DE69719427T2

DE69719427T2 - Optische Vorrichtung zur schnellen Defektanalyse

Info

Publication number: DE69719427T2
Application number: DE69719427T
Authority: DE
Inventors: Alan D. Dorundo; Michael Gerard Lisanke; Huizong Lu; Richard J. Mccormick; Lanphuong Thi Pena; Eric V. Schnetzer; Ali Reza Taheri
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1996-09-23
Filing date: 1997-09-12
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2017-09-13
Also published as: JPH10103914A; EP0831296A1; JP4384737B2; KR100266439B1; TW328587B; DE69719427D1; EP0831296B1; US5926266A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung und Analyse von Daten von einem Interferometer und insbesondere ein Verfahren zur Analyse der relativen Höhe von angrenzenden Punkten auf einer von einem Interferometer abgebildeten Oberfläche, wenn die Oberfläche in einer Abtastbewegung bewegt wird.

Hintergrundinformationen

Halbleiterscheiben (semiconductor wafers) und Magnetplatten, beispielsweise jene, die zur Speicherung von Daten in Computersystemen verwendet werden, sind sehr empfindlich hinsichtlich der Ebenheit einer Oberfläche und anderer die Oberflächenqualität bestimmender Parameter geworden. Die Oberfläche solcher Einheiten muss mit einem hohen Grad an Genauigkeit mit einer sehr hohen Durchsatzrate auf Anomalien untersucht werden, um die Fähigkeiten der zur Herstellung solcher Einheiten verwendeten Ausrüstung anzupassen.
Folglich sind Oberflächenprüfvorrichtungen (surface profiler) Schlüsselinstrumente in der Herstellung solcher Einheiten geworden, die zur Untersuchung der Topographie, der Struktur, der Rauheit und anderer Eigenschaften von Oberflächen weit verbreitet sind. Oberflächenprüfvorrichtungen werden in eine erste Kategorie von Instrumenten, die Kontaktmessungen mit einem Messfühler bereitstellen, der in physischen Kontakt mit der gemessenen Oberfläche tritt, und eine zweite Kategorie von Instrumenten unterteilt, die berührungslose Messungen ohne physischen Kontakt mit der gemessenen Oberfläche bereitstellen. In vielen Anwendungen werden berührungslose Messungen stark bevorzugt, um eine Verunreinigung und eine mechanische Beschädigung der gemessenen Oberfläche zu vermeiden und eine Prüfung mit einer hohen Oberflächengeschwindigkeit zu ermöglichen.
Ein Beispiel eines Instrumentes, das berührungslose Oberflächenmessungen bereitstellt, ist ein Oberflächenprofil- Interferometer (surface profile interferometer), das insbesondere zur Bestimmung der Rauheit einer Oberfläche oder der Höhe einer Stufenänderung (step change) in der Dicke eines gemessenen Teils verwendet wird. Eine solche Stufenänderung kann beispielsweise durch die Aufbringung einer Metallschicht auf ein Substrat bei der Herstellung einer Leiterplatte oder eines integrierten Mikroschaltkreises bewirkt werden. Allgemein ausgedrückt ist ein Interferometer ein optisches Instrument, in dem zwei Lichtstrahlen, die von derselben monochromatischen Quelle stammen, entlang optischer Pfade von unterschiedlicher Länge, in denen der Längenunterschied die Art eines Interferenzbildes (interference pattern) bestimmt, das erzeugt wird, wenn eine Überlagerung der Lichtstrahlen zugelassen wird. Da die Lichtstrahlen von derselben monochromatischen Quelle stammen, haben sie eine identische Wellenlänge. Bei gleichen Pfadabständen von der Quelle sind sie außerdem phasengleich. Phasendifferenzen zwischen den Strahlen ergeben sich daher lediglich aus Unterschieden in der Pfadlänge.
Das Phänomen der Lichtwelleninterferenz (light wave interference) ergibt sich aus der Wechselwirkung von zwei oder mehr Wellen, die zur selben Zeit denselben Bereich durchlaufen, wobei gemäß dem Prinzip der Überlagerung an einigen Punkten eine Verstärkung und an anderen Punkten eine Aufhebung erzeugt wird.
Mit einem photoelektrischen Shearing-Interferometer (photoelectric shearing interferometer) kann die Höhe einer Stufenänderung in einer Prüfoberfläche unter Verwendung von polarisiertem Licht gemessen werden, das durch einen Schlitz, durch ein Wollastonprisma und durch die Objektivlinse eines Mikroskops gelenkt wird, um zwei Bilder des Schlitzes zu bilden, eines auf jeder Seite der Stufenänderung. Die von der Prüfoberfläche reflektierten Strahlen passieren die Linse und das Prisma, wobei durch zwei senkrecht polarisierte Strahlen ein Bild geformt wird. Die Phasendifferenz zwischen diesen Strahlen, die durch die Höhe der Stufe festgelegt wird, kann durch die lineare Bewegung einer schwachen Linse in einer seitlichen Richtung (quer zum Strahl) gemessen werden, bis die Phasendifferenz exakt aufgehoben ist, wie durch die Verwendung eines elektrooptischen Modulators, eines Analysators, eines Photoelektronenvervielfachers (photomultiplier) und eines phasenabhängigen Detektors (phase-sensitive detector) ermittelt wird, die zusammen verwendet werden, um die Phasengleichheit der beiden sich überlagernden Strahlen zu erfassen. Die Genauigkeit des Systems ist abhängig von der Genauigkeit, mit der die lineare Bewegung der schwachen Linse gemessen werden kann. Folglich wird eine Phasendifferenz zwischen zwei senkrechten Polarisationen gemessen, wobei die Strählen durch das Wollastonprisma seitlich verschoben werden, so dass das System kein Interferometer mit gemeinsamem Pfad (common-path interferometer) ist.
Das Wollastonprisma nutzt das Phänomen der Doppelbrechung, durch da sein Kristall aus einem transparenten anisotropen Material senkrecht polarisierte Lichtstrahlen in verschiedenen Winkeln bricht. Kristalle, beispielsweise Calcit, Quarz und Glimmer, zeigen diese Eigenschaft. Ein Wollastonprisma enthält zwei keilförmige Segmente, die mit angrenzenden polierten Oberflächen zusammengehalten werden, die sich entlang einer Ebene in einem spitzen Winkel zur optischen Achse der Einheit erstrecken. Die Außenflächen des Wollastonprismas liegen entlang senkrechter Ebenen zur optischen Achse der Einheit. Die beiden Segmente des Wollastonprismas bestehen aus einem doppelbrechenden Material, wobei die Kristallachsen des Materials senkrecht zueinander und zur optischen Achse der Einheit liegen.
Falls beispielsweise ein Lichtstrahl, der aus zwei senkrecht zueinander polarisierten Teilstrahlen besteht, entlang der optischen Achse der Einheit zu einem Wollastonprisma gelenkt wird, werden die beiden Strahlen nicht an der ersten Oberfläche des Prismas gebrochen, da es senkrecht zur Richtung der beiden Strahlen liegt. Wenn die beiden Strahlen jedoch die schiefen inneren Flächen der beiden Segmente des Prismas erreichen, findet eine Brechung statt, wobei die beiden Strahlen aufgrund der Doppelbrechung des Materials, aus dem die Prismasegmente bestehen, in verschiedenen Winkeln gebrochen werden. Wenn die beiden Strahlen die gegenüberliegende Außenseite des Prismas erreichen, werden sie erneut gebrochen.
Obwohl die obige Erläuterung ein Wollastonprisma beschreibt, das zwei Keile aus doppelbrechendem Material umfasst, ist es möglich und oftmals vorteilhaft, ein Prisma dieser Art unter Verwendung von drei oder mehr solcher Keile zu formen, die bei zwei oder mehreren schiefen Ebenen verbunden werden. Wenn dies ausgeführt wird, bleiben die Außenflächen des Prismas senkrecht zum optischen Zentrum der Einheit.
Folglich wurden mehrere Verfahren zur Verwendung von Interferometern entwickelt, um genaue Messungen von sehr kleinen Oberflächenmerkmalen bereitzustellen. Da diese Verfahren auf beträchtlich komplizierten und viel Sorgfalt erfordernden Prozessen beruhen, in denen ein sehr kleiner Oberflächenbereich an einem feststehenden Ort durch ein Interferometer untersucht wird, ist es allerdings schwierig, sie auf die Materialien eines Massenproduktionsprozesses anzuwenden, der in großen Mengen Teile herstellt, die aus einer Prüfung mittels der Interferometrie Nutzen ziehen würden.

Beschreibung des Standes der Technik

Die US-Patentschrift Nr. 5 471 303 beschreibt ein einzelnes Interferometer, in dem Weißlicht-Interferometer und Interferometer mit Licht von einer einzigen Wellenlänge (white light and single wavelength light interferometers) verwendet werden. Weißes Licht wird zur Messung von Oberflächen mit verhältnismäßig großen Schwankungen der Höhe und großen Neigungen (steep slopes) verwendet, während Licht mit einer Wellenlänge zur genaueren Messung von geringen Höhenunterschieden verwendet wird.
Die US-Patentschrift Nr. 5469 259 ("das '259 Patent") beschreibt ein Interferometer, das mit einer Lichtquelle ausgestattet ist, die einen ersten gebündelten Strahl, der so geformt ist, dass er einen Bereich beleuchtet, und einen zweiten gebündelten Strahl formt, der so geformt ist, dass er eine schmale Linie beleuchtet. Beide Strahlen werden in senkrecht polarisierte Teilstrahlen unterteilt, die in einem zusammengesetzten Wollastonprisma nach außen und nach innen abgeleitet werden. Die Bilder dieser Strahlen werden durch eine Objektivlinse auf eine Prüfoberfläche fokussiert, wobei ein realer Aufteilungspunkt auf die hintere Brennebene (focal plane) der Objektivlinse projiziert wird. Durch das von der Prüfoberfläche reflektierte und durch das zusammengesetzte Wollastonprisma zurückprojizierte Licht werden auf der Oberfläche eines Zeilensensors (line sensor), der normalerweise mit beleuchteten schmalen Linien verwendet wird, die durch das zusammengesetzte Prisma aufgeteilt und auf eine sich bewegende Prüfoberfläche projiziert werden, und auf der Oberfläche eines Bereichssensors (area sensor), der normalerweise mit einer auf eine feststehende Prüfoberfläche projizierte Bereichsausleuchtung verwendet wird, Interferenzbilder erzeugt. Außerdem werden im Interferometer Servomechanismen zur automatischen Scharfeinstellung (autofocus) und zur automatischen Phasenwinkelkorrektur bereitgestellt.
Zur Bereitstellung von quantitativen Daten zu den Einzelheiten von Oberflächendefekten (z. B. der Neigung von Defekterhebungen (defect walls) ist es bei der Einheit des '259-Patentes notwendig, in eine statische Betriebsart umzuschalten, in der es keine relative Bewegung zwischen der zu prüfenden Probe und der Prüfeinheit gibt. Diese fokussiert auf einen kleiden Bereich der Probenoberfläche, so dass genaue Einzelheiten über einen in diesem kleinen Bereich gefundenen Defekt ermittelt werden können. Um ähnlich ausführliche Daten über viele über einen großen Oberflächenbereich der zu prüfenden Probe verteilte Defekte zu ermitteln, ist häufiges Stoppen und Starten der relativen Bewegung zwischen der Probe und der Prüfeinheit erforderlich. Dies ist mühsam und langwierig. Außerdem ist die Prüfeinheit darauf begrenzt, eine ausführliche Analyse zu einem bestimmten Defekt vorzunehmen, wenn die Bewegung gestoppt wird, und kann keine ändere Analyse ausführen, beispielsweise andere Defekte lokalisieren (da die Bewegung gestoppt wurde und nur auf einen kleinen Bereich fokussiert wird).

