DE112010000808T5

DE112010000808T5 - Profilmesseinrichtung

Info

Publication number: DE112010000808T5
Application number: DE112010000808T
Authority: DE
Inventors: Masato Kannaka; Eiji Takahashi; Masakazu Kajita
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2030-01-27
Also published as: KR20110111453A; US20110279822A1; DE112010000808B4; KR101235384B1; US8670128B2; WO2010087337A1

Abstract

Eine Formbestimmungsvorrichtung (X) teilt den ursprünglichen Lichtstrahl aus einer Lichtquelle (Y) in zwei Lichtstrahlen, leitet die Lichtstrahlen zu den vorderen und hinteren Oberflächen des zu bestimmenden Objektes (1) und führt eine optische heterodyne Interferenz unter Verwendung der geteilten Lichtstrahlen an den vorderen und hinteren Oberflächen des zu bestimmenden Objektes (1) durch. In der Formbestimmungsvorrichtung (X) wird jeder der geteilten Lichtstrahlen weiter in einen Hauptlichtstrahl und einen untergeordneten Lichtstrahl geteilt, wobei der untergeordnete Lichtstrahl mit dem Hauptlichtstrahl an jeder der vorderen und hinteren Oberflächen vor und nach der Beleuchtung des zu bestimmenden Objektes (1) interferiert, die Signale nach der Interferenz phasenerfasst werden und die Differenz zwischen den Phasen aus dem Ermittlung durch die Phasenerfassung an jeder der vorderen und hinteren Oberflächen des zu bestimmenden Objektes (1) erfasst wird. In der Formbestimmungsvorrichtung (X) wird eine Optikmodulation zum Durchführen der optischen heterodynen Interferenz vor der optischen heterodynen Interferenz der geteilten Lichtstrahlen durchgeführt, nachdem die geteilten Lichtstrahlen zu den vorderen und hinteren Oberflächen des zu bestimmenden Objektes (1) geleitet werden. Des Weiteren wird in der Formbestimmungsvorrichtung (X) ein Messoptiksystem vor der Phasenerfassung und nach Leitung der geteilten Lichtstrahlen zu den vorderen und hinteren Oberflächen des zu bestimmenden Objektes (1) integral gehalten.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Profilmesseinrichtung zum auf kontaktfreie Weise erfolgenden Messen eines Profils eines Werkstückes, so beispielsweise eines Halbleiterwafers, durch optische Interferometrie.
Hintergrund der Erfindung
Soll ein Profil eines dünnen plattenartigen Halbleiterwafers (als Beispiel für ein Werkstück, nachstehend als Wafer bezeichnet) gemessen werden, so wird hierfür gemeinhin eine kontaktfreie Profilmesseinrichtung unter Verwendung eines Interferometers verwendet. Die Einrichtung empfängt ein Interferenzlicht, das ein Messlicht, das ein reflektiertes Licht ist, wenn einer von zwei zerlegten Lichtstrahlen von einer Oberfläche eines Werkstückes reflektiert wird, und ein Bezugslicht, das ein reflektiertes Licht ist, wenn der andere Lichtstrahl von einer vorbestimmten Bezugsoberfläche reflektiert wird, enthält, und ermittelt ein Oberflächenprofil (Oberflächenhöhenverteilung) des Werkstückes aus einem Interferenzbild, das auf Grundlage des Interferenzlichtes gebildet wird. Da somit das Oberflächenprofil des Wafers auf kontaktfreie Weise gemessen werden kann, kann das Oberflächenprofil ohne Erzeugung von Kratzern oder dergleichen an der Oberfläche des Wafers gemessen werden, was im Gegensatz dazu steht, wenn das Profil mit einem einen Taststift aufweisenden Profilmessinstrument gemessen wird. Wird das Profil des Wafers gemessen, so muss das Profil der gesamten Oberfläche gemessen werden. Dabei wird im Allgemeinen die Messung durchgeführt, während ein Umfangskantenabschnitt des Wafers gestützt wird (im Allgemeinen durch eine Drei-Punkt-Stützung).
Wird indes das dünne plattenartige Werkstück (beispielsweise mit einer Dicke von weniger als 1 mm), also beispielsweise der Wafer, nur an dem Kantenabschnitt gestützt, so schwingt der Wafer bei einem leichten Luftdruck oder aufgrund einer Schwingung oder dergleichen von anderen Maschinen. Die Schwingung verfügt über eine nichvernachlässigbare Amplitude bei der Profilmessung für den Wafer, da die Profilmessung eine äußerst hohe Messgenauigkeit (beispielsweise mit einem Fehler von 20 nm oder weniger) benötigt. Um eine derartige Schwingung des Wafers zu vermeiden, beschreibt PTL 1 ein Verfahren, das einen Wafer dadurch vor einer Schwingung bewahrt, dass ein transparenter starrer Körper in der Nähe des Wafers angeordnet wird. Bei diesem Verfahren tritt jedoch das Problem auf, dass ein Interferenzlicht gestört werden kann, da der transparente starre Körper in den optischen Weg eingebracht ist. Darüber hinaus beschreibt PTL 2 eine Profilmesseinrichtung, die Zweitypenmesslichter mit geringfügig verschiedenen Frequenzen in zwei Lichter zerlegt, die Lichter zu heterodynen Interferometern an vorderen und hinteren Oberflächen eines Werkstückes führt und eine Dicke des Werkstückes durch Umdrehen der Beziehung zwischen einem Objektlicht und einem Bezugslicht durch die vorderen und hinteren heterodynen Interferometer misst. Bei der in PTL 2 beschriebenen Technik wird durch Ermitteln einer Differenz zwischen Erfassungssignalen der vorderen und hinteren heterodynen Interferometer der Effekt der infolge der Schwingung auftretenden Verschiebung des Werkstückes beseitigt, und es kann die Dicke mit hoher Genauigkeit ohne Beeinträchtigung durch die Schwingung des Werkstückes gemessen werden. Darüber hinaus beschreibt PTL 2, dass die zerlegten Lichter der Zweitypenmesslichter, unmittelbar bevor die Lichter auf die vorderen und hinteren heterodynen Interferometer einfallen, miteinander interferieren, wobei ein Intensitätssignal des Interferenzlichtes als Bezugssignal für die Erfassungssignale der heterodynen Interferometer verwendet wird. Entsprechend kann ein Messfehler beseitigt werden, der sich aus einer Schwankung der Phasen der Zweitypenmesslichter ergibt, die auf optischen Wegen von einer Lichtquelle hin zu den beiden heterodynen Interferometern erzeugt werden.
Sogar bei der in PTL 2 beschriebenen Technik kann, wenn die Phasen der Zweitypenmesslichter in den optischen Wegen von der Lichtquelle zu den beiden heterodynen Interferometern mit hoher Geschwindigkeit schwanken, eine Schaltung zum Erfassen der Phasen der Geschwindigkeit der Änderung nicht ausreichend folgen. Wenn beispielsweise die Zweitypenmesslichter von der Lichtquelle zu den beiden heterodynen Interferometern durch Optikfasern übertragen werden, so können die Optikfasern mit hoher Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Umgebung schwingen, wobei die Phasen der Zweitypenmesslichter mit hoher Geschwindigkeit schwanken. Daher funktioniert bei der in PTL 2 beschriebenen Technik die Verarbeitung zur Beseitigung der Schwankung der Phasen der Zweitypenmesslichter unter Verwendung des Bezugssignals nicht hinreichend. Somit kann sogar bei der in PTL 2 beschriebenen Technik der Messfehler, der sich aus der Schwankung bei den Phasen der Zweitypenmesslichter ergibt, nicht verlässlich beseitigt werden.
Liste der zitierten Druckschriften
Patentliteratur

PTL 1: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2002-5640
PTL 2: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2008-180708

Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde eingedenk des Vorbeschriebenen gemacht. Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Profilmesseinrichtung bereitzustellen, die auf einfache Weise eine Dicke eines Werkstückes mit hoher Genauigkeit und ohne Beeinträchtigung durch eine Schwingung des Werkstückes oder eine Schwingung, die in einem Übertragungsmedium eines Messlichtes von einer Lichtquelle zu einem Interferometer erzeugt wird, messen kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Profilmesseinrichtung bereitzustellen, die ein Oberflächenprofil eines Werkstückes mit noch höherer Genauigkeit messen kann.
Eine Profilmesseinrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine Profilmesseinrichtung, die zum Abtasten von vorderen und hinteren Oberflächen eines Werkstückes und zum auf kontaktfreie Weise erfolgenden Messen einer Dickenverteilung des Werkstückes verwendet wird. Bei dieser Profilmesseinrichtung wird ein Quellenlicht, das von einer vorbestimmten Lichtquelle emittiert wird, in zwei Lichter zerlegt; die zerlegten zwei Lichter werden zu vorderen und hinteren Oberflächen des Werkstückes geführt; und eine optische heterodyne Interferenz wird unter Verwendung des zerlegten Lichtes an jedem von einem Vorderende und Hinterende des Werkstückes durchgeführt. Bei der Profilmesseinrichtung wird das zerlegte Licht weiter in ein Hauptlicht und ein Nebenlicht an jedem von dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes zerlegt; das Nebenlicht interferiert mit dem Hauptlicht vor der Bestrahlung des Werkstückes und dem Hauptlicht nach der Bestrahlung des Werkstückes; Phasen von Signalen nach der Interferenz werden erfasst; und eine Differenz zwischen den Phasen aus der Ermittlung durch die Phasenerfassung wird an jedem von dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes erfasst. Zudem durchgeführt wird bei der Profilmesseinrichtung eine Optikmodulation zum Durchführen der optischen heterodynen Interferenz, bevor die optische heterodyne Interferenz durchgeführt wird, nachdem die zerlegten Lichter zu dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes geführt werden. Des Weiteren wird bei der Profilmesseinrichtung ein Messoptiksystem, nachdem die zerlegten Lichter zu dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes geführt werden und bevor die Phasenerfassung erfolgt, integral gehalten. Entsprechend kann bei einer derartigen Profilmesseinrichtung eine Dicke eines Werkstückes auf einfache Weise mit hoher Genauigkeit ohne Beeinträchtigung durch eine Schwingung des Werkstückes oder eine Schwingung eines Übertragungsmediums für ein Messlicht von einer Lichtquelle zu einem Interferometer gemessen werden.
Zudem misst eine Profilmesseinrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Dicke eines Werkstückes durch eine der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit und eine der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit, die eine optische heterodyne Interferenz durchführen. Die Oberflächenmesseinheit bestrahlt das Werkstück mit einer Mehrzahl von Messlichtern, weshalb die Profilmesseinrichtung ein Oberflächenprofil des Werkstückes 1 misst. Entsprechend kann eine derartige Profilmesseinrichtung ein Oberflächenprofil eines Werkstückes mit noch höherer Genauigkeit messen.
Die vorbeschriebenen Erfindungsgegenstände sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich bei Betrachtung der nachfolgenden Detailbeschreibung und der begleitenden Zeichnung.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist ein Aufbaudiagramm einer Profilmesseinrichtung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Schemaaufbaudiagramm eines Beispieles einer Messoptikeinheit, die in der Profilmesseinrichtung von 1 beinhaltet ist.
3 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Beispieles für ein Verfahren zum Messen einer Dickenverteilung eines Werkstückes unter Verwendung der Profilmesseinrichtung von 1.
4 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Beispieles eines Ortes für einen Messabschnitt, wenn die Dickenverteilung des Werkstückes unter Verwendung der Profilmesseinrichtung von 1 gemessen wird.
5 ist ein Graph zur Darstellung eines Beispieles einer Änderung der Zeitreihe eines Messwertes bei einer herkömmlichen Profilmesseinrichtung.
6 ist ein Graph zur Darstellung eines Beispieles einer Änderung der Zeitreihe eines Messwertes bei der Profilmesseinrichtung von 1.
7 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Aufbaus einer Profilmesseinrichtung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel.
8 ist eine Darstellung, die einen Aufbau einer Lichtquelleneinheit bei der Profilmesseinrichtung von 7 zeigt.
9 ist eine Darstellung, die einen Aufbau einer der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit entsprechend einem ersten Aspekt bei der Profilmesseinrichtung von 7 zeigt.
10 ist eine Darstellung, die einen Aufbau einer der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit entsprechend einem zweiten Aspekt bei der Profilmesseinrichtung nach 7 zeigt.
11 ist eine Darstellung, die einen Aufbau einer der anderen Oberfläche zugedachten Messeinheit bei der Profilmesseinrichtung von 7 zeigt.
12 zeigt einen Aufbau eines Schlittens bei der Profilmesseinrichtung von 7.
13 ist eine Darstellung, die einen Aufbau einer der einen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit entsprechend einem ersten Aspekt bei der Profilmesseinrichtung von 7 zeigt.
14 ist eine Darstellung, die einen Aufbau einer der einen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit entsprechend einem zweiten Aspekt bei der Profilmesseinrichtung von 7 zeigt.
15 ist eine Darstellung, die einen Aufbau einer der anderen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit bei der Profilmesseinrichtung von 7 zeigt.
16 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Berechnung einer Krümmung.
17 ist eine Darstellung zur Erläuterung von Messabschnitten, wenn ein Oberflächenprofil eines Messobjektes unter Verwendung der Profilmesseinrichtung von 7 gemessen wird.
18 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Mehrzahl von Positionen in Messabschnitten und von Messergebnissen, wenn das Oberflächenprofil des Messobjektes unter Verwendung der Profilmesseinrichtung von 7 gemessen wird.
19 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Kanten-Roll-Off.
20 ist eine Darstellung zur Erläuterung von mehreren Positionen in Messabschnitten entsprechend ersten bis dritten Aspekten.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend auf Grundlage der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Aufbauten, und eine redundante Beschreibung entfällt. In der Beschreibung werden zudem, wenn Elemente kollektiv beschrieben werden, die Elemente durch Bezugszeichen ohne Hilfszusätze bezeichnet, wohingegen dann, wenn einzelne Aufbauten derartiger Elemente beschrieben werden, die Elemente durch Bezugszeichen mit Hilfszusätzen bezeichnet werden. Die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nichts weiter als Beispiele, die die vorliegende Erfindung implementieren, und sollen daher den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken.
Erstes Ausführungsbeispiel
Eine Profilmesseinrichtung X entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf das in 1 gezeigte Aufbaudiagramm beschrieben. Die Profilmesseinrichtung X ist eine Messeinrichtung zur Verwendung bei der auf kontaktfreie Weise erfolgenden Messung einer Dicke eines dünnen plattenartigen Werkstückes 1, so beispielsweise eines Halbleiterwafers. Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet die Profilmesseinrichtung X eine Lichtquelleneinheit Y, Messoptikeinheiten Z (aZ, bZ), die derart angeordnet sind, dass sie an vorderen und hinteren Oberflächen des Werkstückes 1 zueinander weisen, zwei Phasenerfassungsschaltungen W (aW, bW), die jeweils für die Messoptikeinheiten Z (aZ, bZ) vorgesehen sind, sowie einen Computer 6.
Zur einfacheren Beschreibung wird die eine Oberfläche (bei dem in 1 gezeigten Beispiel eine oberseitige Oberfläche (obere Oberfläche)) des Werkstückes 1 als „A-Oberfläche” bezeichnet, wohingegen die andere Oberfläche (bei dem in 1 gezeigten Beispiel eine unterseitige Oberfläche (untere Oberfläche)) mit „B-Oberfläche” bezeichnet wird. Beide Oberflächen (die A- und B-Oberflächen) stehen in einer Vorderende-Hinterende-Beziehung zueinander. Ebenso wird der Oberflächenabschnitt der A-Oberfläche an einer Messposition für die Dicke des Werkstückes 1 mit A-Oberflächenmessabschnitt 1a bezeichnet, wohingehen ein Oberflächenabschnitt der B-Oberfläche, der zu dem A-Oberflächenmessabschnitt 1a weist, als B-Oberflächenmessabschnitt 1b bezeichnet wird. Zudem wird die Messoptikeinheit Z, die derart angeordnet ist, dass sie zu der A-Oberfläche weist, als A-Oberflächenmessoptikeinheit aZ bezeichnet, wohingegen die Messoptikeinheit Z, die derart angeordnet ist, dass sie zu der B-Oberfläche weist, als B-Oberflächenmessoptikeinheit bZ bezeichnet wird. Zudem wird die Phasenerfassungsschaltung W, die für die A-Oberflächenmessoptikeinheit aZ vorgesehen ist, als A-Oberflächenphasenerfassungsschaltung aW bezeichnet, wohingegen die Phasenerfassungsschaltung W, die für die B-Oberflächenmessoptikeinheit bZ vorgesehen ist, als B-Oberflächenphasenerfassungsschaltung bW bezeichnet wird.
Obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist, beinhaltet die Profilmesseinrichtung X einen Stützabschnitt, der (beispielsweise mittels einer Drei-Punkt-Stützung) einen Umfangskantenabschnitt des Werkstückes 1 stützt, und einen Bewegungsabschnitt, der den Stützabschnitt in zweidimensionalen Richtungen (zweidimensionale Richtungen, die parallel zu beiden Messoberflächen des Werkstückes 1 sind) bewegt und daher das Werkstück 1 in den zweidimensionalen Richtungen bewegt. Die Profilmesseinrichtung X ermittelt Messwerte, während die Positionen des A-Oberflächenmessabschnittes 1a und des B-Oberflächenmessabschnittes 1b des Werkstückes 1 durch Bewegen des Werkstückes 1 mittels des Bewegungsmechanismus geändert werden.
Die Lichtquelleneinheit Y beinhaltet eine Einzelwellenlängenlaserlichtquelle 2, die einen Lichtstrahl P0 emittiert, der ein vorbestimmtes kohärentes Licht ist, einen Isolator 2x, einen Nichtpolarisationsstrahlteiler 3, zwei Wellenplatten 2y und zwei Optikfaserverbindungsanschlüsse 11. Die Einzelwellenlängenlaserlichtquelle 2 ist eine Laserlichtquelle, die ein Einzelwellenlängenlaserlicht mit einer Frequenz ω0 ausgibt. Die Kurzwellenlängenlaserlichtquelle 2 kann beispielsweise ein Helium-Neon-Laser oder dergleichen sein, der Laserlicht mit einer Wellenlänge von 633 nm ausgibt. Nachstehend wird aus Gründen der einfacheren Beschreibung emittiertes Licht der Kurzwellenlängenlaserlichtquelle 2 als Quellenlicht P0 bezeichnet. Der Strahlteiler 3 ist ein Beispiel für das erste Optikzerlegemittel, das das Quellenlicht P0, das von der Einzelwellenlängenlaserlichtquelle 2 emittiert wird, in zwei Lichter zerlegt.
Zudem beinhaltet die Profilmesseinrichtung X Eingabeoptikfasern a10 und b10, die jeweils die zerlegten Lichter aus der Zerlegung durch den Strahlteiler 3 in Richtungen hin zu dem A-Oberflächenmessabschnitt 1a und dem B-Oberflächenmessabschnitt 1b des Werkstückes 1 führen. Insbesondere führt die eine Optikfaser a10 eines der zerlegten Lichter zu der A-Oberflächenmessoptikeinheit aZ, die derart angeordnet ist, dass sie zu der A-Oberfläche des Werkstückes 1 weist. Demgegenüber führt die andere Optikfaser b10 das andere der zerlegten Lichter zu der B-Oberflächenmessoptikeinheit bZ, die derart angeordnet ist, dass sie zu der B-Oberfläche des Werkstückes 1 weist. Die Optikfasern a10 und b10 sind polarisationserhaltende Optikfasern. Daher bleiben die Polarisationsebenen der zerlegten Lichter aus der Übertragung durch die Optikfasern a10 und b10 konstant erhalten, ohne dass sie auf ihrem Weg gestört würden. Alternativ können Optikführungsmittel, so beispielsweise Spiegel, anstelle der Optikfasern a10 und b10 vorgesehen sein. In diesem Fall kann jedoch die Anpassung an die optischen Wege der zerlegten Lichter der Lichtquelle P0 problematisch sein.
Die Optikfaserverbindungsanschlüsse 11 sind Anschlüsse, mit denen die einen Enden der Optikfasern a10 und b10 jeweils verbunden sind. Die Wellenplatten 2y sind Optikelemente, die jeweils zwischen dem Strahlteiler 3 und Lichteinlässen der Optikfasern a10 und b10 angeordnet sind und die die Polarisationsebenen (Polarisationsrichtungen) der zerlegten Lichter aus der Eingabe in die Optikfasern a10 und b10 anpassen. Der Isolator 2x ist ein Optikelement, das zwischen der Einzelwellenlängenlaserlichtquelle 2 und dem Strahlteiler 3 angeordnet ist und verhindert, dass reflektiertes Licht aus dem Strahlteiler 3 oder den Einlässen oder dergleichen der Optikfasern a10 und b10 zu der Einzelwellenlängenlaserlichtquelle 2 zurückkehrt. Der Isolator 2x kann verhindern, dass reflektiertes Licht zu der Einzelwellenlängenlaserlichtquelle 2 zurückkehrt und das emittierte Licht der Einzelwellenlängenlaserlichtquelle 2 instabil wird.
Zudem beinhalten, wie in 1 gezeigt ist, die Messoptikeinheiten Z jeweils einen Eingabeoptikfaserverbindungsanschluss 12, einen ersten Nichtpolarisationsstrahlteiler 13, zwei Akustooptikelemente 15 und 16, ein heterodynes Interferometer 20, ein Bezugsinterferometer 30 sowie zwei Ausgabeoptikfaserverbindungsanschlüsse 26 und 36. Der Optikfaserverbindungsanschluss 12 ist ein Anschluss, mit dem das eine Ende einer jeden der Optikfasern a10 und b10 verbunden ist, die mit der Lichtquelleneinheit Y verbunden sind. Das zerlegte Licht der Lichtquelle P0 der Lichtquelleneinheit Y wird in die Messoptikeinheit Z durch den Optikfaserverbindungsanschluss 12 eingeleitet.
Der Strahlteiler 13 ist ein Beispiel für das zweite Optikzerlegemittel zum weiteren Zerlegen eines jeden der zerlegten Lichter des Quellenlichtes P0, der zerlegten Lichter, die in die Richtungen hin zu den Messabschnitten 1a und 1b an dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes 1 durch die Optikfasern a10 und b10 geleitet werden, in zwei Lichter. Zudem sind die Akustooptikelemente 15 und 16 Beispiele für Optikmoduliermittel zum Durchführen einer Frequenzmodulation für die zerlegten Lichter aus der Zerlegung durch den Strahlteiler 13 an jedem von dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes und Erzeugen von zwei Messlichtern P1 und P2 mit verschiedenen Frequenzen. So kann beispielsweise eine der Modulationsfrequenzen der beiden Akustooptikelemente 15 und 16 etwa 80 MHz sein, während die andere der Modulationsfrequenzen etwa 81 MHz sein kann. Die Zweitypenmesslichter P1 und P2 sind Einzelwellenlängenlichtstrahlen. Die Frequenzen (ω, ω + Δω) der Messlichter P1 und P2 sind nicht besonders beschränkt. So kann beispielsweise eine Differenz Δω zwischen den Frequenzen beider Lichtstrahlen in einem Bereich von einigen Dutzend Kilohertz bis einigen Megahertz liegen.
Zudem ist das heterodyne Interferometer 20 ein Interferometer, das den Messabschnitt 1a oder 1b mit dem einen Messlicht P1 an jedem von dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes 1 bestrahlt und das bewirkt, dass ein Objektlicht, das das von dem Messabschnitt reflektierte Messlicht P1 ist, mit einem Bezugslicht, das das andere Messlicht P2 ist, interferiert. Das heterodyne Interferometer 20 ist für jede von den beiden Messoptikeinheiten Z vorgesehen. Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet das heterodyne Interferometer 20 einen Polarisationsstrahlteiler 21, eine 1/4-Wellenplatte 22, einen Nichtpolarisationsstrahlteiler 24 und eine Polarisationsplatte 25. Der Polarisationsstrahlteiler 21 überträgt das eine Messlicht P1 in der Richtung hin zu dem Messabschnitt 1a oder 1b und reflektiert das Objektlicht, das das Messlicht P1 ist und das von dem Messabschnitt 1a oder 1b reflektiert wird, in einer vorbestimmten Richtung. Die 1/4-Wellenplatte 22 ist zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 21 und dem Messabschnitt 1a oder 1b angeordnet. Das Vorhandensein der 1/4-Wellenplatte 22 schaltet einen Polarisationszustand (P-polarisiertes Licht oder S-polarisiertes Licht) des Messlichtes P1 mit Führung von dem Polarisationsstrahlteiler 21 hin zu dem Messabschnitt 1a oder 1b und einen Polarisationszustand des Objektlichtes, das das Messlicht P1 ist, das von dem Messabschnitt 1a oder 1b reflektiert wird und auf den Polarisationsstrahlteiler 21 einfällt, um. Zudem beinhaltet die Messoptikeinheit Z eine Sammellinse 23, die derart angeordnet ist, dass sie zu einer Oberfläche des Werkstückes 1 weist. Die Sammellinse 23 sammelt das Messlicht P1 an dem Messabschnitt 1a oder 1b und bewirkt, dass das Objektlicht, das von dem Messabschnitt 1a oder 1b reflektiert wird, auf den Polarisationsstrahlteiler 21 entlang der Optikachse eines ersten Weges des Rundweges einfällt. Der Strahlteiler 24 richtet die Optikachse des Objektlichtes, das das reflektierte Licht aus dem Messabschnitt 1a oder 1b des eines Messlichtes P1 ist, mit der Optikachse des Bezugslichtes, das das andere Messlicht P2 ist, aus und führt die Lichter in die gleiche Richtung. Zudem ist die Polarisationsplatte 25 ein Optikelement, das als Eingabe das Objektlicht und das Bezugslicht empfängt, wobei die Optikachsen durch den Strahlteiler 24 ausgerichtet sind, eine Polarisationskomponente in derselben Richtung extrahiert und ein Interferenzlicht Ps des Objektlichtes und Bezugslichtes ausgibt.
