DE69218558T2

DE69218558T2 - Berührungsloses Verfahren und Vorrichtung zur Höhendifferenzmessung von zwei Oberflächen

Info

Publication number: DE69218558T2
Application number: DE1992618558
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Matsuoka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-12-04
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2012-07-01
Also published as: JP2911283B2; DE69218558D1; EP0545519B1; JPH05157524A; EP0545519A3; EP0545519A2

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Höhendifferenzmessung von zwei Oberflächen, wobei ein auf einer Probe gebildeter Höhenunterschied ohne Berührung der Probe gemessen wird, und insbesondere eine Verbesserung der Meßgenauigkeit.
Fig. 9 (a) zeigt eine schematische Ansicht, welche ein herkömmliches optisches Mikroskop darstellt, das bei der berührungslosen Messung eines Höhenunterschieds verwendet wird. Entsprechend Fig. 9 (a) bezeichnet Bezugszeichen 21 eine Lichtquelle zur Beleuchtung, und Bezugszeichen 22 bezeichnet eine Probe, welche der abzutastende Gegenstand ist und beispielsweise auf einen (nicht dargestellten) Objektisch gesetzt ist. Darüber hinaus bezeichnet Bezugszeichen 23 eine der Probe 22 gegenüberliegende Objektivlinse, Bezugszeichen 24 bezeichnet ein Okular, Bezugszeichen 25 bezeichnet eine Zwischenlinse, die in einem optischen Pfad zwischen dem Okular 24 und der Objektivlinse 23 angeordnet ist, und Bezugszeichen 26 bezeichnet eine Kondensorlinse, die vor der Lichtquelle 21 vorgesehen ist. Bezugszeichen 27a und 27b bezeichnen zwischen den Linsen vorgesehene Spiegel; der Spiegel 27a bricht einen Strahl zwischen dem Okular 24 und der Zwischenlinse 25, und der Spiegel 27b bricht nicht einen Strahl zwischen der Zwischenlinse 25 und der Objektivlinse 23, sondern er bricht lediglich einen Strahl von der Lichtquelle 21.
Als nächstes wird das Prinzip des Betriebs beschrieben. Licht zur Beleuchtung der Probe 22 wird von einer Lichtquelle 21 in dem Mikroskop erzeugt und von der Kondensorlinse 26 konzentriert und von dem Spiegel 27b reflektiert, um die Probe 22 zu beleuchten. Danach wird das von der Probe 22 reflektierte Licht durch ein optisches System geleitet, welches aus der Objektivlinse 23, der Zwischenlinse 25, dem Spiegel 27a und dem Okular 24 besteht, wodurch die Probe 22 auf einen gewünschten Vergrößerungsfaktor zur Beobachtung vergrößert werden kann.
Unter Verwendung eines derartigen optischen Mikroskops wird ein Höhenunterschied t zwischen den Abschnitten A und C durch Fokussieren jedes Abschnitts, beispielsweise jedes der Abschnitte A und C der in Fig. 9 (b) dargestellten Probe 22 durch Einstellen einer Entfernung zwischen der Probe 22 und der Objektlinse 23 wie durch die Pfeile in der Figur dargestellt und durch Messen einer Entfernung zwischen der Probe 22 und der Objektivlinse 23 (Differenz der Vertikalkoordinaten) zur Zeit des Fokussierens unter Verwendung einer Feinmeßvorrichtung oder dergleichen gemessen.
