DE19950778A1 - Geometrisch-Entsensibilisiertes Interferometer, das einen optischen Aufbau mit hoher Streustrahlmanagementfähigkeit enthält - Google Patents

Abstract

Der optische Aufbau eines GDI-Instrumentes ist so konfiguriert, so daß Streustrahlen von der Pupille einer Bilderzeugungsvorrichtung des Instrumentes abgelenkt oder weggestreut werden und/oder Streustrahlen unterdrückt werden. Die Streustrahlablenkung wird durch Auswählen spezieller Keil- und/oder Schräge-Konfigurationen optimiert, durch welche die gewünschte Streustrahl-Ablenkung erreicht wird, wobei gleichzeitig eine Phasenversetzung an der optimalen Metrologieebene vermieden oder zumindest minimiert wird. Eine Strahstrahl-Unterdrückung kann durch Versehen des beugenden Rillenprofils des optischen Aufbaus des Instrumentes mit glatten Kanten erreicht werden. Das resultierende Profil erleichtert ein effektives Beugungsordnungs-Management wie auch die Verringerung der Rückreflexion. Die Erfindung ist besonders gut zur Verwendung bei einem GDI-Instrument geeignet, bei dem der optische Aufbau erste und zweite Beugungsgitter aufweist. In diesem Fall kann irgendeine mittlere Phasenversetzung, welche nach Einstellen eines Keils und/oder Schräge übrigbleibt, eliminiert werden, durch Einfügen einer geeigneten Kompensationsplatte zwischen das erste und zweite Beugungsgitter oder zwischen das zweite Beugungsgitter und das Objekt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Interferometer und insbesondere auf ein geome­ trisch-entsensibilisiertes Interferometerinstrument (GDI) zur Oberflächenprofilie­ rung. Im ganz besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein GDI-Instrument, welches einen optischen Aufbau beinhaltet, der konfiguriert ist, Streustrahlen um­ zulenken, und/oder zu unterdrücken. Die Erfindung bezieht sich zusätzlich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Interferometers mit verbesserter Streustrahl- Managementfähigkeit.

Optische Metrologie von Oberflächenprofilen kann allgemein in zwei Betriebs­ weisen eingeteilt werden, nämlich eine interferometrische und eine geometrische. Geometrische Techniken beinhalten Triangulation und Moiré-Ränder-Analyse, was das Projizieren und das Abbilden einer periodischen Struktur, wie z. B. ein Ronchi-Linieren umfaßt. Geometrische Techniken sind relativ unempfindlich ge­ genüber Oberfächenrauhheit und -deformationen, haben jedoch eine relativ gerin­ ge Auflösung - tatsächlich so gering, das sie für viele Anwendungen, bei welchen Oberflächenprofile mit hoher Präzision vermessen werden müssen, ungeeignet sind.

Interferometrie beruht andererseits auf der Wellennatur des Lichtes, um mit hoher Präzision das Oberflächenprofil eines Testobjektes zu ermitteln. Ein typisches traditionelles Interferometer beinhaltet einen Lichtgenerator, der einen Lichtstrahl erzeugt, einen Raumfilter-Strahlablenker, der den Lichtstrahl in eine divergieren­ de sphärische Wellenfront ablenkt, einen Strahlteiler, welcher einen Teil der di­ vergierenden sphärischen Wellenfront aus dem gefilterten Strahl ablenkt, und eine Kollimationslinse, welche die Wellenfront parallelisiert, um eine plane Wellen­ front kohärenten Lichtes zu erzeugen. Diese Wellenfront kohärenten Lichtes wird dann von Test- und Referenzoberflächen reflektiert, um erste und zweite reflek­ tierte Wellenfronten zu erzeugen, welche miteinander rekombinieren, wobei sie konstruktiv und destruktiv interferieren, um ein Interferenzstreifenmuster zu er­ zeugen. Eine Bilderzeugungsvorrichtung, wie z. B. eine Festkörperkamera emp­ fängt die rekombinierten Wellenfronten und gewinnt Bilder aus dem Interferenz­ streifenmuster. Das Interferenzstreifenmuster wird dann analysiert, um Informa­ tionen über das Oberflächenprofil des Testobjektes zu erhalten.

Streifenmusteranalyse zur Oberflächenprofilometrie wird häufig durch die allge­ mein bekannte Technik der Phasenverschiebungsinterferometrie (PSI) durchge­ führt. Bei PSI wird der Höhenunterschied zwischen Orten auf einer durch erste und zweite Pixel abgebildeten Oberfläche auf der Bilderzeugungsvorrichtung be­ stimmt, indem zuerst ein Phasenunterschied zwischen Licht, das an ersten und zweiten Pixeln empfangenen wird, bestimmt wird, und durch anschließendes Be­ nutzen des Phasenunterschieds, um eine Höhendifferenz zu berechnen. Ein primä­ rer Vorteil von PSI ist, daß sie äußerst präzise ist. Die Vertikalhöhenpräzision von PSI ist ein Bruchteil (z. B. 1/100) der optischen Wellenlänge der Lichtquelle, die benutzt wird, um die Messung auszuführen.

Allgemein gesagt können jedoch herkömmliche PSI-Lösungsansätze nur glatte Oberflächen profilieren, die relativ kleine Höhenvariationen oder "Oberflächen­ abweichungen" zwischen benachbarten Meßpunkten aufweisen. Diese Beschrän­ kung resultiert aus der Tatsache, daß PSI einer Phasenmehrdeutigkeitsbeschrän­ kung unterliegt. Insbesondere muß die maximale physikalische Abweichung zwi­ schen benachbarten Meßpunkten auf der profilierten Oberfläche kleiner als ¹/₄ der Wellenlänge der Quelle sein. Anders gesagt, muß der maximale Phasenunter­ schied zwischen dem Referenz- und dem Testlichtstrahl einen Absolutwert haben, der kleiner als π ist. Diese Beschränkung, die manchmal als "Zwei-π- Mehrdeutigkeit" bekannt ist, tritt auf, weil die Arcus-Tangensfunktion, die benutzt wird, um die Phase in einen Abstand umzuwandeln, nur im Bereich von ±π ein­ deutig ist. Obwohl die Benutzung einer Phasenmessung vorteilhafterweise das Erzielen einer sehr hohen Präzision ermöglicht, limitiert sie nachteiligerweise die maximale Oberflächenabweichung zwischen benachbarten Meßpunkten auf ein Viertel der optischen Wellenlänge der Quelle. Eine weitere Schwierigkeit mit PSI tritt auf, wenn die Oberflächenneigung so groß ist, daß es schwierig wird, die Dif­ ferenzstreifen aufzulösen oder zu unterscheiden, weil die Streifendichte zu hoch ist. Während die PSI-Interferometrie viel präziser ist als die geometrische optische Profilometrie, wurde sie daher früher als schlecht geeignet für eine Benutzung mit rauhen Objekten oder Objekten, welche ausgeprägte Oberflächendeformationen aufweisen, betrachtet. Interferometer, welche eine PSI-Analyse benutzen, wurden daher in der Vergangenheit als nicht geeignet für einige Oberflächenprofilometrie- Anwendungen betrachtet.

Eine der interferometrischen Techniken, welche die Viertel-Wellenlängen­ beschränkung von PSI nicht aufweist, ist die sogenannte Weißlicht-Abtast-Inter­ ferometrie oder SWLI. Bei der SWLI erzeugt eine Weißlicht-Beleuchtungsquelle oder allgemeiner eine solche, die breitbandig ist, im Gegensatz zu schmalbandig, ein Interferenzmuster, welches Bereiche hohen Kontrastes für jeden Ort auf der Testoberfläche als eine Funktion der Abtastposition enthält. Die Abtastposition hohen Kontrastes für ein gegebenes Pixel zeigt die Höhe des entsprechenden Or­ tes auf der Testoberfläche an. Daher kann durch Vergleichen der zeitlichen Cha­ rakteristiken dieser Bereiche hohen Kontrastes miteinander ein Unterschied in der Höhe zwischen Orten auf der profilierten Oberfläche bestimmt werden. Abwei­ chend von PSI berechnet SWLI nicht Höhenunterschiede basierend auf Phasen­ unterschieden und die PSI-Phasenbeschränkung trifft daher für SWLI nicht zu. Die maximale physikalische Abweichung zwischen benachbarten Meßpunkten auf einer profilierten Oberfläche kann daher bei SWLI viel größer als bei PSI sein.

Allerdings weist SWLI eigene Nachteile auf, welche sie an der Benutzung bei industriellen Anwendungen hindern. Zum Beispiel ist im allgemeinen das Sicht­ feld nicht größer als es durch Standard-Mikroskopobjektive eingestellt werden kann. Um einwandfrei zu funktionieren, muß die Bilderzeugungsvorrichtung des Instrumentes eine hohe Auflösung, verglichen mit der entsprechenden Interfe­ renzstreifendichte, haben. Wenn das Sichtfeld des typischen SWLI-Instrumentes vergrößert wird, kann es leicht schwierig werden, die Streifendichte sogar mit sehr hoch auflösenden Bilderzeugungsvorrichtungen aufzulösen. Dieses Problem ist bei der Profilierung rauher Oberflächen besonders evident. Darüber hinaus nimmt die Neigungstoleranz für spiegelnde Oberflächen linear mit der Feldgröße ab und die für Messungen an rauhen Oberflächen erforderlichen Speckle-Effekte sind nur auflösbar, wenn die numerische Apertur (NA) des Objektives linear mit zunehmendem Feld abnimmt. Die Notwendigkeit, das Speckle-Muster von rauhen Oberflächen aufzulösen, ist höchst entmutigend, da die Menge des gesammelten Lichtes mit dem Quadrat der NA abnimmt.

Der Lichtverlust bedeutet, daß größere Oberflächen einen leitungsfähigeren Be­ leuchtungskörper erfordern. Noch schlimmer ist, daß jetzt der Streifenkontrast ein stark variabler Parameter ist und die Qualität der Messung kritisch von der Balan­ ce zwischen den Intensitäten des Referenz- und des Objektstrahls abhängt.

Ein weiterer Nachteil typischer SWLI-Techniken ist der, daß die Datenerfassung sehr langsam ist. Die niedrige Geschwindigkeit ist eine Folge des als eine Funkti­ on der Abtastposition schnell variierenden Interferenzeffektes. Akkurate Messun­ gen erfordern, daß diese Variationen im Detail aufgenommen werden, gewöhnli­ cherweise mit der Rate einer einzelnen Messung je Pixel von 75 nm der Abtast­ bewegung.

Noch ein weiterer Nachteil der typischen SWLI ist ihre hohe Empfindlichkeit ge­ genüber Vibrationen. Ein für eine SWLI-Analyse konfiguriertes Instrument erfor­ dert im allgemeinen massive Montagehalterungen und eine teure Vibrationsab­ trennung.

