DE10392881B4

DE10392881B4 - Frequenzabtast-Interferometer mit diffus-reflektierender Referenzoberfläche

Info

Publication number: DE10392881B4
Application number: DE10392881T
Authority: DE
Inventors: Joseph C. Ann Arbor Marron; Dean Faklis
Original assignee: Lightgage Inc
Current assignee: Lightgage Inc
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: WO2004003464A2; JP2006509998A; US20040075844A1; US7057742B2; WO2004003464A3; JP4216805B2; DE10392881T5; AU2003253725A1

Abstract

Interferometer zum Vergleich einer Objektoberfläche mit einer Referenzoberfläche durch Messen von Abweichungen der Objektoberfläche von einer geometrischen Nominalform der Referenzoberfläche, mit:
einem Beleuchtungssystem zur Beleuchtung der Objektoberfläche mit einem Objektstrahl und der Referenzoberfläche mit einem Referenzstrahl;
einem Abbildungssystem zur Erzeugung von überlappenden Bildern der Objektoberfläche und der Referenzoberfläche mit dem Objekt- und dem Referenzstrahl zur Erfassung von interferometrischen Daten, die auf Weglängenunterschieden zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl basieren;
einem Frequenzregler zur Regelung einer Frequenz des Objekt- und Referenzstrahls, bei welcher interferometrische Daten über einem Bereich von unterschiedlichen Frequenzen erfasst werden;
einem Prozessor zur Umwandlung von Variationen in den interferometrischen Daten als eine Funktion einer Strahlfrequenz in Maße der Weglängenunterschiede zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl;
wobei die Referenzoberfläche im Wesentlichen als diffus reflektierende Oberfläche ausgebildet ist, welche Strahlen des reflektierten Referenzstrahls in einer Mehrzahl von verschiedenen Winkeln streut, die zum Abbilden der Referenzoberfläche durch das Abbildungssystem...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Frequenz-Abtastinterferometer mit diffusreflektierender Referenzoberfläche sowie ein entsprechendes Verfahren zum interferometrischen Messen von Oberflächeneigenschaften von Testobjekten.

Die US 5,907,404 A offenbart ein Frequenz-Abtastinterferometer zum Messen eines vergrößerten Bereichs von Oberflächentopographien einschließlich Objektoberflächen mit Stufendiskontinuitäten. Die Referenzoberflächen gemäß dieser Druckschrift sind als Spiegel ausgebildet.

Die US 6,424,407 B1 offenbart ein Relativbewegungs-Messinterferometer, welches Licht von relativ zueinander beweglichen Oberflächen kombiniert, um zeitvariable heterodyne oder homodyne Signale für verschiedene Richtungen von Translationsbewegungen zu erzeugen. Die Referenzoberfläche dieses bekannten Interferometers ist durch ein Beugungsgitter gebildet, welches auch als Strahlteiler zum Abteilen des Referenzsignals, welches von dem Beugungsgitter reflektiert wird, von einem Objektsignal, welches durch das Beugungsgitter transmittiert wird, und von der Objektoberfläche reflektiert worden ist, dient.

Technischer Bereich

Frequenzabtast-Interferometrie wertet Beziehungen zwischen Interferenz- und Strahlfrequenz aus, um Weglängenunterschiede zwischen interferierenden Objekt- und Referenzstrahlen zu messen.

Hintergrund

Herkömmliche Interferometer, die zum Vergleich von Objekt- und Referenzoberflächen unter Benutzung der Interferenzeinrichtung angeordnet sind, erfordern im Allgemeinen Beleuchtungs- und Abbildungssysteme, welche in Größe der Größe der Objektoberfläche entsprechen. Typischerweise richten die Beleuchtungssysteme die Objekt- und Referenzstrahlen parallel auf einen gemeinsamen Durchmesser aus, welcher den gewünschten Messbereich der Objektoberfläche einschließt. Abbildungssysteme erfassen die parallel ausgerichteten Objekt- und Referenzstrahlen, welche sich jeweils aus Reflexionen von Objekt- und Referenzoberflächen ergeben.

Im Allgemeinen werden die Ausmaße der Objekt- und Referenzstrahlen durch ihr Zusammentreffen mit (zum Beispiel Reflexionen von) den Objekt- und Referenzoberflächen nicht signifikant beeinflusst. Wenn der Objekt- und Referenzstrahl durch das Beleuchtungssystem als sich aufweitende Strahlen erzeugt werden, werden sogar optische Abbildungssysteme mit größerem Durchmesser erforderlich, um die Objekt- und Referenzstrahlen zu erfassen, die sich aus ihrem Zusammentreffen mit den Objekt- und Referenzoberflächen ergeben, da sich die aus dem Zusammentreffen ergebenden Strahlen weiter aufweiten. Die Beleuchtungssysteme verwenden im Allgemeinen teure Parallelausrichtoptiken bzw. Kollimatoren, so dass individuelle Strahlen der Objekt- und Referenzstrahlen auf die Objekt- und Referenzoberflächen in der Senkrechten auftreffen bzw. einfallen oder mindestens in einem konstanten Winkel auftreffen.

Die von üblichen Interferometern ausgeführten Messungen vergleichen Objektoberflächen mit Referenzoberflächen, welche die gleiche geometrische Nominalform wie die Objektoberflächen gemeinsam aufweisen. Unterschiede zwischen den Objekt- und Referenzoberflächen, die als Weglängenvariationen zwischen den Objekt- und Referenzstrahlen gemessen werden, sind im Allgemeinen Fehlern in der Objektoberfläche zuzuschreiben. Dementsprechend werden die Referenzoberflächen so exakt wie möglich hergestellt. Die meisten Referenzoberflächen sind hochglanzpolierte Spiegel, welche spektrale Reflexion aufweisen.

Das unzweideutige Messintervall von herkömmlichen Interferometern steht mit der zentralen Wellenlänge (Frequenz) der Objekt- und Referenzstrahlen in Beziehung. Interferenzmuster, die von überlappenden Bildern der Objekt- und Referenzoberflächen erzeugt werden, enthalten Randzonenmuster bzw. Fransenmuster von konstruktiver und destruktiver Interferenz zwischen den Objekt- und Referenzstrahlen. Ein einzelner Zyklus von konstruktiver und destruktiver Interferenz zwischen aneinander liegenden Randzonen ist das unzweideutige Messintervall. Randzonen, die von reflektierenden Oberflächen bei Auftreffen in der Senkrechten bzw. Normalen in einem einzelnen Durchgang erzeugt werden, weisen Randzonenabstände auf, die Oberflächenhöhenvariationen der Objektoberfläche gleich einer Hälfte der zentralen Wellenlänge der interferierenden Strahlen darstellen. Bei dem üblichen gegebenen Bereich von übertragbaren optischen Wellenlängen hat dieses zwei Hauptauswirkungen. Erstens sind sehr glatte (zum Beispiel spiegelnde) Oberflächen erforderlich. Zweitens können nur Objektoberflächen mit begrenzter Rauheit unzweideutig gemessen werden.

Mehrfachwellenlängen-Interferometer können zur Ausdehnung des unzweideutigen Messintervalls von herkömmlichen Interferometern verwendet werden. Breitband-Interferometer, die auch als „Weißlicht"-Interferometer bezeichnet werden, dehnen das Messintervall aus, indem sie eine Folge von physikalischen Verschiebungen zwischen Objekt- und Referenzflächen messen, welche erforderlich sind, um Punkte von Spitzeninterferenzkontrast zu identifizieren, die bei gleichen optischen Weglängenunterschieden zwischen den Objekt- und Referenzoberflächen auftreten. Die erforderlichen Verschiebungsbeträge zur Positionierung eines jeden Punkts auf der Objektoberfläche bei einer gleichen optischen Weglänge mit einem korrespondierenden Punkt auf der Referenzoberfläche werden zur Kartografierung der Oberflächentopologie der Objektoberfläche gemessen.

Frequenzabtast-Interferometer, die auch als Wellenlängenabtast-Interferometer oder Mehfachwellenlängen-Interferometer bezeichnet werden, leiten ihren breiteren Messbereich von einer Vielzahl von Interferenzmustern ab, die bei einer Folge von unterschiedlichen Strahlfrequenzen (oder -wellenlängen) erzeugt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Interferometern, welche Weglängenunterschiede zwischen Punkten innerhalb der gleichen Interferenzmuster vergleichen und zusätzliche Interferenzmuster zur Ausführung feinerer Messungen oder zur Auflösung von Zweideutigkeiten innerhalb des unzweideutigen Messintervalls verwenden, können Frequenzabtast-Interferometer Punkte, die in der Vielzahl von Interferenzmustern gemeinsam vorkommen, individuell messen, basierend auf interferometrischen (zum Beispiel Intensität und Phase) Schwankungen der korrespondierenden Punkte innerhalb der Vielzahl von Interferenzmustern bei unterschiedlichen Strahlfrequenzen.

Als solches kann ein größerer Bereich von Oberflächenrauheit unzweideutig von Frequenzabtast-Interferometern gemessen werden. Herkömmliche Interferometer sind typischerweise auf Messungen von Schrittweiten in der Beleuchtungsrichtung innerhalb der Randzonenbeabstandung ihrer Interferenzmuster beschränkt, welche sich direkt auf die Wellenlänge der Beleuchtung beziehen. Die Messung von solchen Schrittweiten durch Frequenzabtast-Interferometer ist normalerweise unabhängig von der Nennbeleuchtungswellenlänge und hängt stattdessen von dem Durchschnittsintervall zwischen den Strahlfrequenzen ab. Je feiner das Intervall ist, je größer ist der Bereich von unzweideutiger Messung. Auf diese Weise können Frequenzabtast-Interferometer Messungen von rauben oder diffusen Objektoberflächen bei Strahlfrequenzen liefern, welche getüpfelte bzw. gefleckte oder Speckle-Interferenzmuster erzeugen, die für konventionelle Interferometer unverständlich sind.

