DE112010000705T5

DE112010000705T5 - Formbestimmungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112010000705T5
Application number: DE112010000705T
Authority: DE
Inventors: Masato Kannaka; Eiji Takahashi; Masakazu Kajita; Hideki Matsuoka; Hidetoshi Tsunaki; Noritaka Morioka; Kazuhiko Tahara; Takuya Atsumi
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Kobelco Research Institute Inc
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Kobelco Research Institute Inc
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: KR101335233B1; US20120002213A1; DE112010000705B4; KR20110099056A; WO2010087390A1; US8649019B2

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Dickenverteilung präzise unter Verwendung eines einfachen Vorrichtungsaufbaus ohne Beeinträchtigung durch Schwingungen eines zu messenden Objektes zu messen. Bei der vorliegenden Erfindung wird für jede von den vorderen und den hinteren Oberflächen eines zu messenden Objektes 1 jeder der Lichtstrahlen aus dem Erhalt durch ein in zwei Strahlen erfolgendes Zerlegen eines emittierten Lichtstrahles aus einer Laserlichtquelle 2 weiter in zwei Strahlen zerlegt. Sodann werden die Lichtstrahlen an Bezugsoberflächen und Messpunkten 1a und 1b wechselseitig in einer vorderen und hinteren Beziehung reflektiert, sodass Nichtinterferenzlichtstrahlen Pax und Pbx aufgenommen werden, von denen jeder den Bezugslichtstrahl und den Objektlichtstrahl als wechselseitig orthogonale Polarisationskomponenten enthält. Sodann wird jeder Lichtstrahl in eine Mehrzahl zerlegt. An einem oder mehreren der zerlegten Lichtstrahlen wird eine Phasenverschiebung vorgenommen, bei der eine Änderung auf die Phasendifferenz zwischen den orthogonalen Polarisationskomponenten unter Verwendung von Wellenlängenplatten a261, a263, a264 und dergleichen vorgenommen werden. Sodann werden in den zerlegten Lichtstrahlen nach der Phasenverschiebung gemeinsame Polarisationskomponenten unter Verwendung der Polarisationsrichtungen des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles als Bezug extrahiert, um so Interferenzlichtstrahlen Qa1 bis Qa4 und Qb1 bis Qb4 aufzunehmen. Aus deren Intensitäten wird die Phasendifferenz zwischen den Polarisationskomponenten des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles in dem Nichtinterferenzlichtstrahl berechnet. Sodann werden die Dickenverteilungen in einem zu messenden Objekt 1 aus der Verteilung der Phasendifferenz berechnet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Formbestimmungsvorrichtung zum Messen einer Dickenverteilung und einer Oberflächenform eines zu messenden Objektes unter Verwendung eines Interferometers.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Formmessung eines zu messenden Objektes, so beispielsweise eines Halbleiterwafers, werden gemeinhin Formbestimmungsvorrichtungen vom Nichtkontakttyp verwendet, bei denen ein Interferometer zum Einsatz kommt. In einer derartigen Vorrichtung wird auf Grundlage der Intensität eines Interferenzlichtstrahles, bei dem ein Bezugslichtstrahl und ein Objektlichtstrahl derselben Wellenlänge überlagert werden, die Oberflächenform eines zu messenden Objektes, das heißt die Verteilung der Oberflächenhöhe (oder die Verteilung der Position der Oberfläche) aufgenommen. Hierbei ist ein Lichtstrahl, den man erhält, wenn einer von zwei aufgezweigten bzw. zerlegten Lichtstrahlen an der Oberfläche des zu messenden Objektes reflektiert wird, ein Objektlichtstrahl, wohingegen ein Lichtstrahl, den man erhält, wenn der andere Lichtstrahl beispielsweise an einer als Referenz bzw. Bezug dienenden Referenz- bzw. Bezugsoberfläche reflektiert und nicht auf das zu messende Objekt projiziert wird, ein Referenzstrahl bzw. Bezugslichtstrahl ist.
Insbesondere bei der Oberflächenformmessung eines zu messenden Objektes unter Verwendung eines Interferometers erfasst ein Interferometer, das gegenüberliegend zu der Oberfläche des zu messenden Objektes angeordnet ist, die Intensität eines Interferenzlichtstrahles, den man durch Interferenz zwischen einem Objektlichtstrahl, der an vielen Messorten an der Oberfläche des zu messenden Objektes reflektiert wird, und einem Bezugslichtstrahl erhält. Zu diesem Zeitpunkt werden an jedem Messort die Intensitäten von mehreren Arten von Interferenzlichtstrahlen mittels eines Verfahrens erfasst, bei dem die optische Weglänge des Bezugslichtstrahles oder dergleichen geändert wird, sodass die Differenz bei den Phasen des Objektlichtstrahles und des Bezugslichtstrahles um einen vorbestimmten Betrag verschoben wird. Sodann wird für jeden Messort die Phasendifferenz zwischen dem Objektlichtstrahl und dem Bezugslichtstrahl aus den Intensitäten der aufgenommenen mehreren Arten von Interferenzlichtstrahlen an dem Messort berechnet, woraufhin eine Phasenverbindungsverarbeitung auf Grundlage der Daten der Phasendifferenzen an der Mehrzahl von Messorten vorgenommen wird. Die Phasendaten an jedem Messort aus der Aufnahme durch diese Phasenverbindungsverarbeitung können auf Grundlage der Wellenlänge des Objektlichtstrahles in einen Dimensionswert für die Oberflächenhöhe umgewandelt werden. Dabei ist die Verteilungsinformation der Phasendaten aus der Aufnahme durch die Phasenverbindungsverarbeitung gleichwertig zu einer Verteilungsinformation der Oberflächenhöhe des zu messenden Objektes, das heißt zu einer Forminformation. Hierbei wird die Phasenverbindungsverarbeitung als Auspackverarbeitung (unwrapping processing) bezeichnet.
Infolgedessen kann die Oberflächenform des zu messenden Objektes auf nicht kontaktierende Weise gemessen werden. Damit kann im Vergleich zu dem Fall einer Messung, bei der ein Formmessinstrument vom Sensorstifttyp zum Einsatz kommt, die Oberflächenform gemessen werden, ohne dass Kratzer oder dergleichen an der Oberfläche des zu messenden Objektes erzeugt werden.
Patentdruckschrift 1 beschreibt Einzelheiten der Phasenverbindungsverarbeitung. Patentdruckschrift 1 beschreibt eine Technik zum Messen einer Kennwerteänderung in einem in einer Zelle aufgenommenen Fluid durch Erfassen einer Änderung bei der Phase des Interferenzlichtstrahles aus dem Erhalt durch Überlagerung eines Objektlichtstrahles nach Durchlauf durch die Zelle und eines weiteren Strahles als Bezug. Zu diesem Zeitpunkt werden die Phasendaten mit einer vorbestimmten Periode abgetastet. Des Weiteren wird eine Phasenverbindungsverarbeitung vorgenommen, bei der die Phase in den Phasendaten zu einem bestimmten Zeitpunkt um ein ganzzahliges Vielfaches von 2p verschoben wird, sodass für die zu diesem bestimmten Zeitpunkt abgetasteten Phasendaten die Phasendifferenz in den Bereich von –p bis +p in Bezug auf die Phasendaten zu dem vorhergehenden Zeitpunkt fällt.
Auf ähnliche Weise wird bei der Phasenverbindungsverarbeitung bei der Formmessung eine Berichtigungsverarbeitung an einer Phase der beiden Phasendatenstücke aus der Aufnahme an zwei benachbarten Messpunkten vorgenommen. Bei dieser Verarbeitung wird eine Berichtigung an der Phase an einem der beiden benachbarten Messpunkte um ein ganzzahliges Vielfaches von 2p vorgenommen, sodass die Phasendifferenz in den Bereich von –p bis +p in Bezug auf die Phase an dem anderen Punkt fällt. Die vorgenommene Phasenverbindungsverarbeitung gemäß Beschreibung beruht hierbei auf der Voraussetzung, dass die Differenz zwischen den Oberflächenhöhenwerten an zwei benachbarten Messpunkten 1/4 der Wellenlänge des Objektlichtstrahles nicht übersteigt.
Patentdruckschrift 2 beschreibt eine zweidimensionale Informationsaufnahmevorrichtung, bei der drei Interferenzlichtstrahlen durch das nachfolgende Verfahren aufgenommen werden.
Bei der in Patentdruckschrift 2 beschriebenen Vorrichtung wird ein Parallellichtstrahl aus dem Erhalt durch Expandieren eines Laserlichtstrahles auf eine Bezugsoberfläche und eine zu messende Oberfläche projiziert, sodass ein Erfassungslichtstrahl (ein Nichtinterferenzlichtstrahl) aufgenommen wird, der einen Bezugslichtstrahl und einen Objektlichtstrahl als wechselseitig orthogonale Polarisationskomponenten enthält. Des Weiteren wird der Erfassungslichtstrahl in drei Strahlen zerlegt. Sodann extrahieren aus den drei zerlegten Lichtstrahlen drei Polarisierungsplatten Polarisationskomponenten mit wechselseitig verschiedenen Polarisationswinkeln, sodass drei Interferenzlichtstrahlen aufgenommen werden, von denen in jedem die Phasendifferenz zwischen den Komponenten des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles um 90° verschoben ist. Wird die Phasenverschiebung an dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl optisch unter Verwendung von mehreren Polarisierungsplatten, deren zu extrahierende Polarisationskomponenten voneinander verschieden sind, vorgenommen, so wird die Mehrzahl von Polarisationslichtstrahlen, die eine Phasenverschiebung erfahren haben, gleichzeitig aufgenommen. Sodann kann aus den Intensitäten der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen die Phasendifferenz zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl berechnet werden. Anschließend kann die Verteilung der Oberflächenhöhe des zu messenden Objektes aus der Verteilung der Phasendifferenz berechnet werden.
Bei der in Patentdruckschrift 2 beschriebenen Technik wird die Phasenverschiebung optisch unter Verwendung von Polarisierungsplatten bei der Formmessung entsprechend einem Phasenverschiebungsverfahren, bei dem ein homodynes Interferometer eingesetzt wird, vorgenommen. Entsprechend dieser Technik kann eine Hochgeschwindigkeitsmessung im Vergleich zu dem Fall einer Formmessung entsprechend einem allgemeinen Phasenverschiebungsverfahren vorgenommen werden, bei dem die Position einer Bezugsoberfläche sequenziell mechanisch bewegt wird, sodass dass eine Änderung bei der Phasendifferenz zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl erzeugt wird.
Patentdruckschrift 3 beschreibt eine Vorrichtung, bei der jedes von zwei heterodynen Interferometern, die gegenüberliegend zu den vorderen und den hinteren Oberflächen eines zu messenden Objektes angeordnet sind, Pulssignale (beat signals) von Interferenzlichtstrahlen erfassen, wobei die Beziehung zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl an einem Messort an den vorderen und den hinteren Oberflächen des zu messenden Objektes umgekehrt wird, wodurch die Dicke des zu messenden Objektes auf Grundlage der Phasendifferenz zwischen den vorderen und den hinteren Pulssignalen gemessen wird.
Verweis auf Stand der Technik
Verweis auf Patentdruckschriften

Patentdruckschrift 1: JP-A-2000-292351
Patentdruckschrift 2: JP-A-H02-287107
Patentdruckschrift 3: JP-A-2008-180708

Zusammenfassung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Bei der Formmessung eines Halbleiterwafers (der nachstehend einfach als Wafer bezeichnet wird) muss die Form über die ganze Oberfläche gemessen werden. Daher wird im Allgemeinen die Messung in einem Zustand vorgenommen, in dem der Kantenteil des Waferumfanges an mehreren Orten gestützt wird. Wird das zu messende Objekt, so beispielsweise ein Wafer, mit der Form einer dünnen Platte, deren Dicke kleiner als 1 mm ist, nur an dem Kantenteil gestützt, so entstehen Schwingungen in dem Wafer durch einen leichten Luftandruck, durch Schwingungen technischer Geräte und dergleichen mehr. Die Amplitude derartiger Schwingungen ist bei der Formmessung eines Wafers nicht vernachlässigbar, wo eine überaus hohe Messgenauigkeit, so beispielsweise entsprechend einem Fehler von 20 nm oder weniger, erforderlich ist.
Bei der n Patentdruckschrift 1 beschriebenen Technik werden auf Grundlage der Intensität eines Interferenzlichtstrahles aus der Aufnahme an einem Messort an einer Oberfläche des zu messenden Objektes die Phasendaten für den Messort direkt abgeleitet. Dies bewirkt ein Problem dahingehend, dass dann, wenn Schwankungen bei den Phasen und den Intensitäten des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles durch externe Störungsfaktoren, so beispielsweise durch Schwingungen in dem zu messenden Objekt, Schwankungen bei den Kennwerten der Lichtquelle und eine Differenz beim Lichtreflexionsvermögen an jedem Messort auftreten, die Schwankungen direkt zu einem Fehler beim Messergebnis führen, weshalb eine präzise Formmessung nicht möglich ist.
Des Weiteren wird bei dem in Patentdruckschrift 2 beschriebenen Messverfahren ein Interferenzeinfassungsbild (interference fringe image) des Interferenzlichtes aus dem Erhalt durch Projizieren eines Parallellichtstrahles auf die Bezugsoberfläche und die Oberfläche des zu messenden Objektes von einer Mehrzahl von zweidimensionalen Kameras aufgenommen. Bei diesem Messverfahren wird sodann eine Berechnung entsprechend einem Phasenverschiebungsverfahren unter Verwendung der Pixeldaten an jeder entsprechenden Position bei der Mehrzahl von Interferenzeinfassungsbildern vorgenommen. Daher ist bei dem Patentdruckschrift 2 entsprechenden Messverfahren eine Schwierigkeit bei der exakten Ausrichtung der Pixel-zu-Pixel-Entsprechungsbeziehung für den Objektlichtstrahl und den Bezugslichtstrahl mit zweidimensionaler Ausbreitung und der Mehrzahl von aufgenommenen Bildern der Interferenzlichtstrahlen zu beobachten. Die Diskrepanz bei der Entsprechungsbeziehung hat starke Auswirkungen auf den Messfehler.
Demgegenüber ist es im Allgemeinen schwierig, die Wellenoberfläche eines Lichtstrahles mit zweidimensionaler Ausbreitung präzise anzupassen. Daher tritt bei dem Patentdruckschrift 2 entsprechenden Messverfahren ein Problem dahingehend auf, dass die Positionsanpassung der optischen Vorrichtungen, die zum Erreichen einer hohen Messgenauigkeit notwendig ist, extrem schwierig ist.
Darüber hinaus kommen bei dem Patentdruckschrift 2 entsprechenden Messverfahren zweidimensionale Kameras zum Einsatz, deren Betriebsfrequenz annähernd 20 Hz bis höchstens 100 Hz ist. Daher ist es schwierig, die Mehrzahl von Interferenzeinfassungsbildern gleichzeitig ohne zeitliche Diskrepanz aufzunehmen. So schwingt beispielsweise ein Wafer, dessen Kantenteil gestutzt ist, mit einer Frequenz von 50 Hz oder mehr auf Grundlage von Schwingungen, die durch Vorrichtungen in der Umgebung, durch einen leichten Luftstrom oder dergleichen mehr erzeugt werden.
Schwingt indes das zu messende Objekt mit hohen Geschwindigkeiten, wie hier beschrieben wird, so bewirkt die Diskrepanz bei der zeitlichen Taktung der Bildaufnahmen für die Mehrzahl von Interferenzeinfassungsbildern eine wesentliche Verschlechterung der Messgenauigkeit. Daher tritt bei dem Patentdruckschrift 2 entsprechenden Messverfahren ein Problem dahingehend auf, dass dieses Verfahren nicht zur Formmessung eines zu messenden Objektes, wie es ein Halbleiterwafer darstellt, mit der Form einer dünnen Platte, die mit hohen Geschwindigkeiten schwingt, geeignet ist.
Des Weiteren tritt bei dem Patentdruckschrift 2 entsprechenden Messverfahren zudem ein Problem dahingehend auf, dass die räumliche Auflösung der Messung der Verteilung der Höhe bei den zweidimensionalen Richtungen über die Oberfläche des zu messenden Objektes von der Auflösung der Kameras abhängt, weshalb die Formmessung mit hoher Auflösung nicht vorgenommen werden kann.
Darüber hinaus tritt bei dem in Patentdruckschrift 2 beschriebenen Formmessverfahren ein Problem dahingehend auf, dass ein Messfehler auftreten kann. Der Grund hierfür wird nachstehend beschrieben.
Hierbei werden in der nachfolgenden Beschreibung bei dem in Patentdruckschrift 2 beschriebenen Formmessverfahren die Wege von vier Lichtstrahlen und Signalen mit Erstreckung von den optischen Wegen des Erfassungslichtstrahles (Nichtinterferenzlichtstrahlen) aus der Erzeugung durch in vier Strahlen erfolgendes Zerlegen zu den Ausgabelinien der Detektoren für die Intensitäten der Interferenzlichtstrahlen als Kanäle bezeichnet. Darüber hinaus wird unter den vier Kanälen ein Kanal, der als Ziel einer Berechnung der Phasendifferenz zwischen dem Objektlichtstrahl und dem Bezugslichtstrahl dient, als Bezugskanal bezeichnet. Die anderen drei Kanäle werden als Nichtbezugskanäle bezeichnet.
Die Intensität des Interferenzlichtstrahles aus der Aufnahme durch das Interferometer ist durch die Intensität des Objektlichtstrahles, die Intensität des Bezugslichtstrahles und die Phasendifferenz zwischen dem Objektlichtstrahl und dem Bezugslichtstrahl bestimmt. Daher gilt bei dem in Patentdruckschrift 2 beschriebenen homodynen Interferometer ein System von Gleichungen, die vier Beziehungsausdrücke zwischen dem Objektlichtstrahl, dem Bezugslichtstrahl sowie der Intensität und der Phasendifferenz des Interferenzlichtstrahles enthalten, die jeweils für die einzelnen Kanäle erfüllt sein müssen.
Darüber hinaus stimmen in demjenigen Fall, in dem die in Patentdruckschrift 2 beschriebenen homodynen Interferometer verwendet werden, ohne dass sie einem speziellen Kalibrierungsprozess unterzogen würden, die Intensität des Objektlichtstrahles und die Intensität des Bezugslichtstrahles nicht in jedem Kanal notwendigerweise überein. Auf ähnliche Weise stimmen die Intensität des Objektlichtstrahles und die Intensität des Bezugslichtstrahles nicht notwendigerweise zwischen den Kanälen überein.
Darüber hinaus tritt eine Differenz auf, bei der ein unbekannter Fehler, der in jedem Nichtbezugskanal verschieden ist, zum Betrag der Phasenverschiebung (beispielsweise –90°, +90° und +180°) addiert wird, wovon vorab erwartet wird, dass er zwischen der Phasendifferenz des Interferenzlichtstrahles des Bezugskanals und der Phasendifferenz des Interferenzlichtstrahles eines jeden der drei Nichtbezugskanäle auftritt.
Daher enthält in demjenigen Fall, in dem das in Patentdruckschrift 2 beschriebene homodyne Interferometer verwendet wird, ohne dass es einem speziellen Kalibrierungsprozess unterzogen würde, das System von Gleichungen zwölf unbekannte Parameter, darunter die Phasendifferenzen, die als Messziele dienen.
So werden beispielsweise Phasenverschiebungen von –90°, +90° und +180° relativ zu dem Nichtinterferenzlichtstrahl P2 des Bezugskanals jeweils auf die Nichtinterferenzlichtstrahlen P1, P3 und P4 der drei Nichtbezugskanäle übermittelt bzw. übertragen bzw. ubermittelt bzw. übertragen bzw. aufoktroyiert. Die tatsächlichen Phasendifferenzen der Interferenzlichtstrahlen der drei Nichtbezugskanäle relativ zu dem Interferenzlichtstrahl des Bezugskanals enthalten sogar in diesem Fall einzelne Fehler e1, e3 und e4 und sind daher gleich (–90° + e1), (+90° + e3) beziehungsweise (+180° + e4). Derartige Fehler bei den Phasenverschiebungen sind nicht vernachlässigbar, wenn gewünscht ist, dass die Oberflächenform des zu messenden Objektes präzise gemessen wird. Eine Verringerung der Fehler e1, e3 und e4 auf ein vernachlässigbares Niveau bewirkt indes eine Zunahme der Komplexität und Kosten der Vorrichtung wie auch der Komplexität beim Kalibrierungsvorgang für die Vorrichtung und ist daher für die Praxis nicht tauglich.
Das in Patentdruckschrift 3 beschriebene Messverfahren erfordert eine große Anzahl von optischen Komponenten in dem heterodynen Interferometer und geht daher mit dem Problem einher, dass die Größenverringerung der Vorrichtung schwierig ist. Bei diesem Messverfahren ist daher für die Vorrichtungen in jedem heterodynen Interferometer eine Komplexität bei der Anpassung des Zustandes der Überlagerung von zwei Arten von Messstrahlen wie auch bei der Anpassung des Zustandes der Überlagerung der beiden Messstrahlen mit wechselseitig verschiedenen Frequenzen und bei der Anpassung der Lichtquellen für die beiden Messstrahlen und den Wellendetektor für das Pulssignal vorhanden. Des Weiteren ist ein Problem dahingehend vorhanden, dass die Vorrichtung kostenintensiv ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei der Messung der Dickenverteilung eines zu messenden Objektes, so beispielsweise eines Halbleiterwafers, mit der Form einer dünnen Platte, eine Formbestimmungsvorrichtung zum präzisen Messen einer Dickenverteilung unter Verwendung eines einfachen Vorrichtungsaufbaus bereitzustellen, ohne dass eine Beeinträchtigung durch Schwingungen des zu messenden Objektes auftreten würde.
Die vorliegende Erfindung wurde eingedenk der vorbeschriebenen Erwägungen gemacht. Eine Aufgabe besteht darin, bei einer Formmessung entsprechend einem Phasenverschiebungsverfahren, bei dem ein Interferometer zum Einsatz kommt, eine Formbestimmungsvorrichtung zum einfachen Aufnehmen eines Messergebnisses bereitzustellen, ohne dass eine Beeinträchtigung durch einen Fehler bei der Phasenverschiebung infolge einer optischen Durchführung der Phasenverschiebung unter Verwendung einer Mehrzahl von Polarisierungsplatten auftreten wurde.
Mittel zum Lösen des Problems
Um die vorbeschriebenen Aufgaben zu lösen, umfasst die Formbestimmungsvorrichtung entsprechend einer ersten Erfindung der vorliegenden Erfindung einzelne Komponenten, die nachfolgend unter (1) und (2) beschrieben werden.

(1) zwei homodyne Interferometer, von denen jedes eine Intensität eines Interferenzlichtstrahles zwischen einem Referenzlichtstrahl bzw. Bezugslichtstrahl, den man erhält, wenn emittiertes Licht einer vorbestimmten Lichtquelle in zwei Strahlen zerlegt wird und sodann ein Lichtstrahl, der zu einer vorderen und einer hinteren Oberfläche eines an einer vorbestimmten Messposition angeordneten Objektes geleitet wird, durch eine als Referenz bzw. Bezug dienende Referenzfläche bzw. Referenzoberfläche bzw. Bezugsfläche bzw. Bezugsoberfläche reflektiert wird, und einem Objektlichtstrahl, den man durch Reflexion an einem Messort am Vorderende oder dem Hinterende entsprechend der vorderen oder der hinteren Oberfläche in dem Objekt erhält, erfasst und von denen jedes für die vordere oder die hintere Oberfläche des Objektes vorgesehen ist.
(2) eine Dickenverteilungsberechnungseinheit, die eine Dickenverteilung des Objektes auf Grundlage der Intensitäten der Interferenzlichtstrahlen aus der Erfassung an einer Mehrzahl von Messorten durch die beiden homodynen Interferometer mittels Ändern einer Relativposition des Objektes in den zweidimensionalen Richtungen relativ zu den beiden homodynen Interferometern berechnet.

Des Weiteren weist bei der Formbestimmungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung jedes der beiden homodynen Interferometer die einzelnen Komponenten auf, die nachfolgend unter (1.1) bis (1.5) beschrieben werden. Zudem weist die Dickenverteilungsberechnungseinheit die einzelnen Komponenten auf, die nachfolgend unter (2.1) und (2.2) beschrieben werden.

