DE112018006245T5

DE112018006245T5 - Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung

Info

Publication number: DE112018006245T5
Application number: DE112018006245.7T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Ishigaki; Takahiro Mamiya
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2020-09-03
Also published as: JP2019100961A; TW201937129A; US20200271434A1; JP7028623B2; TWI686585B; CN111051810B; KR102345277B1; CN111051810A; KR20200092934A; WO2019111453A1; US11118895B2

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung bereitgestellt, die die Messgenauigkeit und die Messungseffizienz verbessert. Die Vorrichtung 1 zur dreidimensionalen Messung gewinnt mehrere Sätze von Intensitäts-Bilddaten an einer vorbestimmten Position in Richtung einer optischen Achse bezüglich jeder Koordinatenposition in einem vorbestimmten Messgebiet auf einem Werkstück W auf der Grundlage von durch Abbilden durch Abbildungssysteme 4A und 4B gewonnenen Interferenzstreifenbild. Die mehreren Sätze der Intensitäts-Bilddaten werden an vorbestimmten Messbereichsintervallen gewonnen. Die Vorrichtung 1 zur dreidimensionalen Messung bestimmt danach eine Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse bezüglich der Koordinatenposition auf der Grundlage der mehreren Sätze der Intensitäts-Bilddaten und spezifiziert eine Ordnung, die der Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse entspricht, als eine Ordnung bezüglich der Koordinatenposition. Die Vorrichtung 1 zur dreidimensionalen Messung gewinnt ferner eine Phaseninformation eines Lichts an der Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet und führt eine dreidimensionale Messung bezüglich der Koordinatenposition auf der Grundlage der Phaseninformation bezüglich der Koordinatenposition und der Ordnung bezüglich der Koordinatenposition durch.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung, die ausgelegt ist, um die Form eines Messobjekts zu messen.
Hintergrund
Vorrichtungen zur dreidimensionalen Messung mit Hilfe von Interferometern sind als die Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung bekannt, die ausgelegt sind, um die Form eines Messobjekts zu messen. Unter diesen gibt es eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung, die eine Messung durch ein Phasenverschiebungsverfahren auf der Grundlage von mehreren Interferenzstreifenbilds unterschiedlicher Phasen durchführt (wie es zum Beispiel in der Patentliteratur 1 beschrieben ist).
In einer solchen Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung bildet die Hälfte (zum Beispiel 750 nm) des Wellenlängenbereichs eines Messlichts (zum Beispiel 1500 nm) einen Messbereich (dynamischen Bereich), der die Messung ermöglicht.
Wenn das Messobjekt eine Höhendifferenz hat, die gleich hoch wie oder größer als die Hälfte der Wellenlänge des Messlichts ist, so ist der Messbereich unzureichend und es ist wahrscheinlich, dass eine geeignete Messung der Form des Messobjekts fehlschlagen wird. Die längere Wellenlänge des Messlichts verringert hingegen die Auflösung und verringert wahrscheinlich die Messgenauigkeit.
Als eine Technik zum Messen der Höhe außerhalb des Messbereichs gibt es eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung, die schwach kohärentes Licht für eine Lichtquelle eines Michelson-Interferometers verwendet, um den Bereich zu lokalisieren, wo Interferenz auftritt, eine Bühne eines Brennpunkt-Bewegungsmechanismus bewegt, um eine Information zum Entfalten (Spezifikation der Ordnung) einer Kontrastinformation von Interferenzstreifen zu erhalten, und Amplitudenbilder und Phasenbilder verwendet, die in vorbestimmten Schritten durch den Brennpunkt-Bewegungsmechanismus gewonnen werden, um die Form zu berechnen (wie es zum Beispiel in der Patentliteratur 2 beschrieben ist).
Zitierliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2017-53832A
Patentliteratur 2: JP 2000-9444A

Kurzdarstellung
Technisches Problem
Der in der Patentliteratur 2 beschriebene Stand der Technik ermöglicht eine Messung der Höhe außerhalb oder jenseits des Messbereichs, erfordert jedoch den Brennpunkt-Bewegungsmechanismus. Dies macht wahrscheinlich die Struktur kompliziert.
Diese Technik erfordert ferner mehrere Abbildungsoperationen mit Bewegung des Messobjekts. Dies verlängert die Messzeit und wird auch durch die Vibration einer solchen Bewegung und dergleichen beeinflusst. Dies verringert wahrscheinlich die Messgenauigkeit.
Unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Umstände ist es Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung bereitzustellen, die die Messgenauigkeit und die Messungseffizienz verbessert.
Lösung des Problems
Nachfolgend ist jeder von verschiedenen Aspekten beschrieben, die zur Lösung der oben beschriebenen Probleme angemessen sind. Funktionen und vorteilhafte Effekte, die für jeden einzelnen der Aspekte charakteristisch sind, sind ebenfalls in geeigneter Weise beschrieben.
Aspekt 1. Es wird eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung bereitgestellt, die umfasst: ein vorbestimmtes optisches System (bestimmtes oder spezifisches optisches System), das ausgelegt ist, um ein vorbestimmtes einfallendes Licht in zwei Lichter zu teilen, eines der zwei Lichter als Messlicht zu einem Messobjekt (zum Beispiel einem Wafersubstrat) auszustrahlen und das weitere der zwei Lichter als Referenzlicht zu einer Referenzoberfläche auszustrahlen, und die zwei Lichter wieder zu einem vereinigten Licht zu vereinigen und das vereinigte Licht auszusenden; eine Bestrahlungseinheit, die ausgelegt ist, um ein vorbestimmtes Licht zum Eintreten in das vorbestimmte optische System auszusenden; eine Abbildungseinheit, die ausgelegt ist, um ein Bild eines ausgegebenen Lichts aufzunehmen, das von dem vorbestimmten optischen System ausgesendet wird; und einen Bildprozessor, der ausgelegt ist, um eine dreidimensionale Messung bezüglich eines vorbestimmten Messgebiets des Messobjekts (ein gesamtes Gebiet oder ein Teilgebiet des Messobjekts) auf der Grundlage eines durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnenen Interferenzstreifenbilds (Hologramm) auszuführen. Der Bildprozessor umfasst: eine Bilddaten-Gewinnungseinheit, die ausgelegt ist, um Intensitäts-Bilddaten an einer vorbestimmten Position in Richtung einer optischen Achse bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet durch Rekonstruktion auf der Grundlage eines Interferenzstreifenbilds bezüglich des durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnenen Messgebiets zu gewinnen; eine Phaseninformation-Gewinnungseinheit, die ausgelegt ist, um eine Phaseninformation eines Lichts an der vorbestimmten Position in Richtung der optischen Achse bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet durch Rekonstruktion auf der Grundlage des Interferenzstreifenbilds bezüglich des durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnen Messgebiets zu gewinnen; eine Fokussierungsbestimmungseinheit, die ausgelegt ist, um auf der Grundlage der Intensitäts-Bilddaten an der vorbestimmten Position in Richtung der optischen Achse bezüglich einer vorbestimmten Koordinatenposition in dem durch die Bilddaten-Gewinnungseinheit gewonnen Messgebiet zu bestimmen, ob sich die Intensitäts-Bilddaten in einem Fokussierungszustand befinden, der eine vorbestimmte Bedingung (zum Beispiel eine Bedingung, dass die Intensitäts-Bilddaten eine Lichtstärke haben, die gleich groß wie oder größer als ein Referenzwert sind) erfüllt; eine Ordnung-Spezifizierungseinheit, die ausgelegt ist, um eine Ordnung, die der vorbestimmten Position in Richtung der optischen Achse entspricht, als eine Ordnung bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition von in vorbestimmten Messbereichsintervallen in Richtung der optischen Achse bestimmten Ordnungen zu spezifizieren, wenn auf der Grundlage eines Bestimmungsergebnisses der Fokussierungsbestimmungseinheit bestimmt wird, dass sich die Intensitäts-Bilddaten an der vorbestimmten Position in Richtung der optischen Achse bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition in dem Fokussierungszustand befinden; und eine Einheit zur dreidimensionalen Messung, die ausgelegt ist, um eine dreidimensionale Messung bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition auf der Grundlage einer Phaseninformation bezüglich der vorbestimmten, durch die Phaseninformation-Gewinnungseinheit gewonnenen Koordinatenposition und der durch die Ordnung-Spezifizierungseinheit spezifizierten Ordnung bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition auszuführen.
Das „vorbestimmte optische System“ umfasst nicht nur „ein optisches System, das eine Interferenz zwischen dem Referenzlicht und dem Messlicht in seinem Inneren erzeugt und das Referenzlicht und das Messlicht als interferierendes Licht ausgibt“, sondern ein optisches System, das das Referenzlicht und das Messlicht als einfaches, vereinigtes Licht ausgibt, ohne eine Interferenz zwischen dem Referenzlicht und dem Messlicht im Inneren“ zu erzeugen. Wenn das von dem „vorbestimmten optischen System“ ausgegebene „ausgegebene Licht“ „vereinigtes Licht“ wird, wird „interferierendes Licht“ mit Hilfe einer vorbestimmten Interferenzeinheit in einer Stufe wenigstens vor der Abbildung durch die „Abbildungseinheit“ gewonnen, um ein „Interferenzstreifenbild “ aufzunehmen.
Demzufolge kann ein optisches System das ausgelegt ist, um ein vorbestimmtes einfallendes Licht in zwei Lichter zu teilen, eines der Lichter als Messlicht zu einem Messobjekt auszustrahlen und das weitere der Lichter als Referenzlicht zu einer Referenzoberfläche zu strahlen, und die zwei Lichter wieder zu einem vereinigten Licht zu vereinigen und das vereinigte Licht auszusenden mit dem Ziel, eine Interferenz von Lichtern zu erzeugen (ein Interferenzstreifenbild aufzunehmen) als „optisches Interferenzsystem“ bezeichnet werden. Demzufolge kann in dem oben beschriebenen Aspekt 1 das „vorbestimmte optische System (bestimmte oder spezifische optische System)“ als „optisches Interferenzsystem“ betrachtet werden (das Gleiche gilt für die jeweiligen weiter unten beschriebenen Aspekte).
Die Konfiguration des obigen Aspekts 1 ermöglicht eine Höhenmessung außerhalb oder jenseits des Messbereichs bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet. Ferner erfordert die Konfiguration des obigen Aspekts 1 keinen großen oder sperrigen Bewegungsmechanismus, um das Messobjekt zu bewegen, und vereinfacht dadurch die Struktur. Die Konfiguration des obigen Aspekts 1 wird auch nicht durch die Vibrationen oder dergleichen eine solchen großen oder sperrigen Bewegungsmechanismus beeinträchtigt und verbessert dadurch die Messgenauigkeit.
Ferner ermöglicht die Konfiguration des obigen Aspekts 1, dass alle Interferenzstreifenbilder, die für die Messung erforderlich sind, durch die kleinere Anzahl von Abbildungsoperationen gewonnen werden, und verbessert die Messungseffizienz dadurch.
Aspekt 2. Es wird eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung bereitgestellt, die umfasst: ein vorbestimmtes optisches System (bestimmtes oder spezifisches optisches System), das ausgelegt ist, um ein vorbestimmtes einfallendes Licht in zwei Lichter zu teilen, eines der zwei Lichter als Messlicht zu einem Messobjekt (zum Beispiel einem Wafersubstrat) auszustrahlen und das weitere der zwei Lichter als Referenzlicht zu einer Referenzoberfläche auszustrahlen, und die zwei Lichter wieder zu einem vereinigten Licht zu vereinigen und das vereinigte Licht auszusenden; eine Bestrahlungseinheit, die ausgelegt ist, um ein vorbestimmtes Licht zum Eintreten in das vorbestimmte optische System auszusenden; eine Abbildungseinheit, die ausgelegt ist, um ein Bild eines ausgegebenen Lichts aufzunehmen, das von dem vorbestimmten optischen System ausgesendet wird; und einen Bildprozessor, der ausgelegt ist, um eine dreidimensionale Messung bezüglich eines vorbestimmten Messgebiets des Messobjekts (ein gesamtes Gebiet oder ein Teilgebiet des Messobjekts) auf der Grundlage eines durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnenen Interferenzstreifenbilds (Hologramm) auszuführen. Die Bildprozessor umfasst eine Bilddaten-Gewinnungseinheit, die ausgelegt ist, um mehrere Sätze von Intensitäts-Bilddaten an einer vorbestimmten Position in Richtung einer optischen Achse bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet durch Rekonstruktion auf der Grundlage eines Interferenzstreifenbilds bezüglich des durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnenen Messgebiets zu gewinnen, wobei die mehreren Sätze der Intensitäts-Bilddaten an vorbestimmten Messbereichsintervallen einer Anzahl n von Perioden in wenigstens einem vorbestimmten Bereich in Richtung der optischen Achse gewonnen werden, (wobei n eine natürliche Zahl gleich groß wie oder größer als 1 ist); eine Fokussierungsposition-Bestimmungseinheit, die ausgelegt ist, um eine vorbestimmte Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse (zum Beispiel eine Position in Richtung der optischen Achse, wo Intensitätsbilddaten der maximalen Fokussierung gewonnen werden) bezüglich einer vorbestimmten Koordinatenposition in dem Messgebiet auf der Grundlage der mehreren Sätze der Intensitäts-Bilddaten bezüglich der mit Hilfe der Bilddaten-Gewinnungseinheit gewonnenen vorbestimmten Koordinatenposition zu bestimmen; eine Ordnung-Spezifizierungseinheit, die ausgelegt ist, um eine Ordnung, die der Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse entspricht, bezüglich der mit Hilfe der Fokussierungsposition-Bestimmungseinheit bestimmten vorbestimmten Koordinatenposition als eine Ordnung bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition von an den Messbereichsintervallen in Richtung der optischen Achse bestimmten Ordnungen zu spezifizieren; eine Phaseninformation-Gewinnungseinheit, die ausgelegt ist, um eine Phaseninformation eines Lichts an der vorbestimmten Position in Richtung der optischen Achse bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet durch Rekonstruktion auf der Grundlage des Interferenzstreifenbilds bezüglich des durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnen Messgebiets zu gewinnen; und eine Einheit zur dreidimensionalen Messung, die ausgelegt ist, um eine dreidimensionale Messung (Höhenmessung) bezüglich der vorbestimmte Koordinatenposition auf der Grundlage einer Phaseninformation bezüglich der vorbestimmten, durch die Phaseninformation-Gewinnungseinheit gewonnenen Koordinatenposition und der durch die Ordnung-Spezifizierungseinheit spezifizierten Ordnung bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition auszuführen.
Die Konfiguration des oben beschriebenen Aspekts 2 hat ähnliche Funktionen und vorteilhafte Effekte wie die des oben beschriebenen Aspekts 1.
Aspekt 3. Es wird eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung bereitgestellt, die umfasst: ein vorbestimmtes optisches System (bestimmtes oder spezifisches optisches System), das ausgelegt ist, um ein vorbestimmtes einfallendes Licht in zwei Lichter zu teilen, eines der zwei Lichter als Messlicht zu einem Messobjekt (zum Beispiel einem Wafersubstrat) und das weitere der zwei Lichter als Referenzlicht zu einer Referenzoberfläche auszustrahlen, und die zwei Lichter wieder zu einem vereinigten Licht zu vereinigen und das vereinigte Licht auszusenden; eine Bestrahlungseinheit, die ausgelegt ist, um ein vorbestimmtes Licht zum Eintreten in das vorbestimmte optische System auszusenden; eine Abbildungseinheit, die ausgelegt ist, um ein Bild eines ausgegebenen Lichts aufzunehmen, das von dem vorbestimmten optischen System ausgesendet wird; und einen Bildprozessor, der ausgelegt ist, um eine dreidimensionale Messung bezüglich eines vorbestimmten Messgebiets des Messobjekts (ein gesamtes Gebiet oder ein Teilgebiet des Messobjekts) auf der Grundlage eines durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnenen Interferenzstreifenbilds (Hologramm) auszuführen. Die Bildprozessor umfasst eine erste Bilddaten-Gewinnungseinheit, die ausgelegt ist, um mehrere Sätze von Intensitäts-Bilddaten an einer vorbestimmten Position in Richtung einer optischen Achse bezüglich eines speziellen Gebiets, das ein voreingestellter Teil in dem Messgebiet ist, durch Rekonstruktion auf der Grundlage des durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnenen Interferenzstreifenbilds zu gewinnen, wobei die mehreren Sätze der Intensitäts-Bilddaten an vorbestimmten Messbereichsintervallen einer Anzahl n von Perioden in wenigstens einem ersten Bereich in Richtung der optischen Achse gewonnen werden, (wobei n eine natürliche Zahl gleich groß wie oder größer als 1 ist); eine erste Fokussierungsposition-Bestimmungseinheit, die ausgelegt ist, um eine vorbestimmte Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse bezüglich des speziellen Gebiets auf der Grundlage der mehreren Sätze der Intensitäts-Bilddaten bezüglich des durch die erste Bilddaten-Gewinnungseinheit gewonnenen speziellen Gebiets zu bestimmen; eine zweite Bilddaten-Gewinnungseinheit, die ausgelegt ist, um mehrere Sätze von Intensitäts-Bilddaten an der vorbestimmten Position in Richtung der optischen Achse bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet durch Rekonstruktion auf der Grundlage des Interferenzstreifenbilds bezüglich des durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnenen Messgebiets zu gewinnen, wobei die mehreren Sätze der Intensitäts-Bilddaten an vorbestimmten Messbereichsintervallen einer Anzahl n von Perioden in wenigstens einem zweiten Bereich in Richtung der optischen Achse, der auf der Grundlage der Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse in dem speziellen Gebiet eingestellt wird, gewonnen werden, (wobei n eine natürliche Zahl gleich groß wie oder größer als 1 ist); eine zweite Fokussierungsposition-Bestimmungseinheit, die ausgelegt ist, um eine vorbestimmte Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse bezüglich einer vorbestimmten Koordinatenposition in dem Messgebiet auf der Grundlage der mehreren Sätze der Intensitäts-Bilddaten bezüglich der durch die zweite Bilddaten-Gewinnungseinheit gewonnenen vorbestimmten Koordinatenposition zu bestimmen; eine Ordnung-Spezifizierungseinheit, die ausgelegt ist, um eine Ordnung, die der Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse entspricht, bezüglich der durch die zweite Fokussierungsposition-Bestimmungseinheit bestimmten vorbestimmten Koordinatenposition als eine Ordnung bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition von an den Messbereichsintervallen in Richtung der optischen Achse bestimmten Ordnungen zu spezifizieren; eine Phaseninformation-Gewinnungseinheit, die ausgelegt ist, um eine Phaseninformation eines Lichts an der vorbestimmten Position in Richtung der optischen Achse bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet durch Rekonstruktion auf der Grundlage des Interferenzstreifenbilds bezüglich des durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnen Messgebiets zu gewinnen; und eine Einheit zur dreidimensionalen Messung, die ausgelegt ist, um eine dreidimensionale Messung (Höhenmessung) bezüglich der vorbestimmte Koordinatenposition auf der Grundlage einer Phaseninformation bezüglich der vorbestimmten, durch die Phaseninformation-Gewinnungseinheit gewonnen Koordinatenposition und der durch die Ordnung-Spezifizierungseinheit spezifizierten Ordnung bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition auszuführen.