Frequenzabtast-Interferometer sind besonders geeignet für die Verwendung zur Messung von Oberflächenprofilen (Topografien) von Testobjekten als Maße von Oberflächenvariationen, die senkrecht zu einer Referenzebene oder -berfläche genommen werden. Kürzliche Entwicklungen von Frequenzabtast-Interferometrie schließen die Verwendung von solchen Komponenten wie abstimmbare Diodenlaser und CCD-Detektorarrays bzw. -Abtastarrays ein. Als ein Ergebnis sind kompakte, genaue und schnelle Systeme entwickelt worden, die die Fähigkeit zur Durchführungen von Messungen für einen weiten Bereich von Testoberflächen aufweisen.

In 1 ist ein bekanntes Frequenzabtast-Interferometersystem 10 dargestellt. Während die Gesamtform ein Twyman-Green-Interferometer bildet, erzeugt ein abstimmbarer Laser 12 unter der Steuerung eines Computers 14 einen Messstrahl 16, welcher durch eine Reihe von unterschiedlichen Frequenzen abgestimmt werden kann. Eine Optik 18 mit Strahlbeeinflussung weitet und richtet den Messstrahl 16 parallel aus. Ein Klappspiegel 20 richtet den Messstrahl 16 auf einen Strahlteiler 22, der den Messstrahl 16 in einen Objektstrahl 24 und einen Referenzstrahl 26 aufteilt. Der Objektstrahl 24 retroreflektiert von einem Testobjekt 30, und der Referenzstrahl 26 retroreflektiert von einem Referenzspiegel 32. Der Strahlteiler 22 rekombiniert den Objektstrahl 24 und den Referenzstrahl 26, und Abbildungsoptik 34 (beispielsweise eine Linse oder eine Linsengruppe) fokussierend überlappende Bilder des Testobjekts 30 und des Referenzspiegels 32 auf ein Abtastfeld bzw. ein Detektorarray 36 (beispielsweise eine CCD-Array von Elementen). Das Detektorarray 36 nimmt die interferometrischen Werte eines Interferenzmusters auf, welches von Weglängenvariationen zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl 24 und 26 erzeugt wird. Ausgaben vom Detektorarray 36 werden in dem Computer 14 gespeichert und bearbeitet.

Die Elemente (Pixel) des Detektorarrays 36 nehmen lokale interferometrische Werte auf, die Gegenstand der Interferenz zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl 24 und 26 sind. Jeder der interferometrischen Werte ist auf eine Stelle des Testobjekts 30 zurückführbar. Jedoch an Stelle eines Vergleichs von interferometrischen Werten zwischen den Arrayelemen ten (Pixel) zur Ermittlung von Phasendifferenzen zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl 24 und 26 über einem Interferenzmuster als eine primäre Messung einer Oberflächenvariation wird eine Gruppe von zusätzlichen Interferenzmustern für eine Serie von unterschiedlichen Strahlfrequenzen (oder Wellenlängen) des Messstrahls 16 aufgezeichnet. Der abstimmbare Laser 12 durchläuft schrittweise eine Folge von inkrementell veränderten Strahlfrequenzen, und das Detektorarray 36 nimmt die korrespondierenden Interferenzmuster auf. Datenframes, die individuelle Interferenzmuster mit einer Anzahl von 16 oder 32 Frames aufnehmen bzw. aufzeichnen, sind typisch.

Die lokalen interferometrischen Werte variieren in einer sinusförmigen Art und Weise mit Veränderungen in Strahlfrequenz, die zyklisch Bedingungen von konstruktiver und destruktiver Interferenz durchläuft. Die Rate von interferometrischer Variation, zum Beispiel die Frequenz einer Intensitätsvariation, ist eine Funktion der Weglängenunterschieden zwischen den lokalen Abschnitten des Objekt- und Referenzstrahls 24 und 26. Abgestufte Änderungen in Intensität (niedrigere Interferenzfrequenzvariation) treten bei kleinen Weglängenunterschieden auf, und schnellere Änderungen in Intensität (höhere Interferenzfrequenzvariation) treten bei großen Weglängenunterschieden auf.

Innerhalb des Computers 14 können diskrete Fouriertransformationen benutzt werden, um die Interferenzfrequenzen von interferometrischer (zum Beispiel Intensität) Variation zu identifizieren, welche die inkrementalen Änderungen in der Strahlfrequenz des Messstrahls 16 begleiten. Der Computer 14 wandelt auch die Interferenzfrequenzen von interferometrischer Variation in Messungen bzw. Maße lokaler Weglängenunterschiede zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl 24 und 26 um, welche dazu verwendet werden können, um ein dreidimensionales Bild des Testobjekts 30 als Maße von Profilunterschieden von einer Oberfläche des Referenzspiegels 32 aus aufzubauen. Da der Referenzspiegel 32 planar ausgebildet ist, sind die festgelegten optischen Wegunterschiede äquivalent zu Abweichungen des Objekts 30 zu einer Ebene. Die sich daraus ergebende dreidimensionale topografische Information kann weiter bearbeitet werden, um wichtige Eigenschaften des Objekts 30 (zum Beispiel Ebenheit oder Parallelität) zu messen, welche zur Qualitätskontrolle von mit Präzision hergestellten Teilen geeignet sind.

Obwohl Frequenzabtast-Interferometer zur Messung von Objektoberflächen mit einem viel größeren Bereich von Oberflächenrauheit verwendet werden können, als von herkömmlichen Interferometern gemessen werden kann, bleiben die Abmessungen der Beleuchtungs- und Abbildungsoptik zum größten Teil gleich. Zum Beispiel ist die Strahlbeeinflussungsoptik 18 dimensioniert, um den Messstrahl 16 so aufzuweiten und parallel auszurichten, dass der Objektstrahl 24 und der Referenzstrahl 26 Bereiche mit ähnlicher Größenordnung des Testobjekts 30 und des Referenzspiegels 32 einschließen. Die Abbildungsoptik 34 ist ähnlich dimensioniert, um den reflektierten aber noch parallel ausgerichteten Objekt- und Referenzstrahl 24 und 26 auf das Detektorarray 36 zu fokussieren. Auf diese An und Weise ist die Größe der Beleuchtungs- und Abbildungssysteme auf die Größe des Testobjekts 30 und des Referenzspiegels 32 angepasst. Die Kosten solcher optischen Systeme werden für die Messung von großen Testobjekten so hoch, dass sich dieses verbietet, und können für die Messung kleiner Testobjekte in gleicher beträchtlicher Höhe bleiben. Kollimatoren, besonders diejenigen, welche zur Messung großer Testobjekte dimensioniert sind, sind besonders teuer und nehmen beträchtlichen Raum ein, was sich als nachteilig zur Herstellung kompakterer Interferometersysteme auswirkt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die in Anspruch 1, 19 und 33 definierte Erfindung schließt eine Entdeckung mit ein, dass die Beleuchtungs- und Abbildungssysteme eines Frequenzabtast-Interferometers unabhängig von der Größe einer Testobjektoberfläche dimensioniert werden können, indem die Referenzoberfläche als eine nicht spiegelnde bzw. streuende oder diffuse Oberfläche ausgestaltet wird. Der Referenzstrahl wird durch ein Zusammentreffen mit der streuenden oder diffusen Referenzoberfläche so verändert, dass ein repräsentativer Abschnitt des Referenzstrahls von dem Abbildungssystem erfasst werden kann. Ein repräsentativer Abschnitt des Objektstrahls kann auf ähnliche Weise durch das Abbildungssystem durch ein Zusammentreffer mit einer streuenden oder diffusen Oberfläche des Testobjekts erfasst werden, wie es typisch für maschinell bearbeitete Oberflächen ist.

Beleuchtungsoptiken können viel kleiner und einfacher hergestellt werden, indem ein sich aufweitender Strahl zur Beleuchtung der Objekt- und Referenzoberfläche erzeugt wird. Die streuende oder diffuse Referenzoberfläche verändert der Referenzstrahl so, dass sich ein repräsentativer (das heißt ein im Allgemeinen überall vorhandener) Abschnitt des sich aufweitenden Strahls entlang eines konvergierenden Wegs zu der Abbildungsoptik fortsetzt bzw. ausbreitet. Auf diese Weise kann die Abbildungsoptik ebenfalls in der Größe reduziert werden. Obwohl die Winkel, in denen individuelle Strahlen des Referenzstrahls von der Referenzoberfläche abweichen, breit oder sogar zufällig über den Querbereich der Referenzoberfläche variieren, werden die optischen Weglängen durch das Abbildungssystem zu korrespondierenden Brennpunkten durch solche Winkelvariation nicht beeinflusst. Feld abhängige Variationen von Einfallswinkeln, verbunden mit sphärisch divergierenden Formen des Objekt- und Referenzstrahls können durch gut ausgelegte Kalibrierungen (das heißt Skalierungsfaktoren) angepasst werden. Dementsprechend liefern Weglängenunterschiede zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl weiterhin einen Vergleich zwischen den Objekt- und Referenzoberflächen, ungeachtet der Strahländerungen, die mit der streuenden oder diffusen Gestalt der Objekt- und Referenzoberflächen verbunden sind.

Ein Beispiel eines Interferometers, welches aus der Erfindung Nutzen zieht, weist ein Beleuchtungssystem auf, das eine Objektoberfläche mit einem Objektstrahl und eine Referenzoberfläche mit einem Referenzstrahl beleuchtet. Ein Abbildungssystem erzeugt überlappende Bilder der Objektoberfläche und der Referenzoberfläche zur Erfassung von interferometrischen Daten, die auf Weglängenunterschieden zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl basieren. Ein Frequenzregler regelt eine Frequenz des Objekt- und Referenzstrahls, bei welcher interferometrische Daten über einem Bereich von unterschiedlichen Frequenzen erfasst werden. Ein Prozessor wandelt Variationen in den interferometrischen Daten als eine Funktion einer Strahlfrequenz in Maße der Weglängenunterschiede zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl um. Im Gegensatz zu vorheriger Praxis ist die Referenzoberfläche im Wesentlichen nicht spiegelnd bzw. streuend, so dass der Referenzstrahl auf Reflexion geändert wird, um die Abbildung der Referenzoberfläche zu verstärken.

