거하는 유사한 제한구경과 같은 기능을 위해 접합초점판 가까이에 위치될 수 있다. 역반사된 시험빔들은 검출기로부터 떨어진 시험빔과 재결합되기 이전에 제한구경을 통해서 또한 재초점될 수 있다.
공초점 광학 기술들이 한 표면을 또 다른 표면으로부터 구분하기 위해 사용될 수 있는 반면에, 2파장 간섭측정법은 바람직하게 거친 표면들 또는 상당한 불연속성을 가지는 표면들을 조정하기 위해 동자측정범위를 확장하는데에 사용될 수 있다. 서로 다른 주파장을 가지는 두 개의 가간섭성빛의 빔들은 시험빔과 기준빔으로 각각 분리된다. 서로 다른 파장을 가지는 시험빔들은 시험빔을 다중 부시험빔들로 나누는 단계 이전에 결합됨으로써, 다중 부시험빔들 각각은 두 개의 서로 다른 주파장들을 포함한다.
역반사 경로를 따라, 두 개의 주파장들은 각각의 주파장의 시험빔 일부와 기준빔 일부사이에서 동시에 광경로 차이를 측정하기 위해 재분리된다. 간섭구조에 의해 표현되는 광경로 차이는 초점에 있는 하나의 시험표면 또는 또 다른 시험표면 위에 있는 개별적인 점들의 중복측정을 제공한다. 시험표면을 따라 움직이는 초점의 상대적 움직임(예컨대, 스캐닝)은 표면을 묘사하는 정보의 축적을 허용한다. 두 개의 주파장으로부터 검출되는 간섭정보는 두 주파장들 중 어느 하나보다 중대하게 더 긴 1/2 유효파장으로 확장하는 더 넓은 범위이상으로 확실한 측정을 나타내기 위해 사용될 수 있다.
또한, 두 파장에서 결합된 간섭적 측정의 남아있는 모호성은 시험편의 표면위의 부시험빔의 초점을 위치시키기 위해 요구되는 기준이동의 공지된 점들로부터 측정하는 것에 의해 분석될 수 있다. 예컨대, 변위측정간섭계는 마스터 시험편에 맞춰질 수 있으며, 프루브를 측정위치로 이동시키기 위해 요구되는 추가적 움직임을 탐지하기 위해 사용된다. 프루브의 위치를 알고 그 프루브에 대한 시험표면의 위치를 알면, 시험표면의 절대적 측정이 행해질 수 있다.
도 1에 도시되어 있는 바람직한 스캐닝 간섭계 시스템(10)은 다중내표면(multiple internal surfaces)을 가지는 시험편(14)을 측정하기 위해 컴파운드 프루브(12)를 포함한다. 컴파운드 프루브(12)는 다축 스테이지 어셈블리(16)에 탑재되고, 시험편(14)은 회전식 척(chuck)(18)에 탑재된다. 기저부(20)는 컴파운드 프루브(12)와 시험편(14)사이의 상대운동을 관련시키기 위한위해 다축 스테이지 어셈블리(16)와 회전식 척(18) 모두를 지지한다.
다축 스테이지 어셈블리(16)는 바람직하게 모터 액츄에이터(22) 및 모터 액츄에이터(24) 각각에 의해 운용되는, 기계적으로 교차된 롤러 베어링 스테이지(16')와 롤러 베어링 스테이지(roller bearing stage)(16")를 통해 두개의 직교 방향인 X 및 Z로 변환할 수 있다. 모터 액츄에이터(22)와 모터 액츄에이터(24) 모두는 바람직하게 내부에 암호해독기를 가지고 있는 무슬롯(slotless) BLDC 모터(brushless DC motor)를 사용한다. 컴파운드 프루브(12)는 마이크로 컴퓨터(28)의 프로그램 될 수 있는 방향하의 모터 액츄에이터(22) 및 모터 액츄에이터(24)를 위해 통상적인 제어 전자기기(26)에 의한 소망하는 동작특성을 따라 다축 스테이지 어셈블리(16)에 의해 이동된다.
스테이지 움직임은 완전히 부드럽지도 직선이지도 않으므로 삼축-변위측정간섭계(30)가 동작을 측정하는데 사용된다. 상태동작 X 및 Z의 두 개의 직교방향에서의 병진운동과 세번째 직교 방향으로 확장하는 축에 관한 회전운동을 측정하기 위한 변위측정간섭계(30)의 세 개의 측정 암(arm)(32, 33, 및 34)은 도시되어 있다. 두 병진운동은 측정 암(32, 33 및 34)에 의해 측정된다. 회전운동은 측정 암(33 및 34)사이의 차이를 측정함으로써 측정된다. 측정 암(32, 33 및 34)은 바람직하게 저팽창유리로 구성된 거울(36, 37 및 38)에 의해서 스테이지 어셈블리(16)와 연결된다. 변위측정간섭계(30)를 위한 광원은 바람직하게 고정 주파수를 갖는 헬륨-네온 레이져(미도시)를 사용한다. 변위측정간섭계(30)는 상태동작의 변위오류 뿐만 아니라 직진성 및 이탈에서의 오류를 측정한다. 상기 오류데이터는 프루브 특성측정으로부터 상태동작오류를 제거하기위해 기록된다.
프루브(12)는 바람직하게 프루브(12)를 제거 및 재삽입되도록 하거나 최초의 정렬을 유지하도록 대체되는 것을 허용할 수 있도록 하는 자기적 프리로드(preload)를 갖는 운동적 브라켓(kinematic bracket)(13)에 탑재된다. 시험편(14)을 탑재하는 회전 척(18)은 바람직하게 구성요소로서의 고 판별 해독기를 가지는 BLDC모터(42)에 의한 동력을 장착한 에어 베어링 스핀들(air-bearing spindle)(40)에서 회전할 수 있는 유압 팽창 척을 사용한다. 스핀들 해독기로부터의 직각위상신호는 측정동안 변위측정간섭계로부터의 데이터를 포함하는 데이터 수집을 기록하기 위해 사용된다. 편향오차 및 오차를 탑재하고 있는 디센터(decenter)는 프루브 측정의 소프트웨어 분석에 의해 제거될 수 있다.