(1.1) ein optisches System zur Interferenzlichtstrahlaufnahme, des den Lichtstrahl in zwei Strahlen aufgezweigt bzw. zerlegt und sodann jeden auf die Referenzoberfläche bzw. Bezugsoberfläche und den Messort projiziert, um so einen Nichtinterferenzlichtstrahl aufzunehmen, der den Bezugslichtstrahl und den Objektlichtstrahl als wechselseitig orthogonale Polarisationskomponenten enthält.
(1.2) ein optisches System zur Nichtinterferenzlichtstrahlzerlegung, das den Nichtinterferenzlichtstrahl aus der Aufnahme durch das optische System zur Nichtinterferenzlichtstrahlaufnahme in drei oder mehr Strahlen zerlegt.
(1.3) ein optisches System zur Phasenverschiebung, das eine Änderung bei einer Phasendifferenz zwischen den orthogonalen Polarisationskomponenten mittels eines doppelbrechenden Elementes für einen oder mehrere der drei oder mehr zerlegten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles aus dem Erhalt durch das optische System zur Nichtinterferenzlichtstrahlzerlegung aufoktroyiert, um so eine Diversphasendifferenz zwischen der Polarisattionskomponente des Bezugslichtstrahles und der Polarisationskomponente des Objektlichtstrahles in jedem der drei oder mehr zerlegten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles zu erzeugen.
(1.4) ein optisches System zur Interferenzlichtstrahlextraktion, das eine Polarisationskomponente mit einem gemeinsamen Winkel in Bezug auf die Polarisationsrichtungen des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles in dem zerlegten Lichtstrahl aus jedem der drei oder mehr zerlegten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles mit Durchlauf durch das optische System zur Phasenverschiebung extrahiert und dadurch einen Interferenzlichtstrahl zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objekttlichtstrahl extrahiert.
(1.5) eine Interferenzlichtintensitätserfassungseinheit, die eine Intensität eines jeden aus der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen aus der Extraktion durch das optische System zur Interferenzlichtstrahlextraktion erfasst.
(2.1) eine Phasendifferenzberechnungseinheit, die eine Phasendifferenz zwischen den Polarisationskomponenten des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles in dem Nichtinterferenzlichtstrahl auf Grundlage der Intensität eines jeden aus der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen aus der jeweiligen Erfassung für die vorderen und die hinteren Oberflächen des Objektes durch die Interferenzlichtintensitätserfassungseinheit berechnet.
(2.2) eine Dickenverteilungsberechnungseinheit, die eine Dickenverteilung des Objektes auf Grundlage der Verteilung der Phasendifferenzen aus der Berechnung für die Mehrzahl von Messorten in jedem der vorderen und der hinteren Oberflächen des Objektes durch die Phasendifferenzberechnungseinheit berechnet.

Die beiden homodynen Interferometer, die bei der ersten Erfindung verwendet werden, können durch einen bemerkenswert einfachen und kleinen Aufbau insbesondere mit Blick auf die Lichtquelle, den Signalverarbeitungsabschnitt und dergleichen im Vergleich zu dem Fall heterodyner Interferometer verwirklicht werden.
Des Weiteren kann die Interferenzlichtintensitätserfassungseinheit, die als Fotodetektor zum Erfassen der Intensität des Lichtstrahles dient, bei sehr viel größeren Geschwindigkeiten als eine zweidimensionale Kamera arbeiten. Daher kann die Formbestimmungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise gleichzeitig die Intensitäten einer Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen in den vorderen und den hinteren Oberflächen des zu messenden Objektes ohne zeitliche Diskrepanz erfassen. Vorzuziehen ist die Formbestimmungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung daher auch für eine Dickenmessung an dem zu messenden Objekt, so beispielsweise einem Halbleiterwafer, der die Form einer dünnen Platte aufweist, deren Kantenabschnitt gestützt wird, und der mit hohen Geschwindigkeiten schwingt.
Des Weiteren wird bei der Formbestimmungsvorrichtung entsprechend der ersten Erfindung die Phasenverschiebung an den orthogonalen Polarisationskomponenten des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles optisch durch ein doppelbrechendes Element erreicht. Daher werden für jeden Messort eine Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen mit erfahrener Phasenverschiebung gleichzeitig aus einem als Ursprung dienenden Nichtinterferenzlichtstrahl aufgenommen. Sodann kann aus den Intensitäten der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen die Phasendifferenz zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl berechnet werden. Anschließend kann die Verteilung der Dicke des zu messenden Objektes aus der Verteilung der Phasendifferenz berechnet werden. Des Weiteren kann die Phasendifferenz aus einer relativen Bewertung der Intensitäten der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen aus dem Erhalt aus dem einen als Ursprung dienenden Nichtinterferenzlichtstrahl berechnet werden und ist daher kaum von externen Störfaktoren, so beispielsweise von Schwankungen bei den Kennwerten der Lichtquelle des Lichtstrahles und Differenzen beim Oberflächenwinkel und dem Lichtreflexionsvermögen an jedem Messort, beeinträchtigt.
Des Weiteren bewirken externe Störungen, so beispielsweise Differenzen beim Oberflächenwinkel an jedem Messort und geringfügige Änderungen bei den Haltewinkeln für die optischen Vorrichtungen, beispielsweise bei den Spiegeln und den Strahlteilern, eine Änderung beim Winkel, bei der Überlagerungsbedienung oder dergleichen mehr der optischen Achsen des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles. Diese Änderung führt zu einer Änderung bei der Phasendifferenz zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl bei der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen. In einer derartigen Situation wird, wenn eine Extraktion einer Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen durch Extraktion von Polarisationskomponenten mit wechselseitig verschiedenen Winkeln, wie in Patentdruckschrift 3 beschrieben ist, vorgenommen wird, eine Änderung bei der Phasendifferenz zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl infolge von externen Störungen in entgegengesetzten Richtungen bei der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen reflektiert. Wird sodann die Phasendifferenz durch eine relative Bewertung der Intensitäten der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen berechnet, so führt die Änderung bei der Phasendifferenz zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl infolge der externen Störungen direkt zu einem Fehler bei der Phasendifferenzberechnung.
Im Gegensatz hierzu ist bei der ersten Erfindung die Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen, die bei der Berechnung der Phasendifferenz verwendet werden, Lichtstrahlen, die man durch Extrahieren von Polarisationskomponenten mit einem gemeinsamen Winkel in Bezug auf die Polarisationsrichtungen des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles in jedem zerlegten Lichtstrahl aus der Mehrzahl von zerlegten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles erhält. Dies bedeutet, dass bei der vorliegenden Erfindung die Polarisationskomponenten zur Extraktion aus dem zerlegten Lichtstrahl des Nichtinterferenzlichtstrahles zum Zwecke des Aufnehmens einer Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen auf diejenigen eines beliebigen von +45° und –45° vereinheitlicht werden. Daher wird die Änderung bei der Phasendifferenz zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl infolge der externen Störungen in dieselbe Richtung bei der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen reflektiert. Wenn daher die Phasendifferenz durch eine relative Bewertung der Intensitäten der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen berechnet wird, wird jede Änderung bei der Phasendifferenz zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl infolge der externen Störungen in der Phase der Berechnung der Phasendifferenz beseitigt. Daher kann der Fehler bei der Messung verringert werden.
Des Weiteren kann entsprechend der vorliegenden Erfindung dann, wenn ein Lichtstrahl mit einem kleinen Punktdurchmesser die Oberfläche des zu messenden Objektes dicht abtastet, die räumliche Auflösung bei der Messung der Dickenverteilung in den zweidimensionalen Richtungen über die Oberfläche des zu messenden Objektes verbessert werden.
Des Weiteren kann mit Blick auf detailliertere Anforderungen die Formbestimmungsvorrichtung entsprechend der ersten Erfindung die nachfolgend unter (c1) bis (c3) beschriebenen Bedingungen erfüllen.

(c1) Das optische System zur Nichtinterferenzlichtstrahlzerlegung zerlegt den Nichtinterferenzlichtstrahl in einen ersten zerlegten Lichtstrahl, einen zweiten zerlegten Lichtstrahl, einen dritten zerlegten Lichtstrahl und einen vierten zerlegten Lichtstrahl durch zwei Schritte eines in zwei Strahlen erfolgenden Zerlegens.
(c2) Das optische System zur Phasenverschiebung oktroyiert jede Änderung von –1/4 der Wellenlänge, +1/4 der Wellenlänge und +1/2 der Wellenlänge auf die Phasendifferenz zwischen der Polarisationskomponente des Bezugslichtstrahles und der Polarisationskomponente des Objektlichtstrahles in jedem von dem ersten zerlegten Lichtstrahl, dem dritten zerlegten Lichtstrahl und dem vierten zerlegten Lichtstrahl in Bezug auf den zweiten zerlegten Lichtstrahl auf.
(c3) Die Phasendifferenzberechnungseinheit setzt in die nachfolgende Gleichung (F1) die erfassten Intensitäten I1, I2, I3 und I4 der Interferenzlichtstrahlen für den ersten zerlegten Lichtstrahl mit der empfangenen Phasendifferenzänderung von –1/4 der Wellenlänge, den als Bezug dienenden zweiten zerlegten Lichtstrahl, den dritten zerlegten Lichtstrahl mit der empfangenen Phasendifferenzänderung von +1/4 der Wellenlänge und den vierten zerlegten Lichtstrahl mit einer empfangenen Phasendifferenzänderung von +1/2 der Wellenlänge für jede von den vorderen und den hinteren Oberflächen des Objektes ein und berechnet hierdurch eine Phasendifferenz F zwischen den Polarisationskomponenten des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles in dem Nichtinterferenzlichtstrahl. Φ = tan^–1[(I2 – I4)/(I3 – I1)] (F1)

Hierbei werden mit Blick auf die erfassten Intensitäten I1, I2, I3 und I4 der Interferenzlichtstrahlen Werte eingesetzt, die vorab derart angepasst worden sind, dass eine Verschiebung und eine Amplitude der Intensität einer jeden Änderung identisch sind, wenn eine Schwankung auf die Phasendifferenz zwischen den Polarisationskomponenten des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles aufoktroyiert wird.
Als solches kann entsprechend der vorliegenden Erfindung die Phasendifferenz Φ durch eine bemerkenswert einfache Berechnung berechnet werden.
Hierbei lautet ein exemplarisches Verfahren zum Anpassen derart, dass die Verschiebungen und die Amplituden der erfassten Intensitäten I1, I2, I3 und I4 der Interferenzlichtstrahlen zueinander gleich werden, folgendermaßen.
Eine Verschiebung, die größer oder gleich 1/2 der Wellenlänge des Lichtstrahles ist, wird an der Position der Bezugsoberfläche oder an der Position des zu messenden Objektes oder eines alternativen zur Kalibrierung dienenden Objektes erzeugt. Sodann wird die Erfassungsverstärkung der Interferenzlichtintensitätserfassungseinheit derart angepasst, dass die mittleren Niveaus und die Schwankungsbereiche der Schwankung der Intensitäten der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen aus der Aufnahme durch die Interferenzlichtintensitätserfassungseinheit zueinander gleich werden. Alternativ werden die Erfassungswerte für die Interferenzlichtintensitätserfassungseinheit berichtigt.
Darüber hinaus wird vorgezogen, wenn bei den beiden homodynen Interferometern die optischen Weglängen eines jeden zerlegten Lichtstrahles aus dem Erhalt durch Zerlegen aus dem Nichtinterferenzlichtstrahl zueinander gleich gesetzt werden.
Daher wird die Beeinträchtigung durch äußere Störungen in dem optischem Weg eines jeden zerlegten Lichtstrahles aus dem Erhalt durch ein Zerlegen aus dem Nichtinterferenzlichtstrahl im selben Ausmaß auf jeden aus der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen reflektiert. Entsprechend wird in der Phase der Berechnung der Phasendifferenz durch eine relative Bewertung der Intensitäten der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen die Beseitigung der Änderungen bei der Phasendifferenz zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl infolge der externen Störungen effektiver, weshalb der Fehler bei der Phasendifferenzberechnung weiter verringert werden kann.
Des Weiteren wird besonders bevorzugt, wenn jedes der beiden homodynen Interferometer eine Komponente aufweist, die nachstehend unter (1.6) beschrieben ist.

(1.6) eine Sammellinse, die in einem optischen Weg des Lichtstrahles und des Objektlichtstrahles, der dessen reflektierter Lichtstrahl ist, zwischen dem optischen System zur Nichtinterferenzlichtstrahlaufnahme und dem Messort angeordnet ist und die einen Brennpunkt an dem Messort aufweist.