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Prüfvorrichtung zum Prüfen der Oberfläche einer Probe nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Dementsprechend kann mit der vorliegenden Erfindung eine verhältnismäßig große. Prüfoberfläche ohne Stoppvorgänge zur Messung einzelner Bereiche untersucht werden. Nach dem Stand der Technik, beispielsweise dem '259-Patent, war es notwendig, den Abtastprozess zu stoppen und in einen statischen Modus ohne relative Bewegung zwischen der Prüfoberfläche und der Prüfvorrichtung einzutreten, um Einzelheiten über die erkannten Defekte zu ermitteln. Die vorliegende Erfindung ermöglicht jedoch solche quantitativen Daten zu Defekten, beispielsweise zu Stufenänderungen und der Neigung von Defekterhebungen, die während des Abtastprozesses in Echtzeit ermittelt werden können, ohne die relative Bewegung zum Eintritt in einen statischen Modus zu stoppen. Der Gesamtprozess wird erheblich vereinfacht, und es kann viel Zeit eingespart werden.
Es folgen bevorzugte Merkmale dieser ersten Ausführungsform.
Das Mittel zum Einrichten einer relativen Bewegung enthält Folgendes: ein erstes Antriebsmittel zum Bewegen der Probe in eine erste Richtung; ein zweites Antriebsmittel zum Bewegen des Breitabtastungs-Interferometers (wide scanning interferometer) in eine zweite Richtung;, und ein drittes Antriebsmittel zum Bewegen des Schmalabtastungs- Interferometers (narrow scanning interferometer) in eine dritte Richtung.
Das Mittel zum Einrichten einer relativen Bewegung enthält Folgendes: ein erstes Antriebsmittel zum Drehen der Probe um eine Achse; ein zweites Antriebsmittel zum Bewegen des Breitabtastungs-Interferometers in einer erste Richtung radial von der Achse weg; und ein drittes Antriebsmittel zum Bewegen des Schmalabtastungs-Interferometers in eine zweite Richtung radial von der Achse weg.
Das Breitabtastungs-Interfermometer bildet ein Interferogramm entlang eines linearen Zeilensensors (CCD array), wobei eine Differenz in der Ausleuchtung im Interferogramm durch einen entsprechenden Defekt auf der Oberfläche der Probe verursacht wird.
Das Interferogramm ist hell in Bereichen, die Defekten auf der Oberfläche der Probe entsprechen, und dunkel in Bereichen, die ebenen Teilen der Oberfläche der Probe entsprechen.
Das Breitabtastungs-Interferometer vom allgemeinen Shearing- Typ(common mode shearing type) enthält Folgendes: eine erste Laserlichtquelle; einen ersten Strahlenteiler (beamsplitter), der einen Lichtstrahl aus der ersten Laserlichtquelle in eine erste Richtung lenkt; eine erste Wollastonprisma-Anordnung, die den Lichtstrahl in ein Paar verschobener Teillichtstrahlen bricht, die in eine zweite Richtung getrennt werden; eine erste Objektivlinse, durch die die Teillichtstrahlen gelenkt werden, damit sie von der Oberfläche der Probe reflektiert werden, und durch die von der Oberfläche der Probe reflektierte Teilrückstrahlen zur ersten Wollastonprisma- Anordnung geleitet werden; und einen Zeilenabtastsensor, in den ein Rückstrahl von der ersten Wollastonprisma-Anordnung in eine zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung projiziert wird, wobei ein Interferogramm der Oberfläche der Probe auf dem Zeilenabtastsensor gebildet wird, und wobei der Zeilenabtastsensor als Ausgabe ein erstes Signal bereitstellt, das auf Änderungen im Interferogramm anspricht.
Die erste Wollastonprisma-Anordnung im Breitabtastungs- Interferometer weist Folgendes auf: ein erstes Lambda-Halbe- Blättchen (half-wave plate), durch das der Lichtstrahl in die erste Wollastonprisma-Anordnung gelenkt wird; ein an das erste Lambda-Halbe-Blättchen angrenzendes erstes Wollastonprisma; ein zweite Lambda-Halbe-Blättchen, das an einer dem ersten Lambda-Halbe-Blättchen entgegengesetzten Seite an das erste Wollastonprisma angrenzt; und ein zweites an das zweite Lambda-Halbe-Blättchen angrenzendes Wollastonprisma.
Der Zeilenabtastsensor im Breitabtastungs-Interferometer ist eine lineare Anordnung von ladungsgekoppelten Bauelementen.
Das Breitabtastungs-Interferometer enthält Folgendes: eine Betätigungseinrichtung (actuator), die die erste Wollastonprisma-Anordnung in die zweite Richtung bewegt; und einen Phasendetektor, der eine Phasenverschiebung zwischen den Teilrückstrahlen feststellt, wobei ein Ausgangssignal des Phasendetektors die Betätigungseinrichtung ansteuert, um Dunkelfeldbedingungen im Interferogramm aufrechtzuerhalten, mit Ausnahme der Ausleuchtungsbereiche im Interferogramm, die Defekten in der Oberfläche der Probe entsprechen.
Das Schmalabtastungs-Interferometer enthält Folgendes: eine zweite Laserlichtquelle, die einen kohärenten, linear polarisierten Strahl erzeugt; eine optische Vorrichtung, in der der kohärente, linear polarisierte Strahl in erste und zweite Teilstrahlen zerlegt wird, wobei der erste projizierte Teilstrahl in eine dritte Richtung linear polarisiert wird, wobei der zweite projizierte Teilstrahl in eine vierte Richtung linear polarisiert wird, die senkrecht zur ersten Richtung ist, wobei der erste projizierte Teilstrahl zu einem ersten Prüflichtfleck (test spot) auf die Oberfläche der Probe projiziert wird, wobei der zweite projizierte Teilstrahl in einem Abstand zum ersten Prüflichtfleck zu einem zweiten Prüflichtfleck auf die Oberfläche der Probe projiziert wird, und wobei der erste und der zweite projizierte Teilstrahl nach der Reflexion vom ersten und zweiten Prüflichtfleck zu einem einzigen elliptisch polarisierten Rückstrahl wiedervereinigt werden; einen polarisierenden Strahlenteiler, in dem der elliptisch polarisierte Rückstahl in einen ersten Teilrückstrahl, der in einer fünften Richtung polarisiert ist, und einen zweiten Teilrückstrahl geteilt wird, der in einer sechsten Richtung polarisiert ist, die parallel zur fünften Richtung ist; einen ersten Photodetektor, der die Lichtstärke des ersten Teilrückstrahls misst; und einen zweiten Photodetektor, der die Lichtstärke des zweiten Teilrückstrahls misst.
Die optische Vorrichtung enthält Folgendes: ein drittes Wollastonprisma, in dem der kohärente, linear polarisierte Strahl in den ersten und den zweiten projizierten Teilstrahl zerlegt wird, und wobei der erste und der zweite projizierte Teilstrahl nach der Reflexion vom ersten und zweiten Prüflichtfleck zu dem einzigen elliptisch polarisierten Rückstrahl wiedervereinigt werden; und eine zweite Objektivlinse, die zwischen dem Wollastonprisma und der Oberfläche der Probe angeordnet wird, wobei die erste Objektivlinse den ersten projizierten Teilstrahl auf den ersten Prüflichtfleck und den zweiten projizierten Teilstrahl auf den zweiten Prüflichtfleck fokussiert.
Außerdem enthält die Vorrichtung Folgendes: Defekterkennungsmittel zum Erkennen von Änderungen des ersten Signals; Datenspeichermittel; ein erstes Positionsmessmittel, das erste Positionsdaten bereitstellt, die die Bewegung der Oberfläche der Probe am Breitabtastungs-Interferometer vorbei beschreiben; ein zweites Positionsmessmittel, das zweite Positionsdaten bereitstellt, die die Bewegung der Oberfläche der Probe am Schmalabtastungs-Interferometer vorbei beschreiben; ein erstes Steuermittel, das die ersten Positionsdaten auf das Defekterkennungsmittel hin im Datenspeichermittel speichert; und ein zweites Steuermittel, das das Mittel zum Einrichten einer relativen Bewegung zum Bewegen von Teilen der Oberfläche entsprechend den im Datenspeichermittel gespeicherten ersten Positionsdaten am Schmalabtastungs-Interferometer vorbei betätigt.
Das Mittel zum Einrichten einer relativen Bewegung enthält ein erstes Antriebsmittel zum Drehen der Probe um eine Achse, ein zweites Antriebsmittel zum Bewegen des Bteitabtastungs- Interferometers in einer zweiten radialen Richtung, die sich radial von der Achse weg erstreckt, und ein drittes Antriebsmittel zum Bewegen des Schmalabtastungs- Interferometers in einer zweiten radialen Richtung, die sich radial von der Achse weg erstreckt; wobei die ersten Positionsdaten Positionen des ersten und zweiten Antriebsmittels darstellen; wobei die zweiten Positionsdaten Positionen des ersten und dritten Antriebsmittels darstellen; wobei die ersten Positionsdaten erzeugt werden, wenn die Probe durch das erste Antriebsmittel mit der Bewegung des zweiten Antriebsmittels gedreht wird; und wobei das zweite Steuermittel das dritte Antriebsmittel betätigt, wenn die Probe vom ersten Antriebsmittel gedreht wird.
Der Zeilenabtastsensor des Breitabtastungs-Interferometers enthält eine Vielzahl von lichtempfindlichen Elementen, die sich in einer Linie erstrecken, die senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des. Interferogramms ist, das durch die Bewegung der an das Breitabtastungs-Interferometer angrenzenden Prüfoberfläche bewirkt wird; und wobei Ausgangssignale der lichtempfindlichen Elemente auf einer periodischen Grundlage abgetastet werden, wobei ein Ausgangssignal jedes lichtempfindlichen Elementes auf eine integrierte Summe der zwischen der Abtastung empfangenen Ausleuchtung anspricht.
Das Breitabtastungs-Interferometer erzeugt eine erste und zweite Beleuchtungslinie auf der Oberfläche der Probe, wobei die erste und die zweite Beleuchtungslinie in einer Richtung entlang eines Pfades der relativen Bewegung zwischen dem Breitabtastungs-Interferometer und der Probe durch einen Verschiebe-Abstand getrennt werden; und wobei das Prüfmuster (test specimen) mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, so dass sich die Oberfläche der Probe zwischen Zeiten, zu denen die lichtempfindlichen Elemente abgetastet werden, entlang des Pfades der relativen Bewegung durch einen integralen Abstand bewegt, der ein Teiler (submultiple) des Verschiebe-Abstandes ist.
Das erste Steuermittel enthält ein Mittel, das auf den sequenziellen Betrieb des Defekterkennungsmittels anspricht, wenn sich ein Oberflächendefekt der Prüfoberfläche an der ersten und zweiten Beleuchtungslinie vorbei bewegt; und wobei das erste Steuermittel die Positionsdaten auf den Betrieb des Defekterkennungsmittels hin, wenn sich der Oberflächendefekt an der zweiten Beleuchtungslinie vorbei bewegt, im Datenspeichermittel speichert.
Das erste Steuermittel enthält ein Mittel, das auf den fortgesetzten Betrieb, des Defekterkennungsmittels anspricht, wenn sich ein großer Oberflächendefekt der Prüfoberfläche an der ersten Objektivlinse vorbei bewegt, wobei der große Oberflächendefekt in einer Richtung entlang des bevorzugten Bewegungspfades länger als der integrale Abstand ist; und wobei das erste Steuermittel die ersten Positionsdaten im Datenspeichermittel auf einen letzten Arbeitsgang des Defekterkennungsmittels hin speichert, wenn sich der große Oberflächendefekt an der ersten Objektivlinse vorbei bewegt.
Das Defekterkennungsmittel stellt ein Helligkeitsgradsignal (intensity level signal) bereit, das einen zwischen der Abtastung empfangenen integrierten Helligkeitsgrad anzeigt; und wobei das erste Steuermittel die Positionsdaten auf einen Arbeitsgang des Defekterkennungsmittels bei sequenziellen Proben der lichtempfindlichen Elemente hin im Datenspeichermittel speichert.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche einer Probe nach Anspruch 2 bereit.
Es folgen bevorzugte Merkmale der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die Oberfläche der Probe wird gänzlich von der optischen Prüfeinheit mit Breitabtastung überquert, bevor die Schmalabtastungseinheit zwischen radialen Abständen bewegt wird, die jeder Position jedes zuvor von der optischen Breitabtastungseinheit erkannten Defektes entsprechen.
Die Schmalabtastungseinheit wird zwischen radialen Abständen bewegt, die Positionen von Defekten entsprechen, die zuvor von der optischen Breitabtastungseinheit erkannt wurden, bevor die Oberfläche der Probe von der optischen Prüfeinheit mit Breitabtastung gänzlich überquert wird.
Die optische Breitabtastungseinheit ist ein Shearing- Interferometer mit Breitabtastung, das Folgendes enthält: eine erste Laserlichtquelle; einen ersten Strahlenteiler, der einen Lichtstrahl aus der ersten Laserlichtquelle in eine erste Richtung lenkt; eine erste Wollastonprisma-Anordnung, die den Lichtstrahl in ein Paar verschobener Teillichtstrahlen bricht, die in eine zweite Richtung getrennt werden; eine erste Objektivlinse, durch die die Teillichtstrahlen gelenkt werden, so dass sie von der Oberfläche der Probe reflektiert werden, und durch die von der Oberfläche der Probe reflektierte Teilrückstrahlen zur ersten Wollastonprisma-Anordnung zurückgeleitet werden; und einen Zeilenabtastsensor, in den ein Rückstrahl von der ersten Wollastonprisma-Anordnung in eine zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung projiziert wird, wobei ein Interferogramm der Oberfläche der Probe auf dem Zeilenabtastsensor gebildet wird, und wobei der Zeilenabtastsensor als Ausgabe ein erstes Signal bereitstellt, das auf Änderungen im Interferogramm anspricht.
Der Zeilenabtastsensor des Breitabtastungs-Interferometers enthält eine Vielzahl von lichtempfindlichen Elementen, die sich in einer Linie erstrecken, die senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des Interferogramms ist, das durch die Bewegung der an das Breitabtastungs-Interferometer angrenzenden Prüfoberfläche bewirkt wird; und wobei Ausgangssignale der lichtempfindlichen Elemente auf einer periodischen Grundlage abgetastet werden, wobei ein Ausgangssignal jedes lichtempfindlichen Elementes auf eine integrierte Summe der zwischen der Abtastung empfangenen Ausleuchtung anspricht.
Vorzugsweise ist die optische Schmalabtastungseinheit ein Schmalabtastungs-Interferometer, das Folgendes enthält: eine zweite Laserlichtquelle, die einen kohärenten, linear polarisierten Strahl erzeugt; eine optische Vorrichtung, in der der kohärente, linear polarisierte Strahl in einen ersten und zweiten Teilstrahl zerlegt wird, wobei der erste projizierte Teilstrahl in eine dritte Richtung linear polarisiert wird, wobei der zweite projizierte Teilstrahl in eine vierte Richtung linear polarisiert wird, die senkrecht zur ersten Richtung ist, wobei der erste projizierte Teilstrahl auf einen ersten Prüflichtfleck auf die Oberfläche der Probe projiziert wird, wobei der zweite projizierte Teilstrahl in einem bestimmten Abstand zum ersten Prüflichtfleck auf einen zweiten Prüflichtfleck auf die Oberfläche der Probe projiziert wird, und wobei der erste und der zweite projizierte Teilstrahl nach der Reflexion vom ersten und zweiten Prüflichtfleck zu einem einzigen elliptisch polarisierten Rückstrahl wiedervereinigt werden; einen polarisierenden Strahlenteiler, in dem der elliptisch polarisierte Rückstrahl in einen ersten Teilrückstrahl, der in einer fünften Richtung polarisiert wird, und einen zweiten Teilrückstrahl geteilt wird, der in einer sechsten Richtung polarisiert wird, die parallel zur fünften Richtung ist; einen ersten Photodetektor, der die Lichtstärke des ersten Teilrückstrahls misst; und einen zweiten Photodetektor, der die Lichtstärke des zweiten Teilrückstrahls misst, wobei die ein Oberflächenprofil darstellenden Signale Ausgangssignale des ersten und zweiten Photodetektors enthalten.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Vorderansicht der optischen Prüfvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht eines Breitabtastungs- Interferometers in der Vorrichtung von Fig. 1;
