DE3612157A1

DE3612157A1 - INTERFEROMETRIC-INCREMENTAL DEVICE FOR LEVEL MEASUREMENT

Info

Publication number: DE3612157A1
Application number: DE19863612157
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.-Ing. DDR 6327 Ilmenau Büchner; Gerd Prof. Dr.sc.techn. DDR 6325 Ilmenau Jäger
Original assignee: VEB FEINMESSZEUGFABRIK SUHL; SUHL FEINMESSZEUGFAB VEB; Veb Feinmesszeugfabrik Suhl Ddr 6000 Suhl
Current assignee: Feinmesszeugfabrik Suhl O-6000 Suhl De GmbH
Priority date: 1985-04-26
Filing date: 1986-04-11
Publication date: 1986-11-06
Also published as: GB8610079D0; GB2175687A; FR2581177A1; GB2175687B

Description

Interferometrisch-inkrementale Vorrichtung zur EbenheitsprüfungInterferometric incremental device for checking flatness

Die Erfindung bezieht sich auf die interferometrische Prüfung der Ebenheit polierter Oberflächen mit Durchmessern bis zu 400 mm. Bei solchen Oberflächen steht oftmals die Forderung, daß sie durch das Meßverfahren berührungslos angetastet werden müssen, da sonst die Gefahr der Beschädigung der Oberfläche besteht. Derartige Oberflächen können z.B. ebene Spiegel, Si-Scheiben, Plattenspeicher oder metallische und keramische Plan-Läppteile sein.The invention relates to interferometric testing of the flatness of polished surfaces with diameters up to 400 mm. In the case of such surfaces, there is often the requirement that the measuring process makes them contactless must be touched, otherwise there is a risk of damage to the surface. Such surfaces can E.g. flat mirrors, silicon wafers, disk storage or metallic and ceramic plan lapping parts.

Es sind bereits interferometrische Vorrichtungen zur Ebenheitsprüfung bekannt. Bei der ersten Gruppe dieser Vorrichtungen (Feinwerktechnik + Meßtechnik 82 (1974) H. 7, 3. 353 - 354, DE-QS 2 406 184) wird ein dreieckiges Glasprisma verwendet, dessen Hypotenusenfläche als hochebene Fläche ausgebildet ist und deshalb als Ebenheitsnormal dient, Die auf Ebenheit zu prüfende Fläche ist in geringem Abstand von^imm gegenüber dieser Hypotenusenfläche angeordnet. Das monochromatische Strahlbündel tritt durch eine der Katheten iii das Glasprisma ein, fällt auf die Hypotenuse, wo ein Teil reflektiert und der andere Teil durch die Hypotenuse hindurchtritt, gebrochen wird und unter relativ großem Einfallwinkel auf die zu prüfende Oberfläche auftrifft. Hier wird der Strahl mehrfach zwischen der auf Ebenheit zu prüfenden Fläche und der Referenzfläche hin und herreflektiert, und es kommt zur Ausbildung von Vielstrahlinterferenzen.Interferometric devices for checking flatness are already known. In the first group of these devices (Feinwerktechnik + Messtechnik 82 (1974) H. 7, 3. 353 - 354, DE-QS 2 406 184) is a triangular glass prism used, the hypotenuse surface of which is designed as a flat surface and therefore serves as a flatness standard, The surface to be checked for evenness is at a short distance arranged by ^ imm opposite this surface of the hypotenuse. That monochromatic bundle of rays enters through one of the cathets iii the glass prism, falls on the hypotenuse, where part reflected and the other part passes through the hypotenuse, is refracted and at a relatively large angle of incidence hits the surface to be tested. Here will the beam reflects back and forth several times between the surface to be checked for evenness and the reference surface, and it comes to the formation of multi-beam interference.

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Ein wesentlicher Nachteil dieser Gruppe von Verfahren besteht darin, daß die erzeugte Interferenzstruktur das Ergebnis von Vielstrahlinterferenzen ist und deshalb die im Interferenabild enthaltene Information nicht punktuell interpretiert werden kann, sondern immer das Ergebnis einer flächenhaften Integration der miteinander interferierenden Strahlen ist. Die dadurch verursachten Möglichkeiten einer Fehlinterpretation der Oberflächenstruktur anhand der Interferenzstruktur können nur dann gering gehalten werden, wenn der Abstand zwischen Referenzfläche und auf Ebenheit zu prüfender Fläche sehr gering ist. Diese Forderung einhalten zu müssen, behindert aber in erheblichem Maße die Nutzbarkeit einer solchen Anordnung in technologischen Linien. Ein weiterer Kachteil dieser Verfahren besteht darin, daß infolge schrägen Lichteinfalls, aufThere is a major disadvantage to this group of processes in that the interference structure produced is the result of Multi-beam interference is and therefore the one in the interferenab image The information contained cannot be interpreted selectively, but always the result of extensive integration of the interfering rays. The resulting possibilities of a misinterpretation of the Surface structure based on the interference structure can only be kept small if the distance between the reference surface and the surface to be tested for evenness is very small. However, having to comply with this requirement hinders in the usability of such an arrangement in technological lines to a considerable extent. Another disadvantage of this procedure is that as a result of oblique incidence of light