Die Konfiguration des oben beschriebenen Aspekts 3 hat ähnliche Funktionen und vorteilhafte Effekte wie die des Aspekts 1 und des Aspekts 2, die oben beschrieben sind. Insbesondere gewinnt die Konfiguration dieses Aspekts nicht anfangs Intensitäts-Bilddaten bezüglich des gesamten Messgebiets, sondern gewinnt die Intensitäts-Bilddaten an mehreren Positionen in Richtung der optischen Achse bezüglich nur eines spezielles Gebiets, das ein voreingestellter Teil (ein begrenzter schmaler Bereich) in dem Messgebiet ist und spezifiziert die Position des Messobjekts in Richtung der optischen Achse auf der Grundlage des Fokussierungszustands der gewonnenen Intensitäts-B i lddaten.
Die Konfiguration des obigen Aspekts 3 gewinnt danach Intensitäts-Bilddaten an mehreren Positionen in Richtung der optischen Achse bezüglich jeder Koordinatenposition in dem gesamten Messgebiet auf der Grundlage der Fokussierungsposition bezüglich des speziellen Gebiets.
Diese Konfiguration verringert die Last des Prozesses zum Gewinnen der erforderlichen Daten für die dreidimensionale Messung des Messgebiets und verkürzt die für diesen Prozess erforderliche Zeitspanne. Infolgedessen verbessert diese Konfiguration die Messgenauigkeit und ferner die Messungseffizienz.
Aspekt 4. In der in einem der obigen Aspekte 1 bis 3 beschriebenen Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung kann die Rekonstruktion durchgeführt werden, indem komplexe Amplitudendaten bezüglich der vorbestimmten Position in Richtung der optischen Achse auf der Grundlage des Interferenzstreifenbilds gewonnen werden.
Aspekt 5. Die in einem der obigen Aspekte 1 bis 4 beschriebene Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung kann ferner eine Phasenverschiebungseinheit umfassen, die ausgelegt ist, um eine relative Phasendifferenz zwischen dem Referenzlicht und dem Messlicht zu liefern. Die Bildprozessor kann ausgelegt sein, um eine Messung bezüglich eines vorbestimmten Messgebiets des Messobjekts auf der Grundlage mehrerer, durch die Abbildungseinheit, die Bilder des ausgegebenen Lichts aufnimmt, das mehreren verschiedenen Phasenverschiebungen (zum Beispiel drei oder vier verschiedene Phasenverschiebungen) durch die Phasenverschiebungseinheit unterzogen wird, gewonnener Interferenzstreifenbilder durchzuführen.
Aspekt 6. In der in einem der obigen Aspekte 1 bis 5 beschriebenen Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung kann die Bestrahlungseinheit eine erste Bestrahlungseinheit, die ausgelegt ist, um ein erstes Licht, das polarisiertes Licht einer ersten Wellenlänge zum Eintreten in das vorbestimmte optische System umfasst, auszusenden; und eine zweite Bestrahlungseinheit, die ausgelegt ist, um ein zweites Licht, das polarisiertes Licht einer zweiten Wellenlänge zum Eintreten in das vorbestimmte optische System umfasst, auszusenden, umfassen. Die Abbildungseinheit kann eine erste Abbildungseinheit, die ausgelegt ist, um ein Bild eines ausgegebenen Lichts bezüglich des ersten Lichts, das von dem vorbestimmten optischen System ausgesendet wird, aufzunehmen, wenn das erste Licht in das vorbestimmte optische System eintritt; und eine zweite Abbildungseinheit, die ausgelegt ist, um ein Bild eines ausgegebenen Lichts bezüglich des zweiten Licht, das von dem vorbestimmten optischen System ausgesendet wird, aufzunehmen, wenn das zweite Licht in das vorbestimmte optische System eintritt, umfassen.
Wie der oben beschriebene Aspekt 6 kann die Verwendung von zwei unterschiedlichen Lichtern mit unterschiedlichen Wellenlängen den Messbereich erweitern.
Das von der „ersten Bestrahlungseinheit“ ausgesendete „erste Licht“ kann jedes beliebige Licht sein, das wenigstens „polarisiertes Licht der ersten Wellenlänge (erstes polarisiertes Licht)“ enthält, und kann Licht sein (zum Beispiel „nicht polarisiertes Licht“ oder „zirkulär polarisiertes Licht“), das eine weitere, zusätzliche Komponente enthält, die danach in dem „vorbestimmten optischen System“ geschnitten wird.
Entsprechend kann das von der „zweite Bestrahlungseinheit“ ausgesendete „zweite Licht“ jedes beliebige Licht sein, das wenigstens „polarisiertes Licht der zweiten Wellenlänge (zweites polarisiertes Licht)“ enthält, und kann Licht sein (zum Beispiel „nicht polarisiertes Licht“ oder „zirkulär polarisiertes Licht“), das eine weitere, zusätzliche Komponente enthält, die danach in dem „vorbestimmten optischen System“ geschnitten wird.
Das von dem „vorbestimmten optischen System (dem speziellen optischen System)“ ausgegebene „ausgegebene Licht bezüglich des ersten Lichts“ umfasst „vereinigtes Licht aus Referenzlicht und Messlicht bezüglich des ersten Lichts oder durch Interferenz des vereinigten Lichts gewonnenes interferierendes Licht“. Das „ausgegebene Licht bezüglich des zweiten Lichts“ umfasst „vereinigtes Licht aus Referenzlicht und Messlicht bezüglich des zweiten Lichts oder durch Interferenz des vereinigten Lichts gewonnenes interferierendes Licht“.
Aspekt 7. In der in einem der obigen Aspekte 1 bis 6 beschriebenen Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung kann das Messobjekt ein Wafersubstrat mit einem darauf gebildeten Höcker sein.
Die Konfiguration des obigen Aspekts 7 ermöglicht eine Messung von auf einem Wafersubstrat gebildeten Höckern. Diese Konfiguration ermöglicht ferner eine Beurteilung der guten/schlechten Qualität der Höcker auf der Grundlage der Messwerte bei der Untersuchung der Höcker. Dies ermöglicht entsprechend eine sehr genaue Beurteilung der guten/schlechten Qualität, indem die Funktionen und die vorteilhaften Effekte der jeweiligen, oben beschriebenen Aspekte bereitgestellt werden. Infolgedessen verbessert diese Konfiguration die Untersuchungsgenauigkeit und die Untersuchungseffizienz in einer Höcker-Untersuchungsvorrichtung.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das die elektrische Konfiguration der Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung zeigt;
3 ist ein Lichtweg-Diagramm, das einen Lichtweg eines ersten Lichts zeigt;
4 ist ein Lichtweg-Diagramm, das einen optischen Weg eines zweiten Lichts zeigt;
5 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Messprozesses zeigt;
6 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine räumliche Beziehung zwischen einem Werkstück und einem Abbildungselement und dergleichen zeigt;
7 ist ein erläuterndes Diagramm, das die räumliche Beziehung zwischen dem Werkstück und dem Abbildungselement und dergleichen zeigt;
8 ist ein schematisches Diagramm, das eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung eines Wafersubstrats zeigt;
9 ist ein schematisches Diagramm, das eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung eines Höckers zeigt;
10 ist ein schematisches Diagramm, das eine zweidimensionale Messung eines Höckers zeigt;
11 ist ein Diagramm, das ein konkretes Beispiel von Beziehungen zwischen einem Messbereich, Phasen, Ordnungen, Höhenmesswerten und dergleichen zeigt; und
12 ist ein Diagramm, das ein konkretes Beispiel von Beziehungen zwischen einem Messbereich, Phasen, Ordnungen, Höhenmesswerten und dergleichen gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung gemäß der Ausführungsform ist eine Messvorrichtung zum Durchführen dreidimensionaler Messungen unter Verwendung digitaler Holographie. Die „digitale Holographie“ bezeichnet hier eine Technik zum Gewinnen eines Interferenzstreifenbilds (Hologramm) und zum Rekonstruieren eines Bilds von dem gewonnenen Interferenzstreifenbild.
1 ist ein Diagramm, das die schematische Konfiguration einer Vorrichtung 1 zur dreidimensionalen Messung gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 2 ist ein Blockdiagramm, das die elektrische Konfiguration der dreidimensionalen Messung 1 zeigt. In der nachfolgenden Beschreibung ist aus praktischen Gründen eine Vornhinten-Richtung der Zeichenebene von 1 als „X-Achsenrichtung“, eine Oben-unten-Richtung der Zeichenebene als „Y-Achsenrichtung“ und ist eine Links-rechts-Richtung der Zeichenebene als „Z-Achsenrichtung“ bezeichnet.
Die Vorrichtung 1 zur dreidimensionalen Messung ist auf der Grundlage des Prinzips eines Michelson-Interferometers konfiguriert und umfasst zwei optische Projektionssysteme 2A und 2B (ein erstes optisches Projektionssystem 2A und ein zweites optisches Projektionssystem 2B), die als die Bestrahlungseinheiten ausgelegt sind, um Lichter spezieller Wellenlängen auszugeben; ein System 3 zur optischen Interferenz, in das die jeweiligen, von den optischen Projektionssystemen 2A und 2B ausgesendeten Lichter eintreten; zwei Abbildungssysteme 4A und 4B (ein erstes Abbildungssystem 4A und ein zweites Abbildungssystem 4B), die als die Abbildungseinheiten ausgelegt sind, um von dem System 3 zur optischen Interferenz ausgesendeten Lichter aufzunehmen; und eine Steuerungsvorrichtung 5, die ausgelegt ist, um verschiedene Steuerungen, Bildverarbeitungen, Berechnungen und dergleichen der optischen Projektionssysteme 2A und 2B, des Systems 3 zur optischen Interferenz, der Abbildungssysteme 4A und 4B und dergleichen aufzunehmen.
Die „Steuerungsvorrichtung 5“ ist gemäß dieser Ausführungsform als der „Bildprozessor“ konfiguriert, und das „System 3 zur optischen Interferenz“ ist gemäß dieser Ausführungsform als das „vorbestimmte optische System (spezielle optische System)“ konfiguriert. Gemäß dieser Ausführungsform bezeichnet das „optische Interferenzsystem“ ein optisches System, das ausgelegt ist, um ein vorbestimmtes einfallendes Licht in zwei Lichter (Messlicht und Referenzlicht) zu teilen, den zwei Lichtern eine Lichtwegdifferenz zu verleihen, die zwei Lichter wieder zu vereinigen und das vereinigte Licht auszugeben, und zwar mit dem Hinblick darauf, eine Interferenz von Licht zu bewirken (ein Interferenzstreifenbild aufzunehmen). Mit anderen Worten, das „optische Interferenzsystem“ bezeichnet nicht nur ein optisches System, das intern eine Interferenz von zwei Lichtern bewirkt und das interferierende Licht ausgibt, sondern ein optisches System, das einfach zwei Lichter vereinigt und das vereinigte Licht ausgibt, ohne intern eine Interferenz der zwei Lichter zu bewirken. Demzufolge wird, wie es weiter unten in dieser Ausführungsform beschrieben ist, wenn zwei Lichter (Messlicht und Referenzlicht) von dem „optischen Interferenzsystem“ als das vereinigte Licht ohne Interferenz ausgegeben werden, ein interferierendes Licht mit Hilfe einer vorbestimmten Interferenzeinheit in wenigstens einer Stufe vor einer Abbildung gewonnen (zum Beispiel innerhalb des Abbildungssystems).
Zunächst ist die Konfiguration der zwei optischen Projektionssysteme 2A und 2B (des ersten optischen Projektionssystems 2A und des zweiten optischen Projektionssystems 2B) ausführlich beschrieben. Das erste optische Projektionssystem 2A umfasst zum Beispiel einen ersten Lichtsender oder -emitter 11A, einen ersten Opto-Entkoppler 12A und einen ersten nicht polarisierenden Strahlteiler 13A. Der „erste Lichtsender 11A“ ist als die „erste Bestrahlungseinheit“ gemäß dieser Ausführungsform konfiguriert.
Obwohl es nicht gezeigt ist, umfasst der erste Lichtsender 11A zum Beispiel eine Laserlichtquelle zum Ausgeben eines linear polarisierten Lichts einer bestimmten Wellenlänge λ₁; einen Strahlaufweiter zum Weiten des von der Laserlichtquelle ausgegebenen linear polarisierten Lichts und Aussenden des aufgeweiteten Lichts als paralleles Licht; einen Polarisator zum Einstellen der Intensität; und eine Halbwellenlängenplatte zum Einstellen der Polarisierungsrichtung.
Gemäß der Ausführungsform dieser Konfiguration wird linear polarisiertes Licht der Wellenlänge λ₁ (zum Beispiel λ₁= 1500 nm) mit einer Polarisationsrichtung, die eine um 45 Grad zur X-Achsenrichtung und zur Y-Achsenrichtung geneigte Richtung ist, in Z-Achsenrichtung nach links von dem ersten Lichtsender 11A ausgesendet. Die „Wellenlänge λ₁“ entspricht der „ersten Wellenlänge“ gemäß dieser Ausführungsform. Nachfolgend ist das von dem ersten Lichtsender 11 A ausgesendete Licht der Wellenlänge λ₁ als „erstes Licht“ bezeichnet.
Der erste Opto-Entkoppler 12A ist ein optisches Element, das ausgelegt ist, um nur Licht, das sich in eine Richtung (gemäß dieser Ausführungsform in Z-Achsenrichtung nach links) ausbreitet, durchlässt, aber ein Licht, das sich in umgekehrter Richtung (gemäß dieser Ausführungsform in Z-Achsenrichtung nach rechts) ausbreitet, blockiert. Diese Konfiguration ermöglicht eine Transmission nur des von dem ersten Lichtsender 11A ausgesendeten ersten Lichts und verhindert dadurch eine durch rückkehrendes Licht verursachte Beschädigung und Destabilisierung des ersten Lichtsenders 11A.
Der erste nicht polarisierende Strahlteiler 13A ist ein würfelförmiges, bekanntes, optisches Element, das durch Verbinden rechtwinkliger Primen (Dreiecksprismen mit einer Bodenfläche in Form eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks: das Gleiche gilt nachfolgend) zu einer Einheit miteinander gebildet ist und dessen Verbindungsfläche 13Ah mit zum Beispiel einem metallenen Film beschichtet ist. Der „erste nicht polarisierende Strahlteiler 13A“ ist gemäß dieser Ausführungsform als die „erste Lichtleiteinheit“ konfiguriert.
Der nicht polarisierende Strahlteiler ist ausgelegt, um das einfallende Licht, das sich in dem Polarisationszustand befindet, in einem vorbestimmten Verhältnis in ein transmittiertes Licht und ein reflektiertes Licht zu teilen. Das Gleiche gilt nachfolgend. Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Halbspiegel mit einem Teilungsverhältnis von 1:1 als der nicht polarisierende Strahlteiler verwendet. Insbesondere teilt der Halbspiegel das einfallende Licht, um eine P-polarisierte Lichtkomponente und eine S-polarisierte Lichtkomponente des transmittierten Lichts und eine P-polarisierte Lichtkomponente und eine S-polarisierte Lichtkomponente des reflektierten Lichts zu gleichen Anteilen bereitzustellen sowie die jeweiligen Polarisationszustände des transmittierten Lichts und des reflektierten Lichts bereitzustellen, die identisch mit dem Polarisationszustand des einfallenden Lichts sind.
Gemäß dieser Ausführungsform ist linear polarisiertes Licht mit einer Polarisationsrichtung, die eine Richtung parallel zur Zeichenebene von 1 ist (die Y-Achsenrichtung oder die Z-Achsenrichtung), als P-polarisiertes Licht (P-polarisierte Lichtkomponente) bezeichnet. Linear polarisiertes Licht mit einer Polarisationsrichtung, die die X-Achsenrichtung senkrecht zur Zeichenebene von 1 ist, ist als S-polarisiertes Licht (S-polarisierte Lichtkomponente) bezeichnet.
Der erste nicht polarisierende Strahlteiler 13A ist so angeordnet, dass eine von zwei Oberflächen, die über die Verbindungsfläche 13Ah miteinander verbunden sind, senkrecht zur Y-Achsenrichtung ist, und die weitere der zwei Oberflächen senkrecht zur Z-Achsenrichtung ist. Mit anderen Worten, die Verbindungsfläche 13Ah des ersten nicht polarisierenden Strahlteilers 13A ist um 45 Grad zur Y-Achsenrichtung und zur Z-Achsenrichtung geneigt. Insbesondere ist der erste nicht polarisierende Strahlteiler 13A so ausgelegt, das er einen Teil (die Hälfte) des ersten Lichts, das von dem ersten Lichtsender 11A über den ersten Opto-Entkoppler 12A in Z-Achsenrichtung nach links eintritt, in Z-Achsenrichtung nach links transmittiert, und den verbleibenden Teil (die restliche Hälfte) des ersten Lichts in Y-Achsenrichtung nach unten reflektiert.
