-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Phasenverschiebungs- bzw. Phasenschiebe-Interferometer, und sie bezieht sich insbesondere auf ein Phasenverschiebungs-Interferometer, welches reduzierte Analysefehler aufgrund von Verschiebungsfehlern erzielt und derart eine Messung hoher Präzision unter Verwendung einer reduzierten Anzahl von Bildern (in einer kürzeren Zeit) erzielt. Das Phasenverschiebungs-Interferometer ist für eine Verwendung bei einem Messen der Formen bzw. Gestalten von Messobjekten bzw. -gegenständen, wie beispielsweise optischen flachen Flächen, Linsen, bearbeiteten Metalloberflächen und/oder Oberflächen von Halbleitern, beinhaltend Wafer, geeignet. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf entsprechende Formmessverfahren.
-
Stand der Technik
-
Ein Interferometer ist ein Instrument für ein Messen der Form bzw. Gestalt eines Messobjekts mit einer hohen Präzision durch ein Analysieren der Phasen von Interferenzstreifen, welche durch einen reflektierten Strahl von der Bezugs- bzw. Referenzoberfläche und einen reflektierten Strahl von dem Messobjekt generiert bzw. erzeugt werden. Phasenschiebeverfahren sind Techniken, welche häufig verwendet werden, um die Phasen von Interferenzstreifen zu analysieren (siehe Patentliteratur 1 bis 3).
-
Literaturliste
-
Patentliteratur
-
- Patentliteratur 1: JP 05-87541 A
- Patentliteratur 2: JP 2000-329535 A
- Patentliteratur 3: JP 4869656 B
-
Zusammenfassung der Erfindung Technisches Problem
-
1 illustriert ein Beispiel einer optischen Konfiguration eines Fizeau-Interferometers, welche eine häufig verwendete Konfiguration in der Optik ist. Hier werden Probleme mit dem zugehörigen Stand der Technik beschrieben. Das Fizeau-Interferometer ist wie folgt konfiguriert bzw. aufgebaut. Ein Lichtstrahl von einer Lichtquelle 1 wird auf die Größe des Sichtfelds des Interferometers beispielsweise unter Verwendung einer Linse 2, einer Blende 3 und einer Linse 5 aufgeweitet. Eine Referenz- bzw. Bezugsoberfläche 6, welche als eine Referenz für eine Messung dient, und ein Messobjekt bzw. -gegenstand 7 werden mit dem aufgeweiteten Lichtstrahlt bestrahlt. Der Referenzstrahl, welcher ein Strahl ist, welcher von der Referenzoberfläche 6 reflektiert wird, und der Messstrahl, welcher ein Strahl ist, welcher von der Oberfläche des Messobjekts 7 reflektiert wird, werden zu einem Interferieren miteinander unter Verwendung eines Strahlteilers 4 veranlasst. Phasenschiebe- bzw. -verschiebungsverfahren werden wie folgt durchgeführt. Eine Mehrzahl von Interferenzstreifen wird erhalten, indem die relative Phase zwischen dem Referenzstrahl und dem Messstrahl verschoben wird, es werden die Interferenzstreifen beispielsweise durch eine Kamera 8 erfasst bzw. aufgenommen und es wird eine numerische Analyse durchgeführt, um die Phasen der Interferenzstreifen zu berechnen.
-
Ein typisches Verfahren, welches für ein Verschieben der Phasen verwendet wird, ist es, die Referenzoberfläche 6 parallel zu einer optischen Achse A unter Verwendung beispielsweise einer Verschiebebühne 9 zu verschieben. In diesem Fall wird die Verschiebung bzw. Verlagerung mehrere Male für einen Interferenzstreifen-Zyklus durchgeführt, und derart muss die Referenzoberfläche 6 genau um einen Abstand in dem Bereich von einigen zehn Nanometern bis einigen hundert Nanometern bewegt werden. Jedoch ist es extrem schwierig, eine genaue Verschiebung gemäß einem berechneten Einstellwert in Messumgebungen durchzuführen, in welchen beispielsweise eine Vibration oder Luftstörung bzw. -verwirbelung auftritt, unabhängig von der Tatsache, eine Verlagerungsbühne 9 herzustellen, um eine genaue Verlagerung mit einer Nanometer-Präzision zu ermöglichen. Als ein Resultat tritt eine Differenz zwischen dem Ausmaß bzw. der Größe einer Verschiebung, welche durch eine Berechnung vorhergesagt wird, und dem tatsächlichen Ausmaß einer Verschiebung auf, und dies resultiert in dem Auftreten von Fehlern bei einer Berechnung der Phase (als Phasenanalysefehler bezeichnet).
-
Ein typisches Verfahren, welches für ein Reduzieren der Phasenanalysefehler verwendet wird, ist es, die Anzahl von Phasenverschiebungen zu erhöhen, welche durchzuführen sind, um die Anzahl von erfassten bzw. erhaltenen Bildern zu erhöhen. Diese sind Verfahren, welche den Mittelungseffekt durch ein Durchführen einer Berechnung von einer größeren Anzahl von Bildern nutzen, oder welche einen spezifischen Verschiebefehler vorhersagen und dementsprechend eine bestimmte Verlagerung bzw. Verschiebung zur Verfügung stellen, welche den Fehler aufhebt. Mit diesen Verfahren tendiert, wenn die Analysepräzision ansteigt, die Anzahl von erhaltenen Bildern zu einem Ansteigen.