die zu prüfende Fläche die dem Ordnungsabstand zuzuordnende Höhendifferenz > £ ist.the area to be tested the height difference to be assigned to the order distance > £ is.

Bei einer zweiten Gruppe von Verfahren (DE-AS 25 37 162 und DE-A3 26 3.6 211) wird mit Beugungsgittern gearbeitet, die in einer Ebene parallel zu der auf Ebenheit zu prüfenden Fläche angeordnet sind. Hier kommt es zur Interferenz zwischen der unmittelbar am Beugungsgitter reflektierten BeugungsOrdnung und den durch das Beugungsgitter hindurchtretenden, an der zu prüfenden Fläche reflektierten, erneut das Beugungsgitter passierenden und wiederum gebeugten Strahlung.In a second group of procedures (DE-AS 25 37 162 and DE-A3 26 3.6 211), diffraction gratings are used which are in a plane parallel to the surface to be tested for evenness are arranged. Here there is interference between the diffraction order reflected directly at the diffraction grating and that which passes through the diffraction grating and is reflected on the surface to be tested, again the diffraction grating passing and in turn diffracted radiation.

Nachteilig an der DE-AS 25 37 162 ist, daß der notwendige Abstand zwischen der Gitterebene und der auf Ebenheit zu prüfenden Fläche mit <2c25O ,um für technische Anwendungen unvertretbar klein ist. Bei der DE-AS 26 36 211 ist dieser Nachteil teilweise aufgehoben, da auch größere Abstände zwisehen Prüflingsoberfläche und Gitterebene zulässig sind. Jedoch ändert sich die Intensität des Interferenzbildes bei Variation des Abstandes zwischen Gitterebene und Prüflingsoberfläche gemäß einer periodischen Schwebung und in den Schwebungsmaxima beträgt die dem Ordnungsabstand zuzuordnende Höhen-The disadvantage of DE-AS 25 37 162 is that the necessary distance between the lattice plane and the plane to be checked for evenness Area with <2c25O, in order not to be justifiable for technical applications is small. In DE-AS 26 36 211 this disadvantage is partially eliminated, since larger distances between the two Test object surface and grid level are permissible. However, the intensity of the interference pattern changes at Variation of the distance between the grid plane and the test object surface according to a periodic beating and in the beating maxima is the height to be assigned to the order distance

differenzss2^ , in den Schwebungsminima dagegen ~Φ . Um dasdifferencess2 ^, in the beating minima on the other hand ~ Φ. To that

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Interferenzbild richtig interpretieren zu können, muß demnach der Abstand zwischen Gitterebene und Prüflingsoberfläche bekannt sein. Ferner ist aber auch bei diesem Verfahren die erzeugte Interferenzstruktur das Ergebnis der Überlagerung von vier Strahlen, von denendrei die Prüflingsoberfläche in jeweils drei verschiedenen Punkten antasten. Je größer der Abstand zwischen Prüflingsoberfläche und Gitterebene wird, desto größer wird auch hier der flächenhaft integrierende Charakter der Interferenzstruktur.To be able to correctly interpret the interference pattern, the distance between the grating plane and the test object surface must therefore be known be. Furthermore, in this method too, the interference structure generated is the result of the superposition of four beams, three of which touch the specimen surface at three different points each. The greater the distance between the test object surface and the lattice plane, the greater the area-wide integrating character the interference structure.