프루브(12)를 위한 다축 스테이지 어셈블리(16) 및 시험편(14)를 위한 회전식 척(18) 모두를 지지하는 기저부(20)는 바람직하게 화강암으로 구성되고 다축 스테이지 어셈블리(16)가 지지되도록 하는 수직판(미도시)을 구비한다. 회전식 척(16)은 기저부(20)를 관통하는 홀에 탑재된다. 기저부(20)의 화강암 구조는 외부의 진동원으로부터 내성을 증가시키기 위해 공기고립구조(pneumatic isolation frame)(미도시)에 의해 지지되는 크래들(cradle)(미도시)로 조직화 했다.
두 개의 간섭계 모듈(50 및 52)은 다축 스테이지 어셈블리(16)에 의해 운반된다. 두 개의 간섭계 모듈(50 및 52)은 바람직하게 주로 가간섭성 빛의 서로 다른 주파장을 조정하기 위해 요구되는 것을 제외하고는 동일하다. 상기 두 주파장은 바람직하게 근적외선 범위를 사용한다. 예컨대, 간섭계 모듈(50)은 1550나노미터(nm)의 λ1파장에서 동작될 수 있고, 간섭계 모듈(52)은 1310나노미터(nm)의 λ2파장에서 작동될 수 있다. 두 간섭계 모듈(50 및 52)은 독립적으로 부드러운 부분을 측정할 수 있다. 그러나 함께 분석됐을 시에 결합된 간섭패턴은 더 큰 동작범위를 가진 더 거친표면을 측정할 수 있는 훨씬 더 긴 유효파장 λe에서 산출된다. 유효파 λe는 다음과 같이 주어진다.
1310nm 및 1550nm의 주파장을 대체함으로써 8460nm 또는 대략 8.5마이크론(um)의 유효파 λe를 산출할 수 있다. 2마이크론(gm)의 스테이지에서 조도Rz(다섯개의 가장 높은 마루와 다섯개의 가장 낮은 골을 비교함)을 가지는 표면은 쉽게 대략 8.5 마이크론(ILm)의 유효파장 Ka에서 측정될 수 있다.
비록 간섭계모듈(50)만이 묘사되어 있지만(도 2 참조), 묘사된 형상은 서로 다른 주파장 λ1및 λ2를 조정하기 위해 두 간섭계 모듈(50 및 52)을 변화시키는 것이 일반적이다. 예컨대, 두 간섭계 모듈(50 및 52)은 바람직하게 가간섭성의 선편광의 광원으로써 분포괘환형(DFB)고체레이져(54)를 포함한다. 방사된 광선(56)은 광학소자 어셈블리(58)에 의하여 시준되며 광분할기 큐브(cube)(64)를 제일 먼저 편광시키기 위해 반파장 지연판(62)를 통하는 경로로 접이식 거울(60)에 의해 반사된다. 45도로 선편광된 광선(56)의 일부는 예컨대, 제 1 기준빔(reference beam)(68)처럼 직접 광분할기 큐브(64)와 광분할기 큐브(64)에 붙어있는 1/4파장 지연판(quarter-wave retardation plate)(66)을 통과하여 지나간다. 상기 광선(56)의 일부를 제외한 나머지는 예컨대 제 1 시험빔(72)처럼 또 다른 4분파장 지연판(70)을 통과하여 빔분할기 규브(64)에 의해 반사되며 간섭계 모듈(50)의 셔터 구경(74)을 통과하여 지나간다.
단지 주파장만 다른 제 2시험빔(76)은 간섭계 모듈(52)에서 방사된다. 세 개의 접이식 거울(78, 80 및 82)은 컴파운드 프루브(12)로 향하는 도중에 두 개의 시험빔(72 및 76)을 결합된 시험빔(86)으로 결합하도록 하는 색선별 빔분할기(84)와 관련하여 두 개의 시험빔(72 및 76)을 색선별 빔분할기(84)로 향하게 한다.
도 3 및 4에서 도시된 바와 같이 컴파운드 프루브(12)내에서 결합된 광은 또 다른 빔분할기 큐브(90)에 의해 두 개의 부시험빔(92 및 94)으로 분할되기 전에 공초점 광학 시스템의 포커싱광학소자(88)에 의해 재성형된다. 부시험빔(92 및 94) 각각은 두 개의 주파장 λ1및 λ2를 포함한다. 컴파운드 프루브(12)에 탑재되어 있는 포커싱광학소자(88)는 두 개의 부시험빔(92 및 94)을 서로 다른 초점(96 및 98)으로 포커싱한다(프루브(12)를 컴파운드 프루브로 명명하도록 하는 것은 이러한 특성 때문이다.). 상기 초점(98)에 도달하기 전에 부시험빔(94)은 부시험빔(92)과는 별개로 부시험빔(94)을 각이 지게 향하도록 하는 프리즘(100)에 의해 굴절된다. 두 개의 부시험빔(92 및 94)은 일반적으로 시험편(14)내의 두 개의 내표면체(102 및 104)로 향한다. 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 시험표면(102)은 원통형이며, 시험표면(104)은 끝이 절단된 원뿔형이다.
두 시험표면(102 및 104)은 한번에 하나씩 측정된다. 미리 프로그램된 제어하에 있는 구동모터 액츄에이터(22 및 24)를 포함하는 상대운동시스템은 시험표면(102 및 104)이 각각 예상되는 정보를 조사하도록 직교방향 X 및 Z로 컴파운드 프루브(12)를 변화시킨다. 구동모터(42)는 시험표면의 삼차원적인 정밀조사를 제공하기 위해 내시험표면(102 및 104)의 공통 축(106)에 대해 시험표면(14)을 회전시킨다. 비록 도시된 것이 특히 무딘 각을 통해서 각이지게 설명되어 있지만, 두 시험표면은 시험표면 중 하나는 원통으로 다른 하나는 평표면으로 바람직한 각을 포함하는 서로 다른 각의 범위를 통해서 향하게 될 수 있다.
두 개의 시험표면(102 및 104)을 각각 조사하기 위하여, 컴파운드 프루브(12)는 다음과 같은 두 위치 사이에서 변화 할수 있다.