Da das herkömmliche Verfahren zur berührungslosen Höhendifferenzmessung und die dafür vorgesehene Vorrichtung wie oben beschrieben gestaltet sind, hängt die Tiefenfokussierung (Tiefe des Gebiets) davon ab, wie die Objektivlinse und das Okular miteinander kombiniert sind, Beispielsweise beträgt in einem Fall einer Objektivlinse itlit zehnfacher Vergrößerung die Fokussierungstiefe 10 µm, und in einem Fall einer Objektivlinse zwanzigfacher Vergrößerung beträgt die Fokussierungstiefe 3,5 µm, wobei die Werte sich stark voneinander unterscheiden. Diese Differenz der Fokussierungstiefe hat sich als Differenzfehler bei der Bestimmung der Position der Koordinaten der Probe herausgestellt, so daß die Messung nicht gleichförmig durchgeführt werden kann. Wenn des weiteren der Höhenunterschied kleiner als die Fokussierungstiefe der Objektivlinse ist, ist es unmöglich, eine Messung durchzuführen.
Da ein Bediener die fokale Position, d.h. die Position der abgestuften Oberfläche der Probe, durch visuelle Beobachtung bestimmt, wird darüber hinaus ein Fehler zwischen Bedienern erzeugt, so daß ein Hohenunterschied nicht genau gemessen werden kann.
Des weiteren ist es schwierig, den Fokus einzustellen, wenn der zu messende Abschnitt einen Höhenunterschied entsprechend Abschnitt B wie in Fig. 9 (b) dargestellt aufweist.
Beispielsweise ist in der Offenlegunasschrift des japanischen Patents Nr. 1903/1989 ein Verfahren zur berührungslosen Höhendifferenzmessung eines zu messenden Gegenstandes offenbart, wobei Licht auf ein Gebiet mit einem Höhenunterschied aufgebracht wird und mit dem reflektierten Licht interferiert, oder in der Veröffentlichungsschrift des japanischen Patens Nr. 289704/1987 ist ein entsprechendes Verfahren offenbart, bei welchem in zwei Strahlen aufgeteiltes paralleles Licht verwendet wird und miteinander interferiert, wobei die zwei Strahlen zusammengesetzt werden und eine Anderung der Intensität eines Interferenzstreifens zu der Zeit in ein elektrisches Signal zur Messung eines Höhenunterschieds umgewandelt wird. Jedoch ist bei den obigen Strukturen die Signalverarbeitung kompliziert, oder es kann kein hinreichend reflektiertes Licht erlangt werden, wenn der Höhenunterschied groß ist oder der zu messende Abschnitt ein gekrümmtes bzw. unterdrücktes Teil aufweist. In diesem Fall ist der Interferenzstreifen nicht perfekt ausgebildet, und es könnte unmöglich sein, eine Messung durchzuführen.
In der JP-A-61-99805 und den Patent Abstracts of Japan) Band 10, Nr. 278 (S. 449) (2334), veröffentlicht aln 20. September 1986, ist eine Vorrichtung zum berührungslosen Messen eines Höhenunterschieds zwischen einem ersten Gebiet und einem zweiten Gebiet einer Oberfläche eines Gegenstands offenbart. Ein Strahl wird durch eine Linse auf die Oberfläche eines Gegenstands fokussiert, und von der Objektoberfläche reflektiertes Licht wird durch die Linse zurückgeworfen und interferiert mit dem zweiten Strahl, der zwischen der Linse und einer Fotodetektoreinrichtung positioniert ist. Die optische Pfadlänge des zweiten Strahls wird mittels einer Bewegungsspiegelanordnung verändert, so daß der zweite Strahl moduliert wird. Die Position der Probenoberfläche wird verändert, um sichtbare Interferenzstreifen zu erlangen und dadurch Stufen auf der Probenoberfläche zu messen.

Kurzfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung dient zur Lösung der oben dargestellten Schwierigkeiten; Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur berührungslosen Höhendifferenzmessung und eine Vorrichtung dafür bereitzustellen. wobei ein durch die Kombination einer Objektlinse, eines Okulars oder dergleichen hervorgerufener Fehler der Fokussierungstiefe oder ein Bedienerfehler vermieden wird, eine Position einer abgestuften Oberfläche genau erfaßt werden kann, ein Meßfehler klein ist und die Struktur einfach ist.
Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der hiernach gegebenen detaillierten Beschreibung ersichtlich; es wird festgestellt, daß die detaillierte Beschreibung und die besondere Ausführungsform lediglich zur Erläuterung gegeben wird, da verschiedene Ände- rungen und Modifizierungen im Rahmen der Erfindung dem Fachmann aus dieser detaillierten Beschreibung ersichtlich sind.
Entsprechend dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein berührungsloses Meßverfahren zur Höhendifferenzmessung zwischen einem ersten Gebiet und einem zweiten Gebiet auf einer Oberfläche eines Gegenstands vorgesehen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Richten eines ersten Lichtstrahls durch eine Fokussierungseinrichtung auf die Oberfläche des Gegenstands;
Bewegen der Fokusslerungseinrichtung und der Oberfläche des Gegenstands relativ zueinander, um eine erste sichtbare Iterferenzstruktur zu erzeugen, die durch Interferenz zwischen dem ersten Lichtstrahl nach der Reflektion von der Oberfläche des Gegenstands an dem ersten Gebiet und einem zweiten Lichtstrahl gebildet wird, und um eine zweite sichtbare Interferenzstruktur zu erzeugen, welche durch Interferenz zwischen dem ersten Lichtstrahl nach der Reflektion von der Oberfläche des Gegenstands an dem zweiten Gebiet und dem zweiten Lichtstrahl gebildet wird; und
Verwenden einer Messung representativ der Differenz zwischen den Abständen, bezüalich derer sich die Fokussierungseinrichtung und die Oberfläche des Gegenstands relativ zueinander bewegen, um die sichtbaren Interferenzstrukturen für von den ersten und zweiten Gebieten reflektiertes Licht zu erzeugen, um die Höhendifferenz auf der Oberfläche des Gegenstands zu messen;
wobei das Verfahren des weiteren durch die folgenden Schritte bestimmt ist:
Erzeugen des zweiten Lichtstrahls zwischen der Fokussierungseinrichtung und der Oberfläche des Gegenstands; und
Erzeugen der Interferenzstrukturen an einer Position zwischen der Fokussierungseinrichtung und der Oberfläche des Gegenstands.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Meßvorrichtung zum berührungslosen Messen eines Höhenunterschieds zwischen einem ersten Gebiet und einem zweiten Gebiet auf einer Oberfläche eines Gegenstands vorgesehen, welche folgende Komponenten aufweist:
eine Einrichtung zum Richten eines ersten Lichtstrahls durch eine Fokussierungseinrichtung auf die Oberfläche des Gegenstands;
eine Einrichtung zum Erzeugen eines zweiten Lichtstrahls derart, daß der zweite Lichtstrahl mit dem ersten Lichtstrahl nach der Reflektion des ersten Lichtstrahls von der Oberfläche des Gegenstands Interferiert; eine Einrichtung zum Bewegen der Fokussierungseinrichtung und der Oberfläche des Gegenstands relativ zueinander, um eine erste sichtbare Interferenzstruktur aus von dem ersten Gebiet reflektierten Licht zu erzeugen;
eine Einrichtung zum Bewegen der Fokussierungseinrichtung und der Oberfläche des Objekts relativ zueinander, um eine zweite sichtbare Interferenzstruktur aus von dem zweiten Gebiet reflektierten Licht zu erzeugen; und
eine Einrichtung zur Verwendung bei einer Messung representativ der Differenz zwischen den zwei relativ bewegten Abständen, um eine Anzeige der Höhendifferenz zwischen dein ersten Gebiet und dem zweiten Gebiet auf der Oberfläche des Gegenstands zu erlangen;
wobei die Vorrichtung dadurch bestimmt ist, daß
der zweite Lichtstrahl zwischen der Fokussierungseinrichtung und der Oberfläche des Gegenstands erzeugt wird; und
die Interferenzstruktur an einer Position zwischen decr Oberfläche des Gegenstands und der Fokussieningseinrichtung erzeugt wird.
Darüber hinaus wird eine weiße Lichtquelle als Lichtquelle der Strahlbildungseinrichtung verwendet.
Des weiteren ist eine Einrichtung zum Erfassen der Lichtintensität vorgesehen, weiche einen Farbton eines durch das weiße Licht gebildeten Interferenzstreifens in ein elektrisches Signal umwandelt und einen Betrag der Verschiebung der vorbestimmten Position in jedem Gebiet der zu messenden Oberfläche des Gegenstands durch Erfassen eines spezifischen Farbtons des Interferenzstreifens bestimmt.