In den letzten Jahren beobachtete man einen gesteigerten Bedarf für Hochge­ schwindigkeits-, Hochpräzisions-Metrologie von Oberflächenprofilen von herge­ stellten Teilen, welche große Oberflächenabweichungen aufweisen, d. h. welche rauhe Oberflächen oder Oberflächen mit ausgeprägten Oberflächendeformationen aufweisen. Eine entsprechender Bedarf entstand für die Datenerfassung während der Herstellung, anstatt im Labor. Zum Beispiel müssen Präzisionsprodukte, wie z. B. Festplatten für Computer-Plattenlaufwerke mit hoher Präzision bei hohen Geschwindigkeiten und unter Bedingungen profiliert werden, bei welchen das Testobjekt beträchtlichen Vibrationen während des Herstellungsprozesses ausge­ setzt sein kann. Weder traditionelle PSI-Techniken noch traditionelle SWLI- Techniken sind für diese Zwecke geeignet. Es entstand daher der Bedarf für ein "entsensibilisiertes" Interferometer, welches relativ unempfindlich gegen Oberflä­ chenrauhheit und Oberflächendeformationen ist, welches Oberflächenmetrologie mit hoher Genauigkeit und bei hohen Geschwindigkeiten durchführt und welches relativ unempfindlich gegen Vibrationen und daher gut geeignet für eine Benut­ zung in Produktionsstraßen ist.

Diesem Bedarf wurde weitestgehend durch die Entwicklung des geometrisch­ entsensibilisierten Interferometer-Instruments (GDI) entsprochen. Wie in einem Artikel von de Groot mit dem Titel "Grating interferometer for flatness testing" Opt. Lett. 21(3) 228-230 (1996) erörtert ist, ist ein GDI-Instrument gekennzeich­ net durch das Ersetzen des Strahlteilers des traditionellen Instrumentes durch ei­ nen optischen Aufbau, der sich zwischen der Kollimationslinse und dem Testob­ jekt befindet. Der optische Aufbau, welcher typischerweise (aber nicht notwendi­ gerweise) einen Beugungsgitteraufbau, ein Hologramm oder beugende Optiken in Verbindung mit herkömmlichen Optiken wie z. B. Spiegeln und Linsen aufweist, teilte das parallelisierte Quellenlicht in zwei Strahlen, welche sich in zwei Rich­ tungen ausbreiten und auf die profilierte Oberfläche am selben Ort aber unter un­ terschiedlichen Einfallswinkeln auftreffen. Die Strahlen werden von der profilier­ ten Oberfläche reflektiert und gehen in unterschiedlichen Richtungen zurück durch den optischen Aufbau, woraufhin sie rekombiniert werden. Konstruktive und destruktive Interferenz der reflektierten und rekombinierten Strahlen bilden ein Interferenz-Streifenmuster, das eine Äquivalenzwellenlänge aufweist, die um Größenordnungen größer als die Wellenlänge der Quelle sein kann. Infolgedessen ist das GDI-Instrument viel weniger empfindlich gegenüber Höhenvariationen und Oberflächendeformationen als es traditionelle Interferometer sind, welche PSI-Analysetechniken benutzen. Viele mit SWLI verbundene Nachteile, wie z. B. ein begrenztes Sichtfeld, eine kleine Erfassungsgeschwindigkeit und eine große Empfindlichkeit in bezug auf Vibrationen werden somit vermieden. Die Emp­ findlichkeit von GDI-Instrumenten liegt zwischen herkömmlicher Interferometrie und Moire-Ränder-Analyse und ist mit derjenigen vergleichbar, die mit der Inter­ ferometrie mit streifendem Einfall erreicht wird. GDI-Instrumente können daher bei Herstellungsanwendungen und anderen Anwendungen benutzt werden, welche für die traditionelle Interferometrie ungeeignet sind.

Ein Charakteristikum von GDI-Instrumenten, welches bis hierher noch nicht voll angesprochen wurde, besteht darin, daß es ihnen an hochwirksamen Streustrahl- Management-Mitteln fehlt. "Streustrahlen" sind Lichtstrahlen, welche sich vom optischen Aufbau des GDI-Instrumentes zur Pupille der CCD-Kamera des In­ strumentes oder einer anderen Bilderzeugungsvorrichtung ausbreiten und welche die Effektivität des Instrumentes mindern. Streustrahlen können konzeptionell in zwei Kategorien eingeteilt werden, nämlich 1) "Rückreflexionen" und 2) Phan­ tombilder. Beide Typen von Streustrahlen und die mit ihnen verbundenen Pro­ bleme werden im folgenden erörtert.

Rückreflexionen resultieren aus der Vielfach-Reflexion und Beugung von Licht in den Beugungsgittern oder anderen Komponenten des optischen Aufbaus des In­ strumentes und sind sogar bei fehlendem Testobjekt vorhanden. Im gewöhnlichen Fall, in welchem der optische Aufbau ein Paar von Beugungsgittern aufweist, können sich Rückreflexionen ergeben, beispielsweise durch Reflexion oder Beu­ gung an den verschiedenen Luft-Glas-Übergangsflächen und Unvollkommenhei­ ten im Gittersubstrat, scharfen Kanten im Profil der Rillen des Gitters, usw. Zum Beispiel und wie in Fig. 8 veranschaulicht, kann sich Streulicht vom Grobgitter G1 eines typischen GDI-Instrumentes durch Reflexion von der hinteren Oberflä­ che seines Substrates als Strahlen R1, durch Reflexion vom Feingitter G2 selber als Strahlen R2, oder durch Reflexion von der Rückseite des Feingittersubstrates als Strahlen R3 ausbreiten. Die Rückreflexionen sind den sich korrekt ausbreiten­ den reflektierten Strahlen A', B' als Rauschen überlagert. Dieses Rauschen kann die Genauigkeit der GDI-Messungen signifikant reduzieren, insbesondere wenn die Oberfläche des Testobjektes Licht schlecht reflektiert und entsprechend nur ein relativ schwaches interferometrisches Meßsignal mit einem entsprechend ho­ hen Signal-Rausch-Verhältnis erzeugt.

Anstrengungen sind unternommen worden, die Wirkungen der Rückreflexion bei einem GDI-Instrument durch Einbringen eines Keils und/oder einer Schräge in die Beugungsgitter oder andere optische Elemente des optischen Aufbaus des Instru­ mentes zu verbessern, derart, daß Rückreflexionen von der Pupille der CCD- Kamera des Instruments oder einer anderen Bilderzeugungsvorrichtung wegge­ lenkt werden. Jedoch hat bisher das Weglenken von Streustrahlen von der Pupille der Bilderzeugungsvorrichtung den Aufbau und das Ausrichten des Instrumentes komplizierter gemacht. Um die beste Meßgenauigkeit zu erzielen, muß die Testo­ berfläche räumlich nahe zu einer optimalen Metrologieebene positioniert sein. Die optimale Metrologieebene wird als diejenige ideale Testoberfläche definiert, für die Strahlen, welche unter verschiedenen Winkeln von jedem einzelnen Oberflä­ chenort auf der idealen Testoberfläche reflektiert werden, auf der Bilderzeu­ gungsvorrichtung des Instrumentes an einen einzelnen Ort rekombinieren und auftreffen. Das Einbringen von Keil und/oder Schräge in die Beugungsgitter kann zu einer deutlichen Phasenversetzung führen, wenn die Oberfläche des Testob­ jektes korrekt in der Nähe der optimalen Metrologieebene positioniert ist. Eine Phasenversetzung, bzw. ein Phasen-Offset, ist ein optischer Phasenunterschied, welcher proportional zum Unterschied in der optischen Weglänge der Strahlen ist, welche von einem gegebenen Punkt auf der Oberfläche des Testobjektes reflek­ tiert werden. Wenn das Instrument eine ausgedehnte Lichtquelle verwendet, kön­ nen Phasenversetzungen in beträchtlichen Verschiebungen des Ortes des maxi­ malen Interferenzstreifenkontrastes von der optimalen Metrologieebene resultie­ ren. Das Nettoergebnis ist, daß die dem optimalen Streifenkontrast entsprechende Position im Raum nicht immer mit der optimalen Metrologieebene zusammen­ fällt. Abhängig von der speziellen Konfiguration des Instruments ist es auch mög­ lich, daß sich die Phasenversetzung linear über das Feld des Instruments ändert.

Zweckmäßig teilen wir somit den Gesamteffekt in zwei Anteile auf: 1) eine mitt­ lere Phasenversetzung, welche als ein Abstand L in der Z-Richtung von der opti­ malen Metrologieebene gemessen wird; 2) eine Phasenversetzungsänderung, die als die Zahl von Schräge-Streifen, welche in dem Feld des Instruments erschei­ nen, wenn das Objekt bei der optimalen Metrologieebene ist.

Als ein Ergebnis der Phasenversetzung in bezug auf den vorhergehenden Absatz war es bisher notwendig, das Testobjekt zuerst zu verschieben, um die Position des maximalen Streifenkonstrastes zu lokalisieren, und dann das Testobjekt um einen zusätzlichen voreingestellten Betrag zu verschieben, um die Position der optimalen Metrologieebene zu lokalisieren. Diese zusätzliche Objektverschiebung erfordert, was den Bediener betrifft, beträchtliche Fertigkeit und kompliziert die Bedienung des Instrumentes. Eine zusätzliche Komplikation besteht darin, daß der Streifenkontrast im allgemeinen schwach ist, sofern eine ausgedehnte Lichtquelle verwendet wird, wenn das Testobjekt richtig in der optimalen Metrologieebene positioniert ist.

Es wurde vorgeschlagen, die Eignung des GDI-Instrumentes dahingehend zu ver­ bessern, um eine Vielfalt von Oberflächen zugleich mit hohem Kontrast und ho­ her Genauigkeit zu messen. Speziell die U.S.-Patentanmeldung Ser. No. 09/003, 449 von de Groot (die de Groot-Anmeldung), eingereicht am 6. Januar 1998 und mit dem Titel "Geometrically-Desensitized Interferometer with Adjustable Range of Measurement Depths" schlägt ein GDI-Instrument vor, welches eine Licht­ quelle mit variabler Geometrie aufweist, welche so bedient werden kann, daß das Instrument zwischen 1) einem wenig kohärenten Betriebsmodus, in welchem das Instrument eine ausgedehnte Quelle und folglich eine kleine Kohärenzbedeckung hat, und 2) einem hochkohärenten Betriebsmodus, in welchem das Instrument eine schmale Quelle und folglich eine große Kohärenzbedeckung aufweist, umge­ schaltet wird. Der wenig kohärente Betriebsmodus wird beim Aufbau des Instru­ mentes angewandt, um zur Einrichtung der optimalen metrologischen Ebene bei­ zutragen. Sobald diese Ebene identifiziert ist, wird das System in den hochkohä­ renten Modus geschaltet, um den Streifenkontrast für alle nachfolgenden Messun­ gen zu verbessern. Obwohl die Fähigkeit zwischen Kohärenzmodi umzuschalten die richtige Bedienung des Instrumentes erleichtert, lehrt die de Groot-Anmeldung nicht, wie Phasenversetzungen bei der optimalen Metrologieebene zu eliminieren sind und um auf diese Weise die Notwendigkeit auszuschalten, zwischen Kohä­ renzmodi umzuschalten, jedesmal, wenn ein Testobjekt für eine Messung ausge­ richtet wird.