Die Referenzoberfläche weist eine geometrische Nominalform auf; und gemessen in Bezug auf Normale bzw. Senkrechte zu der Oberflächengestalt reflektieren Strahlen des Referenzstrahls von der Referenzoberfläche in Winkeln, die von Winkeln abweichen, in denen die Referenzstrahlen auf die Referenzoberfläche einfallen. Zum Beispiel kann die Referenzoberfläche eine nominelle planare Oberfläche sein, und die interferometrischen Daten können Informationen enthalten, die sich auf Unterschiede zwischen der Objektoberfläche und der nominellen planaren Form der Referenzoberfläche beziehen. Der Referenzstrahl breitet sich entlang einer optischen Achse auf die Referenzoberfläche zu aus, und mehr Strahlen des Referenzstrahls konvergieren sofort nach Reflexion von der Referenzoberfläche auf die optische Achse zu als unmittelbar vor Reflexion von der Referenzoberfläche.

Die nicht spiegelnde bzw. streuende Eigenschaft der reflektierenden Referenzoberfläche kann auch als eine Form von Dispersion definiert sein, welche strukturiert oder unstrukturiert sein kann. Zum Beispiel können die nicht spiegelnden bzw. streuenden oder Dispersionseigenschaften der Referenzoberfläche eine zufällige oder geordnete Änderung des Referenzstrahls erzeugen. Vorzugsweise bewirkt die Änderung größtenteils zufällig, dass die Strahlen des Referenzstrahls bei Reflexion von der Referenzoberfläche streuen. Die Änderung kann jedoch Strahl formende Eigenschaften für solche Zwecke aufweisen, wie Steuerung und Aufteilung von Strahlinhalten innerhalb einer vorgeschriebenen Form. Die Zufallsanteile der Änderung des Referenzstrahls können als reduzierende räumliche Kohärenz oder als reduzierende anisotropische Reflexion gekennzeichnet sein.

Das Beleuchtungssystem kann zur Erzeugung von nicht parallel ausgerichteten Objekt- und Referenzstrahlen angeordnet sein, welche sich bei Einfall bzw. Annäherung auf bzw. an die Objekt- und Referenzoberflächen aufweiten. Repräsentative (das heißt im Allgemeinen überall vorhandene) Abschnitte sowohl von dem Objektstrahl als auch von dem Referenzstrahl reflektieren von den Objekt- und Referenzoberflächen auf konvergierenden Wegen auf das Abbildungssystem hin. Das bevorzugte Abbildungssystem weist einen Abbildungsaperturbereich auf, und die von dem Abbildungssystem abgebildete Objektoberfläche weist einen Querbereich auf, der größer ist als der Abbildungsaperturbereich. Zusätzlich weist das bevorzugte Beleuchtungssystem einen Beleuchtungsaperturbereich auf, und der von dem Abbildungssystem abgebildete Querbereich der Objektoberfläche ist größer als der Abbildungsaperturbereich.

Das Frequenzabtast-Interferometer weist vorzugsweise ein Datenerfassungssystem zur Erfassung der interferometrischen Daten bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Frequenzen des Objekt- und Referenzstrahls auf. Die interferometrischen Daten enthalten Informationen, die sich auf Unterschiede zwischen der Objektoberfläche und der Referenzoberfläche beziehen, die als ein Ergebnis von Reflexionen von beiden Oberflächen erfasst wurden. Die interferometrischen Daten für lokale Bereiche innerhalb der überlappenden Bilder der Objekt- und Referenzoberflächen durchlaufen zyklisch Bedingungen von konstruktiver und destruktiver Interferenz mit fortschreitender Variation in den Strahlfrequenzen. Der Prozessor wandelt die zyklischen Variationen der interferometrischen Daten als eine Funktion einer Frequenz in Weglängenunterschiede zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl um. Der Prozessor schafft auch vorzugsweise eine Umwandlung der Weglängenunterschiede zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl in Maße von Abweichungen der Objektoberfläche von der geometrischen Nennoberflächenform der Referenzoberfläche.

Der Referenzstrahl weist eine Nennwellenlänge auf, und die nicht spiegelnde oder diffuse Eigenschaft der Referenzoberfläche bringt Weglängenvariationen in den Referenzstrahl ein. Tatsächlich können die von der Referenzoberfläche in den Referenzstrahl eingebrachten Weglängenvariationen von einer Ordnung sein, die nahe an oder sogar über einer Randzonenbeabstandung der Interferenzmuster liegt. Jedoch schließen die interferometrischen Daten vorzugsweise Informationen über Oberflächenhöhenvariationen der Objektoberfläche einer Ordnung ein, die weit über der Nennwellenlänge des Referenzstrahls liegt. Zum Vergleich der Objekt- und Referenzoberflächen miteinander liegen die von der Referenzoberfläche in den Referenzstrahl eingebrachten Weglängenvariationen vorzugsweise in einer Größenordnung kleiner als die Oberflächenhöhenvariationen der Objektoberfläche.

Ein Strahlfilter oder mehrere können in das Frequenzabtast-Interferometer zur Behandlung des Objekt- und Referenzstrahls eingebaut sein. Zum Beispiel kann ein Strahlfilter zwischen dem Beleuchtungs- und dem Abbildungssystem zur Anpassung der Gesamtstrahlstärke zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl angeordnet sein. Das gleiche oder ein zusätzliches Filter kann verwendet werden, um eine Strahlintensität gleichmäßiger durch die Strahlapertur zu verteilen. Im Ganzen schaffen die Filter eine Skalierung von Intensität und Kontrast der Interferenzmuster auf die optimalen Bereiche des Datenerfassungssystems.

Die Erfindung kann die Kosten und die Komplexität von Frequenzabtast-Interferometern signifikant reduzieren, indem eine grundlegende Modifikation der Form der in dem Interferometer verwendeten Referenzoberfläche ausgeführt wird. Ein Erkennen der zugehörigen Änderungen, die durch die modifizierte Referenzoberfläche möglich gemacht ist, ist auch erforderlich, um die Erfindung in vollem Umfang zu nutzen. Zum Beispiel sollte das Erkennen ein Verständnis einschließen, dass eine nicht spiegelnde oder diffuse Referenzoberfläche dazu geeignet ist, einen repräsentativen Abschnitt eines auf andere Weise sich aufweitenden Referenzstrahls einem Abbildungssystem an einer reduzierten Aperturabmessung verfügbar zu machen.

Das Erkennen sollte auch ein Verständnis einschließen, dass die optischen Weglängen zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl durch das Abbildungssystem nicht durch die unterschiedlichen Reflexionswinkel beeinflusst werden, durch welche die nicht spiegelnde bzw. streuende Referenzoberfläche Abschnitten des Referenzstrahls eine neue Richtung gibt. Überdies sollte das Erkennen ein Verständnis umfassen, dass die Feld abhängigen Einfallswinkelvariationen, die mit divergierenden Objekt- und Referenzstrahlen verbunden sind, durch vorher festgelegte Kalibrierungen (das heißt Skalierungsfaktoren) angepasst werden können und kein Grund von Informationsverlusten sind, welche sonst mit Randzonendichtevariationen von herkömmlichen Interferometern verknüpft sind. Mit anderen Worten, die gestörten bzw. regellosen von Diffusion verursachten Winkelabweichungen können durch konjugiertes Abbilden angepasst werden, und die durch divergierende Beleuchtung verursachten geordneten Winkelabweichungen können durch Anwendung von Feld abhängigen Skalierungsfaktoren angepasst werden. Variationen in der Randzonendichte, die die Feld abhängigen Variationen von Einfallswinkeln begleiten, sind für Frequenzabtast-Interferometrie unproblematisch, weil die Auflösung von Weglängenvariationen anders als bei konventioneller Interferometrie unabhängig von Faktoren ist, die mit der Nennwellenlänge in Beziehung stehen.

Die Erfindung ist am besten bei einem Frequenzabtast-Interferometer eines Typs anwendbar, welcher eine Serie von Interferenzmustern zwischen Objekt- und Referenzstrahl über dem Bereich von unterschiedlichen Frequenzen erzeugt. Der Objektstrahl trifft auf eine Objektoberfläche, der Referenzstrahl trifft auf eine Referenzoberfläche, und die Serie von Interferenzmustern ist der Gegenstand von Unterschieden zwischen den Objekt- und Referenzoberflächen. Eine Ausgestaltung der vorgeschlagenen Verbesserung weist eine Ausbildung der Referenzoberfläche als eine diffuse Oberfläche zur Änderung des Referenzstrahls auf.

Vorzugsweise erzeugt die diffuse Oberfläche eine breite zufällige Änderung des Referenzstrahls. Zum Beispiel kann die diffuse Oberfläche zur Streuung des Referenzstrahls über- all in einem Bereich von unterschiedlichen Richtungen angeordnet werden, und dadurch anisotropische Reflexion des Referenzstrahls reduzieren. Die diffuse Oberfläche kann jedoch Strahl formende Aufbauten bzw. Strukturen aufweisen, welche eine mindestens teilweise geordnete Änderung des Referenzstrahls erzeugen. Zum Beispiel können solche Strahl formenden Strukturen benutzt werden, um eine Verteilung von Strahlkomponenten innerhalb des Referenzstrahls zu verändern.