부시험빔(92)의 초점(96)이 시험표면(102)에 위치되며, 부시험빔(94)의 초점(98)은 두 시험표면(102 및 104)을 벗어나 위치되는 제 1 위치;. (도 3 참조)
부시험빔(94)의 초점(98)이 시험표면(104)에 위치되며, 부시험빔(92)의 초점(96)은 두 시험표면(102 및 104)을 벗어나 위치되는 제 2 위치;(도 4 참조)
상기 각 두 위치에서 상기 컴파운드 프루브(12)는 시험표면(102 및 104)위의 하나 또는 또 다른 점의 범위를 조사하기 위해 상대적으로 회전되는 동안 각각 변화된다.
측정과정동안, 시표면(102 또는 104)로부터 역반사된 빛은 두 간섭계 모듈(50 및 52)로 되돌아 가는 경로로써 컴파운드 프루브(12)로 재진입한다. 두 시험빔(72 및 76)의 전체 경로와 결합된 시험빔(86) 및 두 부시험빔(92 및 94)은 간섭계 모듈(50 및 52)에 있는 부합하는 빔분할기 큐브(64)(단지 하나만 도시되었음)와 두 초점(96 및 98) 사이에서 이건의 스캐닝 간섭계(10)의 시험암 내에 포함된다.
두 시험빔(72 및 76)의 예로써, 시험빔(72)은 빔분할기 큐브(64) 전에 1/4파장 지연판(72)을 다시 만난다. 한 파장 지연판(70)에서 두 시험빔(72 및 76)의 만남은 회전편광의 효과를 가짐으로써 되돌아오는 시험빔(72)은 빔분할기 큐브(64)에 의해 반사되는 것보다 더 잘 투과된다.
각 간섭계 모듈(50 및 52)은 구동 기준암(working reference arm)을 포함한다. 빔분할기 큐브(64)로부터 방사되는 기준빔(68)은 기준지연선(110)을 따라서 접이식 거울(108)에 의하여 반사되며, 또한 빔분할기 큐브(64)로 되돌아오는 길에 기준빔을 역반사 시키기위해 제공하는 복합 반사 프리즘(112)와 기준모듈(114)을 포함한다. 복합 반사 프리즘(112)은 기준암의 광경로를 시험암의 광경로와 매칭하도록 역방향 AR로 광축을 따라 조정할 수 있다. 기준 모듈(114)은 시험암과 기준암 사이에서 광축을 둘러싸는 광선의 범위의 광학이력(optical experience)을 일치시키기 위하여 컴파운드 프루브(12)의 광학소자를 모의실험한다.
또한, 시험암의 경로길이를 조절함으로써 시험암과 기준암의 광경로길이를 같게 할 수 있다. 예컨대, 간섭계 모듈(50 및 52)은 제 1 과 제 2 시험빔(72 및 76)이 지나는 물리적 경로길이를 바꾸기 위해 접이식 거울(78 및 82)에 대해서 다축 스테이지 어셈블리(16)상의 위치를 조정할 수 있다.
되돌아 오는 기준빔(68)은 1/4 파장 지연판(66)과 다시 만나며, 시험빔(72)과 정렬로 빔분할기 큐브(64)를 통해서 전송되는 것보다 더 잘 반사된다. 시험빔과 기준빔이 결합된 것(118)은 또 다른 1/4파장 지연판(120)을 통해서 45도 선편광으로써 빔분할기 큐브(64)로부터 방사된다. 원하지 않는 파장을 제거하는 간섭필터(122)와 이탈광을 제거하는 구경조리개(124)는 시험빔과 기준빔이 결합된 것(118)에서 노이즈를 감소시킨다. 세 개의 빔분할기 큐브(130, 132 및 134)의 무리로 구성된 공초점 광학 시스템의 영상광학소자(126)은 검출기 사이에서 90도의 위상변화 증분을 가지는 네 개의 검출기(136, 138, 140 및 142) 위로 결합된 시험빔과 기준빔(118)을 형상화한다. 영상광학소자(126)의 각각의 초점은 바람직하게 부시험빔(92 및 94)의 초점(96 및 98)으로 접합하며, 네 개의 검출기(136, 138, 140 및 142)와 일치한다. 네 개의 검출기 (136, 138, 140 및 142) 각각은 영상광학소자(126)의 초점에서 제한된 구경 크기를 통해서 빛을 받아들인다. 이와 함께, 포커싱광학소자(88)과 영상광학소자(126)는 접합초점에 도달하지 않은 빛을 제외시키는 공초점 광학 시스템의 양끝단으로써 기능한다.
상기 검출기(136, 138, 140 및 142) 각각은 제한된 크기의 구경조리개와 함께 배열되거나, 검출기(136, 138, 140 및 142)는 초점의 서로 다른 심도(예컨대 10 내지 100 마이크론 초점의 심도)에서의 빛을 제외하기 위해 그 자신이 제한된 크기(예컨대, 10 내지 100 마이크론)를 가질 수 있다. 부시험빔(92 또는 94)중 어느 하나의 초점(96 또는 98)이 두 측정위치의 각각에 있는 시험편(14)의 시험표면(102 또는 104)중 하나에 위치됨으로써, 영상광학소자(126)은 두 측정위치 각각에서 두 시험빔(92 또는 94)중 어느 하나로부터 빛의 검출를 허용한다. 그러므로 시험표면(14)의 두 시험편(102 및 104)은 각각 컴파운드 프루브(12)로 측정할 수 있다.
선택적으로, 영상광학소자(126)는 기준빔의 독립적인 시험빔(72 또는 76)의 하나 또는 다른 하나의 재초점을 위해 빔분할기 큐브(64)의 앞에 위치될 수 있다. 예컨대 조리개처럼 제한된 구경은 바람직하게 시험표면(102 또는 104)중 어느 하나에 위치한 초점(96 또는 98)중 어느 하나로 부터 역반사 되지 않는 빛의 더 큰 전파를 제외하기 위해 영상광학소자(126)의 수렴초점 가까이에 위치된다.