Bei einem dritten Verfahren nach DE-AS 26 36 498 wird ebenfalls ein Beugungsgitter verwendet, das aber senkrecht zu der auf Ebenheit zu prüfenden Fläche angeordnet ist. Ein Teil des zur Ebenheitsprüfung verwendeten monochromatischen, kohärenten und parallelen Lichtbündels fällt unmittelbar so auf das Beugungsgitter, daß sich die erste Beugungsordnung normal zur Gitterebene ausbreitet. Der andere Teil des Lichtbündels trifft auf die zu prüfenden Fläche, erhält die Phaseninformation der Oberflächenstruktur, wird auf das Beugungsgitter reflektiert und die Richtung der beim Auftreffen auf das Beugungsgitter erzeugten ersten Beugungsordnung fällt ebenfalls in die JTormale auf das Beugungsgitter. Damit findet in der Uormalenrichtung des Beugungsgitters die Interferenz der ersten beiden Beugungsordnungen statt.In a third method according to DE-AS 26 36 498 is also a diffraction grating is used, but it is arranged perpendicular to the surface to be tested for flatness. Part of the The monochromatic, coherent and parallel light bundle used to test the flatness falls directly on the Diffraction grating that the first diffraction order spreads normal to the grating plane. The other part of the light beam hits the surface to be tested, receives the phase information of the surface structure, is reflected on the diffraction grating and the direction of the first diffraction order generated when hitting the diffraction grating also falls into the normal to the diffraction grating. This takes place in the Unormal direction of the diffraction grating is the interference of the first both orders of diffraction take place.

Bei dieser Anordnung werden wesentliche Nachteile der vorgenannten Erfindungen beseitigt, jedoch ist die dem Ordnungeabstand zuzuordnende Höhendifferenz infolge schrägen Lichteinfalls relativ gering.With this arrangement, there are significant disadvantages of the aforementioned Inventions eliminated, but the height difference to be assigned to the order distance is due to oblique incidence of light relatively low.

Allen hier genannten und darüber hinaus auch allen übrigen Verfahren zur Ebenheitsprüfung haftet ein weiterer Nachteil an. Dieser ist darin begründet, daß sich die Willkürlichkeit der Oberflächenstruktur der jeweiligen Prüflingsoberfläche wider-There is a further disadvantage to all of the methods mentioned here and also to all other flatness testing methods. This is due to the fact that the arbitrariness of the surface structure of the respective test object surface is

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spiegelt in der Willkürlichkeit der erhaltenen Interferenzstruktur. Das "bedeutet, daß die Interferenzstruktur linienförmig, kreisförmig, elliptisch oder von beliebig anderer Gestalt sein kann und insbesondere ist auch der Ordnungsabstand innerhalb der Interferenzstruktur von Punkt zu Punkt veränderlich. Eine Interferenzstruktur kann man aber auch als optisches Gitter und den Ordnungsabstand als Gitterkonstante auffassen. Im Falle der Ebenheitspriifung bedeutet das, daß sich von Punkt zu Punkt der zu prüfenden Oberfläche der Gitterabstand ändert. Dieses Faktum ist aber Ursache dafür, daß ausnahmslos alle bisher bekannten Verfahren der interferometry sehen Oberflächenprüfung das in der Längen- und Winkelmeßtechnik überaus erfolgreiche Inkrementalverfahren nicht anwenden können, weil hier die Konstanz·, der einmal gewählten Gitterkonstante Voraussetzung ist.is reflected in the arbitrariness of the interference structure obtained. The "means that the interference structure is linear, can be circular, elliptical or of any other shape and in particular is also the order spacing changeable from point to point within the interference structure. But you can also use an interference structure as the optical grating and the order distance as the grating constant grasp. In the case of the flatness test, this means that the grid spacing changes from point to point of the surface to be tested. But this fact is the reason that without exception all previously known methods of interferometry see surface testing in length and angle measurement technology extremely successful incremental method cannot use, because here the constancy ·, the once chosen Lattice constant is a prerequisite.

Aus diesem Grunde wird das die Oberflächeninformation enthaltende Interferenzbild bei den bekannten Verfahren zur Bbenheitsprüfung auf Multidiodenarrays oder Multidiodenvidikonz abgebildet und punktförmig diskret abgetastet. Damit wird auch sofort eine Einschränkung aller mit dieser Abtastung der Interferogrammebene arbeitenden Interferometer klar. Sobald der Streifenabstand im Interferometer kleiner wird als der Abtastabstand, wird die gemessene Phase vieldeutig modulo 2ίτ Diese Einschränkung wird spürbar bei der Messung von Oberflächen mit großen Phasengradienten in schmalen Zonen.For this reason, the interference pattern containing the surface information is used in the known methods for testing flatness on multi-diode arrays or multi-diode vidiconz mapped and discretely scanned in punctiform fashion. This immediately puts a restriction on everyone with this sampling Interferometer working at the interferogram level clear. As soon as the fringe spacing in the interferometer becomes smaller than that Sampling distance, the measured phase is ambiguous modulo 2ίτ This limitation becomes noticeable when measuring surfaces with large phase gradients in narrow zones.