Infolgedessen kann die Größe des Projektionspunktes des Lichtstrahles auf den Messort verringert werden. Wenn des Weiteren der Lichtstrahl die Oberfläche des zu messenden Objektes dicht abtastet, kann die räumliche Auflösung bei der Messung einer Dickenverteilung bei den zweidimensionalen Richtungen über die Oberfläche des zu messenden Objektes weiter verbessert werden. Wenn darüber hinaus eine geringe Differenz beim Oberflächenwinkel an jedem Messort vorhanden ist, unterdrückt die Wirkung der Sammellinse die Abweichung der optischen Achse des Objektlichtstrahles, der der reflektierte Lichtstrahl ist, von dem Messort. Dies unterdrückt die Verringerung bei der empfangenen Lichtintensität des Objektlichtstrahles und die Verschlechterung bei der Interferenzeffizienz infolge einer Abweisung der optischen Achse des Objektlichtstrahles.
Des Weiteren umfasst die Formbestimmungsvorrichtung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel einer zweiten Erfindung der vorliegenden Erfindung: ein optisches System zur Nichtinterferenzlichtstrahlaufzweigung bzw. -zerlegung, das einen Nichtinterferenzlichtstrahl, der als Polarisationskomponenten einen durch Reflexion durch ein Objekt, das an einer vorbestimmten Meßposition positioniert ist, erhaltenen Objektlichtstrahl enthält und die anderen Referenzlichtstrahlen enthält, in vier Strahlen aufzweigt bzw. vierfach aufzweigt; ein optisches System zur Phasenverschiebung, das eine Diversphasendifferenz zwischen der Polarisationskomponente des Bezugslichtstrahles und der Polarisationskomponente des Objektlichtstrahles in jedem der vier zerlegten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles erzeugt; vier Polarisierungsplatten, von denen jede einen Interferenzlichtstrahl zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl aus jedem der vier zerlegten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles nach Durchlauf durch das optische System zur Phasenverschiebung extrahiert; eine Lichtintensitätserfassungseinheit, die eine Intensität jedes Lichtstrahles nach Durchlauf durch jede der vier Polarisierungsplatten erfasst; eine Lichtintensitätsberichtigungseinheit, die unabhängig eine Berichtigung an jeder der vier Lichtintensitäten aus der Aufnahme durch die Lichtintensitätserfassungseinheit vornimmt; eine Polarisierungsplattenhalteeinheit, die die Polarisierungsplatte bei einem variablen Winkel hält; eine Lichtstrahlblockiereinheit, die jeden von dem Objektlichtstrahl und dem Bezugslichtstrahl blockiert; eine Verstärkungseinstelleinheit, die eine Berichtigungsverstärkung für die Lichtintensitätsberichtigungseinheit derart einstellt, dass dann, wenn eine Zeitreihe von Schwankungen auf die optische Weglänge des Objektlichtstrahles oder des Bezugslichtstrahles in einem ersten Anordnungszustand, in dem ein zur Kalibrierung dienendes Objekt an der Messposition angeordnet ist, aufoktroyiert wird, die Amplitude der Zeitreihenänderung bei der Intensität eines jeden der vier Interferenzlichtstrahlen aus der Berichtigung durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit übereinstimmt; eine Phasenverschiebungsfehlerberechnungseinheit, die dann, wenn eine Zeitreihe von Schwankungen auf die optische Weglänge des Objektlichtstrahles oder des Bezugslichtstrahles in dem ersten Anordnungszustand aufoktroyiert wird, einen Fehler bei der Phasenverschiebung durch das optische System zur Phasenverschiebung auf Grundlage der Intensitätsinformation eines jeden der vier Interferenzlichtstrahlen aus der Berichtigung durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit berechnet; und eine Phasendifferenzberechnungseinheit, die in einem zweiten Anordnungszustand, in dem das zu messende Objekt an der Messposition angeordnet ist, eine Phasendifferenz zwischen dem Objektlichtstrahl und dem Bezugslichtstrahl für das zu messende Objekt auf Grundlage der Intensität des Interferenzlichtstrahles aus der Berichtigung durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit und des Berechnungsergebnisses der Phasenverschiebungsfehlerberechnungseinheit berechnet.
Ein Beispiel detaillierterer Ausführungen zu dem optischen System zur Phasenverschiebung und der Phasendifferenzberechnungseinheit entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der zweiten Erfindung ist nachstehend angegeben.
In dem optischen System zur Phasenverschiebung wird beispielsweise unter den Nichtinterferenzlichtstrahlen aus dem Erhalt durch ein in vier Strahlen erfolgendes Zerlegen eine Phasendifferenz eines jeden von dreien der Nichtinterferenzlichtstrahlen, die als Quelle eines Nichtbezugsinterferenzlichtstrahles dienen, relativ zu einem der Nichtinterferenzlichtstrahlen, die als Quelle eines Bezugsinterferenzlichtstrahles dienen, jeweils auf –90°, +90° und +180° eingestellt.
Sodann setzt die Phasendifferenzberechnungseinheit in die nachfolgenden Gleichungen (A1) eine Intensität I2' des Bezugsinterferenzlichtstrahles sowie Intensitäten I1', I3' und I4' der drei Nichtbezugsinterferenzlichtstrahlen sowie Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen der drei Nichtbezugsinterferenzlichtstrahlen ein und berechnet dadurch eine Phasendifferenz f zwischen dem Objektlichtstrahl und dem Bezugslichtstrahl in dem zu messenden Objekt. [Mathematischer Ausdruck 1]
Des Weiteren umfasst die Formbestimmungsvorrichtung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der zweiten Erfindung eine Polarisierungsplattenhaltewinkelanpasseinheit, die mit Blick auf die erfassten Intensitäten aus dem Erhalt durch die Lichtintensitätserfassungseinheit in einem Zustand, in dem die optische Weglänge des Objektlichtstrahles und des Bezugslichtstrahles in dem ersten Anordnungszustand konstant gehalten wird, den Haltewinkel einer jeden der Polarisationsplatten in der Polarisierungsplattenhalteeinheit derart anpasst, dass die erfasste Intensität des Bezugslichtstrahles zu demjenigen Zeitpunkt, zu dem der Objektlichtstrahl durch die Lichtstrahlblockiereinheit blockiert wird, und die erfasste Intensität des Objektlichtstrahles zu demjenigen Zeitpunkt, zu dem der Bezugslichtstrahl durch die Lichtstrahlblockiereinheit blockiert wird, übereinstimmen.
In der nachfolgenden Beschreibung wird der Weg eines jeden der vier Lichtstrahlen und Signale mit einer Erstreckung von den optischen Wegen der Nichtinterferenzlichtstrahlen aus dem Erhalt durch das in vier Strahlen erfolgende Zerlegen durch das optische System zur Nichtinterferenzlichtstrahlzerlegung zu der Ausgabelinie der Lichtintensitätserfassungseinheit als Kanal bezeichnet. Darüber hinaus wird unter den vier Kanälen derjenige Kanal, der als Ziel einer Berechnung der Phasendifferenz zwischen dem Objektlichtstrahl und dem Bezugslichtstrahl dient, als Bezugskanal bezeichnet. Die anderen drei Kanäle werden als Nichtbezugskanäle bezeichnet.
Zudem gilt bei dem Interferometer, das bei der zweiten Erfindung verwendet wird, ähnlich zu dem in Patentdruckschrift 2 beschriebenen homodynen Interferometer ein System von Gleichungen, die vier Beziehungsausdrücke zwischen den Intensitäten und den Phasendifferenzen des Objektlichtstrahles, des Bezugslichtstrahles und des Interferenzlichtstrahles aufweisen, die in jedem Kanal erfüllt sind.
Darüber hinaus enthält auch bei dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Interferometer ähnlich zu dem in Patentdruckschrift 2 beschriebenen homodynen Interferometer dann, wenn das Interferometer ohne einen speziellen Kalibrierungsprozess verwendet wird, das System von Gleichungen zwölf unbekannte Parameter, darunter die Phasendifferenzen, die als Messeziele dienen.
Bei einem derartigen Interferometer stimmen infolge der Polarisierungsplattenhaltewinkelanpasseinheit die Intensität des Objektlichtstrahles und die Intensität des Bezugslichtstrahles in jedem der vier Kanäle überein. Darüber hinaus werden infolge der Verstärkungseinstelleinheit die Intensitäten I1' bis I4' der Interferenzlichtstrahlen aus der (durch lineare Berichtigung) erfolgenden Berichtigung durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit zu derartigen gemessenen Werten, bei denen die Intensität des Objektlichtstrahles und die Intensität des Bezugslichtstrahles zwischen den vier Kanälen übereinstimmen.
Zudem gilt, wie nachstehend beschrieben wird, ein System von Gleichungen, das sich aus vier Gleichungen zusammensetzt, die enthalten: berichtigte Intensitäten I1' bis I4' der Interferenzlichtstrahlen der vier Kanäle aus der Aufnahme durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit; eine Variable, die jedem Kanal entsprechend der Intensität des Objektlichtstrahles und des Bezugslichtstrahles gemeinsamen ist; eine als Berechnungsziel dienende unbekannte Phasendifferenz f sowie Fehler e1, e3 und e4 der drei unbekannten Beträge der Phasenverschiebung, die für jeden Nichtbezugskanal verschieden sind. Sodann werden in der Phasenverschiebungsfehlerberechnungseinheit die berichtigten Intensitäten I1' bis I4 der Interferenzlichtstrahlen der vier Kanäle in Gleichungen eingesetzt, die durch Entfernen einer Variable aus dem System von Gleichungen hergeleitet werden, sodass die Fehler e1, e3 und e4 in den Beträgen der Phasenverschiebung der Nichtbezugskanäle berechnet werden können.
Im Ergebnis kann in der Phasendifferenzberechnungseinheit eine Phasendifferenz f, die von den Fehlern e1, e3 und e4 der Beträge der Phasenverschiebung nicht beeinträchtigt ist, berechnet werden. Des Weiteren ist ausreichend, wenn der Kalibrierungsprozess einmal vor der Formmessung für das zu messende Objekt vorgenommen wird. Darüber hinaus ist die Ausführung an sich einfach.
Zudem umfasst die Formbestimmungsvorrichtung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der zweiten Erfindung:
ein optisches System zur Nichtinterferenzlichtstrahlaufzweigung bzw. -zerlegung, das einen Nichtinterferenzlichtstrahl, der als Polarisationskomponenten einen durch Reflexion durch ein Objekt, das an einer vorbestimmten Meßposition positioniert ist, erhaltenen Objektlichtstrahl enthält und die anderen Referenzlichtstrahlen enthält, in vier Strahlen aufzweigt bzw. vierfach aufzweigt; ein optisches System zur Phasenverschiebung, das eine Diversphasendifferenz zwischen der Polarisationskomponente des Bezugslichtstrahles und der Polarisationskomponente des Objektlichtstrahles in jedem der vier zerlegten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles erzeugt; vier Polarisierungsplatten, von denen jede einen Interferenzlichtstrahl zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl aus jedem der vier zerlegten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles mit Durchlauf durch das optische System zur Phasenverschiebung extrahiert; eine Lichtintensitätserfassungseinheit, die eine Intensität eines jeden Lichtstrahles nach Durchlauf durch jede der vier Polarisierungsplatten erfasst; eine Lichtintensitätsberichtigungseinheit, die unabhängig eine Berichtigung an jeder der vier Lichtintensitäten aus dem Erhalt durch die Lichtintensitätserfassungseinheit vornimmt; eine Lichtstrahlblockiereinheit, die jeden von dem Objektlichtstrahl und dem Bezugslichtstrahl blockiert; eine Verstärkungseinstelleinheit, die eine Berichtigungsverstärkung für die Lichtintensitätsberichtigungseinheit derart einstellt, dass dann, wenn die optische Weglänge des optischen Lichtstrahles konstant gehalten wird und der Bezugslichtstrahl durch die Lichtstrahlblockiereinheit in einem ersten Anordnungszustand, in dem ein zur Kalibrierung dienendes Objekt an der Messposition angeordnet ist, blockiert wird, die Intensitäten der vier Objektlichtstrahlen aus der Aufnahme durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit übereinstimmen; eine Offestberichtigungswerteinstelleinheit bzw. Verschiebungsberichtigungswerteinstelleinheit, die als Verschiebungsberichtigungswerte für die Lichtintensitätsberechnungseinheit die Intensitäten der vier Bezugslichtstrahlen aus der Aufnahme durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit einstellt, wenn die optische Weglänge des Bezugslichtstrahles konstant gehalten wird und der Objektlichtstrahl durch die Lichtstrahlblockiereinheit in dem ersten Anordnungszustand blockiert wird; eine Phasenverschiebungsfehlerberechnungseinheit, die dann, wenn eine Zeitreihe von Schwankungen auf die optische Weglänge des Objektlichtstrahles oder des Bezugslichtstrahles in dem ersten Anordnungszustand aufoktroyiert wird, einen Fehler bei der Phasenverschiebung durch das optische System zur Phasenverschiebung auf Grundlage der Intensitätsinformation eines jeden der vier Interferenzlichtstrahlen aus der Berichtigung durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit berechnet; und eine Phasendifferenzberechnungseinheit, die in einem zweiten Anordnungszustand, in dem das zu messende Objekt an der Messposition angeordnet ist, eine Phasendifferenz zwischen dem Objektlichtstrahl und dem Bezugslichtstrahl für das zu messende Objekt auf Grundlage der Intensitätsinformation eines jeden der vier Interferenzlichtstrahlen aus der Berichtigung durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit und des Berechnungsergebnisses der Phasenverschiebungsfehlerberechnungseinheit berechnet.
Ein Beispiel für detailliertere Ausführungen des optischen Systems zur Phasenverschiebung und des Phasendifferenzberechnungsschrittes entsprechenden dem zweiten Ausführungsbeispiel der zweiten Erfindung lautet folgendermaßen.
In dem optischen System zur Phasenverschiebung wird beispielsweise unter den Nichtinterferenzlichtstrahlen aus dem Erhalt durch das in vier Strahlen erfolgende Zerlegen eine Phasendifferenz einer jeden von dreien der Nichtinterferenzlichtstrahlen, die als Quelle eines Nichtbezugsinterferenzlichtstrahles dienen, relativ zu einem der Nichtinterferenzlichtstrahlen, die als Quelle eines Bezugsinterferenzlichtstrahles dienen, jeweils auf –90°, +90° und +180° eingestellt.
Des Weiteren setzt die Phasendifferenzberechnungseinheit in die nachfolgenden Gleichungen (A2) eine Intensität I2'' des Bezugsinterferenzlichtstrahles und Intensitäten I1'', I3'' und I4'' der drei Nichtbezugsinterferenzlichtstrahlen sowie Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen der drei Nichtbezugsinterferenzlichtstrahlen und die Verschiebungsberichtigungswerte ar1, ar2, ar3 und ar4 gemäß Einstellung durch die Verschiebungsberichtigungswerteinstelleinheit ein und berechnet dadurch eine Phasendifferenz f zwischen dem Objektlichtstrahl und denn Bezugslichtstrahl in dem zu messenden Objekt. [Mathematischer Ausdruck 2]
Bei dem bei der zweiten Erfindung verwendeten Interferometer erreicht die Linearberichtigungsverstärkungseinstelleinheit einen Zustand, in dem die Komponente der Intensität des Objektlichtstrahles in der Intensität des Interferenzlichtstrahles aus der Berichtigung durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit zwischen den vier Kanälen als übereinstimmend betrachtet werden kann. Des Weiteren werden infolge der Verschiebungsberichtigungswerteinstelleinheit die Intensitäten ar1 bis ar4 der Bezugslichtstrahlen in den einzelnen Kanälen bekannt, und die Intensität des Interferenzlichtstrahles aus der Berichtigung durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit wird zu einem gemessenen Wert, aus dem die Verschiebungskomponente entsprechend der Intensität des Bezugslichtstrahles entfernt worden ist.
Zudem gilt, wie nachstehend noch beschrieben wird, ein System von Gleichungen, das sich aus vier Gleichungen zusammensetzt, die enthalten: berichtigte Intensitäten I1'' bis I4'' der Interferenzlichtstrahlen der vier Kanäle aus der Aufnahme durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit; eine Variable, die jedem Kanal entsprechend der Objektlichtintensität gemeinsam ist; eine als Berechnungsziel dienende unbekannte Phasendifferenz f; Fehler e1, e3 und e4 der drei unbekannten Beträge der Phasenverschiebung, die für jeden Nichtbezugskanal verschieden sind; und Intensitäten ar1 bis ar4 der Bezugslichtstrahlen in den einzelnen Kanälen, die als Ergebnis des Verschiebungsberichtigungswerteinstellschrittes bekannt sind. Sodann werden in der Phasenverschiebungsfehlerberechnungseinheit die berichtigten Intensitäten I1'' bis I4'' der Interferenzlichtstrahlen der vier Kanäle in Gleichungen eingesetzt, die durch Entfernen einer Variable aus dem System von Gleichungen abgeleitet werden, sodass die Fehler e1, e3 und e4 in den Beträgen der Phasenverschiebung der Nichtbezugskanäle berechnet werden können.
Im Ergebnis kann bei dem Phasendifferenzberechnungsschritt eine Phasendifferenz f, die von den Fehlern e1, e3 und e4 der Beträge der Phasenverschiebung nicht beeinträchtigt ist, berechnet werden. Des Weiteren ist ausreichend, wenn der Kalibrierungsprozess einmal vor der Formmessung des zu messenden Objektes vorgenommen wird. Des Weiteren ist die Ausführung per sie einfach.
Wirkungen der Erfindung
Entsprechend der vorbeschriebenen ersten Erfindung wird bei der Messung der Dickenverteilung eines zu messenden Objektes, so beispielsweise eines Halbleiterwafers, mit der Form einer dünnen Platte, das Messen der Dickenverteilung, ohne dass dies durch Schwingungen des zu messenden Objektes beeinträchtigt wäre, unter Verwendung eines einfachen Vorrichtungsaufbaus präzise bewerkstelligt.
Des Weiteren können entsprechend der vorbeschriebenen zweiten Erfindung bei der Formmessung entsprechend einem Phasenverschiebungsverfahren, bei dem ein Interferometer zum Einsatz kommt, Messergebnisse einfach aufgenommen werden, ohne dass diese durch Fehler bei den Phasenverschiebungen beeinträchtigt wären, wenn die Phasenverschiebung optisch unter Verwendung einer Mehrzahl von Polarisierungsplatten vorgenommen wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Form bestimmungsvorrichtung X1 entsprechend einem Ausführungsbeispiel einer ersten Erfindung.
2 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Interferenzlichtmessabschnittes Y1, der in einer Form bestimmungsvorrichtung X1 vorgesehen ist.
3 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Beispieles einer Verteilung von Messpunkten an der Oberfläche eines zu messenden Objektes in einer Formbestimmungsvorrichtung X1.
4 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines weiteren Beispieles einer Verteilung von Messpunkten in einem zu messenden Objekt.
5 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Formbestimmungsvorrichtung X2 entsprechend einem Ausführungsbeispiel einer zweiten Erfindung.
6 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Interferenzlichtmessabschnittes Y2, der in einer Form bestimmungsvorrichtung X2 vorgesehen ist.
7 Ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Beispieles einer Verteilung von Messpunkten an der Oberfläche eines zu messenden Objektes bei einer Formbestimmungsvorrichtung X2.
8 ist ein Ablaufdiagramm zur Darstellung einer Prozedur eines Formbestimmungsverfahrens entsprechend einem ersten Implementierungsbeispiel mit Ausführung unter Verwendung einer Formbestimmungsvorrichtung X2.
9 ist ein Ablaufdiagramm zur Darstellung einer Prozedur eines Formmessverfahrens entsprechend einem zweiten Implementierungsbeispiel mit Ausführung unter Verwendung einer Formbestimmungsvorrichtung X2.
10 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispieles einer Lissajous-Wellenform auf Grundlage gemessener Werte eines Interferenzlichtstrahles aus dem Erhalt durch eine Formbestimmungsvorrichtung X2.
11 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Beziehung zwischen einer Lissajous-Wellenform und einer Phasendifferenz von zwei gemessenen Werten.
Ausführung der Erfindung
Erste Erfindung
Ein Ausführungsbeispiel einer ersten Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben, um ein Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Hierbei ist das nachstehend angegebene Ausführungsbeispiel nur ein Beispiel für eine Implementierung der vorliegenden Erfindung und beschränkt den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung nicht.
Eine Formbestimmungsvorrichtung X1 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der ersten Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf das in 1 gezeigte Konfigurationsdiagramm beschrieben.
Die Formbestimmungsvorrichtung X1 ist eine Vorrichtung zum Messen der Dickenverteilung eines zu messenden Objektes 1, so beispielsweise eines Halbleiterwafers, der die Form einer dünnen Platte aufweist. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Formbestimmungsvorrichtung X1: einen Interferenzlichtmessabschnitt Y1, der zwei Lichtinterferometer a20 und b20 beinhaltet, die sich aus homodynen Interferometern zusammensetzen; und eine bewegliche Stützvorrichtung Z1. Des Weiteren umfasst der Interferenzlichtmessabschnitt Y1 drei Computer a4, b4 und 5 zusätzlich zu den beiden Lichtinterferometern a20 und b20. In der Formbestimmungsvorrichtung X1 ist ein zu messendes Objekt 1 durch die bewegliche Stützvorrichtung Z1 gestützt.
Bei der nachfolgenden Beschreibung wird der Einfachheit halber eine Oberfläche (in 1 und 2 die obere Oberfläche) des zu messenden Objektes 1 als A-Oberfläche bezeichnet, wohingegen die andere Oberfläche in Bezug auf das Vorderende und das Hinterende relativ zu der A-Oberfläche als B-Oberfläche bezeichnet wird. Des Weiteren wird ein Messort an der A-Oberfläche des zu messenden Objektes 1 als A-Oberflächenmesspunkt 1a bezeichnet, wohingegen ein Messort an der B-Oberfläche in vorderer und hinterer Beziehung entsprechend dem A-Oberflächenmesspunkt 1a als B-Oberflächenmesspunkt 1b bezeichnet wird. Das Lichtinterferometer a20 ist an der A-Oberflächenseite des zu messenden Objektes 1 angeordnet, wohingegen das Lichtinterferometer b20 an der B-Oberflächenseite des zu messenden Objektes 1 angeordnet ist.
Die Erfassungssignale aus dem Lichtinterferometer a20 an der A-Oberflächenseite und dem Lichtinterferometer b20 an der B-Oberflächenseite werden separat von dem Computer a4 und dem Computer b4 verarbeitet. Diese werden als erster Computer a4 beziehungsweise zweiter Computer bezeichnet. Der verbleibende Computer 5 wird als dritter Computer 5 bezeichnet.
Jeder der drei Computer a4, b4 und 5 verfügt über eine CPU, einen Speicher, Signaleingabe-/Ausgabeschnittstellen und dergleichen mehr. Auf diese Weise führt die CPU ein vorbestimmtes Programm aus, um verschiedene Arten einer Berechnung, Übertragungs- und Empfangssignale zu einer externen Vorrichtung und von dieser durch die Signaleingabe-/Ausgabeschnittstellen, das Aufzeichnen von Daten im Speicher und dergleichen mehr auszuführen.
Die beiden Lichtinterferometer a20 und b20 sind optische Vorrichtungen zum Ausgeben von Intensitätssignalen Sg1 bis Sg4 der Interferenzlichtstrahlen aus dem Erhalt durch Überlagerung eines Bezugslichtstrahles und eines Objektlichtstrahles, die reflektierte Licht strahlen sind, die aufgenommen werden, wenn ein Lichtstrahl auf eine als Bezug dienende Bezugsoberfläche sowie auf die Messpunkte 1a und 1b an den vorderen und den hinteren Oberflächen des zu messenden Objektes 1 projiziert wird.
Des Weiteren führen der erste Computer a4 und der zweite Computer b4 die Verarbeitung einer Berechnung der Phasendifferenzen Fa und Fb zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl auf Grundlage der Intensitätssignale Sg1 bis Sg4 der Interferenzlichtstrahlen aus der Ausgabe von dem Lichtinterferometer a20 an der A-Oberflächenseite und dem Lichtinterferometer b20 an der B-Oberflächenseite aus. Details hierzu werden nachstehend beschrieben. Hierbei ist die Phasendifferenz Fa eine Phasendifferenz des Objektlichtstrahles aus der Reflektion an dem A-Oberflächenseitenmesspunkt 1a. Die Phasendifferenz Fb ist eine Phasendifferenz des Objektlichtstrahles aus der Reflexion an dem B-Oberflächenseitenmesspunkt 1b.
Des Weiteren führt der dritte Computer 5 die Verarbeitung der Berechnung der Dickenverteilung des zu messenden Objektes 1 auf Grundlage der Differenzverteilung (Fa – Fb) der Phasendifferenzen Fa und Fb aus der Berechnung für den A-Oberflächenseitenmesspunkt 1a und den B-Oberflächenseitenmesspunkt 1b an mehreren Orten aus.
Details zu den einzelnen Komponenten, die in der Formbestimmungsvorrichtung X1 vorgesehen sind, sind nachstehend beschrieben.
Die bewegliche Stützvorrichtung Z1 ist eine Vorrichtung zum Stützen des zu messenden Objektes 1 zwischen den Emissionsabschnitten für die Objektlichtstrahlen aus den beiden Lichtinterferometern a20 und b20 sowie zum Bewegen der Stützposition in den zweidimensionalen Richtungen. Dies bedeutet, dass die bewegliche Stützvorrichtung Z1 die relative Position des zu messenden Objektes 1 relativ zu den beiden Lichtinterferometern a20 und b20 in den zweidimensionalen Richtungen ändert. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel bewegt die bewegliche Stützvorrichtung Z1 das zu messende Objekt 1 in den horizontalen Richtungen.
Wie in 1 gezeigt ist, weist die bewegliche Stützvorrichtung Z1 eine Drehwelle 41, einen Stützabschnitt 44, der mit dieser verbunden ist, einen Drehantriebsabschnitt 42, einen Linearbewegungsmechanismus 43 und eine Bewegungssteuervorrichtung 7 auf.
Das scheibenförmige zu messende Objekt 1, so beispielsweise der Halbleiterwafer, ist an drei Punkten an dem Kantenteil durch die Stützabschnitte 44 gestützt, die an drei Positionen an dem Umfang angeordnet sind. Diese drei Stützabschnitte 44 sind mit der Drehwelle 41 verbunden, die sich hin zur Mitte des Umfanges erstreckt.
Des Weiteren wird die Drehwelle 41 durch den Drehantriebsanabschnitt 42, so beispielsweise durch einen Servomotor, angetrieben und gedreht. Als Folge hiervon dreht sich das zu messende Objekt 1 um den als Drehmitte dienenden Mittelteil.
Des Weiteren bewegt der Linearbewegungsmechanismus 43 die Drehwelle 41 und den Drehantriebsabschnitt 42 innerhalb eines vorbestimmten Bewegungsbereiches in einer Richtung parallel zu den vorderen und den hinteren Oberflächen des zu messenden Objektes 1 linear, das heißt in einer Richtung orthogonal zur Dickenrichtung des zu messenden Objektes 1. Dies bedeutet, dass der Linearbewegungsmechanismus 43 das scheibenförmige zu messende Objekt 1 entlang einer radialen Richtung bewegt.
Des Weiteren steuert die Bewegungssteuervorrichtung 7 die Bewegung des Drehantriebsabschnittes 42 und des Linearbewegungsmechanismus 43. Zudem erfasst die Bewegungssteuervorrichtung 7 die Position der Projektion der Objektlichtstrahlen auf das zu messende Objekt 1, das heißt die Position der Messpunkte 1a und 1b, die häufig variiert, und überträgt sodann das Erfassungsergebnis an den dritten Computer 5. Die Erfassung der Position der Messpunkte 1a und 1b wird beispielsweise auf Grundlage der Historie der Bedienbefehle für den Drehantriebsabschnitt 42 und den Linearbewegungsmechanismus 43, das heißt auf Grundlage der Bewegungshistorie des zu messenden Objektes 1, ausgeführt. Alternativ kann die Position der Messpunkte 1a und 1b auf Grundlage der Erfassungsergebnisse von den Positionserfassungssensoren (nicht gezeigt) erfasst werden, die jeweils in dem Drehantriebsabschnitt 42 und dem Linearbewegungsabschnitt 43 vorgesehen sind.
Durch die gleichzeitige Verwendung der Drehung des zu messenden Objektes 1, die von dem Drehantriebsabschnitt 42 ausgeführt wird, und die Linearbewegung des zu messenden Objektes 1, die von dem Linearbewegungsmechanismus 43 ausgeführt wird, ändert die Formbestimmungsvorrichtung X1 sequenziell die Position der Messpunkte 1a und 1b in dem zu messenden Objekt 1, das heißt die Position des Projektionspunktes der Objektlichtstrahlen. Sodann werden die Phasendifferenzen Fa und Fb an der Mehrzahl von Messpunkten 1a und 1b gemessen.
Die Bewegungssteuervorrichtung 7 dreht das zu messende Objekt 1 kontinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit und bewegt es zudem linear und überträgt eine Datenaufnahmeanweisung an den dritten Computer 5 in einer konstanten Zeitspanne oder alternativ zu jedem Zeitpunkt, zu dem die Position der Messpunkte 1a und 1b an einer vorab definierten Position befindlich ist. In Reaktion auf das Empfangen der Datenaufnahmeanweisung fordert der dritte Computer 5 bei dem ersten Computer a4 und dem zweiten Computer b4 die Berechnung der Phasendifferenzen Fa und Fb an und nimmt sodann die Berechnungsergebnisse auf. Aus der Verteilung der Differenz zwischen den Phasendifferenzen Fa und Fb an der Mehrzahl von Messpunkten 1a und 1b, berechnet der dritte Computer 5 zudem die Dickenverteilung des zu messenden Objektes 1.
3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel der Verteilung der Mehrzahl von Messpunkten 1a und 1b an der Oberfläche des zu messenden Objektes 1 in der Form bestimmungsvorrichtung X1 zeigt.
Wird die Messung der Phasendifferenzen Fa und Fb sequenziell in einem Zustand vorgenommen, in dem das zu messende Objekt 1 gedreht und linear bewegt wird, wie in 3 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, so variiert die Position der Messpunkte 1a und 1b sequenziell entlang einer spiralförmigen Ortskurve R an der Oberfläche des zu messenden Objektes 1. Die Mehrzahl von Messpunkten 1a und 1b und die Phasendifferenzen Fa und Fb in Entsprechung zu diesen sind beispielsweise mit Messpunktnummern (1, 2, 3...) bezeichnet, die in der Reihenfolge der Messung verteilt werden. 3 zeigt die Ortskurve der Messpunkte 1a und 1b der (K – 1)-ten bis (K + 2)-ten Messnummern.
In der Formbestimmungsvorrichtung X1 tasten die Objektlichtstrahlen aus den beiden Lichtinterferometern a20 und b20 das zu messende Objekt 1 entlang einer Abtastlinie R ab.
Als Nächstes wird der Interferenzlichtmessabschnitt Y1, der die beiden Lichtinterferometer a20 und b20 beinhaltet, unter Bezugnahme auf das in 2 gezeigte Konfigurationsdiagramm beschrieben.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der Interferenzlichtmessabschnitt Y1: eine Laserlichtquelle 2; einen Polarisierungsstrahlteiler 3; eine Mehrzahl von Spiegeln all bis a13, b11 und b12; das Lichtinterferometer a20 an der A-Oberflächenseite und das Lichtinterferometer b20 an der B-Oberflächenseite; den ersten Computer a4 und den zweiten Computer b4 sowie den dritten Computer 5.
Die Laserlichtquelle 2 emittiert einen Lichtstrahl P0. Der Lichtstrahl P0 ist ein eine einzige Wellenlänge aufweisender Lichtstrahl, dessen Frequenz nicht auf eine bestimmte Frequenz beschränkt ist. Wird beispielsweise ein Lichtstrahl P0 sichtbaren Lichtes eingesetzt, so kann die Frequenz ω des Lichtstrahles P0 annähernd 5 × 10⁸ MHz sein.
Der Polarisierungsstrahlteiler 3 zerlegt den von der Laserlichtquelle 2 emittierten Lichtstrahl P0 in zwei Strahlen. Sodann wird ein Lichtstrahl Pa der beiden von dem Polarisierungsstrahlteiler 3 zerlegten Lichtstrahlen in Richtung des A-Oberflächenmesspunktes 1a des zu messenden Objektes 1 durch die drei Spiegel a11, a12 und a13 geführt. Des Weiteren wird der andere Lichtstrahl Pb der beiden durch den Polarisierungsstrahlteiler 3 zerlegten Lichtstrahlen in Richtung des B-Oberflächenmesspunktes 1b des zu messenden Objektes 1 durch die beiden Spiegel b11 und b12 geführt.
Hierbei können die optischen Vorrichtungen zum Führen der Lichtstrahlen Pa und Pb jeweils zu dem A-Oberflächenmesspunkt 1a und dem B-Oberflächenmesspunkt 1b optische Fasern oder dergleichen anstelle der Spiegel sein.
Der Lichtstrahl Pa, der zur A-Oberflächenseite des zu messenden Objektes 1 geführt wird, wird in das Lichtinterferometer a20 an der A-Oberflächenseite eingegeben. Auf ähnliche Weise wird der Lichtstrahl Pb, der zur B-Oberflächenseite des zu messenden Objektes 1 geführt wird, in das Lichtinterferometer b20 an der B-Oberflächenseite eingegeben.
Die beiden Lichtinterferometer a20 und b20 sind homodyne Interferometer und erfassen die Intensität des Interferenzlichtstrahles zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl aus dem Erhalt durch Reflexion der Lichtstrahlen Pa und Pb jeweils durch die als Bezug dienende Bezugsfläche und durch die Messpunkte 1a und 1b in einer vorderen und hinteren Beziehung zueinander in dem zu messenden Objekt 1.
Wie in 2 gezeigt ist, weisen das Lichtinterferometer a20 an der A-Oberflächenseite und das Lichtinterferometer b20 an der B-Oberflächenseite einen gänzlich gleichen Aufbau mit Ausnahme desjenigen Punktes auf, dass eine andere Oberfläche in dem zu messenden Objekt 1 als Ziel der Messung eingesetzt wird. Die nachfolgende Beschreibung gilt dem Aufbau des Lichtinterferometers a20 an der A-Oberflächenseite. Daran anschließend wird auf eine Beschreibung des Aufbaus des Lichtinterferometers b20 mit demselben Aufbau auf der B-Oberflächenseite verzichtet. Hierbei ist in 2 jede Komponente des Lichtinterferometers a20 an der A-Oberflächenseite mit dem Symbol „a...” bezeichnet, während jede Komponente des Lichtinterferometers b20 an der B-Oberflächenseite mit dem Symbol „b...” bezeichnet ist. Damit sind bei den beiden Lichtinterferometern a20 und b20 Komponenten mit demselben Symbol in demjenigen Teil, den man durch Streichen von „a” oder „b” aus jedem Symbol erhält, identisch.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst das Lichtinterferometer a20 eine 1/2-Wellenlängenplatte a31, einen Polarisierungsstrahlteiler a21, zwei 1/4-Wellenlängenplatten a22 und a23, eine Bezugsplatte a24 und eine Sammellinse a32, drei unpolarisierte Strahlteiler a251, a252 und a253, zwei 1/4-Wellenlängenplatten a261 und a263, eine 1/2-Wellenlängenplatte a264, vier Polarisierungsplatten a271, a272, a273 und a274 und vier Fotodetektoren a281, a282, a283 und a284.
In einigen Fällen schwingt das zu messende Objekt 1, so beispielsweise ein Halbleiterwafer, mit der Form einer dünnen Platte, beispielsweise mit einer Frequenz von annähernd 50 Hz. Damit das Erfassungsergebnis bezüglich der Intensität des Interferenzlichtstrahles durch die Schwingungen des zu messenden Objektes 1 nicht beeinträchtigt wird, muss die Abtastfrequenz für die Intensität des Interferenzlichtstrahles eine Frequenz auf einem Niveau sein, das in der Lage Ist, der Verschiebungsgeschwindigkeit der Oberfläche des zu messenden Objektes 1 zu folgen. Im Gegensatz zu einer zweidimensionalen Bildaufnahmekamera mit einem Bildaufnahmezyklus von 20 Hz bis 100 Hz oder dergleichen können die Fotodetektoren a281, a282, a283 und a284 die Intensität des Lichtstrahles bei einer hohen Abtastfrequenz von 1 MHz oder höher erfassen. Damit wird die Intensität des Interferenzlichtstrahles erreicht, ohne dass eine Beeinträchtigung durch die Schwingungen des zu messenden Objektes 1 gegeben wäre.
Die 1/2-Wellenlängenplatte a31 ist ein optisches Element zum Anpassen der Polarisationsebene des Lichtstrahles Pa, der zur A-Oberflächenseite des zu messenden Objektes 1 durch die Spiegel a11 bis a13 geführt wird.
Der Polarisierungsstrahlteiler a21 zerlegt den Lichtstrahl Pa, dessen Polarisationsebene durch die 1/2-Wellenlängenplatte a31 angepasst worden ist, in zwei Lichtstrahlen mit wechselseitig orthogonalen Polarisationsrichtungen. Sodann wird einer der zerlegten Lichtstrahlen auf eine als Bezug dienende Bezugsoberfläche projiziert, während der andere der zerlegten Lichtstrahlen auf den A-Oberflächenseitenmesspunkt 1a projiziert wird. Hierbei ist die Bezugsoberfläche die Oberfläche der Bezugsplatte a24, die an einer vorbestimmten Position gehalten wird.
Der Bezugslichtstrahl, der der reflektierte Lichtstrahl des Lichtstrahles mit Einfall auf die Bezugsoberfläche ist, kehrt zu dem Polarisierungsstrahlteiler a21 in einem Zustand zurück, in dem dessen optische Achse mit derjenigen des einfallenden Lichtstrahles zusammenfällt.
Ein 1/4-Wellenlängenplatte a23 ist in dem optischen Weg des Lichtstrahles zwischen dem Polarisierungsstrahlteiler a21 und der Bezugsoberfläche angeordnet. Der Bezugslichtstrahl, dessen Palarisierungsrichtung um 90° relativ zu derjenigen des ursprünglichen Lichtstrahles zum Zeitpunkt des Zwei-Wege-Durchlaufes durch die 1/4-Wellenlängenplatte a23 gedreht worden ist, läuft durch den Polarisierungsstrahlteiler a21.
Demgegenüber kehrt der Objektlichtstrahl, der der reflektierte Lichtstrahl des Lichtstrahles mit Einfall auf den A-Oberflächenseitenmesspunkt 1a ist, zu dem Polarisierungsstrahlteiler a21 in einem Zustand zurück, in dem dessen optische Achse mit derjenigen des einfallenden Lichtstrahles zusammenfällt.
Eine 1/4-Wellenlängenplatte a22 ist in dem optischen Weg des Lichtstrahles zwischen dem Polarisierungsstrahlteiler a21 und dem A-Oberflächenseitenmesspunkt 1a angeordnet. Der Objektlichtstrahl, dessen Polarisierungsrichtung um 90° relativ zu derjenigen des ursprünglichen Lichtstrahles zum Zeitpunkt des Zwei-Wege-Durchlaufes durch die 1/4-Wellenlängenplatte a22 gedreht worden ist, wird durch den Polarisierungsstrahlteiler a21 in eine Richtung reflektiert, die mit der optischen Achse des Bezugslichtstrahles übereinstimmt. Sodann wird ein Nichtinterferenzlichtstrahl Pax aufgenommen, der den Bezugslichtstrahl und den Objektlichtstrahl als wechselseitig orthogonale Polarisationskomponenten enthält.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, zerlegen der Polarisierungsstrahlteiler a21 und die beiden 1/4-Wellenlängenplatten a22 und a23 den Lichtstrahl Pa in zwei Strahlen und projizieren sodann jeden auf die Bezugsoberfläche und den A-Oberflächenseitenmesspunkt 1a, sodass ein Nichtinterferenzlichtstrahl Pax aufgenommen wird, der den Bezugslichtstrahl und den Objektlichtstrahl als wechselseitig orthogonale Polarisationskomponenten enthält. Dieses werden nachstehend als optisches System zur Nichtinterferenzlichtstrahlaufnahme bezeichnet.
Des Weiteren ist zwischen der 1/4-Wellenlängenplatte a22 und dem A-Oberflächenseitenmesspunkt 1a die Sammellinse a32 angeordnet, die einen Brennpunkt an dem A-Oberflächenseitenmesspunkt 1a aufweist. Dies bedeutet, dass die Sammellinse a32 in dem optischen Weg des Lichtstrahles und des Objektlichtstrahlstrahles zwischen dem optischen System zur Nichtinterferenzlichtstrahlaufnahme und dem A-Oberflächenseitenmesspunkt 1a angeordnet ist.
Sogar dann, wenn eine geringfügiger Unterschied beim Oberflächenwinkel an jedem Messpunkt 1a vorhanden ist, unterdrückt das Wirken der Sammellinse a32 eine Abweichung der optischen Achse des Objektlichtstrahles. Im Ergebnis können eine Verringerung bei der empfangenen Lichtintensität des Objektlichtstrahles und eine Verschlechterung bei der Interferenzeffizienz unterdrückt werden, die als Folge dessen bewirkt werden könnten, dass die optische Achse des Objektlichtstrahles in Abhängigkeit von der Differenz des Oberflächenwinkels an jedem A-Oberflächenseitenmesspunkt 1a abweicht. Des Weiteren verringert dies den Projektionspunkt des Lichtstrahles auf den A-Oberflächenseitenmesspunkt 1a. Wenn darüber hinaus der Lichtstrahl die Oberfläche des zu messenden Objektes 1 dicht abtastet, so kann die räumliche Auflösung bei der Messung der Dickenverteilung in den zweidimensionalem Richtungen über der Oberfläche des zu messenden Objektes 1 weiter verbessert werden.
Des Weiteren zerlegen die drei unpolarisierten Strahlteiler a251, a252 und a253 den Nichtinterferenzlichtstrahl Pax aus der Aufnahme durch das optische System zur Nichtinterferenzlichtstrahlaufnahme in vier zerlegte Lichtstrahlen Pa1, Pa2, Pa3 und Pa4 durch zwei Schritte des in zwei Strahlern erfolgenden Zerlegens. Die drei unpolarisierten Strahlteiler a251, a252 und a253 werden nachstehend als optisches System zur Nichtinterferenzlichtstrahlzerlegung bezeichnet.
Dies bedeutet, dass der Strahlteiler a251 den ersten Schritt des in zwei Strahlen erfolgenden Zerlegens an dem Nichtinterferenzlichtstrahl Pax vornimmt. Des Weiteren führen die verbleibenden beiden Strahlteiler a252 und a253 den zweiten Schritt des in zwei Strahlen erfolgenden Zerlegens jeweils an den zerlegten Lichtstrahlen von dem Nichtinterferenzlichtstrahl Pax durch.
Des Weiteren sind jede der beiden 1/4-Wellenlängenplatten a261 und a263 und die 1/2-Wellenlängenplatte a264 ein doppelbrechendes Element zum Aufoktroyieren einer Änderung bei der Phasendifferenz zwischen den orthogonalen Polarisationskomponenten auf jeden der drei zerlegten Lichtstrahlen Pa1, Pa3 und Pa4 unter den vier zerlegten Lichtstrahlen Pa1 bis Pa4 aus der Erzeugung auf Grundlage des Nichtinterferenzlichtstrahles Pax. Hierbei oktroyiert die 1/4-Wellenlängenplatte a261 eine Verschiebung von –1/4 der Wellenlänge auf die Phasendifferenz zwischen den orthogonalen Polarisationskomponenten in dem zerlegten Lichtstrahl Pa1 auf. Des Weiteren oktroyiert die 1/4-Wellenlängenplatte a263 eine Verschiebung von +1/4 der Wellenlänge auf die Phasendifferenz zwischen den orthogonalen Polarisationskomponenten in dem zerlegten Lichtstrahl Pa3 auf. Des Weiteren oktroyiert die 1/2-Wellenlängenplatte a264 eine Verschiebung von +1/2 der Wellenlänge auf die Phasendifferenz zwischen den orthogonalen Polarisationskomponenten in dem zerlegten Lichtstrahl Pa4 auf. Es wird indes keine Phasenverschiebung auf den zerlegten Lichtstrahl Pa2 aufoktroyiert.
Dies bedeutet, dass jede der drei Wellenlängenplatten a261, a263 und a264 eine Änderung von –1/4 der Wellenlänge, +1/4 der Wellenlänge oder +1/2 der Wellenlänge in Bezug auf den zweiten zerlegten Lichtstrahl Pa2 unter den vier zerlegten Lichtstrahlen Pa1 bis Pa4 auf die Phasendifferenz zwischen der Polarisationskomponente des Bezugslichtstrahles und der Polarisationskomponente des Objektlichtstrahles in den verbleibenden drei zerlegten Lichtstrahlen Pa1, Pa3 und Pa4 aufoktroyiert.
Jede der drei Wellenlängenplatten a261, a263 und a264 oktroyiert eine Diversänderung auf die Phasendifferenz zwischen der Komponente des Bezugslichtstrahles und der Komponente des Objektlichtstrahles auf, um so eine Diversphasendifferenz zwischen der Polarisationskomponente des Bezugslichtstrahles und der Polarisationskomponente des Objektlichtstrahles in jedem der vier zerlegten Lichtstrahlen Pa1 bis Pa4 zu bewirken. Die drei Wellenlängenplatten a261, a263 und a264 werden nachstehend als optisches System zur Phasenverschiebung bezeichnet.
Des Weiteren extrahieren die vier Polarisierungsplatten a271 bis a274 eine Polarisationskomponente mit einem gemeinsamen Winkel in Bezug auf die Polarisationsrichtungen des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles in dem zerlegten Lichtstrahl aus jedem der vier zerlegten Lichtstrahlen Pa1 bis Pa4 nach Durchlauf durch das optische System zur Phasenverschiebung a261, a263 und a264 und extrahieren dadurch Interferenzlichtstrahlen Qa1 bis Qa4 zwischen jedem Bezugslichtstrahl und jedem Objektlichtstrahl. Die vier Polarisierungsplatten a271 bis a274 werden hierbei nachstehend als optisches System zur Interferenzlichtstrahlextraktion bezeichnet. Hierbei ist der Winkel der extrahierten Polarisationskomponente ein beliebiger von +45° und –45° in Bezug auf die Polarisationsrichtungen des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles.