-
D.h., es ist bei einem Durchführen einer Messung hoher Präzision unter Verwendung eines Phasenverschiebungs-Interferometers des Standes der Technik eine Verlagerungs- bzw. Verschiebungsbühne 9 für ein Verschieben der Referenzoberfläche 6 mit hoher Präzision notwendig, welche kostspielig ist. Ein anderes Problem ist, dass für ein Reduzieren der Phasenanalysefehler, welche aus den Fehlern in der Verlagerung der Verlagerungsbühne 9 resultieren, die Anzahl von erhaltenen Bildern erhöht werden muss und dementsprechend eine längere Messzeit erforderlich ist. Zusätzlich ist ein weiteres Problem, dass, wenn die Messzeit lang ist, die graduelle bzw. zunehmende Verschiebung der Position der Referenzoberfläche 6 aufgrund von Vibrationen und/oder Temperaturänderungen in der Messumgebung wahrscheinlicher beeinflusst wird, und daher in Abhängigkeit von der Verwendungsumgebung des Benutzers der Effekt eines Verbesserns der Präzision nicht ausreichend erzielt werden kann.
-
Die Patentliteratur 1 bis 3 offenbart, ähnlich zu der Erfindung, Technologien für ein Verwenden einer Mehrzahl von abbildenden bzw. Abbildungsvorrichtungen, welche gleichzeitig Interferenzstreifen abbilden, welche Phasen optisch relativ zueinander verschoben aufweisen. Jedoch weisen die Technologien viele Beschränkungen auf.
-
Die Erfindung wurde durchgeführt, um die Probleme beim Stand der Technik zu lösen. Demgemäß ist es ein Ziel bzw. Gegenstand der Erfindung, ein Phasenverschiebungs-Interferometer für eine Formmessung zur Verfügung zu stellen, welches durch weniger kostspielige Komponenten ausgebildet ist und eine Formmessung hoher Präzision in einer kürzeren Zeit erzielt.
-
Dieser Gegenstand wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Lösung des Problems
-
Gemäß einem Aspekt wird ein Phasenschiebe- bzw. Phasenverschiebungs-Interferometer zur Verfügung gestellt, um die obigen Probleme zu lösen. Das Phasenverschiebungs-Interferometer ist konfiguriert bzw. aufgebaut, um eine Form bzw. Gestalt eines Messobjekts bzw. -gegenstands durch ein Analysieren von oder durch analysierte Interferenzstreifen durch oder basierend auf einem Phasenschiebeverfahren zu messen. Die Interferenzstreifen werden durch einen Referenz- bzw. Bezugsstrahl und einen Messstrahl oder durch eine Verzerrung in einem optischen Referenzpfad bzw. -weg und einem optischen Messpfad erzeugt bzw. generiert. Der Referenzstrahl ist ein reflektierter Strahl von einer Referenz- bzw. Bezugsoberfläche, welche als eine Referenz bzw. Bezugnahme für eine Messung dient. Der Messstrahl wird durch eine Reflexion eines Strahls von einem Messobjekt oder durch eine Fortpflanzung eines Strahls durch das Messobjekt erhalten. Der optische Referenzpfad enthält das Messobjekt nicht auf dem optischen Referenzpfad angeordnet. Der optische Messpfad beinhaltet das Messobjekt auf dem optischen Messpfad angeordnet. Das Phasenverschiebungs-Interferometer ist weiters konfiguriert bzw. aufgebaut, um Bilder der Interferenzstreifen unter Verwendung einer Mehrzahl von Kameras zu erfassen, unabhängig eine Phasenanalyse von jedem der Interferenzstreifen durchzuführen, wobei die Interferenzstreifen jeweils durch jede der Mehrzahl von Kameras erhalten werden, und dann Resultate der Phasenanalyse zu synthetisieren, um wenigstens ein Teil der Form bzw. Gestalt des Messobjekts zu berechnen oder zu bestimmen.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Bilder der Interferenzstreifen mit einer Phasendifferenz relativ zueinander zur Verfügung gestellt werden. Die Mehrzahl von Kameras kann zwei Kameras sein oder kann diese umfassen, welche mit einer Phasendifferenz von 90° relativ zueinander vorgesehen sind, und die zwei Kameras können konfiguriert sein, um die Bilder der Interferenzstreifen zu erfassen, um dadurch die Form bzw. Gestalt des Messobjekts zu messen oder zu bestimmen.
-
Weiters können insbesondere die Resultate der Phasenanalyse synthetisiert werden, indem Mittelwerte der Resultate der Phasenanalyse berechnet werden, jeder der Mittelwerte ein Durchschnitt bzw. Mittelwert von Resultaten ist, welche von einem Satz von entsprechenden Pixeln bzw. Bildpunkten der Mehrzahl von Kameras erhalten werden.