Ebenso wie das oben beschriebene erste optische Projektionssystem 2A umfasst das zweite optische Projektionssystem 2B zum Beispiel einen zweiten Lichtsender 11B, einen zweiten Opto-Entkoppler 12B und einen zweiten nicht polarisierenden Strahlteiler 13B. Der „zweite Lichtsender 11B“ ist gemäß dieser Ausführungsform als die „zweite Bestrahlungseinheit“ konfiguriert.
Ebenso wie der oben beschriebene erste Lichtsender 11 A umfasst der zweite Lichtsender 11B zum Beispiel eine Laserlichtquelle zum Ausgeben eines linear polarisierten Lichts bestimmter Wellenlänge λ₂; einen Strahlaufweiter zum Weiten des von der Laserlichtquelle ausgegebenen linear polarisierten Lichts und Aussenden des aufgeweiteten Lichts als paralleles Licht; einen Polarisator zum Einstellen der Intensität; und eine Wellenlängenplatte zum Einstellen der Polarisierungsrichtung.
Gemäß der Ausführungsform dieser Konfiguration wird linear polarisiertes Licht der Wellenlänge λ₂ (zum Beispiel λ₂= 1503 nm) mit einer Polarisationsrichtung, die eine um 45 Grad zur X-Achsenrichtung und zur Z-Achsenrichtung geneigte Richtung ist, in Y-Achsenrichtung nach oben von dem zweiten Lichtsender 11B ausgesendet. Die „Wellenlänge λ₂“ entspricht gemäß dieser Ausführungsform der „zweiten Wellenlänge“. Nachfolgend ist das von dem zweiten Lichtsender 11B ausgesendete Licht der Wellenlänge λ₂ als „zweite Licht“ bezeichnet.
Ebenso wie der erste Opto-Entkoppler 12A ist der zweite Opto-Entkoppler 12B ein optisches Element zum Transmittieren nur eines Lichts, das sich in eine Richtung (gemäß dieser Ausführungsform in Y-Achsenrichtung nach oben) ausbreitet, aber ein Licht, das sich in umgekehrter Richtung (gemäß dieser Ausführungsform in Y-Achsenrichtung nach unten) ausbreitet, blockiert. Diese Konfiguration erlaubt eine Transmission nur des von dem zweiten Lichtsender 11B ausgesendeten, zweiten Lichts und verhindert dadurch eine durch rückkehrendes Licht verursachte Beschädigung und Destabilisierung des zweiten Lichtsenders 11B.
Ebenso wie der erste nicht polarisierende Strahlteiler 13A ist der zweite nicht polarisierende Strahlteiler 13B ein würfelförmiges, bekanntes, optisches Element, das durch Verbinden von rechtwinkligen Primen zu einer Einheit gebildet ist und dessen Verbindungsfläche 13Bh mit zum Beispiel einem metallenen Film beschichtet ist. Der „zweite nicht polarisierende Strahlteiler 13B“ ist gemäß dieser Ausführungsform als die „zweite Lichtleiteinheit“ konfiguriert.
Der zweite nicht polarisierende Strahlteiler 13B ist so angeordnet, dass eine von zwei Oberflächen, die über die Verbindungsfläche 13Bh miteinander verbunden sind, senkrecht zur Y-Achsenrichtung ist, und die weitere der zwei Oberflächen senkrecht zur Z-Achsenrichtung ist. Mit anderen Worten, die Verbindungsfläche 13Bh des zweiten nicht polarisierenden Strahlteilers 13B ist um 45 Grad zur Y-Achsenrichtung und zur Z-Achsenrichtung geneigt. Insbesondere ist der zweite nicht polarisierende Strahlteiler 13B ausgelegt, um einen Teil (die Hälfte) des zweiten Lichts, das in Y-Achsenrichtung von dem zweiten Lichtsender 11B über den zweiten Opto-Entkoppler 12B nach oben eintritt, in Y-Achsenrichtung nach oben zu transmittieren, und den restlichen Teil (die verbleibende Hälfte) des zweiten Lichts in Z-Achsenrichtung nach rechts zu reflektieren.
Nachfolgend ist die Konfiguration des Systems 3 optischer Interferenz ausführlich beschrieben. Das System 3 zur optischen Interferenz umfasst zum Beispiel einen polarisierenden Strahlteiler (PBS) 20, Viertelwellenlängenplatten 21 und 22, eine Referenzoberfläche 23 und eine Platzierungsstruktur 24.
Der polarisierende Strahlteiler 20 ist ein würfelförmiges, bekanntes, optisches Element, das durch Verbinden von rechtwinkligen Primen miteinander zu einer Einheit gebildet ist und dessen Verbindungsfläche (Grenzfläche) 20h mit zum Beispiel einem dielektrischen Mehrschichtenfilm beschichtet ist.
Der polarisierende Strahlteiler 20 ist ausgelegt, um ein linear polarisiertes einfallendes Licht in zwei polarisierte Lichtkomponenten (eine P-polarisierte Lichtkomponente und eine S-polarisierte Lichtkomponente) mit zueinander senkrechten Polarisierungsrichtungen zu teilen. Gemäß dieser Ausführungsform ist der polarisierende Strahlteiler 20 ausgelegt, um die P-polarisierte Lichtkomponente zu transmittieren und die S-polarisierte Lichtkomponente zu reflektieren.
Der polarisierende Strahlteiler 20 ist so angeordnet, dass eine von zwei Oberflächen, die über die Verbindungsfläche 20h aneinander grenzen, senkrecht zur Y-Achsenrichtung und die weitere der zwei Oberflächen senkrecht zur Z-Achsenrichtung ist. Mit anderen Worten, die Verbindungsfläche 20h des polarisierenden Strahlteilers 20 ist um 45 Grad zur Y-Achsenrichtung und zur Z-Achsenrichtung geneigt.
Insbesondere sind eine erste Oberfläche (eine in Y-Achsenrichtung obere Fläche) 20a des polarisierenden Strahlteilers 20, in die das erste Licht eintritt, das von dem ersten, nicht polarisierenden Strahlteiler 13A in Y-Achsenrichtung nach unten reflektiert wird, und eine dritte Oberfläche (eine in Y-Achsenrichtung untere Fläche) 20c, die der ersten Oberfläche 20a gegenüberliegt, senkrecht zur Y-Achsenrichtung. Die „erste Oberfläche 20a des polarisierenden Strahlteilers 20“ entspricht gemäß dieser Ausführungsform dem „ersten Eingabe-Ausgabe- Element“.
Zum anderen sind eine zweite Oberfläche (eine in Z-Achsenrichtung linke Fläche) 20b des polarisierenden Strahlteilers 20, die eine Oberfläche ist, die über die Verbindungsfläche 20h an die erste Oberfläche 20a angrenzt und in die das von dem zweiten nicht polarisierenden Strahlteiler 13B in Z-Achsenrichtung nach rechts reflektierte zweite Licht eintritt, und eine vierte Oberfläche (eine in Z-Achsenrichtung rechte Fläche) 20d, die der zweiten Oberfläche 20b gegenüberliegt, senkrecht zur Z-Achsenrichtung. Die „zweite Oberfläche 20b des polarisierenden Strahlteilers 20“ entspricht gemäß dieser Ausführungsform dem „zweiten Eingabe-Ausgabe-Element“.
Die Viertelwellenlängenplatte 21 ist in Y-Achsenrichtung gegenüber der dritten Oberfläche 20c des polarisierenden Strahlteilers 20 angeordnet. Die Referenzoberfläche 23 ist in Y-Achsenrichtung gegenüber der Viertelwellenlängenplatte 21 angeordnet.
Die Viertelwellenlängenplatte 21 dient dazu, linear polarisiertes Licht in zirkulär polarisiertes Licht und zirkulär polarisiertes Licht in linear polarisiertes Licht umzuwandein. Demzufolge wird das von der dritten Oberfläche 20c des polarisierenden Strahlteilers 20 ausgesendete linear polarisierte Licht (Referenzlicht) mit Hilfe der Viertelwellenlängenplatte 21 in zirkulär polarisiertes Licht umgewandelt und dann zur Referenzoberfläche 23 ausgestrahlt. Das durch die Referenzoberfläche 23 reflektierte Referenzlicht wird von dem zirkulär polarisiertes Licht mit Hilfe der Viertelwellenlängenplatte 21 in linear polarisiertes Licht rückgewandelt und tritt dann wieder in die dritte Oberfläche 20c des polarisierenden Strahlteilers 20 ein.
Die Viertelwellenlängenplatte 22 ist hingegen in Z-Achsenrichtung gegenüber der vierten Oberfläche 20d des polarisierenden Strahlteilers 20 angeordnet. Die Platzierungsstruktur 24 ist in Z-Achsenrichtung gegenüber der Viertelwellenlängenplatte 22 angeordnet.
Die Viertelwellenlängenplatte 22 dient dazu, linear polarisiertes Licht in zirkulär polarisiertes Licht und zirkulär polarisiertes Licht in linear polarisiertes Licht umzuwandeln. Demzufolge wird das von der vierten Oberfläche 20d des polarisierenden Strahlteilers 20 ausgesendete, linear polarisierte Licht (Messlicht) mit Hilfe der Viertelwellenlängenplatte 22 in zirkulär polarisiertes Licht umgewandelt und dann zu einem Werkstück W als einem Messobjekt ausgestrahlt, das auf der Platzierungsstruktur 24 angeordnet ist. Das durch das Werkstück W reflektierte Messlicht wird mit Hilfe der Viertelwellenlängenplatte 22 von dem zirkulär polarisierten Licht in linear polarisiertes Licht rückgewandelt und tritt wieder in die vierte Oberfläche 20d des polarisierenden Strahlteilers 20 ein.
Nachfolgend ist die Konfiguration der zwei Abbildungssysteme 4A und 4B (des ersten Abbildungssystems 4A und des zweiten Abbildungssystems 4B) ausführlich beschrieben. Das erste Abbildungssystem 4A umfasst zum Beispiel eine Viertelwellenlängenplatte 31A, einen ersten Polarisator 32A und eine erste Kamera 33A, die als die erste Abbildungseinheit konfiguriert ist.
Die Viertelwellenlängenplatte 31A ist ausgelegt, um die durch den zweiten nicht polarisierenden Strahlteiler 13B in Z-Achsenrichtung nach links transmittierten linear polarisierten Lichter (eine Referenzlichtkomponente und eine Messlichtkomponente des ersten Lichts) jeweils in ein zirkulär polarisiertes Licht umzuwandeln.
Der erste Polarisator 32A ist ausgelegt, um selektiv die jeweiligen, durch die Viertelwellenlängenplatte 31A in zirkulär polarisierte Lichter umgewandelten Komponenten des ersten Lichts zu transmittieren. Diese Konfiguration bewirkt eine Interferenz der Referenzlichtkomponente und der Messlichtkomponente des ersten Lichts mit unterschiedlichen Drehrichtungen bezüglich einer speziellen Phase. Der „erste Polarisator 32A“ ist gemäß dieser Ausführungsform als die „Phasenverschiebungseinheit“ und die „Interferenzeinheit“ konfiguriert.
Der erste Polarisator 32A gemäß dieser Ausführungsform ist um die Z-Achsenrichtung als die axiale Mitte drehbar ist und wird so gesteuert, dass er seine Transmissionsachsenrichtung jeweils um 45 Grad ändert. Insbesondere wird die Transmissionsachsenrichtung auf „0 Grad“, „45 Grad“, „90 Grad“ und „135 Grad“ relativ zur Y-Achsenrichtung geändert.
Diese Konfiguration bewirkt eine Interferenz der Referenzlichtkomponente und der Messlichtkomponente des durch den ersten Polarisator 32A transmittierten ersten Lichts in vier verschiedenen Phasen. Diese erzeugt dementsprechend interferierende Lichter, deren Phasen voneinander um 90 Grad verschieden sind. Insbesondere erzeugt dies ein interferierendes Licht mit einer Phase von „0 Grad“, ein interferierendes Licht mit einer Phase von „90 Grad“, ein interferierendes Licht mit einer Phase von „180 Grad“ und ein interferierendes Licht mit einer Phase von „270 Grad“.
Die erste Kamera 33A hat eine bekannte Konfiguration mit einer Linse, einem Abbildungselement 33Aa (wie es in 6 gezeigt ist) und dergleichen. Gemäß dieser Ausführungsform wird ein CCD-Gebietssensor als das Abbildungselement 33Aa der ersten Kamera 33A verwendet. Das Abbildungselement 33Aa ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel kann ein CMOS-Gebietssensor oder dergleichen als das Abbildungselement 33Aa verwendet werden. Es ist ferner vorteilhaft, eine telezentrische Linse für die Linse zu verwenden.
Durch die erste Kamera 33A aufgenommene Bilddaten werden in der ersten Kamera 33A in digitale Signale umgewandelt und in Form von digitalen Signalen in die Steuerungsvorrichtung 5 eingegeben (Bilddaten-Speicherungseinheit 54).
Insbesondere werden durch die erste Kamera 33A ein Interferenzstreifenbild mit einer Phase von „0 Grad“, ein Interferenzstreifenbild mit einer Phase von „90 Grad“, ein Interferenzstreifenbild mit einer Phase von „180 Grad“ und ein Interferenzstreifenbild mit einer Phase von „270 Grad“ bezüglich des ersten Lichts aufgenommen.
Ebenso wie das erste Abbildungssystem 4A umfasst das zweite Abbildungssystem 4B zum Beispiel eine Viertelwellenlängenplatte 31B, einen zweiten Polarisator 32B und eine zweite Kamera 33B, die als die zweite Abbildungseinheit konfiguriert ist.
Die Viertelwellenlängenplatte 31B ist so ausgelegt, dass es jedes der durch den ersten nicht polarisierenden Strahlteiler 13A in Y-Achsenrichtung nach oben transmittierten linear polarisierten Lichter (eine Referenzlichtkomponente und eine Messlichtkomponente des zweiten Lichts) in ein zirkulär polarisiertes Licht umwandelt.
Ebenso wie der erste Polarisator 32A ist der zweite Polarisator 32B so ausgelegt, dass er die jeweiligen, durch die Viertelwellenlängenplatte 31B in die zirkulär polarisierten Lichter umgewandelten Komponenten des zweiten Lichts selektiv transmittiert. Diese Konfiguration bewirkt eine Interferenz der Referenzlichtkomponente und der Messlichtkomponente des zweiten Lichts mit unterschiedlichen Drehrichtungen bezüglich einer speziellen Phase. Der „zweite Polarisator 32B“ ist gemäß dieser Ausführungsform als die „Phasenverschiebungseinheit“ und die „Interferenzeinheit“ konfiguriert.
Der zweite Polarisator 32B gemäß dieser Ausführungsform ist um die Y-Achsenrichtung als die axiale Mitte drehbar und wird so gesteuert, dass er seine Transmissionsachsenrichtung um jeweils 45 Grad ändert. Insbesondere wird die Transmissionsachsenrichtung auf „0 Grad“, „45 Grad“, „90 Grad“ und „135 Grad“ relativ zur X-Achsenrichtung geändert.
Diese Konfiguration bewirkt eine Interferenz der Referenzlichtkomponente und der Messlichtkomponente des durch den zweiten Polarisator 32B transmittierten zweiten Lichts in vier verschiedenen Phasen. Dies erzeugt dementsprechend interferierende Lichter, deren Phasen um 90 Grad voneinander verschieden sind. Insbesondere erzeugt dies ein interferierendes Licht mit einer Phase von „0 Grad“, ein interferierendes Licht mit einer Phase von „90 Grad“, ein interferierendes Licht mit einer Phase von „180 Grad“ und ein interferierendes Licht mit einer Phase von „270 Grad“.
Ebenso wie die erste Kamera 33A hat die zweite Kamera 33B eine bekannte Konfiguration mit einer Linse, einem Abbildungselement 33Ba (wie es in 6 gezeigt ist) und dergleichen. Gemäß dieser Ausführungsform wird, ebenso wie in der ersten Kamera 33A, ein CCD-Gebietssensor als das Abbildungselement 33Ba der zweiten Kamera 33B verwendet. Das Abbildungselement 33Ba ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel kann ein CMOS-Gebietssensor oder dergleichen als das Abbildungselement 33Ba verwendet werden. Es ist ferner vorteilhaft, eine telezentrische Linse für die Linse zu verwenden.
Entsprechend der ersten Kamera 33A werden durch die zweite Kamera 33B aufgenommen Bilddaten in der zweiten Kamera 33B in digitale Signale umgewandelt und in Form von digitalen Signalen in die Steuerungsvorrichtung 5 (Bilddaten-Speicherungseinheit 54) eingegeben.
Insbesondere werden durch die zweite Kamera 33B ein Interferenzstreifenbild mit einer Phase von „0 Grad“, ein Interferenzstreifenbild mit einer Phase von „90 Grad“, ein Interferenzstreifenbild mit einer Phase von „180 Grad“ und ein Interferenzstreifenbild mit einer Phase von „270 Grad“ bezüglich des zweiten Lichts aufgenommen.
Nachfolgend ist die elektrische Konfiguration der Steuerungsvorrichtung 5 beschrieben. Wie es in 2 gezeigt ist, umfasst die Steuerungsvorrichtung 5 eine CPU und Eingabe-/Ausgabe-Schnittstellen 51 zum Steuern der gesamten Vorrichtung 1 zur dreidimensionalen Messung, eine Eingabevorrichtung 52, die durch eine Tastatur und eine Maus oder durch ein Touch-Panel als die „Eingabeeinheit“ gebildet ist, eine Anzeigevorrichtung 53, die als die „Anzeigeeinheit“ gebildet ist und einen Anzeigebildschirm wie etwa einen Flüssigkristallbildschirm umfasst, eine Bilddaten-Speicherungseinheit 54 zum sukzessiven Speichern der durch die Kameras 33A und 33B aufgenommen Bilddaten und dergleichen, eine Berechnungsergebnis-Speicherungseinheit 55 zum Speichern von Ergebnissen verschiedener Berechnungen und eine Einstelldaten-Speicherungsvorrichtung 56 zum vorherigen Speichern verschiedener Informationen. Diese Vorrichtungen 52 bis 56 sind elektrisch mit der CPU und Eingabe-/Ausgabe-Schnittstellen 51 verbunden.