Des weiteren ist zusätzlich zu der Lichtintensitätserfassungseinrichtung eine Einrichtung zum Verschieben einer Position der Oberfläche des Gegenstands in Vertikalrichtung und eine Einrichtung zum Steuern der Verschiebungseinrichtung auf der Grundlage eines Ausgangssignals der Lichtintensitätserfassungseinrichtung vorgesehen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine vorbestimmte Position zu der Oberfläche des Gegenstands in jedem zu messenden Gebiet durch Erkennen eines an einer vorbestimmten Position gebildeten Interferenzstreifens durch den ersten und zweiten Lichtstrahl bestimmt, welche von der Strahlbildungseinrichtung erzeugt werden, und es wird ein Höhenunterschied auf der Oberfläche des Gegenstands aus einem Betrag der Verschiebung in Vertikalrichtung auf die Oberfläche in jedem Gebiet zu berechnet. Als Ergebnis kann die Höhendifferenz durch eine einfache Struktur mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
Darüber hinaus wird eine weiße Lichtquelle als Licht zur Erzeugung des Interferenzstreifen verwendet, und es wird eip Betrag der Verschiebung der Oberfläche des Gegenstands in Vertikalrichtung in jedem Gebiet durch Beobachten der Interferenzfarbe des Interferenzstreifens bestimmt. Als Ergegbnis kann die Höhendifferenz mit hoher Genauigkeit erfaßt werden.
Da des weiteren eine Einrichtung zum Erfassen der Lichtintensität vorgesehen ist, und ein Farbton des von dem weißen Licht gebildeten Interferenzstreifens in ein elektrisches Signal umgewandelt wird und eine Vertikalposition in jedem zu erfassenden Gebiet durch Erfassen eines spezifischen Farbtons erfaßt wird, kann ein Bedienerfehler vollständig verhindert werden, wenn die Höhendifferenz erfaßt wird.
Da zusätzlich zu der Lichtintensitätserfassungseinrichtung eine Einrichtung zum Verschieben der Position der zu vermessenden Oberfläche des Gegenstands in Vertikalrichtung vorgesehen ist und die Position der Höhendifferenz automatisch durch Verschieben der Position der Oberfläche entsprechend dein Ausgangssignal der Lichtintensitätserfassungseinrichtung erfaßt werden kann, kann die Höhendifferenz mit hoher Genauigkeit und einer hohen Geschwindigkeit gemessen werden.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt eine Ansicht, welche ein Prinzip einer Objektivlinse eines Interferenztyps, welche an einem optischen Mikroskop befestigt ist, in einer Vorrichtung zur berührungslosen Messung einer Höhendifferenz entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 2 zeigt eine Fotografie, welche ein Beispiel eines Interferenzstreifens darstellt, der durch die in Fig. 1 dargestellte Interferenzobjektivlinse gebildet ist
Fig. 3 zeigt eine Ansicht, welche eine Struktur einer Vorrichtung zur berührungslosen Höhendifferenzmessung entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 4 zeigt eine Ansicht zum Beschreiben eines Prinzips, bei welchem der Interferenzstreifen durch weißes Licht gebildet wird.
Fig. 5 zeigt eine Ansicht, welche ein Beispiel einer Intensitatsverteilung einer zusammengesetzten Welle des weißen Lichts darstellt.
Fig. 6 zeigt eine Ansicht, welche eine Struktur einer Vorrichtung zur berührungslosen Höhendifferenzmessung entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 7 zeigt eine Ansicht, welche eine Struktur einer Vorrichtung zur berührungslosen Höhendifferenzmessung entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 8 zeigt eine Ansicht, welche eine Struktur einer Vorrichtung zur berührungslosen Höhendifferenzmessung darstellt, welche eine Anzeige zum Anzeigen eines Verarbeitungsergebnisses entsprechend der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
Fig. 9 zeigt eine Ansicht, weiche eine Struktur eines optischen Mikroskops darstellt, weiches als herkömmliche Vorrichtung zum, berührungslosen Messen einer Höhendifferenz verwendet wird.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung einer Höhendifferenz in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben Fig. 1 zeigt cine Ansicht welche ein Prinzip einer Objektivlinse enes Interferenztyps darstellt, die an einem optischen Mikroskop in dieser Vorrichtung befestigt ist. Entsprechend Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 eine Objektivlinse eines Interferenztyps, Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Reflektionsspiegel, Bezugszeichen 3 bezeichnet einen halbtransparenten Spiegel, der zwischen der Objektivlinse 1 des Interierenztyps und einer Probenoberfläche 4 angeordnet ist. Fig. 2 zeigt eine Fotografie, welche ein Beispiel eines erzeugten Interferenzstreifens darstellt.