-
Weiters kann insbesondere das Phasenschiebeverfahren implementiert sein bzw. werden, indem eine Länge des optischen Referenzpfads oder eine Länge des optischen Messpfads erstreckt bzw. verlängert oder verkürzt wird.
-
Weiters kann insbesondere die Länge des optischen Referenzpfads und/oder die Länge des optischen Messpfads verlängert oder verkürzt werden, indem die Referenzoberfläche und/oder das Messobjekt bewegt wird und/oder ein optischer Verzögerungspfad verlängert oder verringert wird.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Formmessverfahren für ein Messen einer Form bzw. Gestalt eines Messobjekts bzw. -gegenstands durch ein Analysieren von Interferenzstreifen basierend auf einem oder durch ein Phasenschiebeverfahren zur Verfügung gestellt, indem insbesondere das Interferometer gemäß dem obigen Aspekt einer besonderen Ausführungsform davon verwendet wird, umfassend die folgenden Schritte:
- Generieren von Interferenzstreifen durch einen Referenzstrahl und einen Messstrahl oder durch eine Verzerrung in einem optischen Referenzpfad und einem optischen Messpfad, wobei der Referenzstrahl ein reflektierter Strahl von einer Referenzoberfläche ist, welche als eine Referenz für eine Messung dient, wobei der Messstrahl durch eine Reflexion eines Strahls von einem Messobjekt oder durch eine Fortpflanzung eines Strahls durch das Messobjekt erhalten wird, wobei der optische Referenzpfad das Messobjekt nicht auf dem optischen Referenzpfad angeordnet enthält, und wobei der optische Messpfad das Messobjekt auf dem optischen Messpfad angeordnet enthält,
- Erfassen von Bildern der Interferenzstreifen unter Verwendung einer Vielzahl von Kameras,
- unabhängiges Durchführen einer Phasenanalyse von jedem der Interferenzstreifen,
- Erhalten der Interferenzstreifen jeweils durch jede der Mehrzahl von Kameras, und
- Synthetisieren von Resultaten der Phasenanalyse, um wenigstens ein Teil der Form bzw. Gestalt des Messobjekts zu berechnen oder zu bestimmen.
-
Gemäß einer besonderen Ausführungsform werden Bilder der Interferenzstreifen mit einer Phasendifferenz relativ zueinander zur Verfügung gestellt, umfasst die Mehrzahl von Kameras zwei Kameras oder kann zwei Kameras sein, welche mit einer Phasendifferenz von 90° relativ zueinander vorgesehen sind, und sind die zwei Kameras konfiguriert, um die Bilder der Interferenzstreifen zu erfassen, um dadurch wenigstens ein Teil der Form bzw. Gestalt des Messobjekts zu messen oder zu bestimmen.
-
Weiters werden insbesondere die Resultate der Phasenanalyse durch ein Berechnen von Durchschnitten bzw. Mittelwerten der Resultate der Phasenanalyse synthetisiert, wobei jeder der Mittelwerte ein Mittelwert von Resultaten ist, welche von einem Satz von entsprechenden Pixeln bzw. Bildpunkten der Mehrzahl von Kameras erhalten werden.
-
Weiters wird insbesondere das Phasenschiebeverfahren implementiert, indem eine Länge des optischen Referenzpfads und/oder eine Länge des optischen Messpfads erstreckt bzw. verlängert oder verkürzt wird.
-
Weiters wird insbesondere die Länge des optischen Referenzpfads und/oder die Länge des optischen Messpfads verlängert oder verkürzt, indem die Referenzoberfläche und/oder das Messobjekt bewegt wird und/oder ein optischer Verzögerungspfad für ein Implementieren einer Phasenverschiebung verlängert oder verringert wird.
-
Vorteilhafte Effekte der Erfindung Phasenverschiebungs-Interferometer des Standes der Technik erfordern eine präzise hergestellte Verlagerungsbühne für ein Verlagern der Referenzoberfläche. Im Gegensatz dazu können mit der Erfindung Phasenanalysefehler insbesondere minimiert werden, selbst wenn es einen Schiebe- bzw. Verschiebungsfehler in der Verlagerungsbühne gibt. Demgemäß genügt es, eine Verlagerungsbühne zu verwenden, welche von relativ geringer Präzision und weniger kostspielig ist. Während es kein Erfordernis gibt, zusätzliche Messungen durchzuführen, um Fehler zu reduzieren, wird insbesondere eine Messung hoher Präzision erzielt bzw. erhalten.
-
Figurenliste
-
Diese und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei einer Lektüre der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen und aus den beigeschlossenen Zeichnungen deutlicher ersichtlich werden. Es sollte verstanden werden, dass, selbst obwohl Ausführungsformen getrennt beschrieben werden, einzelne Merkmale davon zu zusätzlichen Ausführungsformen kombiniert werden können.
- 1 ist ein Strahlendiagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel der Optiken in einem Fizeau-Phasenverschiebungs-Interferometer des Standes der Technik illustriert.
- 2 ist ein Strahlendiagramm, welches eine Konfiguration gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung illustriert.