모여있는 빔분할기 큐브(130, 132 및 134)는 네 개의 검출기(136, 138, 140 및 142)사이에서 90도 위상변화를 돕기위해 지연판(146 및 148)에 의하여 나뉘어 진다. 시험편(14)의 회전 증가시에 작동되는 데이터 수집 시스템은 시험표면(102 및 104)의 하나 또는 다른 하나의 각 지점에서 즉시 측정을 발생시키기 위해 삼축 변위측정간섭계(30)로부터 얻은 데이터와 함께 각각의 두 간섭계 모듈(50 및 52)에서, 동시에 모든 네 개의 검출기(136, 138, 140 및 142)로부터 데이터를 얻는다. 위상이동된 데이터는 결합된 시험빔과 기준빔사이 위상차의 더욱 정확한 식별을 하도록 하며, 변위데이터는 측정된 시험표면(102 및 104)의 특성을 따라 향상된 정확성으로 데이터 지점을 관련시킨다. 두 간섭계 모듈(50 및 52)로부터 위상 데이터는 조도또는 또 다른 형태의 표면을 가지는 시험표면을 조화시키는 것이 모호한 결과를 산출하면 중단시키도록 하기 위하여 더 큰 동작범위를 가지는 측정를 발생시키도록 결합될 수 있다.
두 간섭계 모듈(50 및 52)은 동시에 상기 시험표면(102 및 104)의 같은 지점을 측정한다. 이에 따라서, 위상정보는 즉시 두 간섭계 모듈(50 및 52)의 파장 λ1 와 λ2보다 더 긴 유효파 λe에서 측정치를 산출하기 위하여 직접 결합 가능하다. 더 긴 유효파 λe는 두 간섭계 모듈(50 및 52)로부터의 위상정보를 정확하게 표면 변화의 더 큰 범위 이상으로 분석되도록 한다.
비록 묘사된 프루브(12)는 결합된 시험빔(86)을 두 부시험빔(92 및 94)으로 분할하지만, 프루브는 시험편(14)의 원통형 표면(102)와 끝이 절단된 원뿔형 표면(104) 및 평표면(103)과 같은 시험편의 셋 또는 그 이상의 표면을 마찬가지로 측정하기 위하여, 결합된 시험빔을 셋 또는 그 이상의 부시험빔으로 분할하기 위한 다른 방향성 광학소자를 포함하도록 조정될 수 있다.
다축 스테이지 어셈블리(16)에 두 개의 간섭계 모듈(50 및 52)을 탑재하는 대신에, 상기 간섭계 모듈(50 및 52)은 독립적으로 스테이지 어셈블리(16)에 탑재될 수 있으며, 단일 방식 광섬유와 같은 유연한 광학적 결합에 의해 컴파운드 프루브(12)와 연결될 수 있다.
이건 발명의 새로운 방법은 바람직하게 실질적으로 서로다른 주파장을 가지는 가간섭성 빛의 두 광선들을 산출하는 것에 의해 실시된다. 두 주파장은 바람직하게는 소정의 레이져 원이 손쉽게 통신분야에서 유용할 수 있도록 하는 근적외선 영역에 있다. 상기 영역보다 더 짧은 파장은 더 많은 스펙클(speckle)이 생기기 쉬우며, 더 긴 파장은 일반적으로 더 비싼 레이져 원을 요구한다.
두 개의 서로 다른 파장 광(56)들은 시험빔(72 및 76) 및 기준빔(68)으로 나뉜다. 두 시험빔(72 및 76)은 결합되며, 후에 각각 주파장 모두를 포함하는 제 1 및 제 2 부시험빔(92 및 94)으로 나뉜다. 공통적으로 포커싱하는 광학소자(88)는 시험편(14)의 두 개의 서로 다른 표면(102 및 104)을 각각 측정하기 위하여 제 1와 제 2부시험빔(92 및 94)을 서로 다른 지점의 초점(96 및 98)으로 포커싱한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 2부시험빔(94)의 초점(98)은 두 시험표면(102 및 104)를 벗어난 곳에 위치하지만, 제 1부시험빔(92)의 초점(96)은 시험편(14)의 시험표면(102)위에 위치된다. 시험표면(102) 위로 초점(96)을 정확하게 위치시키는 것은 진폭 또는 상기 두 간섭계 모듈(50 및 52) 내부의 위치의 기능으로써 변조(콘트라스트) 또는 강도를 모니터링하고 가장 높은 강도의 위치를 선택함으로써 수행될 수 있다. 포커싱광학소자(88) 및 영상 광학소자(126)는 변조 및 강도 모두가 초점(96) 또는 초점(98)이 시험표면(102 또는 104)중 어느 하나로부터 이탈하는 초점(96 또는 98)에 대해 빠르게 감소하도록 한다.
검출기(136, 138, 140 및 142)를 포함하는 데이터 수집 시스템이 시험표면(102)에 관하여 포인트 바이 포인트로 높이 정보를 얻는 반면에, 첫 부시험빔(92)의 초점(96)은 시험표면(102)을 횡단하여 움직인다. 바람직하게 초점(96)이 시험표면(102)의 요구되는 회전특성을 따라서 변화하는 반표면에 데이터 수집은 시험편(14)의 회전시에 작동되도록 한다. 3.5 밀리미터(mm)의 내표면직경을 측정하는데 일반적인 속도는 회전당 변화이 분당 4 내지 50 마이크론을 가지는 회전에 있어서 분당 600회전이다. 데이터 포인트들은 일반적으로 행이 변화의 증가와 일치하고 열이 회전의 증가와 일치하는 대략 200-1000 X 1024로 배열된 것에서 선택된다. 물론, 소정의 포인트들은 상기 속력 또는 또 다른 속력에서 얻어 질 수 있다.
도 4에서 도시된 바와 같이, 제 1 부시험빔(92)의 초점 중심(96)은 두 시험표면(102 및 104) 모두를 벗어나게 되는 반면, 또 다른 시험표면(104)은 시험표면(104) 위에 제 2부시험빔(94)의 초점 중심(98)을 위치시킴으로써 측정된다. 유사한 모니터링 기술이 시험표면(104) 위로 초점의 중심(98)을 위치시키는데 사용될 수 있으며 유사한 상대적 움직임(예컨대 회전 및 변화)의 결합은 데이터의 배열에 상응하는 것을 얻기 위해 시험표면(104)를 따라서 초점의 중심(98)을 검색하는데 사용될 수 있다.