Wendet man sich nun der Problematik von Streustrahlen zu, welche Phantombil­ der verursachen können, so werden diese Phantombilder durch Streustrahlen ver­ ursacht, welche vom Objekt durch das System auf eine ungewünschte oder unvor­ hergesehene Weise kommen und in Doppelbildern resultieren, welche das ge­ wünschte Bild überlagern können und seine Qualität mindern können. Diese Ob­ jektphantome werden in Verbindung mit Fig. 9 verständlich, die schematisch ein GDI-Instrument veranschaulicht, bei welchem die Gitter G1 und G2 des optischen Aufbaus so konstruiert sind, daß nur eine erste Beugungsordnung A von -1 und eine zweite Beugungsordnung B von +1 übertragen wird. Das Ausbreiten anderer Beugungsordnungen, wie z. B. der unerwünschten Oten Beugungsordnung C er­ zeugt Phantombilder der Testobjekt-Oberfläche im Interferenzmuster, welche mit den wahren Bildern, welche durch verwendbare Beugungsordnungen erzeugt wurden, identisch, jedoch dazu räumlich verschoben sind. In einem GDI- Instrument mit einer unzulänglichen Beugungsordnungs-Managementfähigkeit erzeugt ein einfallender Strahl sowohl in Transmission als auch in Reflexion eine Anzahl zusätzlicher Beugungsstrahlen, wenn er auf ein Gitter trifft und erzeugt Beugungsstrahlen verwendbarer Ordnungen.

Es versteht sich daher gemäß dem Stand der Technik, daß eine richtige GDI- Konstruktion die Unterdrückung der unerwünschten Beugungsordnungen erfor­ dert (siehe z. B. den zuvor erwähnten Artikel von de Groot mit dem Titel "Grating interferometer for flatness testing"). Jedoch führt die Unterdrückung der haupt­ sächlichen unerwünschten Beugungsordnungen wie z. B. der Oten Beugungsord­ nung, welche in Fig. 9 gezeigt ist, einen im allgemeinen dazu, rechteckige oder dreieckige Rillenprofile (auch als "blazed" bekannt) einzusetzen. Diese Profile können wegen ihrer scharfen Ränder schwache gebeugte Strahlen hoher Ordnung erzeugen. Der Ausdruck "hohe Ordnung", wie er hier benutzt wird, bezieht sich auf Strahlen dritter und höherer Ordnung. Obwohl diese hohen Beugungsordnun­ gen wegen der schwachen Beugungseffizienz schwach sind, haben einige von ihnen sehr große Einfallswinkel auf der AR-beschichteten Oberfläche des Sub­ strates. Sie werden daher sehr effizient zur Bilderzeugungsvorrichtung des In­ strumentes zurück reflektiert. Einige dieser Beugungsordnungen unterliegen sogar totaler interner Reflexion, welche zu vergleichsweise hellen Streulichtpfaden führt, die zu den Rückreflexionen beitragen. Der schlimmste Fall ist, wenn die Gitter ebene, parallele Substrate aufweisen, welche ihrerseits parallel zur Objekt­ ebene sind. In diesem Fall sind viele der vielfach-reflektierten und gebeugten Strahlen im Inneren des Gitteraufbaus parallel zur optischen Achse der Bilderzeu­ gungsvorrichtung. Als Ergebnis können die hinzugefügten Beiträge den Detektor tatsächlich überfluten, falls die Leistung der Quelle hoch ist. Somit ist einzusehen, daß eine mögliche Konsequenz des Unterdrückens von Phantombildern die Er­ zeugung zusätzlicher ungewollter Rückreflexionen ist.

Es besteht daher die Notwendigkeit, die optischen Komponenten eines GDI- Instrumentes so zu konstruieren, daß Streulichtstrahlen entweder nicht erzeugt werden oder von der Pupille der Bilderzeugungsvorrichtung weg abgelenkt wer­ den.

Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung ein GDI-Instrument zu schaffen, welches eine optische Einrichtung hat, welche die Anzahl von Rückreflexionen von der Gittereinrichtung zu der Bilderzeugungsvorrichtung des Instrumentes reduziert, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung hoher Meßgenauigkeit und mini­ maler Phantombilderzeugung.

In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der Erfindung beinhaltet der opti­ sche Aufbau eines GDI-Instrumentes Maßnahmen, um Streustrahlen von der Pu­ pille der Bilderzeugungsvorrichtung eines Instrumentes wegzusteuern oder abzu­ lenken, bei gleichzeitiger Minimierung oder sogar Vermeidung mittlerer Phasen­ versetzungen, wenn die Testobjekt-Oberfläche in der optimalen Metrologieebene ist, und bei gleichzeitiger Minimierung oder sogar Vermeidung von vorzugsweise Phasenversetzungsänderungen in der optimalen Metrologieebene als eine Funkti­ on der Feldposition. In dem gewöhnlichen Fall, bei welchem der optische Aufbau ein Paar beabstandeter Beugungsgitter beinhaltet, können die Gitter wie auch die Objekte um die Y-Achse und/oder die X-Achse geneigt werden und Keilrichtung und Keilwinkel können unabhängig für beide Gitter eingestellt werden. Keil, Schräge und Substratdicke sind für beide Gitter nicht notwendigerweise gleich. Wenn Konstruktionsbeschränkungen oder andere Faktoren eine Phasenverset­ zungsminimierung unter Benutzung ausschließlich von Keil und Schräge verhin­ dern, kann die Phasenversetzung durch Plazieren einer durchsichtigen Kompen­ sationsplatte zwischen das erste und das zweite Gitter oder zwischen das zweite Gitter und das Testobjekt weiter reduziert oder sogar eliminiert werden.

Eine zweite Hauptaufgabe der Erfindung ist es, ein GDI-Instrument zu schaffen, welches einen optischen Aufbau beinhaltet, der im Vergleich zu bisher bekannten GDI-Instrumenten eine verbesserte Streustrahl-Unterdrückung darbietet.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein GDI-Instrument zu schaffen, welches der zweiten Hauptaufgabe gerecht wird und welches eine verbesserte Beugungs-Management-Fähigkeit bietet.

Entsprechend noch einem weiteren Aspekt der Erfindung werden diese Zielset­ zungen durch Bilden geglätteter Rillenprofile auf der beugenden Oberfläche von einer oder von beiden der Beugungsgitteraufbauten erreicht. Das glatte Profil, ohne scharfe Ränder, erleichtert eine Phantombild-Unterdrückung, bei gleichzeiti­ ger Reduzierung des Umfangs von Rückreflexionen, was es einfacher macht, die restlichen zurückreflektierten Strahlen von der Pupille der Bilderzeugungsvor­ richtung mit weniger scharfen Gestaltungen von Keil und/oder Schräge weg zu dirigieren.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen deutlich. Es ist jedoch klar, daß die detaillierte Beschreibung und spezielle Beispiele, solange diese bevorzugte Ausführungsformen der vorliegen­ den Erfindung wiedergeben, nur der Veranschaulichung dienen und keine Be­ grenzung darstellen. Viele Veränderungen und Modifizierungen können im Rah­ men der vorliegenden Erfindung gemacht werden, ohne von ihrer Idee abzuwei­ chen und die Erfindung schließt alle derartigen Modifizierungen ein.

Bevorzugte exemplarische Ausführungsformen der Erfindung werden in den bei­ gefügten Zeichnungen veranschaulicht, in welchen gleiche Bezugszeichen überall gleiche Teile darstellen und in welchen:

Fig. 1 schematisch die operativen Komponenten eines geometrisch­ entsensibilisierten Interferometer-Instruments (GDI) darstellt, welches entsprechend einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung konstruiert wurde;

Fig. 2A-2C erste, zweite und dritte mögliche Konfigurationen eines optischen Aufbaus des Instruments von Fig. 1 veranschaulichen;

Fig. 3A und 3B jeweils entsprechend Drehwinkel ADE und BDE veranschauli­ chen, welche der Code-V-Konvention des Linsen-Design-Protokolls fol­ gen;

Fig. 4 schematisch die Richtung und Neigung in einem Prisma veranschaulicht, welches durch die hintere Oberfläche eines Substrates in bezug auf seine vordere Oberfläche gebildet wird;

Fig. 5 schematisch einen Abschnitt einer beugenden Oberfläche eines Beu­ gungsgitters darstellt, welches in einem GDI-Instrument benutzbar ist, welches gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;

Fig. 6 allgemein der Fig. 2C entspricht und schematisch eine weitere Ausfüh­ rungsform eines optischen Aufbaus darstellt, der in einem GDI- Instrument benutzbar ist, welches gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;

Fig. 7 allgemein der Fig. 2C entspricht und schematisch noch eine weitere Aus­ führungsform eines optischen Aufbaus darstellt, die in einem GDI- Instrument benutzbar ist, welches gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;

Fig. 8 schematisch die Rückreflexion eines GDI-Instruments veranschaulicht; und

Fig. 9 schematisch das Ausbreiten einer unerwünschten Beugungsordnung ver­ anschaulicht, welche Objektphantome in einem GDI-Instrument erzeugt.

1. Lösungsüberblick

Die Erfindung besteht in der Gestaltung des optischen Aufbaus eines GDI- Instruments, um Streustrahlen von der Pupille der Bilderzeugungsvorrichtung des Instruments abzulenken oder weg zu steuern und/oder Streustrahlen zu unterdrüc­ ken. Die Streustrahlablenkung wird durch Auswahl spezieller Keil- und/oder Schräge-Konfigurationen optimiert, welche die gewünschte Streustrahlablenkung erreichen, bei gleichzeitiger Vermeidung oder zumindest Minimierung einer Pha­ senversetzung bei der optimalen Metrologieebene. Wie in dem obigen Hinter­ grund- abschnitt erörtert worden ist, ist eine Phasenversetzung ein optischer Pha­ senunterschied, welcher proportional zum Unterschied in der optischen Weglänge der Strahlen ist, welche von einem gegebenen Punkt auf der Testobjekt- Oberfläche reflektiert werden, und kann eine mittlere Phasenversetzung und/oder eine Phasenversetzungsänderung beinhalten. Wie ebenfalls oben erörtert, führt eine Phasenversetzung zu einer beträchtlichen Verschiebung des Ortes maximalen Interferenzstreifenkontrasts von der optimalen Metrologieebene, wenn das In­ strument eine ausgedehnte Lichtquelle verwendet. Streustrahl-Unterdrückung kann durch Vorsehen des Rillenprofils der beugenden optischen Einrichtung des Instruments mit glatten Kanten erreicht werden. Das resultierende Profil erleich­ tert ein effizientes Beugungsordnungs-Management wie auch eine Verringerung der Rückreflexion. Die Erfindung ist besonders gut geeignet zur Benutzung mit einem GDI-Instrument, in welchem der optische Aufbau erste und zweite Beu­ gungsgitter aufweist. In diesem Fall kann jeder mittlere Phasenversetzung, wel­ cher nach Setzen eines Keils und/oder einer Schräge übrigbleibt, durch Einfügen einer geeigneten Kompensationsplatte zwischen die ersten und zweiten Beu­ gungsgitter oder zwischen das zweite Beugungsgitter und das Objekt eliminiert werden. Eine bevorzugte Ausführungsform eines gattungsgemäßen GDI- Instruments, welches diese Merkmale vereinigt, wird im folgenden zusammen mit verschiedenen speziellen Ausführungsformen und konkreten Beispielen beschrie­ ben.