- 3 ist ein Flussdiagramm, welches einen Messvorgang gemäß der ersten Ausführungsform illustriert.
- 4 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel von Resultaten einer Analyse gemäß der ersten Ausführungsform illustriert.
- 5 ist ein Diagramm, welches einen Vergleich zwischen Beispielen von Resultaten einer Analyse illustriert, welche an den Ausgaben von zwei Kameras gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wurde.
- 6 ist ein Strahlendiagramm, welches eine Konfiguration gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung illustriert.
- 7 ist ein Strahlendiagramm, welches eine Konfiguration gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung illustriert.
- 8 ist ein Strahlendiagramm, welches eine Konfiguration gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung illustriert.
- 9 ist ein Strahlendiagramm, welches eine Konfiguration gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung illustriert.
-
Beschreibung von Ausführungsformen
-
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Es ist festzuhalten bzw. anzumerken, dass für die vorliegende Erfindung nicht beabsichtigt ist, dass sie auf den Inhalt beschränkt bzw. begrenzt ist, welcher in den folgenden Ausführungsformen und Beispielen beschrieben ist. Die darstellenden bzw. Aufbauelemente, welche in den folgenden Ausführungsformen und Beispielen beschrieben sind, beinhalten Elemente, welche leicht durch einen Fachmann erdacht bzw. entwickelt werden können, Elemente, welche im Wesentlichen dieselben wie diese sind, und worauf als äquivalent im Geltungsbereich derselben hingewiesen wird. Darüber hinaus können die aufbauenden Elemente, welche in den folgenden Ausführungsformen und Beispielen geoffenbart sind, geeignet bzw. entsprechend kombiniert und/oder geeignet ausgewählt und verwendet werden.
-
2 illustriert eine Konfiguration bzw. einen Aufbau eines Phasenverschiebungs-Interferometers gemäß einer ersten besonderen Ausführungsform der Erfindung. Ein Lichtstrahl von einer Lichtquelle 101 geringer Kohärenz wird in zwei Komponenten aufgeteilt, welche jeweils eine Polarisationsebene orthogonal aufeinander aufweisen. Die Lichtquelle 101 geringer Kohärenz ist eine besondere Lichtquelle 100. In dieser Ausführungsform wird der Lichtstrahl in einen Lichtstrahl l1, welcher horizontal polarisiert ist, und einen Lichtstrahl l2, welcher vertikal polarisiert ist, durch einen Polarisations-Strahlteiler (PBS) 201 aufgeteilt, welcher insbesondere ein Bauteil eines optischen Verzögerungspfads 200 ist. Der vertikal polarisierte Reflexions-Lichtstrahl ist bzw. wird wenigstens teilweise insbesondere dadurch abgelenkt, dass er durch einen Spiegel 203 reflektiert wird, und danach werden der horizontal polarisierte Strahl und der vertikal polarisierte Strahl durch einen PBS 202 kombiniert. Nachfolgend wird der kombinierte Lichtstrahl aufgeweitet und durch Strahl-Expansionsoptiken 300 kollimiert, welche insbesondere durch eine Linse 301, einen nichtpolarisierten Strahlteiler (NPBS) 302 und/oder eine Kollimatorlinse 303 aufgebaut sind oder diese umfassen. Danach werden eine Referenz- bzw. Bezugsoberfläche 401 und ein Messobjekt bzw. -gegenstand 402 der Phasendifferenz-Erzeugungseinheit 400 mit den Lichtstrahlen bestrahlt, um einen Referenz- bzw. Bezugsstrahl und einen Messstrahl zu erhalten, welche reflektierte Strahlen jeweils von der Bezugsoberfläche 401 und der Oberfläche des Messgegenstands 402 sind. Die Phasendifferenz-Erzeugungseinheit 400 ist auf derselben optischen Achse wie die Fizeau-Phasenverschiebungs-Interferometer des Standes der Technik angeordnet. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 403 eine Verschiebungs- bzw. Verlagerungsbühne.
-
Die Lichtstrahlen für eine Analyse, welche insbesondere durch den Bezugsstrahl und den Messstrahl aufgebaut sind oder diese umfassen, sind bzw. werden insbesondere von den Strahl-Aufweitungsoptiken 300 durch den NPBS 302 extrahiert bzw. entnommen, um durch eine Abbildungslinse 500 hindurchgeführt zu werden. Die abbildende bzw. Abbildungslinse 500 dient lediglich dazu, um eine Flexibilität in dem optischen Design zu erlauben, wie beispielsweise die abbildende bzw. Abbildungsvergrößerung und Brennpunktposition für Interferenzstreifen in dem Phasenverschiebungs-Interferometer. Somit weist das Vorhandensein oder die Abwesenheit der Abbildungslinse 500 nicht einen signifikanten Einfluss auf das Prinzip der Erfindung auf.