Nachfolgend sind die Funktionen der Vorrichtung 1 zur dreidimensionalen Messung beschrieben. Eine Ausstrahlung des ersten Lichts und eine Ausstrahlung des zweiten Lichts werden gemäß dieser Ausführungsform gleichzeitig durchgeführt, wie es weiter unten beschrieben ist. Der optische Weg des ersten Lichts und der optische Weg des zweiten Lichts überlappen einander teilweise. Für ein besseres Verständnis sind der optische Weg des ersten Lichts und der optische Weg des zweiten Lichts in unterschiedlichen Zeichnungen dargestellt und getrennt beschrieben.
Zuerst ist mit Bezug auf 3 der optische Weg des ersten Lichts beschrieben. Wie es in 3 gezeigt ist, wird das erste Licht der Wellenlänge λ₁ (linear polarisiertes Licht mit der um 45 Grad zur X-Achsenrichtung und zur Y-Achsenrichtung geneigten Polarisationsrichtung) von dem ersten Lichtsender 11A in Z-Achsenrichtung nach links ausgesendet.
Das von dem ersten Lichtsender 11A ausgesendete erste Licht tritt durch den ersten Opto-Entkoppler 12A und in den ersten nicht polarisierenden Strahlteiler 13A ein. Ein Teil des in den ersten nicht polarisierenden Strahlteiler 13A eintretenden ersten Lichts wird in Z-Achsenrichtung nach links transmittiert, während der restliche Teil in Y-Achsenrichtung nach unten reflektiert wird.
Das in Y-Achsenrichtung nach unten reflektierte erste Licht (linear polarisiertes Licht mit der zur X-Achsenrichtung und zur Z-Achsenrichtung um 45 Grad geneigten Polarisationsrichtung) tritt in die erste Oberfläche 20a des polarisierenden Strahlteilers 20 ein. Das in Z-Achsenrichtung nach links transmittierte erste Licht tritt hingegen in kein optisches System oder dergleichen ein, sondern verbleibt als Verlustlicht.
Dieses Verlustlicht kann gegebenenfalls zur Messung der Wellenlänge oder zur Messung der Lichtleistung verwendet werden. Dies stabilisiert die Lichtquelle und verbessert dadurch die Messgenauigkeit.
Was das erste Licht betrifft, das in Y-Achsenrichtung nach unten in die erste Oberfläche 20a des polarisierenden Strahlteilers 20 eintritt, so wird dessen P-polarisierte Lichtkomponente in Y-Achsenrichtung nach unten transmittiert und von der dritten Oberfläche 20c als das Referenzlicht ausgesendet, dessen S-polarisierte Lichtkomponente in Z-Achsenrichtung nach rechts reflektiert und von der vierten Oberfläche 20d als das Messlicht ausgesendet wird.
Das Referenzlicht (P-polarisiertes Licht) des von der dritten Oberfläche 20c des polarisierenden Strahlteilers 20 ausgesendeten ersten Lichts tritt durch die Viertelwellenlängenplatte 21, um in im Uhrzeigersinn zirkulär polarisiertes Licht umgewandelt zu werden und wird dann durch die Referenzoberfläche 23 reflektiert. Die Drehrichtung wird relativ zur Ausbreitungsrichtung des Lichts bewahrt. Das Referenzlicht des ersten Lichts tritt danach erneut durch die Viertelwellenlängenplatte 21, um von dem im Uhrzeigersinn zirkulär polarisierten Licht in das S-polarisierte Licht umgewandelt zu werden, und tritt dann wieder in die dritte Oberfläche 20c des polarisierenden Strahlteilers 20 ein.
Das Messlicht (S-polarisiertes Licht) des von der vierten Oberfläche 20d des polarisierenden Strahlteilers 20 ausgesendeten ersten Lichts hingegen tritt durch die Viertelwellenlängenplatte 22, um in gegen den Uhrzeigersinn zirkulär polarisiertes Licht umgewandelt zu werden, und wird dann durch das Werkstück W reflektiert. Die Drehrichtung wird relativ zur Ausbreitungsrichtung des Lichts bewahrt. Das Messlicht des ersten Lichts tritt danach erneut durch die Viertelwellenlängenplatte 22, um von dem gegen den Uhrzeigersinn zirkulär polarisierten Licht in das P-polarisiertes Licht umgewandelt zu werden, und tritt dann erneut in die vierte Oberfläche 20d des polarisierenden Strahlteilers 20 ein.
Das Referenzlicht (S-polarisiertes Licht) des ersten Lichts, das in die dritte Oberfläche 20c des polarisierenden Strahlteilers 20 eintritt, wird durch die Verbindungsfläche 20h in Z-Achsenrichtung nach links reflektiert, während das Messlicht (P-polarisiertes Licht) des ersten Lichts, das wieder in die vierte Oberfläche 20d eintritt, durch die Verbindungsfläche 20h in Z-Achsenrichtung nach links transmittiert wird. Das durch Wiedervereinigen des Referenzlichts und des Messlichts des ersten Lichts miteinander erzeugte vereinigte Licht wird dann als das von der zweiten Oberfläche 20b des polarisierenden Strahlteilers 20 ausgegebene Licht ausgesendet.
Das vereinigte Licht (Referenzlicht und Messlicht) des von der zweiten Oberfläche 20b des polarisierenden Strahlteilers 20 ausgesendeten ersten Lichts tritt in den zweiten nicht polarisierenden Strahlteiler 13B ein. Ein Teil des vereinigten Lichts des ersten Lichts, das in Z-Achsenrichtung nach links in den zweiten nicht polarisierenden Strahlteiler 13B eintritt, wird in Z-Achsenrichtung nach links transmittiert, während der restliche Teil in Y-Achsenrichtung nach unten reflektiert wird. Das in Z-Achsenrichtung nach links transmittierte vereinigte Licht (Referenzlicht und Messlicht) tritt in das erste Abbildungssystem 4A ein. Das in Y-Achsenrichtung nach unten reflektierte vereinigte Licht wird hingegen durch den zweiten Opto-Entkoppler 12B blockiert, so dass es als Verlustlicht zurückbleibt.
Was das vereinigte Licht (Referenzlicht und Messlicht) des ersten Lichts betrifft, das in das erste Abbildungssystem 4A eintritt, so wandelt die Viertelwellenlängenplatte 31A dessen Referenzlichtkomponente (S-polarisierte Lichtkomponente) in gegen den Uhrzeigersinn zirkulär polarisiertes Licht um, während es dessen Messlichtkomponente (P-polarisierte Lichtkomponente) in im Uhrzeigersinn zirkulär polarisiertes Licht umwandelt. Das gegen den Uhrzeigersinn zirkulär polarisierte Licht und das im Uhrzeigersinn zirkulär polarisierte Licht haben unterschiedliche Drehrichtungen und interferieren folglich nicht miteinander.
Das vereinigte Licht des ersten Lichts tritt danach durch den ersten Polarisator 32A hindurch, so dass seine Referenzlichtkomponente und seine Messlichtkomponente in einer Phase miteinander interferieren, die dem Winkel des ersten Polarisators 32A entspricht. Ein Bild dieses interferierendes Licht des ersten Lichts wird dann durch die erste Kamera 33A aufgenommen.
Nachfolgend ist der optische Weg des zweiten Lichts mit Bezug auf 4 beschrieben. Wie es in 4 gezeigt ist, wird das zweite Licht der Wellenlänge λ₂ (linear polarisiertes Licht mit der um 45 Grad zur X-Achsenrichtung und zur Z-Achsenrichtung geneigten Polarisationsrichtung) von dem zweiten Lichtsender 11B in Y-Achsenrichtung nach oben ausgesendet.
Das von dem zweiten Lichtsender 11B ausgesendete zweite Licht tritt durch den zweiten Opto-Entkoppler 12B hindurch und in den zweiten nicht polarisierenden Strahlteiler 13B ein. Ein Teil des zweiten Lichts, das in den zweiten nicht polarisierenden Strahlteiler 13B eintritt, wird in Y-Achsenrichtung nach oben transmittiert, während der restliche Teil in Z-Achsenrichtung nach rechts reflektiert wird.
Das in Z-Achsenrichtung nach rechts reflektierte zweite Licht (linear polarisiertes Licht mit der um 45 Grad relativ zur X-Achsenrichtung und zur Y-Achsenrichtung geneigten Polarisationsrichtung) tritt in die zweite Oberfläche 20b des polarisierenden Strahlteilers 20 ein. Das in Y-Achsenrichtung nach oben transmittierte zweite Licht hingegen tritt in kein optisches System oder dergleichen ein, sondern verbleibt als Verlustlicht.
Dieses Verlustlicht kann gegebenenfalls zur Messung der Wellenlänge oder zur Messung der Lichtleistung verwendet werden. Dies stabilisiert die Lichtquelle und verbessert dadurch die Messgenauigkeit.
Was das zweite Licht betrifft, das in Z-Achsenrichtung nach rechts in die zweite Oberfläche 20b des polarisierenden Strahlteilers 20 eintritt, so wird seine S-polarisierte Lichtkomponente in Y-Achsenrichtung nach unten reflektiert und von der dritten Oberfläche 20c als das Referenzlicht ausgesendet, während seine P-polarisierte Lichtkomponente in Z-Achsenrichtung nach rechts transmittiert und von der vierten Oberfläche 20d als das Messlicht ausgesendet wird.
Das von der dritten Oberfläche 20c des polarisierenden Strahlteilers 20 ausgesendete Referenzlicht (S-polarisiertes Licht) des zweiten Lichts tritt durch die Viertelwellenlängenplatte 21, um in gegen den Uhrzeigersinn zirkulär polarisiertes Licht umgewandelt zu werden, und wird dann durch die Referenzoberfläche 23 reflektiert. Die Drehrichtung wird relativ zur Ausbreitungsrichtung des Lichts bewahrt. Das Referenzlicht des zweiten Lichts tritt danach erneut durch die Viertelwellenlängenplatte 21, um von dem gegen den Uhrzeigersinn zirkulär polarisierten Licht in das P-polarisierte Licht umgewandelt zu werden, und tritt dann erneut in die dritte Oberfläche 20c des polarisierenden Strahlteilers 20 ein.
Das Messlicht (P-polarisiertes Licht) des von der vierten Oberfläche 20d des polarisierenden Strahlteilers 20 ausgesendeten zweiten Lichts hingegen tritt durch die Viertelwellenlängenplatte 22, um in im Uhrzeigersinn zirkulär polarisiertes Licht umgewandelt zu werden, und wird dann durch das Werkstück W reflektiert. Die Drehrichtung wird relativ zur Ausbreitungsrichtung des Lichts bewahrt. Das Messlicht des zweiten Lichts tritt danach erneut durch die Viertelwellenlängenplatte 22, um von dem im Uhrzeigersinn zirkulär polarisierten Licht in das S-polarisierte Licht umgewandelt zu werden, und tritt dann erneut in die vierte Oberfläche 20d des polarisierenden Strahlteilers 20 ein.
Das Referenzlicht (P-polarisiertes Licht) des zweiten Lichts, das wieder in die dritte Oberfläche 20c des polarisierenden Strahlteilers 20 eintritt, wird durch die Verbindungsfläche 20h in Y-Achsenrichtung nach oben transmittiert, während das Messlicht (S-polarisiertes Licht) des zweiten Lichts, das wieder in die vierte Oberfläche 20d eintritt, durch die Verbindungsfläche 20h in Y-Achsenrichtung nach oben reflektiert wird. Das durch Wiedervereinigen des Referenzlichts und des Messlichts des zweiten Lichts miteinander erzeugte vereinigte Licht wird dann als das von der ersten Oberfläche 20a des polarisierenden Strahlteilers 20 ausgegebene Licht ausgesendet.
Das von der ersten Oberfläche 20a des polarisierenden Strahlteilers 20 ausgesendete vereinigte Licht (Referenzlicht und Messlicht) des zweiten Lichts tritt in den ersten nicht polarisierenden Strahlteiler 13A ein. Ein Teil des vereinigten Lichts des zweiten Lichts, das in Y-Achsenrichtung nach oben in den ersten nicht polarisierenden Strahlteiler 13A eintritt, wird in Y-Achsenrichtung nach oben transmittiert, während der restliche Teil in Z-Achsenrichtung nach rechts reflektiert wird. Das in Y-Achsenrichtung nach oben transmittierte vereinigte Licht (Referenzlicht und Messlicht) tritt in das zweite Abbildungssystem 4B ein. Das in Z-Achsenrichtung nach rechts reflektierte vereinigte Licht wird hingegen durch den ersten Opto-Entkoppler 12A blockiert, so dass es als Verlustlicht zurückbleibt.
Was das vereinigte Licht (Referenzlicht und Messlicht) des zweiten Lichts betrifft, das in das zweite Abbildungssystem 4B eintritt, so wandelt die Viertelwellenlängenplatte 31B dessen Referenzlichtkomponente (P-polarisierte Lichtkomponente) in im Uhrzeigersinn zirkulär polarisiertes Licht um, während es dessen Messlichtkomponente (S-polarisierte Lichtkomponente) in gegen den Uhrzeigersinn zirkulär polarisiertes Licht umwandelt. Das gegen den Uhrzeigersinn zirkulär polarisierte Licht und das im Uhrzeigersinn zirkulär polarisierte Licht haben unterschiedliche Drehrichtungen und interferieren folglich nicht miteinander.
Das vereinigte Licht des zweiten Lichts tritt danach durch den zweiten Polarisator 32B hindurch, so dass seine Referenzlichtkomponente und seine Messlichtkomponente in einer Phase miteinander interferieren, die dem Winkel des zweiten Polarisators 32B entspricht. Ein Bild dieses interferierenden Lichts des zweiten Lichts wird dann durch die zweite Kamera 33B aufgenommen.
Nachfolgend ist ein durch die Steuerungsvorrichtung 5 ausgeführter Messprozess mit Bezug auf das Flussdiagramm von 5 und weitere Zeichnungen ausführlich beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung dieses Messprozesses ist eine Oberfläche 33Aa des Abbildungselements der ersten Kamera 33A oder eine Oberfläche 33Ba des Abbildungselements der zweiten Kamera 33B als eine x-y-Ebene bezeichnet, und die Richtung einer optischen Achse senkrecht zu dieser x-y-Ebene ist als z-Richtung definiert. Natürlich ist dieses Koordinatensystem (x, y, z) ein anderes Koordinatensystem als das Koordinatensystem (X, Y, Z), das verwendet wird, um die gesamte Vorrichtung 1 zur dreidimensionalen Messung zu beschreiben.
In Schritt S1 führt die Steuerungsvorrichtung 5 zuerst einen Prozess zum Gewinnen eines Interferenzstreifenbilds bezüglich eines vorbestimmten Messgebiets des Werkstücks W (das gesamte Gebiet oder ein Teilgebiet des Werkstücks W) aus. Gemäß der Ausführungsform gewinnt die Steuerungsvorrichtung 5 vier unterschiedliche Interferenzstreifenbilder mit verschiedenen Phasen bezüglich des ersten Lichts und vier unterschiedliche Interferenzstreifenbilder mit verschiedenen Phasen bezüglich des zweiten Lichts. Dies ist weiter unten ausführlich beschrieben.
Nachdem das Werkstück W auf der Platzierungsstruktur 24 angeordnet ist, stellt die Steuerungsvorrichtung 5 die Transmissionsachsenrichtung des ersten Polarisators 32A des ersten Abbildungssystems 4A auf eine vorbestimmte Referenzposition (zum Beispiel „0 Grad“) ein, während sie die Transmissionsachsenrichtung des zweiten Polarisators 32B des zweiten Abbildungssystems 4B auf eine vorbestimmte Referenzposition (zum Beispiel „0 Grad“) einstellt.
Die Steuerungsvorrichtung 5 bewirkt anschließend, dass das erste Licht von dem ersten optischen Projektionssystem 2A ausgestrahlt wird, und bewirkt gleichzeitig, dass das zweite Licht von dem zweiten optischen Projektionssystem 2B ausgestrahlt wird. Infolgedessen wird das vereinigte Licht (Referenzlicht und Messlicht) des ersten Lichts von der zweiten Oberfläche 20b des polarisierenden Strahlteilers 20 des Systems 3 optischer Interferenz ausgesendet und gleichzeitig das vereinigte Licht (Referenzlicht und Messlicht) des zweiten Lichts von der ersten Oberfläche 20a des polarisierenden Strahlteilers 20 ausgesendet.
Ein Bild des von der zweiten Oberfläche 20b des polarisierenden Strahlteilers 20 ausgesendeten vereinigten Lichts des ersten Lichts wird durch das erste Abbildungssystem 4A aufgenommen, und gleichzeitig wird ein Bild des von der ersten Oberfläche 20a des polarisierenden Strahlteilers 20 ausgesendeten vereinigten Lichts des zweiten Lichts durch das zweite Abbildungssystem 4B aufgenommen.
Die Transmissionsachsenrichtung des ersten Polarisators 32A und die Transmissionsachsenrichtung des zweiten Polarisators 32B werden beide auf „0 Grad“ eingestellt, so dass ein Interferenzstreifenbild des ersten Lichts in einer Phase von „0 Grad“ durch die erste Kamera 33A aufgenommen wird und ein Interferenzstreifenbild des zweiten Lichts in einer Phase von „0 Grad“ durch die zweite Kamera 33B aufgenommen wird.
Die jeweils aufgenommenen Bilddaten werden dann von der jeweiligen Kamera 33A bzw. 33B zu der Steuerungsvorrichtung 5 ausgegeben. Die Steuerungsvorrichtung 5 speichert die eingegebenen Bilddaten der Bilddaten-Speicherungseinheit 54.