Der Referenzstrahl beinhaltet eine Vielzahl von Strahlen, und die Strahlen des Referenzstrahls, die Gegenstand von zufälliger Änderung sind, breiten sich nach Auftreffen auf die Referenzoberfläche in einer erhöhten Anzahl von Richtungen aus. Der Referenzstrahl breitet sich auf die Referenzoberfläche hin längs einer optischen Achse aus, ob die Änderung zufällig oder geordnet erfolgt; und ein sich erhöhender Anteil der Strahlen des Referenzstrahls konvergiert nach Auftreffen auf die diffuse Referenzoberfläche vorzugsweise auf die optische Achse hin.

Die diffuse Referenzoberfläche bringt Weglängenvariationen zwischen den Objekt- und Referenzstrahl ein, welche die Identifikation von Interferenzrandzonen in den Interferenzmustern zumindest teilweise verdunkeln bzw. undeutlich machen können. Jedoch fügen Oberflächenhöhenvariationen der Objektoberfläche Weglängenvariationen zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl in einer Größenordnung oder mehr größer als die von der diffusen Referenzoberfläche eingebrachten Weglängenvariationen ein.

Im Ganzen weist die diffuse Referenzoberfläche eine geometrische Nominalform auf, und die Serien von Interferenzmustern zeichnen Unterschiede zwischen der Objektoberfläche und der geometrischen Nominalform der diffusen Referenzoberfläche auf. Zum Beispiel kann die geometrische Nominalform der diffusen Referenzoberfläche eine Ebene sein. Zur Verringerung der Größe von Beleuchtungs- und Abbildungsoptik kann der Referenzstrahl auf die nominelle planare Referenzoberfläche hin als ein sich aufweitender Strahl ausgebreitet werden, und ein repräsentativer Abschnitt des Referenzstrahls kann von der nominellen planaren Referenzoberfläche weg als ein konvergierender Strahl ausgebreitet werden.

Die Erfindung schafft auch neue Verfahren von interferometrischen Messen von Oberflächeneigenschaften von Testobjekten. Eine Objektoberfläche kann mit einem Objektstrahl beleuchtet werden, und eine Referenzoberfläche kann mit einem Referenzstrahl beleuchtet werden. Der Objektstrahl wird streuend von der Objektoberfläche reflektiert, und der Referenzstrahl wird streuend von der Referenzoberfläche reflektiert, so dass gerichtete Komponenten des Objekt- und Referenzstrahls auf Reflexion geändert werden. Überlappende Bilder der Objekt- und Referenzoberfläche werden zur Erfassung von interferometrischen Daten erzeugt, die auf Weglängenunterschieden zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl basieren. Eine Frequenz des Objekt- und Referenzstrahls, bei welcher interferometrische Daten erfasst werden, wird über einen Bereich von unterschiedlichen Frequenzen geregelt. Variationen in den interferometrischen Daten werden als eine Funktion von Frequenz in Maße der Weglängenunterschiede zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl umgewandelt.

Vorzugsweise erzeugt die nicht spiegelnde bzw. streuende Reflexion eine im hohen Maße zufällige Änderung des Referenzstrahls. Zum Beispiel kann die streuende Reflexion den Referenzstrahl überall in einem Bereich von unterschiedlichen Richtungen streuen und dadurch anisotropische Reflexion des Referenzstrahls reduzieren. Alternativ kann die streuende Reflexion eine zumindest teilweise geordnete Änderung des Referenzstrahls erzeugen.

Der Referenzstrahl weitet sich vorzugsweise längs eines Fortpflanzungswegs auf die Referenzoberfläche hin und weist einen repräsentativen Abschnitt auf, der sich längs eines Fortpflanzungswegs von der Referenzoberfläche weg zusammenzieht. Die Beleuchtung sowohl der Objekt- als auch der Referenzoberfläche wird vorzugsweise ohne Kollimatoren erreicht.

Eine Serie von Interferenzmustern wird von den überlappenden Bildern über dem Bereich von diskreten Frequenzen erzeugt, und der Verfahrensschritt des streuenden Reflektierens weist ein Einbringen von Weglängenvariationen zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl auf, welche zumindest teilweise die Identifikation von Interferenzrandzonen in den Interferenzmustern verdunkeln bzw. undeutlich machen. Jedoch sind die durch die Referenzoberfläche eingebrachten Weglängenvariationen in einer Größenordnung oder mehr geringer als Weglängenvariationen, die von der Objektoberfläche eingebracht werden.

Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Interferometersystem des Stands der Technik darstellt, welches durch die Verwendung der Erfindung verbessert werden kann.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein verbessertes Interferometersystem gemäß der Erfindung zeigt.
3 ist ein Seitenansichtsdiagramm, welches spiegelnde Reflexionen von einer herkömmlichen Referenzoberfläche darstellt.
4 ist ein ähnliches Seitenansichtsdiagramm, welches nicht spiegelnde Reflexion von einer diffusen Referenzoberfläche gemäß der Erfindung darstellt.
5 ist eine weitere Diagrammansicht der diffusen Referenzoberfläche, welche eine Bezugnahme auf eine Streutiefe macht.
6 ist ein weiteres Blockdiagramm, das Vorteile und Wirkungen der kleineren und weniger aufwendigen Beleuchtungs- und Abbildungssysteme darstellt, die in Übereinstimmung mit der Erfindung ermöglicht sind.
Detaillierte Beschreibung
Eine Ausführungsform der Erfindung als ein modifiziertes Frequenzabtast-Interferometer 50, welches zur Messung einer diffusen Objektoberfläche 52 angeordnet ist, ist in 2 dargestellt. Das Frequenzabtast-Interferometer 50 ist im Allgemeinen als ein Twyman-Green Interferometer aufgebaut, aber weitere bekannte Interferometerkonfigurationen könnten ebenso Verwendung finden. Jedoch wird anders als bei herkömmlichen Twymann-Green Interferometern keine Kollimator-Optik benutzt, und eine Referenzoberfläche 50 ist als eine nicht spiegelnde bzw. streuende oder diffuse Oberfläche angeordnet.
Eine Strahlungsquelle 62 erzeugt in Verbindung mit einem Beleuchtungssystem 60 einen sich aufweitenden Messstrahl 66. Strahlbeeinflussungsoptik 64 steuert eine Aufweitung des Messstrahls 66 zur Ausfüllung korrespondierender Aperturabmessungen der Objektoberfläche 52 und der Referenzoberfläche 56. Vorzugsweise ist die Strahlungsquelle 62 eine Punktquelle kohärenter Strahlung, wie eine solche wie ein Diodenlaser (zum Beispiel ein GaAs-basierte Laser), der durch einen begrenzten Bereich von Frequenzen (oder Wellenlängen) hindurch abstimmbar ist. Der sich aufweitende Messstrahl 66 weist vorzugsweise einen genau bestimmten Aufbau auf, beispielsweise eines solchen als eine sphärisch divergierende Wellenfront. Eine Auswahl von Nennwellenlängen (zum Beispiel 780 nm) kann innerhalb des sichtbaren oder nicht sichtbaren Spektrums getroffen und auf solchen Grundlagen wie Kosten, Auflösung und Reflexionseigenschaft des Testobjekts 54 ausgewählt werden. Ein in Frequenz abstimmbarer Laser, der für die praktische Ausführung dieser Erfindung bevorzugt ist, wird in der gleichzeitig erfolgten Anmeldung U.S. Application No. 10/446,012, angemeldet am 27. Mai 2003, mit dem Titel „TUNABLE LASER SYSTEM HAVING AN ADJUSTABLE EXTERNAL CAVITY" offenbart, welche hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Ein Strahlteiler 70 teilt den sich aufweitenden Messstrahl 66 in einen sich aufweitenden Objektstrahl 72 und einen sich aufweitenden Referenzstrahl 76 auf. Der sich aufweitende Objektstrahl 72 breitet sich längs einer optischen Achse 71 zu der Objektoberfläche 52 eines Testobjekts 54 hin aus, und der sich aufweitende Referenzstrahl 76 breitet sich längs einer optischen Achse 76 zu der Referenzoberfläche 56 eines Referenzelementes 58 hin aus. Die sich aufweitenden Objekt- und Referenzstrahlen 72 und 76 treffen jeweils auf die Objekt- und Referenzflächen 52 und 56 in Einfallswinkeln auf, die mit Bezug auf ihre jeweiligen optischen Achsen 71 und 75 genau festgelegt sind.
Sowohl die Objektoberfläche 52 als auch die Referenzoberfläche 56 sind nicht spiegelnde bzw. streuende oder diffuse reflektierende Oberflächen. Das Objekt 54 kann ein bearbeitetes Teil mit der Objektoberfläche 52 sein, welche eine Oberflächenrauheit aufweist, die dazu neigt, einfallende Strahlung zu zerstreuen. Die Referenzoberfläche 56 des Referenzelementes 58 ist besonders als eine nicht spiegelnde oder diffuse reflektierende Oberfläche ausgebildet. Vorzugsweise zerstreut die nicht spiegelnde Reflexion von der Referenzoberfläche den Referenzstrahl 76 über einen Bereich von unterschiedlichen Richtungen. Als ein Ergebnis einer solchen Zerstreuung, welche zufällig oder teilweise geordnet sein kann, wird ein repräsentativer Abschnitt 74 des Objektstrahls 72 von der Objektoberfläche 52 auf einem konvergierenden Rückweg zu dem Strahlteiler 70 entlang der optischen Achse 71 reflektiert, und ein repräsentativer Abschnitt 78 des Referenzstrahls 76 wird von der Referenzoberfläche 56 längs der optischen Achse 75 auf einem konvergierenden Rückweg zu dem Strahlteiler 70 reflektiert.
Die repräsentativen Abschnitte 74 und 78 des Objekt- und Referenzstrahls 72 und 76 gehen vorzugsweise überall aus den Aperturabmessungen der Objektoberfläche 52 und der Referenzoberfläche 56 hervor. Der Strahlteiler 70 rekombiniert und richtet die repräsentativen Abschnitte 74 und 78 des Objekt- und Referenzstrahls 72 und 76 auf ein Abbildungssystem 80, welches eine Fokussierungsoptik 82 aufweist, die überlappende Bilder der Objektoberfläche 52 und der Referenzoberfläche 56 erzeugen. Die Fokussierungsoptik 82 kann kleiner und weniger aufwendig als üblich ausfallen, da die repräsentativen Abschnitte 74 und 78 des Objekt- und Referenzstrahls 72 und 76 auf die Fokussierungsoptik 82 innerhalb der Grenzen von konvergierenden Strahlen bzw. Strahlbündeln zulaufen. Fortpflanzungsrichtungen durch den Strahlteiler 70 können durch bekannte Polarisationsverfahren gesteuert werden.
Die Fokussierungsoptik 82 des Abbildungssystems 80 weist einen Abbildungsaperturbereich auf, und die von der Fokussierungsoptik abgebildete Objektoberfläche 52 weist einen Querbereich auf, der bedeutend größer ist als der Abbildungsaperturbereich. In ähnlicher Weise weist die Strahlbeeinflussungsoptik 64 des Beleuchtungssystems 60 einen Beleuchtungsa perturbereich auf, und der Querbereich der Objektoberfläche 62 ist größer als der Beleuchtungsaperturbereich. Ein Querbereich der Referenzoberfläche 56, welche durch die Fokussierungsoptik 82 abgebildet wird, ist ebenfalls größer als sowohl der Abbildungsaperturbereich als auch der Beleuchtungsaperturbereich.
Ein Datenerfassungssystem 84 mit einem Detektorarray 86, welches in der Brennebene der Fokussierungsoptik 82 angeordnet sein kann, zeichnet Details von Interferenzmustern auf, die zwischen den repräsentativen Abschnitten 74 und 78 des Objekt- und Referenzstrahls 72 und 76 erzeugt werden. Das Detektorarray 86 ist vorzugsweise konjugiert sowohl zur Objektoberfläche 52 als auch zur Referenzoberfläche 56 ausgebildet, so dass beleuchtete Punkte der beiden Oberflächen 52 und 56 als korrespondierende Punkte des Brennpunkts auf dem Detektorarray 86 wiedergegeben werden. Auf diese Weise kann das an den Brennpunkten ankommende Licht aus einem Bereich von Winkeln von den beleuchteten Punkten auf den beiden Oberflächen 52 und 56 hervorgehen, während es die gleichen optischen Wegelängen zwischen den konjugierten Punkten durchquert.
Vorzugsweise ist das Detektorarray 86 aus einem Array bzw. einer Anordnung von individuell adressierbaren Elementen (beispielsweise solche wie ladungsgekoppelte Einrichtungen) zusammengesetzt, um eine separate Messung von Intensität an unterschiedlichen Punkten in den Interferenzmustern (das heißt: die überlappenden Bilder der Objekt- und Referenzfläche 52 und 56) auszuführen. Ein Computer 90 speichert und verarbeitet die interferometrischen Daten (zum Beispiel Intensität), die von dem Detektorarray 86 erfasst wurden. Zusätzlich steuert der Computer 90 die Strahlungsquelle 62 zu inkrementellen Verschiebung der Frequenz des Messstrahls 66, um interferometrische Daten von einer Serie von Interferenzmustern bei den unterschiedlichen Frequenzen zu erfassen.
Die von Elementen des Detektorarrays 86 aufgezeichneten Intensitätswerte „I" können als die Summe von zwei kohärenten Komponenten geschrieben werden; eine von dem Objektstrahl 72 „U_obj" und eine von dem Referenzstrahl 76 „U_ref", und zwar wie folgt: I = |(Uobj + Uref)|2, (1)
Die aufgezeichnete Intensität „I" korrespondiert zum Beispiel zu der von einem Pixel gemessenen Intensität innerhalb des von dem Objekt- und Referenzstrahls erzeugten Bilds.
Der Objektstrahl 72 „U_obj" kann geschrieben werden als:
und der Referenzstrahl 76 „U_ref" als:
wobei „A₁" und „A₂" die Amplituden sind, „λ" die Wellenlänge ist, und „R₁" und „R₂" die optischen Wege für die beiden Strahlen 72 und 76.
Wird der Weglängenunterschied als „R = R₁ – R₂" betrachtet, so kann die Intensität „I" eines individuellen Datenpunkts geschrieben werden als:
oder unter Verwendung von Frequenzangabe:
wobei „c" die Lichtgeschwindigkeit und „ν" die Strahlfrequenz ist.
Die durch den Kosinusterm von Gleichung (5) beschriebene Intensität „I" ist sowohl von dem Weglängenunterschied „R" und der Strahlfrequenz „ν" abhängig. Zum Beispiel stellt der Kosinusterm der Intensität „I" das zyklische Durchlaufen des Objekt- und Referenzstrahls 72 und 76 durch Bedingungen von konstruktiver und destruktiver Interferenz als eine Funktion der Strahlfrequenz „ν" dar. Die Periodizität der Intensitätsvariation (vorzugsweise als die Interferenzfrequenz bezeichnet) ändert sich proportional zu dem Weglängenunterschied „R". Eine Festlegung der Interferenzfrequenz aus den die bei einer Folge von „N" unterschiedlichen Strahlfrequenzen „ν" erfassten Intensitätsdaten „I" ermöglicht die Bestimmung des Weglängenunterschieds „R".
Gleichung (5) zeigt auch, dass die Intensität „I" zwei Basisterme aufweist: einen Verzerrungsterm, der gleich „|A₁|² + |A₂|²" ist, und einen Kosinusterm. Die sinusförmige Intensitätsvariation, die von Interesse ist, ergibt sich aus dem Kosinusterm. Der Verzerrungsterm ist an Offset, welcher leicht dadurch entfernt werden kann, indem der Mittelwert „I" der Intensitätsdaten berechnet und dieser Mittelwert von Gleichung (5) subtrahiert wird. Der Mittelwert „I" der Intensitätsdaten kann wie folgt berechnet werden:
wobei „I(n)" die Intensität von korrespondierenden Datenpunkten von individuellen Interferenzmustern bezeichnet, die insgesamt „N" unterschiedliche Interferenzmuster ausmachen. Jedes „n" repräsentiert die Daten, welche in einem Interferenzmuster bei einer unterschiedlichen Strahlfrequenz „ν" erfasst wurden.
Die abgetastete Intensität „I'(n)" von jedem Datenpunkt innerhalb eines Interferenzmusters „n" mit dem entfernten Verzerrungsterm ist wie folgt:
Wie aus Gleichung (7B) hervorgeht, hängt die Frequenz des Kosinusterms von der Frequenz (oder Wellenlänge) des Messstrahls 66 und „R" – dem optischen Wegunterschied (OPD) – ab. Basierend auf den inkrementalen Änderungen in Strahlfrequenz „ν", die von dem abstimmbaren Laser 62 bereitgestellt werden, kann ein Wert von „R" in die Funktion unter Anwendung von Fouriertransformationsverfahren eingepasst werden. Dieses Verfahren beinhaltet ein Aufzeichnen von Interferenzmustern für eine Serie von „N" Strahlfrequenzen. Die Daten von jedem Detektorelement werden dann einer Fouriertransformation unterzogen, indem bekannte (oder geschätzte) Strahlfrequenzen benutzt werden, und die Orte der Spitzeninterferenzfrequenzen von Variation offenbaren die Werte von „R" für jedes Detektorelement.
Eine diskrete Fouriertransformation zur Einschätzung der Frequenzkomponenten der Funktion „I'(n)" kann wie folgt geschrieben werden:
wobei „M" die gesamte Anzahl von Frequenzkomponentenabtastwerten ist, die gleichmäßig überall im Fourierfrequenzraum verteilt sind, „m" eine der geordneten Frequenzkomponenten in der Ordnung von 1 bis „M" überall im Fourierfrequenzraum bezeichnet, und „K'(m)" misst, wie gut jede der „m" geordneten individuellen Frequenzkomponentenabtastwerte (auch als Bins bezeichnet) der Interferenzfrequenz der aufgezeichneten Datenpunktintensitäten „I'(n)" bei korrespondierenden Bereichen der „n" geordneten Interferenzmuster entspricht. Verfahren zum schnellen Lösen der Fouriertransformationen werden in der gleichzeitig angemeldeten U.S. Application No. 10/000,000 angegeben, angemeldet am 23. Juni 2003, mit dem Titel „MULTI-STAGE DATA PROCESSING FOR FREQUENCY-SCANNING INTERFEROMETER" basierend auf der am 24. Juni 2002 angemeldeten U.S. Provisional Application No. 60/391,004, welche beide hiermit durch Bezugnahme aufgenommen sind.
In der Praxis ist es wünschenswert, dass die Intensität der repräsentativen Referenz- und Objektstrahlabschnitte 74 und 78 in ähnlicher Stärke vorliegt. Ein neutrales Dichtefilter 92, welches längs der optischen Achse 75 des Referenzstrahls 76 angeordnet ist, kann für diesen Zweck verwendet werden. Jedoch zur Vermeidung von unerwünschten Rückreflexionen ist das neutrale Dichtefilter 92 in Bezug auf die Referenzfläche 56 geneigt angeordnet. Ein Bediener kann das variable neutrale Dichtefilter 92 abstimmen, oder der Steuercomputer 90 kann zur Einstellung der optischen Dichte des Filters 92 programmiert werden, um die Abbildungsbedingungen für jede Frequenz zu optimieren. Eine solche Abstimmung kann zum Beispiel durch Verwendung mehrerer unterschiedlicher Filter von unterschiedlichen Dichtewerten in einer Radanordnung erreicht werden, welche zur Anordnung des korrekten Filters in das Sehfeld gedreht wird.
Ein Apodisationsfilter (nicht dargestellt) oder mehrere können entlang des Wegs des Objektstrahls 72 und des Referenzstrahls 76 zum besseren Ausgleich von Intensitäten überall in den Strahlaperturen. Da anzunehmen ist, dass Reflexionen sowohl von der Objektoberfläche 52 und der Referenzoberfläche 56 auf die Aperturzentren hin stärker werden, woran sich die achsennahen Reflexionen angenähert werden, sind Gauss'sche Apodisationsfilter bevorzugt. Zusammen sind die Filter dazu vorgesehen, dass in den interferenzmustern erscheinende Intensitätsbereichsdaten mit dem besten Leistungsbereich des Datenarrays 86 zusammenpassen.
Sowohl mit einer diffusen Objektoberfläche 52 als auch mit einer diffusen Referenzoberfläche 56, die auf dem Detektorarray 86 abgebildet sind, ist es anzunehmen, dass die aufgezeichneten Interferenzmuster als zufällige Tüpfel- bzw. Flecken- oder Speckle-Muster auftreten. Es wird erwartet, dass die diffuse Referenzoberfläche 56 Weglängenvariationen zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl einbringt, die zumindest teilweise die Identifikation von Interferenzrandzonen in den Interferenzmustern verdunkeln bzw. unscharf machen. Die Oberflächenhöhenvariationen der diffusen Objektoberfläche 52 bringen Weglängenvariationen zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl 72 und 76 von einer Größenordnung oder größer als die von der diffusen Referenzoberfläche 56 eingebrachten Weglängenvariationen ein. Dementsprechend wird erwartet, dass die Interferenzmuster Oberflächenhöhenvariationen aufzeichnen, die weit über dem unzweideutigen Bereich hinaus von herkömmlichen Interferometern liegen.
Der Wert eines Mehrdeutigkeitsbereichsintervalls „ΔR_AMB" für das Frequenzabtast-Interferometer 50 ist gegeben als:
wobei „Δν_INC" die Größe des Strahlfrequenzinkrements zwischen Intensitätsdatenpunktab
tastwerten ist.
Der Wert einer Bereichsauflösung „Δ_RES", der zu einem einzelnen kompletten Zyklus von konstruktiver und destruktiver Interferenz innerhalb des gesamten Bereichs (oder Bandbreite) „Δν_TOTAL" von Strahlfrequenzen korrespondiert ist gegeben als:
Vorzugsweise ist eine Streutiefe (das heißt Oberflächenhöhenvariation) der nicht spiegelnden bzw. streuenden Referenzoberfläche 56 begrenzt auf eine Streutiefe, die nicht größer ist als die Messunsicherheit, wodurch eine Unschärfe der Messung des optischen Wegunterschieds (OPD) des Frequenzabtast-Interferometers 10 reduziert wird. Innerhalb der Bereichsauflösung „ΔR_RES" kann eine signifikant geringere Messunsicherheit durch präzisere Lokalisierung der Spitzenintensitätsfrequenz erreicht werden.
Auf Grund von Diffusionsunregelmäßigkeiten kann die Tüpfel- bzw. Speckle-Intensität an besonderen Punkten in den Interferenzmustern niedrig sein. Solche niedrigen Punkte können Signalausfälle verursachen, bei denen die Variationen in interferometrischen Daten durch Systemrauschen undeutlich sind. Das Fehlerauftreten kann minimiert werden, indem das Detektorarray 86 so angeordnet ist, dass es zu diesem Zweck ein ausreichendes Signal-zu-Rauschen-Verhältnis aufweist. Zusätzlich können solche Ausfälle leicht durch Nachbearbeitung eliminiert werden, zum Beispiel durch Verwendung eines Medianfilters.
Die nicht spiegelnde bzw. streuende Referenzoberfläche 56 kann zum Beispiel als eine diffuse Reflexionsoberfläche oder als eine optisch diffuse Beschichtung (zum Beispiel Zellophanband) ausgebildet sein, welche auf einer Oberfläche eines Spiegels aufgebracht ist. Die streuende Referenzoberfläche 56 kann auch mittels vieler anderer Verfahren ausgebildet sein, einschließlich einer Ablagerung von mikroskopischen Partikeln auf einer Oberfläche oder durch Sandstrahlen oder auf andere Weise durch Schleifen einer Metall- oder anderen reflektierenden Oberfläche. Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass die streuende Referenzoberfläche 56 einfallende Strahlung winklig in einer zufälligen Art und Weise über ihre wirksame Apertur verteilt. Es können jedoch mindestens teilweise geordnete Verteilungen der einfallenden Strahlung für solche Zwecke benutzt werden, wie gleichmäßigeres Auffüllen der Apertur des Abbildungssystems 80. Weitere technische Vorteile in Interferometrie, die sich aus der Verwendung einer nicht spiegelnden bzw. streuenden oder diffusen Referenzoberfläche 56 ergeben, werden aus 3 bis 6 noch ersichtlicher.