2. GDI-Instrumentaufbau

Im folgenden in bezug auf Fig. 1 beinhaltet ein GDI-Instrument 20, welches ent­ sprechend mit einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung konstru­ iert ist, einen Mainframe 22, ein Testobjekt-Traggestell 24 und einen Computer 26. Der Computer 26 ist zumindest mit dem Mainframe 22 verbunden und bei der veranschaulichten Ausführungsform, bei welcher das Objekt-Traggestell 24 eine Abtastbühne 54 (im nachfolgenden detaillierter beschrieben) beinhaltet, auch mit der Abtastbühne gekoppelt, um die Verschiebung des Testgegenstands O zum Mainframe 22 und davon weg zu steuern.

Der Computer 26 kann jeden beliebigen programmierbaren Universal-Computer aufweisen, der in der Lage, den Betrieb des Mainframes 22 und/oder der Abtast­ bühne 54 zu steuern. Der Computer 26 beinhaltet ein Gehäuse 28, in welchem ein Prozessor, ein RAM, ein ROM, usw. untergebracht sind, eine Tastatur 30 zur Ein­ gabe von Daten und einen Monitor 32. Der Computer 26 könnte durch einen in­ ternen elektronischen Prozessor ersetzt werden, welcher im Gehäuse des Main­ frames 22 angeordnet ist und welcher alle Daten-Manipulationsfunktionen des Computers 26 durchführt. In diesem Fall würden Bilddarstellungsfunktionen durch einen alleinstehenden Monitor durchgeführt werden, welcher direkt mit dem Mainframe 22 verbunden ist.

Das Testobjekt-Traggestell 24 kann irgendeine Stütze aufweisen, welche in der Lage ist, ein Testobjekt O in einer Position zu halten, in welcher eine zu profilie­ rende Oberfläche S von dem Mainframe 22 durchgelassenes Licht aufnimmt und Licht zurück zum Mainframe 22 reflektiert. Das Traggestell 24 kann von dem Mainframe 22 wie veranschaulicht getrennt sein oder alternativ operativ und/oder physisch mit dem Mainframe 22 verbunden sein, um einen Aufbau zu bilden. Bei der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet das Traggestell 24 eine statio­ näre Basis 50, ein Lagerbett 52 und eine Abtastbühne 54, welche das Lagerbett 52 mit der Basis 50 verbindet. Die Abtastbühne 54 ist so angeordnet, daß sie das Bett 52 und das Objekt O in einer Richtung verschiebt, welche im wesentlichen senk­ recht zur Oberfläche S ist, für Fokusierungszwecke oder für den Zweck einer Tie­ fenabtastung. Eine Tiefenabtastung ist detailliert im US-Patent Nr. 5, 598, 265 von P. de Groot beschrieben, dessen Erfindungsgegenstand hier durch Bezug­ nahme auf seine Veröffentlichung über Tiefenabtastung unter Benutzung eines GDI-Instrumentes einbezogen wird.

Die operativen Komponenten des GDI-Instrumentes beinhalten einen Lichtgene­ rator 60, welcher Licht erzeugt, eine Bilderzeugungsvorrichtung 64, eine Kolli­ mationslinse 66, welche zwischen dem Lichtgenerator 60 und dem optischen Aufbau 62 angeordnet ist, um das Licht, welches von der Lichtquelle 60 in den optischen Aufbau 62 eintritt, zu parallelisieren. Eine gleiche Linse 68 ist zwischen dem optischen Aufbau 62 und der Bilderzeugungsvorrichtung 64 angeordnet.

Der Lichtgenerator 60 kann jede beliebige ausgedehnte Lichtquelle und einen dementsprechenden Aufbau, der in GDI-Instrumenten normalerweise benutzt wird, aufweisen. Zum Beispiel könnte der Lichtgenerator 60 einen linienförmigen Lichtgenerator wie z. B. ein lineares LED-Array aufweisen. Ein Lichtgenerator, welcher eine Laserdiode als seine Lichtquelle beinhaltet, wird häufig bevorzugt, weil Laserdioden im Vergleich mit vielen anderen Lasern billig sind und dennoch eine helle Beleuchtung für rauhe Oberflächen liefern.

Ähnlich kann die Bilderzeugungsvorrichtung 64 irgendeine Vorrichtung oder Sy­ stem aufweisen, welche in der Lage ist, die interferierenden Strahlen oder Wellen­ fronten von dem Beugungsgitteraufbau 62 zu empfangen und Bilder der resulitie­ renden Interferenzmuster zu produzieren. Das menschliche Auge wird im Kontext der vorliegenden Erfindung als eine Bilderzeugungsvorrichtung betrachtet. Bei der veranschaulichten Ausführungsfotm ist die Bilderzeugungsvorrichtung 64 eine kleine Bilderzeugungslinse 80 und ein ladungsgekoppelter Festkörperbau­ stein (CCD) 76, welcher eine Pupille in Form einer Einlaßapertur 78 aufweist. Der Zweck des optischen Aufbaus 62 ist es, die Äquivalenzwellenlänge des Lichtgenerators 60 zu steigern, um das Instrument bezüglich 2π- Unbestimmtheiten und anderen, mit traditionellen Interferometern verbundenen Problemen zu entsensibilisieren, und somit die Fähigkeit des Instrumentes, Pro­ filmetrologie auf rauhen Oberflächen durchzuführen, zu verstärken. Die optische Einrichtung 62 könnte ein Hologramm, ein System von Linsen oder irgendeine andere Struktur aufweisen, welche einen Lichtstrahl vom Lichtgenerator 60 in zwei Strahlen A und B teilt, welche auf die profilierte Oberfläche 5 des Testob­ jektes O am selben Ort P, aber unter verschiedenen Einfallswinkeln auftreffen. Der bevorzugte optische Aufbau 62 weist einen Beugungsgitteraufbau mit einem oder mehreren Beugungsgittern auf und der Aufbau 62 wird im folgenden der Einfachheit halber als "Beugungsgitteraufbau" bezeichnet.

Der veranschaulichte Beugungsgitteraufbau 62 beinhaltet erste und zweite paral­ lele lineare Gitter 70 und 72, welche sich zumindest im allgemeinen in jeweiligen XY-Ebenen erstrecken (wo sich die X-Achse in die Seite der Fig. 1 hinein und aus ihr heraus erstreckt und die Y-Achse sich vertikal in Fig. 1 erstreckt) und die von­ einander in einer Z-Richtung oder horizontal in Fig. 1 beabstandet sind. Das zweite oder Feingitter 72 weist typischerweise (aber nicht notwendigerweise) eine Gitterfrequenz auf, welche das Doppelte des ersten oder Grobgitters 70 beträgt. Bei der veranschaulichten Ausführungsform hat das erste Gitter 70 eine Gitterfre­ quenz von 250 Linien pro Millimeter und das zweite Gitter 72 hat eine Gitterfre­ quenz von 500 Linien pro Millimeter. Das zweite Gitter 72 liefert den Vorteil zu ermöglichen, daß der Abstand H' zwischen dem Ausgang des Beugungsgitterauf­ baus 62 und der optimalen Metrologieebene, welche die profilierte Oberfläche S des Testobjekts O enthält, von Null bis zu praktisch irgendeinem gewählten Ab­ stand anwachsen kann. durch Einstellen eines geeigneten Abstands H zwischen dem ersten und zweiten Gitter 70 und 72. Dieser Abstand kann unter Computer­ steuerung für den Zweck einer Tiefenabtastung, wie sie detailliert in dem Groot- Patent '265 beschrieben ist, variiert werden.

Verschiedene optische Aufbauten, welche als der optische Aufbau 62 oder an sei­ ner Stelle benutzbar sind, sind in Fig. 2A-2C veranschaulicht. Bei jeder dieser Ausführungsformen beinhaltet jedes beugende Gitter ein Substrat, welches aus BK7-Glas gebildet ist, hat eine vordere beugende Oberfläche und eine hintere Oberfläche, welche mit einem anti-reflektiven (AR) Material beschichtet ist. Bei jeder Ausführungsform kann das Rillenprofil der beugenden Oberfläche zumin­ dest des ersten oder Grobgitters 70 so zugeschnitten werden, daß der gewünschte Streustrahl-Unterdrückungseffekt erreicht wird.

Bei der Ausführungsform von Fig. 2A z. B. besteht die beugende Oberfläche des ersten Gitters 70 aus zwei verschieden geblazten Bereichen R1 und R2, welche um die Zentrallinie des Gitters 70 symmetrisch sind. Das dreieckige Profil des Bereichs R1 ist so optimiert, daß Licht hauptsächlich bei Ordnungen von 0 und +1 gebeugt wird. Die Ordnung -1 ist beträchtlich reduziert. Ähnlich beugt das Profil des Bereichs R2 Licht bei Ordnungen von 0 und -1, während sie Beugung der +1ten Ordnung reduziert. Die beugende Oberfläche des zweiten Gitters 72 hat ein rechtwinkliges Profil und ist angepaßt, Transmission der Oten Ordnung zu unter­ drücken und Licht der Ordnungen +1 und -1 zu konzentrieren. Ein vorteilhaftes Charakteristikum dieser Anordnung ist, daß die Raumerfordernisse des Instru­ ments minimiert werden können, weil beide Linsen 66 und 68 zur XY-Ebene par­ allel bleiben können.

