TWI282405B - Overlapping common-path interferometers for two-sided measurement - Google Patents

Description

1282405 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 藉由干涉儀對含有元件組合的不透明元件之兩侧量測 包含分離地量測兩侧以及將分離量測相對彼此地產生關連 作為在兩侧間作比較。元件參數比較包含三維形式，外形 平坦度，平行度，以及厚度。 ’ ’ 【先前技術】 、不透明元件相對兩側表面之量測使用傳統干涉儀難以 元成，特別疋各別地篁測兩侧例如測定每一侧之平坦度及 相對彼此置測兩侧例如測定平行性及厚度。例如能狗使用 分離干涉儀以各別地量測兩侧以測定平坦性，但是每一量 測與另外-侧並不相關之相對制。已使用包;多個組合 鏡子之干涉儀以同時地量測兩侧以測定出厚度變化，但/ 合併量測並不區分出兩侧之差異。 尺 量測塊之相對兩侧及其他平坦部份已對共同底座表面 分別地置測，但是結果決定於底座之難以預測變化 量測塊第一侧按裝於平坦底座表面上，以及量測塊之’ ，及參考絲藉由乡紐干涉儀職影像，該干 但置測置測塊之帛二侧的變化，同時制量測塊二 差方法假設量測塊之第；則藉 由參考表面適*地表不，按裝表面作為量測厚度及 途。不過，屬於實際量測目的之表面不麵縱 = 染會扭曲比較性之量測。 涉儀)以同時地量測不透明元件相對兩側表面。作許— === 及使用來界定出兩個干涉儀 ϊϊ: ίίί時半5明光學平坦部份位於兩個干ii 已ί的曰方排兩個長波長干涉儀(即紅外線干 % 變化發生於對光學平坦部份财之後。每—干涉儀 ϊΐί可肤細邮—干频制ϋίΞ儀 第5 頁 1282405 已的參考表面，以及兩個參考表面對光學平坦表面之標定 進乂亍不同次數以及在不同的條件下之量測加入相當複雜度 以及誤差的機會。 、 【發明内容】 f發明一項及多項優先實施例結合兩個共同路徑干涉 儀以量測含有元件組裝之不透明測試元件的相對兩侧。至 少一個共同路徑干涉儀為頻率偏移或其他長距離干涉儀相 對於彼此地量測兩個干涉儀之參考表面。兩個共同路徑之 干涉儀端部對著端部排列使得各別參考表面形^之量&空 1 空跨越不透明測試元件。一個干涉儀量測不透明測試元件 第一侧上對應點與其參考表面間之距離。其他干涉儀量測 不透明測試元件第二侧對應點與其參考表面間之距離。兩 ^重疊干涉儀至少—侧如頻率偏軒涉儀亦量測兩個參 表面上對應點間之距離。在不透明測試元件相對兩侧上 點間的距離能夠由其兩侧及兩個參考表面之相對量測計算 出。不透明測試元件每一側能夠各別地界定出以及空間地 與另外一侧相關以組構出不透明測試元件之三維表=。 一因而，本發明呈現出擴展光學干涉儀之精確度超越單 一干涉儀普通視場達成不透明測試元件之三維表示。具有 不透明表面測試元件之相對兩侧能夠各別地量測至傳ί充相 干涉儀之一般精確度錢彼此相關具有類似的精確 測。參考絲量繼絲财翻測試元 表面之兩録酬時地進行以避免對時間錄 之才=疋秩差。因而，能夠在製造或其他非實驗室環境下進 行量測以及適應定位及對準之誤差，因為參考 巧重疊干涉儀自動地自行標定。任何對參考表面之空間 指向之變化能夠同時地與相對兩侧表面進行量測。二曰5 兩個參考表面能夠相對彼此經由單一額外量 定，其中需要多個額外量測對獨立的基準面標冑兩個參考不 1282405 表面。不過，能夠使用兩個干涉儀在其參考表面之間作相 同的量測以更進一步標定兩個干涉儀相對於彼此之結果。 本發明一項為獨立地及相對彼此地量測不透明元件相 對兩侧表面，其包含具有第一及第二參考表面之第一及第 二干涉儀，該參考表面位於至少一個干涉儀視場内。第一 干涉儀放置作為量測不透明元件第一側上對應點與第一參 考表面間之距離。第二干涉儀放置作為量測不透明元件第 二侧上對應點與第二參考表面間之距離。除此，第一干涉 儀被放置作為量測第一及第二參考表面上相對應點間之距 離。處理器依據參考表面之相對量測將不透明元件第一及 苐一侧相對於彼此之量測產生關連。 優先地，提供底架以放置不透明元件於第一及第二I 考表面之間使得不透明元件之第一側相鄰於第一參面 及不透明元件帛二侧相鄰於第二參考表面。兩個參考表面 優先地為部份透射的及部份反射的。第一干涉儀優先地具 有由第一參考表面反射之第一參考路徑，以及第一測試路、 徑，其包含透射至及由不透明元件第一侧透射經由第一參 考表面，以及第二干賴優先祕有由第二參考表面反^ 之第，參考路徑，以及第二測試路徑，其包含透射至及由不 透明元件帛—側透射經由||三參考S面。第-干涉儀優先 ίίίί，’其包含透射至及由第二參考表面透射經 由第一參考表面。 及弟一參考表面間之距離内波長為主 ======= 1282405 ，徑長度的差值。第二干涉儀包含第二干涉表面以及傳送 第二量〒絲之第二絲路徑以量_徵元件帛二侧表面 及第二拷表關之絲路徑紐喊值。帛-干涉儀之 第了光學路線延伸過測試元件之第一側表面至第二干涉儀 之第二參考表面以量測第—及第二參考表關之光學路徑 長度^差值。處理n合併測試元件第—及第二條面及第 -及^二參考表面間各別光學路徑長度差值之量測以及第 -及第二參考表關之絲雜姐差侧制以量測出 測試兀件之第一及第二側表面間的距離。 第 一弟一无+路徑優先地與第二光學路徑重疊於測試元件 不一侧表面與第二參考表面間之長度。第一參考表面 地將第1測光束分裂為由第—參考表面反射之第一參考 ，束以及透射通過第-參考表面之第—測試絲。