3 zeigt einen Abschnitt der herkömmlichen spiegelnden Referenzoberfläche 30, wie sie in dem Interferometer 10 aus 1 Verwendung findet. Einfallende Strahlen 100 reflektieren von der Referenzoberfläche 30, indem sie dem Reflexionsgesetz folgen, wobei der Reflexionswinkel 104 gleich dem Einfallswinkel 102 in Bezug zu der Oberflächennormalen 108 ist. Die reflektierten Strahlen 110 bilden einen unveränderten Abschnitt des Referenzstrahls 26, der seinerseits von der Fokussierungsoptik 34 erfasst werden muss. Da der Referenzstrahl 26 parallel ausgerichtet ist und der Referenzstrahl durch seine Reflexion nicht verändert ist, muss die Fokussierungsoptik in der Größe vergleichbar zu der Referenzoberfläche 30 ausgelegt sein, um die Referenzoberfläche 30 auf dem Detektorarray 36 abzubilden.
4 zeigt einen vergrößerten Abschnitt der nicht spiegelnden Referenzoberfläche 56, wie sie in dem Interferometer 50 aus 2 verwendet wird. Obwohl nur ein Paar von einfallenden und reflektierten Strahlen 112 und 114 dargestellt ist, ist es ersichtlich, dass die einfallenden Strahlen 112 in viele Richtungen in Bezug auf eine Normale 116 zu der nominellen planaren Form der nicht spiegelnden Referenzoberfläche 56 diffus reflektiert werden. Der Reflexionswinkel ist durch die lokale Oberflächennormale bestimmt, welche in Bezug auf die Oberflächenformnormale 116 bedeutend variiert. Jedoch ist der Einfallswinkel 118, gemessen in Bezug auf die Oberflächenformnormale 116 unverändert, aber die Reflexionswinkel 120 können in großem Maße variieren. Die Streustärke der nicht spiegelnden bzw. streuenden Referenzoberfläche 56 bestimmt die Weite der Winkeldivergenz der reflektierten Strahlen. Da die Winkeldivergenz des Referenzstrahls 76 einige der sich ursprünglich auf divergierenden Wegen ausbreitenden Strahlen in korrespondierende Strahlen in eine neue Richtung zur Ausbreitung auf konvergierenden Wegen ausrichtet, kann die Fokussierungsoptik 82 viel kleiner dimensioniert werden, während sie noch den repräsentativen Abschnitt 78 des Referenzstrahls 76 erfasst.
5 stellt einige zusätzliche Besonderheiten von durch die nicht spiegelnde Referenzoberfläche 56 zerstreutem Licht dar. Die Besonderheiten schließen Abmessungen 122 eines virtuellen Detektor- bzw. Abtastpixels ein, welches das auf die nicht spiegelnde Oberfläche 56 projizierte Bild eines Detektorpixels ist. So erfasst ein aktuelles Detektorpixel Licht nominell aus diesem abgemessenen Bereich. Eine Streutiefe 124 ist ebenfalls dargestellt, welche der Bereich von Tiefenwerten ist, der zu dem reflektierten Referenzstrahl beiträgt. Da die Referenzoberfläche 56 diffus ausgebildet ist, sind die Anzahl von gestreuten Beiträgen und ihre relativen Phasen Zufallsvariablen. Daraus folgt, dass der Referenzstrahl 76 getüpfelt bzw. mit Speckle versehen ist, wenn es verschiedene Zufallsbeiträge in Phasen gibt, wie es hier der Fall ist. Die statistischen Eigenschaften von Speckle werden durch die Geometrie der nicht spiegelnden Referenzoberfläche 56 und auch durch Eigenschaften der Impulsantwortfunktion (IPR) des Abbildungssystems und der Detektorpixelgröße 122 vorgegeben [siehe zum Beispiel: J.C. Dainty, Editor, Laser Speckle and Related Phenomena, Springer Verlag, Berlin, 1984, welches hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist].
Es gibt zwei bedeutende Auswirkungen. Erstens ist die Amplitude des Referenzstrahls 76 bei jedem Pixel eine Zufallsvariable. Es ist jedoch zu beachten, dass das hierin beschriebene Bild gebende Verfahren unabhängig von der Referenzstrahlstärke arbeitet, und somit ist die zufällige Eigenschaft der Referenzamplitude nicht problematisch. Wenn jedoch die Amplitude so extrem gering ist, dass die Kosinusmodulation unter dem Rauschniveau des Systems liegt, könnte sich eine fehlerhafte Bereichsmessung ergeben. Dieser Effekt wird als Speckle-Aussetzer bezeichnet. Das Auftreten von Speckle-Aussetzern kann minimiert werden, indem Detektorpixel verwendet werden, die etwas größer sind als das Abbildungssystem IPR. Im Allgemeinen wird die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion der Referenzintensität zu einer Gauss'schen und die Detektorpixelgröße 122 und IPR werden ausgewählt, um die Wahrscheinlichkeit von geringer Referenzstärke zu minimieren. Außerdem sind Speckle-Aussetzer in der Praxis isolierte Pixel, die leicht identifiziert und durch Medianfilterung entfernt werden können [siehe zum Beispiel: A. Rosenfeld and A.C. Kak, Digital Picture Processsing, Vol. 1, Academic Press, New York, 1982, welches hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist].
Ein zweiter Effekt der nicht spiegelnden Referenzoberfläche 56 besteht darin, dass die Tiefenwerte innerhalb eines Pixelbereiches wie in 5 dargestellt verteilt sind. Für eine gegebene Messung ist es wünschenswert, dass diese Streutiefe bei der Tiefenmessung unaufgelöst bleibt. Zum Beispiel können die Strahlfrequenzen und Prozessparameter so eingestellt werden, dass die Tiefenmessungen der Objektoberfläche 52 mit einer gegebenen Auflösung (zum Beispiel 10 Mikron) ausgeführt werden. Die nicht spiegelnde Referenzoberfläche 56 könnte dann so ausgestaltet werden, dass die Streutiefe viel geringer ist als die gegebene Auflösung (zum Beispiel 10 Mikron). Die aufgelösten Tiefenschwankungen, welche durch die Interferenzmuster kodiert werden, würden dann der zu prüfenden Objektoberfläche 52 zugeordnet werden können.
Vorteile der Verwendung eines nicht parallel ausgerichteten Beleuchtungsstrahls sind aus 6 ersichtlich. Die Objekt- und Referenzoberfläche 52 und 56 wird mit einem nicht parallel ausgerichteten Messstrahl 66 von der abstimmbaren Laserstrahlungsquelle 62 beleuchtet. Da die Objektoberfläche 52 des Testobjekts 54 und die Referenzoberfläche 56 des Referenzelementes 58 beide diffus sind, reflektieren einige der Strahlen (das heißt: repräsentative Abschnitte 74, 78 des Objekt- und Referenzstrahls 72 und 76) von diesen Oberflächen längs konvergierenden Wegen durch den Strahlteiler 70 und können von dem Abbildungssystem 80 durch eine wirksame Apertur 128 erfasst werden, die kleiner ist als die Abmessungen der Objekt- und Referenzoberflächen 52 und 56, welche abgebildet werden. Zusätzlich zum Vermeiden von Forderungen nach einem Kollimator ist eine wirksame Apertur 130 des Beleuchtungssystems 60 ebenfalls viel kleiner als die abgebildeten Abmessungen der Objekt- und Referenzoberflächen 52 und 56.
Auf Grund der sich aufweitenden Gestalt des Messstrahls 66, ist der gemessene optische Wegunterschied (OPD) nicht exakt parallel zu den optischen Achsen 71 und 75. Das heißt, dass die Objekt- und Referenzoberfläche 52 und 56 in Feld abhängigen Einfallswinkeln beleuchtet werden. Dementsprechend beziehen sich Höhenvariationen der Objektoberfläche 52 auf den optischen Wegunterschied (OPD) durch einen Kosinus der winkligen Abweichungen (das heißt: die Feld abhängigen Abweichungen von normalem Einfall). Da die winkligen Abweichungen des Messstrahls 66 bekannt sind (zum Beispiel als die Inhalte einer sphärisch divergierenden Wellenfront), können Feld abhängige Skalierungsfaktoren bei einer Verarbeitung der interferometrischen Daten von dem Detektorarray 86 benutzt werden, um die Komponenten der OPD zu extrahieren, die parallel zu den optischen Achsen 71 und 75 sind. Eine gekrümmte Referenzoberfläche kann ebenfalls zur Anwendung kommen, um eine ähnliche Korrektur durchzuführen.
Variationen und Modifikationen in dem beschriebenen Interferometersystem, welches eine nicht spiegelnde bzw. streuende Referenzoberfläche verwendet, ergeben sich für den Fachmann von selbst. Zum Beispiel ist die Erfindung im Allgemeinen bei einem Bereich von Interferometerausführungen anwendbar, die für die Verwendung von nicht spiegelnden Referenzoberflächen anpassbar sind, inklusive weiterer Einzeldurchgangs- oder Doppeldurchgangs-Interferometer, die nominell bei normalem oder streifendem Lichteinfall betrieben werden. Als eine Alternative zur Laserabstimmung könnten Frequenzfilter vor dem Detektorarray zur Erfassung interferometrischer Daten bei unterschiedlichen Frequenzen benutzt werden. Dementsprechend sollte die vorstehende Beschreibung als illustrierend und nicht in einem begrenzten Sinn gesehen werden.