Nachstehend wird das Interferenzlicht Ps des Objektlichtes und Bezugslichtes aus der Ermittlung durch das heterodyne Interferometer 20 als Messinterferenzlicht Ps bezeichnet. Gegebenenfalls kann das heterodyne Interferometer 20 mit einem Richtungsänderungselement versehen sein, so beispielsweise mit einem Spiegel, der eine Richtung eines oder beider optischer Wege der beiden Messlichter P1 und P2 ändert.
Zudem ist an jedem von dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes 1 das Bezugsinterferometer 30 ein Interferometer, das jedes der Messlichter P1 und P2 in zwei Lichter eines Hauptlichtes, das in das heterodyne Interferometer 20 eingegeben wird, und eines Nebenlichtes, das das andere bezüglich des Hauptlichtes ist, teilt und bewirkt, dass die beiden Nebenlichter miteinander interferieren. Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet das Bezugsinterferometer 30 drei Nichtpolarisationsstrahlteiler 31, 32 und 34 sowie eine Polarisationsplatte 35. Die Strahlteiler 31 und 32 sind jeweils ein Beispiel für ein drittes Optikzerlegemittel, das jedes der Messlichter P1 und P2 in zwei Lichter zerlegt, die ein Hauptlicht, das in das heterodyne Interferometer 20 eingegeben wird, und ein Nebenlicht, das das andere bezüglich des Hauptlichtes ist, beinhalten, und zwar an jedem von dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes 1. Zudem ist der Strahlteiler 34 ein Optikelement, das die Optikachsen der beiden Nebenlichter, die die geteilten Lichter der Messlichter P1 und P2 durch die Strahlteiler 31 und 32 sind, miteinander ausrichtet und die Nebenlichter in dieselbe Richtung führt. Die Polarisationsplatte 35 ist ein Optikelement, das als Eingabe die beiden Nebenlichter empfängt, wobei die Optikachsen durch den Strahlteiler 34 ausgerichtet sind, eine Polarisationskomponente in derselben Richtung extrahiert und ein Interferenzlicht Pr der beiden Nebenlichter ausgibt. Der Strahlteiler 34 und die Polarisationsplatte 35 sind ein Beispiel von Nebenlichtinterferenzmitteln, die bewirken, dass die beiden Nebenlichter miteinander an jedem von dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes 1 interferieren. Nachstehend wird das Interferenzlicht Pr der beiden Nebenlichter aus der Ermittlung durch das Bezugsinterferometer 30 als Bezugsinterferenzlicht Pr bezeichnet. Gegebenenfalls ist das Bezugsinterferometer 30 mit einem Optikelement versehen, so beispielsweise mit einem Spiegel, der eine Richtung von einem oder beiden der beiden Nebenlichter ändert. Das Bezugsinterferometer 30 von 1 beinhaltet einen Spiegel 33, der die Richtung des zerlegten Lichtes des Messlichtes P2 ändert.
Der eine Ausgabeoptikfaserverbindungsanschluss 26 ist ein Anschluss, mit dem das eine Ende einer Optikfaser a27 oder b27 zum Übertragen des Messinterferenzlichtes Ps zu einem Messoptikdetektor b28 (nachstehend noch beschrieben) verbunden ist. Die eine Optikfaser a27 überträgt das Messinterferenzlicht Ps an der A-Oberfläche des Werkstückes 1. Die andere Optikfaser b27 überträgt das Messinterferenzlicht Ps an der B-Oberfläche des Werkstückes 1. Der andere Ausgabeoptikfaserverbindungsanschluss 36 ist ein Anschluss, mit dem das eine Ende einer Optikfaser a37 oder b37 zum Übertragen des Bezugsinterferenzlichtes Pr an einen Bezugsoptikdetektor b38 (nachstehend noch beschrieben) verbunden ist. Die eine Optikfaser a37 überträgt das Bezugsinterferenzlicht Pr an der A-Oberfläche des Werkstückes 1. Die andere Optikfaser b37 überträgt das Bezugsinterferenzlicht Pr an der B-Oberfläche des Werkstückes 1. Die Wellenfronten des Messinterferenzlichtes Ps und des Bezugsinterferenzlichtes Pr müssen in ihren Übertragungswegen nicht speziell gehalten werden. Die Ausgabeoptikfasern a27, a37, b27 und b37 setzen typische Multimodenoptikfasern ein. Alternativ können die Optikfasern a27, a37, b27 und b37 Einzelmodenoptikfasern einsetzen. Im Allgemeinen weist eine Multimodenoptikfaser einen größeren Faserkerndurchmesser als eine Einzelmodenoptikfaser auf. Die Optikachse des sich ausbreitenden Lichtes kann auf einfache Weise angepasst werden, und es kann sich Licht in großer Menge ausbreiten. Da die Multimodenoptikfaser bei der Optikachsenanpassung und der Lichtmenge des sich ausbreitenden Lichtes von Vorteil ist, kommen bei den Optikfasern a27, a37, b27 und b37 vorzugsweise Multimodenoptikfasern zum Einsatz.
Darüber hinaus beinhaltet, wie in 1 gezeigt ist, die Phasenerfassungsschaltung W einen Messoptikdetektor 28, einen Bezugsoptikdetektor 38, Verstärker 29 und 39 zum Verstärken von Signalen des Messsystems und des Bezugssystems, einen Phasendetektor 4 und eine Abschirmplatte 8. Der Messoptikdetektor 28 ist ein fotoelektrisches Wandlungselement, das Messinterferenzlicht Ps aus der Ermittlung durch das heterodyne Interferometer 20 empfängt und ein Intensitätssignal Sig1 oder Sig2 des Messinterferenzlichtes Ps ausgibt. Das Intensitätssignal Sig1 ist ein Signal, das an der A-Oberfläche des Werkstückes 1 ermittelt wird. Das Intensitätssignal Sig2 ist ein Signal, das in der B-Oberfläche des Werkstückes 1 ermittelt wird. Nachstehend werden die Intensitätssignale Sig1 und Sig2 als Messpulssignale Sig1 und Sig2 bezeichnet. Darüber hinaus ist der Bezugsoptikdetektor 38 ein fotoelektrisches Wandlungselement, das das Bezugsinterferenzlicht Pr empfängt, das von dem Bezugsinterferometer 30 ermittelt wird, und ein Intensitätssignal Ref1 oder Ref2 des Bezugsinterferenzlichtes Pr ausgibt. Das Intensitätssignal Ref1 ist ein Signal, das an der A-Oberfläche des Werkstückes 1 ermittelt wird. Die Signalintensität Ref2 ist ein Signal, das an der B-Oberfläche des Werkstückes 1 ermittelt wird. Nachstehend werden die Intensitätssignale Ref1 und Ref2 Bezugspulssignale Ref1 und Ref2 genannt.
Der Phasendetektor 4 ist eine elektronische Komponente, die eine Phasenerfassung für die beiden Pulssignale ausführt, die das Messpulssignal Sig1 oder Sig2, das das Ausgabesignal des Messoptikdetektors 28 ist, und das Bezugspulssignal Ref1 und Ref2, das das Ausgabesignal des Bezugsoptikdetektors 38 ist, enthalten, und die eine Phasendifferenz ΔΦ1 oder ΔΦ2 der beiden Pulssignale erfasst. Insbesondere erfasst der Phasendetektor 4 in der A-Oberflächenphasenerfassungsschaltung aW die Phasendifferenz ΔΦ1 zwischen dem Messpulssignal Sig1 und dem Bezugspulssignal Ref1. Darüber hinaus erfasst der Phasendetektor 4 in der B-Oberflächenphasenerfassungsschaltung bW die Phasendifferenz ΔΦ2 zwischen dem Messpulssignal Sig2 und dem Bezugspulssignal Ref2. Eine Differenz (ΔΦ1 – ΔΦ2) zwischen der Phasendifferenz der beiden Pulssignale, die an dem Vorderende des Werkstückes 1 ermittelt werden, und der Phasendifferenz der beiden Pulssignale, die an dem Hinterende. des Werkstückes 1 ermittelt werden, ist ein Messwert zur Angabe einer Dicke des Werkstückes 1. Darüber hinaus führen die beiden Phasendetektoren 4 an der A-Oberfläche und B-Oberfläche gleichzeitig die Phasenerfassung der beiden Pulssignale an dem Vorderende und die Phasenerfassung der beiden Pulssignale an dem Hinterende in Synchronisation mit einem Synchronisierungssignal aus, das von dem Computer 6 ausgegeben wird. Entsprechend gibt die Differenz (ΔΦ1 – ΔΦ2) zwischen der Phasendifferenz der beiden Pulssignale an dem Vorderende und der Phasendifferenz der beiden Pulssignale an dem Hinterende die Dicke des Werkstückes 1 ohne Beeinträchtigung durch eine Schwingung des Werkstückes 1 an. Der Phasendetektor 4 kann beispielsweise einen Lock-in-Verstärker oder dergleichen verwenden. Der Phasendetektor 4 ist ein Beispiel für ein Phaseninformationserfassungsmittel.
Die Abschirmplatte 8 ist eine Metallplatte, die zwischen einem Signalübertragungsweg von dem Messoptikdetektor 28 zu dem Phasendetektor 4 und einem Signalübertragungsweg von dem Bezugsoptikdetektor 38 zu dem Phasendetektor 4 angeordnet ist. Sind der Messoptikdetektor 28, der Bezugsoptikdetektor 38 und der Phasendetektor 4 nahe aneinander angeordnet, damit die Einrichtung kompakt ist, so interferiert externe Strahlung aus elektromagnetischen Wellen, die aus dem einen Pulssignalübertragungsweg erzeugt wird, als Rauschen mit dem anderen Pulssignal und verschlechtert die Messgenauigkeit. Zur Bereitstellung einer Profilmessgenauigkeit in der Größenordnung von Subnanometern soll die Rauschkomponente der wechselseitigen Interferenz infolge der externen Strahlung weniger als 0,5% der Signalkomponente aufweisen. Das Vorhandensein der Abschirmplatte 8 kann verhindern, dass die Messgenauigkeit infolge der externen Strahlung verschlechtert wird. Zudem ist zur Unterdrückung der wechselseitigen Interferenz infolge der externen Strahlung das Intervall zwischen den beiden Pulssignalübertragungswegen wünschenswerterweise etwa 20 mm oder größer.
Zudem führt der Computer 6 eine Dickenberechnungsverarbeitung aus, die einen Messwert der Dicke des Werkstückes 1 entsprechend der Differenz (ΔΦ1 – ΔΦ2) zwischen der Phasendifferenz, die zwischen den beiden Pulssignalen ist, die an dem Vorderende des Werkstückes 1 ermittelt werden, und der Phasendifferenz, die zwischen den beiden Pulssignalen ist, die an dem Hinterende ermittelt werden, berechnet. insbesondere setzt der Computer 6 die Phasendifferenz ΔΦ1 der beiden Pulssignale an dem Vorderende und ΔΦ2 der beiden Pulssignale an dem Hinterende in den Ausdruck F1 ein und berechnet hieraus einen Messwert Ds für die Dicke des Werkstückes 1. Ds = (ΔΦ1 – ΔΦ2) × (λ/2)/(2π) (F1)
In Ausdruck F1 ist λ eine Wellenlänge des Messlichtes P1. Zudem ist der Ausdruck F1 ein Ausdruck auf Grundlage einer Näherung, bei der die Wellenlänge des Messlichtes P2 gleichwertig zur Wellenlänge des Messlichtes P1 ist. Des Weiteren ist der Ausdruck F1 ein Ausdruck, bei dem die Beziehung dahingehend, wie das Objektlicht und das Bezugslicht den beiden Messlichtern P1 und P2 in der Messoptikeinheit Z an der A-Oberfläche zugeordnet werden, gleich einer Beziehung in der Messoptikeinheit Z an der B-Oberfläche ist, das heißt, wenn die Beziehung zwischen der Frequenz des Objektlichtes und der Frequenz des Bezugslichtes an der A-Oberfläche die gleiche wie die Beziehung an der B-Oberfläche ist. Wenn demgegenüber die Bedingung dahingehend, wie das Objektlicht und das Bezugslicht den beiden Messlichtern P1 und P2 in der Messoptikeinheit Z an der A-Oberfläche zugeordnet werden, das Umgekehrte der Beziehung in der Messoptikeinheit Z an der B-Oberfläche ist, das heißt, wenn die Beziehung zwischen der Frequenz des Objektlichtes und der Frequenz des Bezugslichtes an der A-Oberfläche das Umgekehrte der Beziehung an der B-Oberfläche ist, wird der Berechnungsausdruck für den Messwert Ds der Dicke des Werkstückes 1 zum nachfolgenden Ausdruck F2. Ds = (ΔΦ1 + ΔΦ2) × (λ/2)/(2π) (F2)
Nachstehend wird ein spezifisches Beispiel für die Struktur der Messoptikeinheit Z unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist ein Schemaaufbaudiagramm eines Beispieles für die Messoptikeinheit Z. 2(A) ist eine Seitenansicht der Messoptikeinheit Z. 2(B) ist eine Seitenansicht des Optiksystemhalters 70 bei einer Betrachtung in einer Richtung, die von einer Ansichtsrichtung der Seitenansicht (A) um 90° verschieden ist. In 2 bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie in 1 dieselben Komponenten. Die jeweiligen Optikelemente, die in der Messoptikeinheit enthalten sind, werden von dem vorbestimmten Optiksystemhalter 70 an jedem von dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes 1 gehalten. Nachstehend werden die Vorrichtungen, die in der Messoptikeinheit enthalten sind, das heißt die Vorrichtungen, die die Optikfaserverbindungsanschlüsse 12, 26 und 36, den Strahlteiler 13, die Akustooptikelemente 15 und 16, das heterodyne Interferometer 20 und des Bezugsinterferometer 30 wie auch die Sammellinse 23 bilden, kollektiv als Messoptiksystem bezeichnet. Der Optiksystemhalter 70 ist ein starrer Körper mit einem plattenartigen Halteabschnitt 71, der das Messoptiksystem auf geteilte Weise an jedem von dem Vorderende und Hinterende teilweise oder vollständig hält. Der plattenartige Halteabschnitt 71 verfügt über Durchgangslöcher 71h, die ermöglichen, dass Lichtstrahlen, die sich in dem Messoptiksystem ausbreiten, durch sie hindurchtreten. Der plattenartige Halteabschnitt 71 verfügt beispielsweise nicht über eine Sammellinse 23, sondern hält die übrigen Optikelemente innerhalb des Messoptiksystems.
Wie in 2 gezeigt ist, hält der Optiksystemhalter 70 auf dreidimensionale Weise das Messoptiksystem mit einer Erstreckung über beide Seiten des plattenartigen Halteabschnittes 71. Entsprechend kann der plattenartige Halteabschnitt 71, der das Messoptiksystem hält, der Größe nach verringert werden. Auch dann, wenn der kleine plattenartige Halteabschnitt 71 ein vergleichsweise dünnes und leichtes Element einsetzt, kann eine ausreichende Starrheit erreicht werden. Daher kann der Optiksystemhalter 70, der klein ist und eine sehr einfache Struktur aufweist, verhindern, dass die Phasen der beiden Typen von Messlichtern P1 und P2 aufgrund einer Verformung (Verbiegung) des plattenartigen Halteabschnittes 71 verschoben werden. So weist der Optiksystemhalter 70 beispielsweise Abmessungen von etwa 150 × 90 × 100 mm auf und kann das Messoptiksystem integral halten. Man beachte, dass 2(A) kein Stützelement zeigt, das das Messoptiksystem in Bezug auf den plattenartigen Halteabschnitt 71 befestigt.
Der plattenartige Halteabschnitt 71 ist ein Element, das derart verstärkt ist, dass Kantenabschnitte des Halteabschnittes 71 an anderen Elementen befestigt sind. In dem in 2 gezeigten Beispiel ist der plattenartige Halteabschnitt 71 eine rechteckiges Plattenelement, wobei drei Kantenabschnitte derart verstärkt sind, dass die drei Kantenabschnitte an drei Verstärkungsplatten 72 und 74 befestigt sind, die in einer Biegeform gekoppelt sind. Zudem weist bei dem in 2 gezeigten Beispiel die Verstärkungsplatte 74 zudem ein Durchgangsloch 74 mit einer Erstreckung hin zu dem Werkstück 1 auf. Das Durchgangsloch 74h ist ein optischer Weg für das Messlicht P1. Zudem hält die Verstärkungsplatte 74 die Sammellinse 23. Der Optiksystemhalter 70 ist beispielsweise ein Metallelement, das aus rostfreiem Stahl, Eisen, Aluminium oder dergleichen gefertigt ist.
Nachstehend wird ein Mechanismus zum Abtasten einer Oberfläche des Werkstückes 1 mittels der Profilmesseinrichtung X unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Wie in 3 gezeigt ist, beinhaltet die Profilmesseinrichtung X eine Bewegungsstützvorrichtung 40, die das Werkstück 1 beweglich stützt. Die Profilmesseinrichtung X kann die Dicke eines spezifischen Abschnittes des Werkstückes 1 mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit ohne Beeinträchtigung durch eine Schwingung des Werkstückes 1 messen. Die Profilmesseinrichtung X beinhaltet die Bewegungsstützvorrichtung 40, die das Werkstück 1 in einem Mittelabschnitt und einem Endabschnitt des Werkstückes 1 stützt, und führt ein Abtasten mit dem Objektlicht für das Werkstück 1 aus, während eine Bewegung des Werkstückes 1 in einer Ebene orthogonal zur Dickenrichtung des Werkstückes 1 (in einer Ebene parallel zu den vorderen und hinteren Oberflächen des Werkstückes 1) erfolgt.
Die Bewegungsstützvorrichtung 40, die in 3 gezeigt ist, stützt das scheibenartige Werkstück 1, so beispielsweise einen Halbleiterwafer, an drei Punkten an dem Kantenabschnitt durch Stützabschnitte 44, die an drei Positionen am Umfang angeordnet sind. Die drei Stützabschnitte 44 sind mit einer Drehwelle 41 gekoppelt, die sich hin zur Mitte des Umfanges erstreckt. Darüber hinaus wird die Stützwelle 41 drehtechnisch von einem Drehantrieb 42, so beispielsweise einem Servomotor, angetrieben. Entsprechend wird das Werkstück 1 derart gedreht, dass der Mittelabschnitt des Werkstückes 1 als Drehmitte dient. Darüber hinaus bewegt ein Linearbewegungsmechanismus 43 die Stützwelle 41 linear und die Drehwelle 42 in einer Richtung parallel zu den vorderen und hinteren Oberflächen des Werkstückes 1 (in der Richtung orthogonal zur Dickenrichtung) innerhalb eines vorbestimmten Bewegungsbereiches. Dies bedeutet, dass der Linearbewegungsmechanismus 43 das Werkstück 1 entlang einer Radialrichtung des Werkstückes 1 bewegt. Zudem stützt die Bewegungsstützvorrichtung 40, die die Stützwelle 41, die Drehwelle 42 und den Linearbewegungsmechanismus 43 beinhaltet, das Werkstück 1 zwischen der Bestrahlungsposition des Messlichtes P1 durch das heterodyne Interferometer 20 an der A-Oberfläche und der Bestrahlungsposition des Messlichtes P1 durch das heterodyne Interferometer 20 an der B-Oberfläche.
Unter Ausnutzung der Drehung des Werkstückes 1 durch den Drehantrieb 42 und der Bewegung des Werkstückes 1 in einer linearen Richtung durch den Linearbewegungsmechanismus 43 wird die Dickenmessung durch die Profilmesseinrichtung X ausgeführt, während die Positionen der Messabschnitte 1a und 1b an dem Werkstück 1 nacheinander geändert werden. So ermittelt der Computer 6 beispielsweise Daten der Phasendifferenzen ΔΦ1 und ΔΦ2 an der A-Oberfläche und B-Oberfläche von den Phasendetektoren 4, während sich das Werkstück 1 kontinuierlich dreht und sich mit konstanter Geschwindigkeit linear bewegt, und zwar in einem konstanten Intervall oder auch jedes Mal, wenn die Position der Messpunkte 1a und 1b eine vorbestimmte Position erreicht. Des Weiteren setzt der Computer 6 die beiden Phasendifferenzen ΔΦ1 und ΔΦ2 in den Ausdruck F1 ein und berechnet so die Dicke Ds des Werkstückes 1.
4 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Verteilung der Messabschnitte 1a und 1b an dem Werkstück 1 zeigt. Wird die Phasenerfassung des Interferenzlichtes nacheinander durchgeführt, während sich das Werkstück 1 dreht und linear bewegt, wie in 4 gezeigt ist, so wird die Position der Messabschnitte 1a und 1b nacheinander entlang einer spiralförmigen Linie (einer wellenartigen Linie) an den Oberflächen des Werkstückes 1 geändert. Sodann wird die Dickenmessung nacheinander durchgeführt, während die Bewegungsstützvorrichtung 40 den Halteabschnitt des Werkstückes 1 zweidimensional bewegt, und es werden die Messdaten in einem vorbestimmten Speicherabschnitt gespeichert. Entsprechend können die Dickenverteilungsdaten des Werkstückes 1 ermittelt werden. Ist die Dicke des plattenartigen Werkstückes 1 klein, so schwingt, wenn das Werkstück 1 teilweise gestützt ist, wie in 3 gezeigt ist, das Werkstück 1 in der Dickenrichtung durch eine Schwingung infolge eines geringen Luftdruckes oder einer Schwingung des Bodens. Sogar wenn das Werkstück 1 schwingt, kann die Profilmesseinrichtung X jedoch die Dickenverteilung des Werkstückes 1 mit hoher Genauigkeit ohne Beeinträchtigung durch die Schwingung messen. Der Mechanismus zur Positionierung des Werkstückes 1 in einer Ebene parallel zu den Oberflächen des Werkstückes 1 muss nicht der in 3 gezeigte Mechanismus sein, sondern kann ein Mechanismus sein, der den Stützabschnitt des Werkstückes 1 entlang zweier sich wechselseitig schneidender Linien bewegt, so beispielsweise ein K-Y-Plotter.
5 ist ein Graph, der ein Beispiel für eine Änderung der Zeitreihe eines Messwertes einer herkömmlichen Profilmesseinrichtung zeigt. 6 ist ein Graph, bei dem ein Beispiel für eine Änderung der Zeitreihe eines Messwertes bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung X zeigt. Hierbei nimmt die herkömmliche Profilmesseinrichtung eine Dickenmessung des Werkstückes 1 mittels Übertragen der beiden Messlichter P1 und P2 mit geringfügig verschiedenen Frequenzen von der Position der Lichtquelle zu den Positionen des Bezugsinterferometers 30 und des heterodynen Interferometers 20 an jeder von der A-Oberfläche und B-Oberfläche unter Verwendung von Optikfasern vor. In der herkömmlichen Profilmesseinrichtung und der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung X werden die Optikfasern, die die beiden Messlichter P1 und P2 oder die zerlegten Lichter der Lichtquelle P0 von der Position der Lichtquelle zu beiden Oberflächen des Werkstückes 1 übertragen, nicht im Sinne einer Schwingungssteuerung behandelt.
Wie in 5 gezeigt ist, stellt die herkömmliche Profilmesseinrichtung einen Dickenmesswert bereit, der aufgrund eines Rauschens, so beispielsweise einer Schwingung der Übertragungswege der beiden Messlichter P1 und P2, stark variiert. Demgegenüber stellt die vorbeschriebene Profilmesseinrichtung X einen stabilen Dickenmesswert bereit, obwohl eine Gegenmaßnahme für eine Signalsteuerung insbesondere für die Optikfasern a10 oder b10 nicht vorgesehen ist. Entsprechend kann bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung X die Dicke des Werkstückes 1 auf einfache Weise mit hoher Genauigkeit ohne Beeinträchtigung durch eine Schwingung des Werkstückes 1 oder die Schwingung des Übertragungsmediums für die zerlegten Lichter der Lichtquelle P0 von der Einzelwellenlängenlaserlichtquelle 2 zu der Messoptikeinheit Z gemessen werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Die Profilmesseinrichtung X entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel misst die Dicke des Werkstückes 1 mit hoher Genauigkeit. Eine Profilmesseinrichtung S entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel misst eine Dicke und ein Oberflächenprofil eines Werkstückes 1 mit hoher Genauigkeit. Zunächst wird die Notwendigkeit einer hochgenauen Messung des Oberflächenprofils beschrieben.