Hierbei wird der Winkel der Polarisationskomponente mit ermöglichtem Durchlauf durch jede der vier Polarisierungsplatten a271 bis a274 nicht einfach derart eingestellt, dass er identisch ist, und der Winkel, der in Bezug auf die Polarisationsrichtungen sowie den Bezugslichtstrahl und den Objektlichtstrahl gemessen wird, wird auf einen beliebigen von +45° und –45° vereinheitlicht. Damit wird der Winkel der Polarisationskomponente mit Ermöglichtem Durchlauf durch jede der Polarisationsplatten a271 bis a274 ein Winkel mit einer Abweichung von 90° beispielsweise in Abhängigkeit davon, ob die zerlegten Lichtstrahlen Pa1 bis Pa4 vor und nach der Reflektion durch den Spiegel als Ziel eingesetzt werden.
Des Weiteren erfassen die vier Fotodetektoren a281 bis a284 die Intensitäten der vier Interferenzlichtstrahlen Qa1 bis Qa4 aus der Extraktion durch das optische System zur Interferenzlichtstrahlextraktion und geben anschließend die Erfassungssignale Sig1 bis Sig4 an den ersten Computer a4 aus.
Hierbei sind auf der B-Oberflächenseite diejenigen in Entsprechung zu dem Nichtinterferenzlichtstrahl Pax, die zerlegten Lichtstrahlen Pa1 bis Pa4 und die Interferenzstrahlen Qa1 bis Qa4 der Nichtinterferenzlichtstrahl Pbx, die zerlegten Lichtstrahlen Pb1 bis Pb4 beziehungsweise die Interferenzlichtstrahlen Qb1 bis Qb4.
Sodann setzt der erste Computer a4 in die nachfolgende Gleichung (F1) die erfassten Intensitäten I1, I2, I3 und I4 der Interferenzlichtstrahlen Qa1 bis Qa4 aus der Aufnahme für die A-Oberfläche des zu messenden Objektes 1 ein, um so die Phasendifferenz F zwischen den Polarisationskomponenten des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles in dem Nichtinterferenzlichtstrahl Pax zu berechnen. Φ = tan^–1[(I2 – I4)/(I3 – I1)] (F1)
Hierbei werden mit Blick auf die erfassten Intensitäten I1, I2, I3 und I4 der Interferenzlichtstrahlen Qa1 bis Qa4 Werte eingesetzt, die vorab derart angepasst worden sind, dass eine Verschiebung und eine Amplitude der Intensität jeder Änderung identisch sind, wenn eine Schwankung auf die Phasendifferenz F zwischen den Polarisationskomponenten des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles aufoktroyiert wird.
Hierbei führt der zweite Computer b4 ebenfalls eine Verarbeitung ähnlich zu derjenigen des ersten Computers a4 auf Grundlage der erfassten Intensitäten der Interferenzlichtstrahlen Qb1 bis Qb4 aus der Aufnahme für die B-Oberfläche des zu messenden Objektes 1 aus.
Anschließend führt der dritte Computer 5 eine Phasenverbindungsverarbeitung auf Grundlage der Verteilung der Differenz (Fa – Fb) zwischen der Phasendifferenz Fa an der A-Oberflächenseite und der Phasendifferenz Fb an der B-Oberflächenseite aus der Berechnung für die Mehrzahl der A-Oberflächenseitenmesspunkte 1a und der B-Oberflächenseitenmesspunkte 1b aus, um so die Dickenverteilung des zu messenden Objektes 1 zu berechnen.
Hierbei ist die Phasendifferenz F aus dem Erhalt durch in die Gleichungen (B1) erfolgendes Einsetzen der erfassten Intensitäten I1, I2, I3 und I4 der Interferenzlichtstrahlen Qa1 bis Qa4 an der A-Oberflächenseite die Phasendifferenz Fa an der A-Oberflächenseite. Des Weiteren ist die Phasendifferenz F, die man auf ähnliche Weise aus den erfassten Intensitäten der Interferenzlichtstrahlen Qb1 bis Qb4 an der B-Oberflächenseite erhält, die Phasendifferenz Fb an der B-Oberflächenseite.
Die Ableitung der Gleichung (F1) wird nachstehend beschrieben.
Wird davon ausgegangen, dass die Verschiebungen D1 bis D4 und die Amplituden H1 bis H4 der erfassten Intensitäten I1, I2, I3 und I4 zueinander gleich und jeweils gleich D und H sind, so werden die erfassten Intensitäten I1, I2, I3 und I4 durch die nachfolgenden Gleichungen (F2) ausgedrückt. I1 = D + H × sin(F – p/2) I2 = D + H × sin(F) I3 = D + H × sin(F + p/2) I4 = D + H × sin(F + p) (F2)
Durch Umschreiben der Gleichungen (F2) wird Gleichung (F1) abgeleitet.
In einigen Fällen stimmen jedoch die Verschiebungen und die Amplituden der tatsächlich erfassten Intensitäten der Interferenzlichtstrahlen Qa1 bis Qa4, die man durch die vier Fotodetektoren a281 bis a284 erhält, wenn eine Schwankung auf die Phasendifferenz F zwischen den Polarisationskomponenten des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles aufoktroyiert wird, nicht überein, was von den individuellen Eigenschaften der Kennwerte des optischen Systems oder der Fotodetektoren a281 bis a284 herrührt.
Dies bedeutet, dass die tatsächlich erfassten Intensitäten I1', I2', I3' und I4' der Interferenzlichtstrahlen Qa1 bis Qa4, die man durch die Fotodetektoren a281 bis a284 erhält, durch die nachfolgenden Gleichungen (F3) ausgedrückt werden. I1' = D1 + H1 × sin(F – p/2) I2' = D2 + H2 × sin(F) I3' = D3 + H3 × sin(F + p/2) I4' = D4 + H4 × sin(F + p) (F3)
Hierbei sind die Verschiebungen D1 bis D4 und die Amplituden H1 bis H4 Konstanten, die durch die individuellen Eigenschaften der Kennwerte des optischen Systems oder der Fotodetektoren a281 bis a284 bestimmt sind. Werden also die Gleichungen (F3) umgeschrieben, so ergeben sich die nachfolgenden Gleichungen (F4). I1'/H1 – D1/H1 = sin(F – p/2) I2'/H2 – D2/H2 = sin(F) I3'/H3 – D3/H3 = sin(F + p/2) I4'/H4 – D4/H4 = sin(F + p) (F4)
Werden also die Konstanten D1 bis D4 und H1 bis H4 in den Gleichungen (F3) vorab durch Aufoktroyieren einer Schwankung auf die Phasendifferenz F zwischen den Polarisationskomponenten des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles spezifiziert, so können derartige Intensitäten I1 bis I4, bei denen die Verschiebungen D1 bis D4 (= 0) und die Amplituden H1 bis H4 (= 1) übereinstimmen, aus den tatsächlich erfassten Intensitäten I1', I2', I3' und I4' auf Grundlage der nachfolgenden Gleichungen (F5) abgeleitet werden. I1 = I1'/H1 – D1/H1 I2 = I2'/H2 – D2/H2 I3 = I3'/H3 – D3/H3 I4 = I4'/H4 – D4/H4 (F5)
Darüber hinaus kann in dem Fall, in dem die Fotodetektoren a281 bis a284 eine Verschiebungs- und Verstärkungsanpassungsfunktion wahrnehmen, vorab eine Anpassung unter Verwendung der Anpassungsfunktion vorgenommen werden, sodass die Verschiebungen und die Amplituden der tatsächlich erfassten Intensitäten I1', I2', I3' und I4' übereinstimmen.
Des Weiteren kann das Verfahren des Aufoktroyierens einer Schwankung auf die Phasendifferenz F zwischen den Polarisationskomponenten des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles beispielsweise darin bestehen, auf das zu messende Objekt 1 oder die Bezugsplatte a24 Schwingungen derart aufzuoktroyieren, dass eine Verschiebung von größer oder gleich 1/2 der Wellenlänge des Lichtstrahles erzeugt wird.
In der vorbeschriebenen Formbestimmungsvorrichtung X1 können die beiden Lichtinterferometer a20 und b20, die homodyne Interferometer sind, durch einen bemerkenswert einfachen Aufbau insbesondere mit Blick auf die Lichtquelle, den Signalverarbeitungsabschnitt und dergleichen im Vergleich zu dem Fall von heterodynen Interferometern realisiert werden.
Sogar dann, wenn das zu messende Objekt 1 mit hohen Geschwindigkeiten schwingt, kann zudem die Mehrzahl von Fotodetektoren a281, a282, a283 und a284 mit hohen Geschwindigkeiten arbeiten, die ausreichend höher als die Verschiebungsgeschwindigkeit der Oberfläche des zu messenden Objektes 1 sind. Vorzuziehen ist die Formbestimmungsvorrichtung X1 entsprechend der vorliegenden Erfindung daher auch bei einer Dickenmessung für das zu messende Objekt 1, so beispielsweise einem Halbleiterwafer, der die Form einer dünnen Platte aufweist, deren Eckabschnitt gestützte ist und dier mit hohen Geschwindigkeiten schwingt. Des Weiteren kann bei den beiden Lichtinterferometern a20 und b20 dann, wenn ein Lichtstrahl mit einem kleinen Punktdurchmesser die Oberfläche des zu messenden Objektes 1 dicht abtastet, die räumliche Auflösung bei der Messung der Dickenverteilung in den zweidimensionalen Richtungen über der Oberfläche des zu messenden Objektes 1 verbessert werden.
Des Weiteren kann bei den beiden Lichtinterferometern a20 und b20 eine Phasenverschiebung an den orthogonalen Polarisationskomponenten des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles optisch durch die Wellenlängenplatten a261, a263, a264, b261, b263 und b264 vorgenommen werden. Daher kann für jeden der Messpunkte 1a und 1b eine Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen Qa1 bis Qa4 sowie Qb1 bis Qb4 mit erfahrener Phasenverschiebung gleichzeitig aus einem der als Ursprung dienendes Interferenzlichtstrahlen Pax und Pbx aufgenommen werden. Sodann können die Phasendifferenzen Fa und Fb zwischen jedem Bezugslichtstrahl und jedem Objektlichtstrahl aus der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen Qa1 bis Qa4 und Qb1 bis Qb4 berechnet werden. Daher kann die Dickenverteilung des zu messenden Objektes 1 aus der Verteilung der Differenz (Fa – Fb) zwischen den Phasendifferenzen Fa und Fb an der A-Oberflächenseite und der B-Oberflächenseite berechnet werden.
Darüber hinaus werden die Phasendifferenzen Fa und Fb aus der relativen Bewertung der Intensitäten der Mehrzahl der Interferenzlichtstrahlen Ca1 bis Qa4 und Qb1 bis Qb4 aus dem Erhalt aus den als Ursprünge dienenden Nichtinterferenzlichtstrahlen Pax und Pbx berechnet und werden daher kaum durch externe Störfaktoren wie Schwankungen bei den Kenntwerten der Laserlichtquelle 2 und Differenzen beim Oberflächenwinkel und beim Reflexionsvermögen an der Mehrzahl von Messpunkten 1a und 1b beeinträchtigt.
Des Weiteren bewirken externe Störungen wie Differenzen beim Oberflächenwinkel an der Mehrzahl von Messpunkten 1a und 1b sowie geringfügige Änderungen bei den Haltewinkeln der optischen Vorrichtungen, so beispielsweise bei den Spiegeln und Strahlteilern, Änderungen des Winkels, der Überlagerungsbedingung oder dergleichen der optischen Achsen des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles. Diese Änderung führt zu einer Änderung bei der Phasendifferenz zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl bei der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen Qa1 bis Qa4 und Qb1 bis Qb4.
In dieser Situation werden bei den Lichtinterferometern a20 und b20 die Interferenzlichtstrahlen Ca1 bis Qa4 und Qb1 bis Qb4, die zur Berechnung der Phasendifferenzen Fa und Fb verwendet werden, durch Extrahieren von gemeinsamen Polarisationskomponenten aus den zerlegten Lichtstrahlen Pa1 bis Pa4 und Pb1 bis Pb4 der Nichtinterferenzlichtstrahlen Pax und Pbx aufgenommen. Daher wird die Änderung der Phasendifferenzen Fa und Fb zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl infolge der externen Störungen in derselben Richtung in der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen Qa1 bis Qa4 und Qb1 bis Qb4 reflektiert. Wenn sodann die Phasendifferenz durch eine relative Bewertung der Intensitäten der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen Qa1 bis Qa4 und Qb1 bis Qb4 berechnet wird, so wird jede Änderung bei der Phasendifferenz Fa und Fb zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl infolge der externen Störungen in der Phase der Berechnung der Phasendifferenz beseitigt. Daher kann der Fehler bei der Messung verringert werden.
Des Weiteren wird vorgezogen, wenn in jedem der beiden Lichtinterferometer a20 und b20 die optischen Weglängen der zerlegten Lichtstrahlen Pa1 bis Pa4 und Pb1 bis Pb4, die man durch Zerlegen der Nichtinterferenzlichtstrahlen Pax und Pbx erhält, gleichgesetzt werden.
Sodann wird die Beeinträchtigung durch die externen Störungen in dem optischen Weg eines jeden der zerlegten Lichtstrahlen Pa1 bis Pa4 und Pb1 bis Pb4 im selben Umfang zu jedem aus der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen Qa1 bis Qa4 und Qb1 bis Qb4 reflektiert. Entsprechend wird in der Phase der Berechnung der Phasendifferenz durch eine relative Bewertung der Intensitäten der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen Qa1 bis Qa4 und Qb1 bis Qb4 die Beseitigung der Änderungen bei der Phasendifferenz zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl infolge der externen Störungen effektiver, weshalb der Fehler bei der Berechnung der Phasendifferenzen Fa und Fb weiter verringert werden kann.
Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Darstellung in 3 ist eine Beschreibung für denjenigen Fall angegeben worden, dass die Position der Messpunkte 1a und 1b sequenziell entlang der spiralförmigen Ortskurve R an der Oberfläche des zu messenden Objektes 1 variiert.
Es kann jedoch beispielsweise auch eine Vorrichtung zum Bewirken dessen, dass sich der Stützabschnitt 44 zum Stützen des zu messenden Objektes 1 entlang einer jeden von zwei sich gegenseitig schneidenden geraden Linien bewegt, wie dies bei einem X-Y-Drucker der Fall ist, als bewegliche Stützvorrichtung Z1 verwendet werden. In diesem Fall kann die Position der Messpunkte 1a und 1b sequenziell entlang einer Ortskurve R', wie in 4 gezeigt ist, an der Oberfläche des zu messenden Objektes 1 variieren.
Des Weiteren kann die von den drei Computern a4, b4 und 5 vorgenommene Verarbeitung auch von einem oder zwei Computern vorgenommen werden.
Des Weiteren ist das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel als Beispiel angegeben worden, bei dem jeder der Nichtinterferenzlichtstrahlen Pax und Pbx in die vier zerlegten Lichtstrahlen Pa1 bis Pa4 oder Pb1 bis Pb4 zerlegt wird. Wenn jeder der Nichtinterferenzlichtstrahlen Pax und Pbx in drei oder mehr zerlegte Lichtstrahlen zerlegt wird, können die Phasendifferenzen Fa und Fb ähnlich berechnet werden.
So kann beispielsweise in demjenigen Fall, in dem der Nichtinterferenzlichtstrahl Pax in vier Strahlen ähnlich wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel zerlegt wird, wenn die erfassten Intensitäten I1, I2 und I3 der drei Interferenzlichtstrahlen aus der Aufnahme von dreien der vier zerlegten Lichtstrahlen in die nachfolgende Gleichung (B6) eingesetzt werden, die Phasendifferenz F berechnet werden. Hierbei oktroyiert ähnlich wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel das optische System zur Phasenverschiebung eine Phasendifferenzänderung von –1/4 der Wellenlänge auf den ersten zerlegten Lichtstrahl Pa1 in Bezug auf den zweiten zerlegten Lichtstrahl Pa2 auf. Des Weiteren oktroyiert das optische System zur Phasenverschiebung eine Phasendifferenzänderung von +1/4 der Wellenlänge auf den dritten zerlegten Lichtstrahl Pa3 in Bezug auf den zweiten zerlegten Lichtstrahl Pa2 auf. Φ = tan^-1[(2 × I2 – I3 – I1)/(I3 – I1)] (B6)
Hierbei werden mit Blick auf die erfassten Intensitäten I1, I2 und I3 der Interferenzlichtstrahlen Qa1 bis Qa3 Werte eingesetzt, die vorab derart angepasst worden sind, dass eine Verschiebung und eine Amplitude der Intensität einer jeden Änderung identisch sind, wenn eine Schwankung auf die Phasendifferenz Φ zwischen den Polarisationskomponenten des Bezugslichtstrahles und des Objektlichtstrahles aufoktroyiert wird.
Auch dann, wenn eine Formmessung auf Grundlage der erfassten Intensitäten I1, I2 und I3 der drei Interferenzlichtstrahlen Qa1 bis Qa3 vorgenommen wird, wird eine Wirkung im Betrieb ähnlich wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel erreicht.
Zweite Erfindung
Ein Ausführungsbeispiel einer zweiten Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben, um ein Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Hierbei ist das nachstehend angegebene Ausführungsbeispiel nur ein Beispiel für eine Implementierung der vorliegenden Erfindung und beschränkt den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung nicht.
Eine Formbestimmungsvorrichtung X2 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der zweiten Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf das in 5 gezeigte Konfigurationsdiagramm beschrieben.
Die Formbestimmungsvorrichtung X2 ist eine Vorrichtung zum Messen der Höhe der vorderen und der hinteren Oberflächen eines zu messenden Objektes 1, so beispielsweise eines Halbleiterwafers, der die Form einer dünnen Platte aufweist, und zum Berechnen der Differenz, um so die Dickenverteilung des zu messenden Objektes 1 zu messen.
Wie in 5 gezeigt ist, umfasst die Formbestimmungsvorrichtung X2: einen Interferenzlichtmessabschnitt Y2, der zwei Lichtinterferometer 20 beinhaltet, die sich aus homodynen Interferometern zusammensetzen; und eine bewegliche Stützvorrichtung Z2. Des Weiteren umfasst der Interferenzlichtmessabschnitt Y2 zwei Phasendifferenzberechnungscomputer 4 und einen Formberechnungscomputer 6 zusätzlich zu den beiden Lichtinterferometern 20.
In der Formbestimmungsvorrichtung X2 ist ein zu messendes Objekt 1 durch die bewegliche Stützvorrichtung Z2 gestützt.
Bei der nachfolgenden Beschreibung wird der Einfachheit halber eine Oberfläche (in 5 und 6 die obere Oberfläche) des zu messenden Objektes 1 als A-Oberfläche bezeichnet, wohingegen die andere Oberfläche in Bezug auf das Vorderende und das Hinterende relativ zu der A-Oberfläche als B-Oberfläche bezeichnet wird. Des Weiteren wird ein Messort an der A-Oberfläche des zu messenden Objektes 1 als A-Oberflächenmesspunkt 1a bezeichnet, wohingegen ein Messort an der B-Oberfläche in vorderer und hinterer Beziehung entsprechend dem A-Oberflächenmesspunkt 1a als B-Oberflächenmesspunkt 1b bezeichnet wird.
Eines der beiden Lichtinterferometer 20 ist an der A-Oberflächenseite des zu messenden Objektes 1 angeordnet, wohingegen das andere der beiden Lichtinterferometer 20 an der B-Oberflächenseite des zu messenden Objektes 1 angeordnet ist.
Jeder der beiden Phasendifferenzberechnungscomputer 4 und der Formberechnungscomputer 6 verfügen über eine CPU, einen Speicher, Signaleingabe-/Ausgabeschnittstellen und dergleichen mehr. Auf diese Weise führt die CPU ein vorbestimmtes Programm aus, um verschiedene Arten einer Berechnung, Übertragungs- und Empfangssignale zu einer externen Vorrichtung und von dieser durch die Signaleingabe-/Ausgabeschnittstellen, das Aufzeichnen von Daten im Speicher und dergleichen mehr auszuführen.
Die beiden Lichtinterferometer 20 sind homodyne Interferometer zum Projizieren von Lichtstrahlen auf eine als Bezug dienende Bezugsoberfläche und auf die Messpunkte 1a und 1b an den vorderen und den hinteren Oberflächen des zu messenden Objektes 1 und zum Ausgeben von Intensitätssignalen Sg1 bis Sg4 der Interferenzlichtstrahlen aus dem Erhalt durch Überlagerung eines Bezugslichtstrahles und eines Objektlichtstrahles, die reflektierte Licht strahlen sind.
Des Weiteren führen die beiden Phasendifferenzberechnungscomputer 4 die Verarbeitung einer Berechnung der Phasendifferenzen f zwischen dem Bezugslichtstrahl und dem Objektlichtstrahl auf Grundlage der Intensitätssignale Sg1 bis Sg4 der Interferenzlichtstrahlen aus der Ausgabe von den beiden Lichtinterferometern 20 aus. Details hierzu werden nachstehend beschrieben. Bei der nachfolgenden Beschreibung werden der Einfachheit halber, wenn die Phasendifferenzen f aus der Berechnung für die A-Oberfächenseite und die B-Oberflächenseite unterschieden werden müssen, diese als Phasendifferenz fa beziehungsweise Phasendifferenz fb bezeichnet.
Des Weiteren führt der Formberechnungscomputer 6 die Verarbeitung der Berechnung der Dickenverteilung des zu messenden Objektes 1 auf Grundlage der Differenzverteilung (fa – fb) zwischen den Phasendifferenzen fa und fb aus der Berechnung für den A-Oberflächenseitenmesspunkt 1a und den B-Oberflächenseitenmesspunkt 1b an mehreren Orten aus.
Details zu den einzelnen Komponenten, die in der Formbestimmungsvorrichtung X2 vorgesehen sind, sind nachstehend beschrieben.
Die bewegliche Stützvorrichtung Z2 ist eine Vorrichtung zum Stützen des zu messenden Objektes 1 zwischen den Emissionsabschnitten für die Objektlichtstrahlen aus den beiden Lichtinterferometern 20 sowie zum Bewegen der Stützposition in den zweidimensionalen Richtungen. Dies bedeutet, dass die bewegliche Stützvorrichtung Z2 die relative Position des zu messenden Objektes 1 relativ zu den beiden Lichtinterferometern 20 in den zweidimensionalen Richtungen ändert. Bei dem in 5 gezeigten Beispiel bewegt die bewegliche Stützvorrichtung Z2 das zu messende Objekt 1 in den horizontalen Richtungen.
Wie in 5 gezeigt ist, weist die bewegliche Stützvorrichtung Z2 eine Drehwelle 41, einen Stützabschnitt 44, der mit dieser verbunden ist, einen Drehantriebsabschnitt 42, einen Linearbewegungsmechanismus 43 und eine Bewegungssteuervorrichtung 7 auf.
Das scheibenförmige zu messende Objekt 1, so beispielsweise der Halbleiterwafer, ist an drei Punkten an dem Kantenteil durch die Stützabschnitte 44 gestützt, die an drei Positionen an dem Umfang angeordnet sind. Diese drei Stützabschnitte 44 sind mit der Drehwelle 41 verbunden, die sich hin zur Mitte des Umfanges erstreckt.
Des Weiteren wird die Drehwelle 41 durch den Drehantriebsabschnitt 42, so beispielsweise durch einen Servomotor, angetrieben und gedreht. Als Folge hiervon dreht sich das zu messende Objekt 1 um den als Drehmitte dienenden Mittelteil.
Des Weiteren bewegt der Linearbewegungsmechanismus 43 die Drehwelle 41 und den Drehantriebsabschnitt 42 innerhalb eines vorbestimmten Bewegungsbereiches in einer Richtung parallel zu den vorderen und den hinteren Oberflächen des zu messenden Objektes 1 linear, das heißt in einer Richtung orthogonal zur Dickenrichtung des zu messenden Objektes 1. Dies bedeutet, dass der Linearbewegungsmechanismus 43 das scheibenförmige zu messende Objekt 1 entlang einer radialen Richtung bewegt.
Des Weiteren steuert die Bewegungssteuervorrichtung 7 die Bewegung eines Drehantriebsabschnittes 42 und des Linearbewegungsmechanismus 43. Zudem erfasst die Bewegungssteuervorrichtung 7 die Position der Projektion der Objektlichtstrahlen auf das zu messende Objekt 1, das heißt die Position der Messpunkte 1a und 1b, die häufig variiert, und überträgt sodann das Erfassungsergebnis an den Phasendifferenzberechnungscomputer 6. Die Erfassung der Position der Messpunkte 1a und 1b wird beispielsweise auf Grundlage der Historie der Bedienbefehle für den Drehantriebsabschnitt 42 und den Linearbewegungsmechanismus 43, das heißt auf Grundlage der Bewegungshistorie des zu messenden Objektes 1, ausgeführt. Alternativ kann die Position der Messpunkte 1a und 1b auf Grundlage der Erfassungsergebnisse von den Positionserfassungssensoren (nicht gezeigt) erfasst werden, die jeweils in dem Drehantriebsabschnitt 42 und dem Linearbewegungsabschnitt 43 vorgesehen sind.
Durch die gleichzeitige Verwendung der Drehung des zu messenden Objektes 1, die von dem Drehantriebsabschnitt 42 ausgeführt wird, und der Linearbewegung des zu messenden Objektes 1, die von dem Linearbewegungsmechanismus 43 ausgeführt wird, ändert die Formbestimmungsvorrichtung X2 sequenziell die Position der Messpunkte 1a und 1b in dem zu messenden Objekt 1, das heißt die Position des Projektionspunktes der Objektlichtstrahlen. Sodann werden die Phasendifferenzen fa und fb an der Mehrzahl von Messpunkten 1a und 1b gemessen.
Die Bewegungssteuervorrichtung 7 dreht das zu messende Objekt 1 kontinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit und bewegt es zudem linear und überträgt eine Datenaufnahmeanweisung an den Formberechnungscomputer 6 in einer konstanten Zeitspanne oder alternativ zu jedem Zeitpunkt, zu dem die Position der Messpunkte 1a und 1b an einer vorab definierten Position befindlich ist. In Reaktion auf das Empfangen der Datenaufnahmeanweisung fordert der Formberechnungscomputer 6 bei den beiden Phasendifferenzberechnungscomputern 4 die Berechnung der Phasendifferenzen fa und fb an und nimmt sodann die Berechnungsergebnisse auf. Aus der Verteilung der Differenz zwischen den Phasendifferenzen fa und fb an der Mehrzahl von Messpunkten 1a und 1b, berechnet der Formberechnungscomputer 5 zudem die Dickenverteilung des zu messenden Objektes 1.
7 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel der Verteilung der Mehrzahl von Messpunkten 1a und 1b an der Oberfläche des zu messenden Objektes 1 in der Formbestimmungsvorrichtung X2 zeigt.
Wird die Messung der Phasendifferenzen fa und fb sequenziell in einem Zustand vorgenommen, in dem das zu messende Objekt 1 gedreht und linear bewegt wird, wie in 7 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, so variiert die Position der Messpunkte 1a und 1b sequenziell entlang einer spiralförmigen Ortskurve R an der Oberfläche des zu messenden Objektes 1. Die Mehrzahl von Messpunkten 1a und 1b und die Phasendifferenzen fa und fb in Entsprechung zu diesen sind beispielsweise mit Messpunktnummern (1, 2, 3...) bezeichnet, die in der Reihenfolge der Messung verteilt werden. 7 zeigt die Ortskurve der Messpunkte 1a und 1b der (K – 1)-ten bis (K + 2)-ten Messnummer.
In der Formbestimmungsvorrichtung X2 tasten die Objektlichtstrahlen aus den beiden Lichtinterferometern 20 entlang einer Abtastlinie R das zu messende Objekt 1 ab.
Als Nächstes wird der Interferenzlichtmessabschnitt Y2, der die beiden Lichtinterferometer 20 beinhaltet, unter Bezugnahme auf das in 6 gezeigte Konfigurationsdiagramm beschrieben.
Wie in 6 gezeigt ist, umfasst der Interferenzlichtmessabschnitt Y2: eine Laserlichtquelle 2; einen Polarisierungsstrahlteiler 3; eine Mehrzahl von Spiegeln 11; die beiden Lichtinterferometer 20, die an der A-Oberflächenseite beziehungsweise der B-Oberflächenseite vorgesehen sind; die beiden Phasendifferenzberechnungscomputer 4 und den Formbestimmungscomputer 6.
Die Laserlichtquelle 2 emittiert einen Lichtstrahl P0. Der Lichtstrahl P0 ist ein eine einzige Wellenlänge aufweisender Lichtstrahl, dessen Frequenz nicht auf eine bestimmte Frequenz beschränkt ist. Wird beispielsweise ein Lichtstrahl PO sichtbaren Lichtes eingesetzt, so kann die Frequenz ω des Lichtstrahles P0 annähernd 5 × 10⁸ MHz (λ = 0,6 μm) sein.
Der Polarisierungsstrahlteiler 3 zerlegt den von der Laserlichtquelle 2 emittierten Lichtstrahl P0 in zwei Strahlen. Sodann werden die zerlegten Lichtstrahlen Pi in Richtung des A-Oberflächenmesspunktes 1a und in Richtung des B-Oberflächenmesspunktes 1b des zu messenden Objektes 1 durch die beiden Spiegel 11 geführt.
Hierbei können die optischen Vorrichtungen zum Führen der Lichtstrahlen Pi jeweils zu dem A-Oberflächenmesspunkt 1a und dem B-Oberflächenmesspunkt 1b optische Fasern oder dergleichen anstelle der Spiegel sein.
Die Lichtstrahlen Pi, die zu der A-Oberflächenseite und der B-Oberflächenseite des zu messenden Objektes 1 geführt werden, werden jeweils in die beiden Lichtinterferometer 20 eingegeben.
Die beiden Lichtinterferometer 20 sind homodyne Interferometer und erfassen die Intensität des Interferenzlichtstrahles zwischen dem Bezugslichtstrahl Pr und dem Objektlichtstrahl Ps, die man erhält, wenn die zu der vorderen und der hinteren Oberflächenseite des zu messenden Objektes 1 geführten Lichtstrahlen Pi an einer als Bezug dienenden Bezugsoberfläche und an den Messpunkten 1a und 1b, die in einer vorderen und hinteren Beziehung zueinander stehen, in dem zu messenden Objekt 1 reflektiert werden.
Wie in 6 gezeigt ist, weisen die beiden Lichtinterferometer 20 einen gänzlich gleichen Aufbau mit Ausnahme desjenigen Punktes auf, dass eine Differenzoberfläche in dem zu messenden Objekt 1 als Ziel der Messung eingesetzt wird.
Wie in 6 gezeigt ist, umfasst jedes der beiden Lichtinterferometer 20 eine 1/2-Wellenlängenplatte 31, einen Polarisierungsstrahlteiler 21, zwei 1/4-Wellenlängenplatten 22 und 23, eine Bezugsplatte 24 und eine Sammellinse 32, drei unpolarisierte Strahlteiler 251, 252 und 253, zwei 1/4-Wellenlängenplatten 261 und 263, eine 1/2-Wellenlängenplatte 264, vier Polarisierungsplatten 271, 272, 273 und 274 und vier Fotodetektoren 281, 282, 283 und 284.
Des Weiteren weist jedes der beiden Lichtinterferometer 20 vier Polarisierungsplattenhaltemechanismen 61, zwei Lichtstrahlblockiermechanismen 62 und vier Verstärker 63 auf.
Die 1/2-Wellenlängenplatte 31 ist ein optisches Element zum Anpassen der Polarisationsebene des Lichtstrahles Pi, der in die Nähe der Oberfläche des zu messenden Objektes 1 durch die Spiegel 11 geführt wird.
Der Polarisierungsstrahlteiler 21 zerlegt den Lichtstrahl Pi, dessen Polarisationsebene durch die 1/2-Wellenlängenplatte 31 angepasst worden ist, in zwei Lichtstrahlen mit wechselseitig orthogonalen Polarisationsrichtungen. Sodann wird einer der zerlegten Lichtstrahlen auf eine als Bezug dienende Bezugsoberfläche projiziert, während der andere der zerlegten Lichtstrahlen auf die Messpunkte 1a und 1b projiziert wird. Hierbei ist die Bezugsoberfläche die Oberfläche der Bezugsplatte 24, die an einer vorbestimmten Position gehalten wird.
Der Bezugslichtstrahl Pr, der der reflektierte Lichtstrahl des Lichtstrahles mit Einfall auf die Bezugsoberfläche ist, kehrt zu dem Polarisierungsstrahlteiler 21 in einem Zustand zurück, in dem dessen optische Achse mit derjenigen des einfallenden Lichtstrahles zusammenfällt.
Eine 1/4-Wellenlängenplatte 23 ist in dem optischen Weg des Lichtstrahles zwischen dem Polarisierungsstrahlteiler 21 und der Bezugsoberfläche angeordnet. Der Bezugslichtstrahl Pr, dessen Polarisationsrichtung um 90° relativ zu derjenigen des ursprünglichen Lichtstrahles zum Zeitpunkt des Zwei-Wege-Durchlaufes durch die 1/4-Wellenlängenplatte 23 gedreht worden ist, läuft durch den Polarisierungsstrahlteiler 21.
Demgegenüber kehrt der Objektlichtstrahl Ps, der der reflektierte Lichtstrahl des Lichtstrahles mit Einfall auf die Messpunkte 1a und 1b ist, zu dem Polarisierungsstrahlteiler 21 in einem Zustand zurück, in dem dessen optische Achse mit derjenigen des einfallenden Lichtstrahles zusammenfällt.
Eine 1/4-Wellenlängenplatte 22 ist in dem optischen Weg des Lichtstrahles zwischen dem Polarisierungsstrahlteiler 21 und den Messpunkten 1a und 1b angeordnet. Der Objektlichtstrahl Ps, dessen Polarisationsrichtung um 90° relativ zu derjenigen des ursprünglichen Lichtstrahles zum Zeitpunkt des Zwei-Wege-Durchlaufes durch die 1/4-Wellenlängenplatte 22 gedreht worden ist, wird durch den Polarisierungsstrahlteiler 21 in einer Richtung reflektiert, die mit der optischen Achse des Bezugslichtstrahles Pr übereinstimmt. Sodann wird ein Nichtinterferenzlichtstrahl Px aufgenommen, der den Bezugslichtstrahl Pr und den Objektlichtstrahl Ps als wechselseitig orthogonale Polarisationskomponenten enthält.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, zerlegen der Polarisierungsstrahlteiler 21 und die beiden 1/4-Wellenlängenplatten 22 und 23 den Lichtstrahl Pi in zwei Strahlen und projizieren sodann jeden auf die Bezugsoberfläche und die Messpunkte 1a und 1b, sodass ein Nichtinterferenzlichtstrahl Px aufgenommen wird, der den Bezugslichtstrahl Pr und den Objektlichtstrahl Ps als wechselseitig orthogonale Polarisationskomponenten enthält. Dies werden nachstehend als optisches System zur Nichtinterferenzlichtstrahlaufnahme bezeichnet.
Des Weiteren ist zwischen der 1/4-Wellenlängenplatte 22 und den Messpunkten 1a und 1b die Sammellinse 32 angeordnet, die einen Brennpunkt an den Messpunkten 1a und 1b aufweist. Dies bedeutet, dass die Sammellinse 32 in dem optischen Weg des Lichtstrahles und des Objektlichtstrahlstrahles Ps zwischen dem optischen System zur Nichtinterferenzlichtstrahlaufnahme und den Messpunkten 1a und 1b angeordnet ist.
Sogar dann, wenn eine geringfügiger Unterschied beim Oberflächenwinkel an den einzelnen Messpunkten 1a und 1b vorhanden ist, unterdrückt das Wirken der Sammellinse 32 eine Abweichung der optischen Achse des Objektlichtstrahles Ps. Im Ergebnis können eine Verringerung bei der empfangenen Lichtintensität des Objektlichtstrahles Ps und eine Verschlechterung bei der Interferenzeffizienz unterdrückt werden, die als Folge dessen bewirkt werden können, dass die optische Achse des Objektlichtstrahles Ps in Abhängigkeit von der Differenz des Oberflächenwinkels an jedem Messpunkt 1a und 1b abweicht. Des Weiteren verringert dies den Projektionspunkt des Lichtstrahles auf die Messpunkte 1a und 1b. Wenn darüber hinaus der Lichtstrahl die Oberfläche des zu messenden Objektes 1 dicht abtastet, so kann die räumliche Auflösung bei der Messung der Dickenverteilung in den zweidimensionalen Richtungen über der Oberfläche des zu messenden Objektes 1 weiter verbessert werden.
Des Weiteren zerlegen die drei unpolarisierten Strahlteiler 251, 252 und 253 den Nichtinterferenzlichtstrahl Px aus der Aufnahme durch das optische System zur Nichtinterferenzlichtstrahlaufnahme in vier Nichtinterferenzlichtstrahlen P1, P2, P3 und P4 durch zwei Schritte des in zwei Strahlen erfolgenden Zerlegens. Die drei unpolarisierten Strahlteiler 251, 252 und 253 werden nachstehend als optisches System zur Nichtinterferenzlichtstrahlzerlegung bezeichnet.
Dies bedeutet, dass der Strahlteiler 251 den ersten Schritt des in zwei Strahlen erfolgenden Zerlegens an dem Nichtinterferenzlichtstrahl Px vornimmt. Des Weiteren führen die verbleibenden Strahlteiler 252 und 253 den zweiten Schritt des in zwei Strahlen erfolgenden Zerlegens jeweils an den zerlegten Lichtstrahlen von dem Nichtinterferenzlichtstrahl Px durch.
Des Weiteren sind jede der beiden 1/4-Wellenlängenplatten 261 und 263 und die eine 1/2-Wellenlängenplatte 264 ein doppelbrechendes Element zum Aufoktroyieren einer Änderung bei der Phasendifferenz zwischen den orthogonalen Polarisationskomponenten auf jeden der drei Nichtinterferenzlichtstrahlen P1, P3 und P4 unter den vier Nichtinterferenzlichtstrahlen P1 bis P4. Hierbei oktroyiert die 1/4-Wellenlängenplatte 261 eine Verschiebung von –p/2 (= –90°) auf die Phasendifferenz zwischen den orthogonalen Polarisationskomponenten in dem Nichtinterferenzlichtstrahl P1 auf. Des Weiteren oktroyiert die 1/4-Wellenlängenplatte 263 eine Verschiebung von +p/2 (= +90°) auf die Phasendifferenz zwischen den orthogonalen Polarisationskomponenten in dem Nichtinterferenezlichtstrahl P3 auf. Des Weiteren oktroyiert die 1/2-Wellenlängenplatte 264 eine Verschiebung von p (= +180°) auf die Phasendifferenz zwischen den orthogonalen Polarisationskomponenten in dem zerlegten Lichtstrahl P4 auf. Es wird indes keine Phasenverschiebung auf den zerlegten Lichtstrahl P2 aufoktroyiert.
Dies bedeutet, dass jede der drei Wellenlängenplatten 261, 263 und 264 eine Änderung von –p/2 (= –90°), +p/2 (= +90°) und p (= +180°) in Bezug auf den zweiten Nichtinterferenzlichtstrahl P2 unter den vier Nichtinterferenzlichtstrahlen P1 bis P4 auf jede der Phasendifferenzen zwischen den Polarisationskomponenten des Bezugslichtstrahles Pr und der Polarisationskomponente des Objektlichtstrahles Ps in den verbleibenden drei Nichtinterferenzlichtstrahlen P1, P3 und P4 aufoktroyiert.
Jede der drei Wellenlängenplatten 261, 263 und 264 oktroyiert eine Diversänderung auf die Phasendifferenz zwischen der Komponente des Bezugslichtstrahles Pr und der Komponente des Objektlichtstrahles Ps auf, um so eine Diversphasendifferenz zwischen der Polarisationskomponente des Bezugslichtstrahles Pr und der Polarisationskomponente des Objektlichtstrahles Ps in jedem der vier Nichtinterferenzlichtstrahlen P1 bis P4 zu bewirken. Die drei Wellenlängenplatten 261, 263 und 264 werden nachstehend als optisches System zur Phasenverschiebung bezeichnet.
Des Weiteren extrahieren die vier Polarisierungsplatten 271 bis 274 eine Polarisationskomponente mit einem gemeinsamen Winkel in Bezug auf die Polarisationsrichtungen des Bezugslichtstrahles Pr und des Objektlichtstrahles Ps aus jedem der vier Nichtinterferenzlichtstrahlen P1 bis P4 nach Durchlauf durch das optische System zur Phasenverschiebung 261, 263 und 264 und extrahieren dadurch Interferenzlichtstrahlen Q1 bis Q4 zwischen jedem Bezugslichtstrahl Pr und jedem Objektlichtstrahl Ps. Die vier Polarisierungsplatten 271 bis 274 werden nachstehend als optisches System zur Interferenzlichtstrahlextraktion bezeichnet. Hierbei ist der Winkel der extrahierten Polarisationskomponente ein beliebiger von +45° und –45° in Bezug auf die Polarisationsrichtungen des Bezugslichtstrahles Pr und des Objektlichtstrahles Ps.
Hierbei wird bevorzugt, dass mit Blick auf den Winkel der Polarisationskomponente mit ermöglichtem Durchlauf durch jede der vier Polarisierungsplatten 271 bis 274 der Winkel mit Bezug auf die Polarisationsrichtungen des Bezugslichtstrahles Pr und des Objektlichtstrahles Ps auf einen beliebigen von +45° und –45° vereinheitlicht wird.
Die vier Fotodetektoren 281 bis 284 sind ein Beispiel für die Lichtintensitätserfassungseinheit zum Erfassen der Intensitäten der vier Interferenzlichtstrahlen Q1 bis Q4 aus der Extraktion durch das optische System zur Interferenzlichtstrahlextraktion und zum sodann erfolgenden Ausgeben von Erfassungssignalen Sig1 bis Sig4.
Des Weiteren verstärken vier Verstärker 63 unabhängig die einzelnen Erfassungssignale der vier Fotodetektoren 281 bis 284 und geben anschließend die verstärkten Erfassungssignale an den Phasendifferenzberechnungscomputer 4 aus. Dies bedeutet, dass die Verstärker 63 eine lineare Berichtigung an den Intensitätssignalen der vier Lichtstrahlen aus der Aufnahme durch die Fotodetektoren 281 bis 284 entsprechend den einzeln eingestellten Verstärkungsverstärkungen vornehmen und ein Beispiel für die Lichtintensitätsberichtigungseinheit sind. Hierbei sind die Verstärkungsverstärkungen Verstärkungen einer linearen Berichtigung.
In einigen Fällen nimmt, wie nachstehend noch beschrieben wird, der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 des Weiteren eine Verschiebungsberichtung an den Intensitätssignalen Sig1 bis Sig4 der vier Lichtstrahlen aus der Ausgabe von den Verstärkern 63 durch Addieren von Verschiebungsberichtigungswerten, die einzeln für die Intensitätssignale Sig1 bis Sig4 der vier Lichtstrahlen eingestellt sind, vor. In diesem Fall sind die vier Verstärker 63 und der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 ein Beispiel für die Lichtintensitätsberichtigungseinheit zum unabhängigen Durchführen einer linearen Berichtigung und einer Verschiebungsberichtigung an den vier Lichtintensitäten aus der Aufnahme durch die Fotodetektoren 281 bis 284.
Des Weiteren haften die vier Polarisierungsplattenhaltemechanismen 61 jeweils die vier Polarisierungsplatten 271 bis 274 derart, dass jeder Haltewinkel variabel ist. Insbesondere halten die Polarisierungsplattenhaltemechanismen 61 die Polarisierungsplatten 271 bis 274 in einer Orientierung orthogonal zu der optischen Achse der Nichtinterferenzlichtstrahlen P1 bis P4 und hasten die Polarisierungsplatten 271 bis 274 auf eine Weise, die eine Drehung um die optische Achse erlaubt.
Der Polarisierungsplattenhaltemechanismus 61 kann mit einem manuell betätigten Haltewinkelanpassmechanismus oder alternativ einem automatischen Haltewinkelanpassmechanismus versehen sein, der den Haltewinkel einer jeden der Polarisierungsplatten 271 bis 274 in Reaktion auf einen Steuerbefehl von der vorbestimmten Steuerung ändert.
Der manuell betätigte Haltewinkelanpassmechanismus kann beispielsweise derart sein, dass der Haltewinkel einer jeden der Polarisierungsplatten 271 bis 274 in Reaktion auf einen Anpassvorgang von einem Bediener unter Verwendung von Schrauben oder dergleichen geändert wird. Des Weiteren kann der automatische Haltewinkelanpassmechanismus mit einer Antriebsquelle, so beispielsweise einem piezoelektrischen Element, zum Ändern des Haltewinkels einer jeden der Polarisierungsplatten 271 bis 274 in Reaktion auf einen Steuerbefehl von einer vorbestimmten Steuerung versehen sein. Des Weiteren kann die Steuerung hiervon durch den Phasenberechnungscomputer 4 oder den Formberechnungscomputer 6 implementiert sein.
Des Weiteren sind die beiden Lichtstrahlblockiermechanismen 62 ein Beispiel für die Lichtstrahlblockiereinheit zum individuellen Blockieren des Objektlichtstrahles Ps und des Bezugslichtstrahles Pr. Der Lichtstrahlblockiermechanismus 62 umfasst beispielsweise: ein Lichtstrahlblockierglied zum Blockieren eines Lichtstrahles; und einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Lichtstrahlblockiergliedes zwischen einer Position auf dem optischen Weg des Objektlichtstrahles Ps oder des Bezugslichtstrahles Pr und einer Rückzugsposition von dem optischen Weg. Des Weiteren kann der Bewegungsmechanismus ein manuell betätigter Bewegungsmechanismus sein, der entsprechend der Betätigung durch einen Bediener arbeitet, oder alternativ ein automatischer Bewegungsmechanismus, der automatisch in Reaktion auf einen Steuerbefehl von einer vorbestimmten Steuerung arbeitet. Des Weiteren kann die Steuerung hiervon durch den Phasenberechnungscomputer 4 oder den Formberechnungscomputer 6 implementiert sein.
Bei der nachfolgenden Beschreibung wird der Weg eines jeden der vier Lichtstrahlen und Signale mit einer Erstreckung von den optischen Wegen der Nichtinterferenzlichtstrahlen P1 bis P4 aus dem Erhalt durch in vier Strahlen erfolgendes Zerlegen des Nichtinterferenzlichtstrahles Px durch das optische System zur Nichtinterferenzlichtstrahlzerlegung 251 bis 253 zur Ausgabelinie der Fotodetektoren 281 bis 284 als Kanal bezeichnet. Des Weiteren wird unter den vier Kanälen der Kanal des zweiten Interferenzlichtstrahles Q2, der als Ziel bei der Berechnung der Phasendifferenz f zwischen dem Objektlichtstrahl Ps und dem Bezugslichtstrahl Pr dient, als Bezugskanal bezeichnet. Die anderen drei Kanäle werden als Nichtbezugskanäle bezeichnet.
Bei den Lichtinterferometern 20 gelten, wenn Fehler bei den Beträgen der Phasenverschiebung der 1/4-Wellenlängenplatten 261 und 263 und der 1/2-Wellenlängenplatte 264 nicht berücksichtigt werden; die nachfolgenden Gleichungen (B1), die ein System von Gleichungen sind, die vier Beziehungsausdrücke der Intensitäten as1 bis as4 des Objektlichtstrahles Ps in den einzelnen Kanälen, der Intensitäten ar1 bis ar4 des Bezugslichtstrahles Pr in den einzelnen Kanälen, der Intensitäten I01 bis I04 der Interferenzlichtstrahlen Q1 bis Q4 in den einzelnen Kanälen und der Phasendifferenz f des Objektlichtstrahles Ps und des Bezugslichtstrahles Pr sind. Hierbei entsprechen I01 bis I04 den Erfassungswerten, die man durch die Fotodetektoren 281 bis 284 vor einer Verstärkung durch die Verstärker 63 erhält.
[Mathematischer Ausdruck 3]