第二測 试光束優先地包含由測試元件第一側表面反射之第二橫向 3以及由第二參考面積反射之主要橫向面積。第一須;試 光束之主要及第二橫向面積優先地接觸測試元件之 表面以及第二參考表面於接近垂直入射處。 處理器優先地導出（a)測試元件第一側表面盘第一喪 it面間平行性之量測，⑹測試it料二侧表面與第; ^表，平行性之第二量測，以及(c)兩個參考表面間平行 計算測試元件第 試元著第第 ③-侧!面第一光學路徑重疊於測試元 、、，々弟 > 考表面間之長度。處理哭對出筮一 干涉儀在第-及第二參考表面間光學路徑長度差值之量測 1282405 以及由第二干涉儀在第一及第二參考表面間光學路徑長度 差值之量測作比較量測出第一及第二干涉儀間之差值。 本發明另外一項為干涉性系統以各別地及相對於彼此 地量測測試元件之相對兩侧，該系統包含第一及第二干涉 儀排列成作為量測測試元件之相對兩側。干涉儀具有至少 了個光’以產生第-及第二制光束以及形成影像次系統 以，用第-及第二量測系統制試元件相對兩侧形成影像 二第-干涉儀具有第-參考表面，其將第一量測光束分裂 ，一參考光束以及第一測試光束以量測第一參考表面及測 試元件相對兩侧之第一侧間以及第一參考表面及第二干涉 ^第二參考表關之光學路徑紐差值。第二干涉儀具有 參，表面，其將第二量測光束分裂第二參考絲錢第二 ^式光束以I測第二參考表面及測試元件相對兩侧第二侧 二，士學路控長度差值。第一測試光束具有由測試元件第 :侧表面反射之主要橫向面觀及由帛二干賴第二參考 ，，射之第二橫向面積。第二測試光束具有由測試元件 則^射之橫向面積。形成影像次成干涉圖案影 像错由第一量測光束在第-參考麵及測試元件第 之f，⑹藉由第二物錄在第二參考表面及測試元 ϊίϊ iL以及(c)藉由第一量測光束在第一參考表面 ^二二考表面之間形成干涉圖案影像以定位測試元件 弟一側相對於第一及第二參考表面。 - ϋί i 分裂11導⑽-制絲朝向第 丨末自第-參考表面測試元件第一側以及第二參考表面 第 9 頁 1282405 導引第二量測光束朝向第攝失^ 裂器優先地 為偏極光束分裂哭以二第_ 2第二光束分裂器優先地 ί;Γ二也=「改變偏極元件位於第-光束二 i麟來自第二聽機之制光束以及作 為隔離來自弟一攝影機之量測光束。 變化，涵使縣束分飢其將絲分裂為第 二置測光束及再導引第一及第二量測光束至形成影 像二人糸統。光束分裂器優先地為偏極光束分裂器以及與第 改麦偏極元件以及第二改變偏極元件共同地運作，第一 改變偏極元件位於光束分裂器及第一參考表面之間以再導 引被反射第一量測光束至形成影像之次系統，以及第二改 變偏極元件位於光束分裂器及第二參考表面之間以再導引 被反射第二量測光束至形成影像之次系統。改變偏極元件 優先地提供作為累積偏極旋轉以作為導引第一及第二量測 光束之反射部份至形成影像之次系統以及防止第一及第二 里測光束透射通過兩個參考表面之其他部份到達形成影像 a糸統。光束分裂裔能夠為兩個光束分裂器之第一光束分 裂器。第二光束分裂器導引被反射之第一量測光束至第一 攝影機及導引被反射之第二量測光束至第二攝影機。 第二測試光束之橫向面積能夠類似於第一測試光束被 分裂為由測試元件第二側反射之主要橫向面積以及由第一 參考表面反射之第二橫向面積。能夠更進一步排列形成影 第10 頁 1282405 像，系統作為將由第二量測光束形成之干涉圖案形 於第一參考表面及第二參考表面之間。 心 因而，能夠排列第一及第二干涉儀兩者以產生干涉圖 ，第-及第二參考表面之間。第一干涉儀優先地形回 涉，案於第-及第二參考表面之間，騎地形成干涉圖案 於第一參考表面及測試元件第一侧之間。第二干涉優弈 地形成干频案於第—衫二參考表面之間，同時地形成 干涉圖案於第二參考表面及測試元件第二側之間。由於兩 個=涉儀將兩個參考表面彼此產生相關以及與測試元件各 別量測關連，測試元件之相對兩侧能夠讎她則，同時仍 然精確地相對彼此關連;因為發生於相對兩側量測間之測 件對參考表面相關的變化能夠對兩側參考表面間之摔 隨量測加以解析。在按裝測試元件之前，能夠使用贅餘量 測以更進了步標冑兩個+涉儀或量測任何與參考表面預期 本發明另外-項為量酬試元件之姆兩侧表面以及 相對彼此地定位測試元件相對兩侧表面之方法，該方法包 t按裝測試播料-干涉縣—參考表面縣二干涉儀 ^二參考表面m觀束侧通娜—干涉儀， ，二量測光束傳播通過第二干涉儀。第—量測光束之第’一 翏考光束部份由第-參考表面反射，以及第一量測光束之 第-測試絲部份透射通過第一參考絲。第一測試絲 ^要松向_由測試元件之第—舰射，以及第一測試 =束之第二橫向面義第三參考表赋射。由第一量測光 元件第—讎面之間以及第 :芩考表聽帛二參考表面之_干频案断地形成影 像0 除此，第二^測光束之第二參考*束部份由第二參考 表面反射，以及第二量測光束之帛二測試光束部份透射通 1282405 ，參考表面。第二測試光束之主要橫向面積由測試元 件之第一織面反射。由帛二量測光束Lk 面^試元件第二絲面之間辭涉圖_顧彡像:由第 ίΓί制叶糊細及的二量戦束形成 侧表面 以及對測试讀苐-及第二側表面相對於彼此地定位。