Bei der Ausführungsform von Fig. 2B unterscheidet sich das erste Gitter 170 vom ersten Gitter 70 der Ausführungsform von 2A nur darin, daß sich sein Blazing nur in eine Richtung erstreckt. Daher überträgt die gesamte beugende Oberfläche des Gitters 170 dieselbe, +1te Beugungsordnung. Daher müssen, damit die ge­ wünschten Beugungsordnungen zu der Bilderzeugungsvorrichtung 64 übertragen werden, entweder die Bilderzeugungsvorrichtung 64 oder der Lichtgenerator 60 und die ihm zugeordnete Linse 66 oder 68 relativ zur Z-Achse geneigt sein. Dar­ aus ergibt sich eine etwas weniger kompakte Konstruktion. Der optische Aufbau 162 ist ansonsten identisch zum optischen Aufbau 62 oder Fig. 2A und ist dem­ entsprechend mit denselben Bezugszeichen, um 100 erhöht, bezeichnet.

Bei der Ausführungsform von Fig. 2C weisen die ersten und zweiten Beugungs­ gitter 270 und 272 beide rechtwinklige Profile auf. Somit übertragen beide Gitter die +1te und -1te Beugungsordnung, während die 0te Beugungsordnung unter­ drückt wird. Diese Anordnung ist die am wenigsten kompakte der drei hierin be­ schriebenen, weil der Lichtgenerator 60, die Bilderzeugungsvorrichtung 64 und die ihnen zugeordneten Linsen 66 und 68 relativ zur Z-Achse geneigt sein müs­ sen, um den gewünschten Effekt zu erzielen. jedoch profitiert die Ausführungs­ form von Fig. 2C davon, daß sie achromatisch ist, was bedeutet, daß die äquiva­ lente Wellenlänge im wesentlichen unabhängig von der Wellenlänge der Quelle ist. Der optische Aufbau 262 ist ansonsten identisch mit dem optischen Aufbau 62 der Fig. 2A und ist entsprechend mit denselben Bezugszeichen, erhöht um 100, bezeichnet.

Beim Gebrauch erzeugt der Lichtgenerator 60 des GDI-Instrumentes 20 einen Lichtstrahl, welcher durch die Linse 66 parallelisiert wird, bevor er auf das erste Beugungsgitter 70 des Beugungsgitteraufbaus 62 unter einen Einfallswinkel γ trifft. Das erste Gitter 70 beugt den einfallenden Strahl in zwei Strahlen A und B. Diese Strahlen werden dann durch das zweite Gitter 72 erneut gerichtet, so daß sie auf die Testoberfläche S des Objekts O auftreffen. Die reflektierten Strahlen A' und B' stammen vom selben Ort P auf der Oberfläche S. breiten sich jedoch unter verschiedenen Einfallswinkeln aus (unter der Annahme, daß die Oberfläche S an der optimalen Metrologieebene ist) und laufen zurück durch die ersten und zwei­ ten Gitter 72 und 70, um mit konstruktiver und destruktiver Interferenz zu rekom­ binieren. Die interferierenden Strahlen oder Wellenfronten werden dann durch die Linse 68 fokussiert und durch die Bilderzeugungsvorrichtung 64 abgebildet. Das abgebildete Interferenzstreifenmuster wird dann vom Computer 26 analysiert, z. B. durch eine PSI-Analyse, um eine präzise Profilmessung zu erhalten.

Bei jeder der drei oben beschriebenen Konfigurationen optischer Aufbauten 62, 162 oder 262 können die Formen, Orientierungen und/oder Profilcharakteristiken der Beugungsgitter des Aufbaus gewählt werden, daß Streustrahlen von der Pu­ pille 78 des optischen Aufbaus 64 weg gestreut werden, und/oder daß Streustrah­ len unterdrückt werden. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird die in den Ab­ schnitten 3 und 4 folgende Erörterung sich auf den optischen Aufbau 62 von Fig. 2A konzentrieren. Jedoch sollte klar sein, daß dieselbe Beschreibung sowohl auf die optischen Aufbauten 162 und 262 von Fig. 2B und 2C, auf andere Beugungs­ gitteranordnungen, als auch auf andere in GDI-Instrumenten verwendbare opti­ sche Aufbauten anwendbar ist.

3. Rückreflexions-Abweichungsmanagement

Rückreflexionen von den Gittern 70 und 72 können von der Pupille 78 der Bilder­ zeugungsvorrichtung 64 durch geeignete Steuerung der Form und/oder der Orien­ tierung jedes der Beugungsgitter 70 und 72 sowie durch Steuerung der Orientie­ rung des Testobjektes O abgelenkt werden. Eine Steuerung basierend auf der Wahl der Orientierung des Beugungsgitters oder Objektes ist als Schräge- Selektion oder Schräge-Management bekannt und es ist eine Steuerung basierend auf der Wahl der Form des Beugungsgitters 70 oder 72 als Keil-Selektion oder Keil-Management bekannt. Jedes dieser Konzepte wird im folgenden nacheinan­ der definiert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3A und 3B kann eine Schräge eines Objektes als sein Drehwinkel im Raum um die X-Achse oder die Y-Achse angesehen werden. Die veranschaulichten Winkel folgen der geometrischen Konvention, welche im Linsen-Konstruktionsprogramm-Code V benutzt wird. Der Drehwinkel ADE be­ schreibt die Drehung der verschiedenen Oberflächen, welche das Gittersubstrat definieren, um die X-Achse. Der Drehwinkel BDE beschreibt die Drehwinkel derselben Oberflächen um die Y-Achse. Die Drehwinkel ADE und BDE sind Fachleuten allgemein bekannt und werden dementsprechend nicht weiter im De­ tail beschrieben. Es genügt festzustellen, daß Fachleute die Orientierung eines Objektes, beschrieben in Form seiner ADE-Schräge und BDE-Schräge, verstehen.

Der Keil beschreibt das Abweichen der Form eines Substrates eines Beugungs­ gitters von einer perfekt geradlinigen Struktur. Der Keilwinkel ist der Winkel zwi­ schen den vorderen und hinteren Oberflächen eines Substrates eines Beugungs­ gitters, welcher de facto gleich Null für parallele Oberflächen ist. Die Keilrichtung ist eine Richtung innerhalb der Ebene einer Oberfläche des Substrates, für die der Keil am größten ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 kann der Keil eines Gitters auch in Form zweier Winkel θ und ω beschrieben werden, welche die Richtung und die Neigung des Prismas darstellen, das durch die hintere Oberfläche SB eines jeden Substrates in bezug auf seine vordere Oberfläche SF gebildet ist. Somit kann ein einzelnes Git­ ter durch das Paar (ADE, BDE) seiner beugenden Oberfläche entweder mit dem Paar (ADE, BDE) seiner hinteren Oberfläche oder dem Paar (θ, ω), welches das äquivalente Prisma definiert, beschrieben werden.

Wenn beide, Keil und Schräge, in Betracht gezogen werden, kann ein einzelnes Gitter durch das Paar des Drehwinkels ADE oder BDE seiner beugenden Oberflä­ che entweder mit dem Paar (ADE, BDE) seiner hinteren Oberfläche oder dem Paar (θ, ω), welches das äquivalente Prisma definiert, beschrieben werden.

Die passende Wahl von beiden, Keil und Schräge, kann Streustrahlen von der Pupille 78 der Bilderzeugungsvorrichtung 64 weg steuern, bei gleichzeitiger Ver­ meidung oder zumindest Minimierung einer mittleren Phasenversetzung wie auch einer Phasenversetzungsänderung bei der optimalen Metrologieebene, gesetzt, daß man über eine adäquate Flexibilität im Selektionsbereich von Keil oder Schräge verfügt. Vereinfachte Keil- oder Schräge-Steuerschemata können eine mittlere Phasenversetzung eliminieren oder zumindest minimieren, während Phasenver­ setzungsänderungen auf tolerierbare Niveaus reduziert werden. Ein optimales Streustrahl-Management umfaßt typischerweise das Einstellen der ADE-Schrägen und BDE-Schrägen auf die Größenordnung von 2°, einen maximalen Keil von etwa 2° bis 2,5° und eine maximale Keil-Richtung in der Größenordnung von 45°. Die Rillenprofilwahl wird in Abschnitt 4 in Verbindung mit einer Streustrahl- Unterdrückung beschrieben und spezielle Beispiele einer Keil- und Schräge- Steuerung werden nachfolgend im Abschnitt 5 beschrieben.

4. Streustrahl-Unterdrückung

Wie zuvor in Abschnitt 3 erörtert wurde, können nicht alle Kombinationen von Keil und Schräge nicht alle Rückreflexionen weg von der Pupille 78 der Bilder­ zeugungsvorrichtung 64 steuern. Potentielle schädliche Auswirkungen dieser un­ vollständigen Rückreflexionsablenkung können reduziert werden, wenn einige der rückreflektierenden Strahlen vollkommen durch Streustrahl-Unterdrückung elimi­ niert werden.

Streustrahlen können durch Ausbilden nicht herkömmlicher Rillenprofile auf beu­ genden Oberflächen ganz wirksam unterdrückt werden. Das traditionelle Recht­ eck-Rillenprofil auf dem Gitter 270 oder 272 von Fig. 2C weist scharfe Ecken auf. Licht, welches diese Kanten trifft, erzeugt Beugungsstrahlen hoher Ordnung, wel­ che einer totalen internen Reflexion im Inneren des Substrates unterliegen kön­ nen, so daß sie zurück in Richtung auf das Gitter 270 oder 272 reflektiert werden, wobei sie das Rückreflexionsproblem verstärken. Dieses Problem kann durch Modifizieren des traditionellen Gitterprofils, daß es diese scharfen Kanten nicht aufweist, gemindert werden. Somit, unter Bezugnahme auf Fig. 5. können Beu­ gungen hoher Ordnung und andere Streustrahlen durch Abrunden der Kanten ei­ nes Rillenprofils P unterdrückt werden, so daß diese Kanten vorzugsweise nicht linear und mit einem relativ großen Krümmungsradius gekrümmt sind. Die ge­ krümmten Abschnitte sind durch die durchgezogenen Linien E in Fig. 5 veran­ schaulicht und müssen von den scharfkantigen Abschnitten traditioneller Recht­ eck-Rillengitter unterschieden werden, welche durch die gestrichelten Linien E' veranschaulicht sind. Die glatten Kantenabschnitte E werden leicht unter Benut­ zung gängiger Ätz-Technologien und anderer Techniken hergestellt, welche übli­ cherweise verwendet werden, um Rillenprofile auf beugenden Oberflächen herzu­ stellen. Natürlich kann dieselbe Technik benutzt werden, um die Kanten rechtek­ kiger Rillen geblazter Gitter abzurunden.

5. Beispiele

Im folgenden wird die Art und weise, auf die ein Rückreflexions-Management und Streustrahl-Unterdrückungs-Management allein oder in Kombination mitein­ ander benutzt werden kann, um die Qualität eines Interferogramms zu verbessern, anhand mehrerer praktischer Beispiele beschrieben. Alle diese Beispiele betreffen einen optischen Aufbau 262, wie er in Fig. 2C zu sehen ist, und genügen ganz oder teilweise den folgenden drei Erfordernissen:

• 1. Dem Steuern rückreflektierter Streustrahlen weg von der Pupille 78 der Bilderzeugungsvorrichtung 64;
• 2. Der Minimierung oder Eliminierung einer mittleren Phasenversetzung; und
• 3. Der Minimierung oder Eliminierung von Phasenversetzungsänderungen über das Sichtfeld des Instrumentes hinweg.