Es wurde bereits ein Interferometer, insbesondere zur inkrementalen Abtastung veränderlicher Interferenzstrukturen, vorgeschlagen, bei dem sich zwischen dem Interferometerteiler und dem Strahlteiler eine Blende befindet und der Strahl durch die Blende im Strahlteiler in Teilstrahlen geteilt wird und in den Strahlwegen dieser Teilstrahlen je ein fotoelektrischer Empfänger angeordnet ist. Weiterhin befindet sich zwischen dem Interferometerteiler und den Strahlteiler ein ersterThere was already an interferometer, especially for incremental Sampling of variable interference structures, proposed in which there is a diaphragm between the interferometer splitter and the beam splitter and the beam passes through the diaphragm is divided into partial beams in the beam splitter and in each of the beam paths of these partial beams a photoelectric one Receiver is arranged. Furthermore, there is a first one between the interferometer splitter and the beam splitter

Strahlspalter und diesem nachgeschaljiet ein zweiter Strahlspalter und der in den zweiten Strahlspalter eintretende Strahl wird in Teilstrahlen gespalten und in den Strahlwegen dieser Teilstrahlen ist je eine zeilenförmige Anordnung aus integrierten fotoelektrischen Abtastelementen angeordnet und die Richtungen beider Zeilen stehen senkrecht aufeinander.Beam splitter and this is followed by a second beam splitter and the beam entering the second beam splitter is split into partial beams and in the beam paths of these Partial beams are each a line-shaped arrangement of integrated arranged photoelectric scanning elements and the directions of both lines are perpendicular to each other.

Ziel der Erfindung ist es, eine "Vorrichtung zur Ebenheitsprüfung zu schaffen, bei der relativ große Oberflächen mit einem einfachen interferometrischen Aufbau, hoher Auflösung der Längenmessung, großem Phasengradienten in schmalen Zonen und beliebig dichter Folge von Meßpunkten optisch berührungslos atigetastet werden können. Die gewonnene interferometrische Oberflächeninformation soll streng punktuell interpretierbar und der Meßfehler minimal sein. Meßgenauigkeit und Auflösungsvermögen der Anordnung sollen auch bei großem Abstand zwischen Interferometer und Prüflingsoberfläche nicht nachteilig beeinträchtigt werden.The aim of the invention is to provide a "device for checking flatness." to create, in which relatively large surfaces with a simple interferometric structure, high resolution of the length measurement, large phase gradients in narrow zones and any dense sequence of measuring points optically contactless atigetastet can be. The interferometric surface information obtained should be strictly selectable and interpretable the measurement error should be minimal. Measurement accuracy and resolution the arrangement should not be adversely affected even if the distance between the interferometer and the test object surface is large will.

Λ Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine interferouietrisch-inkrementale Yorrichtung zur Ebenheitsprüfung zu schaffen, bei der Oberflächen mit Durchmessern bis zu 400 mm bei einer dem Ordnungsabstand zugeordneten Höhendifferenz von exakt & geprüft werden können. Der Abstand zwischen der Prüflingsoberfläche und dem Interferometer soll in weiten Grenzen, mindestens aber bis zu 50 mm völlig beliebig sein. Der maximale Gradient des Oberflächenprofils kann 20 Minuten und mehr betragen.The invention is based on the object of an interferometric incremental To create a device for checking flatness in which surfaces with diameters of up to 400 mm for a Height difference of exactly & assigned to the order distance can be checked. The distance between the specimen surface and the interferometer should be completely arbitrary within wide limits, but at least up to 50 mm. The maximum gradient of the surface profile can be 20 minutes and more.

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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das PrUfobjekt mit der auf Ebenheit zu prüfenden fläche auf einem rotatorisch gelagerten Objekttisch angeordnet ist und gegenüber dem Objekttisch eine translatorische Präzisionsführung und an dieser ein an sich bekanntes Interferometer zur inkrementalen Abtastung veränderlicher Interferenzstrukturen so angeordnet ist, daß der Meßstrahl des Interferometers senkrecht gegen die auf Ebenheit zu prüfende Hache gerichtet ist. Die dem Objekttisch gegenüber angeordnete Führung kann auch ein rotatorisches Lager sein.According to the invention the object is achieved in that the test object is arranged with the surface to be checked for evenness on a rotating object table and opposite a translatory precision guide on the object table and on this a known interferometer for incremental Scanning variable interference structures is arranged so that the measuring beam of the interferometer is perpendicular is directed against the surface to be checked for evenness. The guide arranged opposite the specimen table can also be a rotary bearing.