각각 두개의 측정하는 위치에서, 시험표면(102 및 104) 중 어느 하나로부터 역 반사된 빛은 검출기(136, 138, 140 및 142)위로 기준빔(68)과 함께 재포커싱된다. 기준빔(68)과 제 1 및 제 2부시험빔(92 및 94)사이에서 간섭신호(예컨대, 위상차)는 각각 제 1 및 제 2부시험빔(92 또는 94)이 시험표면(102 또는 104)중 어느하나에 있는 초점으로 위치됨에 따라서 각각 검출된다. 기준빔(68)의 광경로는 바람직하게 온도의 변화에 의해 발생되는 위상변화 또는 레이져 파장 변동을 제거하기 위해 시험암(arm) 및 기준암(arm)사이에서 거의 동일한 광경로를 제공하게 위해 조정할 수 있다. 시험암 및 기준암의 광경로는 또한 시험암에 유사한 조정을 가함으로써 보정될 수 있다.
재 포커싱은 바람직하게는 검출광으로부터 시험표면(102 및 104)중 어느 하나위로 초점이 맞춰지지 않는 부시험빔(92 또는 94)을 제거하기 위하여 재초점된 빛의 구경크기를 제한하는 것을 포함한다. 그 자체가 구경크기로 제한될 수 있는 검출기(136, 138, 140 및 142)는 바람직하게는 두 부시험빔(92 및 94)과 쌍을 이루는 초점들에 포커싱된다.
검출기(136, 138, 140 및 142)는 바람직하게는 각각 두 주파장 중 어느 하나의 간섭특성을 측정하는 두 그룹으로 배열된다. 각 그룹 내의 검출기는 서로 다른 주파장을 가지는 한 쌍의 시험빔과 기준빔의 둘 사이에서 동시에 위상변화된 간섭신호를 검출하기 위하여 위상으로 분리된다. 바람직하게 네 개의 검출기(136, 138, 140 및 142)는 각 그룹 내에서 90도의 증분을 통해 변화된 위상을 갖는다. 셋 이하 또는 넷 이상의 검출기는 위상정보를 구분하는 동안 더 적거나 더 큰 정확도를 제공하는데 사용된다.
검출기(136, 138, 140 및 142)의 두 그룹 각각의 위상정보는 1/4 주파장과 일치하는 제한된 범위 이상으로 시험표면(102 또는 104)의 변동에 관한 정확한 정보를 제공한다. 그러나, 검출기(136, 138, 140 및 142)의 두 그룹으로부터 동시에 발생하는 파장정보는 더 긴 유효파의 1/4까지 위상의 모호성을 분석한 추가적인 위상정보를 제공하기 위해 결합될 수 있다.
두 개의 부시험빔(92 또는 94)중의 하나 또는 다른 하나로부터 위상 변화에 관한 정보 뿐만 아니라, 시험편(14) 및 초점(96 및 98)사이의 상대적 움직임에 관한 정보도 얻을 수 있다. 부시험빔(92 또는 94)로부터의 정보에 의해 동시에 수집된 추가적인 정보는 소망하는 상대적 움직임 경로로부터의 이탈을 포함한다. 부시험빔(92 또는 94)의 위상변화와 결합된 상대적 움직임의 이탈은 소망하는 상대운동경로로부터 시험표면 변화의 정확한 측정을 제공한다.
통상적인 데이터 분석은 조도와 런아웃과 동심도 및 기울기를 포함하여 형상 및 기하학적 배열의 측정을 도출하기 위하여 마이크로 프로세서(28)에 의해 상기와 같은 측정에 적용될 수 있다. 분산 및 기울기와 같은, 시험편(14)의 탑재 및 회전과 관련한 오류는 통상적인 분석기술에 의해 제거될 수 있다. 런아웃, 동축성, 직각도와 같은, 관계적 측정은 또한 시험표면(102 및 104)사이에서 행해질 수 있다. 워크스테이션(44)과 프린터나 CRT와 같은 출력(46) 및 하드디스크나 광디스크 같은 저장장치(48)는 통상적인 인터페이스를 제공하기 위해 마이크로 프로세서(28)와 연결될 수 있다.
특성측정 프루브로부터의 상태동작오류를 제거하는 것 외에, 변위-측정 간섭계(30)는 2개의 간섭계 모듈(50,52)의 결합된 측정치의 유효 파장 λe에서 모듈로 2π위상 모호성을 분석하여 시험편(14)의 절대 측정치을 생성하는데 사용될 수 있다. 변위 측정 간섭계(30)는 공지된 치수의 마스터 시험편에 맞춰질 수 있으며, 공지된 치수(예컨대, 직경)를 갖는 마스터의 표면으로부터 시험표면(102 또는 104) 중 어느 하나 상의 위치까지 초점을 변화시키는데 필요한 추가적인 상대적 움직임도 측정될 수 있다. 마스터의 공지된 치수와 위치를 측정하기 위해 프루브(12)의 추가적인 상대적 움직임을 결합하는 것은 두 간섭계 모듈(50 및 52)의 결합된 측정의 유효파장 λe 에서 모듈로 2π위상 모호성을 분석하기 위한 충분한 정확도를 갖는 절대적 측정을 제공한다.
상술한 바와 같이, 프루브(14)는 프루브(14)에 의해 행해진 간섭적 측정의 공초점 특성을 이용하는 것에 의해 정확한 측정지점으로 변화된다. 간섭신호의 변조(대조법을 이용하여) 및 프루브(14)로부터 검출기(136, 138, 140 및 142)로 되돌아오는 빛의 강도는 초점(96 또는 98)이 일점시험표면(102 또는 104)중 어느 하나로부터의 이탈함으로써 빠르게 감소한다. 다축 스테이지 어셈블리(16)은 프루브(14)를 가장 높은 변조 또는 강도가 검출되는 측정위치에 위치시키도록 조정될 수 있으며, 변위 측정 간섭계(30)는 더 정확한 간섭적 측정이 산출되는 상기 측정위치의 절대적 위치를 탐지한다.
시험표면(102 및 104)의 정확한 절대적 측정은 스테이지들에서 산출될 수 있다. 맞춰진 변위 측정 간섭계(30)로부터 얻은 정보는 두 간섭계 모듈(50 및 52)의 결합된 측정의 유효파장 λe 에서 모듈로 2π위상 모호성을 분석하며, 유효파장 λe 에서 두 간섭계 모듈(50 및 52)의 결합된 측정으로부터 얻은 정보는 두 간섭계 모듈(50 또는 52)의 주파장 λ1 또는 λ2 의 모두 또는 어느 하나에서 모듈로 2π위상 모호성을 분석한다. 주파장 λ1 또는 λ2 의 치수 내에서, 예컨대 다중 검출기(136, 138, 140 및 142)에 의해 위상이동된 측정의 동시적인 검출에 기초하는 것과 같은 통상적인 위상 이동 기술은 절대적 측정의 정확성을 더 넓히기 위해 간섭신호의 위상을 정확히 판별하는데 사용된다.
