專利名稱：測量物體表面形貌的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及測量物體表面形貌的技術(shù)。更具體地，涉及用于測量物體表面形 貌的相位測量干涉測量法的方法和裝置。
背景技術(shù)：
一般要求制造諸如平板顯示器、有源電子設(shè)備、光伏設(shè)備和生物陣列之類的設(shè)備 中使用的基板具有基本上無缺陷的以及平整度在幾個微米之內(nèi)的表面。因此，相對容易地 檢查這些表面的缺陷和平整度是極重要的。相位測量干涉測量法(PMI)是測量表面形貌的 光學(xué)干涉測量技術(shù)的一個例子。PMI —般包括通過光束與物體表面的相互作用來創(chuàng)建干涉 圖案以及檢測干擾圖案，其中使用檢測到的干涉圖案來重建表面形貌。PMI —般依靠面掃描 攝像機來檢測干涉圖案。然而，基于面的PMI在大基板(諸如用于平板顯示器中的基板) 的高速檢測過程中的應(yīng)用是很有限的。一個困難問題是面掃描攝像機具有有限的視場。另 一個困難問題是難以對面掃描攝像機進行定標(biāo)。通常，面掃描攝像機越大，面掃描攝像機就 越復(fù)雜，導(dǎo)致掃描時間長且成本高。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，本發(fā)明涉及一種用于測量物體表面形貌的裝置。該裝置包括一種光 學(xué)配置，該光學(xué)配置能夠(i)引導(dǎo)物體表面處的第一光束，( )提供與第一光束相干和相 對于第一光束在空間上有相移的第二光束，以及(iii)從第二光束和來自物體表面的第一 光束的反射光束中產(chǎn)生干涉光束。該裝置還包括至少一個線掃描傳感器，用于檢測和測量 干涉光束。在另一個方面，本發(fā)明涉及一種用于測量物體表面形貌的方法，該方法包括引導(dǎo) 物體表面處的第一光束，提供與第一光束相干和相對于第一光束在空間上有相移的第二光 束，以及從第二光束和來自物體表面的第一光束的反射光束中產(chǎn)生干涉光束，以及使用至 少一個線掃描傳感器檢測和測量干涉光束。在再另一個方面，本發(fā)明涉及一種用于測量物體表面形貌的方法，該方法包括引 導(dǎo)物體表面處的第一光束，提供與第一光束相干和相對于第一光束在空間上有相移的第二 光束，以及從第二光束和來自物體表面的第一光束的反射光束中產(chǎn)生干涉光束，形成多個 干涉光束的復(fù)制品，通過多個空間分相器中之一傳送干涉光束的每個復(fù)制品，以及使用與 多個空間分相器相關(guān)聯(lián)的線掃描傳感器檢測和測量干涉光束的復(fù)制品。從下面的說明書和附圖，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點會變得顯而易見。


下面描述的附圖示出了本發(fā)明的典型實施例，并且不考慮來限制本發(fā)明的范圍， 本發(fā)明可以容許其它等效的實施例。附圖不必定按一定的比例，可能以放大的比例示出附 圖的某些特征和某些視圖，或為了清楚和簡潔起見以示意圖來示出。圖1是用于測量物體表面形貌的裝置的方框圖。圖2是用于測量物體表面形貌的特懷曼_格林(Twyman-Green)型干涉儀的示意 圖。圖3是用于測量物體表面形貌的斐索(Fizeau)型干涉儀的示意圖。圖4是包括線性像素化相位掩模和線掃描傳感器的成像模塊的示意圖。圖5是在線性像素化相位掩模之前具有四分之一波片的圖4的成像模塊的示意 圖。圖6是包括多個像素化相位掩模和線掃描傳感器的成像模塊的示意圖。圖7是與線掃描傳感器光學(xué)耦合的線性棱鏡移相器的透視圖。圖8是圖7的線性棱鏡移相器的前視圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考在附圖中示出的幾個較佳實施例詳細(xì)地描述本發(fā)明。在較佳實施例的 描述中，闡明了許多具體的細(xì)節(jié)，以便提供對本發(fā)明的透徹理解。然而，對于熟悉本領(lǐng)域的 技術(shù)人員是顯而易見的，可以實踐本發(fā)明而無需這些具體細(xì)節(jié)中的某一些或全部。在其它 情況中，未曾詳細(xì)地描述眾所周知的特征和/或處理步驟，為的是不致不必要地使本發(fā)明 難以理解。此外，使用相似或相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)識通用的或相似的元件。