Fig. 3 ist eine schematische Vorderansicht eines Schmalabtastungs-Interferometers in der Vorrichtung von Fig. 1;
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines Lambda-Halbe- Blättchens im Interferometer von Fig. 3, die die Polarisationsrichtungen von hindurchgeleiteten Strahlen zeigt;
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht eines Wollastonprismas im Interferometer von Fig. 3, die die Polarisationsrichtungen von hindurchgeleiteten Strahlen zeigt;
Fig. 5a ist eine graphische Ansicht eines Verfahrens zum Ermitteln des Profils eines großen Defektes unter Verwendung des Interferometers von Fig. 3;
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild eines Bildvorverarbeitungssystems (video preprocessing system) zum Erfassen von Daten von einem Zeilenabtastsensor (line scan CCD sensor) im Breitabtastungs-Interferometer von Fig. 2;
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht eines Zeilenabtastsensors im Breitabtastungs-Interferometer von Fig. 2, die außerdem einen Teil der während einer einzelnen Bildzeilenabtastung (video line scan) einer Probe durch diesen Sensor geprüften Oberfläche zeigt;
Fig. 8 ist eine graphische Ansicht des Ausgangssignals eines Zeilenabtastsensors von Fig. 7;
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung von FIFO-Puffern im Vorverarbeitungssystem von Fig. 6;
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht von wichtigen Bereichen in einem Interferogramm, das in einem Zeilensensor (area array CCD sensor) im Breitabtastungs- Interferometer von Fig. 2 erzeugt wurde;
Fig. 11 ist ein Flussdiagramm, das die Gesamtprozesse der Vorrichtung von Fig. 1 zeigt;
Fig. 12 ist ein Flussdiagramm eines schnellen Abtastprozesses von Fig. 11;
Fig. 13 ist ein Flussdiagramm, das einen Initialisierungs- und Synchronisierungsprozess von Fig. 12 zeigt;
Fig. 14 ist ein Flussdiagramm eines intelligenten Abbruchprozesses (smart flush process) von Fig. 11 zeigt;
Fig. 15 ist ein Flussdiagramm eines Defekterkennungsprozesses von Fig. 12;
Fig. 16 ist ein Flussdiagramm eines beginnenden Adressenverarbeitungsprozesses von Fig. 15;
Fig. 17 ist ein Flussdiagramm einer endenden Adressenverarbeitung von Fig. 15;
Fig. 18 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Bearbeitung eines großen Defektes von Fig. 16;
Fig. 19 ist Flussdiagramm eines Prozesses zur Aktualisierung einer Defektabbildungs-Protokolltabelle (Defect image History Table) von Fig. 16;
Fig. 20 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Aufzeichnung einer Defektposition von Fig. 16;
Fig. 21 ist ein Flussdiagramm eines Schrittes der Aufzeichnung der Autofokus-Abbildung (record autofocus mapping step) von Fig. 16; und
Fig. 22 ist ein Flussdiagramm einer Prüfung zur Abtastbeendigung von Fig. 12.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer optischen Prüfvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegender Erfindung. In dieser Vorrichtung Werden ein Breitabtastungs- Interferometer 2 und ein Schmalabtastungs-Interferometer 2a unabhängig voneinander an einer zu prüfenden Oberfläche 2b entlang bewegt. In diesem Beispiel ist die Oberfläche 2b eine Oberseite einer Platte 2c, die durch einen Motor 2d gedreht wird, der eine Drehscheibe (turntable) 2e mittels eines Rades 2f antreibt. Das Rad 2f ist auf einer Welle 3 in einem Rahmen 3a drehbar befestigt. Beide Interferometer 2, 2a werden auf einem Paar von Schienen 3b in eine Richtung bewegt, die radial zur Platte 2b ist. Das Breitabtastungs-Interferometer 2 wird von einem oberen Antriebsmotor 3c bewegt, der eine obere Leitspindel (lead screw) 3d dreht, während das Schmalabtastungs-Interferometer 2a von einem unteren Antriebsmotor 3e bewegt wird, der eine untere Leitspindel 3f dreht.
Unter Verwendung dieser Vorrichtung wird das Breitabtastungs- Interferometer 2 verwendet, um Defekte in der Oberfläche 2b zu erkennen, während das Schmalabtastungs-Interferometer 2a zum Erzeugen von tatsächlichen Profilen der gefundenen Defekte verwendet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung bildet das Breitabtastungs-Interferometer ein Interferogramm entlang eines linearen Zeilensensors, wobei helle Bereiche Erhebungs- oder Vertiefungsdefekten der Hauptoberfläche 2b entsprechen. Mit fortgesetzter Drehung der Platte 2c wird das Schmalabtastungs-Interferometer 2a zu dem Radius gesteuert, bei dem jeder solche Defekt gefunden wird. Dieser Prozess kann mit dem Breitabtastungs-Interferometer 2 ausgeführt werden, das die Oberfläche 2b vollständig überquert, wobei die Positionen von gefundenen Defekten gespeichert werden, gefolgt von der Verwendung des Schmalabtastungs-Interferometers 2a zum Erzeugen der Defektprofile. Alternativ können beide Interferometer gleichzeitig verwendet werden, wobei das Schmalabtastungs- Interferometer sobald wie möglich nach dem Auffinden von Defekten zu diesen gesteuert wird.
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht eines Interferometers, das als das Breitabtastungs-Interferometer 2 der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die US-Patentsschrift Nr. 5 469 259 beschreibt dieses Gerät in einer Version, die sowohl einen Abtastmodus als auch einen statischen Betriebsmodus aufweist. Für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung wird nur der Abtastmodus benötigt. Das Interferometer 2 ist ein gleichphasiges Interferometer vom Verschiebe-Typ, in dem ein Strahl aus einer Laserlichtquelle 4, der von einem Strahlenteiler 4a nach unten gelenkt wird, ein Paar verschobener Teillichtstrahlen 4b erzeugt, die beide auf eine geprüfte Oberfläche 4c fallen. Das Paar verschobener Teillichtstrahlen 4b wird von einer zusammengesetzten Wollastonprisma-Anordnung 5 erzeugt, die ein Wollastonprisma 5a und Lambda-Halbe-Blättchen 5b enthält. Die Objektivlinse 6 bildet ein Interferogramm eines Teils der Oberfläche 4c auf einem Zeilenabtastsensor 7, der zur Erfassung von Oberflächendaten verwendet wird, wenn die Oberfläche in Bezug auf das Interferometer 2 bewegt wird.
Ein Teil des Rückstrahls wird von einem Strahlenteiler 8a geteilt, um von einem anderen Strahlenteiler 8b zwischen einem Brennpunktdetektor (focus detector) 8c und einem Phasendetektor 8d aufgeteilt zu werden. Folglich wird, eine Funktion der automatischen Scharfeinstellung bereitgestellt, da der Brennpunktdetektor 8c die Objektivlinse 6 mittels einer piezoelektrischen Betätigungseinrichtung 9a in die Richtungen des Pfeils 9 steuert, um den Brennpunkt beizubehalten. Der Phasendetektor 8d steuert die zusammengesetzte Wollastonprisma-Anordnung 5 mittels einer piezoelektrischen Betätigungseinrichtung 9c in die Richtungen des Pfeils 9b, wobei vorzugsweise Dunkelfeldbedingungen aufrechterhalten werden, unter denen das im linearen Zeilensensor 7 gebildete. Interferogramm dunkel in Bereichen, die ebenen Teilen der Oberfläche 4c entsprechen, und hell in Bereichen ist, die Defekten in der Oberfläche 4c entsprechen.
Eine vollständigere Beschreibung dieser Vorrichtung und ihrer Funktionsweise ist in der US-Patentschrift Nr. 5 469 259 zu finden.
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht des Schmalabtastungs- Interferometers 2a. In dieser Vorrichtung wird eine Prüfoberfläche 12 von einem Strahl 14 beleuchtet, der von der Lasereinheit 16 projiziert wird. Eine Lasereinheit mit einem Ausgangsstrahl mit einer Wellenlänge von 532 Nanometern hat sich in dieser Anwendung als ausreichend erwiesen. Dieser Strahl verlässt die Lasereinheit vertikal polarisiert, wie durch den Pfeil 16 angezeigt wird. Ein Lambda-Halbe-Blättchen 20 wird um die Achse 22 des Laserstrahls 14 gedreht, um eine Feineinstellung der vertikalen Polarisation des durch dieses projizierten Laserstrahls bereitzustellen. Nach dem Durchgang durch das Lambda-Halbe-Blättchen 20 wird ein Teil des Laserstrahls 22 entlang einer optischen Achse 24 des Interferometers 2a in einem nichtpolarisierenden Strahlenteiler 25 nach unten abgelenkt. Ein Teil des Laserstrahls 14 geht verloren, wobei er durch den Strahlenteiler 25 hindurchgeht, anstatt darin reflektiert zu werden. Der nach unten abgelenkte reflektierte Laserstrahl 26, der horizontal polarisiert wird, wie durch den Pfeil 28 angezeigt wird, wird durch ein zweites Lambda-Halbe-Blättchen 30 projiziert.
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht des zweiten Lambda-Halbe- Blättchens 30, die die Polarisationsrichtungen der durch dieses projizierten Laserstrahlen zeigt, wie durch die Schnittlinien I bis III in Fig. 3 angezeigt wird. Der Durchlass von linear polarisiertem Licht durch ein Lambda- Halbe-Blättchen führt zur Drehung des Polatisationswinkels um einen Betrag, der zweimal so groß wie der Winkel zwischen der Richtung der Polarisation und der Kristallachse des Materials ist, aus dem das Lambda-Halbe-Blättchen besteht. Im Beispiel des Lambda-Halbe-Blättchens 30 befindet sich die Kristallachse bei einem als Winkel A angezeigten Winkel von 22,5 Grad von der durch den Pfeil 28 angezeigten Polarisationsrichtung des nach unten abgelenkten Strahls 26 (in Fig. 3 gezeigt). Daher wird die Richtung der Polarisation dieses Laserstrahls beim Durchgang durch das Lambda-Halbe-Blättchen 30 um einen als Winkel B angezeigten 45-Grad-Winkel gedreht, um die durch den Pfeil 32 angezeigte Richtung zu haben.
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht eines direkt unter dem zweiten Lambda-Halbe-Blättchens befindlichen Wollastonprismas 34, die die Polarisation von Laserstrahlen zeigt, die durch den oberen Teil des Prismas 34 hindurchgehen, wie durch die Schnittlinien I bis III in Fig. 3 angezeigt wird.
Mit Bezugnahme auf die Fig. 3 und 5 ist das Wollastonprisma 34 aus einem Paar von keilförmigen Segmenten 36, 38 aus kristallinem Material zusammengesetzt, das Kristallachsen 40, 42 aufweist, die senkrecht zueinander und zur optischen Achse 24 des Interferometers 2a sind. Folglich tritt der nach unten abgelenkte Laserstrahl 26 in das Wollastonprisma 34 ein, wobei er in einer Richtung in einem 45-Grad-Winkel von der optischen Achse der oberen keilförmigen Segmente 36 polarisiert wird, und daher in ein Paar von Teilstrahlen mit gleicher Lichtstärke zerlegt wird, die in zueinander senkrechten Richtungen polarisiert sind, wie durch die Pfeile 28, 44 angezeigt wird. Da das jedes Segment 36, 38 des Wollastonprismas 34 bildende kristalline Material doppelbrechend ist, wobei Strahlen in unterschiedlichen Winkeln in unterschiedliche Richtungen polarisiert werden, werden die beiden durch dieses nach unten hindurchgehenden Teilstrahlen, die senkrecht zueinander polarisiert werden, wie durch die Pfeile 28, 44 angezeigt wird, an der Schnittstelle 46 zwischen den Segmenten 36, 38 unterschiedlich gebrochen. Im Allgemeinen teilt das Wollastonprisma die beiden an seiner Unterseite austretenden Teilstrahlen in einem Ablenkungswinkel, der von der Wellenlänge des Laserstrahls, den Brechungsindizes der Materialien der keilförmigen Teile 36, 38 und dem Neigungswinkel der Schnittstellenfläche 46 abhängig ist.
Im Allgemeinen kann ein Wollastonprisma aus mehreren keilförmigen Segmenten zusammengesetzt sein, von einem einzigen bis hin zu drei oder mehr Segmenten. In einem Wollastonprisma mit einem oder zwei Segmenten werden die Teilstrahlen von einer Fläche abgelenkt, beispielsweise der Fläche 46, die als Teilungspunkt (split point) bezeichnet wird. In einem Wollastonprisma mit drei oder mehr Segmenten werden die Teilstrahlen normalerweise wieder zusammengeführt, so dass sie sich an einem Kreuzungspunkt zwischen dem Wollastonprisma und der Objektivlinse kreuzen. Falls es keinen Kreuzungspunkt gibt, befindet sich der Teilungspunkt in der hinteren Brennebene der Objektivlinse. Falls es einen Kreuzungspunkt gibt, befindet sich der endgültige Kreuzungspunkt in der hinteren Brennebene der Objektivlinse.
Auf diese Weise werden ein rechter Teilstrahl 48 mit einer ersten Polarisationsrichtung und ein linker Teilstrahl 50 mit einer Polarisationsrichtung gebildet, die senkrecht zu derjenigen des rechten Teilstrahls 48 ist. Beide Teilstrahlen 48, 50 gehen durch eine Objektivlinse 52, wobei sie auf den Lichtfleck 54 bzw. 56 der Prüfoberfläche fokussiert werden. Nach der Reflexion von den Lichtflecken 54, 56 der Prüfoberfläche kehren die Teilstrahlen 48, 50 nach oben durch die Objektivlinse 52 und das Wollastonprisma 34 zurück, wobei sie am oberen keilförmigen Segment 36 des Prismas 34 wiedervereinigt werden. Während des Prozesses der Reflexion der Lichtflecken 54, 56 bleiben die Polarisationsrichtungen so, wie durch die Pfeile 28, 44 angezeigt wird.
Im Beispiel von Fig. 3 befindet sich der Lichtfleck der Prüfoberfläche 54 oberhalb des Lichtflecks der Prüfoberfläche 56. Da die durch die Teilstrahlen 48, 50 zurückgelegten Strecken unterschiedlich sind, werden unterschiedliche Zeiten zur Projektion bzw. Reflexion der Prüflichtflecken 54, 56 benötigt, wodurch eine Phasenverschiebung zwischen den beiden Teilstrahlen 48, 50 erzeugt wird, wenn sie wieder zum Wollastonprisma 34 reflektiert werden. Wenn diese reflektierten Teilstrahlen im Wollastonprisma 34 wiedervereinigt werden, bilden sie aufgrund dieser Phasenverschiebung einen elliptisch polarisierten Strahl, dessen Haupt- und Nebenachsen sich in 45-Grad-Winkeln zu den Kristallachsen 40, 42 der das Wollastonprisma 34 bildenden Materialien erstrecken. In Fig. 5 wird die Polarisation dieses wiedervereinigten Strahls durch eine Ellipse 58 angezeigt.