I01 = (as1 + ar1) + 2·√as1·√ar1·sin(ϕ – π/2) I02 = (as2 + ar2) + 2·√as2·√ar2·sin(ϕ) I03 = (as3 + ar3) + 2·√as3·√ar3·sin(ϕ + π/2) I04 = (as4 + ar4) + 2·√as4·√ar4·sin(ϕ + π) (B1)

Sind die Intensitäten as1 bis as4 des Objektlichtstrahles Ps in den einzelnen Kanälen und die Intensitäten an bis ar4 des Bezugslichtstrahles Pr in den einzelnen Kanälen gleich, so können die vorstehend angegebenen Gleichungen (B1) zur nachfolgenden Gleichung (B2) umgeschrieben werden. [Mathematischer Ausdruck 4]
Ist Gleichung (B2) erfüllt, so kann die Phasendifferenz f präzise aus den Intensitäten I01 bis I04 der Interferenzlichtstrahlen Q1 bis Q4 in den einzelnen Kanälen aus der Erfassung durch die Fotodetektoren 281 bis 284 berechnet werden.
Die Beträge der Phasenverschiebung der 1/4-Wellenlängenplatten 261 und 263 und der 1/2-Wellenlängenplatte 264 in den Nichtbezugskanälen enthaften Fehler e1, e3 und e4 bei den Phasenverschiebungen der einzelnen Kanäle. Werden die Fehler e1, e3 und e4 bei den Phasenverschiebungen berücksichtigt, so gelten anstelle der Gleichungen (B1) die nachfolgenden Gleichungen (B1').
[Mathematischer Ausdruck 5]