、1 憂先地，本發财法亦包含辟—參考表面反射之第 二測試光束㈣沐向面積以及_地由第二量測 成干涉圖案於第二參考表面及測試元件第 及由第二量測光束形成干涉於第一及第二參考 處理之相關步驟亦包含處理纟帛二動恍束所形之 圖案於第-及第二參考表面之間以分離地定 一及第二側表面相對於每一第一及第二參考表面 同時，將，制光束產生之干涉_形顧彡像以及同時 地將第二制絲產从干糊_成影像的步驟能夠依 序地進行。 為了清楚地量測距離，第-制光束優先地偏移經由 一組多種不同的波長以及由第一量測光束形成之干涉圖案 同Μ也开》成影像之步驟包含同時地藉由在一組多種波長每 一不同的波長下第一量測光束產生之干涉圖案形成影像。 處理步驟之拌隨步驟包含處理在不同波長下第一量測光束 產生之干涉圖案以量測第一參考表面及測試元件第一侧表 面之間以及第一及第二參考表面之間的明_距離。 弟一里測光束之波長亦能夠偏移經由一組多種不同的 波長，以及由第二量測光束產生之干涉圖案形成影像的步 驟能夠同樣地擴張以包含在一組多種不同波長每一波長下 由第二量測光束產生之干涉圖案形成影像。處理步驟亦能 夠包含擴張以包含在一組多種不同波長每一波長下處理由 弟一罝測光束產生之干涉圖案以量測測試元件第二侧表面 第12 頁 1282405 及第二參考表面之間清楚的距離。 【實施方式】 及統10、結合第—及第二_雜干涉儀12 «11 ^頻率_ _猶衡料所構成的元件 2

麓一乃ϊ光ί22及24以及第一及第二光束成形器26及28 ϋ及弟r光源22及24優先地為頻率可調整光源以產生 各,i第一及第二量測光束32或34,其能夠經由一系列不同 的波^加以變化以實施頻率偏移干涉儀。第一及第二光束 成形器26及28優先地包含光束擴展器及準直器以建立預 決定橫向尺寸之第一及第二量測光束32及34。

，一及第二光源22及24優先地為半導體二極體雷射具 有可調整回授系統經由一系列不同的頻率以偏移雷射頻率 〇特別適合於實施本發明之該頻率可調整光源的範例揭示 於本公司美國第10/946692號專利申請案中，該專利名稱為 Mode-Selective Frequency Tuning System,以及美國第 6690690號專利申請案，該專利名稱為Tunable匕紗

System having an Adjustable External Cavity,這些專 利說明在此力ϋ入作為參考。 在這些各別第一及第二干涉儀12及14,第一及第二量 測，束32及34沿著第一及第二共同光學路徑36及38傳播通 過弟及第一遮光器42及44以及第一及第二光束分裂器46 及48於到達第一及第二分裂板52及54之前。第一及第二遮 光器42及44之開啟及閉合優先地藉由共同處理器/控制器' 50調節以交替地封閉由一個第一及第二光源22或24發^光 線之傳播以防止由一個干涉儀12或14發出之光線與另一干 涉儀14或12發出之光線混合。第一及第二光束分裂器46及 第13 頁 1282405 48傳送部份第-及第二制光束32及34沿著第_及第二共 同路徑36及38至第-及第二區分板52及54以及由第一及、第 二，分板52及54反射折返部份第一及第二量測光束32及34 沿著第一及第二共同光學路徑36及38至包含於成像次系統 之各別第-絲二攝職％及58。第-及第二献分裂器 46及48能，依據分裂振幅或偏極採用薄膜形式光束分裂器 ，光束分裂器立方體，或光束分裂器板。攝影機56及58優先 地包含感測器陣列以經由任何成像光學元件之視場量測光 束強度將測試元件20成像於另外一侧。 第-及第二干涉儀12及14之第一及第二共同路徑36及 38由光束分裂器46及48以單一方向延伸至第一及第二分裂 板52及54以及以另一方向至第一及第二攝影機56及58。^ 圖2所示，第一及第二分裂板52及54包含各別第一及第二參 考表面62及64,其將第一及第二量測光束32及34分裂為第 一及第二測試光束66及68以及第一及第二參考光束72及74 。第一及第二參考表面62及64將第一及第二參考光束72及 74向後反射沿著第-及第二共同光學路徑36及38以及透射 ，一及第二測試光束66及68朝向不透明測試元件2〇之相對 第-及第二酬16及18。分裂板52及54麟翻Fizeau物 鏡或視窗形式或由透射性光學材料製造出。不過，參考表 面62及64優先地為平面性，兩者為部份反射及部份透射的 。需要部份反射性以反射參考光束72及74，以及需要部份 透射性以兩次透射光束66及68。參考表面62及64優先地延 伸垂直於共同光軸及沿著共同光軸跨越不透明元件2〇。分 裂板52之外侧表面61及65優先地製造為抗反射性或相當傾 斜的如圖所示以避免產生額外的反射而沿著量測路徑傳播。 兩個參考表面62及64界定共用量測空腔4〇於其之間 兩個干涉儀12及14重疊·勤。除了在共用#^腔3内 ，各別里;則光束32及34之測试及參考光束％及34部份彼此 第14 頁 1282405 噎，使得在共同路徑干涉儀12及14内擾動效應得到缓和 :在共用量測空腔内，部份測試光束66及68彼此重疊作為 將兩個干涉儀12及14量測產生關連之依據。第一共同路徑 :涉儀12之第一測試光束66沿著第一測試路徑傳播超過參 =表面62。第一測試光束66之主要橫向面積7〇(顯示;^圖 =影像内）由不透明測試元件2〇第一侧16反射，以及第一測 ϋ 66之第二橫向面積71由第二共同路徑干涉儀14之第 一參考表面64反射。因而，第一及第二測試光束之第二橫 =面積71及81沿著整個第一及第二測試路徑76及78重疊跨 越，個干涉儀12及14參考表面62及64間之共用量測空腔40 :ί了及第二職絲66及68之主要橫向面積縱向地重疊 ，5、>束66及68之第二黃向面積71及81，但是彼此並不重 79 Μ於^別反射，第一測試光束66再合併第一參考光束 ;第一多考表面62 產生主要干涉圖案82於第一參考表 俨内二Γ元件20第一侧16之間於第-測試光束66之主要 70内以及第二干涉圖案83於第一參考表面故及第 一二考表面64之間於第一測試絲66之第4黃向面積71内 光射，第二測試絲68再合併第二參考 ί 2〇^f#J 18 68 ^ 62 =時地記錄由第二::】==^^ 一干涉圖案84及85的影像。 