In den vergangenen Jahren hat die Dichte von Elementen in einer integrierten Schaltung zugenommen. Eine Prozessregel, die eine Prozessbedingung bei der Herstellung derartiger integrierter Schaltungen auf einem Halbleiterwafer darstellt, ist im Allgemeinen durch eine Minimalverarbeitungsabmessung einer Linienbreite oder eines Spaltes der Gate-Verdrahtung bestimmt. Wird die Prozessregel halbiert, so vervierfacht sich theoretisch die Anzahl von Transistoren und Drähten auf derselben Fläche, weshalb dann, wenn die Anzahl der Transistoren nicht verändert wird, die belegte Fläche nur mehr ein Viertel ist. Infolgedessen vervierfacht sich auch die Anzahl von Chips, die aus einem einzelnen Halbleiterwafer hergestellt werden kann, und es wird der Ertrag verbessert. Chips können in einer noch größeres Anzahl hergestellt werden. Im Jahr 2007 hat die Minimalverarbeitungsabmessung 45 nm in der vorderen Leitung (front line) bei der Herstellung von integrierten Schaltungen mit hoher Dichte erreicht.
Entsprechend der Prozessregel in einer Größenordnung von Submikrometern (1 μm oder weniger) muss der Halbleiterwafer eine hohe Flachheit aufweisen, und das Oberflächenprofil des Halbleiterwafers (eine Änderung der Höhe einer Oberfläche) kann nicht vernachlässigt werden. Als Folge dessen sind Profilmesseinrichtungen beschrieben worden, die Oberflächenprofile eines Halbleiterwafers mit hoher Genauigkeit beispielsweise in der Größenordnung von Subnanometern (1 nm oder weniger) messen. Zudem ist eine Vorrichtung, die ein Oberflächenprofil eines Werkstückes durch optische heterodyne Interferometrie misst, als derartige Profilmesseinrichtung bekannt. Die optische heterodyne Interferometrie bewirkt, dass zwei Laserlichter mit verschiedenen Frequenzen miteinander interferieren, erzeugt ein Pulssignal mit einer Differenzfrequenz der beiden Laserlichter und erfasst eine Phasenänderung des erzeugten Pulssignals. Die Phasenänderung des Pulssignals entspricht einer Differenz zwischen optischen Weglängen der beiden Laserlichter. Die Profilmesseinrichtung, bei der die optische heterodyne Interferometrie Verwendung findet, ist beispielsweise in der vorgenannten Druckschrift PTL 2 offenbart.
Die in der PTL 2 offenbarte Profilmesseinrichtung kann das Oberflächenprofil einer Oberfläche theoretisch messen; gleichwohl entspricht das Messergebnis Oberflächenprofildaten, die die Schwingung des Halbleiterwafers enthalten. Das Oberflächenprofil der genauen Oberfläche kann daher nicht in der Größenordnung von Nanometern gemessen werden.
Insbesondere da ein Kantenabschnitt eines Halbleiterwafers ein Kanten-Roll-Off genanntes Profil aufweist, ist die Flachheit des Oberflächenprofils (Dickenverteilung und Oberflächenprofil) an dem Kantenabschnitt im Allgemeinen niedriger als diejenige an einem mittleren Abschnitt. Um den Bereich, in dem Chips hergestellt werden können, hin zu einem äußeren Kantenabschnitt des Halbleiterwafers zu erweitern, ist es wichtig, den Kanten-Roll-Off zu bewerten. Zur Bewertung des Kanten-Roll-Off ist wünschenswerterweise das Oberflächenprofil des Halbleiterwafers mit noch höherer Genauigkeit zu messen.
Die Profilmesseinrichtung S entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Einrichtung, die für diese Gegebenheiten entwickelt worden ist, und stellt eine Einrichtung dar, die ein Oberflächenprofil eines Werkstückes (Messobjektes) mit noch höherer Genauigkeit messen kann.
Die Profilmesseinrichtung X entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Lichtquelleneinheit zum Erzeugen eines Messlichtes; eine Optikzerlegevorrichtung zum Zerlegen des Messlichtes aus der Erzeugung durch die Lichtquelleneinheit in ein der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht und ein der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht; eine der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit zum weiteren Zerlegen des der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes, das durch die Optikzerlegevorrichtung zerlegt wird, in ein erstes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht und ein zweites der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht, zum Erzeugen eines bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes, das durch optische heterodyne Interferenz ermittelt wird, indem bewirkt wird, dass ein bestrahlungsnachgelagertes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht, das in dem zerlegten ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und eine Oberfläche eines Messobjektes bestrahlt und von dieser reflektiert wird, mit dem zerlegten zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert, und zum Erzeugen eines bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes, das durch optische heterodyne Interferenz ermittelt wird, indem bewirkt wird, dass ein bestrahlungsvorgelagertes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht, das in dem zerlegten ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und zunächst die eine Oberfläche des Messobjektes bestrahlt, mit dem zerlegten zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert; eine der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit zum weiteren Zerlegen des der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes, das durch die Optikzerlegevorrichtung zerlegt wird, in ein erstes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht und ein zweites der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht, zum Erzeugen eines bestrahlungsnachgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes, das durch optische heterodyne Interferenz ermittelt wird, indem bewirkt wird, dass ein bestrahlungsvorgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht, das in dem zerlegten ersten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und die andere Oberfläche des Messobjektes bestrahlt und von dieser reflektiert wird, mit dem zerlegten zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert, und zum Erzeugen eines bestrahlungsvorgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes, das durch optische heterodyne Interferenz ermittelt wird, indem bewirkt wird, dass ein bestrahlungsvorgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Licht, das in dem zerlegten ersten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und zunächst die andere Oberfläche des Messobjektes bestrahlt, mit dem zerlegten zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert; eine Arithmetikeinheit zum Ermitteln einer Dicke des Messobjektes auf Grundlage einer Phasendifferenz zwischen einer der einen Oberfläche zugedachten Phase, die ermittelt wird, indem Phasen des bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes aus der Erzeugung durch die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit erfasst werden, und einer der anderen Oberfläche zugedachten Phase, die ermittelt wird, indem Phasen des bestrahlungsvorgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes aus der Erzeugung durch die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit erfasst werden; eine der einen Oberfläche zugedachte Optikführungseinheit zum Führen des der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes zu der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit; und ein der anderen Oberfläche zugedachtes Optikführungsmittel zum Führen des der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes zu der der anderen Oberfläche zugedachten Messeinheit. Zur Durchführung der optischen heterodynen Interferenz beinhaltet die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit einen der einen Oberfläche zugedachten Optikmodulator zum Modulieren von Frequenzen der ersten und zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichter. Zur Durchführung der optischen heterodynen Interferenz beinhaltet die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit einen der anderen Oberfläche zugedachten Optikmodulator zum Modulieren von Frequenzen der ersten und zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlichter. Ein Messoptiksystem der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit wird integral gehalten. Ein Messoptiksystem der der anderen Oberfläche zugedachten Messeinheit wird integral gehalten.
Die Profilmesseinrichtung S entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Lichtquelleneinheit zum Erzeugen eines Messlichtes; eine Optikzerlegevorrichtung zum Zerlegen des Messlichtes aus der Erzeugung durch die Lichtquelleneinheit in ein der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht und ein der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht; eine der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit zum weiteren Zerlegen des der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes, das durch die Optikzerlegevorrichtung zerlegt wird, in ein erstes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht und ein zweites der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht, zum Erzeugen eines bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes, das durch optische heterodyne Interferenz ermittelt wird, indem bewirkt wird, dass ein bestrahlungsnachgelagertes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht, das in dem zerlegten ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und die eine Oberfläche eines Messobjektes bestrahlt und von dieser reflektiert wird, mit dem zerlegten zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert, und zum Erzeugen eines bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes, das durch optische heterodyne Interferenz ermittelt wird, indem bewirkt wird, dass ein bestrahlungsvorgelagertes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht, das in dem zerlegten ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und zunächst die eine Oberfläche des Messobjektes bestrahlt, mit dem zerlegten zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert; eine der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit zum weiteren Zerlegen des der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes, das durch die Optikzerlegevorrichtung zerlegt wird, in ein erstes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht und ein zweites der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht, zum Erzeugen eines bestrahlungsnachgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes, das durch optische heterodyne Interferenz ermittelt wird, indem bewirkt wird, dass ein bestrahlungsnachgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht, das in dem zerlegten ersten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und die andere Oberfläche des Messobjektes bestrahlt und von dieser reflektiert wird, mit dem zerlegten zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert, und zum Erzeugen eines bestrahlungsvorgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes, das durch optische heterodyne Interferenz ermittelt wird, indem bewirkt wird, dass ein bestrahlungsvorgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht, das in dem zerlegten ersten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und zunächst die andere Oberfläche des Messobjektes zunächst bestrahlt, mit dem zerlegten zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert; und eine Arithmetikeinheit zum Ermitteln einer Dicke des Messobjektes auf Grundlage einer Phasendifferenz zwischen einer der einen Oberfläche zugedachtes Phase, die ermittelt wird, indem Phasen des bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes aus der Erzeugung durch die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit erfasst werden, und einer der anderen Oberfläche zugedachten Phase, die ermittelt wird, indem Phasen des bestrahlungsvorgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Lichtes aus der Erzeugung durch die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit erfasst werden. Zur Erzeugung einer Mehrzahl der bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichter ermittelt die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit eine Mehrzahl von bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern, indem bewirkt wird, dass das erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht eine Mehrzahl von Positionen an der einen Oberfläche des Messobjektes bestrahlt und reflektiert wird. Die Arithmetikeinheit ermittelt ein Oberflächenprofil des Messobjektes an jeder aus der Mehrzahl von Positionen, indem ein Abstand von einer vorbestimmten Bezugsebene zu der einen Oberfläche des Messobjektes auf Grundlage einer der einen Oberfläche zugedachten Phase, die ermittelt wird, indem Phasen des bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes aus der Erzeugung durch die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit an jeder aus der Mehrzahl von Positionen erfasst werden, ermittelt wird.
Die Profilmesseinrichtung S entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel ist insbesondere eine Vorrichtung entsprechend der nachstehenden Beschreibung.
7 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Aufbaus der Profilmesseinrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Profilmesseinrichtung S entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Einrichtung, die ein Oberflächenprofil eines dünnen plattenartigen Werkstückes (Messobjekt) 1, so beispielsweise eines Halbleiterwafers, in der Größenordnung von Nanometern oder Subnanometern (Auflösung mit 1 nm oder weniger in Dickenrichtung) durch optische heterodyne Interferometrie misst. Wie in 7 gezeigt ist, beinhaltet die Profilmesseinrichtung S beispielsweise eine Lichtquelleneinheit 101, eine der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 (102A, 102B), eine der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103, einen Schlitten 104, eine der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105 (105A, 105B), eine der anderen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 106, eine Arithmetiksteuereinheit 107, eine Eingabeeinheit 8 und eine Ausgabeeinheit 9. Die Profilmesseinrichtung S misst das Oberflächenprofil des Werkstückes 1, während das Werkstück 1 in der horizontalen Richtung durch den Schlitten 104 bewegt wird.
Obwohl nachstehend die jeweiligen Abschnitte der Profilmesseinrichtung S beschrieben werden, werden Optikteile (Optikelemente), die in den jeweiligen Abschnitten häufig verwendet werden, zunächst kollektiv beschrieben.
Eine Optikzerlegevorrichtung (Nichtpolarisationsstrahlteiler) ist ein Optikteil, das ein einfallendes Licht in zwei Lichter hinsichtlich der optischen Leistung teilt und die Lichter emittiert. Verwenden kann die Optikzerlegevorrichtung beispielsweise einen Optikteiler in Mikrooptikelementform und einen Koppler, so beispielsweise einen Halbspiegel (einen halbtransparenten Spiegel); einen Optikteiler in Optikfaserform und einen Koppler aus fusionierten Fasern; oder einen Optikteiler in Optikwellenlängenform und einen Koppler. Werden ein Eingabeanschluss und ein Ausgabeanschluss der Optikzerlegevorrichtung geschaltet (umgedreht) und verwendet, so arbeitet die Optikzerlegevorrichtung im Allgemeinen als Optikkoppeleinheit zum koppeln von zwei einfallenden Lichtern und Emittieren des gekoppelten Lichtes. Wird ein Halbspiegel als Optikzerlegevorrichtung verwendet, so läuft ein verteiltes Licht im Allgemeinen durch den Halbspiegel und wird in derselben Richtung emittiert, während das andere verteilte Licht von dem Halbspiegel reflektiert und in einer Richtung senkrecht zu (in einer Richtung orthogonal zu) jener Richtung emittiert wird.
Ein Polarisationsstrahlteiler ist ein Optikteil zum Extrahieren eines S-polarisierten Lichtes und eines P-polarisierten Lichtes, die orthogonal zueinander sind, aus einem einfallenden Licht. im Allgemeinen wird ein extrahiertes Licht (S-polarisiertes Licht oder P-polarisiertes Licht) in derselben Richtung emittiert, während des andere extrahierte Licht (P-polarisiertes Licht oder S-polarisiertes Licht) in einer Richtung senkrecht zu (in einer Richtung orthogonal zu) jener Richtung emittiert wird.
Ein Polarisator ist ein Optikteil zum Extrahieren eines linearen polarisierten Lichtes mit einer vorbestimmten Polarisationsebene aus einem einfallenden Licht und zum Emittieren des extrahierten Lichtes. Der Polarisator ist beispielsweise ein Polarisationsfilter.
Eine Wellenplatte (Phasenplatte) ist ein Optikteil zum Emittieren eines Lichtes bei Vorhandensein einer vorbestimmten Phasendifferenz (das heißt einer optischen Wegdifferenz) zwischen zwei Polarisationskomponenten eines einfallenden Lichtes. Die Wellenplatte ist beispielsweise eine 1/4-Wellenplatte oder eine 1/2-Wellenplatte, was eine optische Wegdifferenz von λ/2 zwischen zwei Polarisationskomponenten eines einfallenden Lichtes ergibt. Ist d die Dicke einer Kristallplatte, so beispielsweise einer doppelbrechenden weißen Mica-Platte, die die Wellenplatte bildet, sind n1 und n2 Brechungsindizes der Kristallplatte für zwei Polarisationskomponenten und ist λ die Wellenlänge eines einfallenden Lichtes, so liefert diese Wellenplatte eine Phasendifferenz von (2π/λ)(n1 – n2)d.
Ein Reflexionsspiegel (Spiegel) ist ein Optikteil zum Ändern einer Lichtlaufrichtung durch Reflektieren eines einfallenden Lichtes mit einer vorbestimmten Reflexivität unter einem Reflexionswinkel entsprechend einem Einfallswinkel. Der Reflexionsspiegel wird beispielsweise durch Dampfaufbringung eines dünnen Metallfilmes oder eines dielektrischen mehrschichtigen Filmes auf eine Oberfläche eines Glaselementes gebildet. Der Reflexionsspiegel ist vorzugsweise ein Totalreflexionsspiegel, der ein Licht totalreflektiert, um Lichtverluste zu verringern.
Ein Eingabeanschluss ist ein Anschluss, der ermöglicht, dass Licht auf ein Optikteil einfällt. Ein Ausgabeanschluss ist demgegenüber ein Anschluss, der erlaubt, dass Licht von einem Optikteil emittiert wird. Lichtführungselemente, die an einem Optikteil ausgebildet sind, so beispielsweise ein Spiegel oder eine Linse, können zur Verbindung zwischen jeweiligen Teilen verwendet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden, wie nachstehend noch beschrieben wird, Optikfasern, so beispielsweise polarisationserhaltende Optikfasern oder Multimodenoptikfasern für die Verbindung zwischen den jeweiligen Teilen verwendet. Daher verwenden der Eingabeanschluss und der Ausgabeanschluss Verbinder zum Verbinden der Optikfasern.
Die jeweiligen Abschnitte der Profilmesseinrichtung S werden nachstehend beschrieben. Zunächst wird die Lichtquelleneinheit 101 wird beschrieben. 8 ist eine Darstellung, die einen Aufbau der Lichtquelleneinheit in der Profilmesseinrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Die Lichtquelleneinheit 101 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Messlichtes, das ein vorbestimmtes kohärentes Licht ist, zum Messen des Oberflächenprofils des Werkstückes 1 durch optische heterodyne Interferometrie. Das Messlicht ist ein Einzelwellenlängenlaserlicht einer vorbestimmten Wellenlänge λ (Frequenz ω) und ist zudem ein polarisiertes Licht mit einer vorbestimmten Polarisationsebene. Das Messlicht beinhaltet ein der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht (A-Messlicht) und ein der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht (B-Messlicht) zum Messen des Messobjektes von beiden Oberflächen aus durch optische heterodyne Interferometrie. Wie in 8 gezeigt ist, beinhaltet die Lichtquelleneinheit 101 beispielsweise eine Einzelwellenlängenlaserlichtquelle 101a, einen Optikisolator 101b, eine Optikzerlegevorrichtung 101c, einen Polarisator 101d und 101f sowie Ausgabeanschlüsse 101e und 101g.
Die Einzelwellenlängenlaserlichtquelle 101a ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Einzelwellenlängenlaserlichtes mit einer vorbestimmten Wellenlänge λ0 (Frequenz ω0) und kann beliebige Typen von Laservorrichtungen einsetzen. So wird beispielsweise eine Helium-Neon-Laservorrichtung (He-Ne-Laservorrichtung), die ein Laserlicht mit einer Wellenlänge von etwa 632,8 nm mit einer vorbestimmten optischen Leistung ausgeben kann, verwendet. Die Einzelwellenlängenlaserlichtquelle 101a ist vorzugsweise eine frequenzstabilisierende Laservorrichtung, die beispielsweise einen Wellenlängenverriegler enthält. Der Optikisolator 101b ist ein Optikteil zum Übertragen eines Lichtes nur in einer einzigen Richtung von dem Eingabeanschluss zu dem Ausgabeanschluss. Der Optikisolator 101b verhindert, dass ein reflektiertes Licht (zurückgeworfenes Licht), das an einem Verbindungsabschnitt oder dergleichen der jeweiligen Optikteile (Optikelemente) in der Profilmesseinrichtung S erzeugt wird, auf die Einzelwellenlängenlaserlichtquelle 101a einfällt, um die Laseroszillation der Einzelwellenlängenlaserlichtquelle 101a zu stabilisieren.
Bei einer derartigen Lichtquelleneinheit 101 fällt das Laserlicht, das von der Einzelwellenlängenlaserlichtquelle 101a emittiert wird, auf die Optikzerlegevorrichtung 101c durch den Optikisolator 101b und wird in zwei erste und zweite Laserlichter zerteilt. Das erste Laserlicht fällt auf den Polarisator 101d ein, wird zu einem der einen Oberfläche zugedachten Messlicht des Laserlichtes mit einer vorbestimmten Polarisationsebene und wird von dem Ausgabeanschluss 101e emittiert. Das der einen Oberfläche zugedachte Messlicht fällt auf die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102. Demgegenüber fällt das zweite Laserlicht auf den Polarisator 101f, wird zu einem der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht des Laserlichtes mit einer vorbestimmten Polarisationsebene und wird von dem Ausgabeanschluss 101g emittiert. Das der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht fällt auf die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103.
Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird eine Oberfläche (in dem in 7 gezeigten Beispiel eine oberseitige Oberfläche (obere Oberfläche)) des Werkstückes 1 als „A-Oberfläche” bezeichnet, während die andere Oberfläche (in dem in 7 gezeigten Beispiel eine unterseitige Oberfläche (untere Oberfläche)) als „B-Oberfläche” bezeichnet wird.
Beide Oberflächen (die A- und B-Oberflächen) stehen zueinander in einer Vorderende-Hinterende-Beziehung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das der einen Oberfläche zugedachte Messlicht zum Messen eines Oberflächenprofils der A-Oberfläche des Werkstückes 1 durch optische heterodyne Interferometrie verwendet, während das der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht zum Messen eines Oberflächenprofils der B-Oberfläche des Werkstückes 1 durch optische heterodyne Interferometrie verwendet wird.
Zur Verbindung zwischen der Lichtquelleneinheit 101 und der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102 sowie zur Verbindung zwischen der Lichtquelleneinheit 101 und der der anderen Oberfläche zugedachten Messeinheit 103 werden bei diesem Ausführungsbeispiel polarisationserhaltende Optikfasern verwendet, die Licht leiten, während die Polarisationsebenen der Lichter erhalten bleiben, um auf einfache Weise eine optische Weglänge zwischen der Lichtquelleneinheit 101 und der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102 und eine optische Weglänge zwischen der Lichtquelleneinheit 101 und der der anderen Oberfläche zugedachten Messeinheit 103 anzupassen. Die polarisationserhaltende Optikfaser ist beispielsweise eine PANDA-Faser oder eine elliptische Kernoptikfaser. Das der einen Oberfläche zugedachte Messlicht, das von dem Ausgabeanschluss 101e der Lichtquelleneinheit 101 emittiert wird, wird durch die polarisationserhaltende Optikfaser geleitet und fällt auf die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 ein. Das der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht, das von dem Ausgabeanschluss 101g der Lichtquelleneinheit 101 emittiert wird, wird durch die polarisationserhaltende Optikfaser geleitet und fällt auf die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103 ein.
Nachstehend wird die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 beschrieben. 9 ist eine Darstellung, die einen Aufbau einer der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit entsprechend einem ersten Aspekt bei der Profilmesseinrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. 10 ist eine Darstellung, die einen Aufbau einer der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit entsprechend einem zweiten Aspekt bei der Profilmesseinrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
Die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit (A-Messeinheit) 102 ist eine Vorrichtung zum Empfangen des der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes von der Lichtquelleneinheit 101 und Aufnehmen eines Pulsoptiksignals, das die Oberflächenprofilinformation der A-Oberfläche des Werkstückes 1 enthält, durch optische heterodyne Interferometrie unter Verwendung des der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes.
Genauer gesagt ist die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 ein Messoptiksystem mit einer Anordnung derart, dass es zu einer A-Oberfläche des Werkstückes 1 weist, zum weiteren Zerlegen des der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes aus der Lichtquelleneinheit 101 in ein erstes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht (A1-Messlicht) und ein zweites der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht (A2-Messlicht), zum Erzeugen eines bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes (bestrahlungsnachgelagertes A-Interferenzlicht), das durch optische heterodyne Interferometrie ermittelt wird, indem bewirkt wird, dass ein bestrahlungsnachgelagertes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht, das in dem zerlegten ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und die A-Oberfläche des Werkstückes 1 bestrahlt und reflektiert wird, mit dem zerlegten zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert, und zum Erzeugen eines bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes (bestrahlungsvorgelagertes A-Interferenzlicht), das durch optische heterodyne Interferometrie ermittelt wird, indem bewirkt wird, dass ein bestrahlungsvorgelagertes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht (bestrahlungsvorgelagertes A-Messlicht), das in dem zerlegten ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und die A-Oberfläche des Werkstückes 1 zunächst bestrahlt, mit dem zerlegten zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert. Zur Erzeugung einer Mehrzahl von bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtern zur Messung eines Oberflächenprofils der A-Oberfläche des Werkstückes 1 ist die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 zudem ein Messoptiksystem, das eine Mehrzahl der bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Messlichter ermittelt, indem bewirkt wird, dass das erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht eine Mehrzahl von Positionen P in einem einzigen Messabschnitt MP an der A-Oberfläche des Werkstückes 1 bestrahlt und reflektiert wird. Mit der auf diese Weise aufgebauten der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 können Phasen aus der Mehrzahl von bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtern in Bezug auf das bestrahlungsvorgelagerte der einen Oberfläche zugedachte Interferenzlicht gemessen werden.
Genauer gesagt ist die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 ein optisches heterodynes Interferometer mit einer Anordnung derart, dass es zu der A-Oberfläche des Werkstückes 1 weist, zum Erzeugen zweier erster und zweiter der einen Oberfläche zugedachter Messlichter mit wechselseitig verschiedenen Frequenzen aus dem der einen Oberfläche zugedachten Messlicht, zum Bewirken, dass die beiden ersten und zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichter miteinander interferieren (optische heterodyne Interferenz), und zum Erzeugen eines Pulsoptiksignals mit einer Frequenz, die die Differenz zwischen Frequenzen der ersten und zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichter ist. Die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 ist zudem ein Messoptiksystem, das einen ersten der einen Oberfläche zugedachten optischen Weg und einen zweiten der einen Oberfläche zugedachten optischen Weg beinhaltet. In dem ersten der einen Oberfläche zugedachten optischen Weg bestrahlt das erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht die A-Oberfläche des Werkstückes 1 und wird dort reflektiert, wohingegen in dem zweiten der einen Oberfläche zugedachten optischen Weg das erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht die A-Oberfläche in einer Zeitspanne ab dann, wenn die ersten und zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichter aus dem der einen Oberfläche zugedachten Messlicht erzeugt werden, bis dann, wenn die ersten und zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichter miteinander interferieren, nicht bestrahlt. Zur Messung des Oberflächenprofils der A-Oberfläche des Werkstückes 1 wird das erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht des Weiteren in mehrere Lichter verteilt, bevor das erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht die A-Oberfläche des Werkstückes 1 bestrahlt, die verteilten Lichter bestrahlen die A-Oberfläche des Werkstückes 1 und werden dort reflektiert, das zweite der einen Oberfläche zugedachte Messlicht wird weiter in mehrere Lichter zerteilt, bevor die ersten und zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichter miteinander interferieren, und zwar entsprechend der Verteilung des ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes in die mehreren Lichter, und die verteilten Lichter interferieren mit der Mehrzahl von ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Reflexion durch die A-Oberfläche des Werkstückes 1.