Mit Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 wird die elliptische Polarisierung des wiedervereinigten Strahls beim Durchgang durch das Lambda-Halbe-Blättchen 30 gedreht, so dass dessen Haupt- und Nebenachsen sich in die Richtung des Pfeils 28 und in der dazu senkrechten Richtung erstrecken, wie durch eine Ellipse 60 angezeigt wird. Die relativen Helligkeiten entlang der Haupt- und Nebenachsen der Ellipse 60 werden durch die Phasenverschiebung zwischen den Teilstrahlen 48, 50 festgelegt, die nach der Reflexion von den Prüflichtflecken 54, 56 zurückkehren.
Mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 3 wird der wiedervereinigte Strahl vom Lambda-Halbe-Blättchen 30 nach oben in den nichtpolarisierenden Strahlenteiler 25 gelenkt, wobei der durchgelassene Teil 62 dieses wiedervereinigten Strahls für nachfolgende Messungen verwendet wird, da der Teil dieses Strahls, der im Strahlenteiler 25 reflektiert wird, gelöscht wird. Die durch die Ellipse 60 in Fig. 4 angezeigte elliptische Polarisierung wird beibehalten. Der durchgelassene Teil 62 dieses Strahls wird als Nächstes in einem polarisierenden Strahlenteiler 64 geteilt, wobei ein Teil des in die durch den Pfeil 28 angezeigte Richtung polarisierten Strahls 62 auf einen ersten Photodetektor 66 geleitet wird, während ein Teil des in die Richtung des Pfeils 44 (in Fig. 5 gezeigt) polarisierten Strahls 62 auf einen zweiten Photodetektor 68 reflektiert wird.
Das Ausgangssignal jedes Photodetektors 66, 68 wird als Eingangssignal in einen entsprechenden Analog-Digital-Umsetzer 70 übertragen, der seinerseits ein Eingangssignal zu einem Computerprozessor 72 überträgt. Dieser Prozessor 72 ist eine herkömmliche Einheit, die mit weiteren herkömmlichen Einheiten verbunden ist, beispielsweise einem Systemspeicher 74, einer Festplatte 76 und einer Anzeigeeinheit 78. Programme zur Ausführung im Prozessor 72 werden von einer Diskette 80 in den Speicher 74 geladen.
Mit erneuter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird nun die Funktionsweise der Vorrichtung als Breitabtastungs- Interferometer 2 zur. Erfassung der Positionen von Defekten beschrieben. In einer typischen Anwendung der Vorrichtung wird die Speicheroberfläche einer Festplatte gemessen, um die Glätte bis auf wenige Nanometer zu bestimmen, Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine automatische Prozedur für die erste Abtastung der Platte unter Verwendung des Zeilenabtastsensors 7 bereitgestellt, der feststellt, an welcher Stelle Defekte in der Plattenoberfläche erkannt werden. Die Position jedes solchen Defektes wird für die nachfolgende Entwicklung eines Profils mittels des Schmalabtastungs-Interferometers 2a gespeichert.
Das Grundverfahren der Messung mit dem Breitabtastungs- Interferometer 2 verwendet die Laserdunkelfeld- Verschiebelängeninterferometrie, die dunkle Bereiche liefert, die glatten Breichen entsprechen, während Defekte als helle Lichtflecken erscheinen. In diesem Messprozess wird die Platte 2c in einer Spiralbewegung abgetastet, wobei sie mit der Drehscheibe 2e gedreht wird, wenn das Interferometer 2 ebenfalls durch den Motor 3c in einer linearen Bewegung angetrieben wird. Die Oberfläche 2b der Platte 2c wird mit dem Interferometer beleuchtet. Der Zeilenabtastsensor 7 folgt dieser Abtastung, wobei Erhebungen oder Vertiefungen in der Plattenoberfläche als helle Lichtflecken aufgezeichnet werden. Glücklicherweise wird die überwiegende Mehrheit einer typischen Platte als Dunkelheit aufgezeichnet, wodurch angezeigt wird, dass die Platte innerhalb gewünschter Grenzen eben ist. Eine 95-mm-Platte erzeugt beispielsweise etwa 460 MB von Daten, von denen fast alle normalerweise Nulldaten ohne Wert sind.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild eines Bildvorverarbeitungssystems, das diese Daten durchsieht, die mit einer Frequenz von 20 Millionen Proben pro Sekunde vom Ausgang des Zeilenabtastsensors 7 eintreffen. Dieses System löscht die Nulldaten, wobei die nützlichen (valuable) Daten mit Kennzeichnungen gespeichert werden, die jedes Datenelement an einem Punkt der Plattenoberfläche lokalisieren. Das Bildvorverarbeitungssystem besteht aus den folgenden drei Hauptteilen: einer Bildprozessorkarte (video processor board) (VPB) 164, die den Zeilenabtastsensor 7 speist und taktet, während sie Daten vom Sensor 7 verarbeitet und ausgibt; eine Positionsregistrierkarte (position logging card) (Protokollkarte(10 g card)) 166, die die Ausgangssignale liest, die die Drehposition der Drehscheibe 2e und die lineare Position der Trägereinrichtung (carriage) 159 anzeigen; und einen digitalen Signalprozessor (DSP) 168, der Daten von der VPB 164 und der Protokollkarte 166 verarbeitet, um eine Positionsabbildung von erkannten Merkmalen zu erzeugen.
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht des Zeilenabtastsensors 7 im Breitabtastungs-Interferometer 2 von Fig. 2 mit zusätzlichen Anzeigen eines Teils der während einer einzelnen Bildzeilenabtastung (video line scan) einer Prüfprobe durch diesen Sensor geprüften Oberfläche. Der Sensor 7 enthält 1063 Bildelemente 169, von denen 1024 aktive Bildelemente sind, von denen jedes den Helligkeitsgrad (illumination level) eines Interferogramms misst, das einem 0,6 Mikrometer breiten Bereich entspricht. Folglich wird das Interferogramm eines Teils der Prüfoberfläche 16 mit einer Breite von 614 Mikrometern vom Zeilenabtastsensor 7 geprüft.
Mit Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 fungiert die VPB 164 als Steuereinheit für den Zeilensensor 7, die den Sensor 7 speist und taktet sowie ausgegebene Bilddaten verarbeitet. In Sensortaktungs- und -zeitsteuerungsschaltungen (sensor clocking and timing circuits) 170 erzeugt die VPB 164 einen 20-MHz-Takt mit einem Zeilensynchronisierungsimpuls (line sync Pulse) alle 1063 Taktzyklen. Dieser Synchronisierungsimpuls bewirkt, dass die CCD-Elemente im Sensor 7 in ihre zugeordneten Schieberegister ausgegeben werden und beginnen, Daten zur VPB 164 zu übertragen. Während des Abtastprozesses tritt erfolgt mit jedem Taktimpuls von den Sensor-Taktungs- und Zeitsteuerungsschaltungen 170 eine Abtastung einer Bildzeile, wobei Daten von jedem der 1063 Bildelemente bereitgestellt werden. Da diese Impulse mit einer Frequenz von 20 MHz auftreten, beträgt die Zeit zwischen den Impulsen 50- Nanosekunden, und der Zeilensynchronisierungsimpuls zwischen Zeilenabtastvorgängen tritt alle 53,15 Millisekunden auf.
Mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 2 erzeugt das Breitabtastungs-Interferometer 2 zwei polarisierte beleuchtete Linien auf der zu prüfenden Oberfläche. Daher führt jeder messbare Defekt in dieser Oberfläche zu zwei Bildern oder hellen Lichtflecken im Dunkelfeld, die vom Zeilenabtastsensor sequenziell erfasst werden. Diese beiden Zeilen sind durch 60 Mikrometer getrennt, den Verschiebe-Abstand des Interferometers 2.
Da der zeitliche Abstand zwischen den Bildzeilenabtastvorgängen auf 53,15 Millisekunden gehalten wird, wird die Strecke, die von der zu prüfenden Oberfläche 2b zwischen Bildzeilen zurückgelegt wird, mittels der Geschwindigkeit ermittelt, mit der die Oberfläche bewegt wird. Vorzugsweise wird diese zurückgelegte Strecke auf einen Teiler des Verschiebe-Abstandes gesetzt, so dass die beiden von einem einzigen Defekt herrührenden Bilder leichter ermittelt und miteinander in Bezug gesetzt werden können. In der Vorliegenden Anwendung zur Überprüfung von Festplattendatenträgern wird der Abstand vorzugsweise auf 30 Mikrometer oder die Hälfte des Verschiebe-Abstandes gesetzt. Verschiedene Typen von Oberflächen werden am leistungsfähigsten geprüft, wenn dieser Abstand auf verschiedene Teiler des Verschiebe-Abstandes gesetzt wird. Bei 53,15 Millisekunden zwischen Bildabtastvorgängen wird der gewünschte Abstand von 30 Mikrometern erhalten, indem die Geschwindigkeit auf 0,5644 Meter/Sekunde gesetzt wird. Unter diesen Bedingungen ist die Zeilenabtastung, in der das zweite Bild eines Defekts erkannt wird, normalerweise die zweite Zeilenabtastung nach der Zeilenabtastung, in der das erste Bild des Defekts erkannt wird. In der vorliegenden Anwendung wird diese Geschwindigkeit auf einem konstanten Wert gehalten, während ein Spiralmuster auf einer plattenförmigen Oberfläche geprüft wird, indem die Winkelgeschwindigkeit der Drehscheibe 2e (in Fig. 1 gezeigt) vermindert wird.
Mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 7 teilt dieser Abtastprozess die geprüfte Oberfläche in 1024 Bildelemente 17, von denen jedes die Oberflächenbedingungen eines 0,6 Mikrometer breiten und 30 Mikrometer langen Spiralbogens darstellt. Die gesamte. Bildabtastung stellt die Oberflächenbedingungen eines Spiralbogens 174 dar, der 614 Mikrometer breit und 60 Mikrometer lang ist. In der CCD-Anordnung im Sensor 7 gibt es 1063 Bildelemente, von denen 1024 aktiv sind und gültige Daten enthalten. Die restlichen Bildelemente stellen Steuer- und Bilddaten bereit, die keine gültigen Daten sind. Die VPB 164 (in Fig. 6 gezeigt) ignoriert diese nichtinformativen Bildelemente und prüft die aktiven Bildelemente.
Da während jeder Bildzeilenabtastung von jedem Bildelement nur ein Ausgangssignal bereitgestellt wird, wird in jedem Bildelement 172 eine Bereichsintegration (area integration) erzeugt. Das heißt, die zwei oder mehr Defekten 174 im selben Bildelement zugeordneten Helligkeitsgrade werden addiert, um das Ausgangssignal dieses Bildelementes zu erzeugen. Dennoch erzeugt dieses Abtastverfahren brauchbare Ergebnisse, insbesondere da ein einziger messbarer Defekt oder mehrere Defekte in einem bestimmten Bildelement verhältnismäßig selten sind. Eine weitere Form der Integration wird vom Prozess bereitgestellt, wenn für jede Zeilenabtastung mit einem oder mehreren Defekten die Lichtstärke des hellsten Bildelementes als ein einziger maximaler Helligkeitsgrad gespeichert wird, der der Zeilenabtastung zugeordnet wird.
Andererseits kann ein einzelner Defekt 176 an einer Grenze zwischen Bildelementen in sequenziell angrenzenden Bildzeilenabtastvorgängen vorkommen. Dieses Vorkommen stellt kein Problem dar, außer dass das sich für jedes der Bildelemente ergebende Ausgangssignal aufgrund der Auswirkung der Bereichsintegration in jedem Bildelement 172 unter dem Schwellenwert liegen kann, so dass ein Defekt, der erkannt werden sollte, übersehen wird. Um dieses Vorkommen zu vermeiden, prüft der Prozess der vorliegenden Erfindung die maximalen Helligkeitsgrade von angrenzenden Integralen, wobei festgestellt wird, ob ihre Verknüpfung zur Erkennung eines Defektes führen muss.
Fig. 8 ist eine Darstellung des Ausgangssignals vom Zeilenabtastsensor 7, in der die einzelnen Pegel 178 die ausgegebenen Helligkeitsgrade einzelner Bildelemente 169 (in Fig. 7 gezeigt) anzeigen, wenn die Lichtstärke dieser Bildelemente sequenziell mit der Taktfrequenz von 50 MHz getaktet wird. Ein mit diesem Signal verbundener messbarer Rauschpegel bewirkt verhältnismäßig kleine Unterschiede in den Lichtstärken angrenzender Bildelemente. Im Allgemeinen zeigt eine glockenförmige Kurve 180 an, dass ein Defekt erkannt wird. Diese Form ergibt sich sowohl durch die Größe des Defekts als auch durch die Tatsache, dass das optische System des Interferometers 2 nicht perfekt fokussiert werden kann. Die Erkennung eines Defekts beginnt mit dem ersten Bildelementausgangssignal 182 über einem Startschwellenpegel 183. Die Erkennung eines Defekts endet sodann mit dem ersten Bildelementausgangssignal 184 unter einem Endschwellenpegel 185. Folglich wird zwischen den beiden Schwellenpegeln 183 und 185 ein Differenzbereich von Ausgangsspannungen bereitgestellt, in dem die Erkennung eines Defekts beginnen, aber nicht beendet werden kann. Falls sich die Start- und Endschwellenpegel stattdessen auf demselben Pegel befinden würden, würde das Vorhandensein eines einzelnen Defektes mit einer Helligkeit nahe dem Schwellenpegel die fälschliche Erkennung mehrerer Defekte bewirken, da der mit dem Signal verbundene Störpegel den Erkennungsprozess ein- und ausschalten würde. Diese Lücke zwischen den Schwellenpegeln 183 und 185 kann durch die Speicherung der beiden Schwellenpegel realisiert werden. Alternativ kann ein einziger dem Endschwellenpegel 185 entsprechender Schwellenpegel für beide Vergleiche verwendet werden, falls bestimmte niedrigwertige Bits aus dem digitalen Code, die das Anfangslichtstärkensignal darstellen, ignoriert werden, wodurch tatsächlich ein höherer, Pegel dieses Signals bewirkt wird, um die Erkennung eines Defekts zu starten.
Mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 6 sowie auf Fig. 8 durchlaufen Daten, die in die VPB 164 eintreten, die analoge Schaltung 188, so dass sie in einem A/D-Wandler 190 digitalisiert werden, bevor sie zu einem Bildverarbeitungsabschnitt 192 übertragen werden, wo die Daten mit den Schwellenpegeln 183 und 185 Verglichen werden. Falls sich alle Daten von einer einzelnen Bildabtastung unter dem Startschwellenpegel 183 befinden, werden die Lichtstärkendaten gelöscht, und ein einziger Code "Ende des Integrals" wird am Ende der Abtastung zusammen mit einer Anzeige der maximalen Bildelementlichtstärke der Bildabtastungszeile zur Synchronisierung übertragen.
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung der in Fig. 6 als 193 gezeigten FIFO-Register. Diese. Register bestehen aus einem 16- Bit-Adressenregister 194 und einem 8-Bit-Datenregister 195.
Mit Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 9 speichert der Bildverarbeitungsabschnitt 192 die Bildelementnummer dieses Bildelementes 169 im Adressenspeicher 194, falls der Helligkeitspegel von einem Bildelement 169, das mit der Erkennung eines Defektes beginnt, den Startschwellenpegel 183 überschreitet. Für jedes Bildelement wird die maximale Bildelementhelligkeit näht der aktuellen Bildelementhelligkeit verglichen, unabhängig davon, ob sich der VPB-Status über oder unter dem Schwellenpegel befindet. Falls die aktuelle Bildelementhelligkeit größer ist, wird eine neue maximale Bildelementhelligkeit gespeichert. Falls ein Datenwert unter den Endschwellenpegel 185 fällt, wird die Bildelementnummer des den Datenwert bereitstellenden Bildelementes 169 im Adressenregister 194 als die Endadresse gespeichert. Falls ein weiterer Defekt erkannt wird, wird der Prozess wiederholt. Mit dem Synchronisierungsimpuls von den Sensor-Taktungs- und Zeitsteuerungsschaltungen 170 wird eine Null-Markierung "Ende des Integrals" (all-zeros end of integral marker) im Adressenregister aufgezeichnet, und die intern vom Bildverarbeitungsabschnitt 192 gespeicherte maximale Bildelementhelligkeit wird im Datenregister 195 gespeichert. Folglich werden für jeden Übergang des Lichtstärkesignals über dem Startschwellenpegel Start- und Endbildelementadressen im Adressenpuffer 194 gespeichert. Für jede Zeilenabtastung oder jedes Integral mit einem solchen Übergang wird eine maximale Bildelementhelligkeit im Datenregister 195 gespeichert. Die Start- und Endadressen stellen die Breite jedes Merkmals und die Entfernung vom Rand der Bildabtastung bereit. Der Spitzenbildwert (peak video value) stellt zusammen mit dieser Breite Daten bezüglich der Gesamtgröße des Merkmals bereit.
Mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 9 wird die Protokollkarte 166 in Verbindung mit den Bildelementadressen von der VPB 164 verwendet, um die Position eines Merkmals auf der Platte zu ermitteln. Die Protokollkarte zeichnet die Position des Interferometers 2 und der Drehscheibe 2e auf, wenn die Platte 2c bewegt wird, um ein Spiralmuster auf der Prüfoberfläche 16 (alles in Fig. 1 gezeigt) zu prüfen. Diese Daten werden von optischen Positionscodierern (optical position encoders) 196 und 198 erhalten, die die Position des Interferometers 2 bzw. der Drehscheibe 2e bereitstellen. In der Protokollkarte 166 decodieren Quadraturdecodierer (quadrature decoders) 200 die Signale von den Codierern 196 und 198, um eine verhältnismäßig grobe Bestimmung der Position des Interferometers 2 und der Drehscheibe 2e auszuführen, während die Zähler 202 Impulse von den Codierern zählen, um eine genaue Bestimmung dieser Positionen auszuführen. Jedes Mal, wenn die VPB 164 ein Synchronisierungssignal sendet, das anzeigt, dass, gerade eine neue Bildzeile begonnen hat, wird die Protokollkarte 166 so getriggert, dass sie die radialen Positionen (Interferometer) und die Drehpositionen (Drehscheibe) zwischenspeichert. Wenn die Bildelementadresse zur radialen Position addiert wird, stellen die sich ergebenden Daten die Position des Merkmals auf der Platte in Form eines Radius und eines Winkels Theta. Auf diese Weise wird eine Positionsmaßzahl erzeugt, die mit den Merkmaldaten gespeichert wird. Diese Funktion ist kritisch für das Bildvorverarbeitungssystem, da die Position von Daten andernfalls verloren geht, wenn die Nulldaten gelöscht werden.
Sowohl die VPB 164 als auch die Protokollkarte 166 sind mittels der DSP-Busschnittstelle 204 mit dem DSP 168 verbunden. Der DSP 168 enthält einen Prozessor 206, einen Arbeitsspeicher (RAM) 208, einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 210, eine Takt- und Systemzeitsteuerung, Analog-Digital-Umsetzer und eine Kommunikationsverbindung 210 zu einem Personal Hostcomputer (PC) 212. Der DSP 168 synchronisiert und steuert Arbeitsgänge der VPB 164 und der Protokollkarte 166, wobei für jedes erkannte Merkmal Daten erzeugt werden, die aus der Position, der Größe und der Breite des Merkmals bestehen. Außerdem verknüpft der DSP 168 Daten über Merkmale, die sequenziell angrenzende Bildabtastzeilen umfassen, wobei zusammengesetzte Merkmaldaten erzeugt werden.
Mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 2 wird, wie zuvor erläutert wurde, die Objektivlinse 6 mittels einer piezoelektrischen Betätigungseinrichtung 9a als Teil eines Autofokussystems, das auf Änderungen der Dicke des geprüften Teils anspricht, beispielsweise der Platte 2c, in den Richtungen des Pfeils 9 bewegt. Außerdem wird die Wollastonprisma-Anordnung 5 durch ein automatisches System, das eine Betätigungseinrichtung 9c bewegt, um den Phasenwinkeldifferenz zwischen den beiden polarisierten Lichtstrahlen aufrechtzuerhalten, die auf die geprüfte Oberfläche fallen, in die Richtung des Pfeils 9b bewegt. In der nun beschriebenen Art des Systembetriebs wird diese Phasenwinkeldifferenz so gesteuert, dass ein Dunkelfeld aufrechterhalten wird.
Mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 6 protokolliert ein linearer regelbarer Verschiebungsmesswandler (Linear Variable Displacement Transducer) (LVDT) 214 die Position der Objektivlinse 6, wenn sie mit Hilfe der piezoelektrischen Betätigungseinrichtung 9a verändert wird, und ein Prismapositions-LVDT 216 protokolliert die Position der Wollastonprisma-Anordnung 5, wenn sie durch den Betrieb der Betätigungseinrichtung 9c verändert wird. Da diese Bewegungen auf Änderungen der Position oder des Winkels der geprüften Oberfläche hin ausgeführt werden, stellen sie eine Anzeige der allgemeinen Ebenheit oder dem Schlag (runout) der Platte bereit. Daher werden Daten von diesen Sensoren 214 und 216 ebenfalls vom DSP 168 gesammelt.
Der DSP 168 packt alle diese Daten und leitet sie zum Systemhostcomputer 212 weiter, wo Abbildungen von Merkmalen und von Parametern, beispielsweise dem Schlag der Platte, erzeugt werden. Auf einer typischen qualitativ hochwertigen Platte mit weniger als zehn erkennbaren Merkmalen ist die Menge der zum Host übertragenen Daten ein sehr kleiner Bruchteil der vom Zeilensensor 7 und den Sensoren 214 und 216 übertragenen Daten. Mit diesem System werden anstelle der 450 MB, die ohne solche Verfahren erforderlich sein könnten, einige hundert Bytes verwendet, um alle Merkmale von Interesse zu markieren und zu ermitteln.
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung, die Bereiche von Interesse in einem Interferogramm zeigt, das unter Verwendung eines statischen Zeilensensors 7 erzeugt werden kann. Ein erster Bereich 227 enthält positive Bildinformationen, die den Defekt beschreiben. Ein zweiter Bereich 228 enthält negative Bildinformationen, die den Defekt beschreiben. Da ein Überlappungsbereich 229 sowohl positive als auch negative Bilder desselben Defekts enthält, kann er nicht zur Bereitstellung von gültigen den Defekt beschreibenden Daten verwendet werden. Die gestrichelten Linien stellen ein Begrenzungsfeld (bounding box) 230 dar, in dem Bildinformationen gesammelt werden, um Kenntnisse über verschiedene Einzelheiten bezüglich des Defekts zu erlangen. Um sicherzustellen, dass ungültige Daten aus dem Überlappungsbereich 229 nicht in den betrachteten Daten enthalten sind, wird das Zentrum des Begrenzungsfeldes 230 in das zweite Bild platziert, das sich aus dem Doppellinienmuster vom linearen Abtastprozess des Zeilenabtastsensors 7 ergibt.
Fig. 11 ist ein Flussdiagramm, das die Funktionsweise der Gesamtprozesse des Prüfsystems zeigt. Als Erstes wird eine schnelle Abtastung der Plattenoberfläche mit einer konstanten linearen Geschwindigkeit unter Verwendung von Daten ausgeführt, die vom Zeilenabtastsensor 7 mit den verschiedenen oben mit Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 9 beschriebenen Elementen erzeugt werden, wie im Schritt 231 dargestellt wird. Während dieses Prozesses wird eine Defekttabelle erstellt, die alle gefundenen Defekte zusammen mit ihren Positionen auflistet. Auf diese Abtastung folgt im Schritt 232 die Erzeugung eines Profils jedes Defekts in der Defekttabelle unter Verwendung des Schmalabtastungs-Interferometers 2a (in Fig. 3 gezeigt). Wenn jede solche ein einzelnes Profil erzeugende Abtastung ausgeführt wurde, wird im Schritt 233 eine Prüfung ausgeführt, um festzustellen, ob das Ende der Defekttabelle erreicht worden ist. Ist dies der Fall, wird der Prozess bei 234 verlassen; andernfalls wird im Schritt 232 der nächste Defekt aus der Tabelle geprüft. Alternativ kann die Profilerzeugung beginnen, wenn genügend Defekte in der Defekttabelle aufgelistet sind, um gleichzeitig mit dem schnellen Abtastprozess fortzufahren.
Fig. 12 ist ein Flussdiagramm, das die Funktionsweise des im Schritt 231 von Fig. 11 dargestellten schnellen Abtastprozesses zeigt. Insbesondere stellt diese Figur eine Übersicht über die Funktionsweise des im DSP 163 ausgeführten Codes bereit. Zu Beginn des schnellen Abtastprozesses werden im Schritt 236 am Startpunkt der Abtastung verschiedene Schaltungen initialisiert. Dieser Initialisierungsprozess wird mit Bezugnahme auf Fig. 13 ausführlich erläutert. Anschließend werden im Schritt 238 Defekte im aktiven Bereich der, Platte erkannt, der der zu prüfende Teil der Platte ist. Der Defekterkennungsprozess wird mit Bezugnahme auf Fig. 15 ausführlich erläutert. Im Schritt 240 wird eine Prüfung auf eine Abtastbeendigung ausgeführt, wenn Prozessorzeit verfügbar ist. Eine Abtastbeendigung findet beispielsweise statt, falls zu viele Defekte erkannt wurden, wodurch angezeigt wird, dass der geprüfte Teil ohne weitere Prüfung zurückgewiesen werden muss, oder falls sich der Erkennungsprozess außerhalb des aktiven Bereichs bewegt hat. Falls eine Abtastbeendigung stattfindet, werden die Ergebnisse der Abtastung im Schritt 242 zum Hostcomputer 212 (in Fig. 6 gezeigt) hochgeladen.
Fig. 13 ist ein Flussdiagramm, das die Funktionsweise des Initialisierungs- und Synchronisierungsprozesses im Schritt 236 von Fig. 12 zeigt. Mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 sowie auf Fig. 13 werden die Datentabellen und statistischen Werte im Schritt 244 gelöscht, um Werte aus einer vorhergehenden schnellen Abtastung zu beseitigen. Im Schritt 246 wird das Interferometer 2 sodann so gesteuert, dass ein Bereich in Richtung des Zentrums der Platte 2c vom inneren Radius des aktiven Bereichs zur Prüfung ausgerichtet wird. Im Schritt 248 wird die Drehscheibe 2e zur Drehgeschwindigkeit hochgefahren, wenn die Stufe nach außen in Richtung eines Punktes bewegt wird, an dem der innere Radius des aktiven Bereichs zur Prüfung ausgerichtet wird. Falls der innere Radius nicht protokolliert ist, wird der Prozess bei 250 beendet; andernfalls wird im Schritt 254 in der VPB 164 (in Fig. 6 gezeigt) ein intelligenter Abbruch (smart flush) ausgeführt, wobei Variablen zurückgesetzt werden und der Betrieb der VEB 164 mit den vom Zeilenabtastsensor 7 in diese fließenden Daten synchronisiert wird. Falls der intelligente Abbruchprozess nicht ausgeführt werden kann, wie im Schritt 256 festgestellt wird, wird der Gesamtprozess bei 258 beendet.
Fig. 14 ist ein Flussdiagramm, das die Einzelheiten des im Schritt 254 von Fig. 11 stattfindenden intelligenten Abbruchprozesses zeigt. Insbesondere setzt dieser Prozess die mit Bezugnahme auf Fig. 9 beschriebenen FIFO-Register zurück. Im Schritt 260 wird die letzte Position des Datenregisters 195 geprüft, um festzustellen, ob es leer ist. Falls es nicht leer ist, wird diese Position im Schritt 262 gelesen, und die Variable DataCnt wird erhöht. Falls diese Variable einen übermäßig hohen Wert hat, zeigt sie eine Fehlerbedingung an, die im vorhergehenden Arbeitsgang der VPB aufgetreten ist, da der Defekterkennungsprozess vom Block 238 nicht aufrechterhalten werden konnte, wobei der Datenpuffer so schnell geleert wurde, wie er gefüllt wurde. Als Nächstes wird im Schritt 264 die letzte Position des Adressenregisters 194 ähnlich geprüft, um festzustellen, ob es leer ist. Falls es nicht leer ist, wird diese Position im Schritt 266 gelesen, und die Variable AddrCnt wird erhöht. Falls diese Variable einen übermäßig hohen Wert hat, zeigt sie ähnlich an, dass eine Fehlerbedingung im vorhergehenden Arbeitsgang der VPB aufgetreten ist, da der Adressenpuffer nicht schnell genug geleert wurde. Die durch DataCnt und AddrCnt angezeigten Fehlerbedingungen können durch einen Hardwarefehler, durch einen zu niedrig gesetzten Startschwellenpegel 183 (in Fig. 8 gezeigt) oder einfach durch eine besonders schlechte Platte 2c (in Fig. 1 gezeigt), die zu viele Defekte anzeigt, verursacht werden.
In jedem Fall wird als Nächstes im Schritt 268 festgestellt, ob eine Bedingung "Ende des Integrals" (Bildzeilenabtastung) durch eine Nulladresse im Adressenregister 194 angezeigt wurde. Falls eine Bedingung "Ende des Integrals" aufgetreten ist, wird die letzte Position des Adressenregisters im Schritt 270 erneut überprüft. Falls es leer ist, wird das Datenregister 195 im Schritt 272 erneut überprüft. Falls das Datenregister an dieser Stelle leer ist, wurde der VPB- Abbruchprozess ausgeführt, folglich wird der Schritt 254 verlassen. Falls das Datenregister nicht leer ist, wird im Schritt 274 der letzte Wert gelesen, und DataCnt wird erhöht. Wenn festgestellt wird, dass eines dieser Register nicht leer ist, liest das System im Allgemeinen den Wert und kehrt zur Wiederholung der Feststellung zurück. Falls jedoch eine der Variablen DataCnt oder AddrCnt einen festgelegten Grenzwert erreicht hat, wie durch eine Prüfung in den Schritten 276 und 277 festgestellt wird, wird der Abbruchschritt ebenfalls verlassen, da keine Notwendigkeit für eine Fortsetzung besteht.
Fig. 15 ist ein Flussdiagramm, das die Funktionsweise des im Schritt 238 von Fig. 12 stattfindenden Defekterkennungsprozesses zeigt. Dies ist ein Prozess, durch den der DSP 168 (in Fig. 9 gezeigt) jeden Defekt prüft, für den Daten in den FIFO-Registern 194 und 195 (in Fig. 12 gezeigt) gespeichert wurden. Im Schritt 274 wird festgestellt, ob das Adressenregister 194 leer ist. Ist dies der Fall, ist weder ein Defekt zu erkennen noch eine Markierung "Ende des Integrals" zu verarbeiten, folglich wird die Adressenverarbeitung umgangen. Als Nächstes wird im Schritt 276 festgestellt, ob die nächsten Daten im Adressenregister 194 eine Startadresse sind. Nach einem Code "Ende des Integrals" muss die nächste Adresse (wenn es kein weiterer Zeilenintegralcode ist) eine Startadresse sein. Nach einer Startadresse muss die nächste Adresse eine Endadresse sein. Von dieser Stelle an wechselt der Adressentyp zwischen Start- und Endadresse hin und her, bis ein Code "Ende des Integrals" erreicht wird. Falls auf diese Weise festgestellt wird, dass die Adresse eine Startadresse ist, findet im Schritt 278 die Startadressenverarbeitung statt, die mit Bezugnahme auf Fig. 16 ausführlich erläutert wird. Falls sich das System nicht im Startadressenstatus befindet, findet im Schritt 280 die Endadressenverarbeitung statt, die mit Bezugnahme auf Fig. 17 ausführlich erläutert wird.
Mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 12 wird im Anschluss an den Defekterkennungsprozess im Schritt 240 eine Prüfung auf Abtastbeendigung ausgeführt. Folglich wird nach der Startadressenverarbeitung im Schritt 278 eine Prüfung im Schritt 282 ausgeführt, um festzustellen, ob der Aktualisierungszählwert seine Grenze erreicht hat. Ist dies der Fall, wird eine Abschlussprüfung benötigt, daher verlässt das System den Defekterkennungsprozess vom Schritt 238. Falls der Aktualisierungszählwert seine Grenze nicht erreicht hat, wird das Adressenregister im Schritt 274 erneut auf den nächsten Datenpunkt geprüft. Ähnlich wird nach der Endadressenverarbeitung vom Schritt 280 im Schritt 284 festgestellt, ob die Defekttabelle voll ist. Ist dies der Fall, wird eine abschließende Prüfung benötigt, daher verlässt das System den Defekterkennungsprozess vom Schritt 238. Falls die Defekttabelle nicht voll ist, wird das Adressenregister im Schritt 274 erneut auf den nächsten Datenpunkt geprüft.