正常地記錄由測試及參考絲間干涉所產生之強产 父化的干賴案具有非常有限模糊輒_該區間強^ 第15 頁 1282405 慮元件2_物“所考 祕i而，兩個共同職干涉儀12及14優先_列以收集 並用;^延伸⑤職糊_极*_細以量測橫越、 = 腔40。優先方式包含排列至少一個以 圖由丁门曰、八…Ρ巧两千询秒卞沙儀，其收集一個範 圍内不同置測光束波長之干涉數據。由干涉光束產生 關健度鱗離及破雜干涉週舰則方ΐ 變化因而導致光束頻率逐漸地改變，以及變化週期率與干 涉光束間之光學路徑長度差值成比例。處理器/控制^ 5〇 優先地排列與攝影機56及58結合，其包含架構擷取器以記 錄一組多種不同量測光束每一頻率下成像於攝影機56及弨 感測态陣列之干涉圖案。每一圖素之強度數據優先地以一 組排列及記錄以產生該圖案之量測光束頻率。與圖素強度 改變率相關之額外資料為量測光束頻率之函氣該資料以 處理斋50计算而解析在相當大距離範圍内之干涉^測。 一項適合使用於本發明之頻率偏移干涉儀範例揭示於 美國第10/465181號專利申請案中，該專利名稱為c〇mm〇n 一 Path Frequency-Scanning Interferometer。處理過程之 更進一步說明可參考美國第6741361號專利，該專利名稱為 Multi-Stage Data Processing for Frequency-Scanning Interferometer,以及美國第10/946690號專利，該專利名 稱為 Phase-Resolved Measurement for Frequency-Shifting

Interferometry,兩個專利在此力σ入作為參考之用。 第一干涉儀12量測第一參考表面62上對應點與測試元 件20第一侧表面16間之光學路徑長度差值朽以及第一參考 1282405 表面62上對應點與第二參考表面64間之光學路徑長度差值 Ri。第二干涉儀14量測第二參考表面64上對應點與測試元 件20第二侧表面18間之光學路徑長度差值p2#及第二參考 表面64上對應點與第一參考表面62間之光學路徑長度差值 R2 〇 第一及第二侧表面16及18之兩個干涉性量測朽及？2能 夠結合第一及第二參考表面62及64之量測沁或吣將兩侧表 面16及18量測相對彼此地關連，作為例如計篡厚声十夕夫粉 以及側表面16及18間之平行度。第一及第二參考1面^及 64上對應點間之距離量測以及參考表面62及64假設形式能 夠作為計算參考表面間之其他對應點處距離量測的計算^ b 該其他對應點與參考平面上對應於不透明元件第一及^二 侧上之點重疊。處理器5〇提供作為量測不透明元件第一及 ，二侧16及18上對應點間之元件厚度，其藉由不透明元件 第一及第二侧16及18上對應點及第一及第二參考表面砬及 64,之距離朽及朽各別量測值扣減第一及第二參考表面上 重疊點間级離，該距離由第一及第二參考表面上其 應點間之距離量測值導出。 、 第一及第二參考表面62及64之第二量測Ri或

作為制兩個干涉儀12及14翻量測空H #20 ^ 18 ° 個干涉儀 定卿餘量測能夠使兩 閉遮4 42 第#儀步^能夠加以操作藉由關 盥亓杜90 邮 朁代遮光斋，孔徑能夠改變大小 ^件2〇相關以封閉到達第4向面積83或85 。 第17 頁 1282405 ^一^第二雷射光源22及24能夠在相同的或不同的光 束頻率下操作。例如，一個光源22或24之頻率範圍能夠不 Ϊ於f 一光源24或22之頻率範圍。兩個光源22及24之頻率 範圍此夠重疊，然而由兩個光源22及24之瞬時頻率輸出能 夠不相同。能夠使用一個或多個頻譜濾波器替代遮光器42 及4\以防止兩個干涉儀12及14間之負面光線混合。該頻譜 濾波器優先地相鄰於攝影機56及58或為其零件。 兩個干涉儀12及14成像系統間之光線混合優先地避免 以保持所需要之影像對比。不過，儘管該混合，干涉圖案82 ，83,84,及85仍然藉由扣減升高之光線背景值進行評估。 例如，干涉性量測系統10能夠操作藉由採用攝影機56或58 或相關處理軟體而不使用遮光器42及44以適合扣減干涉儀 12及14間交換之背景光線提高的數值。 另一干涉性量測系統90顯示於圖4中，其使用偏極管理 以分離重疊第一及第二共同路徑干涉儀92及94間之光線。 類似參考數字適用於干涉性量測系統10中之共同元件 替代遮光器之量測系統90包含各別相匹配第一及第二 改變偏極元件102及104結合第一及第二偏極光束分裂器一％ 及98。第一及第二改變偏極元件1〇2及104優先地為^分之 一波板排列為彼此濃補的(例如朝向雙折射軸為土45度）。 第一及第二偏極光束分裂器96及98藉由透射一個垂直偏極 分量(例如偏極光線)以及另一垂直偏極分量(例如為p偏極1 光線)將第一及第二光源22及24發出無偏極光線^變為線 性偏極光線。亦能夠使用預先偏極光束分裂器以初於透^ 通過偏極光束分裂器96及98。 ° ' 由於最先接觸第一及第二改變偏極元件102及1〇4各 別量測光束32及34由線性偏極光線(例如s偏極光線)轉 為圓形偏極光線。由共用罝測空腔100折回之圓形偏極先 線由於與第一及第二改變偏極元件1〇2及1〇4第二欠接觸而 1282405 轉變為相互垂直之偏極分量(例如為{)偏極光線）。