-
Nachfolgend werden die Lichtstrahlen des horizontal polarisierten Strahls und des vertikal polarisierten Strahls durch eine λ/4 Platte 601 einer Phasendifferenz-Detektionseinheit 600 hindurchgeführt, um in kreisförmig polarisierte Strahlen umgewandelt bzw. konvertiert zu werden, welche jeweils in der entgegengesetzten Richtung relativ zueinander, in der Richtung nach rechts oder nach links rotieren. Danach werden die Lichtstrahlen für eine Analyse durch einen Strahlteiler 602 aufgeteilt und auf den jeweiligen aufgeteilten bzw. unterteilten optischen Pfaden bzw. Wegen sind Polarisatoren 603a und 603b, welche relativ gedreht und eingestellt werden oder werden können, positioniert. Auf diese Weise wird die Phasendifferenz des reflektierten Strahls von dem Messgegenstand 402 relativ zu der Bezugsoberfläche 401 als ein Interferenzstreifen visualisiert bzw. dargestellt. Bilder der Interferenzstreifen, welche unterschiedliche Phasen aufweisen, werden durch zwei jeweilige Kameras 604a und 604b abgebildet.
-
In diesem Phasenverschiebungs-Interferometer sind bzw. werden die Differenz La der Länge des optischen Wegs für eine Ableitung und die Differenz Lb der Länge des optischen Pfads zwischen dem optischen Pfad des reflektierten Strahls von der Bezugsoberfläche 401 und dem optischen Pfad des reflektierten Strahls von der Oberfläche des Messgegenstands 402 insbesondere im Wesentlichen miteinander bzw. aufeinander abgestimmt. Darüber hinaus ist die Lichtquelle 100 insbesondere die Lichtquelle 101 geringer Kohärenz, welche eine Kohärenzlänge ΔL kürzer als die Differenz La der Länge des optischen Pfads aufweist. Als ein Resultat werden die Interferenzstreifen, für welche bewirkt wird, dass sie durch die Lichtstrahlen sichtbar sind, welche durch die Polarisatoren 603a und 603b hindurchgeführt werden, welche auf den jeweiligen ge- bzw. unterteilten optischen Pfaden angeordnet sind, insbesondere nur durch den Lichtstrahl der Komponente des vertikal polarisierten Strahls, welcher der reflektierte Strahl von der Bezugsoberfläche 401 ist, und die Komponente des horizontal polarisierten Strahls erzeugt bzw. generiert, welcher der reflektierte Strahl von der Oberfläche des Messgegenstands 402 ist. Die Interferenzstreifen, welche durch die zwei Kameras 604a, 604b erhalten werden, weisen jeweils eine Phase auf oder können eine Phase aufweisen, welche relativ zu der anderen gemäß den Einstellungswinkeln für die Polarisatoren 603a und 603b verschoben ist, welche vor den Kameras 604a und 604b angeordnet sind. Beispielsweise kann der Polarisator 603b positioniert sein bzw. werden, wobei die Transmissionsachse davon in einer Ebene normal auf die optische Achse insbesondere um etwa 45° relativ zu der Transmissionsachse des Polarisators 603a rotiert bzw. gedreht ist. Als ein Resultat werden die Phasen der Interferenzstreifen insbesondere um etwa 90° relativ zueinander verschoben. Die Interferenzstreifen werden durch die Kameras 604a und 604b abgebildet und beispielsweise durch einen Personal Computer (PC) 700 be- bzw. verarbeitet.
-
Als nächstes illustriert 3 eine Messprozedur bzw. einen Messvorgang durch das Phasenverschiebungs-Interferometer dieser Ausführungsform. Die Verschiebungs- bzw. Verlagerungsbühne 403 ist bzw. wird insbesondere geringfügig parallel mechanisch verschoben, um die Phasen der Interferenzstreifen zu verschieben (Schritt S1), und es werden Bilder der Interferenzstreifen durch die zwei Kameras 604a und 604b in der Phasendifferenz-Detektionseinheit 600 erhalten (Schritt S2). Die zwei Kameras 604a und 604b sind bzw. werden optisch relativ zueinander phasenverschoben. Als nächstes werden die Phasen der Interferenzstreifen in den Bildern, welche durch die zwei Kameras 604a und 604b erhalten bzw. erfasst werden, jeweils analysiert, und es wird eine Formberechnung unabhängig für jede von diesen insbesondere unter Verwendung des PC 700 durchgeführt (Schritt S3). Nachfolgend werden die Formen, welche durch die Kameras 604a und 604b erhalten werden, beispielsweise durch eine Addition synthetisiert, um die Form bzw. Gestalt des Messgegenstands 402 zu bestimmen (Schritt S4).
-
Nun werden Beispiele der Effekte dieser Ausführungsform unten zur Verfügung gestellt. In der Vier-Phasen Schritt-Methode, in welcher ein Zyklus der Phase eines Interferenzstreifens in vier Segmente unterteilt wird und die Phase insbesondere um 90° für jedes Segment verschoben wird, werden die vier Bilder der Interferenzstreifen durch die folgenden Gleichungen repräsentiert bzw. dargestellt. Die Wellenlänge der Lichtquelle 101 bestimmt das Ausmaß einer Verschiebung bzw. Verlagerung. Beispielsweise ist bzw. beträgt, wenn die Wellenlänge 633 nm ist, das Ausmaß einer Verschiebung pro Schritt ungefähr 79 nm.