Ein Prinzip der Erkennung einer fokalen Position bei der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Wie durch Pfeile dargestellt wird von der oberen linken Seite der Objektivlinse 1 des Interferenztyps eingegebenes Licht in zwei Strahlen von dem halbtransparenten Spiegel 3 durch die Objektivlinse 1 geteilt. Einer der geteilten Strahlen wird auf die Probenoberfläche 4 aufgebracht, und der andere wird auf den Reflektionsspiegel 2 aufgebracht. Danach tritt das reflektierte Licht von der Probenoberfläche 4 durch den halbtransparenten Spiegel 3 hindurch und wird mit dem reflektierten Licht von dem Reflektionsspiegel 2 zu demselben Strahl zusammengebracht, und danach tritt der Strahl durch die Objektivlinse 1 hindurch. Wenn die fokale Position der Probenoberfläche 4 eingestellt wird, d.h. wenn eine Position derart eingestellt wird, so daß eine optische Pfadlänge des Lichts, welches durch den halbtransparenten Spiegel 3 hindurchtritt und wiederum zu dem halbtransparenten Spiegel 3 zurückkehrt, einer optischen Pfadlänge des Lichts gleich sein kann, welches von dem halbtransparenten Spiegel 3 reflektiert wird und auf den halbtransparenten Spiegel 3 wiederum von dem reflektierenden Spiegel aufgebracht wird, wird das auftreffende Licht durch Interferenz des Lichts zu einer doppelten Welle und erzeugt wie in Fig. 2 dargestellt den Interferenzstreifen. Der Interferenzstreifen wird bei einem Zyklus von λ/2 (0,2 bis 0,3 µm) bezüglich eines einfallenden Lichts λ gebildet. Wenn die Position sich außerhalb des Fokus befindet, wird der Interferenzstreifen nicht gebildet.
Als nächstes wird eine grundlegende Struktur der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in Fig. 3 dargestellt ist eine Interferenzobjektivlinse 6 an einem optischen Mikroskop 5 befestigt, und es wird eine Bewegungsentfernung eines Objekttisches des Mikroskops 5 durch ein Vertikalentfernungsmeßkontaktsegment 10 wie eine mechanische Feinmeßvorrichtung gemessen.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Höhendifferenzmessung beschrieben. Eine Probe 22 wird auf den Objekttisch des Mikroskops 5 gesetzt, und es wird eine Entfernung zwischen der Probe und der Interferenzobjektivlinse 6 eingestellt, um eine fokale Position durch Erkennen des nach deut oben beschriebenen Prinzip gebildeten Interferenzstreifens zu erfassen. Zu dieser Zeit wird beispielsweise die Feinmeßvorrichtung 10 zurückgesetzt, um einen Bezugswert zu erlangen. Danach wird eine Position der zu beobachtenden Probe 22 verändert, und es wird danach die gesamte Fokussierungsoperation durchgeführt. Zu dieser Zeit wird eine Bewegungsentfernung des Objekttisches von der Feinmeßvorrichtung 10 gelesen, und es wird eine Höhendifferenz der Probenoberfläche aus einem Grad der Verschiebung zu dem obigen Bezugswert gemessen.
Da entsprechend dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Interferenzobjektivlinse 6 auf dein Mikroskop 5 befestigt ist, wird die Höhendifferenz der Oberfläche der Probe gemessen, und danach wird eine fokale Position durch Erkennen der Erzeugung des Interferenzstreifens gefunden, und es kann ein Fehler der Fokussierungstiefe, welcher durch Kombination der Objektivlinse, des Okulars und dergleichen hervorgerufen wird, und ein Bedienerfehler durch eine einfache Struktur der Vorrichtung verhindert werden, wodurch eine Position der Koordinaten der abgestuften Oberfläche mit hoher Genauigkeit erfaßt werden kann. Sogar wenn die Höhendifferenz vergleichsweise groß ist oder das gemessene Gebiet eine gekrümmte Oberfläche besitzt, kann darüber hinaus, wenn der Interferenzstreifen gebildet wird und eine Fokussierung bezüglich des Objekts möglich ist, die Höhendifferenz innerhalb eines Bereichs des Hubs der Bewegung des Objekttisches des optischen Mikroskops gemessen werden.
Obwohl die Lichtquelle, welche den Interferenzstreifen erzeugt, bei der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht speziell begrenzt ist, ist es möglich, wenn die Lichtquelle weißes Licht erzeugt, bezüglich der Positition mit höherer Genauigkeit zu fokussieren.