具有第 -及第二錄光束分龍96及98之第二細相互垂 直偏極S測絲36及38朝向細之帛n攝影機56及 58 〇 々任何由第一干涉儀92發出通過共用量測空腔1〇〇進入 第一干涉儀94之圓形偏極光線接觸辅助改變偏極元件^ 〇4 其效應與改變偏極元件102相反以及透射線性偏極光線(例 如s偏極絲)通過偏極光束分裂!| 98而非反射光線朝向攝 影機58。同樣地，任何由第二干涉儀94發出通過共用量測 空腔100進入第-干涉儀94之圓形偏極光線接觸辅助改變 偏極元件102,其效應航變偏極元件1〇4相反以及透射線 性偏極光線(例如s偏極絲)通過偏極絲分裂器恥而 反射光線朝向攝影機56。 另外一個測試元件110按裝於量測空腔1〇〇内之 =112上。測試元件11〇之支撐配件112，以及本發明所 任何测試元件之支撐配件，包含如圖所示週邊支撐或、 =元件任何一側上之支撐。如圖5所示，測試元件⑽具 央部份114之環狀。類似於先前實施例，參考表 及 ϋ射第-及第二制絲32及34之第—及第二參 〇刀>2及74以及透射第一及第二光束部份66及68。 ^ +第一測試光束66具有主要橫向面積120(顯現於圖6A % 狀與測試元件12G之第一側表面116環狀相匹A/ =弟一 k向面積121與測試元件110之中空中央部份114 ^圓^相匹配。第一測試絲66之主要橫向面積12〇由測 ，，衫機56感測器陣列上形成之影像為主要干涉圖案 形成於第一參考表面62反射以及測試元件12〇第_ 面116之間，以及弟二干涉圖案123,其形成於第一及第 第19 頁 1282405 二參，表面62及64反射之間。 ㊉ 顯環 之圓形;S面^==牛110之中空中央部份1H 試元件120之望本^束68之主要橫向面積130由測 測試元件又面18反射。第二^黃向面積131通過 5H58感測器陣列上形成影像為主要^涉圖案124 參考表面64反射以及測試元件12G Hi !^·干涉隨25,其形成於帛 «蝴，表㈣反射 參考表面62及64反射之間 相二或地 Γ關及 要空間地與相對兩侧表面116及118量測彼此地 相關，1測空腔100之贅餘量測提供作為監測任何會 影響第一及第二干涉儀92及94之擾動。假如兩個干涉儀92 及94提供量測空腔1〇〇大約相等地量測(即參考表 ^離)於已知誤差内，由兩個干涉儀92及94所作測試元件 相對兩侧表面116及118之量測能夠以高信心度地空間 f彼此相關(例如在相同已知誤差内）。量測空腔1〇〇兩&曰 量測之平均值能夠使用來更精確地將兩個相關表面62及64 彼此地相關以平衡任何量測之誤差。可加以變化，能夠依 據較佳地使參考表面62及64之兩個同時量測相等所需^之 系統改變對相對兩側表面116及118之一個表面或另一個 面之量測作改正。 一 衣 顯示於圖7中另一干涉性量測系統14〇利用單一攝影機 146收集第一及第二共同路徑干涉儀142及丨44之干涉^數 第20 頁 1282405 Ϊ兩器152及154提供其他阻隔光線_通 156 ^ Jig 光線被阻隔而無法到達攝影機146。 義4或142之 …光束分裂盗160合併干涉儀142及144之第 丘 斷 160 156以及、15f，使得雖然被遮光器152及154中『 仏及158通達單一攝影機146。雖鈥光束分 以及光束分裂器46及48職作為強度區 之先線。例如，光束分裂器％及98以及量測干涉系 纖姆恤多由量測 :管理，相互垂直:偏極光二要兩兩個個=^^ 有Hi作為偏極光束分裂器以更 Ϊ 8 及144之光線至單一攝影機146 〇 攝旦^ 縣統17G _單—絲⑺及單- 顺場作義重疊共同 17ίΓ^Γ、儀172及174。偏極光束分裂器180分裂單一光源 如=^第一及第^目互垂直偏極量測光束182及 偏極細。由於第—魏第—及第二改變偏 -及第二遮極先_縣®形雛光線。第 二量測光束J及^作為其他方式_第一及第 量測中ηγ〇 $第-及第二兩側116及U8錄也 ii以I里測弟一侧第一遮光器192使線性偏極(例如S 置測光束182到達共用量測 U194以阻隔第二量測光細更進-步傳播。 第21 頁 1282405

件110之第一侧表面116以及第二參考表面64反射之光線與 由第一參考表面反射之光線合併以及共同地向後傳播通過 第一遮光器192以及第一改變偏極元件186，向後到達偏極 光束分裂器180為相互垂直之線性偏極(例如P偏極)光線， 其被反射朝向攝影機178。同樣地，為了量測第二側118,第 二遮光器194被敞開使線性偏極(例如p偏極)第二量測光束 184到達共用量測空腔190,以及遮光器192加以閉合以阻隔 第一量測光束182之更進一步傳播。由測試元件110第二側 表面118以及由第一參考表面62反射之光線與由第二參考 表面64反射之光線合併以及共同向後傳播通過第二遮光器 194以及第二改變偏極元件188,向後到達偏極光束分裂器 180為相互垂直線性偏極(例如s偏極)光線，其透射朝向攝 影機178。 /囚而，當遮光器192被敞開以及遮光器194被關閉時，搨 影機178同時地記錄第一參考表面62及測試元件第一側表 面116間之主要干涉圖案i2〇(參閱μ)以及第一及第二參考 表面62及64間之第二干涉圖案m。可加以變化，當遮>光器 ^被敞開以及遮光器192被關閉時，攝影機178同時地記錄 第二參考表面64及測試元件之第二侧表面118間之第二千” ，案13G(參_)以及第一及第二參考表面62及 弟二干涉圖案131。 ]之 ^ 等使ί 二:大 l j8不同日獨進行里測，使用相同的光源口6及相 機178減小干涉儀172及174間之系統誤罢㈣A、攝衫 參考表面62及64間之多餘量測以^測對^對用兩個 A118 0 第22 頁 1282405 估或補償暫時性之影響。 