I1 = (as1 + ar1) + 2·√as1·√ar1·sin(ϕ – π/2 + ε1) I2 = (as2 + ar2) + 2·√as2·√ar2·sin(ϕ) I3 = (as3 + ar3) + 2·√as3·√ar3·sin(ϕ + π/2 + ε3) I4 = (as4 + ar4) + 2·√as4·√ar4·sin(ϕ + π + ε4) (B1')

Dies bedeutet, dass dann, wenn die Lichtinterferometer 20 ahne einen speziellen Kalibrierungsvorgang verwendet werden, die Phasendifferenz f auf Grundlage der Gleichungen (B1') berechnet werden muss, die zwölf unbekannte Parameter aufweist, die die als Ziel dienende Phasendifferenz f beinhalten. Sodann muss die Phasendifferenz f mit Annahmen und Annäherungen in großer Zahl berechnet werden, weshalb die Präzision bei der berechneten Phasendifferenz f verschlechtert wird. Damit wird bei der Formmessung, die von der Formbestimmungsvorrichtung X2 vorgenommen wird, die Formmessung für das zu messende Objekt 1 nach dem vergleichsweise einfachen Vorrichtungskalibrierungsschritt zum Zwecke des Erhaltes einer Phasendifferenz f präzise vorgenommen.
Ein Formmessverfahren entsprechend einem ersten Implementierungsbeispiel, das unter Verwendung der Formbestimmungsvorrichtung X2 ausgeführt wird, wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 8 beschrieben. Hierbei sind S11, S12, S13 gemäß nachstehender Beschreibung Identifikationssymbole für die einzelnen Schritte bei der Formmessung.
Wie nachstehend beschrieben wird, werden bei dem Formmessverfahren entsprechend dem ersten Implementierungsbeispiel, bei dem die Formbestimmungsvorrichtung X2 zum Einsatz kommt, zunächst Vorrichtungskalibrierungsschritte (S11 bis S14) zum Erreichen einer präzisen Phasendifferenz f ausgeführt. Sodann werden Phasenmessschritte (S15 bis S19) für das zu messende Objekt 1 ausgeführt. Bei den Vorrichtungskalibrierungsschritten wird zunächst ein vorbestimmtes zur Kalibrierung dienendes Objekt an der Messposition angeordnet und gehalten (S11). Die Messposition in der Formbestimmungsvorrichtung X2 ist in einem Raum zwischen den beiden Lichtinterferometern 20 angeordnet. Das zur Kalibrierung dienende Objekt kann ein zu messendes Objekt 1 sein, das das erste Ziel der Formmessung ist, oder alternativ ein Objekt, das separat präpariert wird.
Des Weiteren wird die Anordnung des zur Kalibrierung dienenden Objektes in der Messposition derart erreicht, dass das zur Kalibrierung dienende Objekt an der beweglichen Stützvorrichtung Z2 beispielsweise durch Betätigung eines Bedieners oder alternativ durch eine Fördermaschine, die mit einem Manipulator zum Fördern des zu messenden Objektes 1 versehen ist, gestützt wird.
In der nachfolgenden Beschreibung wird der Zustand, in dem das zur Kalibrierung dienende Objekt an der Messposition angeordnet ist, als erster Anordnungszustand bezeichnet.
Sodann wird in einem Zustand, in dem die optische Weglänge des Objektlichtstrahles Ps und des Bezugslichtstrahles Pr in dem ersten Anordnungszustand konstant gehalten wird, ein Polarisierungsplattenhaltewinkelanpassschritt gemäß nachstehender Beschreibung (S12) ausgeführt. Hierbei bezeichnet der Zustand, in dem die optische Weglänge des Objektlichtstrahles Ps und des Bezugslichtstrahles Pr konstant gehalten wird, einen Zustand, in dem die Bezugsplatte 24 und das zur Kalibrierung dienende Objekt schwingungsfrei gehalten werden. Es ist einsichtig, dass die Positionen der anderen optischen Vorrichtungen, die Auswirkungen auf die optische Weglänge des Objektlichtstrahles Ps und des Bezugslichtstrahles Pr haben können, ebenfalls fest sind.
Der Polarisierungsplattenhaltewinkelanpassschritt ist ein Schritt des einzelnen Anpassens der Halteplatten für die vier Polarisierungsplatten 271 bis 274 derart, dass die erfasste Intensität des Bezugslichtstrahles Pr in einem Zustand, in dem der Objektlichtstrahl Ps blockiert ist, und die erfasste Intensität des Objektlichtstrahles Ps in einem Zustand, in dem der Bezugslichtstrahl Pr blockiert ist, für jeden der vier Fotodetektoren 281 bis 284 übereinstimmen.
Das Blockieren des Objektlichtstrahles Ps und des Bezugsklichtstrahles Pr wird von den beiden Lichtstrahlblockiermechanismen 62 vorgenommen. Des Weiteren wird die Anpassung der Haltewinkel der vier Polarisierungsplatten 271 bis 274 von den Haltewinkelanpassmechanismen 61 vorgenommen.
In der nachfolgenden Beschreibung wird die Differenz zwischen der erfassten Intensität des Bezugslichtstrahles Pr in einem Zustand, in dem der Objektlichtstrahl Ps blockiert wird, und der erfassten Intensität des Objektlichtstrahles Ps in einem Zustand, in dem der Bezugslichtstrahl Pr blockiert wird, als Strahl-zu-Strahl-Lichtintensitätsdifferenz bezeichnet.
Wird der Polarisierungsplattenhaltewinkelanpassschritt bei Schritt S12 ausgeführt, so gilt as1 = ar1, as2 = ar2, as3 = ar3 und as4 = ar4 in den vorstehend angegebenen Gleichungen (B1'). In diesem Fall sind I1 bis I4 in den Gleichungen (B1') die Werte der Ausgabesignale der Verstärker 63 der vier Kanäle nach dem Polarisierungsplattenhaltewinkelanpassschritt.
So berechnet beispielsweise der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 die Strahl-zu-Strahl-Lichtintensitätsdifferenz auf Grundlage der erfassten Intensitäten der vier Fotodetektoren 281 bis 284 und gibt sodann eine Änderungsanweisung für den Haltewinkel einer jeden der Polarisierungsplatten 271 bis 274 an jeden der vier automatischen Haltewinkelanpassmechanismen 61 aus, sodass die Strahl-zu-Strahl-Lichtintensitätsdifferenz gleich 0 oder zu einem Wert von annähernd gleich 0 wird. Alternativ berechnet der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 die Strahl-zu-Strahl-Lichtintensitätsdifferenz für jeden der vier Fotodetektoren 281 bis 284 und zeigt anschießend das [Berechnungsergebnis an einer vorbestimmten Anzeigevorrichtung an. Sodann prüft ein Bediener die angezeigte Strahl-zu-Strahl-Lichtintensitätsdifferenz und nimmt anschließend einen Anpassvorgang zum Ändern der Haltewinkel der Polarisierungsplatten 271 bis 274 an den vier manuell betätigten Haltewinkelanpassmechanismen 61 derart vor, dass die Strahl-zu-Strahl-Lichtintensitätsdifferenz gleich 0 oder zu einem Wert von annähernd gleich 0 wird.
Bei Schritt 12 kann der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 beispielsweise die Werte der Ausgabesignale der Verstärker 63, deren Verstärkungsverstärkungen gleich 0 dB (Einheitsverstärkung) gesetzt werden, als erfasste Intensitäten der beiden Lichtstrahlen zum Vergleich beim Polarisierungsplattenhaltewinkelanpassschritt einsetzen.
Hierbei ist bei dem Polarisierungsplattenhaltewinkelanpassschritt nur ein relativer Vergleich dahingehend notwendig, ob die erfasste Intensität des Bezugslichtstrahles Pr in einem Zustand, in dem der Objektlichtstrahl Ps blockiert wird, und die erfasste Intensität des Objektlichtstrahles Ps in einem Zustand, in dem der Bezugsstrahl Pr blockiert wird, übereinstimmen. Dies bedeutet, dass die Größen der absoluten Werte der beiden erfassten Intensitäten nicht von Interesse sind. Auch dann, wenn die in den Verstärkern 63 eingestellten Verstärkungsverstärkungen nicht gleich 0 dB sind, ist ausreichend, wenn die Werte der Signale aus dem Erhalt nach der Verstärkung der Erfassungssignale der Fotodetektoren 281 bis 284 durch die Verstärker 63 als erfasste Intensitäten der beiden Lichtstrahlen zum Vergleich beim Polarisierungsplattenhaltewinkelanpassschritt verstärkt werden.
Nach der Ausführung des Polarisierungsplattenhaltewinkelanpassschrittes in einem Zustand, in dem eine Schwankung einer Amplitude, die größer oder gleich der Wellenlänge λ des Objektlichtstrahles Ps und des Bezugslichtstrahles Pr ist, auf die optische Weglänge des Objektlichtstrahles Ps oder des Bezugslichtstrahles Pr in dem ersten Anordnungszustand aufoktroyiert wird, wird ein Linearberichtigungsverstärkungseinstellschritt ausgeführt, der nachstehend noch beschrieben wird (S13). Der Linearberichtigungsverstärkungseinstellschritt (S13) ist ein Schritt des Einstellens der Verstärkungsverstärkungen für die Verstärker 63, das heißt für die Verstärkungen der linearen Berichtigung, sodass die Amplitude einer Zeitreihe einer Schwankung der Intensitäten I1 bis I4 in den vier Interferenzlichtstrahlen Q1 bis Q4 aus der Aufnahme durch die Verstärker 63 übereinstimmen. Das Verfahren zum Aufoktroyieren einer Schwankung einer Amplitude, die größer oder gleich der Wellenlänge λ ist, auf die optische Weglänge des Objektlichtstrahles Ps oder des Bezugslichtstrahles Pr kann beispielsweise ein Aufoktroyieren von Schwingungen einer Amplitude, die größer oder gleich (λ/2) sind, auf das zur Kalibrierung dienende Objekt oder die Bezugsplatte 24 sein. Des Weiteren kann das Verfahren zum Aufoktroyieren von Schwingungen auf das zur Kalibrierung dienende Objekt oder die Bezugsplatte 24 beispielsweise das Aufoktroyieren eines elastischen Stoßes gegen das zur Kalibrierung dienende Objekt sein oder alternativ das Aufoktroyieren von Schwingungen auf den Stützabschnitt für das zur Kalibrierung dienende Objekt oder die Bezugsplatte 24 mittels einer vorbestimmten Antriebsquelle oder dergleichen. Gleichwohl bewirkt, wenn Schwingungen einer übermäßigen Amplitude auf das zur Kalibrierung dienende Objekt oder die Bezugsplatte 24 aufoktroyiert werden, die erzeugte Neigung Schwankungen in der Lichtintensität des Objektlichtstrahles Ps oder des Bezugslichtstrahles Pr. Daher muss die Amplitude der Schwingungen des zur Kalibrierung dienenden Objektes oder der Bezugsplatte 24 derart unterdrückt werden, dass sie annähernd 5 μm oder kleiner ist.
Bei dem Linearberichtigungsverstärkungseinstellschritt (S13) speichert beispielsweise der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 kontinuierlich in dem Speicher eine Zeitreihe von Schwankungen der Werte der Ausgabesignale der Verstärker 63 der vier Kanäle in dem ersten Anordnungszustand und berechnet die Amplituden. Daher stellt der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 automatisch die Verstärkungsverstärkungen jeweils in den vier Verstärkern 63 derart ein, dass die Differenz zwischen den Amplituden der vier Kanäle gleich 0 oder einem Wert von annähernd gleich 0 ist.
Alternativ speichert der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 kontinuierlich in dem Speicher eine Zeitreihe einer Schwankung der Werte der Ausgabesignale der Verstärker 63 der vier Kanäle, berechnet die Amplituden und zeigt die Berechnungsergebnisse auf einer vorbestimmten Anzeigevorrichtung an. Sodann prüft der Bediener die Amplituden der vier angezeigten Kanäle und stellt sodann manuell die Verstärkungsverstärkungen jeweils in den vier Verstärkern 63 derart ein, dass die Differenz der Amplitude gleich 0 oder zu einem Wert von annähernd gleich 0 wird.
Als Ergebnis der Ausführung des Polarisierungsplattenhaltewinkelanpassschrittes (S12) und des Linearberichtigungsverstärkungseinstellschrittes (S13) wird as1 = ar1 = as2 = ar2 = as3 = ar3 = as4 = ar4 in den vorstehend angegebenen Gleichungen (B1') erreicht.
Wenn die Werte der Ausgabesignale der Verstärker 63 der vier Kanäle nach Ausführung des Polarisierungsplattenhaltewinkelanpassschrittes und des Linearberichtigungsverstärkungseinstellschrittes mit I1', I2', I3' und I4' bezeichnet werden, so gelten daher die nachfolgenden Gleichungen (C1). Hierbei ist in den Gleichungen (C1) k eine Konstante (k = 2 × ar1).
[Mathematischer Ausdruck 6]

I1' = k + k·sin(ϕ – π/2 + ε1) I2' = k + k·sin(ϕ) I3' = k + k·sin(ϕ + π/2 + ε3) I4' = k + k·sin(ϕ + π + ε4) (C1)