-
Durch ein Durchführen der folgenden Berechnung auf der Basis der vier Gleichungen kann Φ bestimmt werden und durch ein Durchführen eines Phase Unwrapping Prozesses kann die Form bzw. Gestalt des Messgegenstands bzw. -objekts 402 bestimmt werden.
-
Hier wird in dem Prozess eines Verschiebens von I1 zu I2, I3 und I4, wenn eine Verschiebung verschieden von einem berechneten Einstell- bzw. Festlegungswert (hier entsprechend einer Phase von 90°) gemacht wird, das Resultat der Berechnung von Gleichung (5) durch den Schiebe- bzw. Verschiebungsfehler beeinflusst werden. Als ein Beispiel illustriert 4 das Resultat einer Simulation eines Falles, wo ein Verschiebungsfehler Er1 in I2 aufgetreten ist. In 4 illustriert (a1) ein Analyseresultat ΦAnalysis und (a2) illustriert einen wahren bzw. richtigen Wert in der Simulation ΦTrue. (a3) illustriert einen Phasenanalysefehler Φerror, welcher die Differenz zwischen dem Analyseresultat und dem wahren Wert repräsentiert, ΦAnalysis - ΦTrue. Wie dies in 4 illustriert ist, ist ΦTrue ein Wert basierend auf der Annahme, dass eine ideale Ebene derart geneigt ist, dass nur ein Interferenzstreifen erzeugt bzw. generiert werden kann. Wie dies in (a2) illustriert ist, ist der Zyklus des Phasenanalysefehlers insbesondere eine Hälfte des Zyklus der Phase des Interferenzstreifens (das Doppelte der Frequenz), wobei das Ausmaß bzw. die Größe in dem Zyklus ansteigt und absinkt. Die Resultate werden als die Resultate einer Formberechnung durch ein Phasenverschiebungsverfahren aus den Interferenzstreifen bezeichnet, welche durch die eine Kamera 604a erhalten werden.
-
Als nächstes illustriert 5 die Resultate einer Formberechnung aus bzw. von vier Bildern von Interferenzstreifen, welche durch die andere Kamera 604b erhalten werden. Die Interferenzstreifen weisen eine Phase auf, welche um einen fixierten Winkel von 90° relativ zu der Phase der Interferenzstreifen verschoben ist, welche durch die Kamera 604a erhalten werden. Die Phasenanalyseresultate, welche in 4 illustriert sind, sind bzw. werden wiederum in 5 bei (a1), (a2) und (a3) für einen Vergleich illustriert. Phasenanalysefehler weisen eine Frequenz vom Doppelten der Frequenz der Phase der Interferenzstreifen auf. Derart wird durch ein Versetzen der ursprünglichen Phase des Interferenzstreifens, welcher durch die Kamera 604b erhalten wird, um 90° relativ zu der Phase des Interferenzstreifens, welcher durch die Kamera 604a erhalten wird, der Phasenanalysefehler veranlasst, um in exakt invertierter Form zu sein bzw. vorzuliegen. Demgemäß können, wie dies bei (c1), (c2) und (c3) illustriert ist, Phasenanalysefehler aufgehoben werden, indem der Durchschnitt bzw. Mittelwert der Resultate einer Berechnung von jedem Satz von Pixeln bzw. Bildpunkten, welche eine idente Position repräsentieren, aus den Bildpunkten der Kamera 604a und der Kamera 604b berechnet wird.
-
Phasenverschiebungs-Interferometer des Standes der Technik erfordern eine präzise hergestellte Verlagerungsbühne 9 für ein Verschieben der Bezugsoberfläche 6, um das Auftreten von Fehlern entsprechend der Phase eines Interferenzstreifens zu verhindern. Zusätzlich muss, um Phasenanalysefehler aufgrund von Verschiebungsfehlern zu reduzieren, eine große Anzahl von Bildern von Interferenzstreifen insbesondere erhalten bzw. erfasst werden und es ist demgemäß eine längere Zeitperiode für die Messung erforderlich. Wie dies durch die Resultate der Simulation angedeutet ist, minimiert die Technik der Erfindung Phasenanalysefehler, selbst wenn es einen Verschiebungsfehler in der Verlagerungsbühne 403 gibt, und es genügt daher, eine Verlagerungsbühne 403 zu verwenden, welche von relativ geringer Präzision und weniger kostspielig ist. Eine Messung hoher Präzision kann insbesondere mit einer geringeren Anzahl von erhaltenen bzw. erfassten Bildern erzielt werden.
-
In dieser Ausführungsform wird eine λ/4 Platte insbesondere nicht in der Phasendifferenz-Erzeugungseinheit 400 verwendet und es ist daher eine Messung von sphärischen Oberflächen von Linsen auch möglich.
