[发明专利]相位法和垂直扫描法兼容的干涉方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面轮廓测量的光学干涉仪技术，尤其是一种相位法和垂直扫描法兼容的干涉方法。

背景技术

光学干涉方法和装置是一种可以实现高精度表面轮廓测量的干涉仪技术，称为光学表面轮廓仪。干涉仪技术装置的光源可以是相干光源例如激光或者不相干光源例如白光。本发明说明书使用白光光源进行系统描述，相应的光学表面轮廓仪是由白光干涉相位变化（WLPSI）和白光干涉垂直扫描（WLSI）进行相关的干涉图像取样和分析计算所得到的表面高度差（表面轮廓）。白光干涉表面轮廓仪是国际上公认的快速灵活、精度在纳米以下的三维微观轮廓（形貌）检测手段。它当今世界先进制造业最前沿的半导体纳米制程工艺、微电子机械系统、纳米复合材料、生物工程技术、通信技术、绿色能源中的太阳能和LED技术、超精密机械加工中的航空、航天、汽车、光学零件等等，有着广泛的应用。

现有的白光干涉表面轮廓仪是由白光干涉相位（WLPSI）和白光干涉垂直扫描（WLSI）进行相关的干涉图像取样和分析计算所得到的表面高度差。白光相位法干涉仪（WLPSI）被证明是一个非常有效的高精度表面差（表面形貌）测量方法。它的测量精度能够达到光的波长的千分之一，亦就是1个纳米以下。白光相位干涉仪是通过与被测物体直接相关的光干涉图谱（干涉条纹）的相位分析来获得相关的测量，例如表面高度差。干涉图谱的光强可以用下面的方式表达，

I(x,y)=a(x,y)+b(x,y)cos(φ(x,y)),     (1)

其中（x，y）是光强位置，a是相对应的光强，b是干涉图谱的调制振幅，φ是干涉图谱的相位。表面高度和干涉图谱的相位的关系是：

h(x,y)=4πλφ(x,y),---(2)]]>

其中λ是光的有效波长。

白光相位法干涉仪（WLPSI）的原理是从干涉图谱中获得相应的相位信息来计算高度（公式（2））。其核心技术是干涉图谱的相位能够通过获取一系列连续相位变化的干涉图谱来精确地计算。这些干涉图谱的光强是，

I(x,y,t)=a(x,y,t)+b(x,y,t)cos(φ(x,y)+θ(t)),t=t₁,t₂,K,t_N,     (3)

其中t是时间，θ是相位变化（相位差），N是获取的干涉图谱总数。把位置（x，y）符号省律，光强表达式为：