Die Steuerungsvorrichtung 5 führt danach einen Umstellungsprozess des ersten Polarisators 32A des ersten Abbildungssystems 4A und des zweiten Polarisator 32B des zweiten Abbildungssystems 4B aus. Insbesondere werden der erste Polarisator 32A und der zweite Polarisator 32B gedreht und zu Positionen verschoben, bei denen ihre Transmissionsachsenrichtungen auf „45 Grad“ eingestellt sind.
Nach Beenden des Umstellungsprozesses führt die Steuerungsvorrichtung 5 einen zweiten Abbildungsprozess in entsprechender Weise wie die Reihe des oben beschriebenen ersten Abbildungsprozesses durch. Insbesondere bewirkt die Steuerungsvorrichtung 5, dass das erste Licht von dem ersten optischen Projektionssystem 2A ausgestrahlt wird, und bewirkt gleichzeitig, dass das zweite Licht von dem zweiten optischen Projektionssystem 2B ausgestrahlt wird. Die Steuerungsvorrichtung 5 bewirkt anschließend, dass ein Bild des von der zweiten Oberfläche 20b des polarisierenden Strahlteilers 20 ausgesendeten vereinigten Lichts des ersten Lichts durch das erste Abbildungssystem 4A aufgenommen wird, und bewirkt gleichzeitig, dass ein Bild des von der ersten Oberfläche 20a des polarisierenden Strahlteilers 20 ausgesendeten vereinigten Lichts des zweiten Lichts durch das zweite Abbildungssystem 4B aufgenommen wird. Die Steuerungsvorrichtung 5 gewinnt dementsprechend ein Interferenzstreifenbild des ersten Lichts in einer Phase von „90 Grad“ und ein Interferenzstreifenbild des zweiten Lichts in einer Phase von „90 Grad“.
Danach werden zwei weitere Abbildungsprozesse ähnlich dem ersten Abbildungsprozess und dem zweiten Abbildungsprozess, die oben beschrieben sind, durchgeführt. Insbesondere wird ein dritter Abbildungsprozess durchgeführt, in dem die Transmissionsachsenrichtungen des ersten Polarisators 32A und des zweiten Polarisators 32B auf „90 Grad“ eingestellt sind, um so ein Interferenzstreifenbild des ersten Lichts in einer Phase von „180 Grad“ und ein Interferenzstreifenbild des zweiten Lichts in einer Phase von „180 Grad“ zu gewinnen.
Anschließend wird ein vierter Abbildungsprozess durchgeführt, in dem die Transmissionsachsenrichtungen des ersten Polarisators 32A und des zweiten Polarisators 32B auf „135 Grad“ eingestellt sind, um so ein Interferenzstreifenbild des ersten Lichts in einer Phase von „270 Grad“ und ein Interferenzstreifenbild des zweiten Lichts in einer Phase von „270 Grad“ zu gewinnen.
Alle zur Messung des vorbestimmten Messgebiets des Werkstücks W erforderlichen Bilddaten (insgesamt acht unterschiedliche Interferenzstreifenbilder mit vier unterschiedlichen Interferenzstreifenbildern bezüglich des ersten Lichts und vier unterschiedlichen Interferenzstreifenbildern bezüglich des zweiten Lichts) werden gewonnen, indem die vier Abbildungsprozesse wie oben beschrieben durchgeführt werden.
Im nachfolgenden Schritt S2 führt die Steuerungsvorrichtung 5 einen Prozess zum Gewinnen von komplexen Amplitudendaten von Licht auf der einen Oberfläche 33Aa des Abbildungselements oder auf der Oberfläche 33Ba des Abbildungselements durch.
Gemäß der Ausführungsform gewinnt die Steuerungsvorrichtung 5 komplexe Amplitudendaten Eo(x,y) von Licht auf der einen Oberfläche 33Aa des Abbildungselements oder auf der Oberfläche 33Ba des Abbildungselements bezüglich des ersten Lichts und des zweiten Lichts auf der Grundlage der vier unterschiedlichen Interferenzstreifenbilder bezüglich des ersten Lichts und der vier unterschiedlichen Interferenzstreifenbilder bezüglich des zweiten Lichts, die in der Bilddaten-Speicherungseinheit 54 gespeichert sind.
Interferenzstreifenintensitäten der vier unterschiedlichen Interferenzstreifenbilder bezüglich des ersten Lichts oder bezüglich des zweiten Lichts an einer identischen Koordinatenposition (x,y), d. h. Lichtstärkewerte I₁(x,y), I₂(x,y), I₃(x,y) und I₄(x,y), können durch die folgenden relationalen Ausdrücke [Math. 1] ausgedrückt werden: $\begin{array}{l} I_{1} (x, y) = B (x, y) + A (x, y) cos [Δ ϕ (x, y)] \\ I_{2} (x, y) = B (x, y) + A (x, y) cos [Δ ϕ (x, y) + 90 °] \\ I_{3} (x, y) = B (x, y) + A (x, y) cos [Δ ϕ (x, y) + 180 °] \\ I_{4} (x, y) = B (x, y) + A (x, y) cos [Δ ϕ (x, y) + 270 °] \end{array}$
Δϕ(x,y) bezeichnet eine Phasendifferenz auf der Grundlage der Lichtwegdifferenz zwischen dem Messlicht und dem Referenzlicht an den Koordinaten (x,y). A(x,y) bezeichnet eine Amplitude des interferierenden Lichts, und B(x,y) bezeichnet eine Vorgabe. Das Referenzlicht ist jedoch gleichmäßig. Von diesem Blickpunkt als Basis bezeichnet Δϕ(x,y) eine „Phase des Messlichts“ und A(x,y) eine „Amplitude des Messlichts“.
Demzufolge kann die Phase Δϕ(x,y) des Messlichts, die die Oberfläche 33Aa des Abbildungselements oder die Oberfläche 33Ba des Abbildungselements erreicht, durch den folgenden relationalen Ausdruck [Math. 2] auf der Grundlage der oben angegebenen relationalen Ausdrücke [Math. 1] bestimmt werden: $Δ ϕ (x, y) = arctan \frac{I_{4} (x, y) - I_{2} (x, y)}{I_{1} (x, y) - I_{3} (x, y)}$
Die Amplitude A(x,y) des Messlichts, die die Oberfläche 33Aa des Abbildungselements oder die Oberfläche 33Ba des Abbildungselements erreicht, kann durch den folgenden relationalen Ausdruck [Math. 3] auf der Grundlage der oben angegebenen relationalen Ausdrücke [Math. 1] bestimmt werden: $A (x, y) = \frac{1}{2} \times \sqrt{{I_{1} (x, y) - I_{3} (x, y)}^{2} + {I_{4} (x, y) - I_{2} (x, y)}^{2}}$
Komplexe Amplitudendaten Eo(x,y) auf der Oberfläche 33Aa des Abbildungselements oder auf der Oberfläche 33Ba des Abbildungselements können danach von der oben beschrieben Phase Δϕ(x,y) und Amplitude A(x,y) gemäß dem folgenden relationalen Ausdruck [Math. 4] berechnet werden, wobei i eine imaginäre Einheit bezeichnet: $E_{0} (x, y) = A (x, y) e^{i ϕ (x, y)}$
Im nachfolgenden Schritt S3 führt die Steuerungsvorrichtung 5 einen Prozess zum Gewinnen komplexer Amplitudendaten an mehreren Positionen in Z-Richtung bezüglich eines speziellen Gebiets V (gezeigt in 7) durch, das ein voreingestellter Teil in dem Messgebiet auf dem Werkstück W ist.
Gemäß der Ausführungsform gewinnt die Steuerungsvorrichtung 5 komplexe Amplitudendaten bezüglich des speziellen Gebiets V an jedem vorbestimmten Messbereichsintervall in einem vorbestimmten Bereich Q1 in Z-Richtung (erster Bereich in Richtung der optischen Achse), wo sich das Werkstück W wahrscheinlich befindet, auf der Grundlage eines Vorrichtungsursprungs, der eine Basis einer Höhenmessung in der dreidimensionalen Messung 1 ist.
Das „spezielle Gebiet V“ ist hier ein Gebiet, das im Hinblick auf ein vorheriges Erfassen der Position des Werkstücks W in Z-Richtung beliebig ist. Wenn zum Beispiel das Werkstück W ein Wafersubstrat 100 ist, wie es in den 8 und 9 gezeigt ist, wird ein Musterabschnitt 102, der wahrscheinlich eine Referenzoberfläche einer Höhenmessung eines Höckers 101 ist, als das spezielle Gebiet V eingestellt.
In einem Beispiel einer Messung des in 8 gezeigten Wafersubstrats 100 ist das spezielle Gebiet V so eingestellt, dass komplexe Amplitudendaten an jeweiligen Höhenpositionen H₃, H₂, H₁, H₀, H_-1, H_-2 und H_-3 gewonnen werden, die jeweils an Messbereichsintervallen R in der Oben-unten-Richtung um einen Vorrichtungsursprung H₀, der die Basis der Höhenmessung in der dreidimensionalen Messung 1 ist, eingestellt werden.
Nachfolgend ist ein Verfahren zum Gewinnen der komplexen Amplitudendaten in Schritt S3 ausführlich beschrieben. Zuerst ist ein Verfahren zum Gewinnen von unbekannten komplexen Amplitudendaten an unterschiedlichen Positionen in Z-Richtung von bekannten komplexen Amplitudendaten an einer vorbestimmten Position in Z-Richtung beschrieben.
Hier wird von zwei Koordinatensystemen (ein x-y-Koordinatensystem und en E,-η-Koordinatensystem), die um einen Abstand d in Z-Richtung zueinander versetzt sind, ausgegangen. Eine durch [Math. 5] unten gezeigte Beziehung wird gewonnen, wenn das x-y-Koordinatensystem als z=0 ausgedrückt wird, bekannte komplexe Amplitudendaten von Licht in dem x-y-Koordinatensystem als Eo(x,y) ausgedrückt werden und unbekannte komplexe Amplitudendaten von Licht auf einer ξ-η-Ebene, die gegenüber einer x-y-Ebene um den Abstand d versetzt ist, als Eο(ξ,η) ausgedrückt werden, wobei λ eine Wellenlänge bezeichnet:
Der nachfolgende Ausdruck [Math. 6] wird durch Auflösen dieses Ausdruck nach Eο(ξ,η) gewonnen:
Demzufolge gewinnt die Steuerungsvorrichtung 5 in Schritt S3 komplexe Amplitudendaten EoL0(ξ,η), EoL1 (ξ,η), ..., EoLn(ξ,η) an jeweiligen Positionen (z=L0, L1, ..., Ln), die in Z-Richtung gegenüber der Oberfläche 33Aa des Abbildungselements oder der Oberfläche 33Ba des Abbildungselements um einen Abstand L= L0, L1, L2, ..., Ln versetzt sind, auf der Grundlage der in Schritt S2 gewonnenen komplexen Amplitudendaten Eo(x,y) auf der Oberfläche 33Aa des Abbildungselements oder der Oberfläche 33Ba des Abbildungselements, wie es in den 6 und 7 gezeigt ist.
Im nachfolgenden Schritt S4 führt die Steuerungsvorrichtung 5 einen Prozess zum Gewinnen von Intensitätsbild (Lichtstärkebilds) - daten an mehreren Positionen in Z-Richtung bezüglich des speziellen Gebiets V durch.
Insbesondere gewinnt die Steuerungsvorrichtung 5 Intensitäts-Bilddaten von den in dem oben beschriebenen Schritt S3 gewonnenen komplexen Amplitudendaten EοL0(ξ,η), EoL1 (ξ,η), ..., EoLn(ξ,η) an den mehreren Positionen in Z-Richtung bezüglich des speziellen Gebiets V. Demzufolge ist die Funktion zum Durchführen des Rekonstruktionsprozesses der Schritte S2 bis S4, wie es oben beschrieben ist, als die erste Bilddaten-Gewinnungseinheit gemäß dieser Ausführungsform konfiguriert.
Wenn die komplexen Amplitudendaten in der ξ-η-Ebene als Eo(ξ,η) ausgedrückt werden, können Intensitäts-Bilddaten I(ξ,η) in der ξ-η-Ebene durch den folgenden relationalen Ausdruck [Math. 7] bestimmt werden: $I (ξ, η) = {| E_{0} (ξ, η) |}^{2}$
Im nachfolgenden Schritt S5 führt die Steuerungsvorrichtung 5 einen Prozess zum Bestimmen einer optimalen Fokussierungsposition (Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse) bezüglich des speziellen Gebiets V durch. Die Funktion zum Durchführen des Prozesses von Schritt S5 ist als die erste Fokussierungsposition-Bestimmungseinheit gemäß dieser Ausführungsform konfiguriert.
Insbesondere bestimmt die Steuerungsvorrichtung 5 die optimale Fokussierungsposition in Z-Richtung des speziellen Gebiets V auf der Grundlage der in oben beschriebenen Schritt S4 gewonnenen Intensitäts-Bilddaten an den mehreren Positionen in Z-Richtung bezüglich des speziellen Gebiets V. Nachfolgend ist ein Verfahren zum Bestimmen der optimalen Fokussierungsposition des speziellen Gebiets V von den Kontrastwerten der Intensitäts-Bilddaten beschrieben.
Das Verfahren bestimmt zuerst die Kontrastwerte der Lichtstärke zwischen einer „speziellen Koordinatenposition“ und „einer weiteren Koordinatenpositionen“ bezüglich der Intensitäts-Bilddaten des speziellen Gebiets V an den jeweiligen Positionen in Z-Richtung (z=L0, L1, ..., Ln), die in Z-Richtung gegenüber der Oberfläche 33Aa des Abbildungselements oder der Oberfläche 33Ba des Abbildungselements um den Abstand L= L0, L1, L2, ..., Ln versetzt sind. Das Verfahren extrahiert danach eine Position (z= Lm), an der die Intensitäts-Bilddaten mit dem höchsten Kontrastwert von diesen Kontrastwerten gewonnen werden, als die optimale Fokussierungsposition.
Das Verfahren zum Bestimmen der optimalen Fokussierungsposition des speziellen Gebiets V ist nicht auf das oben beschriebene Verfahren zum Bestimmen der Kontrastwerte der Intensitäts-Bilddaten beschränkt, sondern es kann auch ein anderes Verfahren verwendet. Zum Beispiel kann ein Verfahren zum Bestimmen der Lichtstärkewerte der Intensitäts-Bilddaten verwendet werden.
Dieses Verfahren macht sich die Eigenschaften zunutze, dass die Intensitäts-Bilddaten die höchste Intensität auf einer Ebene besitzen, auf der sich ein Objekt tatsächlich befindet. Insbesondere berechnet das Verfahren mittlere Lichtstärkewerte an jeweiligen Koordinatenpositionen in dem speziellen Gebiet V von den Intensitäts-Bilddaten des speziellen Gebiets V an den jeweiligen Positionen in Z-Richtung (z=L0, L1, ..., Ln). Das Verfahren extrahiert danach eine Position (z= Lm), an der die Intensitäts-Bilddaten mit dem höchsten mittleren Lichtstärkewert von diesen mittleren Lichtstärkewerte gewonnen werden, als die optimale Fokussierungsposition.
In einem in 8 gezeigten Messbeispiel des Wafersubstrats 100 werden die Kontrastwerte oder die mittleren Lichtstärkewerte bezüglich der Intensitäts-Bilddaten eines Musterabschnitts 102 an Höhenpositionen H₃, H₂, H₁, H₀, H_-1, H_-2 und H_-3 bestimmt. Eine Position (zum Beispiel eine Höhenposition H_-1), an der die Intensitäts-Bilddaten mit dem höchsten Kontrastwert oder dem höchsten mittleren Lichtstärkewert von den Kontrastwerten oder den mittleren Lichtstärkewerten gewonnen werden, werden als die optimale Fokussierungsposition extrahiert.
Im nachfolgenden Schritt S6 führt die Steuerungsvorrichtung 5 einen Prozess zum Gewinnen komplexer Amplitudendaten an mehreren Positionen in Z-Richtung bezüglich jeweiliger Koordinatenpositionen in dem gesamten vorbestimmten Messgebiet des Werkstücks W durch.
Gemäß der Ausführungsform gewinnt die Steuerungsvorrichtung 5 komplexe Amplitudendaten bezüglich der jeweiligen Koordinatenpositionen in dem Messgebiet in vorbestimmten Messbereichsintervallen in einem vorbestimmten Bereich Q2 in Z-Richtung (ein zweiter Bereich in Richtung der optischen Achse), wo sich ein vorbestimmtes Messobjekt auf dem Werkstück W wahrscheinlich befindet (zum Beispiel ein Höcker 101 auf dem Wafersubstrat 100), auf der Grundlage der in dem oben beschriebenen Schritt S5 bestimmten optimalen Fokussierungsposition des speziellen Gebiets V.
Zum Beispiel wird in dem in 8 gezeigten Messbeispiel des Wafersubstrats 100 das Verfahren so eingestellt, dass man komplexe Amplitudendaten an den Höhenpositionen H₁, H₀ und H_-1 gewinnt, die in Messbereichsintervallen R von der optimale Fokussierungsposition (Höhenposition H_-1) des speziellen Gebiets V als die Basis nach oben eingestellt sind.
In dem in 8 gezeigten Beispiel ist der vorbestimmte Bereich Q2 in Z-Richtung schmaler eingestellt als der vorbestimmte Bereich Q1 in Z-Richtung. Diese Konfiguration ist jedoch nicht zwingend. Gemäß einer modifizierten Konfiguration kann der vorbestimmte Bereich Q2 in Z-Richtung gleich dem vorbestimmten Bereich Q1 in Z-Richtung sein oder kann breiter als der vorbestimmte Bereich Q1 in Z-Richtung sein. Es ist jedoch im Hinblick auf eine Verringerung der Prozesslast zum Gewinnen von Daten, die für die Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung bezüglich der jeweiligen Koordinatenpositionen in dem gesamten Messgebiet und eine Verkürzung der für diesen Prozess erforderlichen Zeitspanne notwendig sind, vorteilhaft, dass der vorbestimmte Bereich Q2 in Z-Richtung schmaler als der vorbestimmte Bereich Q1 in Z-Richtung eingestellt wird.