Ein teilweises Erfüllen dieser Bedingungen tritt auf, wenn die mittlere Pha­ senversetzung Null oder nahezu Null ist, aber einige begrenzte Phasenverset­ zungsänderungen über das Sichtfeld des Instrumentes hinweg zurückbleiben. Das Instrument, auf welches diese Beispiele angewandt werden, weist die fol­ genden Charakteristiken auf:

• - Mittlere Wellenlänge der Lichtquelle: 0,68 Mikrometer.
• - Raumfrequenz des ersten (Grob-) Gitters 270: 250 Linien/Millimeter.
• - Raumfrequenz des zweiten (Fein-) Gitters 272: 500 Linien/Millimeter.
• - Abstand H' zwischen den Gittern 270 und 272: ≈ 75 Millimeter (dieser Abstand ändert sich für verschiedene Substratdicken).
• - Weite der Pupille 78: ± 12 mrad (dieser Bereich definiert die größte Ab­ weichung von der optischen Achse eines Strahls, welcher gerade noch durch die Pupille 78 geht. Folglich müssen alle Streustrahlen um mehr als 12 mrad von der optischen Achse abgelenkt werden).
• - Substratmaterial für die Beugungsgitter 270 und 272: BK7-Glas.

Soweit nicht anders spezifiziert, haben die beugenden Oberflächen beider Gitter 270 und 272 Rechteck-Rillenprofile und können sich entweder auf der Oberseite oder Unterseite ihres jeweiligen Substrats befinden. ADE-Winkel und BDE-Winkel sind in bezug auf das globale Koordinatensystem XYZ, wie oben in Verbindung mit Fig. 3A und 3B beschrieben, angegeben. Alternativ könnten diese Winkel in Form eines Polar-Koordinatensystems unter Benut­ zung von θ und ω, wie oben in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben, dargestellt werden.

a. Erstes Beispiel

In diesem Beispiel wurden der Anzahl von Keil- und Schräge-Parametern, die variiert werden könnten, keine Beschränkungen auferlegt. Somit wurden Keil und Schräge kombiniert, um sowohl die ADE-Schräge als auch die BDE- Schräge sowohl für die beugende Oberfläche als auch die AR-beschichtete Oberfläche eines jeden Gitters 270 und 272 zu optimieren. Beide beugenden Oberflächen befinden sich oben auf ihren Substraten, wie in Fig. 2C veran­ schaulicht ist. Ein Glied dieser Familie von Lösungen ist in Tabelle 1 zusam­ mengefaßt. Die vordere und hintere Oberflächen-ADE-Schräge, die vordere und hintere Oberflächen-BDE-Schräge, der maximale Keil, die maximale Keil-Richtung und die Substratdicke im Zentrum des Substrates sind angege­ ben:

TABELLE 1

ERSTES BEISPIEL

Da alle zehn Schräge-Parameter (einschließlich dem des Objektes O, wel­ cher für die Zwecke der Erörterung der Wahl der Schräge als Teil des opti­ schen Aufbaus 262 betrachtet werden kann) in Übereinstimmung mit die­ ser Lösung optimiert werden können, können alle Streustrahlen von der Pupille 78 der Bilderzeugungsvorrichtung 64 weg gesteuert werden. Folg­ lich stellen Beugungen hoher Ordnung, welche durch die scharfen Kanten des Rechteck-Rillenprofils der beugenden Oberflächen der Gitter 270 und 272 hervorgerufen werden, kein Problem dar. Die mittlere Phasenverset­ zung des Instrumentes 20 ist Null und es bleiben keine Phasenverset­ zungsänderungen über das ganze Sichtfeld des Instrumentes hinweg übrig.

b. Zweites Beispiel

In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, den Herstellungsprozeß durch die Beschränkung zu vereinfachen, daß die Substrate beider Gitter 270 und 272 identisch sein sollen, d. h., daß sie identische maximale Keile und identi­ sche Dicken haben sollen. Ein Glied der sich ergebenden Familie optimaler Lösungen ist in Tabelle 2 zusammengefaßt:

TABELLE 2

ZWEITES BEISPIEL

Aus dem obigen geht deutlich hervor, daß weniger Parameter aufgrund der Tatsache optimiert werden können, daß der maximale Keil, die Keil- Richtung und die Substratdicke für beide Beugungsgitter 270 und 272 die­ selben sein müssen. Indem die mittlere Phasenversetzung Null ist, bleibt als Ergebnis eine tolerierbare kleine Phasenversetzungsänderung (von der Größenordnung von ± 6 Streifen über ein 100 mm Sichtfeld) über das Sichtfeld des Instrumentes übrig.

c. Drittes Beispiel

Bei diesem Beispiel wurden der Entwurfsdifferenzierung weitere Beschrän­ kungen auferlegt, um die Herstellung weiter zu vereinfachen. Die Drehung aller Oberflächen der Substrate 270 und 272 um die X-Achse wurde auf Null beschränkt. Diese Beschränkungsanforderung für sich reicht aus, um zu ga­ rantieren, daß die mittlere Phasenversetzung bei der optimalen Metrologie­ ebene Null ist. Die Optimierung der fünf übrigbleibenden Schräge-Parameter (einschließlich dem des Objektes O) kann benutzt werden, um Streustrahlen von der Pupille 78 der Bilderzeugungsvorrichtung 64 weg zu steuern. Falls identische Substrate für die zwei Beugungsgitter 270 und 272 benutzt werden, werden darüber hinaus Phasenversetzungsänderungen über das Sichtfeld hin­ weg eliminiert. Ein Glied der resultierenden Familie optimaler Lösungen ist in Tabelle 3 aufgeführt:

TABELLE 3

DRITTES BEISPIEL

Gemäß diesem Beispiel kann ein Instrument sogar noch einfacher als bei den vorhergehenden Beispielen hergestellt werden, weil die optischen Keile alle parallel zur Substratkante orientiert sind. Darüber hinaus sorgt das Anordnen der Keile beider beugender Oberflächen in derselben Rich­ tung inhärent für eine mittlere Phasenversetzung von Null wie auch für ei­ ne mittlere Phasenversetzungsänderung von Null über das gesamte Sicht­ feld des Instrumentes 20 hinweg. Diese Konfiguration ist auch voll achro­ matisch über das gesamte Sichtfeld des Instrumentes.

Weil nur vier Optimierungsparameter bei diesem Beispiel variiert werden können, ist es schwieriger, die Effekte von Beugungen höherer Ordnung durch Rückreflexions-Management allein zu eliminieren. Infolgedessen wirkt sich dieses Beispiel am effektivsten aus, wenn Keil- und Schräge- Wahl in Verbindung mit beugenden Oberflächen benutzt werden, bei wel­ chen die Gitterprofile glatte Kanten haben, wie oben in Abschnitt 4 be­ schrieben wurde.

d. Viertes Beispiel

Dieses Beispiel verfolgt einen leicht unterschiedlichen Ansatz gegenüber den vorherigen Beispielen. In diesem Ansatz werden Keil und Schräge ohne Rücksicht auf die Phasenversetzung zuerst optimiert, um die Ablenkung von Streustrahlen von der Pupille 78 zu maximieren. Die mittlere Phasenverset­ zung an der optimalen Metrologieebene wird dann eliminiert oder zumindest durch geeignete Wahl der effektiven Dicke eines Abschnittes des optischen Aufbaus minimiert. Zum Beispiel, wie man in Fig. 6 sieht, kann die beugende Oberfläche des ersten Gitters 370 eines optischen Aufbaus 362 auf der unteren oder rückwärtigen Oberfläche des Gittersubstrates im Gegensatz zur vorderen Oberfläche liegen, wodurch die effektive Dicke des Gitters abnimmt. Der op­ tische Aufbau 362 ist ansonsten identisch mit dem optischen Aufbau 262 von Fig. 2C und seine Komponenten sind daher mit den gleichen Bezugszeichen wie die entsprechenden Komponenten des optischen Aufbaus 262 bezeichnet, erhöht um 100. Ein Glied einer Familie von Lösungen, welche die gewünsch­ ten Effekte in Übereinstimmung mit diesem Beispiel erreichen, ist in Tabelle 4 aufgeführt:

TABELLE 4

VIERTES BEISPIEL

Die in Tabelle 4 aufgeführte Lösung wie auch andere Lösungen dieser Familie können mit einem vernachlässigbaren Betrag einer mittleren Pha­ senversetzung und einer Phasenversetzungsänderung über das Sichtfeld des Instrumentes gestaltet werden, wenn die Testoberfläche S des Objektes O in der optimalen Metrologieebene liegt. Weil die beugende Oberfläche des ersten Gitters 370 jetzt auf der Unterseite seines Substrates ist, werden weniger Beugungsstreustrahlen höherer Ordnung erzeugt. Somit ist für diese Familie ein geglättetes Gitterrillenprofil nicht erforderlich.

Das Plazieren der beugenden Oberfläche des ersten Beugungsgitters 370 auf der Unterseite des Substrats dieses Gitters kommt dem Einfügen einer virtuellen Glasplatte negativer Dicke zwischen die zwei Gitter 370 und 372 gleich. Dies kommt auch einem Vergrößern der äquivalenten Dicke des Substrates des zweiten Gitters 372 ohne Vergrößern der tatsächlichen Dicke des Substrates gleicht.

Anstelle von oder zusätzlich zu diesen Ansätzen kann eine durchsichtige Kompensationsplatte in den optischen Aufbau eingefügt werden, wodurch ermöglicht wird, üblichere Substrate für die ersten und zweiten Gitter zu benutzen. Ein auf diese Weise konstruierter optischer Aufbau 462 ist in Fig. 7 veranschaulicht und enthält 1) erste und zweite Gitter 470 und 472, welche mit den Gittern 270 und 272 von Fig. 2C identisch sind, und 2) ei­ ne Kompensationsplatte 463, welche sich zwischen dem zweiten Gitter 472 und dem Objekt O befindet. Der optische Aufbau 462 ist ansonsten identisch mit dem optischen Aufbau 262 von Fig. 2C und seine Kompo­ nenten sind daher mit denselben Bezugszeichen wie die entsprechenden Komponenten des optischen Aufbaus 262 bezeichnet, erhöht um 200. Je nach den gesuchten Ergebnissen könnte sich die Kompensationsplatte 463 alternativ zwischen den ersten und zweiten Gittern 470 und 472 befinden oder könnte sogar die Tragstruktur für das Testobjekt O bilden.