Als solche der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 können eine der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102A entsprechend einem ersten Aspekt mit dem in 9A gezeigten Aufbau oder eine der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102B entsprechend einem zweiten Aspekt mit dem in 10 dargestellten Aufbau exemplarisch verwendet werden.
Wie in 9 gezeigt ist, beinhaltet die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102A entsprechend dem ersten Aspekt einen Eingabeanschluss 102a, Optikzerlegevorrichtungen 102b, 102d, 102i, 102m und 102p, einen Polarisationsstrahlteiler 102f, Optikwellenlängenverschieber 102c und 102l, Reflexionsspiegel 102k und 102o, Beugungsgitter 102e und 102n, eine 1/4-Wellenplatte 102g, eine Linse 102h und Ausgabeanschlüsse 102j (102j-1 bis 102j-3) und 102q.
Die Optikwellenlängenverschieber 102c und 102l sind Optikteile, die Wellenlängen einfallender Lichter verschieben (Frequenzen einfallender Lichter ändern) und Lichter mit Wellenlängen (Frequenzen) erzeugen, die verschieden von Wellenlängen (Frequenzen) der einfallenden Lichter sind. Ein Akustooptikmodulator, der eine Wellenlänge eines einfallenden Lichtes unter Verwendung des akustooptischen Effektes verschiebt, kann beispielsweise verwendet werden. Die Beugungsgitter 102e und 102n sind Optikteile zum Beugen von einfallenden Lichtern. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Beugungsgitter 102e und 102n transmissive Beugungsgitter, die dann, wenn die einfallenden Lichter auf die Gitter einfallen, die einfallenden Lichter transmittieren und gebeugte Lichter emittieren. Die Linse 102h ist eine Objektivlinse der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102A für das Werkstück 1 und ist eine asphärische Sammellinse.
Bei der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102A mit diesem Aufbau fällt das der einen Oberfläche zugedachte Messlicht mit Einfall auf den Eingabeanschluss 102a von der Lichtquelleneinheit 101 durch die polarisationserhaltende Optikfaser auf die Optikzerlegevorrichtung 102b ein und wird in zwei erste und zweite der einen Oberfläche zugedachte Messlichter zerteilt. Das der einen Oberfläche zugedachte Messlicht läuft in derselben Richtung (die Laufrichtung eines einfallenden Strahles ist dieselbe wie die Laufrichtung eines emittierten Strahles an der Optikzerlegevorrichtung 102b), und das zweite der einen Oberfläche zugedachte Messlicht läuft in einer Richtung orthogonal zu (senkrecht zu) der Laufrichtung des ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes. Das erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht fällt auf den Optikwellenlängenverschieber 102c ein, woraufhin die Wellenlänge (Frequenz) verschoben (geändert) wird. Das zweite der einen Oberfläche zugedachte Messlicht fällt auf den Optikwellenlängenverschieber 102l durch den Reflexionsspiegel 102k ein, woraufhin die Wellenlänge (Frequenz) verschoben (geändert) wird. Die Frequenzdifferenz ΔωA zwischen einer Frequenz ωA1 des ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes und einer Frequenz ωA2 des zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes nach der Frequenzänderung (nach der Wellenlängenverschiebung) ist nicht mehr speziell eingeschränkt. Gleichwohl ist bei der optischen heterodynen Interferenz beispielsweise die Frequenzdifferenz ΔωA ein Wert in einem Bereich von etwa einigen Dutzend Kilohertz bis einige Megahertz. In dieser Hinsicht sind die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102B entsprechend dem zweiten Aspekt und die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103, die nachstehend noch beschrieben wird, ähnlich zu der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102A.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Wellenlängen der ersten und zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichter jeweils von den Wellenlängenverschiebern 102c und 102cl verschoben. Es ist jedoch nur die vorbestimmte Frequenzdifferenz ΔωA zwischen der Frequenz ωA1 des ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes ωA1 und der Frequenz ωA2 des zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes für die optische heterodyne Interferenz erforderlich. Daher braucht nur ein einziger Wellenlängenverschieber vorgesehen sein. In dieser Hinsicht sind die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102B entsprechend dem zweiten Aspekt und die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103, die nachstehend noch beschrieben wird, ähnlich zu der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102A.
Zudem läuft bei diesen Ausführungsbeispiel das zweite der einen Oberfläche zugedachte Messlicht, das von der Optikzerlegevorrichtung 102b emittiert wird, in der Richtung orthogonal zur Laufrichtung des ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes durch die Optikzerlegevorrichtung 102b. Die Laufrichtung des zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes wird um einen rechten Winkel von dem Reflexionsspiegel 102k abgelenkt und wird mit der Laufrichtung des ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes ausgerichtet. Der Reflexionsspiegel 102k ist dafür vorgesehen, die Laufrichtung des ersten der einen Oberfläche zugedachte Messlichtes, das von der Optikzerlegevorrichtung 102b emittiert wird, mit der Laufrichtung des zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes auszurichten.
Das erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht, das von dem Wellenlängenverschieber 102c emittiert wird (des erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht nach der Wellenlängenverschiebung) fällt auf die Optikzerlegevorrichtung 102d ein und wird in ein elftes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht (A11-Messlicht) und ein zwölftes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht (A12-Messlicht), also in zwei, geteilt. Das elfte der einen Oberfläche zugedachte Messlicht läuft in derselben Richtung, wohingegen das zwölfte der einen Oberfläche zugedachte Messlicht in einer Richtung orthogonal zur Laufrichtung des elften der einen Oberfläche zugedachten Lichtes läuft. Zudem fällt das zweite der einen Oberfläche zugedachte Messlicht, das von dem Wellenlängenverschieber 1021 emittiert wird, (das zweite der einen Oberfläche zugedachte Messlicht nach der Wellenlängenverschiebung) auf die Optikzerlegevorrichtung 102m und wird in ein einundzwanzigstes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht (A21-Messlicht) und ein zweiundzwanzigstes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht (A22-Messlicht) geteilt. Das zweiundzwanzigste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht läuft in derselben Richtung, wohingegen das zweiundzwanzigste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht in einer Richtung orthogonal zur Laufrichtung des einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes läuft.
Das zwölfte der einen Oberfläche zugedachte Messlicht ist ein bestrahlungsvorgelagertes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht und fällt auf die Optikzerlegevorrichtung 102p ein. Das zweiundzwanzigste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht fällt auf die Optikzerlegevorrichtung 102p durch den Reflexionsspiegel 102o. Das zwölfte der einen Oberfläche zugedachte Messlicht und das zweiundzwanzigste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht mit Einfall auf die Optikzerlegevorrichtung 102p werden durch die Optikzerlegevorrichtung 102p gekoppelt, wodurch die optische heterodyne Interferenz durchgeführt wird. Ein sich ergebender Pulsoptikstrahl wird als bestrahlungsvorgelagertes der einen Oberfläche zugedachtes Interferenzlicht von dem Ausgabeanschluss 102q emittiert. Hierbei arbeitet die Optikzerlegevorrichtung 102p als Optikkoppeleinheit. Das bestrahlungsvorgelagerte der einen Oberfläche zugedachte Interferenzlicht des Pulsoptiksignals aus der Emission aus dem Ausgabeanschluss 102q fällt auf die der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105 ein.
Zur Bestrahlung einer Mehrzahl von Positionen P in einem einzelnen Messabschnitt MP an der A-Oberfläche des Werkstückes 1 mit einer Mehrzahl von Messlichtern, das heißt bei diesem Ausführungsbeispiel dem elften der einen Oberfläche zugedachten Messlicht, fällt auch das elfte der einen Oberfläche zugedachte Messlicht auf das Beugungsgitter 102e, wird gebeugt und in mehrere Lichter zerteilt. Entsprechend fällt das einundzwanzigste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht auf das Beugungsgitter 102n, wird gebeugt und in mehrere Lichter zerteilt. Die Mehrzahl von Positionen P kann eine beliebige Anzahl sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist, da die Krümmung des Messabschnittes als Oberflächenprofil des Werkstückes 1 ermittelt wird, die Anzahl gleich drei oder mehr. Die Anzahl der Mehrzahl von Abschnitten P ist vorzugsweise groß, da die Genauigkeit der ermittelten Krümmungen dadurch zunimmt. Gleichwohl wird der Verarbeitungsaufwand (Arithmetikaufwand) bei der Informationsverarbeitung (Arithmetikverarbeitung) erhöht, weshalb die Mehrzahl von Positionen P bei diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise gleich der Anzahl 3 ist. Entsprechend werden drei gebeugte Lichter unter den gebeugten Lichtern aus der Beugung durch das Beugungsgitter 102e als elfte der einen Oberfläche zugedachte Messlichter mit gleichzeitiger Bestrahlung der drei Positionen an der A-Oberfläche des Werkstückes 1 verwendet. Entsprechend werden drei gebeugte Lichter unter den gebeugten Lichtern aus der Beugung durch das Beugungsgitter 102n als einundzwanzigste der einen Oberfläche zugedachte Messlichter mit Kopplung durch die Optikzerlegevorrichtung 102i verwendet, was nachstehend noch beschrieben wird, und einer optischen heterodynen Interferenz unterzogen. Die drei gebeugten Lichter mit dieser Verwendung sind also mit Blick auf die elektrische Leistung vergleichsweise stark und zudem symmetrisch. Bei einem Beispiel werden ein gebeugtes Licht 0-ter Ordnung, ein gebeugtes Licht +1-ter Ordnung und ein gebeugtes Licht –1-ter Ordnung verwendet.
Die Mehrzahl der (in diesem Falle drei) elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichter mit Beugung durch das Beugungsgitter 102e fällt auf die 1/4-Wellenplatte 102g durch den Polarisationsstrahlteiler 102f, wird durch die Linse 102h gesammelt und bestrahlt die Mehrzahl von Positionen P in dem einzelnen Messabschnitt MP an der A-Oberfläche des Werkstückes 1. Die Mehrzahl von elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichter mit jeweiliger Reflexion durch die Mehrzahl von Punkten P an der A-Oberfläche des Werkstückes 1 fällt als bestrahlungsnachgelagerte der einen Oberfläche zugedachte Messelichter erneut auf die Linse 102h und fällt auf die 1/4-Wellenplatte 102g. Entsprechend schaltet das Vorhandensein der 1/4-Wellenplatte 102g einen Polarisationszustand (beispielsweise P-polarisiertes Licht oder S-polarisiertes Licht) aus der Mehrzahl der elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichter aus der Bestrahlung der A-Oberfläche des Werkstückes 1 aus dem Polarisationsstrahlteiler 102f und einen Polarisationszustand (beispielsweise S-polarisiertes Licht oder P-polarisiertes Licht) aus der Mehrzahl von elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern mit Reflexion durch die A-Oberfläche des Werkstückes 1 und mit Einfall auf den Polarisationsstrahlteiler 102f um. Damit läuft die Mehrzahl von elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern mit Einfall auf den Polarisationsstrahlteiler 102f aus dem Beugungsgitter 102e durch den Polarisatiosstrahlteiler 102f hin zu der A-Oberfläche des Werkstückes 1, während die Mehrzahl von elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern (bestrahlungsnachgelagerte der einen Oberfläche zugedachte Messlichter) mit Einfall auf den Polarisationsstrahlteiler 102f durch die Linse 102h und die 1/4-Wellenplatte 102g von der A-Oberfläche des Werkstückes 1 in einer vorbestimmten Richtung reflektiert wird, das heißt bei diesem Ausführungsbeispiel in einer Richtung orthogonal zu einer Richtung, in der die Mehrzahl von elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern (bestrahlungsnachgelagerte der einen Oberfläche zugedachten Messlichter) von der A-Oberfläche des Werkstückes 1 hin zu dem Polarisationsstrahlteiler 102f geleitet werden.
Die Mehrzahl von elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern (bestrahlungsnachgelagerte der einen Oberfläche zugedachten Messlichter) aus der Emission von dem Polarisationsstrahlteiler 102f fällt auf die Optikzerlegevorrichtung 102i ein. Die Mehrzahl von einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern mit Beugung und Verteilung durch das Beugungsgitter 120n fällt ebenfalls auf die Optikzerlegevorrichtung 102i ein. Die Mehrzahl von elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern und die Mehrzahl vor einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern mit Einfall auf die Optikzerlegevorrichtung 102i werden durch die Optikzerlegevorrichtung 102i gekoppelt, wodurch eine optische heterodyne Interferenz durchgeführt wird. Eine Mehrzahl von sich ergebenden Pulsoptiksignalen wird als Mehrzahl von bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtern von den Ausgabeanschlüssen 102j (102j-1 bis 102j-3) emittiert. Hierbei arbeitet die Optikzerlegevorrichtung 102i als Optikkoppeleinheit. Die Mehrzahl von bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtern des Pulsoptiksignals aus der Emission von den Ausgabeanschlüssen 102j (102j-1 bis 102j-3) fällt auf den der einen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungsabschnitt 105.
Bei diesem Ausführungsbeispiel können die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102A und die der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105 mit Einzelmodenoptikfasern verbunden sein. Da jedoch Multimodenoptikfasern bei der Anpassung der Optikachse und der Lichtmenge des sich ausbreitenden Lichtes von Vorteil sind, sind die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102A und die der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105 durch Multimodenoptikfasern mit einer Mehrzahl von Ausbreitungsmoden verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird daher das bestrahlungsvorgelagerte der einen Oberfläche zugedachte Interferenzlicht aus der Emission von der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 105A durch eine Multimodenoptikfaser geleitet und fällt auf die der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105. Die Mehrzahl von bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtern aus der Emission von der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 105A wird durch eine Mehrzahl von Multimodenoptikfasern geleitet und fällt auf die der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105. Die Verbindung zwischen der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102B und der der einen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit 105 sowie die Verbindung zwischen der der anderen Oberfläche zugedachten Messeinheit 103 und der der anderen Oberfläche zugedachten Erfassungseinheit 106, die nachstehend noch beschrieben wird, sind ähnlich zu der vorbeschriebenen Verbindung.
Bei der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102A mit diesem Aufbau kann durch Verwendung des Beugungsgitters 102e das Einzeloptikelement das erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht in mehrere Lichter zerlegen. Durch Verwendung des Beugungsgitter 102n kann zudem das Einzeloptikelement das zweite der einen Oberfläche zugedachte Messlicht in mehrere Lichter zerlegen. Die Mehrzahl von Positionen P kann gleichzeitig durch eine einzige Emission des der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes gemessen werden. Zudem kann die einzelne Optikzerlegevorrichtung 102i die optische heterodyne Interferenz durch die Mehrzahl von elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern (bestrahlungsnachgelagerte der einen Oberfläche zugedachten Messlichter) und die Mehrzahl von einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern durchführen. Daher kann die Anzahl der Optikteile, die die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102A bilden, verringert werden, weshalb Größe und Kosten der Vorrichtung verringert werden können.
Wie in 10 gezeigt ist, beinhaltet die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102B entsprechend dem zweiten Aspekt einen Eingabeanschluss 102a, Optikzerlegevorrichtungen 102b, 1020a, 1020b, 1020c, 1020m, 1020n, 1020o, 1020p, 1020q, 1020r und 1020u, einen Polarisationsstrahlteiler 102f, Optikwellenlängenverschieber 102c und 102l, Reflexionsspiegel 102k, 1020d, 1020e, 1020f, 1020g, 1020j, 1020k, 1020l, 1020s und 1020t, eine 1/4-Wellenplatte 102g, eine Linse 102h und Ausgabeanschlüsse 102j (102j-1 bis 102j-3) und 102q.
Bei der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102B mit diesem Aufbau fällt das der einen Oberfläche zugedachte Messlicht mit Einfall auf den Eingabeanschluss 102a von der Lichtquelleneinheit 101 durch die polarisationserhaltende Optikfaser auf die Optikzerlegevorrichtung 102b und wird in zwei erste und zweite der einen Oberfläche zugedachte Messlichter zerlegt. Das zweite der einen Oberfläche zugedachte Messlicht läuft in derselben Richtung (die Laufrichtung eines einfallenden Lichtes ist dieselbe wie die Laufrichtung des emittierten Lichtes in der Optikzerlegevorrichtung 102b), und das erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht läuft in einer Richtung orthogonal zu (in einer Richtung senkrecht zu) der Laufrichtung des zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes. Das zweite der einen Oberfläche zugedachte Messlicht fällt auf den Optikwellenlängenverschieber 102c, woraufhin die Wellenlänge (Frequenz) verschoben (geändert) wird. Das erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht fällt auf den Optikwellenlängenverschieber 102l durch den Reflexionsspiegel 102k, woraufhin die Wellenlänge (Frequenz) verschoben (geändert) wird.
Zudem läuft bei diesem Ausführungsbeispiel das erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht aus der Emission von der Optikzerlegevorrichtung 102b in der Laufrichtung orthogonal zur Richtung des zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes durch die Optikzerlegevorrichtung 102b. Die Laufrichtung des ersten der einen Oberfläche zugedachten Lichtes wird in einem rechten Winkel durch den Reflexionsspiegel 102k abgelenkt und mit der Laufrichtung des zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes ausgerichtet. Der Reflexionsspiegel 102k ist dafür vorgesehen, die Laufrichtung des ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes aus der Emission von der Optikzerlegevorrichtung 102b mit der Laufrichtung des zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes aus der Emission von der Optikzerlegevorrichtung 102b auszurichten.
Das erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht aus der Emission von dem Wellenlängenverschieber 102l (erstes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht nach der Wellenlängenverschiebung) fällt auf die Optikzerlegevorrichtung 1020a ein und wird in ein elftes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht und ein zwölftes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht, also in zwei, verteilt. Das elfte der einen Oberfläche zugedachte Messlicht läuft in derselben Richtung, während das zwölfte der einen Oberfläche zugedachte Messlicht in einer Richtung senkrecht zur Laufrichtung des elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes läuft. Das zweite der einen Oberfläche zugedachte Messlicht aus der Emission von dem Wellenlängenverschieber 102c (zweites der einen Oberfläche zugedachte Messlicht nach der Wellenlängenverschiebung) fällt auf die Optikzerlegevorrichtung 1020p ein und wird in ein einundzwanzigstes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht und ein zweiundzwanzigstes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht, also in zwei, verteilt. Das einundzwanzigste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht läuft in derselben Richtung, während das zweiundzwanzigste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht in einer Richtung orthogonal zur Laufrichtung des einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes läuft.
Das zwölfte der einen Oberfläche zugedachte Messlicht ist ein bestrahlungsvorgelagertes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht und fällt auf die Optikzerlegevorrichtung 1020u ein. Das zweiundzwanzigste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht fällt auf die Optikzerlegevorrichtung 1020u durch den Reflexionsspiegel 1020t ein. Das zwölfte der einen Oberfläche zugedachte Messlicht und das zweiundzwanzigste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht mit Einfall auf die Optikzerlegevorrichtung 1020u werden durch die Optikzerlegevorrichtung 1020u gekoppelt, wodurch eine optische heterodyne Interferenz durchgeführt wird. Ein sich ergebender Pulsoptikstrahl wird als bestrahlungsvorgelagertes der einen Oberfläche zugedachtes Interferenzlicht von dem Ausgabeanschluss 102q emittiert. Hierbei arbeitet die Optikzerlegevorrichtung 102p als Optikkoppeleinheit. Das bestrahlungsvorgelagerte der einen Oberfläche zugedachte Interferenzlicht des Pulsoptiksignals aus der Emission von dem Ausgabeanschluss 102q fällt auf die der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105 ein.
Zudem fällt zur Bestrahlung einer Mehrzahl von Positionen P in einem einzelnen Messabschnitt MP an der A-Oberfläche des Werkstückes 1 mit einer Mehrzahl von Messlichtern, das heißt bei diesem Ausführungsbeispiel dem elften der einen Oberfläche zugedachten Messlicht, das elfte der einen Oberfläche zugedachte Messlicht nacheinander auf die Mehrzahl von Optikzerlegevorrichtungen 1020, wird durch die Optikzerlegevorrichtungen gebeugt und in mehrere Lichter verteilt. Entsprechend fällt das einundzwanzigste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht nacheinander auf die Mehrzahl von Optikzerlegevorrichtungen 1020 und wird nacheinander durch die Optikzerlegevorrichtungen in mehrere Lichter verteilt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist, wie vorstehend beschrieben worden ist, als die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102A beschrieben wurde, die Mehrzahl von Positionen P der Anzahl nach gleich 3. Insbesondere fällt das elfte der einen Oberfläche zugedachte Messlicht nacheinander auf die beiden Optikzerlegevorrichtungen 1020b und 1020c, wird nacheinander durch die Optikzerlegevorrichtungen 1020b und 1020c verteilt und in drei geteilt. Entsprechend fällt das einundzwanzigste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht nacheinander auf die zwei Optikzerlegevorrichtungen 1020q und 1020r, wird nacheinander durch die Optikzerlegevorrichtungen 1020q und 1020r verteilt und in drei verteilt.
Das eine von den elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern mit Verteilung durch die Optikzerlegevorrichtung 1020b fällt als primäres elftes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht auf den Polarisationsstrahlteiler 102f durch den Reflexionsspiegel 1020e. Das andere von den elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Verteilung durch die Optikzerlegevorrichtung 1020b fällt auf die Optikzerlegevorrichtung 1020c und wird weiter verteilt. Das eine von den elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Verteilung durch die Optikzerlegevorrichtung 1020c fällt als sekundäres elftes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht auf den Polarisationsstrahlteiler 102f durch den Reflexionsspiegel 1020f. Das andere von den elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Verteilung durch die Optikzerlegevorrichtung 1020c fällt als tertiäres elftes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht auf den Polarisationsstrahlteiler 102f durch die Reflexionsspiegel 1020d und 1020g.
Hierbei läuft das andere von den elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Verteilung durch die Optikzerlegevorrichtung 1020b in derselben Richtung, während das eine von den elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Verteilung durch die Optikzerlegevorrichtung 1020b in einer Richtung orthogonal zur Laufrichtung des anderen von den elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern läuft. Das andere von den elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Verteilung durch die Optikzerlegevorrichtung 1020c läuft in derselben Richtung, während das eine von den elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Verteilung durch die Optikzerlegevorrichtung 1020c in einer Richtung orthogonal zur Laufrichtung des anderen von den elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern läuft. Die Reflexionsspiegel 1020d, 1020e, 1020f und 1020g emittieren die Lichter in Richtungen im Wesentlichen orthogonal zur Laufrichtung der einfallenden Lichter. Entsprechend laufen die primären bis tertiären elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichter, die von den Reflexionsspiegeln 1020e, 1020f und 1020g hin zu dem Polarisationsstrahlteiler 102f geleitet werden, im Wesentlichen in denselben Richtungen.
Zudem fällt das eine von den einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Verteilung durch die Optikzerlegevorrichtung 1020q als primäres einundzwanzigstes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht auf die Optikzerlegevorrichtung 1020o. Das andere von den einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Verteilung durch die Optikzerlegevorrichtung 1020q fällt auf die Optikzerlegevorrichtung 1020r und wird weiter verteilt. Zudem fällt das eine von den einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Verteilung durch die Optikzerlegevorrichtung 1020r als sekundäres einundzwanzigstes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht auf die Optikzerlegevorrichtung 1020n. Das andere von den einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Verteilung durch die Optikzerlegevorrichtung 1020r fällt als tertiäres einundzwanzigstes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht auf die Optikzerlegevorrichtung 1020m durch den Reflexionsspiegel 1020s.
Hierbei läuft das andere von den einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Verteilung durch die Optikzerlegevorrichtung 1020q in derselben Richtung, während das eine von den einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Verteilung durch die Optikzerlegevorrichtung 1020q in einer Richtung orthogonal zur Laufrichtung des anderen von den einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern läuft. Das andere von den einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Verteilung durch die Optikzerlegevorrichtung 1020r läuft in derselben Richtung, während das eine von den einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Lichtern aus der Verteilung durch die Optikzerlegevorrichtung 1020r in einer Richtung orthogonal zur Laufrichtung des anderen von den einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Lichtern läuft. Der Reflexionsspiegel 1020s emittiert ein Licht in einer Richtung orthogonal zur Laufrichtung des einfallenden Lichtes. Entsprechend laufen die primären bis tertiären einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlichter, die von der Optikzerlegevorrichtung 1020q, der Optikzerlegevorrichtung 1020r und dem Reflexionsspiegel 1020s hin zu der Optikzerlegevorrichtung 1020o, der Optikzerlegevorrichtung 1020n und der Optikzerlegevorrichtung 1020m geleitet werden, im Wesentlichen in denselben Richtungen.