Ein Fall, bei welchem der Interferenzstreifen unter Verwendung des weißen Lichts erzeugt wird, wird unter Bezugnahme auf Figuren 4 und 5 hiernach beschrieben. Beispiels. weise besitzt der durch monochromatisches Licht einer Wellenlänge von λ&sub1; gebildete Interferenzstreifen die maximale Intensität am Nullpunkt auf dem Schirm, und die maximale Intensität wird an einem Intervall von kλ&sub1; von diesem Punkt (k ist eine Konstante) wiederholt. Der duich Licht mit einer Wellenlänge von λ&sub2; gebildete Interferenzstreifen stimmt nicht mit dem Interferenzstreifen der obigen Wellenlänge λ&sub1; überein, so daß er von dem anderen mit einem Abstand vom Nullpunkt abweicht. Des weiteren weicht der Interferenzstreifen durch eine Wellenlänge λ&sub3; ebenfalls von dem anderen mit einem Abstand vom Nullpunkt ab. Inbesondere besitzt Licht irgendeiner Wellenlänge die maximale Intensität am Nullpunkt, die diesbezüglichen Lichtarten unterscheiden sich jedoch voneinander in einem Abstand vom Nullpunkt, wodurch zusammengesetzes Licht Zu dem farbigen Interferenzstreifen führt (Interferenzfarbe).
Wenn weißes Licht, welches zusammengesetzes Licht ist, verwendet wird, beträgt eine Phasendifferenz des Lichts bei irgendeiner Wellenlänge am Nullpunkt nicht Null und wird dunkel; wenn es um 90º invertiert ist. Dann tritt ein schwarzer Streifen auf, und die Intensitätsverteilung am Nullpunkt besitzt wie in Fig. 5 dargestellt den minimalen Wert.
Wie oben beschrieben wird die Koordinatenposition durch eine Änderung der Farbe des unter Verwendung des weißen Lichts gebildeten Interferenzstreifens bestimmt, insbesondere durch den schwarzen Interferenzstreifen, der gebildet wird, wenn die Probenoberfläche mit der optischen Fokalen Position übereinstimmt, wodurch der Höhenunterschied mit einer Genauigkeit von etwa λ/2 (0,2 bis 0,3 µm) gemessen werden kann, beispielsweise wenn das Beobachtungslicht eine Wellenlänge von λ = 0,55 µm besitzt.
Im folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Entsprechend dieser Ausführungsform wird eine Änderung der Farbe des durch das weiße Licht gebildeten Interferenzstreifens in ein elektrisches Signal umgewandelt, wodurch die fokale Position bestimmt wird. Insbesondere wird wie in Fig. 6 dargestellt eine Kamera zur Messung der Beleuchtungsdichte auf das Mikroskop 5 gesetzt, und es wird ein Ausgangssignal der Kamera 7 der Hauptsteuerungseinheit 8 eingegeben, und danach wird eine Fokussierungsoperation auf der Grundlage des elektrischen Signals durchgeführt, welches durch Umwandeln eines Farbtons des Interferenzstreifens erlangt wird.
Im folgenden wird ein Verfahren zur Höhendifferenzmessung entsprechend dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der von dem optischen Mikroskop 5 beobachtete Farbton des Interferenzstreifens wird von der Kamera 7 zum Messen der Beleuchtungsdichte in ein elektrisches Signal entsprechend den jeweiligen Farben umgewandelt und danach der Hauptsteuerungseinheit 8 eingegeben. Danach empfängt die Hauptsteuerungseinheit 8 dieses Beleuchtungsdichtesignal und erfaßt das elektrische Signal entsprechend der Schwärze des Interferenzsstreifens, um den Nullpunkt zu erfassen. Danach wird ein diesbezüglicher Bediener durch eine Lampenanzeige, einen Warnton oder dergleichen informiert. Danach wird die Koordinatenposition auf dem Objekttisch zu diesei Zeit von dem Vertikalentfernungsmeßkontaktsegment 10 gelesen und danach durch die Entfernungsmeßeinheit 11 in einen Meßwert umgewandelt. Danach wird eine derartige Operation wiederholt und die Höhendifferenz aus der Entfernung der Vertikalposition von einer bestimmten Bezugsoberfläche gemessen.
Somit wird der Nullpunkt durch den Interferenzstreifen sicher erfaßt. Da keine visuelle Bestimmung durch einen Bediener erfolgt, wird ein Bedienerfehler sicher verhindert, und es kann der Nullpunkt mit einer hohen Geschwindigkeit erfaßt werden. Des weiteren kann ein Schwellenwert oder dergleichen zur Zeit der Identifizierung der schwarzen Interferenzfarbe von der Hauptsteuerungseinheit 8 leicht eingestellt werden, und es kann ein akzeptierter Genauigkeitswert der Nullpunktserfassung und somit eine Genauigkeit der Höhendifferenzerfassung leicht bestimmt bzw. erzielt werden.
Im folgenden wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Entsprechend dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Änderung der Farbe des von dem weißen Licht gebildeten Interferenzstreifens in ein elektrisches Signal umgewandelt, und die fokale Position wird auf der Grundlage des elektrischen Signals automatisch bestimmt. Insbesondere ist wie in Fig. 7 dargestellt die Kamera 7 zur Messung der Beleuchtungsdichte oberhalb des Mikroskops 5 lokalisiert, und ein Motor 9 zur vertikalen Ansteuerung des Objekttischs ist auf dem Objekttisch vorgesehen. Der Motor 9 zur vertikalen Ansteuerung des Objekttischs wird auf der Grundlage des elektrischen Signals angesteuert, welches durch Umwandeln des Farbtons des Interferenzstreifens durch die Hauptsteuerungseinheit 8 erlangt wird.