Hierbei ist die vorbestimmte Variable f' durch die nachfolgende Gleichung (C2) definiert. [Mathematischer Ausdruck 7]
Des Weiteren gilt, wenn die Gleichungen (C1) gelten, die nachfolgende Gleichung (C3), die aus den Gleichungen (C1) abgeleitet ist. [Mathematischer Ausdruck 8]
Wenn die inverse Funktion zum Berechnen der Phasendifferenz f aus den Gleichungen (C3) abgeleitet wird, so erhält man die nachfolgende Gleichung (C4). [Mathematischer Ausdruck 9]
Dies bedeutet, dass dann, wenn die gemessenen Werte der Interferenzlichtstrahlen Q1 bis Q4, die die Ausgabewerte der Verstärker 63 der vier Kanäle nach Ausführung des Polarisierungsplattenhaltewinkelanpassschrittes (S12) und des Linearberichtigungsverstärkungseinstellschrittes (S13) mit I1', I2', I3' und I4' bezeichnet werden, die vorstehend angegebene Gleichung (C2) und die vorstehend angegebene Gleichung (C4) gelten.
Nach Ausführung des Linearberichtigungsverstärkungseinstellschrittes (S13) führt des Weiteren der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 einen Phasenverschiebungsfehlerberechnungsschritt (S14) zum Berechnen der Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen aus, die durch die optischen Systeme zur Phasenverschiebung 261, 263 und 264 bewirkt worden sind, und speichert sodann die Ergebnisse in einem vorbestimmten Speicher. Bei dem Linearberichtigungsverstärkungseinstellschritt (S13) wird in einem Zustand, in dem die Verstärkungsverstärkungen der Verstärker 63 derart eingestellt sind, dass die Amplituden der einzelnen Kanäle übereinstimmen, eine Zeitreihe einer Schwankung der Werte der Ausgabesignale der Verstärker 63 der vier Kanäle in dem ersten Anordnungszustand in dem Speicher gespeichert. In dem Phasenverschiebungsfehlerberechnungsschritt (S14) berechnet zunächst der Phasendifferenzberechnigungscomputer 4 eine Lissajous-Wellenform-Information auf Grundlage einer Zeitreihe einer Schwankung der erfassten Intensitäten der Interferenzlichtstrahlen Q1 bis Q4 der vier Kanäle aus der Aufnahme durch die Verstärker 63 nach der erfolgten Verstärkungsverstärkungsanpassung von Schritt S13.
Die Lissajous-Wellenform, die als Ziel einer Verarbeitung bei Schritt S14 dient, ist eine Lissajous-Wellenform, die angibt: eine Beziehung zwischen einer Zeitreihe einer Schwankung der Intensität I2' des Interferenzlichtstrahles Q2 des Bezugskanals und einer Zeitreihe einer Schwankung einer jeden der Intensitäten I1' und I3' der Interferenzlichtstrahlen Q1 und Q3 der beiden Nichtbezugskanäle; oder eine Beziehung einer Zeitreihe einer Schwankung der Intensitäten I3' und I4' der Interferenzlichtstrahlen Q3 und Q4 der Nichtbezugskanäle. 10 zeigt ein Beispiel einer Lissajous-Wellenform aus der Beobachtung in Schritt S14. Wie in 10 gezeigt ist, weisen die Lissajous-Wellenform g1 auf Grundlage der Intensität I2' und der Intensität I1', die Lissajous-Wellenform g3 auf Grundlage der Intensität I2' und der Intensität I3' und die Lissajous-Wellenform g4 auf Grundlage der Intensität I3' und der Intensität I4' alle eine elliptische Form auf.
Hierbei wird, wenn der Fehler der Phasenverschiebung gleich e1 = 0 ist, die Lissajous-Wellenform g1 kreisförmig. Auf ähnliche Weise wird, wenn der Fehler der Phasenverschiebung gleich e3 = 0 ist, die Lissajous-Wellenform g3 kreisförmig. Des Weiteren wird die Differenz zwischen den Fehlern der Phasenverschiebung e3 und e4 gleich 0 (Dies bedeutet, dass e4 – e3 = 0 ist), und es wird die Lissajous-Wellenform g4 kreisförmig.
11 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Beziehung zwischen einer Lissajous-Wellenform und einer Phasendifferenz der beiden gemessenen Werte. In der Lissajous-Wellenform, in der der gemessene Wert in X-Achsenrichtung mit Ix bezeichnet ist und der gemessene Wert in Y-Achsenrichtung mit Iy bezeichnet ist, wird die Breite bei der Lissajous-Wellenform in Y-Achsenrichtung mit Wb und die Breite in der Y-Achsenrichtung bei der X-Achsenkoordinate Ixo bei der Lissajous-Wellenformmittelposition (Ixo, Iyo) mit Wa bezeichnet. Zudem wird die Differenz Δφ zwischen der Phase des gemessenen Wertes Ix und der Phase des gemessenen Wertes Iy mit sin^–1(Wa/Wb) ausgedrückt.
Sodann berechnet bei Schritt S14 der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 (Wa1, Wb1), (Wa3, Wb3) und (Wa4, Wb4), die die Breiten der Lissajous-Wellenformen g1, g3 beziehungsweise g4 darstellen.
Des Weiteren berechnet der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 die Fehler e1, e3, e4 der Phasenverschiebungen in den einzelnen Kanälen, in denen die Phasenverschiebung von –p/2, +p/2 und +p ausgeführt werden, auf Grundlage der einzelnen Gleichungen e1 = sin^–1(Wa1/Wb1) + (p/2), e3 = sin^–1(Wa3/Wb3) – (p/2) und e4 = sin^–1(Wa4/Wb4) – (p/2) und speichert sodann die Berechnungsergebnisse in dem Speicher. Sind die Vorrichtungskalibrierungsschritte (S11 bis S14) gemäß vorstehender Beschreibung ausgeführt worden, so sind die vorstehend angegebenen Gleichungen (C2) und (C4) erfüllt, und es sind alle Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen in der vorstehend angegebenen Gleichung (C4) bekannt.
Damit wird nach Ausführung der Vorrichtungskalibrierungsschritte (S11 bis S14), wenn die Intensitäten I1', I2', I3' und I4' der Interferenzlichtstrahlen Q1 bis Q4 der vier Kanäle für das zu messende Objekt 1 gemessen werden und sodann die gemessenen Werte I1', I2', I3' und I4' sowie die Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen in die Gleichungen (A1), die sich aus den Gleichungen (C2) und (C4) zusammensetzen, eingesetzt werden, die Phasendifferenz f zwischen dem Objektlichtstrahl Ps und dem Bezugslichtstrahl Pr berechnet. Bei der Phasendifferenz f sind die Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen entfernt worden.
Nach Ausführung der Vorrichtungskalibrierungsschritte (S11 bis S14) gemäß vorstehender Beschreibung werden Formmessschritte (S15 bis S19) an dem zu messenden Objekt 1 ausgeführt.
Bei den Formmessschritten wird zunächst ähnlich wie bei Schritt S11 das zu messende Objekt 1 an der Messposition angeordnet und dort gehalten. Sodann beginnt die bewegliche Stützvorrichtung Z2 eine Bewegung der Stützposition des zu messenden Objektes 1 in den zweidimensionalen Richtungen (S15). In demjenigen Fall, in dem in Schritt S11 das zur Kalibrierung dienende Objekt, das in der Messposition angeordnet worden ist, das zu messende Objekt 1 ist, wird der Schritt des Austausches des zur Kalibrierung dienenden Objektes und des als erstes Messziel dienenden zu messenden Objektes 1 übersprungen. Der Zustand, in dem das zu messende Objekt 1 an der Messposition angeordnet ist, wird nachstehend als zweiter Anordnungszustand bezeichnet.
Sodann nimmt der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 einen Interferenzlichtintensität-zur-Messung-Erfassungsschritt zum Erfassen der Intensitäten I1' bis I4' der Interferenzlichtstrahlen Q1 bis Q4 der vier Kanäle aus der Aufnahme durch die Verstärker 63 in dem zweiten Anordnungszustand vor und speichert sodann das Erfassungsergebnis in einem vorbestimmten Speicher (S16). Des Weiteren führt der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 einen Phasendifferenzberechnungsschritt aus, bei dem in die Gleichungen (A1), die sich aus den Gleichungen (C2) und (C4) zusammensetzen, eingesetzt werden: die Intensitäten I1' bis I4' der vier Interferenzlichtstrahlen Q1 bis Q4 aus der Aufnahme bei dem Interferenzlichtintensität-zur-Messung-Erfassungsschritt (S16); und die Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen der Interferenzlichtstrahlen der drei Nichtbezugskanäle aus der Aufnahme bei dem Verschiebungsfehlerberechnungsschritt (S14), um so die Phasendifferenz f zwischen dem Objektlichtstrahl Ps und dem Bezugslichtstrahl Pr (S17) zu berechnen. Die in Schritt S17 berechnete Phasendifferenz f wird an den Phasenberechnungscomputer 6 übertragen.
Sodann wiederholt der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 die Verarbeitung bei den Schritten S16 und S17 für alle Messpunkte 1a und 1b in dem zu messenden Objekt 1. Anschließend bestimmt der Formbestimmungscomputer 6, ob die Messung für alle Messpunkte 1a und 1b beendet worden ist (S18).
Sodann nimmt, wenn die Messverarbeitung für alle Messpunkte 1a und 1b (S16 und S17) beendet worden ist, der Formberechnungscomputer 6 eine Formberechnungsverarbeitung zur Berechnung der Dickenverteilung des zu messenden Objektes 1 auf Grundlage der Verteilung der Differenz (fa – fb) zwischen den Phasendifferenzen fa und fb aus der Aufnahme für alle Messpunkte 1a und 1b vor (S19).
Wenn des Weiteren die Formmessschritte (S15 bis S19) nach Austausch des zu messenden Objektes 1 ausgeführt werden sollen, müssen die Vorrichtungskalibrierungsschritte (S11 bis S14) vor dem zweiten und den nachfolgenden Bestandteilen der Formmessschritte (S15 bis S19) nicht vorgenommen werden.
Infolge des vorbeschriebenen Formmessverfahrens nach dem ersten Implementierungsbeispiel nach 8 kann das Messergebnis f auf einfache Weise ohne Beeinträchtigung durch die Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen aufgenommen werden, die auftreten können, wenn die Phasenverschiebung optisch unter Verwendung einer Mehrzahl von Polarisierungsplatten 261, 263 und 264 vorgenommen wird.
Ein Formmessverfahren entsprechend einem zweiten Implementierungsbeispiel, das unter Verwendung der Formbestimmungsvorrichtung X2 ausgeführt wird, wird nachstehend unter Bezugnahme auf das in 9 dargestellte Flussdiagramm beschrieben. Hierbei sind S21, S22 und S23 gemäß nachstehender Beschreibung Identifikationssymbole für die einzelnen Schritte bei der Formmessung.
Wie nachstehend beschrieben wird, werden auch bei dem Formmessverfahren entsprechend dem zweiten Implementierungsbeispiel, bei dem die Formbestimmungsvorrichtung X2 zum Einsatz kommt, zunächst Vorrichtungskalibrierungsschritte (S21 bis S24) zum Erreichen einer präzisen Phasendifferenz f ausgeführt. Sodann werden Formmessschritte (S25 bis S29) für das zu messende Objekt 1 ausgeführt. Bei dem Formmessverfahren nach dem zweiten Implementierungsbeispiel dienen, wie nachstehend noch beschrieben wird, die vier Verstärker 63 und der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 als Lichtintensitätsberichtigungseinheit zum unabhängigen Durchführen einer linearen Berichtigung auf Grundlage der Verstärkungsverstärkungen und einer Verschiebungsberichtigung auf Grundlage der Verschiebungsberichtigungswerte an den Signalen der vier Lichtintensitäten aus der Aufnahme durch die Fotodetektoren 281 bis 284.
Bei den Vorrichtungskalibrierungsschritten wird zunächst ähnlich wie bei Schritt S11 das zur Kalibrierung dienende Objekt an der Messposition angeordnet und gehalten (S21). Diese stellt den ersten Anordnungszustand dar.
Sodann wird in einem Zustand, in dem die optische Weglänge des Objektlichtstrahles Ps und des Bezugslichtstrahles Pr in dem ersten Anordnungszustand konstant gehalten wird, ein Linearberichtigungsverstärkungseinstellschritt, der nachstehend noch beschrieben wird, ausgeführt (S22).
Der Linearberichtigungsverstärkungseinstellschritt (S22) ist ein Schritt des Einstellens der Verstärkungsverstärkungen, das heißt der Verstärkungen der Linearberichtigung für die vier Verstärker 63 derart, dass die Intensitäten der vier Objektlichtstrahlen Ps aus der Aufnahme durch die vier Verstärker 63 in einem Zustand übereinstimmen, in dem lediglich der Bezugslichtstrahl Ps blockiert wird. Das Blockieren des Bezugslichtstrahles Pr wird durch den Lichtstrahlblockiermechanismus 62 auf der dem Bezugslichtstrahl Pr zu eigenen Seite vorgenommen.
Bei dem Linearberichtigungsverstärkungseinstellschritt (S22) vergleicht beispielsweise in einem Zustand, in dem der Bezugslichtstrahl Pr in dem ersten Anordnungszustand blockiert wird, der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 kontinuierlich die Werte der Ausgabesignale der Verstärker 63 der vier Kanäle und stellt automatisch die Verstärkungsverstärkungen jeweils für die vier Verstärker 63 derart ein, dass jede Differenz gleich 0 oder einem Wert von annähernd gleich 0 ist.
Alternativ berechnet der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 die Differenzen der Werte der Ausgabesignale der Verstärker 63 der vier Kanäle und zeigt die Berechnungsergebnisse an einer vorbestimmten Anzeigevorrichtung an. Sodann prüft der Bediener kontinuierlich die angezeigten Differenzen der Werte der Ausgabesignale der Verstärker 63 der vier Kanäle und stellt die Verstärkungsverstärkungen jeweils in den vier Verstärkern 63 manuell derart ein, dass jede Differenz gleich 0 oder gleich einem Wert von annähernd gleich 0 wird.
Als Ergebnis der Ausführung des Linearberichtigungsverstärkungseinstellschrittes (S22) sind, wenn die Werte der Ausgabesignale der Verstärker 63 der einzelnen Signale nach der Verstärkungsverstärkungsanpassung mit I1', I2', I3' und I4' bezeichnet werden, die nachfolgenden Gleichungen (D1) erfüllt, in denen in den Gleichungen (B1') as1 = as2 = as3 = as4 = as eingesetzt ist.
[Mathematischer Ausdruck 10]

I1' = (as + ar1) + 2·√as·√ar1·sin(ϕ – π/2 + ε1) I2' = (as + ar2) + 2·√as·√ar2·sin(ϕ) I3' = (as + ar3) + 2·√as·√ar3·sin(ϕ + π/2 + ε3) I4' = (as + ar4) + 2·√as·√ar4·sin(ϕ + π + ε4) (D1)

Anschließend wird nach Ausführung des Linearberichtigungsverstärkungseinstellschrittes (S22) ein Verschiebungsberichtigungswerteinstellschritt, der nachstehend noch beschrieben wird, in dem ersten Anordnungszustand (S23) ausgeführt.
Der Verschiebungsberichtigungswerteinstellschritt (S23) ist ein Schritt zum als Verschiebungsberichtigungswerte in dem Phasendifferenzberechnungscomputer 4 erfolgenden Einstellen der Intensitäten ar1 bis ar4 der vier Bezugslichtstrahlen Pr aus der Aufnahme durch die Verstärker 63 in einem Zustand, in dem die optische Weglänge des Bezugslichtstrahles Pr konstant gehalten wird und lediglich der Objektlichtstrahl Ps blockiert wird. Hierbei nimmt der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 eine Verschiebungsberichtigung des Subtrahierens der Intensitäten ar1 bis ar4 des Bezugslichtstrahles Pr von den Ausgabewerten der vier Verstärker 63 vor. Die Werte ar1 bis ar4 werden in dem Speicher des Phasendifferenzberechnungscomputers 4 gespeichert.
Hierbei werden die gemessenen Werte der Intensitäten der Interferenzlichtstrahlen Q1 bis Q4 der einzelnen Kanäle dort, wo die Linearberichtigung und die Verschiebungsberichtigung durch die Verstärker 63 und die Phasendifferenzberechnungseinheit 4 in dem Linearberichtigungsverstärkungseinstellschritt (S22) und dem Verschiebungsberichtigungswerteinstellschritt (S23) vorgenommen worden sind, mit I1'', I2'', I3'' und I4'' bezeichnet. Es gelten sodann die nachfolgenden Gleichungen (D2), in denen die Verschiebungsberichtigungswerte ar1 bis ar4 jeweils von den rechten und den linken Seiten der vier vorstehend angegebenen Gleichungen (D1) subtrahiert worden sind.
[Mathematischer Ausdruck 11]

I1'' = as + 2·√as·√ar1·sin(ϕ – π/2 + ε1) I2'' = as + 2·√as·√ar2·sin(ϕ) I3'' = as + 2·√as·√ar3·sin(ϕ + π/2 + ε3) I4'' = as + 2·√as·√ar4·sin(ϕ + π + ε4) (D2)

Hierbei ist die vorbestimmte Variable Z durch die nachfolgende Gleichung (D3) definiert. [Mathematischer Ausdruck 12]
Gelten die Gleichungen (D2), so gilt zudem die aus den Gleichungen (D2) abgeleitete nachfolgende Gleichung (D4). [Mathematischer Ausdruck 13]
Wird zudem die inverse Funktion zum Berechnen der Phasendifferenz f aus der Gleichung (D4) abgeleitet, so ergibt sich die nachfolgende Gleichung (D5). Mathematischer Ausdruck 14]
Dies bedeutet, dass nach Ausführung des Linearberichtigungsverstärkungseinstellschrittes (S22) und des Verschiebungsberichtigungswerteinstellschrittes (S23), wenn die gemessenen Werte der Interferenzlichtstrahlen Q1 bis Q4 der vier Kanäle, wo die Linearberichtigung und die Verschiebungsberichtigung durch die Verstärker 63 und die Phasenberechnung durch den Differenzberechnungscomputer 4 vorgenommen worden sind, mit I'', I2'', I3'' und I4'' bezeichnet werden, die vorstehend angegebenen Gleichungen (D3) und (D5) gelten.
Des Weiteren nimmt nach Ausführung des Verschiebungsberichtigungswerteinstellschrittes (S23) der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 einen Phasenverschiebungsfehlerberechnungsschritt (S24) der Berechnungsfehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen, die durch die optischen Systeme zur Phasenverschiebung 261, 263 und 264 verursacht worden sind, vor und speichert sodann die Ergebnisse in einem vorbestimmten Speicher. Bei dem Phasenverschiebungsfehlerberechnungsschritt (S24) nimmt der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 die nachstehend beschriebene Verarbeitung vor.
Zunächst speichert der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 ähnlich wie bei dem vorbeschriebenen Schritt S13 im ersten Anordnungszustand in einem Zustand, in dem eine Schwankung einer Amplitude, die größer oder gleich der Wellenlänge λ des Objektlichtstrahles Ps und des Bezugslichtstrahles Pr ist, auf die optische Weglänge des Objektlichtstrahles Ps oder des Bezugslichtstrahles Pr aufoktroyiert wird, im Speicher des Phasendifferenzberechnungscomputers 4 eine Zeitreihe einer Schwankung einer jeden der berichtigten Intensitäten der vier Interferenzlichtstrahlen Q1 bis Q4 aus dem Erhalt durch die Linearberichtigung der Verstärker 63 und die Verschiebungsberichtigung des Phasendifferenzberechnungscomputers 4.
Des Weiteren berechnet ähnlich wie bei dem vorbeschriebenen Schritt S14 der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 Lissajous-Wellenform-Information aus der Aufnahme einer Zeitreihe einer Schwankung der Intensitäten, dem Interferenzlichtstrahl Q2 des Bezugskanals und den Interferenzlichtstrahlen Q1, Q3 und Q4 der drei Nichtbezugskanäle aus der Speicherung in dem Speicher. Im Ergebnis werden die Breiten (Wa1, Wb1), (Wa3, Wb3) und (Wa4, Wb4) für die drei Lissajous-Wellenformen entsprechend den gemessenen Werten der drei Nichtbezugskanäle berechnet.
Des Weiteren berechnet der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 die Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen in den einzelnen Kanälen, in denen eine Phasenverschiebung von –p/2, +p/2 +p2 vorgenommen werden, auf Grundlage der einzelnen Gleichungen e1 = sin^–1(Wa/Wb) + (p/2), e3 = sin^–1(Wa/Wb) – (p/2) und e4 = [sin^–1(Wa/Wb) + e3) – (p/2) und speichert sodann die Berechnungsergebnisse in dem Speicher. Als Ergebnis der Ausführung der Vorrichtungskalibrierungsschritte (S21 bis S24) gemäß vorstehender Beschreibung sind die vorstehend angegebenen Gleichungen (D3) und (D5) erfüllt, und es sind alle Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen in der vorstehend angegebenen Gleichung (D5) bekannt.
Nach Ausführung der Vorrichtungskalibrierungsschritte (S21 bis S24) kann, wenn die Intensitäten I1'', I2'', I3'' und I4'' der Interferenzlichtstrahlen Q1 bis Q4 der vier Kanäle für das zu messende Objekt 1 gemessen und sodann die gemessenen Werte I1'', I2'', I3'' und I4'', die Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen und die Intensitäten ar1 bis ar4 des Bezugslichtstrahles Pr in den einzelnen Kanälen, die die Verschiebungsberichtigungswerte sind, in die vorstehend angegebenen Gleichungen (A2), die aus den vorstehend angegebenen Gleichungen (D3) und (D5) zusammengesetzt sind, eingesetzt werden, kann die Phasendifferenz f zwischen dem Objektlichtstrahl Ps und dem Bezugslichtstrahl Pr berechnet werden. Hierbei sind in der Phasendifferenz f die Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen entfernt worden.
Sodann werden nach Ausführung der vorstehend beschriebenen Vorrichtungskalibrierungsschritte (S21 bis S24) Formschritte (S25 bis S29) für das zu messende Objekt 1 ausgeführt.
Bei den Formschritten wird zunächst ähnlich wie bei Schritt S15 das zu messende Objekt 1 an der Messposition angeordnet und gehalten. Sodann beginnt die bewegliche Stützvorrichtung Z2 eine Bewegung der Stützposition des zu messenden Objektes 1 in den zweidimensionalen Richtungen (S25). Dies stellt den zweiten Anordnungszustand dar.
In demjenigen Zustand, in dem das zur Kalibrierung dienende Objekt, das in Schritt S1 an der Messposition angeordnet worden ist, das zu messende Objekt 1 ist, kann das Austauschen des zur Kalibrierung dienenden Objektes und des als erstes Ziel dienenden zu messenden Objektes 1 übersprungen werden.
Sodann führt in dem zweiten Anordnungszustand der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 einen Interferenzlichtintensität-zur-Messung-Erfassungsschritt zum Erfassen der Intensitäten I1'' bis I4'' der Interferenzlichtstrahlen Q1 bis Q4 der vier Kanäle aus der Aufnahme durch die lineare Berichtigung der Verstärker 63 und die Verschiebungsberichtigung des Phasendifferenzberechnungscomputers 4 aus und speichert sodann die Erfassungsergebnisse in einem vorbestimmten Speicher (S26).
Des Weiteren führt der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 einen Phasendifferenzberechnungsschritt aus, bei dem in die Gleichungen (A2), die sich aus den Gleichungen (D3) und (D5) zusammensetzen, die berichtigten Intensitäten I1'' bis I4'' der vier Interferenzlichtstrahlen Q1 bis Q4 aus der Aufnahme bei dem Interferenzlichtintensität-zur-Messung-Erfassungsschritt (S26), die Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen der Interferenzlichtstrahlen der drei Nichtbezugskanäle aus der Aufnahme bei dem Phasenverschiebungsfehlerberechnungsschritt (S24) und die Verschiebungsberichtigungswerte ar1 bis ar4, eingesetzt werden, um so die Phasendifferenz f zwischen dem Objektlichtstrahl Ps und dem Bezugslichtstrahl Pr zu berechnen (S27). Die bei dem Schritt S27 berechnete Phasendifferenz wird an den Formberechnungscomputer 6 übertragen. Sodann wiederholt der Phasendifferenzberechnungscomputer 4 die Verarbeitung bei den Schritten S26 und S27 für alle erwarteten Messpunkte 1a und 1b in dem zu messenden Objekt 1. Sodann bestimmt der Formberechnungscomputer 6, ob die Messung für alle Messpunkte 1a und 1b beendet worden ist (S28).
Wenn sodann die Messverarbeitung für alle Messpunkte 1a und 1b beendet worden ist (S26 und S27), so nimmt der Formberechnungscomputer 6 eine Form berechnungsverarbeitung der Berechnung der Dickenverteilung des zu messenden Objektes 1 auf Grundlage der Verteilung der Differenz (fa – fb) zwischen den Phasendifferenzen fa und fb aus der Aufnahme für alle Messpunkte 1a und 1b vor (S29).
Auch bei dem Formmessverfahren entsprechend dem zweiten Implementierungsbeispiel ist es ausreichend, wenn die Vorrichtungskalibrierungsschritte S21 bis S24 einmal vor der Formmessung des einen oder der mehreren zu messenden Objekte 1 vorgenommen wird.
Infolge des vorbeschriebenen Formmessverfahrens nach dem zweiten Implementierungsbeispiel von 9 kann das Messergebnis f auf ähnlich einfache Weise ohne eine Beeinträchtigung durch die Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen aufgenommen werden, die entstehen können, wenn eine Phasenverschiebung optisch unter Verwendung der Mehrzahl von Polarisierungsplatten 261, 263 und 264 vorgenommen wird.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Form bestimmungsvorrichtung X2 beschrieben worden, die mit den beiden Lichtinterferometern 20 versehen ist. Anstatt dessen kann auch eine Formbestimmungsvorrichtung eingesetzt werden, die mit einem Lichtinterferometer 20 versehen ist, sodass die Oberflächenform (Höhenverteilung) einer Oberfläche des zu messenden Objektes 1 gemessen wird.
Des Weiteren kann die Funktion der Verschiebungsberichtigung für die Intensität des Lichtstrahles in den Verstärkern 63 anstatt in dem Phasendifferenzberechnungscomputer 4 vorgesehen sein.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung Ist bei einer Vorrichtung zum Messen einer Dickenverteilung eines zu messenden Objektes, so beispielsweise eines Halbleiterwafers, anwendbar.
Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung bei einem Formmessverfahren anwendbar, das die Oberflächenform eines zu messenden Objektes unter Verwendung eines homodynen Interferometers misst.
Die vorliegende Erfindung ist vorstehend detailliert unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden. Es sollte jedoch für einen Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet einsichtig sein, dass verschiedene Arten von Abwandlungen und Berichtigungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzugehen. Die Anmeldung basiert auf der am 28. Januar 2009 eingereichten japanischen Patentanmeldung mit der Patentanmeldenummer 2009-016396 und der am 5. Juni 2009 eingereichten japanischen Patentanmeldung mit der Patentanmeldenummer 2009-135973 . Der Inhalt hiervon ist durch Bezugnahme mit aufgenommen.
Bezugszeichenliste

X1, X2: Form bestimmungsvorrichtung
Y1, Y2: Interferenzlichtmessabschnitt
Z1, Z2: bewegliche Stützvorrichtung
1: zu messendes Objekt
1a: A-Oberflächenmesspunkt
1b: B-Oberflächenmesspunkt
2: Laserlichtquelle
3: Polarisierungsstrahlteiler
a4: erster Computer
b4: zweiter Computer
4: Phasendifferenzberechnungscomputer
5: dritter Computer
6: Formberechnungscomputer
7: Bewegungssteuervorrichtung
a11 bis a13, b11, b12, 11: Spiegel
a20, b20, 20: Interferometer
a21, b21, 21: Polarisierungsstrahlteiler
a22, a23, b22, b23, 22, 23: 1/4-Wellenlängenplatte
a24, b24, 24: Bezugsplatte
a31, b31, 31: 1/2-Wellenlängenplatte
a32, b32, 32: Sammellinse
a251 bis a252, b251 bis 252, 251, 252: unpolarisierter Strahlteiler
a261, a263, b261, b263, 261, 263: 1/4-Wellenlängenplatte
a264, b264, 264: 1/2-Wellenlängenplatte
a271 bis a274, b271 bis b274, 271 bis 274: Polarisierungsplatte
a281 bis a284, b281 bis 284, 281 bis 284: Fotodetektor
P0, Pi: Lichtstrahl
Pax, Pbx, Px: Nichtinterferenzlichtstrahl
Pa1 bis Pa4, Pb1 bis Pb4, P1 bis P4: zerlegter Lichtstrahl des Nichtinterferenzlichtstrahles
Qa1 bis Qa4, Qb1 bis Qb4, Q1 bis 04: Interferenzlichtstrahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-016396 [0284]
JP 2009-135973 [0284]