圖1是用于測量一測試物體102的表面形貌的裝置100的方框圖。裝置100包 括干涉儀105，干涉儀105測量通過與測試物體102的測試表面104的光學(xué)交互作用產(chǎn)生 的干涉光束圖案。干涉儀105弓丨導(dǎo)測試表面104處的光束。光束大小一般比測試表面104 小得多?？梢园迅缮鎯x105安裝在移動臺176上，并且在測試表面104上平移以便得到一 系列的測量到的干涉儀光束圖案，并且可以從測量到的干涉儀光束圖案中重構(gòu)出測試表面 104的表面形貌。另一方面，可以相對于干涉儀105移動測試表面104以便得到一系列的測 量到的干涉儀光束圖案。既然是這樣，可以使測試物體102耦合到移動臺(未示出)以啟 動測試表面104和干涉儀105之間如此的相對運動。受到干涉儀105詢問的測試表面104 的表面面積可能較小或較大。測試表面104可能是平坦的或可能包括或可能不包括表面缺 陷。干涉儀105通過測量測試表面104和基準(zhǔn)表面(未在圖1中示出)之間的表面高度變 化來檢測測試表面104中的缺陷。具有測試表面104的測試物體102可以是設(shè)備中使用的 基板，這些設(shè)備要求基板具有高的平整度和最少的表面缺陷，諸如平板顯示器、有源電子設(shè) 備、光伏設(shè)備、生物陣列以及傳感器陣列。用于制造諸如平板顯示器之類設(shè)備的基板可能極 大，例如，3米X3米。可以由適合于指定應(yīng)用的任何材料來制造具有測試表面104的測試 物體102，諸如玻璃、玻璃-陶瓷以及塑料材料。干涉儀105包括干涉光束發(fā)生器106、光束調(diào)節(jié)模塊108以及成像模塊110。干涉 光束發(fā)生器106包括一種光學(xué)配置，該光學(xué)配置引導(dǎo)測試表面104處的第一光束，并且從第 一光束的反射光束和第二光束中產(chǎn)生干涉光束，其中第二光束與第一光束相干，并且相對于第一光束在空間上有相移。這里和后續(xù)段落中的相干是指時間相干性。第二光束的相移 隨測試表面104的形貌而變化。光束調(diào)節(jié)模塊108把干涉光束發(fā)生器106中的光學(xué)配置所 產(chǎn)生的干涉光束引導(dǎo)到成像模塊110。光束調(diào)節(jié)模塊108可以包括光學(xué)器件的任何組合，諸 如，準(zhǔn)直透鏡、孔徑以及衍射元件，用于使干涉光束成形和使干涉光束聚焦到成像模塊110 上。成像模塊110檢測和測量通過干涉光束發(fā)生器106產(chǎn)生的干涉光束。裝置100包括數(shù) 據(jù)獲取模塊112，用于收集來自成像模塊110的測量到的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)獲取模塊112可以包括 用于與成像模塊110進行通信的輸入/輸出接口 170、用于記錄測量到的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)記錄器 172以及用于處理經(jīng)記錄的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理器174。數(shù)據(jù)處理器174可以執(zhí)行從測量到的 數(shù)據(jù)重構(gòu)測試表面104的表面形貌的處理。干涉儀105可以是適用于相位測量干涉測量法(PMI)的特懷曼-格林型干涉儀、 斐索型干涉儀或其它類型的干涉儀。然而，與用于測量表面形貌的、已知的基于PMI的干涉 儀相比，干涉儀105使用線性光學(xué)器件的系統(tǒng)。干涉儀105使用基于線掃描傳感器的成像 模塊110，同時從單個干涉光束檢測和測量多個干涉圖。設(shè)計用于高分辨率測量的干涉儀 105中的模塊，以致成像模塊110檢測到的干涉光束具有基本上線性的分布。圖2示出特懷曼-格林型配置的干涉儀105。在圖2中，干涉模塊106包括光源 114，光源114提供詢問測試表面104時使用的光束Bi。可以使用有源和/或無源部件(未 分別示出)來提供光束Bi，這些部件對于光源114來說可以是在本地的或在遠(yuǎn)處的。當(dāng)有 源部件對于光源114來說是在遠(yuǎn)處的時，可以使用諸如透鏡、鏡子和光纖之類的無源部件 把光束從遠(yuǎn)處(所述光束產(chǎn)生處)傳送給光源114。