Das Verfahren zum Gewinnen der komplexen Amplitudendaten in Schritt S6 ist ähnlich dem oben beschriebenen Verfahren zum Gewinnen der komplexen Amplitudendaten in Schritt S3 und ist daher nicht ausführlich beschrieben.
Im nachfolgenden Schritt S7 führt die Steuerungsvorrichtung 5 einen Prozess zum Gewinnen von Intensitäts-Bilddaten an mehreren Positionen in Z-Richtung bezüglich der jeweiligen Koordinatenpositionen in dem Messgebiet auf dem Werkstück W aus. Demzufolge ist die Funktion zum Durchführen der Verarbeitungen der oben beschriebenen Schritte S6 und S7 als die zweite Bilddaten-Gewinnungseinheit gemäß dieser Ausführungsform konfiguriert.
Insbesondere gewinnt die Steuerungsvorrichtung 5 Intensitäts-Bilddaten an den mehreren Positionen in Z-Richtung bezüglich der jeweiligen Koordinatenpositionen in dem Messgebiet auf dem Werkstück W auf der Grundlage der in dem oben beschriebenen Schritt S6 gewonnenen komplexen Amplitudendaten. Das Verfahren zum Gewinnen der Intensitäts-Bilddaten von den komplexen Amplitudendaten in Schritt S7 ist ähnlich dem Verfahren zum Gewinnen der Intensitäts-Bilddaten in dem oben beschriebenen Schritt S4 und ist daher nicht ausführlich beschrieben.
Im nachfolgenden Schritt S8 führt die Steuerungsvorrichtung 5 einen Prozess zum Bestimmen einer optimalen Fokussierungsposition (Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse) bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet auf dem Werkstück W aus. Die Funktion zum Durchführen der Verarbeitung dieses Schritts S8 ist als die zweite Fokussierungsposition-Bestimmungseinheit gemäß dieser Ausführungsform konfiguriert.
Insbesondere bestimmt die Steuerungsvorrichtung 5 die optimale Fokussierungsposition in Z-Richtung an jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet auf der Grundlage der in dem oben beschriebenen Schritt S7 gewonnenen Intensitäts-Bilddaten an den mehreren Positionen in Z-Richtung bezüglich der jeweiligen Koordinatenpositionen in dem Messgebiet. Das Verfahren zum Bestimmen der optimalen Fokussierungsposition von den Intensitäts-Bilddaten an den mehreren Positionen in Z-Richtung in Schritt S8 ist ähnlich dem Verfahren zum Bestimmen der optimalen Fokussierungsposition in dem oben beschriebenen Schritt S5 und ist daher nicht ausführlich beschrieben.
Im nachfolgenden Schritt S9 führt die Steuerungsvorrichtung 5 einen Prozess zum Spezifizieren einer Ordnung, die der in Schritt S8 optimalen bestimmten Fokussierungsposition bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet auf dem Werkstück W entspricht, als einer Ordnung eines Messbereichs bezüglich jeder Koordinatenposition aus. Die Funktion zum Durchführen der Verarbeitung dieses Schritts S9 ist als die Ordnung-Spezifizierungseinheit gemäß dieser Ausführungsform konfiguriert.
Nachfolgend ist ein Verfahren zum Spezifizieren der Ordnung des Messbereichs mit Bezug auf ein konkretes, in 11 gezeigtes Beispiel beschrieben. In dem in 11 gezeigten Beispiel wird das in 8 gezeigte Wafersubstrat 100 einer Höhenmessung in einem Bereich von „-3500 (nm)“ bis „3500 (nm)“ unterzogen, indem ein sinusförmiges Licht mit einem Messbereich (entsprechend einer Spanne [-180 Grad bis 180 Grad] in dem Phasenverschiebungsverfahren) von 1000 nm (kombinierte Wellenlänge des Lichts von zwei unterschiedlichen Wellenlängen gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird).
In dem in 11 gezeigten „Fall 1“ haben von den an Höhenpositionen H₃, H₂, H₁, H₀, H_-1, H_-2 und H_-3 bezüglich einer vorbestimmten Koordinatenposition rekonstruierten Intensitäts-Bilddaten (rekonstruierte Bilder [1] bis [7]) die an der Höhenposition H₂ rekonstruierten Intensitäts-Bilddaten (rekonstruiertes Bild [2]) einen maximalen Lichtstärkewert von „250“. Demzufolge wird bezüglich dieser vorbestimmten Koordinatenposition die Höhenposition H₂ als die optimale Fokussierungsposition bestimmt, und eine Ordnung [2], die dieser optimalen Fokussierungsposition entspricht, wird als die Ordnung des Messbereichs bezüglich dieser vorbestimmten Koordinatenposition spezifiziert.
In dem in 11 gezeigten „Fall 2“ haben von an den Höhenpositionen H₃, H₂, H₁, H₀, H_-1, H_-2 und H_-3 bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition rekonstruierten Intensitäts-Bilddaten (rekonstruierte Bilder [1] bis [7]) die an der Höhenposition H₂ rekonstruierten Intensitäts-Bilddaten (rekonstruiertes Bild [2]) und die an der Höhenposition H₁ rekonstruierten Intensitäts-Bilddaten (rekonstruiertes Bild [1]) einen maximalen Lichtstärkewert von „128“.
In diesem Fall wird erwartet, dass die tatsächliche Höhe bezüglich dieser vorbestimmten Koordinatenposition eine Höhe ist, die der Umgebung einer Grenze zwischen dem Messbereich einer Ordnung [2] und dem Messbereich einer Ordnung [1] entspricht. Demzufolge werden zu diesem Zeitpunkt zwei Ordnungen [2] und [1] als die Ordnung des Messbereichs bezüglich dieser vorbestimmten Koordinatenposition spezifiziert.
Im nachfolgenden Schritt S10 führt die Steuerungsvorrichtung 5 einen Prozess zur dreidimensionalen Messung aus. Die Funktion zum Durchführen der Verarbeitung dieses Schritts 10 ist als die Einheit zur dreidimensionalen Messung gemäß dieser Ausführungsform konfiguriert.
Insbesondere berechnet die Steuerungsvorrichtung 5 zuerst eine Phase ϕ(ξ,η) des Messlichts und eine Amplitude A(ξ,η) des Messlichts von den komplexen Amplitudendaten Eo(ξ,η) der in Schritt S8 bestimmten optimalen Fokussierungsposition an jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet gemäß dem folgenden relationalen Ausdruck [Math. 8]. $E_{0} (ξ, η) = A (ξ, η) e^{i ϕ (ξ, η)}$
Die Phase ϕ(ξ,η) des Messlichts kann gemäß dem folgenden relationalen Ausdruck [Math. 9] bestimmt werden. Die Funktion zum Durchführen der Rekonstruktionsprozesse zum Berechnen der Phase ϕ(ξ,η), die eine Phaseninformation des Messlichts ist, ist als die Phaseninformation-Gewinnungseinheit gemäß dieser Ausführungsform konfiguriert: $ϕ (ξ, η) = arctan \frac{Im [E_{0} (ξ, η)]}{Re [E_{0} (ξ, η)]}$
Die Amplitude A(ξ,η) des Messlichts kann gemäß dem folgenden relationalen Ausdruck [Math. 10] bestimmt werden: $A (ξ, η) = \sqrt{{(Re [E_{0} (ξ, η)])}^{2} + {(Im [E_{0} (ξ, η)])}^{2}}$
Die Steuerungsvorrichtung 5 führt danach einen Phasen-Höhen-Umkehrungsprozess aus, um eine Höheninformation z(ξ,η) in dem Messbereich zu berechnen, die eine konkav-konvexe Form auf der Oberfläche des Werkstücks W dreidimensional angibt.
Die Höheninformation z(ξ,η) in dem Messbereich kann gemäß dem folgenden relationalen Ausdruck [Math. 11] berechnet werden: $Z (ξ, η) = \frac{1}{2} ϕ (ξ, η) \frac{λ}{2 π}$
Die Steuerungsvorrichtung 5 gewinnt danach reale Höhendaten (tatsächliche Höhe) bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition auf der Grundlage der Höheninformation z(ξ,η) in dem wie oben beschrieben berechneten Messbereich und der in Schritt S9 spezifizierten Ordnung des Messbereichs bezüglich jeder Koordinatenposition.
In dem in 11 gezeigten Beispiel sind, wenn die wie oben beschrieben berechnete Höheninformation z(ξ,η) in dem Messbereich zum Beispiel einer Phase von „+90 Grad“ bezüglich einer vorbestimmten Koordinatenposition entspricht, Kandidaten realer Höhendaten bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition [3250 (nm)] der Ordnung [3], [2250 (nm)] der Ordnung [2], [1250 (nm)] der Ordnung [1], [250 (nm)] der Ordnung [0], [-750 (nm)] der Ordnung [-1], [-1750 (nm)] der Ordnung [-2] und [-2750 (nm)] der Ordnung [-3].
Wenn zum Beispiel die Höhenposition H₂ als die optimale Fokussierungsposition bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition bestimmt wird und die Ordnung [2], die dieser optimalen Fokussierungsposition entspricht, als die Ordnung des Messbereichs bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition spezifiziert wird, wie im „Fall 1“, können die realen Höhendaten bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition als [2250 (nm)] spezifiziert werden, was der Phase [90 Grad] der Ordnung [2] entspricht.
Wenn in dem in 11 gezeigten Beispiel die wie oben beschrieben berechnete Höheninformation z(ξ,η) in dem Messbereich zum Beispiel einer Phase von „-180 Grad“ bezüglich einer vorbestimmten Koordinatenposition entspricht, sind die Kandidaten realer Höhendaten bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition [2500 (nm)] der Ordnung [3], [1500 (nm)] der Ordnung [2], [500 (nm)] der Ordnung [1], [-500 (nm)] der Ordnung [0], [-1500 (nm)] der Ordnung [-1], [-2500 (nm)] der Ordnung [-2] und [-3500 (nm)] der Ordnung [-3].
Wenn zum Beispiel die Höhenposition H₂ und die Höhenposition H₁ als die optimalen Fokussierungspositionen bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition bestimmt werden und die Ordnung [2] und die Ordnung [1], die diesen optimalen Fokussierungspositionen entsprechen, als die Ordnungen des Messbereichs bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition spezifiziert werden, wie im „Fall 2“, können die realen Höhendaten bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition als [1500 (nm)] spezifiziert werden, was der Phase [-180] Grad] der Ordnung [2] entspricht.
Wenn das Werkstück W das (in 9 gezeigte) Wafersubstrat 100 ist und der Höcker 101 als ein Messobjekt spezifiziert wird, kann eine Höhe HB des Höckers 101 relativ zu einem Musterabschnitt 102, der eine Messungs-Referenzebene ist, durch Subtrahieren einer absoluten Höhe HA2 des Musterabschnitts 102 in der Umgebung des Höckers 101 von einer absoluten Höhe HA1 des Höckers 101 (HB= HA1 - HA2) bestimmt werden.
Zum Beispiel kann eine absolute Höhe an einem beliebigen Punkt auf dem Musterabschnitt 102 oder ein Mittelwert von absoluten Höhen in einem vorbestimmten Bereich auf dem Musterabschnitt 102 als die absolute Höhe HA2 des Musterabschnitts 102 verwendet werden. Die „absolute Höhe HA1 des Höckers 101“ und die „absolute Höhe HA2 des Musterabschnitts 102“ können von der Höheninformation z(ξ,η) und der Ordnung des Messbereichs bestimmt werden.
Die wie oben beschrieben bestimmten Messergebnisse des Werkstücks W werden in der Berechnungsergebnis-Speicherungseinheit 55 der Steuerungsvorrichtung 5 gespeichert.
Eine Messung, die zwei unterschiedliche Lichter mit unterschiedlichen Wellenlängen (Wellenlängen λ₁ und λ₂) verwendet, ist äquivalent zu einer Messung, die ein Licht mit einer kombinierten Wellenlänge λ₀ verwendet. Ihr Messbereich ist auf λ₀/2 ausgedehnt. Die kombinierte Wellenlänge λ₀ ist durch den folgenden Ausdruck (M1) ausgedrückt:
$λ_{0} = (λ_{1} \times λ_{2}) / (λ_{2} - λ_{1})$
mit λ₂ > λ₁.
Wenn zum Beispiel λ₁ = 1500 nm und λ₂= 1503 nm ist, so ist gemäß dem oben angegebenen Ausdruck (M1) λ₀= 751.500 µm und der Messbereich beträgt λ₀/2= 375.750 µm.
Eine ausführlichere Beschreibung ist nachfolgend gegeben. Gemäß der Ausführungsform kann eine Phase ϕ1(ξ,η) des Messlichts bezüglich des ersten Lichts bei Koordinaten (ξ,η) auf der Oberfläche des Werkstücks W auf der Grundlage der Lichtstärkewerte I₁(x,y), I₂(x,y), I₂(x,y) und I₄(x,y) von vier unterschiedlichen Interferenzstreifenbildern bezüglich des ersten Lichts mit der Wellenlänge λ₁ (wie es durch den oben gezeigten [Math. 1] gezeigt ist) berechnet werden (wie es durch den oben angegebenen [Math. 9] gezeigt ist).
Bei der Messung bezüglich des ersten Lichts kann eine Höheninformation z(ξ,η) an den Koordinaten (ξ,η) durch den nachfolgend angegebenen Ausdruck (M2) ausgedrückt werden:
$\begin{array}{l} z (ξ, η) = d_{1} (ξ, η) / 2 \\ = {λ_{1} \times ϕ_{1} (ξ, η) / 4 π} + {m_{1} (ξ, η) \times λ_{1} / 2} \end{array}$
wobei d1(ξ,η) eine Lichtwegdifferenz zwischen dem Messlicht und dem Referenzlicht des ersten Lichts und m₁(ξ,η) eine Streifenordnung des ersten Lichts bezeichnet.
Die Phase ϕ1(ξ,η) wird entsprechend durch den nachstehend angegebenen Ausdruck (M2') ausgedrückt:
$ϕ_{1} (ξ, η) = (4 π/ λ_{1}) \times z (ξ, η) - 2 π m_{1} (ξ, η)$
Entsprechend kann eine Phase ϕ₂(ξ,η) des Messlichts bezüglich des zweiten Lichts an den Koordinaten (ξ,η) auf der Oberfläche des Werkstücks W (wie durch [Math. 9] oben gezeigt) auf der Grundlage der Lichtstärkewerte I₁(x,y), I₂(x,y), I₃(x,y) und I₄(x,y) von vier unterschiedlichen Interferenzstreifenbildern bezüglich des zweiten Lichts mit der Wellenlänge λ₂ (wie durch [Math. 1] oben gezeigt) berechnet werden.
Bei der Messung bezüglich des zweiten Lichts wird eine Höheninformation z(ξ,η) bei den Koordinaten (ξ,η) durch den nachstehend angegebenen Ausdruck (M3) ausgedrückt:
$\begin{array}{l} z (ξ, η) = d_{2} (ξ, η) / 2 \\ = {λ_{2} \times ϕ_{2} (ξ, η) / 4 π} + {m_{2} (ξ, η) \times λ_{2} / 2} \end{array}$
worin d₂(ξ,η) eine Lichtwegdifferenz zwischen dem Messlicht und dem Referenzlicht des zweiten Lichts und m₂(ξ,η) eine Streifenordnung des zweiten Lichts bezeichnet.
Die Phase ϕ₂(ξ,η) wird entsprechend durch den folgenden Ausdruck (M3') ausgedrückt:
$ϕ_{2} (ξ, η) = (4 π/ λ_{2}) \times z (ξ, η) - 2 π m_{2} (ξ, η)$
Die Streifenordnung m₁(ξ,η) des ersten Lichts mit der Wellenlänge λ₁ und die Streifenordnung m₂(ξ,η) des zweiten Lichts mit der Wellenlänge λ₂ können auf der Grundlage einer Lichtwegdifferenz Δd und einer Wellenlängendifferenz Δλ der zwei unterschiedlichen Lichter (mit den Wellenlängen λ₁ und λ₂) bestimmt werden. Die Lichtwegdifferenz Δd und die Wellenlängendifferenz Δλ können durch die folgenden Ausdrücke (M4) bzw. (M5) ausgedrückt werden:
$Δ d = (λ_{1} \times ϕ_{1} - λ_{2} \times ϕ_{2}) / 2 π$
$Δλ = λ_{2} - λ_{1}$
wobei λ₂ > λ₁ ist.
In dem Messbereich der vereinigten Wellenlänge λ₀ der zwei Wellenlängen wird die Beziehung zwischen den Streifenordnungen m₁ und m₂ in die folgenden drei Fälle klassifiziert. Es werden unterschiedliche Berechnungsausdrücke verwendet, um die Streifenordnungen m₁(ξ,η) und m₂(ξ,η) in den jeweiligen Fällen zu bestimmen. Nachfolgend ist eine Technik zum Bestimmen zum Beispiel der Streifenordnung m₁(ξ,η) beschrieben. Eine ähnliche Technik kann verwendet werden, um die Streifenordnung m₂(ξ,η) zu bestimmen.