Im Interferometer zur inkrementalen Abtastung veränderlicher Interferenzstrukturen wird durch Einführung einer Blende zwischen Interferometerteiler und Strahlteiler die Interferenzstruktur punktförmig abgetastet, wodurch Änderungen der Gi tterkonstante der Interferenzstruktur während des Meßvorganges keine Störungen bei der Gewinnung der inkrementalen Meßsignale verursachen. Der gleiche Effekt wird erzielt, wenn die fotoelektrisch aktiven Flächender die inkrementalen Meßsignale r.ebte^tepdeit fotoelektrischen Empfänger relativ zueinander und zu den strahlteilenden und strahlreflektierenden Elementen so angeordnet sind, daß sie nur von homologen Strahlpaaren getroffen werden.In the interferometer for incremental scanning of variable interference structures, by introducing a diaphragm between Interferometer splitter and beam splitter the interference structure scanned punctiform, whereby changes in the Gi itter constant of the interference structure during the measurement process do not cause any interference in the acquisition of the incremental measuring signals. The same effect is achieved when the photoelectric active areas of the incremental measurement signals r.ebte ^ tepdeit photoelectric receiver relative to each other and to the beam-splitting and beam-reflecting elements are arranged so that they are only of homologous beam pairs to be hit.

Ordnet man das Prüfobjekt mit der auf Ebenheit zu prüfenden Fläche auf einem drehbar gelagerten Objekttisch an und befindet sich über diesem Objekttisch eine translatorische Führung mit einem derart daran befestigten Interferometer zur inkrementalen Abtastung veränderlicher Interferenzstrukturen, daß der Meßstrahl senkrecht gegen die Prüflingsoberfläche gerichtet ist, dann beschreibt bei Drehung des Objekttisches und gleichzeitiger erfolgender, vom. Zentrum des Drehtisches beginnender und nach dessen Rand gerichteter translatorischer Bewegung des Interferometers der Meßstrahl auf der Prüflings-The test object is arranged with the one to be tested for evenness Surface on a rotatably mounted object table and there is a translational guide above this object table with an interferometer attached to it for incremental scanning of variable interference structures that the measuring beam is directed perpendicularly towards the test object surface, then describes when the object table is rotated and simultaneous, from. Center of the turntable beginning and after its edge directed translational movement of the interferometer the measuring beam on the test object

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oberfläche eine in der Mitte beginndende und sich nach außen hin fortsetzende archimedische Spirale. Wenn das rotatorische Lager für den Drehtisch so ausgeführt ist, daß dessen Drehung spiel- und verkippungsfrei erfolgt und wenn die translatorisehe Führung für das Interferometer die gleichen Bedingungen erfüllt, dann wird durch das Zusammenwirken aus translatorqpischer Bewegung des Interferometers und rotatorischer Bewegung des Objekttisches über der auf Ebenheit zu prüfenden Fläche im inhaltlichen Sinne eine Ebene aufgespannt, die die Punktion der ebenen Referenzfläche übernimmt. Durch die gegenseitige Abstimmung zwischen der Winkelgeschwindigkeit des Objekttisches und der Lineargeschwindigkeit der Interferometerbewegung kann die Prüflingsoberfläche im Bedarfsfalle flächenhaft lückenlos und im meßtechnischen Sinne exakt punktförmig und mit genau senkrecht gegen die Prüflingsoberfläche gerichtetem Meßstrahl abgetastet werden. Damit sind grundlegende meßtechnische Voraussetzungen für eine Ebenheitsprüfung in strengem Sinne erfüllt.surface begins in the middle and extends outwards continuing Archimedean spiral. If the rotatory Bearing for the turntable is designed so that its rotation Backlash and tilt-free takes place and if the translatorisehe Leadership for the interferometer the same conditions fulfilled, then through the interaction of translatorqpischer Movement of the interferometer and rotational movement of the stage above the plane to be checked Area in the context of the content spans a level that the Puncture the flat reference surface takes over. By mutual Coordination between the angular speed of the stage and the linear speed of the interferometer movement If necessary, the surface of the test object can be completely flat and, in terms of measurement technology, exactly point-shaped and with exactly perpendicular to the test object surface directed measuring beam are scanned. This means that there are basic metrological prerequisites for a flatness test fulfilled in the strict sense.