Claims

Formbestimmungsvorrichtung, umfassend: – zwei homodyne Interferometer, von. denen jedes eine Intensität eines Interferenzlichtstrahles zwischen einem Referenzlichtstrahl, der Erhalten wird, wenn emittiertes Licht einer vorbestimmten Lichtquelle in zwei Strahlen auggezweigt wird und sodann ein Lichtstrahl, der zu einer vorderen oder einer hinteren Fläche bzw. Oberfläche eines an einer vorbestimmten Messposition angeordneten Objektes geleitet wird, durch eine als Referenz dienende Referenzfläche bzw. -oberfläche reflektiert wird, und einem Objektlichtstrahl, Erhalten durch Reflexion an einem Messort vorne oder hinten entsprechend der vorderen oder der hinteren Fläche bzw. Oberfläche in dem Objekt, detektiert und von denen jedes für die vordere oder die hintere Oberfläche des Objektes vorgesehen bzw. bereitgestellt ist; und – eine Dickenverteilungsberechnungseinheit, die eine Dickenverteilung des Objektes auf Grundlage der Intensitäten der Interferenzlichtstrahlen aus der Erfassung an einer Mehrzahl der Messorte durch die beiden homodynen Interferometer mittels Ändern einer Relativposition des Objektes in den zweidimensionalen Richtungen relativ zu den beiden homodynen Interferometern berechnet, wobei jedes der beiden homodynen Interferometer beinhaltet: – ein optisches System zur Nichtinterferenzlichtstrahlaufnahme, das den Lichtstrahl in zwei Strahlen aufzweigt und dann jeden auf die Bezugsoberfläche und den Messort projiziert, um so einen Nichtinterferenzlichtstrahl aufzunehmen, der den Referenzlichtstrahl und den Objektlichtstrahl als wechselseitig orthogonale Polarisationskomponenten enthält; – ein optisches System zur Nichtinterferenzlichtstrahlaufzweigung, das den Nichtinterferenzlichtstrahl, welcher durch das optische System zur Nichtinterferenzlichtstrahlaufnahme aufgenommen wurde, in drei oder mehr Strahlen aufzweigt; – ein optisches System zur Phasenverschiebung, das eine Änderung bei einer Phasendifferenz zwischen den orthogonalen Polarisationskomponenten mittels eines doppelbrechenden Elementes für einen oder mehrere von den drei oder mehr aufgezweigten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles aufgenommen durch das optische System zur Nichtinterferenzlichtstrahlzerlegung übermittelt, um so eine Diversphasendifferenz zwischen der Polarisationskomponente des Referenzlichtstrahles und der Polarisationskomponente des Objektlichtstrahles in jedem der drei oder mehr aufgezweigten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles zu erzeugen; – ein optisches System zur Interferenzlichtstrahlextraktion, das eine Polarisationskomponente mit einem gemeinsamen Winkel in Bezug auf die Polarisationsrichtungen des Referenzlichtstrahles und des Objektlichtstrahles in dem aufgezweigten Lichtstrahl aus jedem der drei oder mehr aufgezweigte Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles nach Durchlauf durch das optische System zur Phasenverschiebung extrahiert und dadurch einen Interferenzlichtstrahl zwischen dem Referenzlichtstrahl und dem Objektlichtstrahl extrahiert; und – eine Interferenzlichtintensitätserfassungseinheit, die eine Intensität eines jeden aus der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen aus der Extraktion durch das optische System zur Interferenzlichtstrahlextraktion erfasst, und wobei die Dickenverteilungsberechnungseinheit beinhaltet: – eine Phasendifferenzberechnungseinheit, die eine Phasendifferenz zwischen den Polarisationskomponenten des Referenzlichtstrahles und des Objektlichtstrahles in dem Nichtinterferenzlichtstrahl auf Grundlage der Intensität eines jeden aus der Mehrzahl von Interferenzlichtstrahlen, welche jeweils für die vorderen und die hinteren Flächen bzw. Oberflächen des Objektes durch die Interferenzlichtintensitätserfassungseinheit detektiert sind bzw. wurden, berechnet; und – eine Dickenverteilungsberechnungseinheit, die eine Dickenverteilung des Objektes auf Grundlage der Verteilung der Phasendifferenz, welche für die Mehrzahl von Messorten in jeder der vorderen und der hinteren Flächen bzw. Oberflächen des Objektes durch die Phasendifferenzberechnungseinheit berechnet wurde, berechnet.
Formbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das optische System zur Nichtinterferenzlichtstrahlaufzweigung den Nichtinterferenzlichtstrahl in einen ersten aufgezweigten Lichtstrahl, einen zweiten aufgezweigten Lichtstrahl, einen dritten aufgezweigten Lichtstrahl und einen vierten aufgezweigten Lichtstrahl durch zwei Schritte von Entzweiaufzweigen aufzweigt, wobei das optische System zur Phasenverschiebung jede Änderung von –1/4 der Wellenlänge, +1/4 der Wellenlänge und +1/2 der Wellenlänge auf die Phasendifferenz zwischen der Polarisationskomponente des Referenzlichtstrahles und der Polarisationskomponente des Objektlichtstrahles in jedem von dem ersten zerlegten Lichtstrahl, dem dritten zerlegten Lichtstrahl und dem vierten zerlegten Lichtstrahl in Bezug auf den zweiten zerlegten Lichtstrahl übermittelt und wobei die Phasendifferenzberechnungseinheit in die nachfolgende Gleichung (F1) die erfassten Intensitäten I1, I2, I3 und I4 der Interferenzlichtstrahlen für den ersten aufgezweigten Lichtstrahl, der die Phasendifferenzänderung von –1/4 der Wellenlänge erfahren hat, den als Referenz verwendeten zweiten aufgezweigen Lichtstrahl, den dritten aufgezweigten Lichtstrahl, der die Phasendifferenzänderung von +1/4 der Wellenlänge erfahren hat, und den vierten aufgezweigten Lichtstrahl, der die Phasendifferenzänderung von +1/2 der Wellenlänge erfahren hat, für jede von den vorderen und den hinteren Flächen bzw. Oberflächen des Objektes einsetzt und dadurch eine Phasendifferenz Φ zwischen den Polarisationskomponenten des Referenzlichtstrahles und des Objektlichtstrahles in dem Nichtinterferenzlichtstrahl berechnet: Φ = tan^–1[(I2 – I4)/(I3 – I1)] (F1) wobei mit Blick auf die erfassten Intensitäten I1, I2, I3 und I4 der Interferenzlichtstrahlen Werfe eingesetzt werden, die vorab derart angepasst worden sind, dass eine Verschiebung und eine Amplitude der Intensität einer jeden Änderung identisch sind, wenn eine Schwankung auf die Phasendifferenz zwischen den Polarisationskomponenten des Referenzlichtstrahles und des Objektlichtstrahles übermittelt wird.
Formbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei in jedem der beiden homodynen Interferometer die optische Weglänge eines jeden aufgezweigten Lichtstrahles aus dem Erhalt durch Aufzweigen des Nichtinterferenzlichtstrahles identisch eingestellt ist.
Formbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei jedes der beiden homodynen Interferometer eine Sammellinse beinhaltet, die in einem optischen Weg des Lichtstrahles und des Objektlichtstrahles, der dessen reflektierter Lichtstrahl zwischen dem optischen System zur Nichtinterferenzlichtstrahlaufnahme und dem Messort ist, angeordnet ist und die einen Brennpunkt an dem Messort aufweist.
Form bestimmungsvorrichtung, umfassend: – ein optisches System zur Nichtinterferenzlichtstrahlaufzweigung, das einen Nichtinterferenzlichtstrahl, der als Polarisationskomponenten einen durch Reflexion durch ein Objekt, das an einer vorbestimmten Meßposition positioniert ist, erhaltenen Objektlichtstrahl enthält und die anderen Referenzlichtstrahlen enthält, in vier Strahlen aufgezweigt; – ein optisches System zur Phasenverschiebung, das eine Diversphasendifferenz zwischen der Polarisationskomponente des Referenzlichtstrahles und der Polarisationskomponente des Objektlichtstrahles in jedem der vier aufgezweigten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles erzeugt bzw. generiert; – vier Polarisierungsplatten, von denen jede einen Interferenzlichtstrahl zwischen dem Referenzlichtstrahl und dem Objektlichtstrahl aus jedem der vier zerlegten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles nach Durchlauf durch das optische System zur Phasenverschiebung extrahiert; – eine Lichtintensitätserfassungseinheit, die eine Intensität eines jeden Lichtstrahles nach Durchlauf durch jede der vier Polarisierungsplatten detektiert; – eine Lichtintensitätsberichtigungseinheit, die unabhängig eine Berichtigung an jeder der vier Lichtintensitäten, welche durch die Lichtintensitätserfassungseinheit aufgenommen wurden, vornimmt; – eine Polarisierungsplattenhalteeinheit, die die Polarisierungsplatte an einem variablen Winkel hält; – eine Lichtstrahlblockiereinheit, die jeden Objektlichtstrahl und Referenzlichtstrahl blockiert; – eine Verstärkungseinstelleinheit, die eine Berichtigungsverstärkung für die Lichtintensitätsberichtigungseinheit derart einstellt, dass, wenn eine Zeitreihe von Schwankungen auf die optische Weglänge des Objektlichtstrahles oder des Referenzlichtstrahles in einem ersten Anordnungszustand, in dem ein zur Kalibrierung dienendes Objekt an der Messposition angeordnet ist, übermittelt wird, die Amplitude der Zeitreihenänderung in der Intensität eines jeden der vier Interferenzlichtstrahlen, welche durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit korrigiert sind, übereinstimmt; – eine Phasenverschiebungsfehlerberechnungseinheit, die dann, wenn eine Zeitreihe von Schwankungen auf die optische Weglänge des Objektlichtstrahles oder des Referenzlichtstrahles in dem ersten Anordnungszustand übermittelt wird, einen Fehler bei der Phasenverschiebung durch das optische System zur Phasenverschiebung auf Grundlage der Intensitätsinformation eines jeden der vier Interferenzlichtstrahlen, welche durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit korrigiert sind, berechnet; und – eine Phasendifferenzberechnungseinheit, die in einem zweiten Anordnungszustand, in dem das zu messende Objekt an der Messposition angeordnet ist, eine Phasendifferenz zwischen dem Objektlichtstrahl und dem Referenzlichtstrahl für das zu messende Objekt auf der Basis der Intensität des Interferenzlichtstrahles, welcher durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit korrigiert ist, und des Berechnungsergebnisses der Phasenverschiebungsfehlerberechnungseinheit berechnet.
Formbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei in dem optischen System zur Phasenverschiebung unter bzw. neben den Nichtinterferenzlichtstrahlen, erhalten durch Aufzweigen in vier, eine Phasendifferenz eines jeden der drei Nichtinterferenzlichtstrahlen, die als Quelle eines Nichtbezugsinterferenzlichtstrahles dienen, relativ zu einem der Nichtinterferenzlichtstrahlen, die als Quelle eines Referenzsinterferenzlichtstrahles dienen, derart eingestellt wird, dass sie jeweils –90°, +90° und +180° ist, und wobei die Phasendifferenzberechnungseinheit in die nachfolgenden Gleichungen (A1) eine Intensität I2' des Referenzinterferenzlichtstrahles und Intensitäten I1', I3' und I4' der drei Nichtbezugsinterferenzlichtstrahlen sowie Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen der drei Nichtbezugsinterferenzlichtstrahlen einsetzt und dadurch eine Phasendifferenz f zwischen dem Objektlichtstrahl und dem Referenzlichtstrahl in dem zu messenden Objekt berechnet: [Mathematischer Ausdruck 1]
Formbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 5, umfassend eine Polarisierungsplattenhaltewinkelanpasseinheit, die mit Bezug auf die erfassten Intensitäten aus dem Erhalt durch die Lichtintensitätserfassungseinheit in einem Zustand, in dem die optische Weglänge des Objektlichtstrahles und des Referenzlichtstrahles in einem ersten Anordnungszustand konstant gehalten wird, den Haltewinkel einer jeden der Polarisierungsplatten in der Polarisierungsplattenhalteeinheit konstant hält, so dass die erfasste Intensität des Referenzlichtstrahles zu dem Zeitpunkt, zu dem der Objektlichtstrahl durch die Lichtstrahlblockiereinheit blockiert wird, und die erfasste Intensität des Objektlichtstrahles zu dem Zeitpunkt, zu dem der Referenzlichtstrahl durch die Lichtstrahlblockiereinheit blockiert wird, übereinstimmen.
Formbestimmungsvorrichtung, umfassend: – ein optisches System zur Nichtinterferenzlichtstrahlaufzweigung, das einen Nichtinterferenzlichtstrahl, der als Polarisationskomponenten einen Objektlichtstrahl, der durch Reflexion an einem an einer vorbestimmten Messposition angeordneten Objekt erhalten wird, und die anderen Referenzlichtstrahlen enthält, in vier Strahlen aufzweigt; – ein optisches System zur Phasenverschiebung, das eine Diversphasendifferenz zwischen der Polarisationskomponente des Referenzlichtstrahles und der Polarisationskomponente des Objektlichtstrahles in jedem der vier aufgezweigten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles erzeugt bzw. generiert; – vier Polarisierungsplatten, von denen jede einen Interferenzlichtstrahl zwischen dem Referenzlichtstrahl und dem Objektlichtstrahl aus jedem der vier zerlegten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles nach Durchlauf durch das optische System zur Phasenverschiebung extrahiert; – eine Lichtintensitätserfassungseinheit, die eine Intensität eines jeden Lichtstrahles nach Durchlauf durch jede der vier Polarisierungsplatten detektiert; – eine Lichtintensitätsberichtigungseinheit, die unabhängig eine Berichtigung an jeder der vier Lichtintensitäten, die durch die Lichtintensitätserfassungseinheit aufgenommen wurden, vornimmt; – eine Lichtstrahlblockiereinheit, die jeden von dem Objektlichtstrahl und dem Referenzlichtstrahl blockiert; – eine Verstärkungseinstelleinheit, die eine Berichtigungsverstärkung für die Lichtintensitätsberichtigungseinheit derart einstellt, dass dann, wenn die optische Weglänge des Objektlichtstrahles konstant gehalten wird und der Referenzlichtstrahl durch die Lichtstrahlblockiereinheit in einem ersten Anordnungszustand, in dem ein zur Kalibrierung dienendes Objekt an der Messposition angeordnet ist, blockiert wird, die Intensitäten der vier Objektlichtstrahlen, die durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit aufgenommen wurden, übereinstimmen; eine Offsetberichtigungswerteinstelleinheit, die als Offsetberichtigungswerte für die Lichtintensitätsberichtigungseinheit die Intensitäten der vier Referenzlichtstrahlen, welche durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit aufgenommen wurde, einstellt, wenn die optische Weglänge des Referenzlichtstrahles konstant gehalten wird und der Objektlichtstrahl durch die Lichtstrahlblockiereinheit in dem ersten Anordnungszustand blockiert wird; – eine Phasenverschiebungsfehlerberechnungseinheit, die dann, wenn eine Zeitreihe von Schwankungen auf die optische Weglänge des Objektlichtstrahles oder des Referenzlichtstrahles in dem ersten Anordnungszustand aufoktroyiert wird, einen Fehler bei der Phasenverschiebung durch das optische System zur Phasenverschiebung auf Grundlage der Intensitätsinformation eines jeden der vier Interferenzlichtstrahlen, welche durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit berichtigt wurden, berechnet; und – eine Phasendifferenzberechnungseinheit, die in einem zweiten Anordnungszustand, in dem das zu messende Objekt an der Messposition angeordnet ist, eine Phasendifferenz zwischen dem Objektlichtstrahl, und dem Referenzlichtstrahl für das zu messende Objekt auf Grundlage der Intensitätsinformation eines jeden der vier Interferenzlichtstrahlen, welche durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit berichtigt wurden, und des Berechnungsergebnisses der Phasenverschiebungsfehlerberechnungseinheit berechnet.
Formbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei in dem optischen System zur Phasenverschiebung, unter bzw. neben den Nichtinterferenzlichtstrahlen, welchedurch das Aufzweigen in viererhalten wurden, eine Phasendifferenz eines jeden von dreien der Nichtinterferenzlichtstrahlen, die als Quelle eines Nichtbezugsinterferenzlichtstrahles dienen, relativ zu einem der Nichtinterferenzlichtstrahlen, die als Quelle eines Referenzinterferenzlichtstrahles dienen, jeweils auf –90°, +90° und +180° eingestellt wird, und wobei die Phasendifferenzberechnungseinheit in die nachfolgenden Gleichungen (A2) eine Intensität I2'' des Referenzinterferenzlichtstrahles und Intensitäten I1'', I3'' und I4'' der drei Nichtbezugsinterferenzlichtstrahlen sowie Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen der drei Nichtbezugsinterferenzlichtstrahlen und die Verschiebungsberichtigungswerte ar1, ar2, ar3 und ar4 aus der Einstellung durch die Verschiebungsberichtigungswerteinstelleinheit einsetzt und dadurch eine Phasendifferenz f zwischen dem Objektlichtstrahl und dem Referenzlichtstrahl in dem zu messenden Objekt berechnet: [Mathematischer Ausdruck 2]
Formbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das optische System zur Nichtinterferenzlichtstrahlzerlegung den Nichtinterferenzlichtstrahl in vier Strahlen aufzweigt, wobei das optische System zur Phasenverschiebung eine Diversphasendifferenz zwischen der Polarisationskomponente des Referenzlichtstrahles und der Polarisationskomponente des Objektlichtstrahles in jedem der vier aufgezweigten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles, die durch das optische System zur Nichtinterferenzlichtstrahlzerlegung aufgenommen wurden, erzeugt, wobei das optische System zur Interferenzlichtstrahlextraktion vier Polarisierungsplatten ist, von denen jede einen Interferenzlichtstrahl zwischen dem Referenzlichtstrahl und dem Objektlichtstrahl aus jedem der vier aufgezweigten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles nach Durchlauf durch das optische System zur Phasenverschiebung extrahiert, wobei die Interferenzlichtintensitätserfassungseinheit die Intensität eines jeden der vier Interferenzlichtstrahlen, welche durch die vier Polarisierungsplatten extrahiert wurden, erfasst und wobei die Formbestimmungsvorrichtung umfasst: eine Lichtintensitätsberichtigungseinheit, die unabhängig eine Berichtigung an jeder der vier Lichtintensitäten, welche durch die Lichtintensitätserfassungseinheit aufgenommen wurden, vornimmt; eine Polarisierungsplattenhalteeinheit, die die Polarisierungsplatte an einem variablen Winkel hält; eine Lichtstrahlblockiereinheit, die jeden von dem Objektlichtstrahl und dem Referenzlichtstrahl blockiert; eine Verstärkungseinstelleinheit, die eine Berichtigungsverstärkung für die Lichtintensitätsberichtigungseinheit derart einstellt, dass, wenn eine Zeitreihe von Schwankungen auf die optische Weglänge des Objektlichtstrahles oder des Referenzlichtstrahles in einem ersten Anordnungszustand, in dem ein zur Kalibrierung dienendes Objekt an der Messposition angeordnet ist, übermittelt wird, die Amplitude der Zeitreihenänderung bei der Intensität eines jeden der vier Interferenzlichtstrahlen, welche durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit berichtigt wurden, übereinstimmt; eine Phasenverschiebungsfehlerberechnungseinheit, die dann, wenn eine Zeitreihe von Schwankungen auf die optische Weglänge des Objektlichtstrahles oder des Referenzlichtstrahles in dem ersten Anordnungszustand übermittelt wird, einen Fehler bei der Phasenverschiebung durch das optische System zur Phasenverschiebung auf Grundlage der Intensitätsinformation eines jeden der vier Interferenzlichtstrahlen, welche durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit berichtigt wurden, berechnet; und eine Phasendifferenzberechnungseinheit, die in einem zweiten Anordnungszustand, in dem das zu messende Objekt an der Messposition angeordnet ist, eine Phasendifferenz zwischen dem Objektlichtstrahl und dem Referenzlichtstrahl für das zu messende Objekt auf Grundlage der Intensität des Interferenzlichtstrahles, welche durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit berichtigt wurden, und des Berechnungsergebnisses der Phasenverschiebungsfehlerberechnungseinheit berechnet.
Formbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei in dem optischen System zur Phasenverschiebung, unter bzw. neben den Nichtinterferenzlichtstrahlen, welchedurch das Aufzweigen in viererhalten wurden, eine Phasendifferenz eines jeden von dreien der Nichtinterferenzlichtstrahlen, die als Quelle eines Nichtbezugsinterferenzlichtstrahles dienen, relativ zu einem der Nichtinterferenzlichtstrahlen, die als Quelle eines Referenzinterferenzlichtstrahles dienen, jeweils auf –90°, +90° und +180° eingestellt wird, und wobei die Phasendifferenzberechnungseinheit in die nachfolgenden Gleichungen (A1) eine Intensität I2' des Referenzinterferenzlichtstrahles und Intensitäten I1', I3' und I4' der drei Nichtbezugsinterferenzlichtstrahlen sowie Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen der drei Nichtbezugsinterferenzlichtstrahlen einsetzt und dadurch eine Phasendifferenz f zwischen dem Objektlichtstrahl und dem Referenzlichtstrahl in dem zu messenden Objekt berechnet: [Mathematischer Ausdruck 3]
Formbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei eine Polarisierungsplattenhaltewinkelanpasseinheit, die mit Bezug auf die erfassten Intensitäten, welche durch die Lichtintensitätserfassungseinheit erhalten wurden, in einem Zustand, in dem die optische Weglänge des Objektlichtstrahles und des Referenzlichtstrahles in dem ersten Anordnungszustand konstant gehalten wird, den Haltewinkel einer jeden der Polarisierungsplatten in der Polarisierungsplattenhalteeinheit konstant hält, so dass die erfasste Intensität des Referenzlichtstrahles zu dem Zeitpunkt, zu dem das Objektlicht durch die Lichtstrahlblockiereinheit blockiert wird, und die erfasste Intensität des Objektlichtstrahles zu dem Zeitpunkt, zu dem der Referenzlichtstrahl durch die Lichtstrahlblockiereinheit blockiert wird, übereinstimmen.
Formbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das optische System zur Nichtinterferenzlichtstrahlzerlegung den Nichtinterferenzlichtstrahl in vier Strahlen aufzweigt, wobei das optische System zur Phasenverschiebung eine Diversphasendifferenz zwischen der Polarisationskomponente des Referenzlichtstrahles und der Polarisationskomponente des Objektlichtstrahles in jedem der vier aufgezweigten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles, welche durch das optische System zur Nichtinterferenzlichtstrahlzerlegung aufgenommen wurden, erzeugt, wobei das optische System zur Interferenzlichtstrahlextraktion vier Polarisierungsplatten sind, von denen jede einen Interferenzlichtstrahl zwischen dem Referenzlichtstrahl und dem Objektlichtstrahl aus jedem der vier zerlegten Lichtstrahlen des Nichtinterferenzlichtstrahles nach Durchlauf durch das optische System zur Phasenverschiebung extrahiert, wobei die Interferenzlichtintensitätserfassungseinheit die Intensität eines jeden der vier Interferenzlichtstrahlen aus der Extraktion durch die vier Polarisierungsplatten erfasst und wobei die Form bestimmungsvorrichtung umfasst: eine Lichtintensitätsberichtigungseinheit, die unabhängig eine Berichtigung an jeder der vier Lichtintensitäten aus der Aufnahme durch die Lichtintensitätserfassungseinheit vornimmt; eine Lichtstrahlblockiereinheit, die jeden von dem Objektlichtstrahl und dem Referenzlichtstrahl blockiert; eine Verstärkungseinstelleinheit, die eine Berichtigungsverstärkung für die Lichtintensitätsberichtigungseinheit derart einstellt, dass dann, wenn die optische Weglänge des Objektlichtstrahles konstant gehalten wird und der Referenzlichtstrahl durch die Lichtstrahlblockiereinheit in einem ersten Anordnungszustand, in dem ein zur Kalibrierung dienendes Objekt an der Messposition angeordnet ist, blockiert wird, die Intensitäten der vier Objektlichtstrahlen, welche durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit aufgenommen wurden, übereinstimmen; eine Verschiebungsberichtigungswerteinstelleinheit, die als Verschiebungsberichtigungswerte für die Lichtintensitätsberichtigungseinheit die Intensitäten der vier Referenzlichtstrahlen, welche durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit aufgenommen wurden, einstellt, wenn die optische Weglänge des Referenzlichtstrahles konstant gehalten wird und der Objektlichtstrahl durch die Lichtstrahlblockiereinheit in dem ersten Anordnungszustand blockiert wird; eine Phasenverschiebungsfehlerberechnungseinheit, die dann, wenn eine Zeitreihe von Schwankungen auf die optische Weglänge des Objektlichtstrahles oder des Referenzlichtstrahles in dem ersten Anordnungszustand übermittelt wird, einen Fehler bei der Phasenverschiebung durch das optische System zur Phasenverschiebung auf Grundlage der Intensitätsinformation eines jeden der vier Interferenzlichtstrahlen aus der Berichtigung durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit berechnet; und eine Phasendifferenzberechnungseinheit, die in einem zweiten Anordnungszustand, in dem das zu messende Objekt an der Messposition angeordnet ist, eine Phasendifferenz zwischen dem Objektlichtstrahl und dem Referenzlichtstrahl für das zu messende Objekt auf Grundlage der Intensitätsinformation eines jeden der vier Interferenzlichtstrahlen aus der Berichtigung durch die Lichtintensitätsberichtigungseinheit und des Berechnungsergebnisses der Phasenverschiebungsfehlerberechnungseinheit berechnet.
Formbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei in dem optischen System zur Phasenverschiebung unter bzw. neben den Nichtinterferenzlichtstrahlen, erhalten durch Aufzweigen in vier, eine Phasendifferenz eines jeden der drei Nichtinterferenzlichtstrahlen, die als Quelle eines Nichtbezugsinterferenzlichtstrahles dienen, relativ zu einem der Nichtinterferenzlichtstrahlen, die als Quelle eines Referenzinterferenzlichtstrahles dienen, derart eingestellt wird, dass sie jeweils –90°, +90° und +180° ist, und wobei die Phasendifferenzberechnungseinheit in die nachfolgenden Gleichungen (A2) eine Intensität I2'' des Referenzinterferenzlichtstrahles und Intensitäten I1'', I3'' und I4'' der drei Nichtbezugsinterferenzlichtstrahlen sowie Fehler e1, e3 und e4 der Phasenverschiebungen der drei Nichtbezugsinterferenzlichtstrahlen und die Verschiebungsberichtigungswerte ar1, ar2, ar3 und ar4 aus der Einstellung durch die Verschiebungsberichtigungswerteinstelleinheit einsetzt und dadurch eine Phasendifferenz f zwischen dem Objektlichtstrahl und dem Referenzlichtstrahl in dem zu messenden Objekt berechnet. [Mathematischer Ausdruck 4]