6. Vorteile und Schlußfolgerungen

Ein gemäß der Erfindung konstruiertes GDI-Instrument weist mehrere vorteilhafte Eigenschaften auf. Erstens braucht der Bediener, da die Phasenversetzung an der optimalen Metrologieebene eliminiert oder zumindest minimiert wird, das Objekt O für eine Messung nicht neu zu positionieren, nachdem er es im Bereich maxi­ malen Interferenzstreifenkontrastes plaziert hat. Die fehlende Phasenversetzung und die resultierende genauere Positionierung der Objekt-Testoberfläche S in der optimalen Metrologieebene liefert auch eine verbesserte Metrologie plan­ paralleler transparenter Teile. Zweitens können, da das Signal-Rausch-Verhältnis stark reduziert ist, rauhe Oberflächen oder andere schwach reflektierende Oberflä­ chen im wenig kohärenten Modus abgebildet werden - wobei die Notwendigkeit, das Instrument 20 zwischen dem wenig kohärenten Modus und dem hochkohä­ renten Modus umzuschalten, außer Acht gelassen wird. Die sich ergebende Fä­ higkeit sowohl für glatte als auch für rauhe Oberflächen nur eine einzige Größe der Quelle zu benutzen, hilft auch das Speckle-Rauschen bei glatten Teilen und Hochfrequenzrauschen zu reduzieren, welches durch Gitterperiodendefekte her­ vorgerufen wird. Zusätzlich können aufgrund der Tatsache, daß Phantom- Reflexionen reduziert werden und Streustrahlen von der Pupille weg gerichtet werden, schwach reflektierende und/oder stark streuende Teile mit größerer Ge­ nauigkeit gemessen werden. Diese Vorteile verbessern auch die Abtastfähigkeit des Instrumentes, was höhere Meßgenauigkeit in einem Tiefen-Abtastmodus, wie etwa dem Abtastmodus, der in dem oben beschriebenen de Groot '265-Patent of­ fenbart ist, ermöglicht.

Viele Änderungen und Modifizierungen können an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, ohne von der Idee derselben abzuweichen. Die Reichweite einiger dieser Veränderungen wird oben erörtert. Der Reichweite anderer Verän­ derungen wird aus den beigefügten Ansprüchen deutlich.

Claims (32)

1. Ein geometrisch-entsensibilisiertes Interferometer zum Profilieren einer Testobjektoberfläche, wobei das Interferometer aufweist:

• A) einen Lichtgenerator, welcher von der Testobjektoberfläche in Z- Richtung beabstandet ist;
• B) einen optischen Aufbau, der zwischen dem Lichtgenerator und der Testobjektoberfläche angeordnet ist und der so konfiguriert ist, daß er 1) vom Lichtgenerator empfangenes Licht in erste und zweite auf­ treffende Strahlen teilt, welche a) sich in zwei unterschiedlichen Richtungen ausbreiten, b) auf der Testobjektoberfläche auftreffen und c) erste und zweite von der Testobjektoberfläche reflektierte Strahlen erzeugen, und daß er 2) die ersten und zweiten reflektierten Strahlen, welche sich von der Testobjektoberfläche ausbreiten, re­ kombiniert, um ein Interferenzmuster zu bilden, welches für ein Cha­ rakteristikum der Testobjektoberfläche repräsentativ ist;
• C) eine Bilderzeugungsvorrichtung, welche auf einer gemeinsamen Seite des optischen Aufbaus und dem Lichtgenerator angeordnet ist und welche eine Apertur aufweist, die so angeordnet ist, um durch den optischen Aufbau von dem Lichtgenerator gesandtes Licht und zurück durch den optischen Aufbau von der Testobjektoberfläche re­ flektiertes Licht zu empfangen, wobei
  der optische Aufbau von der Testobjektoberfläche um einen Abstand H' in der Z-Richtung beabstandet ist, welcher die Testobjektoberflä­ che in oder dicht neben eine optimale Metrologieebene plaziert, in welcher die ersten und zweiten reflektierten Strahlen am selben Ort auf der Testobjektoberfläche ihren Ursprung haben, aber unter ver­ schiedenen Einfallswinkeln, wobei
  der optische Aufbau so konfiguriert ist, daß er Streulichtstrahlen von der Apertur der Bilderzeugungsvorrichtung weglenkt, während er zumindest im wesentlichen die Phasenversetzung minimiert, und wobei
  die Phasenversetzung ein optischer Phasenunterschied ist, welcher proportional zum Unterschied in der optischen Weglänge der ersten und zweiten reflektierten Strahlen ist.

2. Interferometer nach Anspruch 1, wobei der optische Aufbau erste und zweite beugende optische Vorrichtungen aufweist.

3. Interferometer nach Anspruch 2, wobei jede der ersten und zweiten beugen­ den optischen Vorrichtungen ein Beugungsgitter aufweist, welches sich zu­ mindest allgemein in einer XY-Ebene erstreckt, die senkrecht zur Z- Richtung ist, wobei jedes der Beugungsgitter ein Substrat aufweist, mit ei­ ner vorderen Oberfläche, welche der Lichtquelle zugewandt ist und einer hinteren Oberfläche, welche der Testobjektoberfläche zugewandt ist, und wobei eine der Oberflächen eine beugende Oberfläche ist und die andere der Oberflächen eine AR-beschichtete Oberfläche ist.

4. Interferometer nach Anspruch 3, wobei zumindest eines der ersten und zweiten Beugungsgitter aus der XY-Ebene heraus um eine Achse parallel zur Y-Richtung geneigt ist.

5. Interferometer nach Anspruch 3, wobei zumindest eines der ersten und zweiten Beugungsgitter aus der XY-Ebene heraus um eine Achse parallel zur X-Richtung geneigt ist.

6. Interferometer nach Anspruch 3, wobei zumindest eines des ersten und zweiten Beugungsgitter S aus der XY-Ebene heraus um eine Achse parallel zur X-Richtung und um eine Achse parallel zur Y-Richtung geneigt ist.

7. Interferometer nach Anspruch 3, wobei die Substrate der ersten und zweiten Beugungsgitter im wesentlichen identische Keilwinkel und Keilrichtungen aufweisen, wobei der Keilwinkel der Winkel zwischen der vorderen und der hinteren Oberfläche eines Substrates eines zugeordneten Beugungsgitters ist, nominell gleich null für parallele Oberflächen, und wobei die Keilrich­ tung eine Richtung innerhalb der Ebene einer Oberfläche eines Substrates ist, bei dem der Keil das größte Maß hat.

8. Interferometer nach Anspruch 3, wobei ein Rillenprofil der beugenden Oberfläche von mindestens einem der Beugungsgitter ausgewählt ist, um Beugungen hoher Ordnung zu minimieren.

9. Interferometer nach Anspruch 3, wobei die ersten und zweiten Beugungs­ gitter unterschiedliche Keilwinkel und Keilrichtungen aufweisen.

10. Interferometer nach Anspruch 3, wobei zumindest ein Parameter, der Keil­ winkel, die Keilrichtung und der Schräge-Winkel von zumindest einem der ersten und zweiten Beugungsgitter ausgewählt ist, um zumindest im we­ sentlichen Streustrahldurchgang zur Apertur der Bilderzeugungsvorrichtung ohne Verhindern von Phasenversetzung zu eliminieren, und wobei zumin­ dest eine Komponente des optischen Aufbaus eine effektive Dicke aufweist, welche gewählt wird, um die Phasenversetzung zu minimieren, wenn sich das Objekt an der optimalen Metrologieebene befindet.

11. Interferometer nach Anspruch 10, wobei die beugende Oberfläche des er­ sten Beugungsgitters auf der hinteren Oberfläche desselben angeordnet ist, wodurch die effektive Dicke des zweiten Beugungsgitters erhöht wird.

12. Interferometer nach Anspruch 10, wobei der optische Aufbau des weiteren eine Kompensationsplatte aufweist, welche aus einem transparenten Materi­ al gebildet ist, wobei die Kompensationsplatte zwischen einem von beiden, (1) dem ersten und zweiten Beugungsgitter und (2) dem zweiten Beugungs­ gitter und der Testobjektoberfläche angeordnet ist, wobei die Dicke der Kompensationsplatte so gewählt ist, so daß die Phasenversetzung minimiert ist, wenn sich das Objekt im Bereich der optimalen Metrologieoberfläche befindet.

13. Interferometer nach Anspruch 12, wobei die Kompensationsplatte eine Testobjekttragoberfläche aufweist.

14. Interferometer nach Anspruch 1, wobei der optische Aufbau so konfiguriert ist, daß die mittlere Phasenversetzung des Interferometers minimiert ist.

15. Interferometer nach Anspruch 14, wobei der optische Aufbau so konfigu­ riert ist, daß die Phasenversetzungsänderung über das Sichtfeld im wesentli­ chen eliminiert ist.

16. Interferometer nach Anspruch 3, wobei Rillenprofile der beugenden Ober­ flächen von zumindest einem der ersten und zweiten Beugungsgitter so ge­ formt sind, daß Reflexion oder Transmission anderer Beugungsordnungen als den gewünschten Beugungsordnungen unterdrückt sind.

17. Interferometer nach Anspruch 16, wobei die Rillenprofile (1) in zwei unter­ schiedlichen Bereichen verschiedener Blaze-Richtungen angeordnet sind und (2) Licht nur in einer Oten Ordnung und einer -1ten Ordnung in einem ersten Bereich und einer Oten Ordnung und einer +1ten Ordnung in einem zweiten Bereich beugen.

18. Interferometer nach Anspruch 16, wobei die Rillenprofile in einem einzel­ nen Bereich einer einzelnen Blaze-Richtung angeordnet sind und Licht nur in einer 0ten Ordnung und nur in einer einzelnen Ordnung, einer -1ten Ord­ nung und einer +lten Ordnung beugen.

19. Interferometer nach Anspruch 16, wobei die Rillenprofile im allgemeinen rechtwinklig in der Form sind und Licht nur in einer -1ten Ordnung und ei­ ner +1ten Ordnung beugen.