Im folgenden wird ein Verfahren zur Höhendifferenzmessung unter Verwendung dieser Vorrichtung beschrieben. Der Motor 9 wird auf der Grundlage des Ausgangssignals der Kamera 7 zur Messung der Beleuchtungsdichte von der Hauptsteuerungseinheit 8 angesteuert, und danach wird eine Position (fokale Position), bei welcher die von der Kamera 7 erfaßte Intensität des reflektierten Lichts zu "0" wird, automatisch erfaßt. Danach wird die vertikale Bewegung an der Postition automatisch gestoppt, und es wird die fokale Position bestimmit. Zu dieser Zeit wird bestimmt, ob jer Objekttisch durch den Motor 9 in eine obere oder untere Richtung bewegt wird, während die Bewegungsrichtung des Objekttischs durch das Vertikalentfernungsmeßkontaktsegment 10 und das Beleuchtungsdichtesignal des Interferenzstreifens an der Hauptsteuerungseinheit 8 überwacht werden. Eine derartige Operation wird zur Fokussierung bezüglich jeder Oberfläche der Probe wiederholt. Danach wird die Vertikalposition der Probe zu der Zeit in der Hauptsteuerungseinheit 8 durch das Entfernungsmeßkontaktsegment 10 gespeichert, wodurch die Höhendifferenz aus der Entfernung der Vertikalposition von einer bestimmten Bezugsoberfläche gemessen werden kann.
Da die Kamera 7 zur Messung der Peleuchtungsdichte und der Vertikalansteuerungsmotor 9 miteinander verbunden sind und von der Hauptsteuerungseinheit 8 gesteuert werden, ist es daher möglich, eine Änderung der Vertikalposition des Objekttischs und eine Änderung der Intensität des reflektierten Lichts auf eine entsprechende bzw. korrelative Weise zu erfassen. Als Ergebnis kann eine Ausrichtung mit höherer Genauigkeit ausgeführt werden, und es kann eine Operation, welche durch den Bediener visuell durchgeführt wird, automatisch mit hoher Genauigkeit bei einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Darüber hinaus kann - wenn nötig - eine statistische Bearbeitung eines Durchschnittswerts, des Maximalwerts (Minlmalwerts), eines Verteilungszustands oder dergleichen von der Hauptsteuerungseinheit 8 durchgeführt werden, und es kann das verarbeitete Ergebnis an einer Anzeige an einem Fernsehmonitor 12 oder einem (nicht dargestellten) Drucker angezeigt werden.
Obwohl eine Feinmeßvorrichtung als Vertikalentfernungsmeßkontaktsegment 10 bei der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann ein Signal in eine Entfernungsmeßeinheit 11 unter Verwendung einel elektrostatischen Sensors oder dergleichen eingegeben werden.
Obwohl die fokale Position durch Bewegen des Objekttischs des Mikroskops 5 bei der obigen Ausführungsform eingestellt wird, kann darüber hinaus die fokale Position beispielsweise durch Bewegen eines optischen Systems eingestellt werden. In jedem Fall kann die Entfernung der zu messenden Oberfläche der Probe und der Interferenzobjektivlinse geändert werden.
Wie oben beschrieben wird entsprechend der vorliegenden Erfindung die Vertikalposition bezüglich der Oberfläche des zu vermessenden Gegenstands in jedem Beobachtungsgebiet durch Erkennen des Interferenzstreifens bestimmt, welcher an einer vorbestimmten Position durch von einer Strahlbildungseinheit gebildeten ersten und zweiten Strahlen erzeugt wird, und es wird eine Höhendifferenz der Oberfläche des Gegenstands aus dem Betrag der Verschiebung in Vertikalrichtung bezüglich der zu vermessenden Oberfläche in jedem Gebiet berechnet. Als Ergebnis kann die Höhendifferenz mit hoher Genauigkeit durch eine einfache Struktur gemessen werden, und die Genauigkeit der Höhendifferenzmessung kann verbessert werden.
Da die fokale Position durch Beobachten einer Interferenzfarbe eines Interferenzstreifens unter Verwendung des weißen Lichts als Lichtquelle eingestellt wird, kann die Höhendifferenz leicht mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
Da eine Einrichtung zum Erfassen der Lichtintensität einen Farbton des von dem weißen Licht gebildeten Interferenzstreifens in ein elektrisches Signal umwandelt und einen Betrag der Verschiebung in Vertikalrichtung bezüglich der Oberfläche des zu vermessenden Gegenstands an jedem Gebiet durch Erfassen eines spezifischen Farbtons erfaßt, kann des weiteren ein Bedienerfehler vollständig verhindert werden und die Zuverlässigkeit verbessert werden.
Da zusätzlich zu der Lichtintensitätserfassungseinrichtung eine Einrichtung zum Verschieben der Position der Oberfläche des zu vermessenden Gegenstands in Vertikalrichtung vorgesehen ist und die fokale Position durch Verschieben der Position der Oberfläche entsprechend dem Ausgangssignal der Lichtintensitätserfassungseinrichtung automatisch eingestellt werden kann, kann die Höhendifferenz mit hoher Genauigkeit bei einer hohen Geschwindigkeit gemessen werden, wodurch die Betriebseffizienz verbessert werden kann.