-
Die Bauelemente des Phasenverschiebungs-Interferometers sind nicht auf diejenigen der ersten Ausführungsform beschränkt bzw. begrenzt, welche in 2 illustriert ist. Beispielsweise können, wie in einer zweiten besonderen Ausführungsform, welche in 6 illustriert ist, die Optiken wie folgt sein. Die Lichtquelle 100 kann insbesondere ein Laser 102 sein. Eine λ/4 Platte 404 kann zwischen der Bezugsoberfläche 401 und der Oberfläche des Messgegenstands 402 angeordnet sein bzw. werden, um die Polarisationsebene des reflektierten Strahls von der Oberfläche des Messgegenstands 402 um 90° insbesondere ohne ein Verwenden des optischen Verzögerungspfads 200 zu drehen. Diese Konfiguration erzielt auch ein Phasenverschiebungs-Interferometer, welches einen ähnlichen Effekt erzeugt. Die anderen Bauteile bzw. -elemente und/oder Vorgänge bzw. Betätigungen sind im Wesentlichen dieselben oder ähnlich wie diejenigen der ersten besonderen Ausführungsform, und somit werden derartige Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und Beschreibungen davon werden weggelassen.
-
In der zweiten besonderen Ausführungsform ist, da der Laser 102, eine Lichtquelle hoher Kohärenz, insbesondere als die Lichtquelle 100 verwendet wird, das Einstellen leicht bzw. einfach.
-
Darüber hinaus kann beispielsweise, wie in einer dritten besonderen Ausführungsform, welche in 7 illustriert ist, ein Phasenverschiebungs-Interferometer des Twyman-Green-Typs insbesondere eingesetzt werden. In dem Phasenverschiebungs-Interferometer ist bzw. wird ein Polarisationsstrahlteiler 405 in der Phasendifferenz-Erzeugungseinheit 400 zur Verfügung gestellt, um den Lichtstrahl in einen Bezugsstrahl und einen Messstrahl zu unterteilen und die Strahlen zu kombinieren. 404a und 404b in 7 bezeichnen jeweils eine λ/4 Platte. Die anderen Bauelemente und/oder Vorgänge sind im Wesentlichen dieselben oder ähnlich denjenigen der ersten Ausführungsform und derart werden derartige Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und Beschreibungen davon werden weggelassen.
-
In der ersten bis dritten besonderen Ausführungsform muss die Referenz- bzw. Bezugsoberfläche 401 verschoben bzw. verlagert werden. Stattdessen kann der Messgegenstand 402 verschoben werden. Darüber hinaus kann in der ersten besonderen Ausführungsform die optische Weglänge des Lichtstrahls l2 erhöht und/oder verringert werden, indem insbesondere der Spiegel 203 in dem optischen Verzögerungspfad 200 verschoben bzw. verlagert wird.
-
Wie in einer vierten besonderen Ausführungsform, welche in 8 illustriert ist, kann ein Interferometer des Mach-Zehnder-Typs eingesetzt bzw. verwendet werden. Das Interferometer wird oft verwendet, um die Form bzw. Gestalt der Wellenfront eines Lichtstrahls zu messen, welcher durch einen Messgegenstand 402a hindurchtritt, welcher insbesondere ein durchlässiger Gegenstand ist. Der Messgegenstand 402a ist unter Polarisationsstrahlteilern 405a und 405b und Spiegeln 406a und 406b angeordnet, welche in der Phasendifferenz-Erzeugungseinheit 400 vorgesehen sind. In diesem Fall kann die Verschiebungsphase beispielsweise durch ein Anordnen des Spiegels 406a und des Spiegels 406b auf einer Verlagerungsbühne 407 und ein Bewegen der Bühne 407 ausgeführt werden.
-
In der Ausführungsform von 8 ist insbesondere keine Bezugsoberfläche vorgesehen und einer der optischen Wege bzw. Pfade (der untere optische Pfad in der Figur) dient als ein optischer Referenz- bzw. Bezugspfad 401a. Der eine der optischen Pfade beinhaltet nicht den Messgegenstand 402a. D.h., es wird durch ein Messen, unter Verwendung von Interferometrie, der relativen Verzerrung der Wellenfront zwischen dem unteren optischen Referenzpfad 401a, in welchem kein Objekt bzw. Gegenstand vorhanden ist, und dem oberen optischen Messpfad 401b, in welchem der Messgegenstand 402a angeordnet ist, die Verzerrung aufgrund des Messgegenstands 402a gemessen oder kann gemessen werden.
-
In 8 sind die Optiken diejenigen für den Fall, wo ΔL ≤ Lb. In dem Fall, wo ΔL < Lb kann insbesondere mit der bzw. durch die Verwendung einer Lichtquelle geringer Kohärenz der optische Verzögerungspfad 200 zu den Optiken hinzugefügt werden, um die Ausführungsform wie in (b) in 7 zu implementieren. Der Messgegenstand 402a kann zwischen den Polarisationsstrahlteilern 405a und 405b angeordnet sein bzw. werden.
-
In der Phasendifferenz-Detektionseinheit 600 ist die Anzahl der Kameras in dem Abbildungssystem nicht auf zwei beschränkt. Wie in einer fünften besonderen Ausführungsform, welche in 9 illustriert ist, können drei oder mehr Kameras verwendet werden (in 9 drei Kameras 604a, 604b und 604c). Diese Konfiguration erzielt auch den Effekt eines Reduzierens von Fehlern.