Die primären bis tertiären elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichter mit Einfall auf den Polarisationsstrahlteiler 102f von den Reflexionsspiegeln 1020e, 1020f und 1020g fallen auf die 1/4-Wellenplatte 102g durch den Polarisationsstrahlteiler 102f, werden von der Linse 102h gesammelt und bestrahlen eine Mehrzahl von (in diesem Falle drei) Positionen in einem einzelnen Messabschnitt MP an der A-Oberfläche des Werkstückes 1. Die Mehrzahl von elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern mit jeweiliger Reflexion durch die Mehrzahl von (in diesem Falle drei) Positionen P an der A-Oberfläche des Werkstückes 1 fällt als bestrahlungsnachgelagerte der einen Oberfläche zugedachte Messlichter wieder auf die Linse 102h und fällt auf den Polarisationsstrahlteiler 102f durch die 1/4-Wellenplatte 102g. Die jeweiligen elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichter (jeweilige bestrahlungsnachgelagerte der einen Oberfläche zugedachte Messlichter) mit Einfall auf den Polarisationsstrahlteiler 102f werden in einer vorbestimmten Richtung reflektiert, das heißt bei diesem Ausführungsbeispiel in einer Richtung orthogonal zu einer Richtung, in der die elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichter (bestrahlungsnachgelagerte der einen Oberfläche zugedachte Messlichter) von der A-Oberfläche des Werkstückes 1 hin zu dem Polarisationsstrahlteiler 102f geleitet werden.
Die elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichter (bestrahlungsnachgelagerte der einen Oberfläche zugedachten Messlichter) aus der Emission von dem Polarisationsstrahlteiler 102f werden jeweils durch die Reflexionsspiegel 1020j, 1020k und 1020l reflektiert, sodass die Laufrichtungen um einen im Wesentlichen rechten Winkel abgelenkt werden, wobei die Lichter jeweils auf die Optikzerlegevorrichtungen 1020m, 1020n und 1020o einfallen. Wie vorstehend beschrieben worden ist, fallen die einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlichter von dem Reflexionsspiegel 1020s, der Optikzerlegevorrichtung 1020r und der Optikzerlegevorrichtung 1020q ebenfalls jeweils auf die Optikzerlegevorrichtungen 1020m, 1020n und 1020o ein. Die elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichter und die einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlichter mit Einfall auf die Optikzerlegevorrichtungen 1020m, 1020n und 1020o werden jeweils in den Optikzerlegevorrichtungen 1020m, 1020n und 1020o gekoppelt, wodurch die optische heterodyne Interferenz durchgeführt wird. Eine Mehrzahl von (in diesem Falle drei) sich ergebenden Pulsoptikstrahlen wird als bestrahlungsnachgelagerte der einen Oberfläche zugedachte Interferenzlichter von den Ausgabeanschlüssen 102j (102j-1 bis 102j-3) emittiert. Hierbei arbeiten die Optikzerlegevorrichtungen 1020m, 1020n und 1020o als Optikkoppeleinheiten. Die Mehrzahl von bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtern der Pulsoptiksignale aus der Emission von den Ausgabeanschlüssen 102j (102j-1 bis 102j-3) fällt auf die der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105 ein.
Bei der auf diese Weise aufgebauten der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102B wird das erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht in mehrere Lichter durch einen oder mehrere, oder wie in dem in 10 gezeigten Beispiel durch die beiden Optikzerlegevorrichtungen 1020b und 1020c, zerlegt; das zweite der einen Oberfläche zugedachte Messlicht wird in mehrere Lichter durch eine oder mehrere, oder wie in dem in 10 gezeigten Beispiel durch die beiden Optikzerlegevorrichtungen 1020q und 1020r, zerlegt; weshalb die Mehrzahl von Positionen P gleichzeitig durch eine einzige Emission des der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes gemessen wird. Da sich die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102B mit diesem Aufbau der Optikzerlegevorrichtungen bedient, besteht ein hoher Freiheitsgrad bei der Gestaltung und Anpassung der Optik. Die Beschränkung bei der Gestaltung und Anpassung der Optik kann mithin verringert werden. Im Vergleich zu der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102A mit dem in 9 gezeigten Aufbau sind bei der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102A Abstände zwischen den Optikelementen und Abstände an der Mehrzahl von Positionen eindeutig durch Parameter der Beugungsgitter 102g und 102n sowie der Linse 102h bestimmt. Es ist ein vergleichsweise kleiner Freiheitsgrad bei der Gestaltung und Anpassung der Optik vorhanden. Im Gegensatz hierzu können bei der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102B mit dem in 10 gezeigten Aufbau die Optikachsen der jeweiligen Optikelemente einzeln angepasst werden. Dies stellt eine vergleichsweise geringe Beschränkung bei der Gestaltung und Anpassung der Optik dar, weshalb ein vergleichsweise größer Freiheitsgrad bei der Gestaltung und Anpassung der Optik vorhanden ist.
Als Nächstes wird die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103 beschrieben. 11 ist eine Darstellung, die einen Aufbau der zweiten Messeinheit bei der Profilmesseinrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
Die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit (B-Messeinheit) 103 ist eine Vorrichtung zum Empfangen des der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes von der Lichtquelleneinheit 101 und Aufnehmen eines Pulsoptiksignals, das Oberflächenprofilinformation der B-Oberfläche des Werkstückes 1 enthält, durch optische heterodyne Interferometrie unter Verwendung des der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes.
Genauer gesagt ist die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103 ein Messoptiksystem mit einer Anordnung derart, dass es zu der B-Oberfläche des Werkstückes 1 weist, zum weiteren Zerlegen des der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes aus der Lichtquelleneinheit 101 in ein erstes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht (B1-Messlicht) und ein zweites der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht (B2-Messlicht), zum Erzeugen eines bestrahlungsnachgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes (bestrahlungsnachgelagertes B-Interferenzlicht), das durch optische heterodyne Interferenz ermittelt wird, indem bewirkt wird, dass ein bestrahlungsnachgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht (bestrahlungsnachgelagertes B-Messlicht), das in dem zerlegten ersten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht enthalten ist und die B-Oberfläche des Werkstückes 1 bestrahlt und dort reflektiert wird, mit dem zerlegten zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert, und zum Erzeugen eines bestrahlungsvorgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes (bestrahlungsvorgelagertes B-Interferenzlicht), das durch optische heterodyne Interferometrie ermittelt wird, indem bewirkt wird, dass ein bestrahlungsvorgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht (bestrahlungsvorgelagertes B-Messlicht), das in dem zerlegten ersten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und zunächst die B-Oberfläche des Werkstückes 1 bestrahlt, mit dem zerlegten zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert. Bei der der anderen Oberfläche zugedachten Messeinheit 103 mit diesem Aufbau können Phasen aus der Mehrzahl von bestrahlungsnachgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtern in Bezug auf das bestrahlungsvorgelagerte der anderen Oberfläche zugedachte Interferenzlicht gemessen werden.
Genauer gesagt ist die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103 ein optisches heterodynes Interferometer mit einer Anordnung derart, dass es zu der B-Oberfläche des Werkstückes 1 weist, zum Erzeugen der ersten und zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlichter mit wechselseitig verschiedenen Frequenzen bezüglich des der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes, zum Bewirken, dass die ersten und zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlichter miteinander interferieren (optische heterodyne Interferenz) und zum Erzeugen eines Pulsoptiksignals mit einer Frequenz, die die Differenz zwischen Frequenzen der ersten und zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlichter ist. Die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103 ist zudem ein Messoptiksystem, das einen ersten der anderen Oberfläche zugedachten optischen Weg und einen zweiten der anderen Oberfläche zugedachten optischen Weg beinhaltet. In dem ersten der anderen Oberfläche zugedachten optischen Weg bestrahlt das erste der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht die B-Oberfläche des Werkstückes 1 und wird dort reflektiert, wohingegen in dem zweiten der anderen Oberfläche zugedachten optischen Weg das erste der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht die B-Oberfläche des Werkstückes 1 in einer Zeitspanne ab dann, wenn die ersten und zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlichter aus dem der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht erzeugt werden, bis dann, wenn die ersten und zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlichter miteinander interferieren, nicht bestrahlt.
Wie in 11 gezeigt ist, beinhaltet eine derartige der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103 beispielsweise einen Eingabeanschluss 103a, Optikzerlegevorrichtungen 103b, 103d, 103h, 103l und 103n, einen Polarisationsstrahlteiler 103e, Optikwellenlängenverschieber 103c und 103k, Reflexionsspiegel 103j und 103m, eine 1/4-Wellenplatte 103f, eine Linse 103g und Ausgabeanschlüsse 103i und 103o.
Bei der der anderen Oberfläche zugedachten Messeinheit 103 mit diesem Aufbau fällt das der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht mit Einfall auf den Eingabeanschluss 103a von der Lichtquelleneinheit 101 durch die polarisationserhaltende Optikfaser auf die Optikzerlegevorrichtung 103b und wird in zwei erste und zweite der anderen Oberfläche zugedachte Messlichter verteilt. Das erste der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht läuft in derselben Richtung (die Laufrichtung eines einfallenden Lichtes ist dieselbe wie eine Laufrichtung eines emittierten Lichtes in der Optikzerlegevorrichtung 103b), während das zweite der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht in einer Richtung orthogonal zu (senkrecht zu) der Laufrichtung des ersten der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes läuft. Das erste der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht fällt auf den Optikwellenlängenverschieber 103c, woraufhin die Wellenlänge (Frequenz) verschoben (geändert) wird. Das zweite der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht fällt auf den Optikwellenlängenverschieber 103k durch den Reflexionsspiegel 103j, woraufhin die Wellenlänge (Frequenz) verschoben (geändert) wird.
Zudem läuft bei diesem Ausführungsbeispiel das zweite der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht aus der Emission von der Optikzerlegevorrichtung 103b in der Richtung orthogonal zur Laufrichtung des ersten der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes durch die Optikzerlegevorrichtung 103b. Die Laufrichtung des zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes wird in einem rechten Winkel von dem Reflexionsspiegel 103j abgelenkt und mit der Laufrichtung des ersten der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes ausgerichtet. Der Reflexionsspiegel 103j ist dafür vorgesehen, die Laufrichtung des ersten der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes aus der Emission von der Optikzerlegevorrichtung 103b mit der Laufrichtung des zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes auszurichten.
Das erste der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht aus der Emission von dem Wellenlängenverschieber 103c (das erste der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht nach der Wellenlängenverschiebung) fällt auf die Optikzerlegevorrichtung 103d ein und wird in ein elftes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht (B11-Messlicht) und ein zwölftes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht (B12-Messlicht), also in zwei, geteilt. Das elfte der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht läuft in derselben Richtung, während das zwölfte der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht in einer Richtung orthogonal zur Laufrichtung des elften der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes läuft. Das zweite der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht aus der Emission von dem Wellenlängenverschieber 103k (das zweite der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht nach der Wellenlängenverschiebung) fällt auf die Optikzerlegevorrichtung 102l und wird in ein B21-Messlicht und ein B22-Messlicht geteilt. Das B21-Messlicht läuft in derselben Richtung, während das B22-Messlicht in einer Richtung orthogonal zur Laufrichtung des B21-Messlichtes läuft.
Das zwölfte der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht ist ein bestrahlungsvorgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht und fällt auf die Optikzerlegevorrichtung 103n. Das B22-Messlicht fällt auf die Optikzerlegevorrichtung 103n durch den Reflexionsspiegel 103m. Das zwölfte der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht und das B22-Messlicht mit Einfall auf die Optikzerlegevorrichtung 103n werden durch die Optikzerlegevorrichtung 103n gekoppelt, wodurch die optische heterodyne Interferenz durchgeführt wird. Ein sich ergebender Pulsoptikstrahl wird als bestrahlungsvorgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Interferenzlicht von dem Ausgabeanschluss 103o emittiert. Hierbei arbeitet die Optikzerlegevorrichtung 103n als Optikkoppeleinheit. Das bestrahlungsvorgelagerte der anderen Oberfläche zugedachte Interferenzlicht des Pulsoptiksignals aus der Emission von dem Ausgabeanschluss 103o fällt auf die der anderen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 106.
Das elfte der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht fällt auf die 1/4-Wellenplatte 103f durch den Polarisationsstrahlteiler 103e, wird von der Linse 103g gesammelt und bestrahlt die B-Oberfläche des Werkstückes 1. Das elfte der anderen Oberfläche zugedachte Licht aus der Reflexion durch die B-Oberfläche des Werkstückes 1 fällt als bestrahlungsnachgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht erneut auf die Linse 103g und fällt auf die 1/4-Wellenplatte 103f. Entsprechend schaltet das Vorhandensein der 1/4-Wellenplatte 103f einen Polarisationszustand (beispielsweise P-polarisiertes Licht oder S-polarisiertes Licht) des elften der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes aus der Bestrahlung der B-Oberfläche des Werkstückes 1 von dem Polarisationsstrahlteiler 103e und einen Polarisationszustand (beispielsweise S-polarisiertes Licht oder P-polarisiertes Licht) des elften der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes aus der Reflexion durch die B-Oberfläche des Werkstückes 1 und mit Einfall auf den Polarisationsstrahlteiler 103e um. Daher läuft das elfte der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht mit Einfall auf den Polarisationsstrahlteiler 103e von der Optikzerlegevorrichtung 103d durch den Polarisationsstrahlteiler 103e hin zu der B-Oberfläche des Werkstückes 1, und es wird das elfte der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht (bestrahlungsnachgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht) mit Einfall auf den Polarisationsstrahlteiler 103e durch die Linse 103g und die 1/4-Wellenplatte 103f von der B-Oberfläche des Werkstückes 1 in einer vorbestimmten Richtung reflektiert, das heißt bei diesem Ausführungsbeispiel in einer Richtung orthogonal zu einer Richtung, in der das elfte der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht (bestrahlungsnachgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht) von der B-Oberfläche des Werkstückes 1 hin zu dem Polarisationsstrahlteiler 103e geleitet wird.
Das elfte der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht (bestrahlungsnachgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht) aus der Emission von dem Polarisationsstrahlteiler 103e fällt auf die Optikzerlegevorrichtung 103h. Das B21-Messlicht aus der Verteilung durch die Optikzerlegevorrichtung 103l fällt ebenfalls auf die Optikzerlegevorrichtung 103h. Das elfte der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht (bestrahlungsnachgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht) und das B21-Messlicht mit Einfall auf die Optikzerlegevorrichtung 103h werden durch die Optikzerlegevorrichtung 103h gekoppelt, wodurch die optische heterodyne Interferenz durchgeführt wird. Ein sich ergebender Pulsoptikstrahl wird als bestrahlungsnachgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Interferenzlicht von dem Ausgabeanschluss 103i emittiert. Hierbei arbeitet die Optikzerlegevorrichtung 103h als Optikkoppeleinheit. Das bestrahlungsnachgelagerte der anderen Oberfläche zugedachte Interferenzlicht des Pulsoptikstrahles aus der Emission von dem Ausgabeanschluss 103i fällt auf die der anderen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 106.
Die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 und die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103 sind derart angeordnet, dass ein Messabschnitt (Messposition) an der A-Oberfläche des Werkstückes 1 mit einem Messabschnitt (Messposition) an der B-Oberfläche des Werkstückes 1 in einer Vorderende-Hinterende-Beziehung ausgerichtet ist. Insbesondere wenn ein orthogonales XYZ-Koordinatensystem gewählt wird mit einer Z-Achse, die eine Dickenrichtung des Werkstückes 1 ist, sowie X- und Y-Achsen, die zwei wechselseitig orthogonale Richtungen in einer horizontalen Ebene orthogonal zur Dickenrichtung sind, sind die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 und die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103 derart angeordnet, dass sie direkt zueinander wessen, sodass X- und Y-Koordinatenwerte eines beliebigen aus der Mehrzahl von Abschnitten an der A-Oberfläche des Werkstückes 1 aus der Bestrahlung mit der Mehrzahl von elften der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern (beispielsweise ein mittlerer Abschnitt aus der Mehrzahl von Abschnitten) X- und Y-Koordinatenwerten eines Abschnittes an der B-Oberfläche des Werkstückes 1 aus der Bestrahlung mit dem elften der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht entsprechen.
Als Nächstes wird der Schlitten 104 beschrieben. 12 ist eine Darstellung, die einen Aufbau des Schlittens in der Profilmesseinrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Der Schlitten 104 ist eine Vorrichtung zum Bewegen des Werkstückes 1 in einer horizontalen Richtung orthogonal zur Dickenrichtung des Werkstückes 1 unter Steuerung durch die Arithmetiksteuereinheit 107. Ist das XYZ-Koordinatensystem gemäß vorstehender Beschreibung gewählt, so kann der Schlitten 104 ein XY-Schlitten zum Bewegen des Werkstückes 1 in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch dann, wenn das Werkstück 1 ein Halbleiterwafer ist, aufgrund dessen, dass der Halbleiterwafer eine scheibenartige Form aufweist, der Schlitten 104 eine Vorrichtung, die das Werkstück 1 drehen und das Werkstück 1 in einer radialen Richtung der Drehung bewegen kann. Daher wird ein Messwert an einem Messabschnitt vorzugsweise durch ein zylindrisches Koordinatensystem RθZ ausgedrückt.
Genauer gesagt beinhaltet, wie in 12 gezeigt ist, zur Messung des Oberflächenprofils, so beispielsweise einer Dicke an einem Messabschnitt MP des Werkstückes 1 mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit ohne Beeinträchtigung durch eine Schwingung des Werkstückes 1 der Schlitten 104 beispielsweise Stützabschnitte 104d, beinhaltend ein Mittelelement und drei Armelemente mit einer Erstreckung in einer radialen Richtung von dem Mitelelement aus, und die einen Kantenabschnitt (Kantenbereich) des scheibenartigen Werkstückes 1, so beispielsweise des Halbleiterwafers, durch drei Punkte am Umfang an distalen Enden der Armelemente stützen; eine Drehwelle 104a zur Kopplung mit dem Mittelelement der Stützabschnitte 104d; einen Drehantrieb 104b zum drehenden Antreiben der Drehwelle 104a und einen Linearantrieb 104c zum linearen Antreiben des Drehantriebes 104b innerhalb eines vorbestimmten Bewegungsbereiches. Der Drehantrieb 104b und der Linearantrieb 104c beinhalten einen Antriebsmechanismus, so beispielsweise Betätiger wie Servomotoren und Untersetzungsgetriebe.
Bei dem Schlitten 104 mit diesem Aufbau wird das Werkstück 1 an den distalen Enden der drei Armelemente des Stützabschnittes 104d platziert und wird durch die Stützabschnitte 104d durch die drei Punkte gehalten. Ist das Werkstück 1 an dem Schlitten 104 platziert, so ist der Schlitten 104 in Bezug auf die Anordnungspositionen der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102 und der der anderen Oberfläche zugedachten Messeinheit 103 derart platziert, dass die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 und die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103 die A- und B-Oberflächen des Werkstückes 1 messen können.
Bei dem Schlitten 104 mit diesem Aufbau wird dann, wenn der Drehantrieb 104b unter Steuerung durch die Arithmetiksteuereinheit 107 gedreht wird, der Stützabschnitt 104d durch die Drehwelle 104a gedreht, und es wird das Werkstück 1 um die Drehwelle 104a (das Mittelelement des Stützabschnittes 104d) gedreht. Wenn sodann der Drehantrieb 104b den Drehantrieb 104b unter der Steuerung durch die Arithmetiksteuereinheit 107 linear bewegt, dann bewegt sich das Werkstück 1 in der radialen Richtung. Unter Ausnutzung sowohl der Drehbewegung des Werkstückes 1 infolge des Drehantriebes 104b wie auch der Linearbewegung des Werkstückes 1 durch den Linearantrieb 104c kann ein gewünschter Messabschnitt MP des Werkstückes 1 innerhalb des Bewegungsbereiches des Schlittens 104 gemessen werden. Hierbei wird, wie vorstehend beschrieben worden ist, ein einzelner Messabschnitt MP mit dem elften der einen Oberfläche zugedachten Messlicht an einer Mehrzahl von Positionen P durch die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 bestrahlt.
Als Nächstes wird die der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit (A-Phasenerfassungseinheit) 105 beschrieben. 13 ist eine Darstellung, die einen Aufbau einer der einen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit entsprechend einer ersten Aspekt bei der Profilmesseinrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. 14 ist eine Darstellung, die einen Aufbau einer der einen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit entsprechend einem zweiten Aspekt bei der Profilmesseinrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
Die der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105 ist eine Vorrichtung zum Erfassen einer Phasendifferenz ΔΦA zwischen einem jeden aus der Mehrzahl von bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtern aus der Ermittlung durch die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 (102A, 102B) und dem bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die drei bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichter aus drei Messabschnitten MPA1, MPA2 und MPA3 ermittelt. Daher werden drei Phasendifferenzen ΔΦA1, ΔΦA2 und ΔΦA3 erfasst.
Als derartige der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105 kann eine der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105A entsprechend einem ersten Aspekt mit dem Aufbau von 13 oder eine der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105B entsprechend einem zweiten Aspekt mit dem Aufbau von 14 beispielhalber verwendet werden.
Wie in 13 gezeigt ist, beinhaltet die der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105A entsprechend dem ersten Aspekt fotoelektrische Wandler 105a (105a-1, 105a-2, 105a-3) und 105b sowie Phasendetektoren 105c, 105d und 105e.
Die fotoelektrischen Wandler 105a und 105b beinhalten fotoelektrische Wandlungselemente, so beispielsweise Fotodioden zum Umwandeln von einfallenden Lichtern in elektrische Signale mit Signalpegeln entsprechend den Lichtmengen der einfallenden Lichter und zum Ausgeben der elektrischen Signale. Die fotoelektrischen Wandler 105a sind entsprechend der Anzahl aus der Mehrzahl von Positionen (Messabschnitt MP) präpariert. Die fatoelektrischen Wandler 105a empfangen die Mehrzahl von bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtern von der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102 und geben elektrische Signale mit Signalpegeln entsprechend den Lichtmengen der Lichter als der einen Oberfläche zugedachte Messlichtpulssignale (A-Messpulssignale) SigA aus. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Positionen gleich 3, weshalb drei fotoelektrische Wandler 105a-1, 105a-2 und 105a-3 präpariert werden. Die fotoelektrischen Wandler 105a-1, 105a-2 und 105a-3 empfangen jeweils die drei bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichter aus der Emission von den Ausgabeanschlüssen 102j-1, 102j-102 und 102j-3 der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102 durch die Multimodenoptikfasern und Eingabeanschlüsse (nicht gezeigt) und geben jeweils der einen Oberfläche zugedachte Messpulssignale SigA-1, SigA-2 und SigA-3 entsprechend den Lichtmengen der bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichter aus. Der fotoelektrische Wandler 105b empfängt das bestrahlungsvorgelagerte der einen Oberfläche zugedachte Interferenzlicht von der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102 durch die Multimodenoptikfaser und einen Eingabeanschluss (nicht gezeigt) und gibt ein elektrisches Signal mit einem Signalpegel entsprechend der Lichtmenge des Lichtes als der einen Oberfläche zugedachtes Bezugspulssignal (A-Bezugspulssignal) RefA aus.
Die Phasendetektoren 105c, 105d und 105e sind Vorrichtungen zum Erfassen von Phasen bei Eingabesignalen. Der Phasendetektor 105c empfängt das der einen Oberfläche zugedachte Bezugspulssignal RefA von dem fotoelektrischen Wandler 105b und das der einen Oberfläche zugedachte Messpulssignal SigA-2 von dem fotoelektrischen Wandler 105a-2 und erfasst eine Phasendifferenz ΔΦAa2-r zwischen dem der einen Oberfläche zugedachten Bezugspulssignal RefA und dem der einen Oberfläche zugedachten Messpulssignal SgA-2. Der Phasendetektor 105d empfängt das der einen Oberfläche zugedachte Signalpulssignal SigA-1 von dem fotoelektrischen Wandler 105a-1 und das der einen Oberfläche zugedachte Messpulssignal SigA-2 von dem fotoelektrischen Wandler 105a-2 und erfasst eine Phasendifferenz ΔΦAa1-a2 zwischen dem der einen Oberfläche zugedachten Signalpulssignal SigA-1 und dem der einen Oberfläche zugedachten Messpulssignal SigA-2. Der Phasendetektor 105e empfängt das der einen Oberfläche zugedachte Signalpulssignal SigA-2 von dem fotoelektrischen Wandler 105a-2 und das der einen Oberfläche zugedachte Messpulssignal SigA-3 von dem fotoelektrischen Wandler 105a-3 und erfasst eine Phasendifferenz ΔΦAa3-a2 zwischen dem der einen Oberfläche zugedachten Signalpulssignal SigA-2 und dem der einen Oberfläche zugedachten Messpulssignal SigA-3. Auf Grundlage der Phasendifferenz ΔΦAa2-r, der Phasendifferenz ΔΦAa1-a2 und der Phasendifferenz ΔΦAa3-a2 können die Phasendifferenzen ΔΦA1, ΔΦA2 und ΔΦA3 zwischen der Mehrzahl von bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichter und dem bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlicht aus der Ermittlung durch die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 durch eine Arithmetikverarbeitung erfasst werden. Die Arithmetikverarbeitung kann durch die der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105A ausgeführt werden oder kann auch durch die Arithmetiksteuereinheit 107 ausgeführt werden.