Claims

Interferometer zum Vergleich einer Objektoberfläche mit einer Referenzoberfläche durch Messen von Abweichungen der Objektoberfläche von einer geometrischen Nominalform der Referenzoberfläche, mit: einem Beleuchtungssystem zur Beleuchtung der Objektoberfläche mit einem Objektstrahl und der Referenzoberfläche mit einem Referenzstrahl; einem Abbildungssystem zur Erzeugung von überlappenden Bildern der Objektoberfläche und der Referenzoberfläche mit dem Objekt- und dem Referenzstrahl zur Erfassung von interferometrischen Daten, die auf Weglängenunterschieden zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl basieren; einem Frequenzregler zur Regelung einer Frequenz des Objekt- und Referenzstrahls, bei welcher interferometrische Daten über einem Bereich von unterschiedlichen Frequenzen erfasst werden; einem Prozessor zur Umwandlung von Variationen in den interferometrischen Daten als eine Funktion einer Strahlfrequenz in Maße der Weglängenunterschiede zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl; wobei die Referenzoberfläche im Wesentlichen als diffus reflektierende Oberfläche ausgebildet ist, welche Strahlen des reflektierten Referenzstrahls in einer Mehrzahl von verschiedenen Winkeln streut, die zum Abbilden der Referenzoberfläche durch das Abbildungssystem beitragen.
Interferometer nach Anspruch 1, wobei gemessen in Bezug auf Normale bzw. Senkrechte zu der geometrischen Nominalform der Referenzoberfläche die von der Referenzoberfläche reflektierten Strahlen des Referenzstrahls in Winkeln, die von Winkeln abweichen, in denen die Referenzstrahlen auf die Referenzoberfläche einfallen, reflektiert werden.
Interferometer nach Anspruch 2, wobei die interferometrischen Daten Informationen enthalten, die sich auf Unterschiede zwischen der Objektoberfläche beziehen, die als ein Ergebnis von Reflexionen von beiden Oberflächen erfasst sind, und welches weiterhin ein Datenerfassungssystem zur Erfassung der interferometrischen Daten bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Frequenzen des Objekt- und Referenzstrahls aufweist.
Interferometer nach Anspruch 3, wobei die interferometrischen Daten für lokale Bereiche innerhalb der überlappenden Bilder der Objekt- und Referenzoberflächen zyklisch Bedingungen von konstruktiver und destruktiver Interferenz mit fortschreitender Variation in den Strahlfrequenzen durchlaufen, der Prozessor zyklische Variationen der interferometrischen Daten als eine Funktion einer Frequenz in Weglängenunterschiede zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl umwandelt und die Weglängenunterschiede zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl in Maße von Abweichungen der Objektoberfläche von der geometrischen Nennoberflächenform der Referenzoberfläche umwandelt.
Interferometer nach Anspruch 2, wobei die Referenzoberfläche eine nominelle planare Oberfläche ist, und die interferometrischen Daten Informationen enthalten, die sich auf Unterschiede zwischen der Objektoberfläche und der nominellen planaren Form der Referenzoberfläche beziehen.
Interferometer nach Anspruch 5, wobei sich der Referenzstrahl entlang eine optischen Achse auf die Referenzoberfläche zu ausbreitet, und mehr Strahlen des Referenzstrahls sofort nach Reflexion von der Referenzoberfläche auf die optische Achse zu konvergieren als unmittelbar vor Reflexion von der Referenzoberfläche.
Interferometer nach Anspruch 2, wobei die nicht spiegelnde bzw. streuende Referenzoberfläche anisotropische Reflexion des Referenzstrahls verringert.
Interferometer nach Anspruch 2, wobei die nicht spiegelnde bzw. streuende Referenzoberfläche Strahl formende Aufbauten aufweist, welche eine zumindest teilweise geordnete Änderung des Referenzstrahls erzeugen.
Interferometer nach Anspruch 1, wobei das Beleuchtungssystem zur Erzeugung eines nicht parallel ausgerichteten Referenzstrahls ausgebildet ist, welcher sich bei Annäherung an die Objektoberfläche aufweitet.
Interferometer nach Anspruch 9, wobei ein repräsentativer Abschnitt des Referenzstrahls von der Referenzoberfläche auf einem konvergierenden Weg auf das Abbildungssystem hin reflektiert wird.
Interferometer nach Anspruch 1, wobei das Beleuchtungssystem zur Erzeugung von nicht parallel ausgerichteten Objekt- und Referenzstrahlen ausgebildet ist, welche sich bei Annäherung an die Objekt- und Referenzoberfläche aufweiten, und repräsentative Abschnitte sowohl von dem Objektstrahl als auch von dem Referenzstrahl von den Objekt- und Referenzoberflächen auf konvergierenden Wegen auf das Abbildungssystem hin reflektieren.
Interferometer nach Anspruch 11, wobei das Abbildungssystem einen Abbildungsaperturbereich aufweist, und die von dem Abbildungssystem abgebildete Objektoberfläche einen Querbereich aufweist, der größer als der Abbildungsaperturbereich ist.
Interferometer nach Anspruch 12, wobei das Beleuchtungssystem einen Beleuchtungsaperturbereich aufweist, und der Querbereich der Objektoberfläche ist größer als der Beleuchtungsaperturbereich.
Interferometer nach Anspruch 13, wobei ein von dem Abbildungssystem abgebildeter Querbereich der Referenzoberfläche größer im Bereich ist als sowohl der Abbildungsaperturbereich als auch der Beleuchtungsaperturbereich.
Interferometer nach Anspruch 1, wobei die überlappenden Bilder bzw. Abbildungen der Objektoberfläche und der Referenzoberfläche eine Serie von Interferenzmustern über den Bereich von unterschiedlichen Frequenzen erzeugen, und die von der Referenzoberfläche in den Referenzstrahl eingebrachten Weglängenvariationen zumindest teilweise die Identifikation von Interferenzrandzonen in den Interferenzmustern undeutlich machen.
Interferometer nach Anspruch 15, wobei die von der Referenzoberfläche in den Referenzstrahl eingebrachten Weglängenvariationen von einer Größenordnung oder mehr kleiner als die von Oberflächenhöhenvariationen der Objektoberfläche eingebrachten Weglängenvariationen sind.
Interferometer nach Anspruch 1, welches weiterhin ein Strahlfilter aufweist, der zwischen dem Beleuchtungs- und dem Abbildungssystem zur Einstellung einer Strahlstärke von zumindest einem der Strahlen, nämlich dem Objekt- oder Referenzstrahl, angeordnet ist.
Interferometer nach Anspruch 17, wobei das Strahlfilter eine gleichmäßigere Verteilung von Strahlintensität überall in einer Strahlapertur liefert.
Frequenzabtast-Interferometer einer Ausführung zur Erzeugung einer Serie von Interferenzmustern zwischen Objekt- und Referenzstrahlen über den Bereich von unterschiedlichen Frequenzen, wobei der Objektstrahl zum Auftreffen auf eine Objektoberfläche angeordnet ist, der Referenzstrahl zum Auftreffen auf eine Referenzoberfläche angeordnet ist, und die Serie von Interferenzmustern der Gegenstand von Unterschieden zwischen den Objekt- und Referenzoberflächen sind, wobei die Referenzoberfläche als eine diffus reflektierende Oberfläche ausgebildet ist, welche Strahlen des Referenzstrahls in einer im Wesentlichen zufälligen Art streut, um zur Bildung der individuellen Punkte in den Interferenzmustern jeweils von einer Mehrzahl von verschiedenen Richtungen beizutragen.
Frequenzabtast-Interferometer nach Anspruch 19, wobei die diffus-reflektierende Oberfläche eine nicht spiegelnde Reflexionsoberfläche ist und eine anisotropische Reflexion des Referenzstrahls verringert.
Frequenzabtast-Interferometer nach Anspruch 19, wobei der Referenzstrahl eine Vielzahl von Strahlen aufweist, und sich die Strahlen des Referenzstrahls in einer erhöhten Anzahl von Richtungen nach Auftreffen auf die Referenzoberfläche ausbreiten.
Frequenzabtast-Interferometer nach Anspruch 19, wobei der Referenzstrahl eine Vielzahl von Strahlen aufweist und sich auf die Referenzoberfläche hin längs einer optischen Achse ausbreitet, und ein sich erhöhender Prozentsatz der Strahlen des Referenzstrahls nach Auftreffen auf die diffuse Referenzoberfläche auf die optische Achse hin konvergiert.
Frequenzabtast-Interferometer nach Anspruch 19, wobei die diffuse Referenzoberfläche Weglängenvariationen zwischen den Objekt- und Referenzstrahl einbringt, welche die Identifikation von Interferenzrandzonen in den Interferenzmustern zumindest teilweise verdunkeln bzw. undeutlich machen.
Frequenzabtast-Interferometer nach Anspruch 23, wobei Oberflächenhöhenvariationen der Objektoberfläche Weglängenvariationen zwischen dem Objekt- und Referenzstrahl in einer Größenordnung größer als die von der diffusen Referenzoberfläche eingebrachten Weglängenvariationen einbringen.
Frequenzabtast-Interferometer nach Anspruch 19, wobei die diffuse Referenzoberfläche eine geometrische Nominalform aufweist, und die Serien von Interferenzmustern Unterschiede zwischen der Objektoberfläche und der geometrischen Nominalform der diffusen Referenzoberfläche aufzeichnen.
Frequenzabtast-Interferometer nach Anspruch 25, wobei die geometrische Nominalform der diffusen Referenzoberfläche eine Ebene ist.
Frequenzabtast-Interferometer nach Anspruch 26, wobei sich der Referenzstrahl auf die nominelle planare Referenzoberfläche hin als ein sich aufweitender Strahl fortpflanzt, und sich ein repräsentativer Abschnitt des Referenzstrahls von der nominellen planaren Referenzoberfläche weg als ein konvergierender Strahl fortpflanzt.
Frequenzabtast-Interferometer nach Anspruch 19, wobei die diffuse Referenzoberfläche eine nicht spiegelnde bzw. streuende Reflexionsoberfläche ist.
Frequenzabtast-Interferometer nach Anspruch 28, wobei die Referenzoberfläche eine geometrische Nominalform aufweist, und gemessen in Bezug auf Normale bzw. Senkrechte zu der geometrischen Nominalform der Referenzoberfläche reflektieren Strahlen des Referenzstrahls von der Referenzoberfläche in Winkeln, die von Winkeln abweichen, in denen die Referenzstrahlen auf die Referenzoberfläche einfallen.
Frequenzabtast-Interferometer nach Anspruch 29, wobei sich der Referenzstrahl auf die Referenzoberfläche hin längs einer optischen Achse ausbreitet, und mehr Strahlen des Referenzstrahls sofort nach Reflexion von der Referenzoberfläche auf die optische Achse hin konvergieren als unmittelbar vor der Reflexion von der Referenzoberfläche.
Frequenzabtast-Interferometer nach Anspruch 30, wobei die Referenzoberfläche eine nominelle planare Form aufweist.
Frequenzabtast-Interferometer nach Anspruch 19, welche weiterhin ein Strahlfilter zur gleichmäßigeren Verteilung von Strahlintensität überall in einer Strahlapertur aufweist.
Verfahren zum interferometrischen Messen von Oberflächeneigenschaften von Testobjekten, mit folgenden Verfahrensschritten: Beleuchten einer Objektoberfläche mit einem Objektstrahl und einer Referenzoberfläche mit einem Referenzstrahl; nicht-spiegelndes Reflektieren des Referenzstrahls von der Referenzoberfläche, so dass Richtungskomponenten des Referenzstrahls bei der Reflextion in einer Mehrzahl verschiedener Winkel geändert werden; Erzeugen von überlappenden Abbildungen der Objekt- und Referenzoberfläche mit den Objekt- und Referenzstrahlen zum Erfassen von interferometrischen Daten, die auf Weglängenunterschieden zwischen den Objekt- und Referenzstrahlen basieren, wobei individuelle Punkte innerhalb des Bildes der Referenzoberfläche durch nicht-spiegelnde Reflexionen von der Referenzoberfläche in der Mehrzahl verschiedener Winkel gebildet werden; Regeln einer Frequenz der Objekt- und Referenzstrahlen, bei welcher interferometrische Daten über einen Bereich von unterschiedlichen Frequenzen erfasst werden; und Umwandeln von Variationen in den interferometrischen Daten als eine Funktion von Frequenz in Maße der Weglängenunterschiede zwischen den Objekt- und Referenzstrahlen.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Verfahrensschritt des Beleuchtens ein Aufweiten des Referenzstrahls längs eines Ausbreitungswegs auf die Referenzoberfläche hin aufweist, und der Verfahrensschritt des nicht spiegelnden Reflektierens ein Kontrahieren eines Abschnitts des Referenzstrahls längs eines Ausbreitungs- bzw. Fortpflanzungswegs von der Referenzoberfläche weg aufweist.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Verfahrensschritt des nicht spiegelnden Reflektierens ein Erzeugen einer großen Zufallsänderung des Referenzstrahls aufweist.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei der Verfahrensschritt des nicht spiegelnden Reflektierens ein Streuen des Referenzstrahls überall in einem Bereich von unterschiedlichen Richtungen vorsieht.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei der Verfahrensschritt des nicht spiegelnden Reflektierens anisotropisches Reflektieren des Referenzstrahls reduziert.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Verfahrensschritt des nicht spiegelnden Reflektierens ein Erzeugen einer zumindest teilweise geordneten Änderung des Referenzstrahls aufweist.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Verfahrensschritt des Beleuchtens ein Erzeugen von nicht parallel ausgerichteten Objekt- und Referenzstrahlen aufweist, die sich bei Annäherung an die Objekt- und Referenzoberflächen aufweiten, und zumindest Abschnitte sowohl des Objektstrahls als auch des Referenzstrahls von den Objekt- und Referenzoberflächen auf konvergierenden Wegen reflektieren.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Verfahrensschritt des Erzeugens von überlappenden Bildern ein Erzeugen einer Serie von Interferenzmustern über den Bereich von diskreten Frequenzen aufweist, und der Verfahrensschritt des nicht spiegelnden Reflektierens ein Einbringen von Weglängenvariationen zwischen den Objekt- und Referenzstrahlen aufweist, das zumindest teilweise das Identifizieren von Interferenzrandzonen in den Interferenzmustern undeutlich macht.
Verfahren nach Anspruch 40, wobei die von der Referenzoberfläche eingebrachten Weglängenvariationen von einer Größenordnung oder mehr geringer als eine von der Objektoberfläche eingebrachte Weglängenvariation sind.
Verfahren nach Anspruch 33, welches einen zusätzlichen Verfahrensschritt von nicht spiegelndem Reflektieren des Objektstrahls von der Objektoberfläche aufweist, so dass gerichtete Komponenten des Objektstrahls auf Reflexion geändert werden.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Verfahrensschritt des Beleuchtens ein Beleuchten der Objekt- und Referenzoberflächen in Feld abhängigen Einfallswinkeln aufweist.
Verfahren nach Anspruch 43, welches einen weiteren Verfahrensschritt von Anwenden eines Feld abhängigen Skalierungsfaktors beim Verarbeiten der interferometrischen Daten aufweist, um das Beleuchten der Objekt- und Referenzoberflächen in Feld abhängigen Einfallswinkeln zu kompensieren.