Zum Beispiel gilt „m₁ - m₂= -1“ für „ϕ₁ - ϕ₂ < -π“. In diesem Fall wird m₁ durch den folgenden Ausdruck (M6) ausgedrückt:
$\begin{array}{l} m_{1} = (Δ d / Δλ) - (λ_{2} / Δλ) \\ = (λ_{1} \times ϕ_{1} - λ_{2} \times ϕ_{2}) / 2 π (λ_{2} - λ_{1}) - λ_{2} / (λ_{2} - λ_{1}) \end{array}$
Für „-π < ϕ₁ - ϕ₂ < π“ gilt „m₁ - m₂= 0“. In diesem Fall wird m₁ durch den folgenden Ausdruck (M7) ausgedrückt:
$\begin{array}{l} m_{1} = Δ d / Δλ \\ = (λ_{1} \times ϕ_{1} - λ_{2} \times ϕ_{2}) / 2 π (λ_{2} - λ_{1}) \end{array}$
Für „ϕ₁ - ϕ₂ > π“ gilt „m₁ - m₂= +1“. In diesem Fall m₁ wird durch den folgenden Ausdruck (M8) ausgedrückt:
$\begin{array}{l} m_{1} = (Δ d / Δλ) - (λ_{2} / Δλ) \\ = (λ_{1} \times ϕ_{1} - λ_{2} \times ϕ_{2}) / 2 π (λ_{2} - λ_{1}) + λ_{2} / (λ_{2} - λ_{1}) \end{array}$
Die Höheninformation z(ξ,η) kann gemäß dem obigen Ausdruck (M2) oder dem obigen Ausdruck (M3) auf der Grundlage der so gewonnenen Streifenordnung m₁(ξ,η) oder m₂(ξ,η) gewonnen werden.
Wie es oben ausführlich beschrieben ist, ermöglicht die Konfiguration der Ausführungsform eine Höhenmessung über den Messbereich hinaus bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet auf dem Werkstück W. Ferner erfordert die Konfiguration der Ausführungsform keinen sperrigen Bewegungsmechanismus, um das Werkstück W zu bewegen, und vereinfacht dadurch die Struktur. Die Konfiguration der Ausführungsform wird auch nicht durch Vibrationen oder dergleichen eines derartigen sperrigen Bewegungsmechanismus beeinträchtigt und verbessert dadurch die Messgenauigkeit.
Ferner ermöglicht die Konfiguration der Ausführungsform, dass alle zur Messung erforderlichen Interferenzstreifenbilder durch die kleinere Anzahl von Abbildungsoperationen gewonnen werden, und verbessert dadurch die Messungseffizienz.
Ferner gewinnt die Konfiguration der Ausführungsform anfangs nicht die Intensitäts-Bilddaten bezüglich des gesamten Messgebiets des Werkstücks W, sondern gewinnt die Intensitäts-Bilddaten an den mehreren Positionen in Z-Richtung bezüglich nur des speziellen Gebiets V, das ein voreingestellter Teil in dem Messgebiet ist. Die Konfiguration der Ausführungsform legt die Position in Z-Richtung des Werkstücks W auf der Grundlage des Fokussierungszustands der gewonnenen Intensitäts-Bilddaten fest und gewinnt im Anschluss die Intensitäts-Bilddaten an den mehreren Positionen in Z-Richtung bezüglich jeder Koordinatenposition in dem gesamten Messgebiet auf der Grundlage der festgelegten Position.
Diese Konfiguration verringert die Last des Prozesses zum Gewinnen der zur dreidimensionalen Messung des Messgebiets erforderlichen Daten und verkürzt die für diesen Prozess erforderliche Zeitspanne. Infolgedessen verbessert diese Konfiguration die Messgenauigkeit und verbessert ferner die Messungseffizienz.
Die Ausführungsform ist ausgelegt, um zu bewirken, dass das erste Licht mit der Wellenlänge λ₁ in die erste Oberfläche 20a des polarisierenden Strahlteilers 20 eintritt und dass das zweite Licht mit der Wellenlänge λ₂ in die zweite Oberfläche 20b des polarisierenden Strahlteilers 20 eintritt. Dabei wird das Referenzlicht und das Messlicht des ersten Lichts bzw. das Referenzlicht und das Messlicht des zweiten Lichts in unterschiedliche polarisierte Lichtkomponenten (P-polarisiertes Licht und S-polarisiertes Licht) geteilt. Das erste Licht und das zweite Licht, die in den polarisierenden Strahlteiler 20 eintreten, interferieren demnach nicht miteinander, sondern werden separat von dem polarisierenden Strahlteiler 20 ausgesendet. Mit anderen Worten, es besteht keine Notwendigkeit, das von dem polarisierenden Strahlteiler 20 ausgesendete Licht mit Hilfe einer vorbestimmten Teilungseinheit in das erste Licht und das zweite Licht zu teilen.
Infolgedessen können zwei unterschiedliche Lichter mit nahe beieinander liegenden Wellenlängen als das erste Licht und das zweite Licht verwendet werden. Dies erweitert den Messbereich bei der dreidimensionalen Messung weiter. Ferner ermöglicht diese Konfiguration, dass die Abbildung des ausgegebenen Lichts bezüglich des ersten Lichts gleichzeitig mit der Abbildung des Lichts bezüglich des zweiten Lichts ausgeführt wird. Dies verkürzt dementsprechend die Gesamtabbildungszeit und verbessert die Messungseffizienz.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann auch zum Beispiel durch die weiter unten beschriebene Konfigurationen implementiert sein. Die vorliegende Offenbarung kann ferner durch weitere Anwendungen und weitere Modifikationen implementiert sein, die nachfolgend nicht speziell beschrieben sind.
(a) Das Werkstück W als das Messobjekt ist nicht auf das in der obigen Ausführungsform gezeigte Wafersubstrat 100 beschränkt. Zum Beispiel kann das Werkstück W (Messobjekt) eine Leiterplatte bzw. Platine mit darauf gedruckter Lotpaste sein.
Die Vorrichtung 1 zur dreidimensionalen Messung kann in einer Höcker-Untersuchungsvorrichtung oder einer Lotdruck-Untersuchungsvorrichtung angeordnet sein, die mit einer Untersuchungseinheit ausgestattet ist, die ausgelegt ist, um die Qualität von Höckern oder Lotpaste als ein Messobjekt entsprechend im Voraus eingestellter Qualitätsbeurteilungskriterien zu untersuchen.
(b) Die oben beschriebene Ausführungsform verwendet das Phasenverschiebungsverfahren unter Verwendung mehrerer Bilddaten als das Verfahren zur Rekonstruktion von Interferenzstreifenbildern (d. h. das Verfahren zum Gewinnen der komplexen Amplitudendaten). Dies ist jedoch nicht beschränkend, sondern es kann auch eine andere Technik verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Fouriertransformation unter Verwendung von Bilddaten verwendet werden.
Das Verfahren zur Rekonstruktion ist ferner nicht auf die Technik zur Rekonstruktion unter Verwendung der komplexen Amplitudendaten beschränkt, sondern es kann auch eine andere Rekonstruktionstechnik verwendet werden.
Ferner ist die Berechnung der Lichtausbreitung nicht auf das in der obigen Ausführungsform gezeigte Faltungsverfahren beschränkt, sondern es kann eine andere Technik wie etwa ein Winkelspektrumsverfahren verwendet werden.
(c) Die Konfiguration des optischen Interferenzsystems (des vorbestimmten optischen Systems) ist nicht auf die Konfiguration der obigen Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel verwendet die obige Ausführungsform die optische Konfiguration des Michelson-Interferometers als das optische Interferenzsystem. Dies ist jedoch nicht beschränkend. Eine weitere optische Konfiguration wie etwa die optische Konfiguration eines Mach-Zehnder-Interferometers oder die optische Konfiguration eines Fizeau-Interferometers kann verwendet werden, um das einfallende Licht in Referenzlicht und Messlicht zu teilen und eine Messung des Werkstücks W durchzuführen.
(d) Die obige Ausführungsform ist ausgelegt, um die zwei unterschiedlichen Lichter mit unterschiedlichen Wellenlängen zur Messung des Werkstücks W zu verwenden. Diese Konfiguration ist jedoch nicht beschränkend. Eine modifizierte Konfiguration kann nur ein Licht zur Messung des Werkstücks W verwenden.
Bei der Verwendung von zwei unterschiedlichen Lichtern mit unterschiedlichen Wellenlängen ist die Konfiguration der obigen Ausführungsform nicht notwendig. Ebenso wie eine herkömmliche Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung kann eine Modifikation ausgelegt sein, um zu bewirken, dass vereinigtes Licht aus Licht einer ersten Wellenlänge und Licht einer zweiten Wellenlänge in ein optisches Interferenzsystem eintritt, um zu bewirken, dass von dem optischen Interferenzsystem ausgesendetes interferierendes Licht einer Wellenlängentrennung durch eine vorbestimmte optische Trenneinheit (zum Beispiel ein dichroitischer Spiegel) unterzogen wird, um so interferierendes Licht bezüglich der ersten Wellenlänge Licht und interferierendes Licht bezüglich der zweiten Wellenlänge Licht zu gewinnen, und um eine Messung des Werkstücks W auf der Grundlage von Interferenzstreifenbildern durchzuführen, die durch individuelles Aufnehmen von Bildern der interferierenden Lichter bezüglich der jeweiligen Wellenlängenlichter gewonnen werden.
Eine weitere Modifikation kann eine Konfiguration, die bewirkt, dass zwei unterschiedliche Lichter, die von zwei Lichtquellen ausgesendet werden, die unterschiedliche Wellenlängen haben und die miteinander überlappt werden, um in ein optisches Interferenzsystem einzutreten, dass Licht, das von dem optischen Interferenzsystem ausgesendet wird, einer Wellenlängentrennung durch eine optische Trenneinheit unterzogen wird, und die individuell Bilder der interferierenden Lichter bezüglich der jeweiligen Wellenlängenlichter aufnimmt, mit der Konfiguration der obigen Ausführungsform kombinieren, um eine Messung des Werkstücks W unter Verwendung von drei oder mehreren unterschiedlichen Lichtern mit unterschiedlichen Wellenlängen durchzuführen.
(e) Die Konfiguration der optischen Projektionssysteme 2A und 2B ist nicht beschränkt auf die Konfiguration der obigen Ausführungsform. Zum Beispiel zeigt die obige Ausführungsform die Konfiguration, die bewirkt, dass Licht mit der Wellenlänge λ₁= 1500 nm von dem ersten optischen Projektionssystem 2A und Licht mit der Wellenlänge λ₂= 1503 nm von dem zweiten optischen Projektionssystem 2B ausgesendet wird. Die Wellenlängen der jeweiligen Lichter sind nicht auf die in der obigen Ausführungsform beschriebenen beschränkt. Es ist jedoch vorteilhaft, die Wellenlängendifferenz zwischen den zwei Lichtern im Hinblick auf eine Vergrößerung des Messbereichs zu verringern.
(f) Die obige Ausführungsform ist ausgelegt, um die vier unterschiedlichen Interferenzstreifenbilder mit den Phasen, die um 90 Grad voneinander verschieden sind, bezüglich sowohl dem ersten Licht als auch dem zweiten Licht zu gewinnen. Die Anzahl der Phasenverschiebungen und der Betrag der Phasenverschiebung sind nicht auf diejenigen beschränkt, die in der obigen Ausführungsform beschrieben sind. Zum Beispiel kann eine Modifikation ausgelegt sein, um drei unterschiedliche Interferenzstreifenbilder mit Phasen, die um 120 Grad (oder 90 Grad) voneinander verschieden sind, zu gewinnen und eine Messung des Werkstücks W durchzuführen.
(g) Die obige Ausführungsform verwendet die Polarisatoren 32A und 32B, die ausgelegt sind, um die Transmissionsachsenrichtung zu verwenden, als die Phasenverschiebungseinheit. Die Konfiguration der Phasenverschiebungseinheit ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt.
Zum Beispiel kann eine Modifikation eine Konfiguration verwenden, die die Referenzoberfläche 23 mit Hilfe eines piezoelektrischen Elements oder dergleichen entlang der optischen Achse bewegt, um so die Länge des Lichtwegs physikalisch zu ändern.
Diese modifizierte Konfiguration und die Konfiguration der obigen Ausführungsform erfordern eine gewisse Zeitspanne, um alle Interferenzstreifenbilder zu gewinnen, die für die Messung erforderlich sind. Diese Konfigurationen verlängern die Messzeit und haben wahrscheinlich aufgrund der möglichen Effekte der Fluktuation und der Vibration der Luft und dergleichen eine geringere Messgenauigkeit.
Gemäß einer Modifikation kann zum Beispiel das erste Abbildungssystem 4A eine spektroskopische Einheit (zum Beispiel ein Prisma), die ausgelegt ist, um das vereinigte Licht (Referenzlichtkomponente und Messlichtkomponente) des durch die Viertelwellenlängenplatte 31A transmittierten ersten Lichts in vier Lichter zu teilen; und eine Filtereinheit, die statt des ersten Polarisators 32A als die Phasenverschiebungseinheit vorgesehen ist, um die von der spektroskopischen Einheit ausgesendeten vier Lichter mit jeweiligen Phasendifferenzen bereitzustellen, umfassen und kann ausgelegt sein, um gleichzeitig Bilder der vier durch die Filtereinheit transmittierten Lichter mit Hilfe der ersten Kamera 33A (oder durch mehrere Kameras) aufzunehmen. Eine ähnliche Konfiguration kann auch für das zweite Abbildungssystem 4B verwendet werden.
Diese modifizierte Konfiguration ermöglicht es, dass alle Interferenzstreifenbilder, die zur Messung erforderlich sind, gleichzeitig gewonnen werden. Insbesondere ermöglicht diese modifizierte Konfiguration, dass gleichzeitig insgesamt acht unterschiedliche Interferenzstreifenbilder bezüglich der zwei unterschiedlichen Lichter gewonnen werden. Infolgedessen verbessert dies die Messgenauigkeit und verkürzt signifikant die Gesamtabbildungszeit, um so die Messungseffizienz erheblich zu verbessern.
(h) Die obige Ausführungsform ist ausgelegt, um die komplexen Amplitudendaten oder dergleichen bei den Messbereichsintervallen der Höhenmessung in dem Prozess zum Bestimmen der Position des Werkstücks W in Z-Richtung (die optimale Fokussierungsposition des speziellen Gebiets V) zu gewinnen. Diese Konfiguration ist jedoch nicht notwendig. Zum Beispiel kann eine Modifikation ausgelegt sein, um die komplexen Amplitudendaten oder dergleichen bei Fokussierungsbereichsintervallen zu gewinnen.
(i) Die obige Ausführungsform ist ausgelegt, um in Schritt S10 eine dreidimensionalen Messung auf der Grundlage der komplexen Amplitudendaten des gesamten Messgebiets auszuführen, die in Schritt S6 gewonnen werden. Eine Modifikation kann ausgelegt sein, um zusätzlich Intensitätsbilder des gesamten Messgebiets zu gewinnen und eine zweidimensionale Messung auf der Grundlage der in Schritt S6 gewonnenen komplexen Amplitudendaten des gesamten Messgebiets auszuführen.
Im Falle des Gewinnens der Intensitätsbilder des gesamten Messgebiets kann ein anwendbares Verfahren unterschiedliche Daten entsprechend einer Differenz der Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse an jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet verwenden; zum Beispiel Daten bei einer ersten Position in Richtung der optischen Achse bezüglich eines ersten Gebiets verwenden und Daten bei einer zweiten Position in Richtung der optischen Achse bezüglich eines zweiten Gebiets verwenden. Selbst dann, wenn das Messgebiet zum Beispiel aufgrund einer Wellung des Messobjekts oder einer Neigung des Messobjekts eine Höhenvariation besitzt, ermöglicht dieses Verfahren, dass die in dem gesamten Messgebiet fokussierten Intensitätsbilder gewonnen werden.
Bei der Durchführung der zweidimensionalen Messung kann eine zweidimensionale Untersuchung auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Messung durchgeführt werden. Zum Beispiel kann ein Verfahren der zweidimensionalen Untersuchung räumliche Fehlausrichtungen Δx und Δy, einen Außendurchmesser D und ein Gebiet S eines Höckers 101 (gezeigt in 10), spezifiziert als ein Messobjekt, mit voreingestellten Referenzwerten vergleichen und bestimmen, ob die Ergebnisse des Vergleichs innerhalb eines erlaubten Bereichs liegen, um so die gute/schlechte Qualität des Höckers 101 zu vergleichen.
Bei der Durchführung sowohl der zweidimensionalen Messung als auch der dreidimensionalen Messung in Schritt S10 kann eine umfassende Untersuchung durchgeführt werden, indem mehrere unterschiedliche Arten von Messungen kombiniert werden: zum Beispiel eine Festlegung eines Orts, an dem der Höcker 101 als ein Messobjekt vorhanden ist, auf der Grundlage der Ergebnisse der zweidimensionalen Messung (zweidimensionale Untersuchung) und danach eine Durchführung einer dreidimensionalen Untersuchung; oder ein Abbilden von Intensitätsbildern auf dreidimensionale Daten, gewonnen durch die dreidimensionale Messung.
(j) Die obige Ausführungsform verwendet die mit Linsen ausgestatteten Kameras. Die Linse ist jedoch nicht notwendig. Ein scharfes Bild kann durch Berechnung entsprechend der obigen Ausführungsform gewonnen werden, selbst wenn eine Kamera ohne Linse verwendet wird.
(k) Die obige Ausführungsform ist ausgelegt, um die optimale Fokussierungsposition bezüglich des speziellen Gebiets V festzulegen, das ein voreingestellter Teil in dem Messgebiet des Werkstücks W ist, d. h. die Position in Z-Richtung des Werkstücks W, um dann die komplexen Amplitudendaten und die Intensitäts-Bilddaten an mehreren Positionen in Z-Richtung des gesamten Messgebiets auf der Grundlage der festgelegten Position zu gewinnen und die Messung durchzuführen.
Diese Konfiguration ist jedoch nicht beschränkend. Eine Modifikation kann den Prozess der Festlegung der optimalen Fokussierungsposition bezüglich des speziellen Gebiets V weglassen und kann ausgelegt sein, um komplexe Amplitudendaten und Intensitäts-Bilddaten an mehreren Positionen in Z-Richtung bezüglich jeder Koordinatenposition in dem gesamten Messgebiet des Werkstücks W auf der Grundlage des Vorrichtungsursprungs der Vorrichtung 1 zur dreidimensionalen Messung zu gewinnen und die Messung durchzuführen.