-
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist bzw. beträgt die Phasendifferenz zwischen den Interferenzstreifen, welche durch die zwei Kameras 604a und 604b erhalten werden, insbesondere 90°. Jedoch kann, wenn ein Phasenanalysefehler, welcher denselben Zyklus wie die Phase des Interferenzstreifens (einer fundamentalen bzw. Grundwelle) aufweist, auftritt, das Ausmaß der Phasendifferenz, welche zwischen den zwei Kameras 604a und 604b zur Verfügung zu stellen ist, insbesondere auf 180° eingestellt bzw. festgelegt werden, um den Fehler aufzuheben. Wenn ein Phasenanalysefehler, welcher einen Zyklus von einem Drittel des Zyklus der Phase des Interferenzstreifens (einer dreifachen Welle) aufweist, auftritt, kann insbesondere eine Phasendifferenz von 60° zur Verfügung gestellt werden. Ein effektiver Weg, um die Phasendifferenz zwischen den Kameras 604a und 604b zur Verfügung zu stellen, ist beispielsweise, die Winkel der Transmissionsachsen der Polarisatoren 603a und 603b in einer derartigen Weise einzustellen, um die Phasenanalysefehler aufzuheben, welche beispielsweise durch die Merkmale der Verlagerungsbühne 403 für ein Verlagern der Bezugsoberfläche bewirkt werden können. Die Polarisatoren 603a und 603b sind bzw. werden (insbesondere im Wesentlichen unmittelbar) vor den Kameras 604a und 604b angeordnet. Selbst wenn die Phasendifferenz zwischen den Interferenzstreifen, welche durch die Kameras 604a und 604b erhalten werden, 0° ist, d.h. die Phasen der zwei ident sind, ist die vorliegende Ausführungsform der Erfindung effektiv bzw. wirksam, da Fehler aufgrund eines zufälligen Rauschens, wie beispielsweise eines elektrischen Rauschens, insbesondere reduziert werden können.
-
Demgemäß wird ein Phasenverschiebungs-Interferometer für eine Formmessung und ein entsprechendes Formmessverfahren zur Verfügung gestellt. Das Phasenverschiebungs-Interferometer wird durch weniger kostspielige Komponenten ausgebildet und/oder erzielt eine Formmessung hoher Präzision in einer kürzeren Zeit.
-
Das Phasenverschiebungs-Interferometer ist insbesondere konfiguriert bzw. aufgebaut, um die Formen von Messobjekten bzw. -gegenständen 402, 402a zu messen, indem eine Mehrzahl von Bildern von Interferenzstreifen erhalten wird, während die Phasen der Interferenzstreifen verschoben werden. Die Interferenzstreifen werden mit einer Phasendifferenz von 90° relativ zueinander unter Verwendung einer Polarisation von Licht zur Verfügung gestellt. Bilder der Interferenzstreifen werden durch zwei jeweilige Kameras 604a, 604b erfasst, während in Übereinstimmung mit einem konventionellen Phasenschiebe- bzw. -verschiebungsverfahren mechanisch eine Referenz- bzw. Bezugsoberfläche 401 oder ein optischer Bezugspfad 401a für ein Verschieben der Phasen verschoben bzw. verlagert wird. Die Phasen der Interferenzstreifen werden unabhängig aus den jeweiligen Bildern berechnet, welche durch die Kameras 604a, 604b erhalten bzw. erfasst werden, und es wird ein Durchschnitt bzw. Mittelwert der zwei Phasenberechnungsresultate bzw. Berechnungsresultate der zwei Phasen berechnet. Somit können, selbst wenn Phasenanalysefehler für jede der Kameras 604a, 604b aufgrund von Fehlern in der Verlagerung der Verlagerungsbühne 403, 407 auftreten, die Analysefehler durch ein Berechnen des Durchschnitts der zwei Resultate aufgehoben werden, und es wird dementsprechend eine Messung hoher Präzision erzielt bzw. erhalten.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Lichtquelle
- 200
- optischer Verzögerungspfad
- 201, 202
- polarisierter bzw. Polarisationsstrahlteiler (PBS)
- 300
- Strahlaufweitungsoptiken
- 302
- nicht-polarisierter Strahlteiler (NPBS)
- 400
- Phasendifferenz-Erzeugungseinheit
- 401
- Referenz- bzw. Bezugsoberfläche
- 401a
- optischer Referenz- bzw. Bezugspfad
- 401b
- optischer Messpfad
- 402, 402a
- Messobjekt bzw. -gegenstand
- 403, 407
- Verschiebungs- bzw. Verlagerungsbühne
- 404a, 404b, 601
- λ/4 Platte
- 500
- Abbildungslinse
- 600
- Phasendifferenz-Detektionseinheit
- 602
- Strahlteiler
- 603a, 603b, 603c
- Polarisator
- 604a, 604b, 604c
- Kamera
- 700
- Personal Computer (PC)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 5087541 A [0002]
- JP 2000329535 A [0002]
- JP 4869656 B [0002]