統之另一干涉性量測系 同路徑干涉儀202 L〇f以ιίϋ者端部麟列兩個共 側16及18。任何一個干+試元件20之相對兩 列具有單-光源，7其^^^=^^40亦能夠排 光束以^別地傳播通過重叠干，步儀_刀衣為兩個量測 176 ^出量 ^ ^極光細請分裂單-光源 例如Λ Θ目互垂直之偏極量測光束212及214( Μα為s偏極及ρ偏極光線）。由於 4 ι ί 2及214同時地沿著各別干涉儀202及204之第 f二ΐ同路徑216及218傳播朝向共用制空腔210。 、苐一f測光束212由第一參考表面62反射為參考光束 以，測試元件第一侧表面16以及第二參考表面64反射為 ^試光束=不同的橫向區段。第一量測光束之反射部份沿 著共同路^ 216折返通過改變偏極元件186第二次到達偏極 光f分裂态180。與改變偏極元件丨86第二次接觸將折回第 一I測光束212由圓形偏極光線轉變為相互垂直之線性偏 ，(例如為p偏極)光線，其由偏極光束分裂器18〇反射朝向 第二偏極光束分裂器220以及攝影機206及208。第一量測 光束之不想要部份能夠透射通過共用量測空腔21〇以及進 入第二干涉儀204,沿著第二共同路徑218傳播朝向光束分 裂器180。與改變偏極元件接觸產生結果類似於與改變元 件186接觸，其藉由將第一量測光束不想要部份轉變為相互 垂直線性偏極(例如為p偏極)光線。第一量測光束之不想 要部份由不同方向接近光束分裂器180以及隨後由光束分 裂器180反射導引不想要部份離開攝影機206及208。 同時地，利用第一量測光束212之反射，第二量測光束 第23 頁 1282405 2i^mir_64反射為參考光束以及由測試元件第 向部上第二量測光—束參表之 第二次到達偏 180 衣為220以及攝影機2〇6及观二 :

SiF==3F 束刀W器180以一個方向離開攝影機206及208。 =f ί 3Λ之干涉圖案如同兩個重疊干涉細=分 2〇2 ^ 204 巧合=二=含 表光 245,及249。共用量測空腔23〇能夠加膽任何 一個先前所說明之干涉量測系統1〇, 9〇, 14〇，及2〇〇。 第24 頁 1282405 R9 第二量測光束242及244由第一及第二參考表面 β 1為反射參考光束246及248以及透射測試光束 第 。測試光束252具有主要橫向面積250(顯示於圖 私，兩個第一侧表面241及243反射以及圍繞著第二 ΐ 1西Ϊ 251，其由第二參考表面64反射。測試光束254具 w ίίί面積26〇(顯示於圖11B)，其由兩個第二侧表面 ^2^7,及249反射以及圍繞著第二橫向面積261，其由 一參考表面62反射。 心後’第一測試光束252與第一參考絲246合 μ主產生第—主要干涉圖案256於第-侧表面241及第-之間，第二主要干涉圖案258於第一侧表面243 ίϋ考表面62之間，以及第二干涉_ 259於第一及第 表面62及64之間。第二測試光束254與第一參考光 w 生第一主要干涉圖案264於第二侧表面 及苐二參考表面64之間第二主要干涉醜266於第一 第一參考表面62之間，第三主要干涉圖案於第 則表面249及第二參考表面64之間以 269於第一及第二干涉表面62及64之間。 / ’ 、藉由頻率偏移干涉儀改變量測光束頻率以及處理變化 干涉圖案256及258能夠機為第一侧表面離第一來 ΐίΐ 62間距離之量測Pla及Plb，干涉圖案264,挪，及268 %夠轉，為距離量測P2^Pa以及第二側表面地247，及 參考表面64間之轉變，以及干涉圖案259及咖能 為第-及第二參考表面62及64間之多餘距離量測沾 及。依據這些量測，能夠使用更進一步處理以解析相對 1，243 以及 245,247,及 249 間如為_ t t2。實際上，相對兩侧表面241，243以及245, 247,以及 ^9能夠與共同基準面例如參考表面62或64以建構三 試元件240之模擬。 、 第25 頁 1282405 如圖12所示s 272(其能夠類似干涉性量測系統270之單-雷射光源 組合經由光纖27“斤_情況)能夠與絲分裂器274共同 先地，光纖276及之?供應光線至兩個干涉儀12及14。優 一EtH 土^ ’8為單模光纖以提供干涉儀U及Η之單 二Ϊ纖276及278能夠更為彈性對雷射光源272定 向及疋位於處理器50之共同外殼内。 十土雖然本购味—些攸實補滅制，熟知此技 術^ 了解由本發明内容能夠作許多變化。例如，所顯示共 用:£測空腔之參考表面水平方向地跨越測試元件，但是參 考表面議能夠朝向以跨越測試元件於垂直平面中或任何其 他指向適用於特定應用目的。 第26 頁 1282405 【圖式簡單說明】 第一圖為干涉性系統圖，其包含兩個重疊共同路徑干 涉儀，其具有分離光源以及攝影機以對不透明測試元件相 對兩侧進行量測。 第一圖為兩個共同路徑干涉儀間之共用量測空腔的放 大圖。 第三圖A顯示出由兩個干涉儀之第一干涉儀形成干涉 —案於元件一侧及第一干涉儀參考表面之間以及兩個干涉 儀兩個參考表面之間。 第二圖β顯示出由兩個干涉儀之第二干涉儀形成干涉圖 案於元件另-侧及第二干涉儀參考表面之間以及兩個干涉 儀兩個參考表面之間。 句第四圖為另-干涉性系統圖，其包含兩個重曼共同路 涉儀，其料偏極管轉紗分_義干涉儀所作 之1測。 為第四圖兩個共同路徑干涉儀間之共用量測空 腔的放大圖。 κΐίΐΑ顯示出由第五圖兩個干涉儀第一干涉儀形成 個案於元件—侧及第—干涉儀參考表面之間以及兩 個干f儀兩個參考表面之間。 ^ B顯示出由第五圖兩個干涉儀第二干涉儀形成 兩個於70件另—舰帛二干涉儀參考表面之間以及 兩個：涉儀兩個參考表面之間。 秤千d為另一干涉性系統圖，其包含兩個重疊共同路 i影;Γ共用攝影機以間隔地將測試元件相對兩侧形 秤干圖甘為^一干涉性系統圖，其包含兩個重疊共同路 仏干f儀，其共用光源及攝影機。 第九圖為另一干涉性系統圖，其包含兩個重疊共同路 第27 頁