(i) Die obige Ausführungsform ist ausgelegt, um die Intensitäts-Bilddaten an den mehreren Positionen in Z-Richtung an jedem Intervall einer Periode des Messbereichs zu gewinnen und den Fokussierungszustand zu bestimmen. Diese Konfiguration kann durch eine modifizierte Konfiguration zum Gewinnen von Intensitäts-Bilddaten an mehreren Positionen in Z-Richtung an jedem Intervall von n Perioden (wobei n eine natürliche Zahl größer gleich 2 ist) des Messbereichs und Bestimmen des Fokussierungszustands ersetzt werden.
Zum Beispiel kann, wie in einem in 12 gezeigten konkreten Beispiel, die modifizierte Konfiguration Intensitäts-Bilddaten an mehreren Positionen in Z-Richtung an jedem Intervall von zwei Perioden des Messbereichs gewinnen und den Fokussierungszustand bestimmen.
In dem in 12 gezeigten „Fall 1“ haben von an Höhenpositionen H₃, H₁, H_-1 und H_-3 (rekonstruierte Bilder [1] bis [4]) bezüglich einer vorbestimmten Koordinatenposition rekonstruierten Intensitäts-Bilddaten, die an der Höhenposition H₃ rekonstruierten Intensitäts-Bilddaten (rekonstruiertes Bild [1]) einen maximalen Lichtstärkewert von „135“. Demzufolge wird die Höhenposition H₃ als die optimale Fokussierungsposition bezüglich dieser Koordinatenposition bestimmt.
Entsprechend haben in dem in 12 gezeigten „Fall 2“ von an Höhenpositionen H₃, H₁, H_-1 und H_-3 (rekonstruierte Bilder [1] bis [4]) bezüglich einer vorbestimmten Koordinatenposition rekonstruierten Intensitäts-Bilddaten die an der Höhenposition H₁ rekonstruierten Intensitäts-Bilddaten (rekonstruiertes Bild [2]) einen maximalen Lichtstärkewert von „128“. Demzufolge wird die Höhenposition H₃ als die optimale Fokussierungsposition bezüglich dieser Koordinatenposition bestimmt.
Eine modifizierte Konfiguration kann ausgelegt sein, um interpolierte Daten bezüglich Höhenpositionen H₂, H₀ und H_-2 auf der Grundlage der an den Höhenpositionen H₃, H₁, H_-1 und H_-3 rekonstruierten Intensitäts-Bilddaten (rekonstruierte Bilder [1] bis [4]) zu bestimmen und auf der Grundlage der interpolierten Daten sowie der Intensitäts-Bilddaten die maximale Fokussierungsposition zu bestimmen.
Die obige Ausführungsform ist ausgelegt, um die Intensitäts-Bilddaten an mehreren Positionen in Z-Richtung bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet zu bestimmen, einen Fokussierungszustand der gewonnenen Intensitäts-Bilddaten zu bestimmen und die Messung durchzuführen. Diese Konfiguration ist jedoch nicht beschränkend. Eine Modifikation kann ausgelegt sein, um Intensitäts-Bilddaten an einer vorbestimmten Position in Z-Richtung bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet zu gewinnen und einen Fokussierungszustand der gewonnenen Intensitäts-Bilddaten zu bestimmen (Fokussierungsbestimmungseinheit). Wenn sich die gewonnenen Intensitäts-Bilddaten in einem vorbestimmten Fokussierungszustand befinden, der eine vorbestimmte Bedingung erfüllt (zum Beispiel, wenn die Intensitäts-Bilddaten einen Lichtstärkewert haben, der gleich hoch wie oder höher als ein vorbestimmter Referenzwert ist), kann die Modifikation ausgelegt sein, um eine dreidimensionalen Messung bezüglich der Koordinatenposition auf der Grundlage einer Phaseninformation von Licht, die von komplexen Amplitudendaten bezüglich der vorbestimmten Position in Z-Richtung und einer Ordnung, die der vorbestimmten Position in Z-Richtung entspricht, bestimmt wird, durchzuführen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung,
2A: erstes optisches Projektionssystem,
2B: zweites optisches Projektionssystem,
3: optisches Interferenzsystem,
4A: erstes Abbildungssystem,
4B: zweites Abbildungssystem,
5: Steuerungsvorrichtung,
11A: erster Lichtsender,
11B: zweiter Lichtsender,
12A: erster Opto-Entkoppler,
12B: zweiter Opto-Entkoppler,
13A: erster nicht polarisierender Strahlteiler,
13B: zweiter nicht polarisierender Strahlteiler,
20: polarisierender Strahlteiler,
20a: erste Oberfläche,
20c: dritte Oberfläche,
20b: zweite Oberfläche,
20d: vierte Oberfläche,
21, 22: Viertelwellenlängenplatte,
23: Referenzoberfläche,
24: Platzierungsstruktur,
31A: Viertelwellenlängenplatte,
31B: Viertelwellenlängenplatte,
32A: erster Polarisator,
32: zweiter Polarisator,
33A: erste Kamera,
33B: zweite Kamera,
33Aa, 33Ba: Abbildungselemente,
100: Wafersubstrat,
101: Höcker,
102: Musterabschnitt,
R: Messbereichsintervall,
V: bestimmtes Gebiet,
W: Werkstück

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017053832 A [0005]
JP 2000009444 A [0005]

Claims

Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung, die umfasst: ein vorbestimmtes optisches System, das ausgelegt ist, um ein vorbestimmtes einfallendes Licht in zwei Lichter zu teilen, eines der zwei Lichter als Messlicht zu einem Messobjekt auszustrahlen und das weitere der zwei Lichter als Referenzlicht zu einer Referenzoberfläche auszustrahlen, die zwei Lichter wieder zu einem vereinigten Licht zu vereinigen und das vereinigte Licht auszusenden; eine Bestrahlungseinheit, die ausgelegt ist, um ein vorbestimmtes Licht zum Eintreten in das vorbestimmte optische System auszusenden; eine Abbildungseinheit, die ausgelegt ist, um ein Bild eines ausgegebenen Lichts aufzunehmen, das von dem vorbestimmten optischen System ausgesendet wird; und einen Bildprozessor, der ausgelegt ist, um eine dreidimensionale Messung bezüglich eines vorbestimmten Messgebiets des Messobjekts auf der Grundlage eines durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnenen Interferenzstreifenbilds auszuführen, wobei der Bildprozessor umfasst: eine Bilddaten-Gewinnungseinheit, die ausgelegt ist, um Intensitäts-Bilddaten an einer vorbestimmten Position in Richtung einer optischen Achse bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet durch Rekonstruktion auf der Grundlage eines Interferenzstreifenbilds bezüglich des durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnenen Messgebiets zu gewinnen; eine Phaseninformation-Gewinnungseinheit, die ausgelegt ist, um eine Phaseninformation eines Lichts an der vorbestimmten Position in Richtung der optischen Achse bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet durch Rekonstruktion auf der Grundlage des Interferenzstreifenbilds bezüglich des durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnen Messgebiets zu gewinnen; eine Fokussierungsbestimmungseinheit, die ausgelegt ist, um auf der Grundlage der Intensitäts-Bilddaten an der vorbestimmten Position in Richtung der optischen Achse bezüglich einer vorbestimmten Koordinatenposition in dem durch die Bilddaten-Gewinnungseinheit gewonnen Messgebiet zu bestimmen, ob sich die Intensitäts-Bilddaten in einem Fokussierungszustand befinden, der eine vorbestimmte Bedingung erfüllt; eine Ordnung-Spezifizierungseinheit, die ausgelegt ist, um eine Ordnung, die der vorbestimmten Position in Richtung der optischen Achse entspricht, als eine Ordnung bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition von in vorbestimmten Messbereichsintervallen in Richtung der optischen Achse bestimmten Ordnungen zu spezifizieren, wenn auf der Grundlage eines Bestimmungsergebnisses der Fokussierungsbestimmungseinheit bestimmt wird, dass sich die Intensitäts-Bilddaten an der vorbestimmten Position in Richtung der optischen Achse bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition in dem Fokussierungszustand befinden; und eine Einheit zur dreidimensionalen Messung, die ausgelegt ist, um eine dreidimensionale Messung bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition auf der Grundlage einer Phaseninformation bezüglich der vorbestimmten, durch die Phaseninformation-Gewinnungseinheit gewonnenen Koordinatenposition und der durch die Ordnung-Spezifizierungseinheit spezifizierten Ordnung bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition auszuführen.
Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung, die umfasst: ein vorbestimmtes optisches System, das ausgelegt ist, um ein vorbestimmtes einfallendes Licht in zwei Lichter zu teilen, eines der zwei Lichter als Messlicht zu einem Messobjekt auszustrahlen und das weitere der zwei Lichter als Referenzlicht zu einer Referenzoberfläche auszustrahlen, die zwei Lichter wieder zu einem vereinigten Licht zu vereinigen und das vereinigte Licht auszusenden; eine Bestrahlungseinheit, die ausgelegt ist, um ein vorbestimmtes Licht zum Eintreten in das vorbestimmte optische System auszusenden; eine Abbildungseinheit, die ausgelegt ist, um ein Bild eines ausgegebenen Lichts aufzunehmen, das von dem vorbestimmten optischen System ausgesendet wird; und einen Bildprozessor, der ausgelegt ist, um eine dreidimensionale Messung bezüglich eines vorbestimmten Messgebiets des Messobjekts auf der Grundlage eines durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnenen Interferenzstreifenbilds auszuführen, wobei der Bildprozessor umfasst: eine Bilddaten-Gewinnungseinheit, die ausgelegt ist, um mehrere Sätze von Intensitäts-Bilddaten an einer vorbestimmten Position in Richtung einer optischen Achse bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet durch Rekonstruktion auf der Grundlage eines Interferenzstreifenbilds bezüglich des durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnenen Messgebiets zu gewinnen, wobei die mehreren Sätze der Intensitäts-Bilddaten an vorbestimmten Messbereichsintervallen einer Anzahl n von Perioden in wenigstens einem vorbestimmten Bereich in Richtung der optischen Achse gewonnen werden, (wobei n eine natürliche Zahl gleich groß wie oder größer als 1 ist); eine Fokussierungsposition-Bestimmungseinheit, die ausgelegt ist, um eine vorbestimmte Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse bezüglich einer vorbestimmten Koordinatenposition in dem Messgebiet auf der Grundlage der mehreren Sätze der Intensitäts-Bilddaten bezüglich der mit Hilfe der Bilddaten-Gewinnungseinheit gewonnenen vorbestimmten Koordinatenposition zu bestimmen; eine Ordnung-Spezifizierungseinheit, die ausgelegt ist, um eine Ordnung, die der Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse entspricht, bezüglich der mit Hilfe der Fokussierungsposition-Bestimmungseinheit bestimmten vorbestimmten Koordinatenposition als eine Ordnung bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition von an den Messbereichsintervallen in Richtung der optischen Achse bestimmten Ordnungen zu spezifizieren; eine Phaseninformation-Gewinnungseinheit, die ausgelegt ist, um eine Phaseninformation eines Lichts an der vorbestimmten Position in Richtung der optischen Achse bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet durch Rekonstruktion auf der Grundlage des Interferenzstreifenbilds bezüglich des durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnen Messgebiets zu gewinnen; und eine Einheit zur dreidimensionalen Messung, die ausgelegt ist, um eine dreidimensionale Messung bezüglich der vorbestimmte Koordinatenposition auf der Grundlage einer Phaseninformation bezüglich der vorbestimmten, durch die Phaseninformation-Gewinnungseinheit gewonnenen Koordinatenposition und der durch die Ordnung-Spezifizierungseinheit spezifizierten Ordnung bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition auszuführen.
Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung, die umfasst: ein vorbestimmtes optisches System zum Teilen eines vorbestimmten einfallenden Lichts in zwei Lichter, um eines der zwei Lichter als Messlicht zu einem Messobjekt auszustrahlen und das weitere der zwei Lichter als Referenzlicht zu einer Referenzoberfläche auszustrahlen, und wieder die zwei Lichter zu einem vereinigten Licht zu vereinigen und das vereinigte Licht auszusenden; eine Bestrahlungseinheit, die ausgelegt ist, um ein vorbestimmtes Licht zum Eintreten in das vorbestimmte optische System auszusenden; eine Abbildungseinheit, die ausgelegt ist, um ein Bild eines ausgegebenen Lichts aufzunehmen, das von dem vorbestimmten optischen System ausgesendet wird; und einen Bildprozessor, der ausgelegt ist, um eine dreidimensionale Messung bezüglich eines vorbestimmten Messgebiets des Messobjekts auf der Grundlage eines durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnenen Interferenzstreifenbilds auszuführen, wobei der Bildprozessor umfasst: eine erste Bilddaten-Gewinnungseinheit, die ausgelegt ist, um mehrere Sätze von Intensitäts-Bilddaten an einer vorbestimmten Position in Richtung einer optischen Achse bezüglich eines speziellen Gebiets, das ein voreingestellter Teil in dem Messgebiet ist, durch Rekonstruktion auf der Grundlage des durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnenen Interferenzstreifenbilds zu gewinnen, wobei die mehreren Sätze der Intensitäts-Bilddaten an vorbestimmten Messbereichsintervallen einer Anzahl n von Perioden in wenigstens einem ersten Bereich in Richtung der optischen Achse gewonnen werden, (wobei n eine natürliche Zahl gleich groß wie oder größer als 1 ist); eine erste Fokussierungsposition-Bestimmungseinheit, die ausgelegt ist, um eine vorbestimmte Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse bezüglich des speziellen Gebiets auf der Grundlage der mehreren Sätze der Intensitäts-Bilddaten bezüglich des durch die erste Bilddaten-Gewinnungseinheit gewonnenen speziellen Gebiets zu bestimmen; eine zweite Bilddaten-Gewinnungseinheit, die ausgelegt ist, um mehrere Sätze von Intensitäts-Bilddaten an der vorbestimmten Position in Richtung der optischen Achse bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet durch Rekonstruktion auf der Grundlage des Interferenzstreifenbilds bezüglich des durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnenen Messgebiets zu gewinnen, wobei die mehreren Sätze der Intensitäts-Bilddaten an vorbestimmten Messbereichsintervallen einer Anzahl n von Perioden in wenigstens einem zweiten Bereich in Richtung der optischen Achse, der auf der Grundlage der Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse in dem speziellen Gebiet eingestellt wird, gewonnen werden, (wobei n eine natürliche Zahl gleich groß wie oder größer als 1 ist); eine zweite Fokussierungsposition-Bestimmungseinheit, die ausgelegt ist, um eine vorbestimmte Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse bezüglich einer vorbestimmten Koordinatenposition in dem Messgebiet auf der Grundlage der mehreren Sätze der Intensitäts-Bilddaten bezüglich der durch die zweite Bilddaten-Gewinnungseinheit gewonnenen vorbestimmten Koordinatenposition zu bestimmen; eine Ordnung-Spezifizierungseinheit, die ausgelegt ist, um eine Ordnung, die der Fokussierungsposition in Richtung der optischen Achse entspricht, bezüglich der durch die zweite Fokussierungsposition-Bestimmungseinheit bestimmten vorbestimmten Koordinatenposition als eine Ordnung bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition von an den Messbereichsintervallen in Richtung der optischen Achse bestimmten Ordnungen zu spezifizieren; eine Phaseninformation-Gewinnungseinheit, die ausgelegt ist, um eine Phaseninformation eines Lichts an der vorbestimmten Position in Richtung der optischen Achse bezüglich jeder Koordinatenposition in dem Messgebiet durch Rekonstruktion auf der Grundlage des Interferenzstreifenbilds bezüglich des durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnen Messgebiets zu gewinnen; und eine Einheit zur dreidimensionalen Messung, die ausgelegt ist, um eine dreidimensionale Messung bezüglich der vorbestimmte Koordinatenposition auf der Grundlage einer Phaseninformation bezüglich der vorbestimmten, durch die Phaseninformation-Gewinnungseinheit gewonnen Koordinatenposition und der durch die Ordnung-Spezifizierungseinheit spezifizierten Ordnung bezüglich der vorbestimmten Koordinatenposition auszuführen.
Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rekonstruktion durch Gewinnen von komplexen Amplitudendaten bezüglich der vorbestimmten Position in Richtung der optischen Achse auf der Grundlage des Interferenzstreifenbilds durchgeführt wird.
Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner umfasst: eine Phasenverschiebungseinheit, die ausgelegt ist, um eine relative Phasendifferenz zwischen dem Referenzlicht und dem Messlicht zu liefern, wobei der Bildprozessor ausgelegt ist, um eine Messung bezüglich eines vorbestimmten Messgebiets des Messobjekts auf der Grundlage mehrerer, durch die Abbildungseinheit, die Bilder des ausgegebenen Lichts aufnimmt, das mehreren verschiedenen Phasenverschiebungen durch die Phasenverschiebungseinheit unterzogen wird, gewonnener Interferenzstreifenbilder durchzuführen.
Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bestrahlungseinheit umfasst: eine erste Bestrahlungseinheit, die ausgelegt ist, um ein erstes Licht, das polarisiertes Licht einer ersten Wellenlänge zum Eintreten in das vorbestimmte optische System umfasst, auszusenden; und eine zweite Bestrahlungseinheit, die ausgelegt ist, um ein zweites Licht, das polarisiertes Licht einer zweiten Wellenlänge zum Eintreten in das vorbestimmte optische System umfasst, aussendet, und die Abbildungseinheit umfasst: eine erste Abbildungseinheit, die ausgelegt ist, um ein Bild eines ausgegebenen Lichts bezüglich des ersten Lichts, das von dem vorbestimmten optischen System ausgesendet wird, aufzunehmen, wenn das erste Licht in das vorbestimmte optische System eintritt; und eine zweite Abbildungseinheit, die ausgelegt ist, um ein Bild eines ausgegebenen Lichts bezüglich des zweiten Licht, das von dem vorbestimmten optischen System ausgesendet wird, aufzunehmen, wenn das zweite Licht in das vorbestimmte optische System eintritt.
Vorrichtung zur dreidimensionalen Messung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Messobjekt ein Wafersubstrat mit einem darauf gebildeten Höcker ist.