Um auf die Arithmetikverarbeitung verzichten zu können, beinhaltet, wie in 14 gezeigt ist, die der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105E entsprechend dem zweiten Aspekt fotoelektrische Wandler 105a (105a-1, 105a-2, 105a-3) und 105b sowie Phasendetektoren 105c, 105d und 105e. Der Phasendetektor 105c empfängt ein der einen Oberfläche zugedachtes Bezugspulssignal RefA von dem fotoelektrischen Wandler 105b und ein der einen Oberfläche zugedachtes Messpulssignal SigA-2 von dem fotoelektrischen Wandler 105a-2 und gibt eine Phasendifferenz ΔΦA2 zwischen dem der einen Oberfläche zugedachten Messpulssignal SigA-2 und dem der einen Oberfläche zugedachten Bezugspulssignal RefA aus. Der Phasendetektor 105d empfängt das der einen Oberfläche zugedachte Bezugspulssignal RefA von dem fotoelektrischen Wandler 105b und ein A-Messpulssignal SigA-1 von dem fotoelekirischen Wandler 105a-1 und erfasst eine Phasendifferenz ΔΦA1 zwischen dem der einen Oberfläche zugedachten Messpulssignal SigA-1 und dem der einen Oberfläche zugedachten Bezugspulssignal RefA. Der Phasendetektor 105e empfängt das der einen Oberfläche zugedachte Bezugspulssignal RefA von dem fotoelektrischen Wandler 105b und ein der einen Oberfläche zugedachtes Messpulssignal SigA-3 von dem fotoelektrischen Wandler 105a-3 und erfasst eine Phasendifferenz ΔΦA3 zwischen dem der einen Oberfläche zugedachten Messpulssignal SigA-3 und dem der einen Oberfläche zugedachten Bezugspulssignal RefA.
Als Nächstes wird die der anderen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit (B-Phasenerfassungseinheit) 106 beschrieben. 15 ist eine Darstellung, die einen Aufbau der der anderen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit bei der Profilmesseinrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
Die der anderen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 106 ist eine Vorrichtung zum Erfassen einer Phasendifferenz ΔΦB zwischen dem bestrahlungsnachgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichter und dem bestrahlungsvorgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlicht aus der Ermittlung durch die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103. Genauer gesagt beinhaltet, wie in 15 gezeigt ist, die der anderen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 106 beispielsweise fotoelektrische Wandler 106a und 106b sowie einen Phasendetektor 106c.
Der fotoelektrische Wandler 106a beinhaltet ein fotoelektrisches Wandlungselement, so beispielsweise eine Fotodiode. Der fotoelektrische Wandler 106a empfängt das bestrahlungsnachgelagerte der anderen Oberfläche zugedachte Interferenzlicht von der der anderen Oberfläche zugedachten Messeinheit 103 durch die Multimodenoptikfaser und einen Eingabeanschluss (nicht gezeigt) und gibt ein elektrisches Signal mit einem Pegel entsprechend der Lichtmenge des Lichtes als der anderen Oberfläche zugedachtes Messpulssignal (B-Messpulssignal) SigB aus. Der fotoelektrische Wandler 106b beinhaltet ein fotoelektrisches Wandlungselement, so beispielsweise eine Fotodiode. Der totoelektrische Wandler 106B empfängt das bestrahlungsvorgelagerte der anderen Oberfläche zugedachte Interferenzlicht von der der anderen Oberfläche zugedachten Messeinheit 103 durch die Multimodenoptikfaser und einen Eingabeanschluss (nicht gezeigt) und gibt ein elektrisches Signal mit einem Pegel entsprechend der Lichtmenge des Lichtes als der anderen Oberfläche zugedachtes Bezugspulssignal (B-Bezugspulssignal) RefB aus.
Der Phasendetektor 106c ist eine Vorrichtung zum Erfassen von Phasen unter den Eingabesignalen. Der Phasendetektor 106c empfängt das der anderen Oberfläche zugedachte Bezugspulssignal RefB von dem fotoelektrischen Wandler 106b und das der anderen Oberfläche zugedachte Messpulssignal SigB von dem fotoelektrischen Wandler 106a und erfasst eine Phasendifferenz ΔΦB zwischen dem der anderen Oberfläche zugedachten Bezugspulssignal RefB und dem der anderen Oberfläche zugedachten Messpulssignal SigB.
Die Arithmetiksteuereinheit 107 ist eine Schaltung zum Steuern der jeweiligen Abschnitte der Profilmesseinrichtung S entsprechend ihren Funktionen. Die Arithmetiksteuereinheit 107 beinhaltet beispielsweise einen ROM (Nurlesespeicher), der ein nichtflüchtiger Speicher ist, oder einen EEPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer Nurlesespeicher), der ein wiederbeschreibbarer nichtflüchtiger Speicher ist, wobei der Speicher speichert: ein Steuerprogramm zum Steuern der jeweiligen Abschnitte der Profilmesseinrichtung S entsprechend ihren Funktionen, verschiedene vorbestimmte Programme, so beispielsweise ein Arithmetikprogramm zur Ermittlung des Oberflächenprofils des Werkstückes 1 auf Grundlage der Ausgaben von der der einen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit 105 und der der anderen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit 106 und verschiedene vorbestimmte Daten und dergleichen mehr, so beispielsweise Daten, die zum Ausführen der vorbestimmten Programme erforderlich sind; eine GPU (zentrale Verarbeitungseinheit), die eine vorbestimmte Arithmetikverarbeitung und Steuerverarbeitung mittels Lesen und Ausführen der vorbestimmten Programme durchführt; einen RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) zum Speichern von Daten und dergleichen mehr aus der Erzeugung während der Ausführung der vorbestimmten Programme und daher mit der Funktion als Arbeitsspeicher der CPU; und einen Mikrocomputer oder dergleichen, der Peripherieschaltungen der vorbeschriebenen Komponenten beinhaltet. Die Arithmetiksteuereinheit 107 beinhaltet mit Blick auf ihre Funktionen einen Krümmungsberechner 1071, einen Profilberechner 1072, eine Schlittensteuerung 1073, eine Lichtquellensteuerung 1074 und einen Dickenberechner 1075.
Die Schlittensteuerung 1073 steuert den Betrieb des Drehantriebes 104b und des Linearantriebes 104c des Schlittens 104 derart, dass sich das Werkstück 1 in der horizontalen Richtung orthogonal zur Dickenrichtung des Werkstückes 1 zur Messung der Mehrzahl von Messabschnitten MP an dem Werkstück 1 bewegt. Die Lichtquellensteuerung 1074 steuert den Betrieb der Lichtquelleneinheit 101.
Der Dickenberechner 1075 ermittelt als Dicke des Werkstückes 1 einen Abstand von der A-Oberfläche zu der B-Oberfläche des Werkstückes 1 aus der Phasendifferenz zwischen der der einen Oberfläche zugedachten Phase aus der Ermittlung durch die der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105 mittels Erfassen der Phasen des bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes aus der Erzeugung durch die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 und der der anderen Oberfläche zugedachte Phase aus der Ermittlung durch die der anderen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit 106 mittels Erfassen der Phasen des bestrahlungsvorgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes aus der Erzeugung durch die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103. Genauer gesagt ermittelt der Dickenberechner 1075 als Dicke des Werkstückes 1 den Abstand von der A-Oberfläche zu der B-Oberfläche des Werkstückes 1 aus der Phasendifferenz (ΔΦA – ΔΦB) zwischen der der einen Oberfläche zugedachten Phasendifferenz ΔΦA aus der Ermittlung durch die der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105 mittels Ermittlung der Phasen des bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes aus der Erzeugung durch die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 und der der anderen Oberfläche zugedachten Phasendifferenz ΔΦB aus der Ermittlung durch die der anderen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 106 mittels Erfassen der Phasen des bestrahlungsvorgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes aus der Erfassung durch die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103. Die Differenz (ΔΦA – ΔΦB) ist ein Wert zur Darstellung der Dicke des Werkstückes 1. Auf Grundlage einer Näherung dahingehend, dass das der einen Oberfläche zugedachte Messlicht eine Wellenlänge aufweist, die gleich einer Wellenlänge des der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes ist, wird, wenn λ die Wellenlänge des der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes bezeichnet, die Dicke D des Werkstückes 1 beispielsweise ermittelt durch: D = (ΔΦA + ΔΦB) × (λ/2)/(2π). Das Vorzeichen (Vorzeichen zwischen ΔΦa und Δφb) in dem vorstehenden Ausdruck kann ein beliebiges von einem positiven Vorzeichen und einem negativen Vorzeichen sein, was vom Optiksystem abhängt. Im Allgemeinen ist, wenn die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 und die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103 symmetrisch ausgebildet (aufgebaut) sind, das Vorzeichen positiv (+). Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die der einen Oberfläche und der anderen Oberfläche zugedachten Messlichter aus Licht aus derselben Quelle zerlegt. Daher weisen die der einen Oberfläche und der anderen Oberfläche zugedachten Messlichter dieselbe Wellenlänge auf.
Die Arithmetiksteuereinheit 107 ermittelt das Oberflächenprofil des Werkstückes 1 an der Mehrzahl von Positionen P in der Messposition MP durch Ermitteln der Abstände d (da, db, dc) von einer vorbestimmten Bezugsebene zu der einen Oberfläche (A-Oberfläche) des Werkstückes 1 jeweils an der Mehrzahl von Positionen P in dem Messabschnitt MP. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden als Oberflächenprofil des Werkstückes 1 beispielsweise eine Krümmung und ein Bogen auf Grundlage der Krümmung durch den Krümmungsberechner 1071 und den Profilberechner 1072 ermittelt.
Der Krümmungsberechner 1071 ermittelt die Krümmung an der Mehrzahl von Positionen P, das heißt ermittelt die Krümmung in dem Messabschnitt MP auf Grundlage der Abstände d (da, db, dc) von der vorbestimmten Bezugsebene zu der einen Oberfläche (A-Oberfläche) des Werkstückes 1 jeweils an der Mehrzahl von Positionen P in dem Messabschnitt MP. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Positionen P drei Positionen. Wie in 16 gezeigt ist, berechnet der Krümmungsberechner 1071 eine Krümmung CF über CF = (2db – da – dc)/(w²). Hierbei ist da ein Abstand von der vorbestimmten Bezugsebene zu der einen Oberfläche des Werkstückes 1 an einer ersten Position Pa, db ist ein Abstand von der vorbestimmten Bezugsebene zu der einen Oberfläche des Werkstückes 1 an einer zweiten Position Pb, und dc ist ein Abstand von der vorbestimmten Bezugsebene zu der einen Oberfläche des Werkstückes 1 an einer dritten Position Pc. Die Abschnitte da, db und dc sind keine Absolutwerte zur direkten Wiedergabe der tatsächlichen Abstände, sondern Relativwerte bezüglich der Bezugsebene. Der Abstand da wird durch da = (ΔΦA1/(2π) + n1) × (λ/2) + N1 ermittelt, der Abstand db wird durch db = (ΔΦA2/(2π) + n2) × (λ/2) + N2 ermittelt, und der Abstand dc wird durch dc = (ΔΦA3/(2π) + n3) × (λ/2) + N3 ermittelt. Auf diese Weise wird ein Abstand d von der vorbestimmten Bezugsebene zu der einen Ebene des Werkstückes 1 beispielsweise durch d = (ΔΦA/(2π) + n) × (λ/2) + N ermittelt. Die Bezugsebene ist eine horizontale Ebene, die horizontal in Bezug auf die Optikachse des Messlichtes aus der Emission durch die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 ist, und wird an einer beliebigen Position entlang der Optikachse eingestellt. Die Konstanten N, N1, N2 und N3 sind Anfangswerte für die Bezugsebene. Die Konstanten N, N1, N2 und N3 werden beispielsweise immer dann vorher gemessen, wenn das Werkstück 1 gemessen wird, und werden in der Profilmesseinrichtung S gespeichert. Darüber hinaus drücken die nummerischen Werte n, n1, n2 und n3 Variationen um ein ganzzahliges Vielfaches der Phasen in Bezug auf die Anfangswerte für den Fall einer kontinuierlichen Messung aus. Darüber hinaus ist w ein Abstand (planare Richtung) zwischen benachbarten Messlichtbestrahlungspositionen. Das Reziproke der Krümmung CF ist ein Krümmungsradius CFR.
Der Profilberechner 1072 ermittelt eine Oberflächenhöhenverteilung des Werkstückes 1 als Oberflächenprofil durch Verbinden von Bögen aus der Ermittlung aus den Krümmungen an der Mehrzahl von Messabschnitten MP aus der Ermittlung durch den Krümmungsberechner 1071. Durch Verwendung eines Krümmungsradius CFR entsprechend einer Krümmung CF aus der Ermittlung durch den Krümmungsberechner 1071 an einer Position P mit Anordnung an der mittleren Position aus einer Mehrzahl von Positionen P in einem Messabschnitt MP wird beispielsweise ein Bogen, der die mittlere Position P enthält, als Bogen in der Messposition MP ermittelt, und es werden Bögen in jeweiligen Messpositionen MP verbunden.
Die Eingabeeinheit 8 ist beispielsweise eine Vorrichtung zum Eingeben von Befehlen zum Anweisen eines Messanfangs und dergleichen mehr sowie von Daten, so beispielsweise Information über Eigenschaften und dergleichen mehr, des Messobjektes. Die Eingabeeinheit 8 ist beispielsweise ein Bedienfeld oder eine Tastatur, die eine Mehrzahl von Eingabeschaltern beinhaltet. Die Ausgabeeinheit 9 ist eine Vorrichtung zum Ausgeben der Befehle und Daten aus dem Empfang durch die Eingabeeinheit 8 und von Messergebnissen und dergleichen mehr. So ist beispielsweise die Ausgabeeinheit 9 eine Anzeigevorrichtung, so beispielsweise eine CRT-Anzeige, eine LCD (Flüssigkristallanzeige), eine organische EL-Anzeige oder eine Plasmaanzeige oder eine Druckvorrichtung, so beispielsweise ein Drucker. Die Eingabeeinheit 8 und die Ausgabeeinheit 9 sind mit der Arithmetiksteuereinheit 107 verbunden.
Als Nächstes wird der Betrieb der Profilmesseinrichtung S bei diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. 17 ist eine Darstellung zur Erläuterung von Messabschnitten, wenn ein Oberflächenprofil eines Messobjektes unter Verwendung der Profilmesseinrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel gemessen wird. Offene Kreise in 17 stellen Messabschnitte MP dar, während eine unterbrochene Linie einen Ort der Messabschnitte MP darstellt. 18 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Mehrzahl von Positionen P in jeder Messposition MP und von Messergebnissen, wenn ein Oberflächenprofil eines Messobjektes unter Verwendung der Profilmesseinrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel gemessen wird. 18(A) ist eine Darstellung zur Erläuterung der Mehrzahl von Positionen P in jedem Messabschnitt MP, während 18(B) eine Darstellung ist, die die Messergebnisse für jeden Messabschnitt MP zeigt. Geschlossene Kreise in 18(A) stellen eine Mehrzahl von Positionen P in jedem Messabschnitt dar, während eine bogenförmige unterbrochene Linie einen Ort des Messabschnittes MP darstellt. Die horizontale Achse von 18(B) stellt eine Positionskoordinate in Umfangsrichtung des Werkstückes 1 dar, während die vertikale Achse eine Oberflächenhöhe darstellt. Schwarze Punkte in 18(B) stellen die Messergebnisse dar. Darüber hinaus stellen gerade durchgezogene Linien und unterbrochene Linien in 18 eine Entsprechung zwischen 18(A) und 18(B) her. Bei der nachfolgenden Beschreibung ist die Anzahl der Positionen P in jedem Messabschnitt MP aus Gründen der einfacheren Beschreibung gleich 3.
Wird ein Energieversorgungsschalter (nicht gezeigt) eingeschaltet, so beginnt die Profilmesseinrichtung S, und die Arithmetiksteuereinheit 107 nimmt eine erforderliche Initialisierung für die jeweiligen Abschnitte vor. Sodann fängt, wenn beispielsweise ein plattenartiges Werkstück 1, so beispielsweise ein Halbleiterwafer, auf dem Schlitten 104 platziert wird und wenn die Arithmetiksteuereinheit 107 einen Befehl zum Anweisen eines Anfangs einer Messung von der Eingabeeinheit 8 empfängt, die Arithmetiksteuereinheit 107 mit der Messung des Oberflächenprofils des Werkstückes 1 an.
Zunächst treibt die Lichtquellensteuerung 1074 der Arithmetiksteuereinheit 107 die Lichtquelleneinheit 101 dahingehend an, dass bewirkt wird, dass die Einzelwellenlängenlaserlichtquelle 101a das vorbestimmte Laserlicht emittiert. Bei der Emission des vorbestimmten Laserlichtes durch die Einzelwellenlängenlaserlichtquelle 101a werden durch die Wirkung des Optiksystems das der einen Oberfläche zugedachte Messlicht und das der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht jeweils von dem Ausgabeanschluss 101e und dem Ausgabeanschluss 101g der Lichtquelleneinheit 101 emittiert.
Sodann breitet sich das der einen Oberfläche zugedachte Messlicht aus der Emission von dem Ausgabeanschluss 101e der Lichtquelleneinheit 101 durch die polarisationserhaltende Optikfaser aus und fällt auf die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 ein. Die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 erzeugt das bestrahlungsvorgelagerte der einen Oberfläche zugedachte Interferenzlicht sowie drei bestrahlungsnachgelagerte der einen Oberfläche zugedachte Messlichter durch die Wirkung des Optiksystems aus dem einfallenden der einen Oberfläche zugedachten Messlicht und emittiert die Lichter von dem Eingabeanschluss 102q und den drei Ausgabeanschlüssen 102j-1 bis 102j-3. Sodann breiten sich das bestrahlungsvorgelagerte der einen Oberfläche zugedachte Interferenzlicht und die drei bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichter aus der jeweiligen Emission von dem Ausgabeanschluss 102q und den drei Ausgabeanschlüssen 102j-1 bis 102j-3 der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102 durch die Multimodenoptikfasern aus und fallen auf die der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105. Die der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105 erzeugt Daten zur Bezeichnung oder Darstellung der Phasendifferenzen ΔΦA1, ΔΦA2 und ΔΦA3 zwischen dem bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlicht und den drei bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtern mittels Phasenerfassung für das bestrahlungsvorgelagerte der einen Oberfläche zugedachte Interferenzlicht und die drei bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichter.
Demgegenüber breitet sich das der anderen Oberfläche zugedachte Messlicht aus der Emission von dem Ausgabeanschluss 101g der Lichtquelleneinheit 101 durch die polarisationserhaltende Optikfaser aus und fällt auf die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103 ein. Die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103 erzeugt das bestrahlungsvorgelagerte der anderen Oberfläche zugedachte Interferenzlicht und das bestrahlungsnachgelagerte der anderen Oberfläche zugedachte Interferenzlicht durch die Wirkung des Optiksystems aus dem einfallenden der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht und emittiert die Lichter von dem Ausgabeanschluss 103o und dem Ausgabeanschluss 103i. Sodann breiten sich das bestrahlungsvorgelagerte der anderen Oberfläche zugedachte Interferenzlicht und das bestrahlungsnachgelagerte der anderen Oberfläche zugedachte Interferenzlicht aus der jeweiligen Emission von dem Ausgabeanschluss 103o und dem Ausgabeanschluss 103i der der anderen Oberfläche zugedachten Messeinheit 103 durch die Multimodenoptikfasern aus und fallen auf die der anderen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 106 ein. Die der anderen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 106 erzeugt Daten zur Darstellung der Phasendifferenz ΔΦB zwischen dem bestrahlungsvorgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlicht und dem bestrahlungsnachgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlicht mittels Phasenerfassung des bestrahlungsvorgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes.
Führen die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 und die der einen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 105 sowie die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103 und die der anderen Oberfläche zugedachte Phasenerfassungseinheit 106 einen solchen Betrieb durch, so steuert die Schlittensteuerung 1073 der Arithmetiksteuereinheit 107 den Schlitten 104 zur Bewegung des Werkstückes 1 in der horizontalen Richtung orthogonal zur Dickenrichtung des Werkstückes 1.
Genauer gesagt steuert bei diesem Ausführungsbeispiel die Schlittensteuerung 107 beispielsweise den Drehantrieb 104b des Schlittens 104 zur Drehung des Werkstückes 1 und steuert den Linearantrieb 104c des Schlittens 104 zur Bewegung des Werkstückes 1 in der linearen Richtung. Während die Schlittensteuerung 1073 den Schlitten 104 steuert, ermittelt die Arithmetiksteuereinheit 107 Daten der Phasendifferenzen ΔΦA1, ΔΦA2, ΔΦA3 sowie ΔΦB von der der einen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit 105 und der der anderen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit 106 immer dann, wenn die Position des Messabschnittes MP an einer vorbestimmten Position ist. Bei diesem Betrieb werden, wie in 17 gezeigt ist, die Phasendifferenzen ΔΦA1, ΔΦA2, ΔΦA3 sowie ΔΦB an jedem Messabschnitt MP an dem Werkstück 1 ermittelt, während die Position des Messabschnittes MP nacheinander an dem Werkstück 1 derart geändert wird, dass der Ort der Positionen aus der Mehrzahl von Messabschnitten MP eine Spirale nachfährt. Die Schlittensteuerung 107 steuert zudem beispielsweise den Drehantrieb 104b des Schlittens 104 zur Drehung des Werkstückes 1, während die Arithmetiksteuereinheit 107 Daten der Phasendifferenzen ΔΦA1, ΔΦA2, ΔΦA3 und ΔΦB von der der einen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit 105 und der der anderen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit 106 immer dann ermittelt, wenn die Position des Messabschnittes MP an einer vorbestimmten Position ist. Wird das Werkstück 1 gedreht, so wird durch Steuerung des Linearantriebes 104c des Schlittens 104 das Werkstück 1 in der linearen Richtung nur um einen vorbestimmten Abstand bewegt. Wird das Werkstück 1 in der linearen Richtung um den vorbestimmten Abstand bewegt, während das Werkstück 1 gedreht wird, so ermittelt die Arithmetiksteuereinheit 107 Daten der Phasendifferenzen ΔΦA1, ΔΦA2, ΔΦA3 und ΔΦB an einer vorbestimmten Position. Bei diesem Vorgang können die Daten für die Phasendifferenzen ΔΦA1, ΔΦA2, ΔΦA3 und ΔΦB an jedem Messabschnitt MP an jeder Position am Umfang mit verschiedenen Radien ermittelt werden.
Bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung S kann die Schlittensteuerung 1073 der Arithmetiksteuereinheit 107 den Schlitten 104 zur Bewegung des Werkstückes 1 in der horizontalen Richtung derart steuern, dass wenigstens zwei aus einer Mehrzahl von Positionen P vor der Bewegung zwei aus einer Mehrzahl von Positionen P nach der Bewegung überlappen, wobei Daten der Phasendifferenzen ΔΦA1, ΔΦA2, ΔΦA3 und ΔΦB von der der einen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit 105 und der der anderen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit 106 ermittelt werden können.
Bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung S kann die Schlittensteuerung 1073 der Arithmetiksteuereinheit 107 zudem den Schlitten 104 derart steuern, dass eine Mehrzahl von Positionen P in der Bewegungsrichtung und ein Abstand zwischen zwei Positionen benachbart zueinander in der Bewegungsrichtung gleichmäßig sind, wobei Daten der Phasendifferenzen ΔΦA1, ΔΦA2, ΔΦA3 sowie ΔΦB von der der einen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit 105 und der der anderen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit 106 ermittelt werden können.
Wenn beispielsweise der Ort der Positionen der Messabschnitte MP eine Spirale nachfährt, steuert die Schlittensteuerung 1073 den Drehantrieb 104b derart, dass sich das Werkstück 1 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit in Umfangsrichtung dreht, und steuert den Linearantrieb 104c derart, dass sich das Werkstück 1 mit konstanter Geschwindigkeit in der linearen Richtung bewegt. Auch in diesem Fall wird der Schlitten 104 derart gesteuert, dass das Werkstück 1 in Umfangsrichtung gedreht und das Werkstück 1 in der linearen Richtung bewegt wird, sodass wenigstens zwei aus der Mehrzahl von Positionen P vor der Bewegung zwei aus der Mehrzahl von Positionen P nach der Bewegung überlappen. Wenn alternativ die Positionen der Messabschnitte MP am Umfang angeordnet sind, so steuert die Schlittensteuerung 1073 den Drehantrieb 104b derart, dass sich das Werkstück 1 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit in Umfangsrichtung dreht, wobei dann, wenn eine Drehung beendet ist, die Schlittensteuerung 1073 den Linearantrieb 104c derart steuert, dass sich das Werkstück 1 um einen vorbestimmten Abstand in der linearen Richtung bewegt. Die Arithmetiksteuereinheit 107 ermittelt Daten der Phasendifferenzen ΔΦA1, ΔΦA2, ΔΦA3 sowie ΔΦB von der der einen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit 105 und der der anderen Oberfläche zugedachten Phasenerfassungseinheit 106 in einem konstanten Intervall.