Claims (1)

1282405 十、申請專利範園： =====恤调統，其獨立 第一干涉儀，其具有第一參^表面. ，二干涉儀，其具有第二參考Ϊ:; 第一及第二參考表面位於至少一 考SI對 ==__娜二做第二參 應雜纽料制帛-对二辦表面上對 第不透明·及 中包含底座以放置不 申請專利細第2項之系統，其中第一及第二參考表 面為邛份透射的以及部份反射的。 4人„範圍第3項之系統，其中第-干涉儀具有包 =第多考表面反射之第一參考路徑，以及包含透射至 ^由不透明元件第-概雜由第—參考絲之第一測試 及帛二干涉儀具有包含由第二參核面反射之第 =考路控以及包含透射至或由不透明元件第二侧透射經 由弟二參考表面之第二測試路徑。 匕，據申請專利範圍帛4項之系統，其中第一干涉儀亦具有 路徑，其包含透射至或由第二參考表面透射經由第一 1考表面。 6·、=據申請專利範圍第i項之系統，其中第一干涉儀為操作 於系列不同量測光束頻率下之頻率偏移干涉儀以解析波 第30 頁 1282405 長為主之量測模糊性。 7·依據申清專利範圍第5項之系統，其中頻率偏移干涉儀 供量測範圍相當大足以清楚地測定出第一及第二參考表 間之距離。 夕 8·依據申睛專利範圍第7項之系統，其中第一及第二干涉 為頻率偏移干涉儀清楚地量測不透明元件第一侧與 考表面間之距離以及不透明元件第二側與第二參考表 之距離。 〜 Γ曰1 9·依據申凊專利乾圍第1項之系統，其中第一及第二炎考表 面上點對應於不透明元件之第一及第二侧上點與第二及第 二參考表面上彼此對應點不同以量測第一及第二參考 間U巨離。 一 > 又曲 10·依據申請專利範圍第9項之系統，其中第一及第二參 表面具有假設_式，以对-及第二參考表面上 間之距離量測連同假設的形式能夠在其他對應點處作^ 表面間距離量測之計算，該其他對應點與參考表面上點重 疊而對應於不透明元件第一及第二侧上之點。 11.依據申請專利範圍第10項之系統，其中處理器提供 量測不透明元件第一及第二側上對應點間之元件厚度、ι传 藉由將不義元料-及第二_第__及第二參考對 應點間之距離量測扣減第一及第二參考表面上同位點門之 該_时帛H參考技上其他__;£ 離量測導出。 12· —種量測測試元件之干涉系統，測試元件 二側表面，_統包含·· ^ 第一干涉儀，其具有第一參考表面以及傳送第_量測光 束之第一光學路徑以量測測試元件第一侧表面與參 表面間之光學路徑長度差值； 夕 第二干涉儀，其具有第二參考表面以及傳送第二量測光 第31 頁 1282405 束之第二光學路徑以量測測試元件第二側表面與第二來考 表面間之光學路徑長度差值； ~> 弟一干涉儀之第一光學路控延伸超過測試元件之第一側 表面到達第二干涉儀之第二參考表面以量測第一及第二參 考表面間之光學路徑長度差值;以及 一$ 處理器，其將測試元件第一及第二侧表面與第一及第二 參考表面間之光學路徑長度差值的量測與第一及第二來考 表面間光學路径長度差值之1測結合以量測測試元件第一 及第二侧表面間之距離。 依據申請專利範圍第12項之系統，其中第一光學路徑與 第二光學路徑重疊於測試元件第二侧表面與第二參考表面 間之長度。 lj·依據申請專利範圍第12項之系統，其中第一參考表面將 第一量測光束分裂為由第一參考表面反射之第一參考光束 以及透射通過第一參考表面之第一測試光束。 15·依據申請專利範圍第μ項之系統，其中第一參考光束包 含由測試元件第一侧表面反射之主要橫向面積以及由第二 參考表面反射之第二橫向面積。 16·依據申請專利範圍第15項之系統，其中第一測試光束之 主要及第二橫向面積接觸測試元件第一表面及第二參 面於接近垂直入射處。 & 17·依據申凊專利範圍第η項之系統，其中處理器提供 =出ta)測試元件第一側表面與第一參考表面間之平行度“、、 苐里測，（b)測§式元件第二側表面與第二參考表面間之平 行度第一 1測，以及(c)兩個參考表面間之平行度之第三旦 測以及結合平行性之三姆_計算_試元件之第 第二側表面平行性之第四量測。 第32 頁 1282405 徑跨越底座。 19·依據申請專利範圍第18項之系統，其中第一及第二炎 表面彼此平行地延伸。 一多’ 20·依據申明專利細第13項之系統，其中第二干涉儀 二光學路徑延伸超過測試元件之第二側表面到達第一干涉 儀之第-參考表面以量測第-及第二參考表 ς 21.依據申請專利細第20項之系統，其中第二光學路捏與 第一光學路徑重疊於測試元件第一侧表面與第一參考表面、 間之長度。 ' 22·依據申請專利範圍第21項之系統，其中處理器提供作為 將第一干涉儀量測第一及第二參考表面間之光學路徑長度 差值與第二干涉儀制第H參考表_之光學路^ 長度差值作比較以量測第一及第二干涉儀間之差值。