Fig. 16 ist ein Flussdiagramm, das die Funktionsweise des im Schritt 278 von Fig. 15 stattfindenden Startadressenverarbeitungsprozesses zeigt. Im. Schritt 286 wird das Adressenregister 194 (in Fig. 9 gezeigt) gelesen, um die Startbildelementadresse zu erhalten. Falls die Markierung "Ende des Integrals" nicht vorhanden ist, hat das System den Beginn eines Defekts im Integral erkannt und diese Startadresse gespeichert, so dass die Startadressenverarbeitung verlassen wird. Andernfalls geht die Startadressenverarbeitung mit der Erhöhung des Aktualisierungszählwertes im Schritt 290 weiter. Als Nächstes wird im Schritt 292 eine mit Bezugnahme auf Fig. 17 Bedingung getroffen, unter der sich ein Defekt von einem Bildelement zu einem anderen erstreckt. Anschließend wird das Defektbildprotokoll (Defect Image History) im Schritt 294 auf eine Weise aktualisiert, die mit Bezugnahme auf Fig. 19 ausführlich erläutert wird.
Wie zuvor mit Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben wurde, ist es notwendig, den statischen Zeilensensor 7 auf dem zweiten Bild zu zentrieren, das sich aus jedem Defekt ergibt, um gültige Ergebnisse zu erhalten. Dies wird erreicht, indem lediglich die Adresse des zweiten Bildes mit verschiedenen während des linearen Abtastprozesses gesammelten Daten aufgelistet wird. Folglich wird in der Startadressenverarbeitung im Schritt 296 eine Prüfung ausgeführt, um festzustellen, ob das aktuelle Bild das zweite Bild eines Defekts ist. Mit der typischen Integrationslänge von 30 Mikrometern liegt das zweite Bild zwei Integrale (oder Bildabtastvorgänge) hinter einem ähnlichen ersten Bild. Falls festgestellt wird, dass das aktuelle Bild das zweite Bild ist, wird die Defektposition im Schritt 298 mit den damit verbundenen Daten aufgezeichnet. Unabhängig davon, ob das Bild das erste oder das zweite Bild ist, werden die die geprüfte Position (Radius und Winkel) anzeigenden Daten zusammen mit den Autofokusdaten und den Prismapositionsdaten im Schritt 300 aktualisiert. Falls sich die neue Autofokusposition von der zuvor protokollierten Position um einen festgelegten Schwellenwert unterscheidet, wie im Schritt 302 festgestellt wird, findet im Schritt 304 eine Autofokusabbildung zusammen mit Positions- und Phasenwinkeldaten statt. Als Nächstes wird die Startadressenverarbeitung verlassen.
Fig. 17 ist ein Flussdiagramm, das die Funktionsweise der im Schritt 284 von Fig. 15 stattfindenden Endadressenverarbeitung zeigt. Das Adressenregister 194 wird im Schritt 306 gelesen, und im Schritt 308 wird eine Prüfung auf eine Fehlerbedingung ausgeführt. Insbesondere falls festgestellt wird, dass die Endadresse gleich null oder kleiner als die aktuelle Startadresse ist, ist in der VPB 164 ein Hardwarefehler aufgetreten, folglich wird die Verarbeitung beendet. Als Nächstes wird im Schritt 310 eine Prüfung ausgeführt, um festzustellen, ob die Bildelementbreite kleiner als ein voreingestelltes Minimum ist. Ist, dies der Fall, wird die Verarbeitung dieser bestimmten Endadresse verlassen. Als Nächstes wird im Schritt 312 festgestellt, ob das angrenzende Defektbild und das aktuelle Defektbild in das zur statischen Abtastung im Zeilensensor 7 verwendete Begrenzungsfeld passen. Falls sie nicht hineinpassen, wird diese Endadressenverarbeitung verlassen, nachdem die Bildelementbreite der vorhergehenden Bildes im Schritt 314 vergrößert wurde. Andernfalls werden die Bilddaten im Schritt 316 aufgezeichnet, darunter die Bildelementadressen, die Position (Radius und Winkel), die Autofokus- und Prismapositionseinstellungen und der Integralzählwert. Im Schritt 318 wird sodann festgestellt, ob in diesem Integral bereits ein anderes Bild aktiv ist. Falls nicht, wird dem aktuellen Bild im Schritt 320 ein aktiver Bildzeiger zugeordnet. In jedem Fall wird die Endadressenverarbeitung verlassen.
Fig. 18 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess des Schrittes 292 in Fig. 16 zeigt, der zur Bearbeitung der Bedingung ausgeführt wird, unter der sich ein Defekt zwischen sequenziell angrenzenden Integralen erstreckt. Bei einem Fehlen dieser Art von Vorkehrung ist es unter dieser Bedingung möglich, dass ein Defekt vorliegt, der erkannt werden müsste, jedoch nicht erkannt wird, da er einen Teil seiner sich ergebenden Lichtstärke auf zwei Integrale verteilt, ohne dass die Lichtstärke von einem der beiden auf einen Pegel erhöht wird, der erkannt wird. Um dieses Problem zu verhindern, wird für jedes sequenziell angrenzende Paar von Integralen eine als PelSum bezeichnete summierte Lichtstärke berechnet, die für gespeicherte Daten aus dem vorhergehenden Wert von PelSum und dem aktuellen maximalen Helligkeitsgrad, dem aktuellen MaxPel, ermittelt wird. Um einen neuen Wert für PelSum zu bestimmen, wird der vorhergehende Wert von MaxPel im Schritt 322 von PelSum subtrahiert, und das vorhergehende MaxPel wird auf den Pegel des aktuellen MaxPel gesetzt.
Eine der Formen von Daten, die während dieses Prozesses entwickelt werden, ist ein Histogramm mit Elementen, die den verschiedenen erfassten Lichtstärkenwerten von MaxPel entsprechen. Jedes Mal, wenn ein Wert von MaxPel ermittelt wird, wird das durch den MaxPel-Wert indizierte Histogrammelement erhöht. Im Schritt 324 wird das Datenregister 195 geprüft, um festzustellen, ob es leer ist. Es sollte nicht leer sein, doch falls es leer ist, wird MaxPel im Schritt 326 auf null gesetzt, und das Histogrammelement 0 wird erhöht, wodurch angezeigt wird, dass ein Problem aufgetreten ist. Falls Daten aus dem Datenregister 195 erhältlich sind, wird dieser Wert im Schritt 328 gelesen, und das durch diesen Wert indizierte Histogrammelement wird erhöht. Schließlich wird der neue Wert für MaxPel im Schritt 330 zu PelSum addiert.
Fig. 19 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess vom Schritt 294 in Fig. 16 zeigt, in dem die Defektbildprotokolltabelle aktualisiert wird. Als Erstes wird diese Tabelle im Schritt 332 um ein Bit nach links verschoben. Im Schritt 334 wird sodann festgestellt, ob sich bereits ein anderes aktives Bild im aktuellen Integral befindet. Ist dies der Fall, wird das aktuelle MaxPel im Schritt 336 den aktiven Defekten im Integral zugewiesen, ein Bit "Defekt vorhanden" (defect present bit) wird im Bildprotokoll gesetzt, und das MaxPel des aktuellen Defekts wird auf das aktuelle MaxPel gesetzt, und dieser Schritt 294 wird verlassen. Falls sich andernfalls noch kein aktives Bild im Integral befindet, wie durch den Schritt 334 festgestellt wird, wird im Schritt 338 festgestellt, ob sich PelSum über dem Startschwellenpegel 183 (in Fig. 8 gezeigt) befindet. Falls PelSum nicht über diesem Schwellenpegel liegt, wurde kein Defekt erkannt und dieser Schritt 294 wird verlassen. Falls PelSum über diesen Schwellenpegel liegt, wird ein neuer Defekt entweder im aktuellen Integral oder im vorhergehenden Integral gesetzt, je nachdem, welches den größten MaxPel-Wert aufweist, folglich wird im Schritt 340 festgestellt, ob der vorhergehende MaxPel- Wert größer als der gegenwärtige MaxPel-Wert ist. Falls das gegenwärtige MaxPel größer ist, wird das Bit "Defekt vorhanden" im Bildprotokoll auf die Position gesetzt, die dem vorhergehenden Integral entspricht, und Defektpositionswerte (Radius und Winkel), ein Autofokuswert und ein Prismapositionswert werden den dem vorhergehenden Integral zugeordneten Pegeln zugewiesen. Falls das aktuelle MaxPel größer ist, wird das Bit "Defekt vorhanden" im Schritt 344 auf die dem gegenwärtigen Integral entsprechende Position gesetzt, und diese Werte werden den Pegeln des aktuellen Integrals zugewiesen. In jedem Fall wird das MaxPel des Defekts im Schritt 346 ausgehend von dem PelSum gesetzt, und der Aktualisierungsprozess des Schrittes 294 wird verlassen.
Fig. 20 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess des Schrittes 300 in Fig. 16 zeigt, in dem die Defektposition aufgezeichnet wird. Als Erstes wird im Schritt 348 festgestellt, ob der erkannte Defekt ein Teil eines größeren Defekts ist, der bereits erkannt wurde. Falls er nicht Teil eines größeren Defekts ist, wie durch Prüfen der Ergebnisse für das vorhergehende Integral festgestellt wird, werden der aktuelle Defektposifionszeiger und der aktuelle Zählwert von Defektpositionen im Schritt 350 gespeichert. Falls er Teil eines großen Defekts ist, werden der zuvor gespeicherte Defektpositionszeiger und der vorhergehende Defektpositionszählwert im Schritt 352 gespeichert. Auf diese Weise wird nur das Defektbild des letzten Integrals für Defekte aufgezeichnet, die sich über angrenzende Integrale erstrecken.
Mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 10 wird die Notwendigkeit dieser Prozedur veranschaulicht, indem das durch einen großen Defekt verursachte Interferogrammmuster 354 betrachtet wird. Falls der große Defekt sich vom Zentrum des Begrenzungsfeldes aus nach unten erstreckt, besteht das gesamte Bild des großen Defekts im Begrenzungsfeld aus einem, gültigen positiven Bild, wenn ein solches Muster im statischen Abtastprozess vom Zeilensensor 7 abgetastet wird. Falls das Begrenzungsfeld stattdessen entlang des Interferogramms des großen Defekts nach unten bewegt wird, sind sowohl positive als auch negative Bilder im Begrenzungsfeld vorhanden, wodurch ungültige oder unklare Ergebnisse erzeugt werden.
Mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 20 werden Defektdaten im Schritt 356 aufgezeichnet, falls es ein aufzuzeichnendes Defektbild gibt und falls die radiale Position des Defektes kleiner als der Endradius ist, wodurch angezeigt wird, dass sich der Defekt im aktiven geprüften Bereich befindet, wie im Schritt 354 festgestellt wird. Insbesondere werden die Startbildelementadresse und -breite zusammen mit dem MaxPel des Defekts, den Positionsdaten, den Autofokus- und Prismapositionsdaten und dem Integralzählwert aufgezeichnet. Außerdem wird die Position des Defektpositions-Feldzeigers (Defect Location Array Pointer) erhöht. Als Nächstes wird im Schritt 358 festgestellt, ob der Defekt zu breit: ist, indem er einen maximalen Schwellenwert für die Bildelementbreite überschreitet. Falls er zu breit ist, wird die globale Anzeige für die Bildelementbreite im Schritt 360 auf die Bildelementbreite der Position gesetzt. Falls er nicht zu breit ist, werden der Defektbildzähler und der Positionszähler im Schritt 362 erhöht. Falls die Defektpositionstabelle voll ist, wie im Schritt 364 festgestellt wird, wird der Prozess der Aufzeichnung von Defektpositionen sodann verlassen. Falls diese Tabelle nicht voll ist, wird gegebenenfalls der nächste Defekt in diesem Integral zur Aufzeichnung geprüft, wie im Schritt 345 festgestellt wird.
Fig. 21 ist ein Flussdiagramm, das die Funktionsweise des Schrittes der Aufzeichnung der Autofokusabbildung 304 in Fig. 16 zeigt. Bei der Autofokusabbildung wird der aktuelle Autofokuswert verwendet, um Eigenschaften der Umfangskrümmung und der radialen Krümmung (circumferential and radial curvature) einzustellen, die bestimmte Merkmale der geprüften Platte beschreiben. Als Erstes wird im Schritt 366 die Analog- Digital-Umsetzung von Autofokus- und Prismapositionssignalen getriggert, aktuelle Positionsvariablen (Radius und Winkel) werden als vorhergehende gespeichert, und neue aktuelle Positionsvariablen werden gelesen. Als Nächstes wird im Schritt 368 ein neuer Autofokuswert gelesen. Dieser Autofokuswert wird verwendet, um Maximal- und Minimalwerte einer Umfangskrümmungsvariablen zu setzen oder zurückzusetzen, die die Ebenheit der zu prüfenden Platte 2c anzeigt. Falls im Schritt 370 festgestellt wird, dass der Autofokuswert kleiner als die minimale Umfangskrümmung ist, wird die minimale Umfangskrümmung im Schritt 372 auf den aktuellen Autofokuswert gesetzt. Falls im Schritt 374 festgestellt wird, dass der Autofokuswert größer als die maximale Umfangskrümmung ist, wird die maximale Umfangskrümmung im Schritt 376 auf den Autofokuswert gesetzt.
Als Nächstes wird im Schritt 378 ein Speichenzeiger (spoke pointer) pSpk erzeugt, um die Entwicklung einer Speichenstatistik (spoke statistics) entlang einer Speiche zu ermöglichen, die als eine Linie definiert wird, die sich vom Zentrum der Platte im aktuellen Winkel nach außen erstreckt. Falls im Schritt 380 festgestellt wird, dass der aktuelle Autofokuswert kleiner als der minimale Autofokuswert für die Speiche ist, wird der minimale Autofokuswert der Speiche im Schritt 382 vom aktuellen Autofokuswert ausgehend gesetzt. Falls im Schritt 384 festgestellt wird, dass die Differenz vom minimalen zum maximalen Autofokuswert größer als die maximale Umfangskrümmung für die Platte ist, wird die maximale Umfangskrümmung im Schritt 386 von der minimalen auf die maximale Autofokusdifferenz gesetzt. Falls im Schritt 388 festgestellt wird, dass der aktuelle Autofokuswert größer als der maximale Autofokuswert für die Speiche ist, wird dieser letztere Wert im Schritt 390 auf den aktuellen Autofokuswert gesetzt. Falls im Schritt 392 festgestellt wird, dass der Abstand vom minimalen zum maximalen Autofokuswert größer als die maximale Umfangskrümmung für die Platte ist, wird die maximale Umfangskrümmung im Schritt 394 vom minimalen auf den maximalen Autofokusabstand der Speiche gesetzt. Als Nächstes werden im Schritt 396 aktuelle Werte für die Autofokusposition (Position der Linse) und für die Prismaposition gelesen. Die Codes für diese Variablen werden zur Speicherung in einem Paar gebildet;
Ein Differenzfehlersignal (differential error signal), das den Fokussierfehler anzeigt, der im Teilsystem zur automatischen Fokussierung der Linse 6 auftritt, wird aus der Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Photodetektoren im Fokusdetektor 8c erzeugt. Da dieses Fehlersignal die Fähigkeit des Autofokussignals darstellt, mit Änderungen in der Höhe der Platte 2c Schritt zu halten, wenn diese zur Prüfung gedreht wird, und dadurch eine ordnungsgemäße. Funktion des Interferometers 2 aufrechterhält, wird dieses Fehlersignal auch im Schritt 396 gelesen, um in einen äquivalenten Autofokusfehler im Mikrometer umgewandelt zu werden. Als Nächstes wird der aktuelle Autofokusfehler im Schritt 400 mit dem gegenwärtig gespeicherten maximalen Autofokusfehler verglichen. Falls der aktuelle Autofokusfehler größer ist, wird der maximale Autofokusfehler im Schritt 402 auf den neuen maximalen Wert gesetzt. In jedem Fall wird der Schritt 304 als Nächstes verlassen.