Da die Schlittensteuerung 1073 den Schlitten 104 steuert und zudem die Zeittaktung für die Datenermittlung durch die Arithmetiksteuereinheit 104 steuert, so beispielsweise wenn die zwei aus der Mehrzahl von Positionen P vor der Bewegung die zwei aus der Mehrzahl von Positionen P nach der Bewegung überlappen, und wenn der Abstand zwischen den beiden Positionen benachbart zueinander in der Bewegungsrichtung gleichmäßig ist (wenn der Abstand der Positionen auf einer Kurve (Bogen) AR gleichmäßig ist), so wird die Mehrzahl von Positionen P in jedem Messabschnitt PM zu den Positionen, die in 18(A) gezeigt sind. Bei dem in 18(A) gezeigten Beispiel werden Daten von Phasendifferenzen an drei Positionen P-11, P-12 und P-13 auf einer Kurve (Bogen) AR in einem erstem Messabschnitt MP1 ermittelt, und es werden Daten von Phasendifferenzen an drei Positionen P-21, P-22 und P-23 auf einer Kurve AR in einem zweiten Messabschnitt MP2 ermittelt. Hierbei überlappt die Position P-22 die Position P-11, und die Position P-23 überlappt die Position P-12. Daten von Phasendifferenzen werden an drei Positionen P-31, P-32 und P-33 auf einer Kurve (Bogen) AR in einem dritten Messabschnitt MP1 ermittelt. Hierbei überlappt die Position P-32 die Position P-21, und die Position P-33 überlappt die Positionen P-22 und P-11. Zudem werden die Daten der Phasendifferenzen an drei Positionen P-41, P-42 und P-43 auf einer Kurve (Bogen) AR in einem vierten Messabschnitt MP4 ermittelt. Hierbei überlappt die Position P-42 die Position P-31, und die Position P-43 überlappt die Positionen P-32 und P-21.
Wenn die Daten der Phasendifferenzen ΔΦA1, ΔΦA2, ΔΦA3 sowie ΔΦB ermittelt werden, ermittelt der Dickenberechner 1075 der Arithmetiksteuereinheit 107 eine Dicke D in einem Messabschnitt MP, beispielsweise eine Dicke D an der Position Pb, und ermittelt daher die Dicke D des Werkstückes 1 in dem Messabschnitt MP.
Daher ermittelt der Krümmungsberechner 1071 der Arithmetiksteuereinheit 107 eine Krümmung CF in dem Messabschnitt MR durch den vorbeschriebenen Arithmetikausdruck auf Grundlage der Abstände da, db und dc des Werkstückes 1 an drei Positionen Pa, Pb und Pc in dem Messabschnitt MP.
Sodann ermittelt der Profilberechner 1072 der Arithmetiksteuereinheit eine Oberflächenhöhenverteilung des Werkstückes 1 durch Verbinden von Bögen aus der Ermittlung aus Krümmungen CF an einer Mehrzahl von Messabschnitten MP aus der Ermittlung durch den Krümmungsberechner 1071. So wird beispielsweise, wie mittels durchgezogener Linien in 18(B) gezeigt ist, durch Verbinden von Bögen aus der Ermittlung durch Krümmungen CF1 bis CF4 in den vier ersten bis vierten Messpositionen MP1 bis MP4 die Oberflächenhöhenverteilung des Werkstückes ermittelt.
Sodann gibt die Arithmetiksteuereinheit 107 als Oberflächenprofil des Werkstückes 1 die Dickenverteilung, die Krümmungen und die Oberflächenhöhenverteilung gemäß Ermittlung an die Ausgabeeinheit 9 aus. Die Ausgabeeinheit 9 zeigt als Oberflächenprofil des Werkstückes 1 die Dickenverteilung, die Krümmungen und die Oberflächenhöhenverteilung an.
Bei diesem Betrieb messen die Profilmesseinrichtung S und das Profilmessverfahren entsprechend diesem Ausführungsbeispiel die Abstände von der einen Oberfläche zu der anderen Oberfläche des Werkstückes 1 durch optische heterodyne Interferometrie an der Mehrzahl von Positionen P in dem Messabschnitt MP an der einen Oberfläche des Werkstückes 1 und können sodann die Dicke und das Oberflächenprofil des Werkstückes 1 durch eine einzige Messung ermitteln. Die Profilmesseinrichtung S und das Profilmessverfahren mit diesem Aufbau können die Dicke und das Oberflächenprofil des Werkstückes 1 mit noch höherer Genauigkeit messen. So können beispielsweise die Profilmesseinrichtung S und das Profilmessverfahren mit diesem Aufbau eine genaue Messung im Nanometerbereich durchführen. Die Profilmesseinrichtung S und das Profilmessverfahren mit diesem Aufbau können vorzugsweise beispielsweise in einem Herstellungsbetrieb für Halbleiterwafer zur Produktprüfung und dergleichen mehr während der Herstellung oder auch nach der Herstellung eingesetzt werden.
Zudem wird bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung S und dem vorbeschriebenen Profilmessverfahren die Dicke des Werkstückes 1 abgetastet, während der Schlitten 104 das Werkstück 1 in der horizontalen Richtung bewegt Entsprechend können die Profilmesseinrichtung S und das Profilmessverfahren mit diesem Aufbau die Dickenverteilung des Werkstückes 1 mit noch höherer Genauigkeit in dem abgetasteten Bereich messen.
Zudem können die vorbeschriebene Profilmesseinrichtung S und das vorbeschriebene Profilmessverfahren die Krümmung CF der Oberfläche des Werkstückes 1 als Oberflächenprofil des Werkstückes 1 messen.
Zudem werden bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung S und dem vorbeschriebenen Profilmessverfahren die Mehrzahl von Bögen aus der Ermittlung durch die Mehrzahl von Krümmungen CF verbunden. Entsprechend können die Profilmesseinrichtung S und das Profilmessverfahren mit diesem Aufbau die Oberflächenhöhenverteilung des Werkstückes 1 als Oberflächenprofil des Werkstückes 1 messen, weshalb das Oberflächenprofil des Werkstückes 1 wiedergegeben werden kann.
Zudem überlappen bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung S und dem vorbeschriebenen Profilmessverfahren wenigstens zwei aus der Mehrzahl von Positionen vor der Bewegung zwei aus der Mehrzahl von Positionen nach der Bewegung. Entsprechend können die Profilmesseinrichtung S und das Profilmessverfahren mit diesem Aufbau auf einfache Weise das Oberflächenprofil des Werkstückes 1 kontinuierlich messen.
Zudem ist bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung S und dem vorbeschriebenen Profilmessverfahren ein Abstand zwischen zwei Positionen P benachbart zueinander in der Bewegungsrichtung gleichmäßig. Entsprechend können die Profilmesseinrichtung S und das Profilmessverfahren mit diesem Aufbau auf einfache Weise den Schlitten 104 steuern und können das Oberflächenprofil des Werkstückes 1 in einem konstanten Intervall messen.
Zudem sind bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung S der der einen Oberfläche zugedachte Optikmodulator und der der anderen Oberfläche zugedachte Optikmodulator nicht in der Lichtquelleneinheit 101 vorgesehen. Die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 nimmt in sich, das heißt in ihrem Gehäuse, die Wellenlängenverschieber 102c und 102l als Beispiel des der einen Oberfläche zugedachten Optikmodulators auf, während die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103 in sich, das heißt in ihrem Gehäuse, die Wellenlängenverschieber 103c und 103k als Beispiel für den der anderen Oberfläche zugedachten Optikmodulator aufnimmt. Entsprechend wird bei der Profilmesseinrichtung S mit diesem Aufbau keine Schwankung bei der Phase des Lichtes bei der optischen heterodynen Interferenz in dem optischen Weg von der Lichtquelleneinheit 101 zu der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102 erzeugt, und es wird keine Schwankung bei der Phase des Lichtes bei der optischen heterodynen Interferenz in dem optischen Weg von der Lichtquelleneinheit 101 zu der der anderen Oberfläche zugedachten Messeinheit 103 erzeugt. Daher kann die Profilmesseinrichtung S das Oberflächenprofil des Werkstückes 1 mit noch höherer Genauigkeit messen.
Bei der Profilmesseinrichtung S entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel kann ein Index zur Angabe eines Kanten-Roll-Off (Kantenabrundung) durch die Arithmetiksteuereinheit 107 ermittelt werden. 19 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Kanten-Roll-Off. 19(A) ist eine schematische Darstellung, die ein Oberflächenprofil eines Wafers zeigt. 19(B) ist eine vertikal geschnittene schematische Darstellung des Wafers. Die horizontale Achse in 19(A) gibt einen Abstand von einer Kante des Wafers wieder, während die vertikale Achse eine Höhe angibt.
Wie in 19 gezeigt ist, weist der Halbleiterwafer einen Verjüngung genannten verjüngten Abschnitt an dem am weitesten außen liegenden Abschnitt auf. Für den Fall eines 300-mm-Wafers ist ein verjüngter Bereich beispielsweise ein Bereich, der sich um etwa 0,3 bis 0,5 mm von einer physischen Kante aus erstreckt. Der Kanten-Roll-Off ist ein Bereich, der sich um einige Millimeter von dem Inneren des verjüngten Bereiches aus erstreckt. Der Kanten-Roll-Off wird aufgrund verschiedener Faktoren erzeugt, wobei ein Hauptfaktor der Schleifprozess an dem Halbleiterwafer ist. Wie in 19 gezeigt ist, weist der Kanten-Roll-Off im Allgemeinen eine „Durchhängeform” (sagging shape) auf. Gleichwohl kann der Kanten-Roll-Off auch eine „Bauchungsform” (bulging shape) anstelle der Durchhängeform aufweisen, was von den Gegebenheiten abhängt.
Als Bewertungsverfahren für den Kanten-Roll-Off ist beispielsweise ein Bewertungsverfahren vorhanden, das ROA (Roll-Off-Menge) genannt wird und von Kimura et al. vorgeschlagen worden ist. Wie in 19(A) dargestellt ist, wird eine Bezugsebene aus einem Profil des Halbleiterwafers an einer Position bei etwa 3 bis 6 mm von der physischen Kante des Halbleiterwafers entfernt (Bezugsbereich) ermittelt, wo der Halbleiterwafer. als flach betrachtet wird. Sodann wird der Bewertungswert als Abstand zwischen einem Profil des Halbleiterwafers an einer Position bei etwa 1 mm und der Bezugsebene definiert. Der Bewertungswert ROA ist ein Index zur Angabe der Menge des Durchhanges oder der Bauchung des äußeren Kantenabschnittes des Halbleiterwafers.
Zur Ermittlung des Bewertungswertes ROA, der einen Index für den Kanten-Roll-Off darstellt, kann die Profilmesseinrichtung S folgendermaßen aufgebaut sein. Die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit 102 ist derart aufgebaut, dass die Mehrzahl von Positionen P in dem Messabschnitt MP entlang der Radialrichtung angeordnet ist, wobei die Arithmetiksteuereinheit 107 mit Blick auf ihre Funktion des Weiteren einen Bewertungswertberechner beinhaltet, der den Bewertungswert ROA unter Verwendung der Oberflächenhöhenverteilung des Werkstückes 1 aus der Ermittlung durch den Profilberechner 1072 ermittelt. Da die Profilmesseinrichtung S zudem den Bewertungswertberechner beinhaltet, kann der Bewertungwert ROA des Kanten-Roll-Off ermittelt werden. Durch Verweis auf den Bewertungswert ROA des Kanten-Roll-Off kann ein Bereich, in dem Chips hergestellt werden können, die der vorbestimmten Prozessregel genügen, in einem Halbleiterwafer geeignet eingestellt werden.
Zudem führt bei dem vorbeschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel die Profilmesseinrichtung S die Messung an der Mehrzahl von Positionen P nur an der A-Oberfläche durch. Gleichwohl kann die Messung auch an der B-Oberfläche an einer Mehrzahl von Positionen Q vorgenommen werden, die direkt zu der Mehrzahl von Positionen P an der A-Oberfläche weisen. In diesem Fall ist die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit 103 auf ähnliche Weise zu der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102 aufgebaut, und die Arithmetiksteuereinheit 107 ermittelt das Oberflächenprofil des Werkstückes 1 unter Verwendung von Daten der Phasendifferenzen an den wechselseitig zueinander weisenden Positionen an den A- und B-Oberflächen.
Zudem ist bei dem vorbeschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel die Mehrzahl von Positionen P in dem Messabschnitt MP der Anzahl nach gleich 3. Man ist jedoch nicht hierauf beschränkt. 20 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Mehrzahl von Positionen in Messabschnitten entsprechend ersten bis zweiten Aspekten. 20(A) zeigt eine Mehrzahl von Positionen P in einem Messabschnitt MP entsprechend einem ersten Aspekt, 20(B) zeigt eine Mehrzahl von Positionen P in einem Messabschnitt MP entsprechend einem zweiten Aspekt, und 20(C) zeigt eine Mehrzahl von Positionen P in einem Messabschnitt MP entsprechend einem dritten Aspekt. In 20 stellen geschlossene Kreise Positionen P dar.
Bei dem ersten Aspekt ist, wie in 20(A) gezeigt ist, die Mehrzahl von Positionen P in dem Messabschnitt MP der Anzahl nach gleich 3 wie beim vorbeschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Positionen P ist beispielsweise 500 μm.
Auch beim zweiten Aspekt ist, wie in 20(B) dargestellt ist, die Mehrzahl von Positionen P in dem Messabschnitt MP der Anzahl nach gleich 5, und die Positionen P sind in Kreuzform angeordnet. Bei diesem zweiten Aspekt ist beispielsweise für den Fall der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102A des ersten Aspektes von 9 die Profilmesseinrichtung S derart aufgebaut, dass zwei Beugungsgitter, deren Beugungsrichtungen orthogonal zueinander sind, anstelle der Beugungsgitter 102e und 102n verwendet werden, wobei fünf Ausgabeanschlüsse 102j die fünf bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichter in einer Feldanordnung in Kreuzform von einem elften der einen Oberfläche zugedachten Messlicht und einem einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht (bestrahlungsnachgelagerte der einen Oberfläche zugedachte Interferenzlichter) empfängt, die in einer zweidimensionalen Feldanordnung gebeugt werden, die von den beiden Beugungsgittern gebildet wird.
Zudem ist beim dritten Aspekt, wie in 20(C) gezeigt ist, die Mehrzahl von Positionen P in dem Messabschnitt MP gleich 9, und es sind die Positionen P in einer zweidimensionalen Feldanordnung angeordnet und bilden drei Reihen und drei Spalten. Bei diesem dritten Aspekt ist beispielsweise für den Fall der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit 102A des ersten Aspektes von 9 die Profilmesseinrichtung S derart aufgebaut, dass die zwei Beugungsgitter, deren Beugungsrichtungen orthogonal zueinander sind, anstelle der Beugungsgitter 102e und 102n verwendet werden, wobei neun Ausgabeanschlüsse 102j die neun bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichter in einer zweidimensionalen Feldanordnung, die von drei Reihen und drei Spalten gebildet ist, von einem elften der einen Oberfläche zugedachten Messlicht und einem einundzwanzigsten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht (bestrahlungsnachgelagerte der einen Oberfläche zugedachte Interferenzlichter) empfangen, die in einer zweidimensionalen Feldanordnung gebeugt werden, die von den beiden Beugungsgittern gebildet wird.
Ist die Mehrzahl von Positionen P in dem Messabschnitt MP zweidimensional wie beim zweiten oder dritten Aspekt angeordnet, so kann das Oberflächenprofil des Werkstückes 1 zweidimensional in einem einzigen Messabschnitt MP gemessen werden.
Der Aufbau bezüglich der Technik zum Messen des Oberflächenprofils in der Profilmesseinrichtung S entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel kann in die Profilmesseinrichtung X entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel eingebaut werden oder kann an die Profilmesseinrichtung X entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel montiert werden.
Die vorliegende Beschreibung beschreibt Techniken entsprechend verschiedener Aspekte, wobei die in den Techniken beinhalteten Haupttechniken wie folgt zusammenzufassen sind.
Eine Profilmesseinrichtung entsprechend einem Aspekt ist eine Messeinrichtung zur Verwendung beim Abtasten von vorderen und hinteren Oberflächen eines Werkstückes und auf eine kontaktfreie Weise erfolgenden Messen einer Dickenverteilung des Werkstückes und beinhaltet die Komponenten (1) bis (11).

(1) erste Optikzerlegemittel zum Zerlegen eines Quellenlichtes, das von einer vorbestimmten Lichtquelle emittiert wird, in zwei Lichter;
(2) Optikführungsmittel zum Führen der zerlegten Lichter durch die ersten Optikzerlegemittel in Richtungen hin zu Messabschnitten an den vorderen und hinteren Oberflächen des Werkstückes, wobei die Messabschnitte zueinander weisen;
(3) zweite Optikzerlegemittel zum weiteren Zerlegen eines jeden der zerlegten Lichter der Lichtquelle aus der Führung in den Richtungen hin zu den Messabschnitten an jedem von dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes in zwei Lichter;
(4) Optikmoduliermittel zum Modulieren einer Frequenz oder von Frequenzen von einem oder beiden der zerlegten Lichter durch die zweiten Optikzerlegemittel an jedem von dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes und Erzeugen von zwei Messlichtern mit verschiedenen Frequenzen.
(5) zwei heterodyne Interferometer zum Bestrahlen des Messabschnittes mit einem von den Messlichtern und zum Bewirken, dass ein Objektlicht, das das eine von den von dem Messabschnitt reflektierten Messlichtern ist, mit einem Bezugslicht, das das andere von den Messlichtern ist, an jedem von dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes interferiert;
(6) dritte Optikzerlegemittel zum Zerlegen eines jeden von den beiden Messlichtern in zwei Lichter, die ein Hauptlicht, das in das heterodyne Interferometer eingegeben wird, und ein Nebenlicht, das das andere bezüglich des Hauptlichtes ist, beinhalten, an jedem von dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes;
(7) Nebenlichtinterferenzmittel zum Bewirken, dass zwei Nebenlichter aus der Zerlegung durch die dritten Optikzerlegemittel miteinander an jedem von dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes Interferieren;
(8) Optikmessoptiksystemhaltemittel zum integralen Halten eines Messoptiksystems, das das zweite Optikzerlegemittelmittel, das Optikmoduliermittel, die heterodynen Interferometer, die dritten Optikzerlegemittel und die Nebenlichtinterferenzmittel beinhaltet, an jedem von dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes;
(9) Messlichtintensitätserfassungsmittel zum Empfangen von Interferenzlichtern aus der Ermittlung durch die beiden heterodynen Interferometer und Ausgeben von Intensitätssignalen der Interferenzlichter;
(10) Bezugslichtintensitätserfassungsmittel zum Empfangen eines Interferenzlichtes aus der Ermittlung durch die Nebenlichtinterferenzmittel und Ausgeben eines Intensitätssignals des Interferenzlichtes an jedem von dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes;
(11) Phaseninformationserfassungsmittel zum Erfassen von Phasen von zwei Pulssignalen, die ein Ausgabesignal des Messlichtintensitätserfassungsmittels und ein Ausgabesignal des Bezugslichtintensitätserfassungsmittels beinhalten, und zum Erfassen einer Phasendifferenz zwischen den beiden Pulssignalen an jedem von dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes.

Bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung, die diese Komponenten enthält, werden aufgrund des bekannten Prinzips der heterodynen Interferometrie die Phasen der Erfassungssignale (Pulssignale) durch das Messlichtintensitätserfassungsmittel entsprechend den vorderen und hinteren heterodynen Interferometern entsprechend der Höhe der Messabschnitte, die zueinander weisen, an dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes bestimmt. Zudem stellt die Phasendifferenz zwischen den beiden Pulssignalen aus der Erfassung durch das Phaseninformationserfassungsmittel an jedem von dem Messabschnitten an dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes den Abstand von den heterodynen Interferometern zu dem Messabschnitt, das heißt die Höhe des Messabschnittes, dar. Somit kann der Messwert der Dicke des Werkstückes aus der Differenz zwischen den Erfassungsergebnissen des Phaseninformationserfassungsmittels an dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes ermittelt werden. Des Weiteren werden bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung die zerlegten Lichter von dem einzigen Quellenlicht aus der Emission von der Lichtquelle zu Positionen nahe den Messabschnitten an den vorderen und hinteren Oberflächen des Werkstückes geführt und sodann durch die Optikmoduliermittel in Zweitypenmesslichter umgewandelt, die in die heterodynen Interferometer eingegeben werden. Entsprechend wird keine Schwankung bei den Phasen der Zweitypenmesslichter in den optischen Wegen der zerlegten Lichter von der Lichtquelle zu den vorderen und hinteren heterodynen Interferometern erzeugt. Des Weiteren ist das Messoptiksystem zum Übertragen der Zweitypenmesslichter aus der Erzeugung durch die Optikmoduliermittel integral an jedem von dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes gehalten. Daher ist die Schwankung der Phasen der Zweitypenmesslichter, die bei dem Optiksystem erzeugt werden kann, derart beschränkt, dass sie sehr klein ist. Zudem ist der Messwert der Dicke des Werkstückes aus der Ermittlung gemäß vorstehender Beschreibung ein Messwert, bei dem sich Komponenten von Verschiebungen aufgrund einer Schwingung des Werkstückes an dem Vorderende und Hinterende des Werkstückes gegenseitig auslöschen. Entsprechend kann die vorbeschriebene Profilmesseinrichtung die Dicke des Werkstückes ohne Beeinträchtigung durch die Schwingung des Werkstückes messen. Zudem wird bei dem Messoptiksystem sogar dann, wenn eine geringe Schwankung bei den Phasen der Zweitypenmesslichter erzeugt wird, die Schwankung bei den Phasen bei den beiden Pulssignalen im Wesentlichen in gleichem Umfang erzeugt. Sogar dann, wenn eine geringe Schwankung bei den Phasen der Zweitypenmesslichter erzeugt wird, findet sich daher die Schwankung bei den Phasen kaum bei der Phasendifferenz zwischen den beiden Pulssignalen wieder. Daher kann die vorbeschriebene Profilmesseinrichtung eine Profilmessung mit äußerst hoher Genauigkeit durchführen.
Zudem kann entsprechend einem weiteren Aspekt bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung das Messoptiksystemhaltemittel vorzugsweise ein starrer Körper sein, der einen plattenartigen Halteabschnitt beinhaltet, der das Messoptiksystem auf geteilte Weise an jedem von dem Vorderende und Hinterende hält, wobei der plattenartige Halteabschnitt vorzugsweise ein Durchgangsloch aufweist, das einem sich in dem Messoptiksystem ausbreitenden Licht einen Hindurchtreten ermöglicht. In diesem Fall hält das Messoptiksystemhaltemittel dreidimensional das Messoptiksystem mit einer Erstreckung über beide Seiten des plattenartigen Halteabschnittes hinaus.
Entsprechend kann der plattenartige Halteabschnitt zum Halten des Messoptiksystems der Größe nach verringert werden, wobei sogar dann, wenn ein kleiner plattenartiger Halteabschnitt ein vergleichsweise dünnes und leichtes Element einsetzt, eine ausreichende Steifheit gegeben ist. Daher kann das Messoptiksystemhaltemittel, wenn es klein ist und eine sehr einfache Struktur aufweist, verhindern, dass die Phasen der Zweitypenmesslichter aufgrund einer Verformung (Verbiegung) des plattenartigen Halteabschnittes verschoben werden. So kann beispielsweise der plattenartige Halteabschnitt ein Element sein, das derart verstärkt ist, dass ein Kantenabschnitt des Halteabschnittes an anderen Elementen befestigt ist.
Wenn indes ein Signalübertragungsweg von dem Messlichtintensitätserfassungsmittel zu dem Phasenerfassungsmittel und ein Signalübertragungsweg von dem Bezugslichtintensitätserfassungsmittel zu dem Phasenerfassungsmittel nahe aneinander angeordnet sind, damit die Einrichtung kompakt ausgestaltet ist, interferiert externe Strahlung von elektromagnetischen Wellen aus der Erzeugung von dem einen Pulssignalübertragungsweg als Rauschen mit den anderen Pulssignalen und verschlechtert die Qualität. Entsprechend einem weiteren Aspekt kann daher die vorbeschriebene Profilmesseinrichtung des Weiteren vorzugsweise eine Komponente (12) beinhalten.

(12) eine Metallabschirmplatte, die zwischen einem Signalübertragungsweg von dem Messlichtintensitätserfassungsmittel zu dem Phaseninformationserfassungsmittel und einem Signalübertragungsweg von dem Bezugslichtintensitätserfassungsmittel zu dem Phaseninformationserfassungsmittel angeordnet ist.

Die Profilmesseinrichtung, die des Weiteren eine derartige Komponente beinhaltet, kann verhindern, dass die Messgenauigkeit aufgrund der externen Strahlung verschlechtert wird.