王 23· —種1測測試元件相對兩侧之干涉系統，其獨立地以及 相對彼此地量測，干涉系統包含： 第一及第二干涉儀排列成作為量測測試元件相對兩侧； 干涉儀具有至少一個光源以產生第一及第二量測光束以 及形成影像次系統以利用第一及第二量測光束將測試元件 相對兩侧形成影像； 第一干涉儀，其具有第一參考表面將第一量測光束分裂 為第一參考光束及第一測試光束以量測第一參考表面及測 試元件相對兩侧第一側之間以及第一參考表面與第二干涉 儀之第二參考表面之間的距離； 第二干涉儀，其具有第二參考表面將第二量測光束分裂 為第二參考光束及第二測試光束以量測第二參考表面及測 試元件相對兩侧第二侧之間的距離； 弟一測试光束具有由測試元件第一侧反射之主要橫向面 積以及由第二干涉儀第二參考表面反射之第二橫向面積； 第33 頁 1282405 第二測試光束具有由測試元件第二侧反射之橫向面積； 形成影像次系統將下列產生的干涉圖案形成圖案(a)由 第一量測光束在第一參考表面及測試元件第一側之間，⑹ 由第二量測光束在第二參考表面及測試元件第二側之間 以及(C)由第一量測光束在第一參考表面及第二參考表面 之間以定位測試元件之第一及第二侧相對於第一及第二彖 考表面。 乂 24·依據申請專利範圍第23項之系統，其中形成影像次系 包含： 第了攝影機，其同時地記錄形成於第一參考表面及測試 元件第一侧之間以及第一參考表面與第二參考表面 涉圖案的影像，以及 第二攝影機，其記錄形成於第二參考表面及測試元件第 二侧之間干涉圖案的影像。 25^依據申請專利範圍第24項之系統，其中更進一步包含： 第一光束分裂器，其導引第一量測光束朝向第一參考表 ，，測試元件之第一侧，以及第二參考表面以及再導引第一 1測光束纟第-參考表面，測試元件第—饥以及第二參 表面至第一攝影機，以及 ’ 第二光束分裂器，其導引第二量測光束朝向第二參考表 面以及測試元件之第二侧，以及再導引第二量測光束由第 二參考表面以及測試元件第二侧至第二攝影機。 26·依據申請專利細帛25項之系統，其中第一及第二 分裂器為偏極光束分裂器以及更進一步包含： 第-改變偏極元件位於第-光束分裂器及第一參考表面 之，再導引反射之第—量測光束至第-攝影機， 以及 第二改變偏極元件位於第二光束分裂器及第二參考表面 =間以再導引反狀第二制光束至帛m 27.依據申請專利細㈣項之系統，其中第一及第二改變 頁 第34 1282405 28. 依據申請專利範園第23項之系統nm 光束分裂H將絲分裂絲H量ϋ3盡 ，第-及第二量測光束至形成影像S束爾導 29. 依據申晴專利細第28項之系 極光束分及更it-步包含： T7b束以病偏 、第=改變條元件位於域分絲及第— 以J導引反射之第-#啦輕形顧彡像次祕，以及曰1 於錄練1及帛二參彳表面^ 4二賴光束郷成影冑m m專利範圍第29項之系統，其中改變偏極元件提 ΐ滅^導引第—及第二量測光束之反射部 二’丨達形成棘次纽卩及防歧概過細參考表面之 1-及第二制絲的透_侧_顧彡像次系統。 疋不刀4 it以及更進一步包含： 第一攝影機，其同時地記錄形成於第一參考表 ?:=間以,及第一參考表面與第二參考表面上 干涉圖案影像，以及 第二攝影機，其記錄形成於第二參考表面及測試元件第 二侧之間的干涉圖案影像，以及 弟一光束分裂器，其導引反射之第一量測光束至第一攝 影機以及導引反射之第二量測光束至第二攝影機。 j·依據申請專利範圍第23項之系統，其中第二測試光束之 橫向面積為主要橫向面積，以及第二測試光束亦包含由第 —參考表面反射之第二橫向面積。 33.依據申請專利賴第32項之系統其中形成影像次系統 排列成將第二量測光束形成於第一參考表面及第二參考表 第35 頁 1282405 面間之干涉圖案形成影像。 34· —種量測測試元件相對兩侧表面以及定位測試元件兩 侧表面相對於彼此之方法，該方法包含下列步驟： 按裝測試元件於第一干涉儀第一參考表面及第二干涉儀 第二參考表面之間； 傳播第一量測光束通過第一干涉儀； 傳播第二量測光束通過第二干涉儀； 由第一參考表面反射第一量測光束之第一參考光束部份. 透射第一量測光束之第一測試光束部份通過第一參考表 面； 由測試元件第一側表面反射第一測試光束之主要橫向面 積； N 由第二參考表面反射第一測試光束之第二橫向面積； 同時地將第一量測光束在第一參考表面與測試元件第一 側表面之間以及第一參考表面與第二參考表面之間形 干涉圖案形成影像； 由第二參考表面反射第二量測光束之第二參考光束部份· 透射第二量測光束之第二測試光束部份通過第二參考表 面； 少又 由測試元件第二側表面反射第二測試光束之橫向面 之束在第二參考表面與測試元件第二側表面 之間產生的干涉圖案形成影像;以及 處理由第一量測光束形成之兩個干涉 3 _束形成之干麵叙制戦元件之 35.依據申凊專利範圍第34項之方法， 束之主要檢向面積，以及更進一步包一 又面反射第二测試光束之第二横向面積的步驟。> 第36 頁 1282405 36.依據申請專利範圍第35項之方法 包含利用第一及第二參考表面間’一之步驟 側表面之間的干涉目案軸雖。… - 3^申^專利範圍第37項之方法，其中同時地將第一量 =立束產生之干涉圖案形成影像以及同時地將第二量測弁 j產生之干涉®案形成娜的步彳f 〇 '' 39.依據申請專利麵第34項之方法其 旦 =光束之波長經過-組多個不同波長的步驟。 里 f依據ί請專利範圍第39項之方法其中 涉圖案同時地形成影像的步驟包含第-姻i束 州縣下帛—制縣赴干涉縣同時地 翻細㈣項之綠，其情畔驟包含處 波長下之第—制光束產生的干賴案以量 參考表面與測試元件第一側表面之間以及第-及第 一參考表面之間清楚的距離。 料纖®第41奴紐，其愧含偏移第二量 /二一束波長經由一組不同的波長之額外步驟，以及由第二 ϊ測光束產奸涉_職影像之麵擴大以包含第二量 !!光—崎—不囉長下產钱干涉醜職影像。 3·依據申請專利範圍第42項之方法，其中處理步驟包含處 if Ι^|Τϋ測光束產生的干涉圖案以量 測第二參考表面與測試元件第二侧表面之間清楚的距離。 第37 頁