비록 두 간섭계 모듈(50 및 52)가 다축 스테이지 어셈블리(16)에 탑재되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 두 모듈(50 및 52)은 또한 다축 스테이지 어셈블리(16)와 독립하여 탑재될 수도 있으며, 더 유연한 광학적 체결구로 프루브(12)와 연결될 수 있다. 예컨대, 두 모듈(50 및 52)은 섬유 광학소자로 프루브(12)와 연결될 수 있다.
두 개의 분리된 엔클로저들(미도시)은 환경 조절을 위해 사용된다. 제어 전자기기들은 엔클로저들 중 어느 하나 내에 수용되며, 프루브(12)로부터 회전 척(18)까지의 광학적이고도 전자기계적 구성요소들은 다른 엔클로저 내에 수용된다. 환경 조절 시스템(미도시)은 고체 열전기 냉각기 및 가열기와 송풍기 부품과 엔클로저를 통해 위치된 제어 및 감시를 하는 전기기기를 포함할 수 있다. 광학적 구성요소 엔클로저 및 전자기계적인 구성요소 엔클로저 내부는 바람직하게는 섭씨 0.25도 내의 온도가 유지된다.

Claims (56)

  1. 시험편의 제 1 및 제 2 표면을 순차적으로 측정하기 위한 스캐닝 간섭계에 있어서,
    빛의 시험빔 및 기준빔을 운반하는 시험암(arm) 및 기준암(arm)과;
    상기 시험암 내에 위치하고 테스트 광을 제 1 부시험빔 및 제 2 부시험빔으로 분리하는 빔분할기와;
    상기 시험암 내에 위치하고 제 1 부시험빔 및 제 2 부시험빔을 초점의 서로 다른 일점으로 포커싱하는 포커싱광학소자와;
    상기 시험암 내에 위치하고 제 1 부시험빔 및 제 2 부시험빔을 초점의 서로 다른 일점으로 운반하는 컴파운드 프루브와;
    (a) 제 1 부시험빔의 초점이 시험편의 제 1 표면에 위치되며,
    (b) 제 2 부시험빔의 초점이 시험편의 제 1 표면 및 제 2 표면 모두로부터 벗어나서 위치되는,
    제 1 위치와;
    (a) 제 2 부시험빔의 초점이 시험편의 제 2 표면에 위치되며,
    (b) 제 1 부시험빔의 초점이 시험편의 제 1 표면 및 제 2 표면 모두로부터 벗어나서 위치되는,
    제 2 위치 사이에서 시험편에 대해서 프루브를 상대적으로 이동시키는 액츄에이터와;
    프루브가 제 1 위치에 위치될 때 기준빔과 제 1 부시험빔사이에서 간섭신호를 검출하고 프루브가 제 2 위치에 위치될 때 기준빔과 제 2 부시험빔사이에서 간섭 신호를 검출하는 검출 시스템;
    으로 구성하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 포커싱광학소자는 시험표면 중 어느 하나의 표면에도 포커싱하지 않는 빛을 검파에서 제외하는 공초점 광학 시스템의 일부분인 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 공초점 광학 시스템은 제 1부시험빔과 제 2부시험빔의 쌍을 포커싱광학소자의 초점으로 포커싱하는 영상 광학소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 검출 시스템은 영상 광학소자의 초점에서 제한구경을 통해서 빛을 받아들이는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 컴파운드 프루브는 거의 수직입사로 제 1 및 제 2 부시험빔을 시험편의 제 1 및 제 2 표면으로 유도하는 방향성 광학소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 컴파운드 프루브의 방향성 광학소자는 제 1 및 제 2 부시험빔을 서로 다른 방향으로 향하게 하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  7. 제 1 항에 있어서, 서로 다른 제 1 및 제 2 주 파장을 가지는 두 빔을 생산하는 레이져 원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 빔분할기는 복수개의 빔분할기 중 제 1 분할기이고, 제 2 빔분할기는 빛의 제 1 파장 빔을 시험빔 및 기준빔의 제 1의 쌍으로 나누며, 제 3 빔분할기는 제 2 파장 빔을 시험빔 및 기준빔의 제 2의 쌍으로 나누는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  9. 제 8 항에 있어서, 시험빔 및 기준빔의 제 1 및 제 2의 쌍으로부터 서로 다른 파장 시험빔을, 제 1 및 제 2 부 시험빔각각이 두 주 파장 모두를 포함하고 있는 공통 시험빔으로 결합하는 네 번째 광 분할기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  10. 제 9 항에 있어서, 시험빔 및 기준빔의 제 1 및 제 2의 쌍에 의해 관통된 광경로길이를 거의 일치시키기 위해 시험암 및 기준암 중 어느 하나 내에 제 1 및 제 2 기준지연선을 추가하여 구성하는 것을 특징으로하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2의 기준지연선은 시험암 및 기준암 사이에서 광경로 길이를 일치시키기 위해서 조절 가능한 광경로길이를 갖는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 검출 시스템은 시험빔 및 기준빔의 각각의 제 1 및 제 2의 쌍 사이에서 간섭을 별개로 검출하는 제 1 및 제 2의 검출기의 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 배열의 검출기는 동시에 시험빔 및 기준빔의 제 1 및 제 2의 쌍 각각의 내부에서 복수의 위상이동측정을 검출하는 동안 상대적인 위상이동을 하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  14. 제 13 항에 있어서, 제 1 및 제 2 파장 중 어느 하나 보다 더욱 현저하게 긴 유효파장과 일치되는 감광도을 가지는 간섭 측정치 집합을 산출하기 위해 제 1 및 제 2 배열로부터의 정보를 결합하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 액츄에이터는 프루브와 시험편 사이에서 시험편의 각 제 1 및 제 2 표면 위의 복수의 점들을 측정하기 위한 상대적 운동 시스템의 일부분인 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 시험암 및 기준암 모두는 시험편에 대해서 프루브와 함께 상대적으로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 시험암과 기준암 및 검출 시스템은 시험표면에 대한 상대적인 움직임을 위한 다축 스테이지 어셈블리 상의 프루브와 함께 탑재되는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  18. 제 17 항에 있어서, 프루브와 시험편 사이에서의 움직임을 관련시키기 위한 시험편과 다축 스테이지 어셈블리 모두를 지지하는 기저부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  19. 제 18 항에 있어서, 다축 스테이지 어셈블리와 기저부 사이에서의 움직임을 측정하는 변위 측정 간섭계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 빔분할기와 포커싱광학소자는 프루브 내에서 지지되는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 빔분할기는 시험빔을 제 3 부시험빔으로 더 분리하며 상기 초점 시스템은 제 3의 부시험빔을 또 다른 초점으로 포커싱하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  22. 제 21 항에 있어서 상기 액츄에이터는 제 3의 위치사이에서 시험표면에 대하여 프루브를 상대적으로 이동시키며,
    상기 제 3의 위치는
    (a) 제 3의 부시험빔의 초점이 시험편의 제 3의 시험표면에 위치되며
    (b) 제 1 또는 제 2 부시험빔의 초점이 시험편의 제 1 과 제 2 및 제 3의 시험표면을 벗어나서 위치되는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 검출 시스템은 프루브가 제 3 위치에 위치될 때 기준빔과 제 3 부 시 광 사이의 간섭신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정용 2파장 공초점 간섭계.