Die Erfindung soll anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention is intended to be based on two exemplary embodiments are explained in more detail. Show in the accompanying drawings

Fig. 1 : Interferometrisch-inkrementale Vorrichtung zur Ebenheitsprüfung mit translatorischer Führung des Interferometers Fig. 1: Interferometric-incremental device for checking flatness with translational guidance of the interferometer

Pig. 2 : Interferometrisch-inkrementale Vorrichtung zur Ebenheitsprüfung mit rotatorischer Führung des Interferometers Pig. 2: Interferometric incremental device for checking flatness with rotational guidance of the interferometer

In Figur 1 ist das Prüfobjekt 5 mit der auf Ebenheit zu prüfenden Fläche 11 auf dem Objekttisch 16 angeordnet. Der Objekttisch 16 wird von dem Präzisionslager 17 getragen, das als In Figure 1, the test object 5 is to be tested for evenness Surface 11 is arranged on the object table 16. The stage 16 is supported by the precision bearing 17, which is known as

A » * Ö i) (j ώ ---*** rf« P fTft ν'A »* Ö i) (j ώ --- *** rf «P fTft ν '

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rotatorisehes Lager ausgebildet ist· Als Präzisionslager kommen z.B. pneumatische oder hydraulische Lager in Betracht. Gegenüber dem Objekttisch 16 ist die Präzisionsführung 18 angeordnet, die als translatorische Führung ausgebildet ist. Die translatorische Präzisionsführung 18 wird vorzugsweise pneumatisch realisiert. Mit der in der Präzisionsführung 18 geführten Schubstange 19 ist die Grundplatte 6 verbunden, an der das Interferometer I zur inkrementälen Abtastung veränderlicher Interferenzstrukturen angeordent ist. Der aufgeweitete ■ Laserstrahl 4 wird im Interferometerteiler 1 an der Teilerschicht 7 in Meßstrahl I^ und Referenzstrahl I« aufgeteilt. Der Referenz strahl Ιτ> fällt auf den als ebenen Spiegel ausgebildeten Referenzspiegel 12 und der Meßstrahl I^ trifft auf die auf Ebenheit zu prüfende Fläche 11. lach Reflexionjbeider Strahlen kommt es an der Teilerschicht T zu ihrer Wiedervereinigung, wobei die Interferenzstruktur 20 entsteht. Zwischen dem ersten Strahlspalter 30 und dem Strahlteiler 2 befindet sich eine Blende 3, durch die die Interfernezstruktur 20 punktförmig abgetastet wird. Das durch die Blende 3 hindurchtretende Bündel 13 wird im Strahlteiler 2 in die Teilbündel 14 und aufgeteilt, die hier nicht dargestellten fotoelektrischen Empfängern zugeleitet werden. Infolge der punktförmigen Abtastung der Interferenzstruktur 20 durbh die Blende 3 wird eine Invarianz der Meßsignalgewinnung in bezug auf Änderungen der Interferenzstruktur 20 jeglicher Art erzielt, wie sie durch ein Oberflächenprofil verursacht werden. Infolgedessen sind die optischen Signale der Teilbündel 14 und 15 in jedem Moment exakt phasengleich. Die für das Inkrementalverfahren erforderlichen 90° -Phasenverschiebung wird aus den optischen Signalen 14 und 15 mit hier nicht dargestellten polarisationsoptischen Mitteln erreicht. Auch diese optischen Signale sind unabhängig von der jeweiligen Form des Oberflächenprofils in jedem Moment hinsichtlich ihrer 90°- Phasenlage exakt phasenkonstant.Rotary bearing is designed.Pneumatic or hydraulic bearings, for example, come into consideration as precision bearings. The precision guide 18 is arranged opposite the object table 16, which is designed as a translational guide. The precision translational guide 18 is preferred realized pneumatically. The base plate 6 is connected to the push rod 19 guided in the precision guide 18 the interferometer I for incremental scanning variable Interference structures is arranged. The expanded ■ Laser beam 4 is split up in interferometer splitter 1 at splitter layer 7 into measuring beam I ^ and reference beam I «. The reference beam Ιτ> falls on the plane designed as a mirror The reference mirror 12 and the measuring beam I ^ strike the surface 11 to be checked for evenness. Both are reflected Rays come together at the dividing layer T, whereby the interference structure 20 arises. Located between the first beam splitter 30 and the beam splitter 2 a diaphragm 3 through which the interfering structure 20 is punctiform is scanned. The bundle 13 passing through the diaphragm 3 is converted into the partial bundles 14 and 14 in the beam splitter 2 divided, which are fed to photoelectric receivers, not shown here. As a result of the punctiform scanning of the interference structure 20 through the diaphragm 3 becomes an invariance of the measurement signal generation with respect to changes in the interference structure 20 achieved of any kind, as caused by a surface profile. As a result, the optical signals of the sub-bundles 14 and 15 are exactly in phase at every moment. The ones required for the incremental method 90 ° phase shift results from the optical signals 14 and 15 with optical polarization signals (not shown here) Funds reached. These optical signals are also independent of the respective shape of the surface profile at any given moment exactly phase-constant with regard to their 90 ° phase position.