Claims

1. Verfahren zur berührungslosen Höhendifferenzmessung zwischen einem ersten Gebiet und einem zweiten Gebiet auf einer Oberfläche eines Gegenstands, mit den Schritten:

Richten eines ersten Lichtstrahls durch eine Fokussierungseinrichtung (1) auf die Gegenstandsoberfläche (4);

Bewegen der Fokussierungseinrichtung (1) und der Gegenstandsoberfläche (4) relativ zueinander, um eine erste sichtbare Interferenzstruktur zu erzeugen, welche durch Interferenz zwischen dem ersten Lichtstrahl nach einer Reflektion von der Gegenstandsoberfläche (4) an dem ersten Gebiet und einem zweiten Lichtstrahl gebildet wird, und um eine zweite sichtbare Interferenzstruktur zu erzeugen, welche durch Interferenz zwischen dem ersten Lichtstrahl nach einer Reflektion an der Gegenstandsoberfläche (4) an dem zweiten Gebiet und dem zweiten Lichstrahl gebildet wird; und

Verwenden einer Messung, welche die Differenz zwischen den Entfernungen darstellt, bezüglich derer sich die Fokussierungseinrichtung (1) und die Gegenstandsoberfläche (4) relativ zueinander bewegen, um die sichtbaren Interferenzstrukturen für an den ersten und zweiten Gebieten reflektiertes Licht zur Messung der Höhendifferenz auf der Gegenstandsoberfläche (4) zu erzeugen;

gegenzeichnet durch die Schritte:

Erzeugen des zweiten Lichtstrahls zwischen der Fokussierungseinrichtung (1) und der Gegenstandsoberfläche (4); und

Erzeugen der Interferenzstrukturen an einer Position zwischen der Fokussierungseinrichtung (1) und der Gegenstandsoberfläche (4).

2. Vorrichtung zur berührungslosen Höhendifferenzmessung zwischen einem ersten Gebiet und einem zweiten Gebiet auf einer Oberfläche eines Gegenstands mit:

einer Einrichtung zum Richten eines ersten Lichtstrahls durch eine Fokussierungseinrichtung (1) auf die Gegenstandsoberfläche (4);

einer Einrichtung (2, 3) zum Erzeugen eines zweiten Lichtstrahls derart, daß der zweite Lichtstrahl mit dem ersten Lichtstrahl nach einer Reflektion des ersten Lichtstrahls an der Gegenstandsoberfläche (4) interferiert;

einer Einrichtung zum Bewegen der Fokussierungseinrichtung (1) und der Gegenstandsoberfläche (4) relativ zueinander, um eine erste sichtbare Interferenzstruktur aus dem reflektierten Licht von dem ersten Gebiet zu erzeugen;

einer Einrichtung zum Bewegen der Fokussierungseinrichtung (1) und der Gegenstandsoberfläche (4) relativ zueinander, um eine zweite sichtbare Interferenzstruktur aus reflektiertem Licht von dem zweiten Gebiet zu erzeugen; und

einer Einrichtung zur Verwendung einer Messung, welche die Differenz zwischen den zwei relativen bewegten Entfernungen darstellt, um eine Anzeige der höhendifferenz zwischen dem ersten Gebiet und dem zweiten Gebiet auf der Gegenstandsoberfläche (4) zu erlangen;

dadurch gekennzeichnet, daß

der zweite Lichtstrahl zwischen der Fokussierungseinrichtung (1) und der Gegenstandsoberfläche (4) gebildet wird; und

die Interferenzstrukturen an einer Position zwischen der Gegenstandsoberfläche (4) und der Fokussierungseinrichtung (1) erzeugt wird.

3. Vorrichtung zur berühungslosen Höhendifferenzmessung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bildung der ersten und zweiten Lichtstrahlen eine weiße Lichtquelle ist.

4. Vorrichtung zur berühungslosen Höhendifferenzmessung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch

eine Lichtintensitätserfassungseinrichtung (7), welche zur Umwandlung eines Farbtons der Interferenzstrukturen in ein elektrisches Signal eingerichtet ist, und

eine Einrichtung (8) zur Verwendung des elektrischen Signals, um die relativen Entfernungen in Abhängigkeit eines spezifischen Farbtons der Interferenzstrukturen einzustellen.

5. Vorrichtung zur Höhendifferenzmessung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zum Berechnen der Höhendifferenz auf der Gegenstandsoberfläche (4) durch Erfassen der Verschiebung der Fokussierungseinrichtung (1) relativ zu der Gegenstandsoberfläche (4) in jedem Gebiet der zu vermessenden Gegenstandsoberfläche.

6. Vorrichtung zur berühungslosen Höhendifferenzmessung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (9) zur Verschiebung der Position der Gegenstandsoberfläche (4) relativ zu der Gegenstandsoberfläche (4); und

eine Einrichtung zur Steuerung der Verschiebungseinrichtung (9) auf der Grundlage des Ausgangssignals der Lichtintensitätserfassungseinrichtung (7).

7. Vorrichtung zur berühungslosen Höhendifferenzmessung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

eine einzige Lichtquelle und Einrichtung (3), die zwischen der Fokussierungseinrichtung (1) und der Gegenstandsoberfläche (4) positioniert ist, zum Teilen des Lichts von der Lichtquelle in erste und zweite Strahlen.

8. Vorrichtung zur berühungslosen Höhendifferenzmessung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (12) zur Anzeige der berechneten Höhendifferenz auf der Grundlage des Ausgangssignals der Höhendifferenzberechnungseinrichtung.