Fig. 22 ist ein Flussdiagramm, das die in der Prüfung auf Abtastbeendigung des Schrittes 240 von Fig. 12 stattfindenden Prozesse zeigt. In einer ersten Reihe von Prüfungen, die im Schritt 404 stattfinden, wird eine Beendigungsbedingung festgestellt, falls die Defektbildtabelle voll ist, falls die Defektpositionstabelle voll ist, falls die Autofokusabbildungstabelle voll ist, falls die Bildelementbreite einen Grenzwert überschritten hat, falls die Abtastzeit ein Zeitlimit überschritten hat, falls der Adressenpuffer 194 voll und gesperrt (latched) ist oder falls der Datenpuffer 195 voll und gesperrt ist. Falls irgendeine dieser Beendigungsbedingungen erfüllt wird, wird der Prüfprozess beendet. Die Auswirkung der Beendigung wird in Fig. 12 gezeigt. Als Nächstes der Aktualisierungszähler im Schritt 406 überprüft, um festzustellen, ob er gleich null ist. Falls er zu diesem Zeitpunkt gleich null ist, wurde er zu Beginn der Defektabtastung auf null gesetzt, folglich wird die Abtastbeendigungsprüfung verlassen. In einer zweiten Reihe von Prüfungen, die im Schritt 408 stattfinden, werden mehrere ändere Beendigungsbedingungen geprüft. Der Prozess wird beendet, falls der aktuelle Winkel größer als der Maximalwinkel (360 Grad) ist, wodurch angezeigt wird, dass der Drehscheibencodierer 198 (in Fig. 6 gezeigt) zu viele Bits gezählt hat, falls der Defektbildzählwert den Grenzwert (Limit in Band) überschreitet (der eine festgelegte maximale Anzahl von Defekten ist, die in einem ringförmigen Teil der Platte 2c zulässig sind), falls die Umfangskrümmung den Grenzwert überschreitet (der eine festgelegte maximal zulässige Krümmung in einem ringförmigen Teil der Platte ist) oder falls die maximale Umfangskrümmung den Grenzwert überschreitet.
Als Nächstes wird im Schritt 410 festgestellt, ob der vorhergehende Winkel größer als der aktuelle Winkel ist. Ist dies der Fall, würde von der Drehscheibe 2e (in Fig. 1 gezeigt) eine volle Umdrehung ausgeführt, wobei der 0-Grad- Winkel durchlaufen wird, wodurch der Beginn einer neuen Umdrehung angezeigt wird. Falls diese stattgefunden hat, werden mehrere Arbeitsgänge ausgeführt, die am Ende einer vollen Umdrehung stattfinden. Als Erstes wird im Schritt 412 eine Prüfung ausgeführt, um festzustellen, ob das Statistikprotokoll-Feld (Track Statistic Array) voll ist. Falls es nicht voll ist, werden im Schritt 414 verschiedene Statistiken für das Protokoll aufgezeichnet, darunter die minimale und maximale Krümmung, der Radius und der maximale Autofokusfehler. In jedem Fall wird der Drehzähler (spin counter) im Schritt 416 erhöht, und im Schritt 418 wird eine Prüfung ausgeführt, um festzustellen, ob die minimale Umfangskrümmung auf einen Wert gesetzt wurde, der kleiner als die Plattenkrümmung ist. Ist dies der Fall, wird die minimale Plattenkrümmung im Schritt 420 auf den Pegel der minimalen Umfangskrümmung gesetzt. Ähnlich wird im Schritt 422 eine Prüfung ausgeführt, um festzustellen, ob die maximale Umfangskrümmung auf einen Wert gesetzt wurde, der kleiner als die Plattenkrümmung ist. Ist dies der Fall, wird die maximale Plattenkrümmung im Schritt 424 auf den Wert der maximalen Umfangskrümmung gesetzt. Als Nächstes wird im Block 426 festgestellt, ob die Plattenkrümmung den Grenzwert überschreitet. Ist dies der Fall, wird der Prozess beendet; andernfalls wird die maximale Plattenkrümmung im Schritt 428 von der maximalen Umfangskrümmung ausgehend gesetzt.
Falls andererseits im Schritt 410 festgestellt wird, dass keine volle Umdrehung ausgeführt wurde, sind die verschiedenen oben beschriebenen Schritte im Anschluss an den Schritt 410 nicht notwendig. In jedem Fall wird im Schritt 430 festgestellt, ob der innere Radius gleich null ist. Ist dies der Fall, ist es bekannt, dass der innere Radius auf null gesetzt wurde, um eine spezielle Diagnoseprozedur auszuführen, in der die Drehscheibe gedreht wird, ohne das Interferometer 2 zu bewegen (beides in Fig. 1 gezeigt). In einer solchen Prüfung wird die gewünschte Anzahl von Drehungen anfänglich als ein Grenzwert eingestellt; falls der innere Radius null ist, wird der Drehzähler im Schritt 432 folglich mit diesem Grenzwert verglichen. Falls der Grenzwert erreicht worden ist, wird der Prozess beendet, wenn er ausgeführt wurde; andernfalls wird die Prüfung für den Beendigungsschritt 240 verlassen.
Falls im Schritt 430 festgestellt wird, dass der innere Radius nicht null ist, ist eine Prüfung der vollständigen Platte im Gange. Das Konzept von Ringen wurde realisiert, um Änderungen der Prüfkriterien für verschiedene Ringe oder ringförmige Bereiche innerhalb des aktiven Bereichs der Platte zu ermöglichen. Folglich wird die radiale Position der Trägereinrichtung 159 im Schritt 434 mit dem äußeren Radius des aktuellen Rings verglichen. Falls der aktuelle Radius nicht größer als der äußere Radius des Rings ist, wird die Prüfung für den Beendungsschritt 240 verlassen. Falls der aktuelle Radius größer als der äußere Radius des aktuellen Rings ist, wird der Index des aktuellen Rings ist Schritt 436 erhöht. Falls der neue aktuelle Ring gleich der maximalen Ringgrenze ist, wie im Schritt 438 festgestellt wird, wird die Prüfung beendet, wenn sie ausgeführt wurde; andernfalls wird die Prüfung auf Beendigung verlassen.
Wie zuvor mit Bezugnahme auf Fig. 11 erwähnt wurde, kann der Prozess der Erzeugung von Profilen von einzelnen Defekten mit dem Schmalabtastungs-Interferometer 2a gestartet werden, sobald genügend zu prüfende Defekte in der Defekttabelle vorhanden sind, oder er kann warten, bis der gesamte Bereich von Interesse vom Breitabtastungs-Interferometer 2 abgetastet wurde.
Mit erneuter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 wird nun die Erzeugung eines Defektprofils beschrieben. Die in den Photodetektoren 66, 68 gemessenen relativen Lichtstärken stellen eine. Anzeige der relativen Polarisationsgrade entlang der Haupt- und Nebenachse der durch die Ellipse 60 angezeigten elliptischen Polarisation und folglich der Phasenverschiebung zwischen den Teilrückstrahlen 48, 50 bereit. Diese Phasenverschiebung ist abhängig von der relativen Höhe der Prüflichtflecken 54, 56 und von Parametern im Interferometer 2a. Der elliptisch polarisierte Rückstrahl, der das Lambda- Halbe-Blättchen 30 verlässt, kann mathematisch in einen X- Vektor Vx, der das Licht beschreibt, das in die durch den Pfeil 28 angezeigte Richtung polarisiert wird, und einen Y-Vektor Vy geteilt werden, der das Licht beschreibt, das in die durch den Pfeil 44 angezeigte Richtung polarisiert wird. Die Werte dieser Vektoren sind in Abhängigkeit von der Zeitvariablen t gegeben durch:
Vx = A&sub0;sin(ωt + kL + 2d + Φ&sub0;) (1)
Vy = A&sub0;sin(ωt + kL) (2)
Folglich haben der X- und der Y-Vektor dieselbe Amplitude A&sub0; und unterscheiden sich lediglich im Phasenwinkel. In diesen Gleichungen ist ω die Winkelfrequenz des Laserstrahls in Radianten pro Sekunde, L ist die ursprüngliche Länge des Lichtpfades, der nicht von Bedeutung ist, da er in beiden Gleichungen (1) und (2) dieselbe Auswirkung hat, d ist der durch diesen Prozess gemessene Höhenunterschied, Φ&sub0; ein ursprünglicher Phasenwinkel, der der von der Vorrichtung bereitgestellte Phasenwinkel ist, wenn sich die Prüflichtflecken 54, 56 auf gleicher Höhe befinden, und k ist eine Wellenzahl, die folgendermaßen definiert ist:
In diesem Ausdruck ist λ die Wellenlänge des Laserstrahls.
k = 2π/λ (3)
Zur Vereinfachung der folgenden mathematischen Ableitung werden diese Gleichungen unter Verwendung der komplexen Schreibweise folgendermaßen neu geschrieben:
Vx = A&sub0;e(ωt + kL + 2kd + Φ&sub0;) (4)
Vy = A&sub0;e(ωt + kL) (5)
Nach dem Durchgang durch den Strahlenteiler 25 wird der elliptisch polarisierte Rückstrahl 62 im polarisierenden Strahlenteiler 64 in Teilstrahlen zerlegt. Da dar Strahlenteiler 25, der vom nichtpolarisierenden Typ ist, unterschiedliche Polaritäten auf dieselbe Weise behandelt, werden Verluste beim Durchlass durch diesen Strahlenteiler 25 nicht betrachtet, wenn festgestellt wird, dass die Lichtstärke im Photodetektor 68 gegeben ist durch:
Vs = Vxcos45º + Vycos45º (6)
Ähnlich ist die Lichtstärke im Photodetektor 66 gegeben durch:
Die im Photodetektor 68 gemessene Lichtstärke wird erhalten, indem Vs mit seiner konjugierten komplexen Zahl multipliziert wird, was zu folgender Gleichung führt:
Als Nächstes wird I&sub0; als gleich dem Quadrat von A&sub0; definiert, der imaginäre Teil der obigen Gleichung wird weggelassen, und der reale Teil der Gleichung wird folgendermaßen neu geschrieben:
Ähnlich ist die Strahlenstärke im Sensor 66 gegeben durch:
Die vorausgehende Erläuterung setzt voraus, dass der eintreffende Laserstrahl 14, der flach unten auf das Lambda- Halbe-Blättchen 30 gerichtet ist, perfekt in der Richtung des Pfeils 28 polarisiert ist, wenn er in das Lambda-Halbe- Blättchen 30 eintritt. Mit anderen Worten, die vorausgehende Erläuterung setzt voraus, dass die folgenden Gleichungen wahr sind:
Ix = I&sub0; (13)
Iy = 0 (14)
Ein realistischeres mathematisches Modell ist durch die folgenden Gleichungen gegeben, in denen Γ einen Wert zwischen 0 und 1 hat, der von verschiedenen Aspekten der Vorrichtung abhängig ist. Falls der eingehende Laserstrahl, der in das Lambda-Halbe-Blättchen 30 eintritt, vollständig in der durch den Pfeil 28 angezeigten x-Richtung polarisiert wird, ist Γ gleich eins. Falls dieser Strahl vollständig in der durch den Pfeil 44 (in Fig. 5 gezeigt) angezeigten y-Richtung polarisiert wird, ist Γ gleich null.
Ix = ΓI&sub0; (15).
Iy = (1 - Γ)I&sub0; (16).
Unter diesen Bedingungen sind die Lichtstärke I&sub1; des auf den Photodetektor 68 auftreffenden Strahls und die Lichtstärke I&sub2; des auf den Photodetektor 66 auftreffenden Strahls durch die folgenden Gleichungen gegeben:
Die mit diesen Lichtstärken verbundenen mathematischen Grundlagen werden vereinfacht, indem die Summe und die Differenzen der Gleichungen. (17) und (18) betrachtet werden, was zu den folgenden Ergebnissen führt:
I&sub1; - I&sub2; = (2Γ - 1)I&sub0;cos(2kd + Φ&sub0;) (19)
I&sub1; + I&sub2; = I&sub0; (20)
Ein differenzieller Lichtstärkenparameter wird gebildet, indem die Differenz zwischen den Lichtstärkensignalen durch deren Summe dividiert wird. Folglich ist der differenzielle Lichtstärkenparameter 5 gegeben durch die folgende Gleichung:
Das Interferometer 10 kann insbesondere durch Bewegen des Wollastonprismas 34 in den durch den Pfeil 28 angezeigten Richtungen eingestellt werden, so dass Φ&sub0; gleich 0, Π/2 oder einem anderen geeigneten Wert ist. Eine solche Einstellung kann beispielsweise so ausgeführt werden, dass die ausgegebenen Werte der beiden Photodetektoren 66, 68 gleich sind, wenn eine ebene Prüfoberfläche 12 abgebildet wird.
Als Nächstes wird Φ&sub0; auf -Π/2 gesetzt, so dass S durch den folgenden Ausdruck definiert wird:
S = (2Γ - 1)sin2kd = (2Γ - 1)sin(4πd/λ) (22)
Durch diese Substitution hat S dasselbe Vorzeichen wie d. Die Gleichung (22) liegt in einer Form vor, die nach dem Abstand d aufgelöst werden kann, was Folgendes ergibt:
Diese Gleichung ist erfüllt, solange die folgenden Beziehungen zutreffen:
0 < Γ < 1 (24)
G ≠ ¹/&sub2; (25)
Folglich wird während des Prozesses der Messung im Prozessor 78 ein Programm ausgeführt, um den in den Gleichungen als d angezeigten Höhenunterschied zwischen den beiden Prüflichtflecken 54 bzw. 56 zu ermitteln, indem die Werte der in den Gleichungen als I&sub1; und I&sub2; angezeigten Lichtstärkenwerte, die von den Photodetektoren 66, 68 gemessen werden, in die Gleichungen (22) und (23) eingesetzt werden.
Fig. 5A ist eine grafische Darstellung des Prozesses zur Ermittlung des Profils einer verhältnismäßig großen Anomalie in einer Prüfoberfläche mit Hilfe des Betriebs der Vorrichtung im oben definierten bevorzugten Modus. Jede ausgeführte Messung liefert eine als Δdj angezeigte berechnete Änderung der Höhe, die über einem als Δx angezeigten schrittweise ansteigenden Abstand auftritt, der gleich der Entfernung zwischen den Prüflichtflecken 54, 56 ist. Die Abtastbewegung erfolgt beispielsweise mit einer konstanten Geschwindigkeit, wobei die Ausgangssignale der Photodetektoren 66, 68 zu Zeitpunkten periodisch abgetastet werden, die der Abtastung durch den Abstand Δx entsprechen. Dieser Abstand kann beispielsweise 2 Mikrometer betragen. Die horizontalen und vertikalen Koordinaten für einen gegebenen Punkt i auf der Oberfläche der Anomalie, die als Xi bzw. Hi angezeigt werden, werden unter Verwendung der folgenden Gleichungen berechnet:
Xi = iΔx (26)
Hi = Δdj (27)
Folglich führt das im Prozessor 72 ablaufende Programm außerdem eine Profilentwicklungsfunktion aus, indem es unter Verwendung der Gleichungen (26) und (27) horizontale Entfernungsdaten und Höhendaten berechnet. Obwohl der Begriff "Höhe" zum Anzeigen eines vertikalen Abstands über der nominell ebenen Fläche der zu prüfenden Oberfläche 12 oder eines aufwärts verlaufendes Teils einer Anomalie verwendet wird, ist es klar, dass negative Werte für "Höhe" einen vertikalen Abstand unter der nominell ebenen Fläche der zu prüfenden Oberfläche 12 oder einen nach unten verlaufenden Teil einer Anomalie anzeigen. Die seitliche Auflösung hängt von den Größen der Teilstrahl-Lichtflecken und vom Trennungsabstand zwischen den beiden Strahlen ab. Die vertikale Auflösung hängt vom Signal-Rausch-Verhältnis ab, das in die Berechnung des differenziellen Lichtstärkenparameters 5 einfließt. Dieses Signal-Rausch-Verhältnis hängt seinerseits von den folgenden Faktoren ab: von der Stabilität des Systems, der Laserstärke und der Stärke der Schwankungen, vom Kontrastverhältnis und vom Dunkelstrom (dark current), von Störpegeln und der Empfindlichkeit der Photodetektoren 66, 68. Unter Verwendung einer Vorrichtung dieser Art kann eine vertikale Auflösung von 1 Nanometer erreicht werden.
Falls der Defekt oder die Anomalie recht groß ist, kann dieses Verfahren verwendet werden, um eine Anzahl von Profilen zu erzeugen, die Abschnitte der Anomalie bei verschiedenen radialen Abständen vom Zentrum der Platte darstellen.