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Der in den ersten Strahlspalter 30 eintretende und mit der Interferenzstruktur 20 modulierte Strahl wird im ersten Strahlspalter 30 in Strahlen 32 und 33 gespalten und Strahl 32 tritt in einen zweiten Strahlspalter 34 ein, an dessen Teilerschicht er in Strahlen 35 und 36 aufgespalten wird. Strahl 36 fällt auf die CCD-Zeile 38 und Strahl 35 auf die CCD-Zeile 40. Die Richtungen der zellenförmigen Anordnungen der fotoelektrischen Abtastelemente auf den CCD-Zeilen 38 und 40 stehen senkrecht aufeinander. Dadurch kann die Oberflächenstruktur i» •jO jeweiligen Abtafißbpunkt völlig beliebig gestaltet sein, es wird in jedem Falle exakt der jeweils vorliegende Phasengra*· dient ermittelt.The entering into the first beam splitter 30 and with the Interference structure 20 modulated beam is in the first beam splitter 30 split into rays 32 and 33 and ray 32 enters into a second beam splitter 34, at the splitter layer of which it is split into beams 35 and 36. Ray 36 falls on the CCD line 38 and beam 35 on the CCD line 40. The directions of the cellular arrangements of the photoelectric Scanning elements on the CCD lines 38 and 40 are perpendicular to one another. As a result, the surface structure can be » • jO respective tabular point can be designed completely arbitrarily, it in each case, exactly the present phase scale * serves determined.

In Figur 2 ist eine Anordnung dargestellt, bei der das Interferometer I rotatorisch über die Prüf ^.ingsoberf lache 11 geführtIn Figure 2, an arrangement is shown in which the interferometer I rotated over the test surface 11

^•5 wird. Der Lagerbolzen 21 ist in dem rotatorischen Präzisionslager 22 drehbar gelagert und an dem Lagerbolzen 21 ist der Ausleger 23 befestigt, der den Laser 24 und das Interferometer I zur Abtastung veränderlicher Interferenzstrukturen trägt. Figur 2a) zeigt die Anordnung in der Draufsicht auf die Prüf-2ingsoberfläche 11 und Figur 2b) zeigt die Ansicht der Anordnung aus Blickrichtung A. Das Interferometer I in Figur 2 ist mit de» Interferometer I in Figur 1 identisch.^ • 5 becomes. The bearing pin 21 is rotatably mounted in the rotary precision bearing 22 and on the bearing pin 21 is the Bracket 23 attached, which carries the laser 24 and the interferometer I for scanning variable interference structures. FIG. 2a) shows the arrangement in a top view of the test surface 11 and FIG. 2b) shows the view of the arrangement from viewing direction A. The interferometer I in FIG. 2 is identical to the interferometer I in FIG.

Wird in den Anordnungen nach Figur 1 und Figur 2 der Objekttisch 16 mit dem Prüfobjekt 5 durch einen geeigneten Antrieb in Drehung versetzt und wird das Interferometer I entweder mittels der translatorischen Präzisionsführung 18 oder mittels des rotatorischen Präzisionslagers 22 über die auf Ebenheit zu prüfende Fläche 11 geführt, beschreibt der Auftreffpunkt des Meßstrahls I_M auf der Oberfläche 11 Meine Spirale und durch Abstiramung beider Relativbewegungen kann die Steigung der Spirale variiert und die Folge der Meßpunkte der jeweiligen Aufgabe angepaßt werden.If, in the arrangements according to FIG. 1 and FIG. 2, the object table 16 with the test object 5 is set in rotation by a suitable drive and the interferometer I is guided either by means of the translatory precision guide 18 or by means of the rotary precision bearing 22 over the surface 11 to be tested for evenness , describes the point of impact of the measuring beam I _M on the surface 11 My spiral and by diverging the two relative movements, the gradient of the spiral can be varied and the sequence of measuring points can be adapted to the task at hand.