  24. 스캐닝 간섭계로 시험편의 다중표면들을 측정하는 방법에 있어서,
    빛의 빔을 시험빔과 기준빔으로 분리하는 단계;
    상기 시험빔을 제 1 및 제 2의 부시험빔으로 추가적으로 분리하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2의 부시험빔을 시험편의 제 1 및 제 2의 표면을 별개로 측정하기 위해 서로다른 초점으로 포커싱하는 단계;
    제 1 및 제 2의 부시험빔을 시험편의 제 1 및 제 2의 표면 모두를 벗어난 곳에 위치시키면서, 시험편의 제 1 표면 위로 제 1 부시험빔의 초점을 위치시키는 단계;
    시험편의 제1표면을 따라서 제 1 부시험빔의 초점을 상대적으로 이동시키는 단계;
    제 1 시험빔의 초점을 시험편의 제 1 및 제 2 표면 모두를 벗어나서 위치시키면서 시험편의 제 2 표면에 제 2 부시험빔의 초점을 위치시키는 단계;
    시험편의 제 2 표면을 따라서 제 2 부시험빔의 초점을 상대적으로 이동시키는 단계;
    시험편의 표면 위에 있는 각 초점으로 부터 제 1 및 제 2 부시험빔을 역 반사 시키는 단계;
    기준빔과 함께 역반사된 제 1 및 제 2 부시험빔을 검출기에 근접 유도하는 단계; 및
    어느 부시험빔이 시험편의 제 1 및 제 2 표면 중 어느 하나 위에 있는 초점으로 위치되는지에 따라 기준빔과 제 1 및 제 2 부시험빔 사이에서 간섭신호를 별개로 검출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 유도하는 단계는 검출기로 가는 도중에 역반사된 제 1 및 제 2 부시험빔을 재 포커싱되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 유도하는 단계는 기준빔과 함께 역반사된 제 1 및 제 2 부시험빔을 검출기에 근접하게 재 포커싱하는 것을 포함하는 단계를 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 별개로 검출하는 단계는 시험편의 제 1 및 제 2 표면중 어느 하나의 위로 초점이 맞춰지지않는 부시험빔으로부터 빛을 제거하기 위해 재초점된 빛의 구경 치수를 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 재 포커싱하는 단계는 제 1 및 제 2 부시험빔 접합을 제 1 및 제 2 부시험빔의 초점으로 재 포커싱하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 간섭계를 사용한 시험편의 다중표면 측정방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 별개로 검출하는 단계는 접합초점면 전후로 재초점 맞춘 빛을 제거하기위해, 초점쌍에 검출기를 위치시키는 단계 및 검출기를 접합초점면의 제한된 영역으로부터 빛을 수집하기위해 검출기를 배열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  30. 제 24 항에 있어서, 상기 별개로 검출하는 단계는 기준빔과, 시험면 중 어느 하나 위로 초점이 맞춰지는 제 1 및 제 2 부시험빔 중 어느 하나 사이에서 동시에 위상이동간섭신호를 검출하는 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  31. 제 24 항에 있어서, 시험 빔 및 기준빔의 광경로 길이를 거의 일치시키기 위해 시험빔 및 기준빔 중 어느 하나의 광경로 길이를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  32. 제 24 항에 있어서, 서로 다른 주파장을 가지는 가간섭성 빛의 두 빔을 산출하는 단계를 더 포함하고 나누는 단계는 각각의 서로다른 파장빔을 시험빔 및 기준빔으로 나누는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  33. 제 32 항에 있어서, 각각의 제 1 및 제 2 부시험빔이 두 서로 다른 주파장을 포함하도록 하기 위해서, 시험빔을 제 1 및 제 2 부시험빔으로 나누는 단계 이전에 서로 다른 파장의 시험빔을 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 간섭계를 사용한 시험편의 다중표면 측정방법.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 별개로 검출하는 단계는 각각의 주파장의 시험광과 기준빔 일부분 사이에서 동시에, 별개로 간섭신호를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  35. 제 34 항에 있어서, 두 주파장 모두에 대해 가간섭성 빛의 서로 다른 두 주파장 중 어느 하나보다 더 긴 파장의 신호와 균등한 표면 변화에 대한 감도를 갖는 간섭신호를 생성하기 위해 주파장들에 대해 검파된 간섭신호들을 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  36. 제 24 항에 있어서, 상기 추가적으로 나누는 단계는 시험빔을 제 3 시험빔으로 나누는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 포커싱하는 단계는 제 3 부시험빔을 시험편의 제 3표면을 별개로 측정하기 위해 서로 다른 초점으로 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  38. 제 37항에 있어서, 상기 위치시키는 단계는 제 1 및 제 2 부시험빔의 초점을 시험편의 제 1과 제 2 및 제 3 표면을 벗어나게 위치시키면서 제 3 부시험빔의 초점을 시험편의 제 3 표면위로 위치키는 것을 포함하며, 시험편의 제 3 표면을 따라서 제 3 부시험빔을 상대적으로 이동시키는 추가적인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 역반사하는 단계는 제 3 부시험빔을 시험편의 표면위의 초점으로부터 제 3 부시험빔을 역반사시키는 단계 및 상기 유도하는 단계는 기준빔과 함께 역반사된 제 3 부시험빔을 검출기로 근접 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 별개로 검출하는 단계는 부시험빔 중 어느 것이 시험편의 제 1 이나 제 2 또는 제 3 표면 중 어느 하나 위에 초점을 위치되도록 하는지에 따라 기준빔과, 제 1 과 제 2 및 제 3 부시험빔 사이에서 간섭신호를 별개로 검출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  41. 