20. Geometrisch-entsensibilisiertes Interferometer zum Profilieren einer Testobjektoberfläche, wobei das Interferometer aufweist:

• A) einen Lichtgenerator, welcher von der Testobjektoberfläche in einer Z-Richtung beabstandet ist;
• B) einen optischen Aufbau, der zwischen dem Lichtgenerator und der Testobjektoberfläche angeordnet ist und der so konfiguriert ist, um 1) vom Lichtgenerator empfangenes Licht in erste und zweite auf­ treffende Strahlen zu teilen, welche a) sich in zwei unterschiedlichen Richtungen ausbreiten, b) auf der Testobjektoberfläche auftreffen und c) erste und zweite von der Testobjektoberfläche reflektierte Strahlen erzeugen, und um 2) die ersten und zweiten reflektierten Strahlen, welche sich von der Testobjektoberfläche ausbreiten, zu rekombinieren, um ein Interferenzmuster zu bilden, welches für ein Charakteristikum der Testobjektoberfläche repräsentativ ist, wobei der optische Aufbau erste und zweite Beugungsgitter bein­ haltet, welche sich allgemein in einer XY-Ebene erstrecken, welche senkrecht zur Z-Richtung ist, wobei jedes der Beugungsgitter ein Substrat aufweist mit einer vorderen Oberfläche, welche der Licht­ quelle zugewandt ist, und einer hinteren Oberfläche, welche der Testobjektoberfläche zugewandt ist, und wobei eine der Oberflächen eine beugende Oberfläche und die andere der Oberflächen eine AR­ beschichtete Oberfläche ist;
• C) eine Bilderzeugungsvorrichtung, welche auf einer gemeinsamen Seite des optischen Aufbaus und dem Lichtgenerator angeordnet ist und welche eine Apertur aufweist, die so angeordnet ist, um durch den optischen Aufbau von dem Lichtgenerator gesandtes Licht und zurück durch den optischen Aufbau von der Testobjektoberfläche re­ flektiertes Licht zu empfangen, wobei
  der optische Aufbau von der Testobjektoberfläche um einen Abstand H' in der Z-Richtung beabstandet ist, welcher die Testobjektoberflä­ che in oder dicht neben eine optimale Metrologieebene plaziert, in welcher die ersten und zweiten reflektierten Strahlen am selben Ort auf der Testobjektoberfläche ihren Ursprung haben, aber unter ver­ schiedenen Einfallswinkeln, wobei
  jedes der Beugungsgitter zumindest einen Parameter, den Keilwin­ kel, die Keilrichtung und den Schräge-Winkel aufweist, der so aus­ gewählt ist, um Streulichtstrahlen von der Apertur der Bilderzeu­ gungsvorrichtung wegzulenken, während eine mittlere Phasenverset­ zung vermieden ist und während eine Phasenversetzungsänderung minimiert ist, und wobei
  eine Phasenversetzung ein optischer Phasenunterschied ist, der pro­ portional zum Unterschied der optischen Weglänge der ersten und zweiten reflektierenden Strahlen ist.

21. Geometrisch-entsensibilisiertes Interferometer zum Profilieren einer Testobjektoberfläche, wobei das Interferometer aufweist:

• A) einen Lichtgenerator, welcher von der Testobjektoberfläche in Z- Richtung beabstandet ist;
• B) einen optischen Aufbau, der zwischen dem Lichtgenerator und der Testobjektoberfläche angeordnet ist und der so konfiguriert ist, daß er 1) vom Lichtgenerator empfangenes Licht in erste und zweite auftreffende Strahlen teilt, welche a) sich in zwei unterschiedlichen Richtungen ausbreiten, b) auf der Testobjektoberfläche auftreffen und c) erste und zweite von der Testobjektoberfläche reflektierte Strahlen erzeugen, und daß er 2) die ersten und zweiten reflektier­ ten Strahlen, welche sich von der Testobjektoberfläche ausbreiten, rekombiniert, um ein Interferenzmuster zu bilden, welches für ein Charakteristikum der Testobjektoberfläche repräsentativ ist, wobei der optische Aufbau von der Testobjektoberfläche um einen Abstand H' in der Z-Richtung beabstandet ist, welcher die Testobjektoberflä­ che in oder dicht neben eine optimale Metrologieebene plaziert, in welcher die ersten und zweiten reflektierten Strahlen am selben Ort auf der Testobjektoberfläche ihren Ursprung haben, aber unter ver­ schiedenen Einfallswinkeln, wobei
  jede der ersten und zweiten optischen Vorrichtungen ein Beugungs­ gitter aufweisen, welches sich allgemein in einer XY-Ebene er­ streckt, welche senkrecht zur Z-Richtung ist, wobei jedes der Beu­ gungsgitter ein Substrat aufweist, welches eine vordere Oberfläche hat, die der Lichtquelle zugewandt ist und eine hintere Oberfläche, die der Testobjektoberfläche zugewandt ist, wobei
  eine der Oberflächen eine beugende Oberfläche ist und die andere der Oberfläche eine AR-beschichtete Oberfläche ist, und wobei
  ein Rillenprofil der beugenden Oberfläche von zumindest einem der ersten und zweiten Beugungsgitter gekrümmte Abschnitte hat, wel­ che Beugungen hoher Ordnung minimieren.

22. Interferometer nach Anspruch 21, welches weiter eine Bilderzeugungsvor­ richtung aufweist, die auf einer gemeinsamen Seite des optischen Aufbaus zusammen mit dem Lichtgenerator angeordnet ist, und welche eine Aper­ tur aufweist, welche so angeordnet ist, daß Licht, welches durch den opti­ schen Aufbau übertragen und durch den optischen Aufbau von der Testobjektoberfläche von dem Lichtgenerator zurück reflektiert wurde, empfangen wird, und wobei die ersten und zweiten Beugungsgitter so kon­ figuriert sind, daß Streulichtstrahlen von der Apertur der Bilderzeugungs­ vorrichtung weg gesteuert werden, wobei gleichzeitig eine Phasenverset­ zung vermieden wird, wobei die Phasenversetzung ein optischer Phasen­ unterschied ist, welcher proportional zum Unterschied der optischen Weglänge der ersten und zweiten reflektierten Strahlen ist.

23. Interferometer nach Anspruch 21, wobei das genannte eine Beugungsgitter ein allgemein rechtwinkliges Rillenprofil aufweist.

24. Interferometer nach Anspruch 21, wobei das genannte eine Beugungsgitter ein geblaztes Gitter ist, welches ein allgemein dreieckiges Rillenprofil aufweist.

25. Verfahren zum Betreiben eines geometrisch-entsensibilisierten Interfero­ meters, wobei das Interferometer einen Lichtgenerator, einen optischen Aufbau und eine Bilderzeugungsvorrichtung aufweist, welche auf einer ge­ meinsamen Seite des optischen Aufhaus zusammen mit dem Lichtgenerator angeordnet ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

• A) Übertragen von Licht
  • 1. vom Lichtgenerator und auf den optischen Aufbau in einem Be­ reich von Einfallswinkeln Δγ relativ zu einer Linie, die sich senkrecht in bezug auf den optischen Aufbau erstreckt,
  • 2. durch den optischen Aufbau,
  • 3. auf eine Oberfläche eines Objektes als erste und zweite Strahlen, die auf die Oberfläche auftreffen, und von der Oberfläche als er­ ste und zweite reflektierte Strahlen reflektiert werden, wobei sich die Oberfläche in einer optimalen Metrologieebene befin­ det, in welcher die ersten und zweiten reflektierten Strahlen am selben Ort, jedoch unter verschiedenen Einfallswinkeln, ihren Ursprung haben,
  • 4. zurück durch den optischen Aufbau, und
  • 5. zu einer Apertur der Bilderzeugungsvorrichtung als ein Interfe­ renzmuster, dessen Kontrast von der Größe von Δγ abhängig ist; und, während des Übertragungsschrittes,
• B) Wegsteuern von Lichtstrahlen von der Apertur der Bilderzeugungs­ vorrichtung, wobei gleichzeitig die Phasenversetzung minimiert wird, wobei die Phasenversetzung ein optischer Phasenunterschied ist, welcher proportional zum Unterschied der optischen Weglänge der ersten und zweiten reflektierten Strahlen ist.

26. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem der optische Aufbau erste und zweite Beugungsgitter aufweist, welche jeweils eine beugende Oberfläche aufweisen, und weiter das Unterdrücken nicht echter von den Beugungs­ oberflächen ausgehender Reflexionen und Beugungen während des Über­ tragungsschrittes umfassend.

27. Verfahren nach Anspruch 26, das weiter das Unterdrücken von Beugungen hoher Ordnung während des Übertragungsschrittes umfaßt.

28. Verfahren nach Anspruch 25, welches des weiteren das Minimieren einer Phasenversetzungsänderung des Interferometers während des Übertra­ gungsaschrittes umfaßt.

29. Verfahren zum Betreiben eines geometrisch-entsensibilisierten Interfero­ meters, wobei das Interferometer einen Lichtgenerator, einen optischen Aufbau und eine Bilderzeugungsvorrichtung beinhaltet, welche auf einer gemeinsamen Seite des optischen Aufbaus zusammen mit dem Lichtgene­ rator angeordnet ist, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

• A) Übertragen von Licht
  • 1. vom Lichtgenerator und auf den optischen Aufbau in einem Be­ reich von Einfallswinkeln Δγ relativ zu einer Linie, die sich senkrecht in bezug auf den optischen Aufbau erstreckt,
  • 2. durch ein erstes Beugungsgitter des optischen Aufbaus, wodurch das Licht in erste und zweite divergierende Strahlen geteilt wird, dann
  • 3. durch ein zweites Beugungsgitter des optischen Aufbaus, wo­ durch das Licht in erste und zweite Strahlen abgelenkt wird,
  • 4. auf eine Oberfläche eines Objekts als erste und zweite Strahlen, welche auf die genannte Oberfläche auftreffen, und von der Oberfläche als erste und zweite reflektierte Strahlen reflektiert werden, wobei sich die Oberfläche in einer optimalen Metrolo­ gieebene befindet, in welcher erste und zweite reflektierte Strahlen an demselben Ort, jedoch unter verschiedenen Ein­ fallswinkeln, ihren Ursprung haben,
  • 5. zurück durch den optischen Aufbau, und
  • 6. zu einer Apertur der Bilderzeugungsvorrichtung als ein Interfe­ renzmuster, dessen Kontrast abhängig von der Größe von Δγ ist; während des Übertragungsschrittes,
• B) Wegsteuern von Streulichtstrahlen von der Apertur der Bilderzeu­ gungsvorrichtung, wobei gleichzeitig zumindest im wesentlichen ei­ ne Phasenversetzung vermieden wird, wobei eine Phasenversetzung ein optischer Phasenunterschied ist, der proportional zum Unter­ schied der optischen Weglänge der ersten und zweiten reflektierten Strahlen ist; und
• C) Minimieren einer Phasenversetzungsänderung des Interferometers.

30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei für jedes der ersten und zweiten Beu­ gungsgitter der Ablenkschritt das Auswählen von zumindest einem Para­ meter, einem Keilwinkel, einer Keilrichtung und einer Schrägrichtung auf­ weist, der zu einem Ablenkschritt führt.

31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Auswahlschritt die Phasenverset­ zung berücksichtigt, so daß eine Phasenversetzung als ein Ergebnis des Auswahlschrittes vermieden wird.

32. Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Auswahlschritt eine Phasenverset­ zung nicht berücksichtigt, und wobei die Phasenversetzung durch Übertra­ gen von Licht durch eine Kompensationsplatte minimiert wird, welche zwi­ schen (1) einem ersten und zweiten Beugungsgitter und (2) dem zweiten Beugungsgitter und der Oberfläche angeordnet ist.