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Gemäß dem Stand der Technik können Präzisionsführungen 18 und Präzisionslager 17 und 22 gebaut werden,die eine interferometrischen Anforderungen genügende Kährungsgenauigkeit aufweisen. Auch ist es im vorliegenden Falle nicht erforderlich, daß die durch die Bewegung der Präzisionsführung 18 erzeugte geradlinige oder die durch Drehung des Präzisionslagers 22 erzeugte kreisförmige Bewegung streng parallel zur Oberfläche des Objek*- tisches 16 erfolgen muß, weil eine gewisse Winkelabweichung entweder durch eine Messung gegen den Objekttisch 16 selbst oder gegen eine auf diesen aufgelegte planparallele Platte festgestellt und bei den weiteren Messungen subtrahiert werden kann, - sofern dies erforderlich sein sollte.According to the prior art, precision guides 18 and precision bearings 17 and 22 can be built that have an interferometric Have sufficient approximation accuracy. It is also not necessary in the present case that the straight line generated by the movement of the precision guide 18 or that generated by the rotation of the precision bearing 22 circular movement strictly parallel to the surface of the object * - table 16 must be done because a certain angular deviation either determined by a measurement against the object table 16 itself or against a plane-parallel plate placed on it and can be subtracted for further measurements - if this should be necessary.

Hierzu zwei Blatt ZeichnungenFor this purpose two sheets of drawings

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Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference symbols used

I - Interferometer zur inkrementalen Abtastung veränderlicher Interferenzstrukturen I_M - Meßstrahl ■ -I - interferometer for incremental scanning of variable interference structures I _M - measuring beam ■ -

!■ο - Referenzstrahl ix ! ■ ο - reference beam ix

1 - Interferometerteiler1 - interferometer splitter

2 - Strahlteiler2 - beam splitter

3 - Blende3 - aperture

4 - monochromatischer Laserstrahl4 - monochromatic laser beam

5 - Prüfobjekt5 - test object

6 - Grundplatte, an der das Interferometer I befestigt ist6 - Base plate to which the interferometer I is attached

7 - Teilerschicht im Interferoraeterteiler7 - Divider layer in the interferometer divider

8 - Teilerwürfel8 - dividing cube

9 - Teilbündel am Ausgang des Teilerwürfels9 - Partial bundle at the exit of the splitter cube

10 - Teilbündel am Ausgang des Teilerwürfels10 - Partial bundle at the exit of the splitter cube

11 - auf Ebenheit zu prüfendeKLäche, Prüflingsoberfläche11 - surface to be tested for evenness, test object surface

12 - Referenzspiegel12 - reference mirror

13 - Strahl durch Blende13 - beam through aperture

14 - Teilbündel im Strahlteiler14 - Partial bundle in the beam splitter

15 - Teilbündel im Strahlteiler15 - Partial bundle in the beam splitter

16 - Objekttisch16 - stage

17 - rotatorisches Präzisionslager zur Drehung .des Objekttisches 1617 - rotary precision bearing for rotating the specimen stage 16

18 - trpnslatorische Präzisionsführung18 - Precise translational guidance

19 - Schubstange19 - push rod

20 - Interferenzstruktur am Ausgang des Interferometerteilers20 - interference structure at the output of the interferometer splitter

21 - Lagerbolzen21 - bearing pin

22 - rotatorisches Präzisionslager zur Drehung des Interferometers I22 - precision rotary bearing for rotating the interferometer I.

23 - Ausleger23 - boom

24 - Laser24 - laser

30 - erster Strahlspalter 32 - Teilstrahl im ersten Strahlsplater30 - first beam splitter 32 - partial beam in the first beam splater

039 DE039 DE

34 - aweiter Strahlspalter34 - wide beam splitter

35 - Teilstrahl im zweiten Strahlspalter35 - Partial beam in the second beam splitter

36 - Seilstrahl im zweiten Strahlspalter 38 - GCD-Zeile36 - Rope beam in the second beam splitter 38 - GCD line

40 - CGD-Zeile40 - CGD line

Claims

1. Interferometric-incremental device for the evenness test, consisting of a monochromatic laser 3-radiation source, an interferometer for the incremental scanning of variable interference structures with a diaphragm between the interferometer splitter and the beam splitter or with photoelectric receivers, the photoelectrically active surfaces 30 of which are arranged to one another and to the beam-splitting and beam-reflecting elements they are only hit by homologous pairs of beams and integrated into the interferometer CCD lines as well as translatory guidance and rotatably mounted object table characterized in that the test object (5) is arranged with the surface (11) to be checked for evenness on a rotatory object table (16) is and opposite the object table (16) a translational precision guide (18) and on this a known interferometer (I) is arranged so that the measuring beam (I ₇ -) of the interferometer (I) perpendicular to the flatness surface to be tested (11) is directed.

2. Interf erometric-incremental device for the level test according to claim 1, characterized in that the guide arranged opposite the specimen table (16) is a rotary precision bearing (22) is "