제 24 항에 있어서, 상대적 움직임의 오류를 검출하고 보정하기 위해 분리된 간섭계를 사용하여 시험편의 제 2 표면을 따라 제 1 부시험빔의 초점의 상대적 움직임을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  42. 제 41 항에 있어서, 상대적 움직임의 오류를 검출하고 보정하기 위해 분리된 간섭계를 사용하여 시험편의 제 2 표면을 따라 제 2 부 시험빔의 초점의 상대적 움직임을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  43. 제 24 항에 있어서, 공지된 기준점으로부터 기준빔과 제 1 부시험빔 사이에서 간섭신호의 모듈로 2π위상 모호성을 분석하기 위해 분리된 간섭계를 사용하여 시험편의 제 1 표면 위로 제 1 부시험빔의 초점을 위치시키기 위하여 요구되는 움직임을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  44. 제 43 항에 있어서, 공지된 기준점으로부터 기준빔과 제 2 부시험빔 사이에서 간섭신호의 모듈로 2π위상 모호성을 분석하기 위해 분리된 간섭계를 사용하여 시험편의 제 2 표면 위로 제 2 부시험빔의 초점을 위치시키기 위하여 요구되는 움직임을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중표면 측정방법.
  45. 공초점 스캐닝 간섭계로 절대 측정치를 산출하는 방법에 있어서,
    빛의 빔을 시험빔과 기준빔으로 나누는 단계;
    상기 시험빔을 초점으로 포커싱하는 단계;
    시험편의 표면에 대해서 상기 초점을 조정하는 단계;
    상기 시험편의 표면으로부터 상기 시험빔을 역반사시키는 단계;
    접합초점 가까이로 구경을 제한하는 것을 통해 상기 역반사된 시험빔을 재 포커싱하는 단계;
    간섭신호를 산출하기 위해 상기 역반사된 시험빔을 상기 기준빔과 결합하는 단계;
    간섭신호의 시험빔 성분변화를 측정하는 단계;
    초점이 측정된 간섭신호의 변화에 기초하여 시험편의 표면위로 위치하는 위치를 결정하는 단계;
    초점이 시험편의 표면위에 위치하는 위치로 공지된 기준점에 대해서 초점의 상대적 움직임을 별개로 측정하는 단계; 및
    시험표면의 절대적 측정을 산출하기 위하여 공지된 기준점에 대해서 측정된 초점의 상대적 움직임에 기초하여 간섭신호의 위상모호성을 분석하는 단계;
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 절대 측정치 산출방법.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 별개로 측정하는 단계는 초점의 상대적 움직임을 측정하기 위하여 분리된 간섭계를 조정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 측정치 산출방법.
  47. 제 46 항에 있어서, 공지된 치수를 가지는 마스터의 표면위로 놓인 위치로 초점을 이동킴으로써 분리된 간섭계를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 측정치 산출방법.
  48. 제 47 항에 있어서, 상기 조정하는 단계는 간섭신호의 측정된 변화에 기초해서 마스터의 표면위로 초점이 놓이는 위치를 결정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 측정치 산출방법.
  49. 제 45 항에 있어서, 시험빔을 제 1 및 제 2 부시험빔으로 나누는 단계를 더 포함하며, 상기 시험빔을 포커싱하는 단계는 제 1 및 제 2 부시험빔을 별개로 시험편의 제 1 및 제 2 표면을 측정하기 위해 서로 다른 초점으로 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 측정치 산출방법.
  50. 제 49 항에 있어서, 상기 초점을 조정하는 단계는, 제 1 표면을 측정하기 위해 제 1 부시험빔의 초점을 시험편의 제 1 표면위로 위치시키며, 제 2 표면을 측정하기 위해 제 2 부시험빔의 초점을 제 2 표면위로 위치시키는 부단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 측정치 산출방법.
  51. 제 50 항에 있어서, 상기 시험빔을 역반사시키는 단계는 제 1 및 제 2 부시험빔을 시험편의 표면위로 제 1 및 제 2 부시험빔 각각의 초점으로부터 역반사시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 측정치 산출방법.
  52. 제 50 항에 있어서, 부시험빔 중 어느 것이 시험편의 제 1 및 제 2 표면 중 어느 하나위로 초점이 위치되는지에 따라서 기준빔과, 제 1 및 제 2 부시험빔 사이에서 초점간섭신호를 별개로 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 측정치 산출방법.
  53. 제 45 항에 있어서, 서로 다른 주파장들을 가지는 가간섭성 빛의 두 빔을 산출하는 단계를 더 포함하며, 상기 나누는 단계는 서로 다른 파장 빔들 각각을 시험빔 및 기준빔으로 나누는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 측정치 산출방법.
  54. 제 53 항에 있어서, 주파장들 각각의 시험빔 일부 및 기준빔 일부 사이에서 간섭신호들을 동시에 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 측정치 산출방법.
  55. 제 54 항에 있어서, 두 주파장들 모두에 대해 가간섭성 빛의 서로 다른 두 주파장들 중 어느 하나 보다 더 긴 파장을 갖는 주파장들을 위해 표면변화등가를 위한 감도를 가지는 간섭신호를 산출하도록 검출되는 간섭신호 결합 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 측정치 산출방법.
  56. 제 55 항에 있어서, 상기 간섭신호의 위상모호성을 분석하는 단계는, 가간섭성 빛의 서로 다른 두 주파장들 중 어느 하나 보다 더 긴 파장을 갖는 주파장들을 위해 표면변화등가를 위한 감도를 가지는 간섭신호의 위상모호성을 분석하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 측정치 산출방법.
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