Eine Profilmesseinrichtung entsprechend einem weiteren Aspekt beinhaltet eine Lichtquelleneinheit zum Erzeugen eines Messlichtes; eine Optikzerlegevorrichtung zum Zerlegen des Messlichtes aus der Erzeugung durch die Lichtquelleneinheit in ein der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht und ein der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht; eine der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit zum weiteren Zerlegen des der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes aus der Zerlegung durch die Optikzerlegevorrichtung in ein erstes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht und ein zweites der einen Oberfläche zugedachtes Licht, zum Erzeugen eines bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes, das man durch optische heterodyne Interferenz ermittelt, indem ein bestrahlungsnachgelagertes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht, das in dem zerlegten ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und eine Oberfläche eines Werkstückes bestrahlt und von dieser reflektiert wird, mit dem zerlegten zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert, und zum Erzeugen eines bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes, das man durch optische heterodyne Interferenz ermittelt, indem ein bestrahlungsvorgelagertes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht, das in dem zerlegten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und die eine Oberfläche eines Werkstückes bestrahlt und von dieser reflektiert wird, mit dem zerlegten zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert, eine der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit zum weiteren Zerlegen des der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes aus der Zerlegung durch die Optikzerlegevorrichtung in ein erstes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht und ein zweites der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht, zum Erzeugen eines bestrahlungsnachgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes, das man durch optische heterodyne Interferenz ermittelt, indem ein bestrahlungsnachgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht, das in dem zerlegten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und die andere Oberfläche eines Werkstückes bestrahlt und von dieser reflektiert wird, mit dem zerlegten zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert, und zum Erzeugen eines bestrahlungsvorgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes, das man durch optische heterodyne Interferenz ermittelt, indem ein bestrahlungsvorgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht, das in dem zerlegten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und die andere Oberfläche eines Werkstückes bestrahlt und von dieser reflektiert wird, mit dem zerlegten zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert, eine Arithmetikeinheit zum als Dicke des Werkstückes erfolgenden Ermitteln eines Abstandes von der einen Oberfläche zu der anderen Oberfläche des Werkstückes auf Grundlage einer Phasendifferenz zwischen einer der einen Oberfläche zugedachten Phase, die man durch Erfassen von Phasen des bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes aus der Erzeugung durch die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit ermittelt, und einer der anderen Oberfläche zugedachten Phase, die man durch Erfassen von Phasen des bestrahlungsvorgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes aus der Erzeugung durch die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit ermittelt, wobei zum Erzeugen einer Mehrzahl der bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichter die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit eine Mehrzahl der bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Messlichter ermittelt, indem bewirkt wird, dass das erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht eine Mehrzahl von Positionen an der einen Oberfläche des Werkstückes bestrahlt und reflektiert wird, und wobei die Arithmetikeinheit ein Oberflächenprofil des Werkstückes an jedem aus der Mehrzahl von Positionen ermittelt, indem ein Abstand von einer vorbestimmten Bezugsebene zu der einen Oberfläche des Werkstückes auf Grundlage einer der einen Oberfläche zugedachten Phase ermittelt wird, die durch Erfassen von Phasen des bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes aus der Erzeugung durch die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit an jeder aus der Mehrzahl von Positionen ermittelt wird.
Bei der Profilmesseinrichtung mit diesem Aufbau wird das Werkstück durch optische heterodyne Interferometrie an der Mehrzahl von Positionen an der einen Oberfläche des Werkstückes gemessen. Entsprechend können die Dicke und das Oberflächenprofil, so beispielsweise die Höhenverteilung des Werkstückes, durch eine einzige Messung ermittelt werden. Die Profilmesseinrichtung und das Profilmessverfahren mit vorbestimmtem Aufbau können die Dicke und das Oberflächenprofil des Werkstückes mit noch höherer Genauigkeit messen.
Entsprechend einem weiteren Aspekt beinhaltet die vorbeschriebene Profilmessseinrichtung des Weiteren eine Bewegungseinheit zum Bewegen des Werkstückes in einer horizontalen Richtung orthogonal zu einer Dickenrichtung des Werkstückes, wobei während die Bewegungseinheit das Werkstück in die horizontale Richtung bewegt, die Arithmetikeinheit eine Mehrzahl von Oberflächenprofilen des Werkstückes an der Mehrzahl von Positionen durch Ermitteln eines Oberflächenprofils des Werkstückes ermittelt, indem ein Abstand von einer vorbestimmten Bezugsebene zu der einen Ebene des Werkstückes auf Grundlage einer der einen Oberfläche zugedachten Phase ermittelt wird, die durch Erfassen von Phasen des bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes aus der Erzeugung durch die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit an jedem aus der Mehrzahl von Positionen ermittelt wird.
Bei diesem Aufbau bewegt die Bewegungseinheit das Werkstück in der horizontalen Richtung, und das Werkstück wird abgetastet. Entsprechend kann die Profilmesseinrichtung mit diesem Aufbau die Dicke und das Oberflächenprofil des Werkstückes mit noch höherer Genauigkeit in dem Abtastbereich messen.
Entsprechend einem weiteren Aspekt ist bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung die Mehrzahl von Positionen wenigstens drei Positionen, wobei die Arithmetikeinheit eine Krümmung an jeder aus der Mehrzahl von Positionen auf Grundlage des Abstandes von der vorbestimmten Bezugsebene zu der einen Oberfläche des Werkstückes an jeder aus der Mehrzahl von Positionen ermittelt.
Die Profilmesseinrichtung mit diesem Aufbau kann die Krümmung der Oberfläche des Werkstückes als Oberflächenprofil des Werkstückes messen.
Entsprechend einem weiteren Aspekt ermittelt bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung die Arithmetikeinheit eine Oberflächenhöhenverteilung des Werkstückes durch Ermitteln einer Mehrzahl der Krümmungen und Verbinden von Bögen aus der Ermittlung durch die Mehrzahl von ermittelten Krümmungen.
Bei diesem Aufbau werden die mehreren Bögen aus der Ermittlung durch die Mehrzahl von Krümmungen verbunden. Entsprechend kann bei der Profilmesseinrichtung mit diesem Aufbau das Oberflächenprofil des Werkstückes wiedergegeben werden.
Entsprechend einem weiteren Aspekt bewegt bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung die Bewegungseinheit das Werkstück in der horizontalen Richtung derart, dass wenigstens zwei aus der Mehrzahl von Positionen vor der Bewegung zwei aus der Mehrzahl von Positionen nach der Bewegung überlappen.
Bei diesem Aufbau wird das Werkstück in der horizontalen Richtung derart bewegt, dass wenigstens zwei aus der Mehrzahl von Positionen vor der Bewegung zwei aus der Mehrzahl von Positionen nach der Bewegung überlappen. Entsprechend kann die Profilmesseinrichtung mit dieser Ausgestaltung auf einfache Weise das Oberflächenprofil des Werkstückes kontinuierlich messen.
Entsprechend einem anderen Aspekt ist bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung die Mehrzahl von Positionen in einer Bewegungsrichtung angeordnet, und es ist ein Intervall zwischen zwei Positionen benachbart zueinander in der Bewegungsrichtung gleichmäßig.
Bei diesem Aufbau ist das Intervall zwischen den beiden Positionen benachbart zueinander in der Bewegungsrichtung gleichmäßig. Entsprechend kann die Profilmesseinrichtung mit diesem Aufbau auf einfache Weise die Bewegungseinheit steuern und das Oberflächenprofil des Werkstückes in einem konstanten Intervall messen.
Entsprechend einem weiteren Aspekt beinhaltet bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit ein erstes der einen Oberfläche zugedachtes Beugungsgitter zum Zerlegen des zerlegten ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes in eine Mehrzahl von Lichtern und ein zweites der einen Oberfläche zugedachtes Beugungsgitter zum Zerlegen des zerlegten zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes in eine Mehrzahl von Lichtern und zum Erzeugen einer Mehrzahl der bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichter, die man durch optische heterodyne Interferenz ermittelt, indem bewirkt wird, dass eine Mehrzahl von bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern, die in der Mehrzahl von ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Zerlegung durch das erste der einen Oberfläche zugedachte Beugungsgitter beinhaltet sind, die eine Oberfläche des Werkstückes bestrahlen und von dieser reflektiert werden, mit der Mehrzahl von zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Zerlegung durch das zweite der einen Oberfläche zugedachte Beugungsgitter interferiert.
Bei der Profilmesseinrichtung mit diesem Aufbau kann das erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht in die Mehrzahl von Lichtern unter Verwendung des ersten der einen Oberfläche zugedachten Beugungsgitters zerlegt werden, und es kann das zweite der einen Oberfläche zugedachte Messlicht in die Mehrzahl von Lichtern unter Verwendung des zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes zerlegt werden. Daher kann die Mehrzahl von Positionen gleichzeitig gemessen werden.
Entsprechend einem weiteren Aspekt beinhaltet bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit einen einzelnen oder eine Mehrzahl von ersten der einen Oberfläche zugedachten Strahlteilern zum Zerlegen des zerlegten ersten der einen Oberfläche zugedachte Messlichtes in eine Mehrzahl von Lichtern und einen einzelnen oder eine Mehrzahl von zweiten der einen Oberfläche zugedachten Strahlteilern zum Zerlegen des zerlegten zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes in eine Mehrzahl von Lichtern und zum Erzeugen einer Mehrzahl der bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichter, die man durch optische heterodyne Interferenz ermittelt, indem bewirkt wird, dass eine Mehrzahl von bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern, die in der Mehrzahl von ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Zerlegung durch die ersten der einen Oberfläche zugedachten Strahlteiler beinhaltet sind, und die eine Oberfläche des Werkstückes bestrahlen und von dieser reflektiert werden, mit der Mehrzahl von zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Zerlegung durch die zweiten der einen Oberfläche zugedachten Strahlteiler interferiert.
Bei dieser Ausgestaltung werden die ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlichter in die Mehrzahl von Lichtern den einzigen oder die Mehrzahl von den ersten der einen Oberfläche zugedachten Strahlteilern zerlegt, und es werden die zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichter in die Mehrzahl von Lichtern durch den einzigen oder die Mehrzahl von zweiten der einen Oberfläche zugedachten Strahlteilern zerlegt. Daher wird die Mehrzahl von Positionen gleichzeitig gemessen. Da die Strahlteiler verwendet werden, besteht bei der Profilmesseinrichtung mit diesem Aufbau ein großer Freiheitsgrad bei der Ausgestaltung und Anpassung der Optik für die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit. Die Beschränkung bei der Ausgestaltung und Anpassung der Optik kann daher verringert werden.
Entsprechend einem weiteren Aspekt beinhaltet bei der vorbeschriebenen Profilmesseinrichtung die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit einen der einen Oberfläche zugedachten Optikmodulator zum Erzeugen einer Differenz zwischen Frequenzen des zerlegten ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes und zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes, wobei die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit einen der anderen Oberfläche zugedachten Optikmodulator zum Erzeugen einer Differenz zwischen Frequenzen des zerlegten ersten der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes und zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes beinhaltet.
Bei dieser Ausgestaltung ist der der einen Oberfläche zugedachte Optikmodulator in der der einen Oberfläche zugedachten Messeinheit vorgesehen, und es ist der der anderen Oberfläche zugedachte Optikmodulator in der der anderen Oberfläche zugedachten Messeinheit beinhaltet. Entsprechend wird bei der Profilmesseinrichtung mit diesem Aufbau keine Schwankung bei der Phase des Lichtes für die optische heterodyne Interferenz in dem optischen Weg von der Lichtquelleneinheit zu der der einen Oberflächen zugedachten Messeinheit erzeugt, und es wird keine Schwankung bei der Phase des Lichtes für die optische heterodyne Interferenz in dem optischen Weg von der Lichtquelleneinheit zu der der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit erzeugt.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der am 2. Februar 2009 eingereichten japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2009-21290 und der am 15. Januar 2010 eingereichten japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2010-6653 , deren gesamte Offenbarungen hiermit durch Verweisung mit aufgenommen sind.
Zur Darlegung der vorliegenden Erfindung ist die Erfindung auf geeignete und ausreichende Weise durch Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung beschrieben worden. Es sollte jedoch einsichtig sein, dass ein Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet ohne Weiteres die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele auf einfache Weise modifizieren und/oder verbessern kann. Es ist beabsichtigt, dass ein modifiziertes Ausführungsbeispiel oder ein verbessertes Ausführungsbeispiel, die von einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet implementiert werden, im Umfang der Ansprüche enthalten ist, es sei denn, das modifizierte Ausführungsbeispiel oder das verbesserte Ausführungsbeispiel befindet sich auf einer Niveau, das über den Umfang der Ansprüche hinausgeht.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann für eine Profilmesseinrichtung verwendet werden, die ein Profil eines Werkstückes, so beispielsweise eines Halbleiterwafers, misst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2009-21290 [0202]
JP 2010-6653 [0202]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Kimura et al. [0168]

Claims

Profilmesseinrichtung zur Verwendung beim Abtasten von vorderen und hinteren Oberflächen eines Werkstückes und Messen einer Dickenverteilung des Werkstückes auf kontaktfreie Weise, umfassend: erste Optikzerlegemittel zum Zerlegen eines Quellenlichtes aus der Emission von einer vorbestimmten Lichtquelle in zwei Lichter; Optikführungsmittel zum Führen der zerlegten Lichter durch das erste Optikzerlegemittel in Richtungen hin zu Messabschnitten an den vorderen und hinteren Oberflächen des Werkstückes, wobei die Messabschnitte zueinander weisen; zweite Optikzerlegemittel zum weiteren Zerlegen eines jeden der zerlegten Lichter des Quellenlichtes aus der Führung in die Richtungen hin zu den Messabschnitten an jedem von dem Vorderende oder der Vorderseite und Hinterende oder Hinterseite des Werkstückes in zwei Lichter; Optikmoduliermittel zum Modulieren einer Frequenz oder von Frequenzen von einem oder beiden der zerlegten Lichter durch das zweite Optikzerlegemittel an jedem von dem Vorderende oder der Vorderseite und Hinterende oder Hinterseite des Werkstückes, und Erzeugen von zwei Messlichtern mit verschiedenen Frequenzen; zwei heterodyne Interferometer zum Bestrahlen des Messabschnittes mit einem der Messlichter und Bewirken, dass ein Objektlicht, das das eine der Messlichter aus der Reflexion durch den Messabschnitt ist, mit einem Bezugslicht, das das andere der Messlichter ist, an jedem von dem Vorderende oder Vorderseite und Hinterende oder Hinterseite des Werkstückes interferiert; dritte Optikzerlegemittel zum Zerlegen eines jeden der beiden Messlichter in zwei Lichter, die ein Hauptlicht, das in das heterodyne Interferometer eingegeben wird, und ein Nebenlicht, das das andere bezüglich des Hauptlichtes ist, beinhalten, an jedem von dem Vorderende oder Vorderseite und Hinterende oder Hinterseite des Werkstückes; Nebenlichtinterferenzmittel zum Bewirken einer miteinander erfolgenden Interferenz der beiden Nebenlichter aus der Zerlegung durch das dritte Optikzerlegemittel an jedem von dem Vorderende oder Vorderseite und Hinterende oder Hinterseite des Werkstückes; Messoptiksystemhaltemittel zum integralen Halten eines Messoptiksystems, das das zweite Optikzerlegemittel, das Optikmoduliermittel, die heterodynen Interferometer, das dritte Optikzerlegemittel und das Nebenlichtinterferenzmittel beinhaltet, an jedem von dem Vorderende oder Vorderseite und Hinterende oder Hinterseite des Werkstückes; Messlichtintensitätserfassungsmittel zum Empfangen von Interferenzlichtern aus der Ermittlung durch die beiden heterodynen Interferometer und Ausgeben von Intensitätssignalen der Interferenzlichter; Bezugslichtintensitätserfassungsmittel zum Empfangen eines Interferenzlichtes aus der Ermittlung durch das Nebenlichtinterferenzmittel und Ausgeben eines Intensitätssignals des Interferenzlichtes an jedem von dem Vorderende oder Vorderseite und Hinterende oder Hinterseite des Werkstückes; und Phaseninformationserfassungsmittel zum Erfassen von Phasen von zwei Pulssignalen, die ein Ausgabesignal des Messlichtintensitätserfassungsmittels und ein Ausgabesignal des Bezugslichtintensitätserfassungsmittels beinhalten, und Erfassen einer Phasendifferenz zwischen den beiden Pulssignalen an jedem von dem Vorderende oder Vorderseite und Hinterende oder Hinterseite des Werkstückes.
Profilmesseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Messoptiksystemhaltemittel ein starrer Körper ist, der einen plattenartigen Halteabschnitt beinhaltet, der das Messoptiksystem auf geteilte Weise an jedem von dem Vorderende oder Vorderseite und Hinterende oder Hinterseite hält, wobei der plattenartige Halteabschnitt ein Durchgangsloch aufweist, das das Hindurchtreten eines sich in dem Messoptiksystem ausbreitenden Lichtes erlaubt.
Profilmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, des Weiteren umfassend: eine Metallabschirmplatte, die zwischen einem Signalübertragungsweg von dem Messlichtintensitätserfassungsmittel zu dem Phaseninformationserfassungsmittel und einem Signalübertragungsweg von dem Bezugslichtintensitätserfassungsmittel zu dem Phaseninformationserfassungsmittel angeordnet ist.
Profilmesseinrichtung, umfassend: eine Lichtquelleneinheit zum Erzeugen eines Messlichtes; eine Optikzerlegevorrichtung zum Zerlegen des Messlichtes aus der Erzeugung durch die Lichtquelleneinheit in ein der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht und ein der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht; eine der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit zum weiteren Zerlegen des der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes aus der Zerlegung durch die Optikzerlegevorrichtung in ein erstes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht und ein zweites der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht, zum Erzeugen eines bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes, das man durch optische heterodyne Interferenz ermittelt, indem bewirkt wird, dass ein bestrahlungsnachgelagertes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht, das in dem zerlegten ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und eine Oberfläche eines Werkstückes bestrahlt und von dieser reflektiert wird, mit dem zerlegten zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert, und zum Erzeugen eines bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes, das man durch optische heterodyne Interferenz ermittelt, indem bewirkt wird, dass ein bestrahlungsvorgelagertes der einen Oberfläche zugedachtes Messlicht, das in dem zerlegten ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und zunächst die eine Oberfläche des Werkstückes bestrahlt, mit dem zerlegten zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert, eine der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit zum weiteren Zerlegen des der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes aus der Zerlegung durch die Optikzerlegevorrichtung in ein erstes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht und ein zweites der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht, zum Erzeugen eines bestrahlungsnachgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes, das man durch optische heterodyne Interferenz ermittelt, indem bewirkt wird, dass ein bestrahlungsnachgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht, das in dem zerlegten ersten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und die andere Oberfläche des Werkstückes bestrahlt und von dieser reflektiert wird, mit dem zerlegten zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert, und zum Erzeugen eines bestrahlungsvorgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes, das man durch optische heterodyne Interferenz ermittelt, indem bewirkt wird, dass ein bestrahlungsvorgelagertes der anderen Oberfläche zugedachtes Messlicht, das in dem zerlegten ersten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht beinhaltet ist und zunächst die andere Oberfläche des Werkstückes bestrahlt, mit dem zerlegten zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlicht interferiert, und eine Arithmetikeinheit zum als Dicke des Werkstückes erfolgenden Ermitteln eines Abstandes von der einen Oberfläche zu der anderen Oberfläche des Werkstückes auf Grundlage einer Phasendifferenz zwischen einer der einen Oberfläche zugedachten Phase, die man durch Erfassen von Phasen des bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes aus der Erzeugung durch die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit ermittelt, und einer der anderen Oberfläche zugedachten Phase, die man durch Erfassen von Phasen des bestrahlungsvorgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der anderen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes aus der Erzeugung durch die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit ermittelt, wobei zum Erzeugen einer Mehrzahl der bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichter die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit eine Mehrzahl der bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Messlichter ermittelt, indem bewirkt wird, dass das erste der einen Oberfläche zugedachte Messlicht eine Mehrzahl von Positionen an der einen Oberfläche des Werkstückes bestrahlt und von dieser reflektiert wird, und wobei die Arithmetikeinheit ein Oberflächenprofil des Werkstückes an jeder aus der Mehrzahl von Positionen ermittelt, indem ein Abstand von einer vorbestimmten Bezugsebene zu der einen Oberfläche des Werkstückes auf Grundlage einer der einen Oberfläche zugedachten Phase ermittelt wird, die durch Erfassen von Phasen des bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes aus der Erzeugung durch die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit an jeder aus der Mehrzahl von Positionen ermittelt wird.
Profilmesseinrichtung nach Anspruch 4, des Weiteren umfassend: eine Bewegungseinheit zum Bewegen des Werkstückes in einer horizontalen Richtung orthogonal zu einer Dickenrichtung des Werkstückes, wobei während die Bewegungseinheit das Werkstück in die horizontale Richtung bewegt, die Arithmetikeinheit eine Mehrzahl von Oberflächenprofilen des Werkstückes an der Mehrzahl von Positionen durch Ermitteln eines Oberflächenprofils des Werkstückes ermittelt, indem ein Abstand von einer vorbestimmten Bezugsebene zu der einen Oberfläche des Werkstückes auf Grundlage einer der einen Oberfläche zugedachten Phase ermittelt wird, die durch Erfassen von Phasen des bestrahlungsvorgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes und des bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichtes aus der Erzeugung durch die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit an jeder aus der Mehrzahl von Positionen ermittelt wird.
Profilmesseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Mehrzahl von Positionen wenigstens drei Positionen ist, und wobei die Arithmetikeinheit eine Krümmung an jeder aus der Mehrzahl von Positionen auf Grundlage des Abstandes von der vorbestimmten Bezugsebene zu der einen Oberfläche des Werkstückes an jeder aus der Mehrzahl von Positionen ermittelt.
Profilmesseinrichtung nach Anspruch 6, wobei die Arithmetikeinheit eine Oberflächenhöhenverteilung des Werkstückes durch Ermitteln einer Mehrzahl der Krümmungen und Verbinden von durch die Mehrzahl von ermittelten Krümmungen ermittelten Bögen ermittelt.
Profilmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Bewegungseinheit das Werkstück derart in der horizontalen Richtung bewegt, dass wenigstens zwei aus der Mehrzahl von Positionen vor der Bewegung zwei aus der Mehrzahl von Positionen nach der Bewegung überlappen.
Profilmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Mehrzahl von Positionen in einer Bewegungsrichtung angeordnet ist und ein Intervall zwischen zwei Positionen benachbart zueinander in der Bewegungsrichtung gleichmäßig ist.
Profilmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit beinhaltet: ein erstes der einen Oberfläche zugedachtes Beugungsgitter zum Zerlegen des zerlegten ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes in eine Mehrzahl von Lichtern und ein zweites der einen Oberfläche zugedachtes Beugungsgitter zum Zerlegen des zerlegten zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes in eine Mehrzahl von Lichtern und zum Erzeugen einer Mehrzahl der bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichter, die durch optische heterodyne Interferenz ermittelt werden, indem bewirkt wird, dass eine Mehrzahl von bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern, die in der Mehrzahl von ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Zerlegung durch das erste der einen Oberfläche zugedachte Beugungsgitter beinhaltet sind und die eine Oberfläche des Werkstückes bestrahlen und von dieser reflektiert werden, mit der Mehrzahl von zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Zerlegung durch das zweite der einen Oberfläche zugedachte Beugungsgitterinterferiert.
Profilmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit beinhaltet: einen einzelnen oder eine Mehrzahl von ersten der einen Oberfläche zugedachten Strahlteilern zum Zerlegen des zerlegten ersten der einen Oberfläche zugedachte Messlichtes in eine Mehrzahl von Lichtern und einen einzelnen oder eine Mehrzahl von zweiten der einen Oberfläche zugedachten Strahlteilern zum Zerlegen des zerlegten zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes in eine Mehrzahl von Lichtern und zum Erzeugen einer Mehrzahl der bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Interferenzlichter, die durch optische heterodyne Interferenz ermittelt werden, indem bewirkt wird, dass die Mehrzahl von bestrahlungsnachgelagerten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern, die in der Mehrzahl von ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Zerlegung durch die ersten der einen Oberfläche zugedachten Strahlteiler beinhaltet sind und die eine Oberfläche des Werkstückes bestrahlen und von dieser reflektiert werden, mit der Mehrzahl von zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtern aus der Zerlegung durch die zweiten der einen Oberfläche zugedachten Strahlteiler interferiert.
Profilmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, wobei die der einen Oberfläche zugedachte Messeinheit beinhaltet: einen der einen Oberfläche zugedachten Optikmodulator zum Erzeugen einer Differenz zwischen Frequenzen des zerlegten ersten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes und zweiten der einen Oberfläche zugedachten Messlichtes und wobei die der anderen Oberfläche zugedachte Messeinheit beinhaltet einen der anderen Oberfläche zugedachten Optikmodulator zum Erzeugen einer Differenz zwischen Frequenzen des zerlegten ersten der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes und zweiten der anderen Oberfläche zugedachten Messlichtes.