Claims

1. . Prüfvorrichtung zum Prüfen einer Oberfläche einer Probe, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:

ein erstes Interferometer (2) zum Ermitteln von Positionen von Oberflächendefekten;

ein vom ersten Interferometer getrenntes und verschiedenes zweites Interferometer (2a) zum Ermitteln der Profile der vom ersten Interferometer gefundenen Oberflächendefekte; und

Mittel (2d, 2e, 2f) zum Einrichten einer relativen Bewegung zwischen der Probe und dem ersten und zweiten Interferometer, wobei die Oberfläche an das erste und das zweite Interferometer angrenzt, wenn die Probe in die Vorrichtung eingeschoben wird;

und wobei das zweite Interferometer so angeordnet ist, dass es die Profile ermittelt, während die relative Bewegung eingerichtet wird.

2. Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche einer Probe, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

Verwenden eines ersten Interferometers(2) zum Ermitteln von Positionen von Oberflächendefekten;

Verwenden eines vom ersten Interferometer getrennten und verschiedenen zweiten Interferometers (2a) zum Ermitteln der Profile der vom ersteh Interferometer gefundenen Oberflächendefekte; und

Einrichten einer relativen Bewegung zwischen der Probe und dem ersten und zweiten Interferometer, wobei die Oberfläche an das erste und das zweite Interferometer angrenzt, wenn die Probe in die Vorrichtung eingeschoben wird;

und wobei das zweite Interferometer die Profile ermittelt, während die relative Bewegung eingerichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Oberfläche der Probe vollständig vom ersten Interferometer überquert wird, bevor das zweite Interferometer zwischen radialen Abständen bewegt wird, die jeder Position von jedem vom ersten Interferometer zuvor erkannten Defekt entsprechen.

4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das zweite Interferometer zwischen radialen Abständen bewegt wird, die Positionen der Defekte entsprechen, die zuvor vom ersten Interferometer erkannt wurden, bevor die Oberfläche der Probe vollständig vom ersten Interferometer überquert wurde.