光源114提供的光束BI可以是低相干 激光束或其它低相干光束。在一些實施例中，干涉光束發(fā)生器106的光學(xué)配置包括光束成 形器116，用于使光束BI形成要求的形狀。對于用線性成像模塊110的增強的性能，光束成 形器116最好是線發(fā)生器，它使非線性光束(例如，圓形光束)成形為基本上線性的光束， 例如，線光束、高度橢圓形的光束或其它高縱橫比的光束。例如，光束成形器116可以是衍 射元件或全息漫射器。干涉光束發(fā)生器106的光學(xué)配置還包括偏振分光鏡122，并且還可以包括透鏡 125。在干涉光束發(fā)生器106中，光束BI通過光束成形器116，并且通過透鏡125聚焦到偏 振分光鏡122上。偏振分光鏡122把光束BI分成兩個正交的偏振光束BT和BR。通常，光 束BR與光束BT相干，并且相對于光束BT有空間上的相移或相位分離。干涉光束發(fā)生器 106的光學(xué)配置包括具有基準(zhǔn)表面120的基準(zhǔn)物體118，基準(zhǔn)表面120是平坦的，并且具有 已知的表面形貌。一般，基準(zhǔn)物體118是前-表面鏡，或基準(zhǔn)表面120可以是由反射材料制 造的或涂有反射材料的表面。分別在測試表面104和基準(zhǔn)表面120處引導(dǎo)偏振分光鏡122 所產(chǎn)生的光束BT和BR，并且作為反射的光束BTR和BRR分別被反射回到偏振分光鏡122。 測試表面104和基準(zhǔn)表面120的形貌分別影響經(jīng)反射的光束BTR和BRR的路徑長度。對于低相干系統(tǒng)，相對于測試表面104和基準(zhǔn)表面120來設(shè)置偏振分光鏡122，以 致偏振分光鏡122與測試表面104和基準(zhǔn)表面120中的每一個之間的光學(xué)長度是在光源 114的光學(xué)相干長度之內(nèi)。相干長度是兩個光束在它們的相位關(guān)系變成隨機狀態(tài)(并且因 此而不會產(chǎn)生干涉圖案)之前可以行進的光學(xué)距離。當(dāng)光束BT入射在測試表面104上時， 一部分光束BT被反射回到干涉儀105成為經(jīng)反射的光束BTR。經(jīng)反射的光束BTR與來自基 準(zhǔn)表面102的經(jīng)反射的光束BRR再組合，產(chǎn)生在成像模塊110處檢測到的干涉光束IB。如
6果光源114的相干長度大于測試物體102的光學(xué)厚度的兩倍，則穿過測試表面104并到達 測試物體102的后表面103的光束BT的那部分也反射回到干涉儀105中，并且與經(jīng)反射的 光束BTR和BRR再組合，從而對干涉光束IB作出了貢獻。為了減小或防止后表面反射對干 涉圖案的貢獻，需要具有低相干長度的光源114。通常，并且較佳地，光源114的相干長度 小于測試物體104的光學(xué)厚度。通常，并且較佳地，光源114的相干長度小于測試物體104 的光學(xué)厚度的兩倍。測試物體102的光學(xué)厚度是測試物體102的厚度(T)和測試物體102 的折射率的乘積，測試物體102的厚度是沿光束BT的入射方向(也已知為干涉儀105的測 量臂)測量到的。分別在偏振分光鏡122與測試和基準(zhǔn)表面104、120之間設(shè)置四分之一波片124、 126。四分之一波片124、126使線性偏振光改變成圓偏振光，反之亦然。在前向方向上，四 分之一波片124、126起作用，以致在偏振分光鏡122處為線性偏振的光束BT和BR在測試 和基準(zhǔn)表面104、120處是圓偏振的。在反向方向上，四分之一波片124、126起作用，以致在 測試和基準(zhǔn)表面104、120處是圓偏振的經(jīng)反射的光束BTR和BRR在偏振分光鏡122處是線 性偏振的。在一些實施例中，使用聚焦透鏡使來自偏振分光鏡122或四分之一波片124的 光束BT聚焦到測試表面104上?？梢韵嗨频厥褂镁劢雇哥R(未示出)，使來自偏振分光鏡 122或四分之一波片126的光束BR聚焦到基準(zhǔn)表面120上。在偏振分光鏡122處接收到的經(jīng)反射的光束BTR和BRR在從偏振分光鏡122中出來 時形成了再組合的光束RB。在光束調(diào)節(jié)模塊108中接收再組合的光束RB，并且作為干涉光束 IB而從光束調(diào)節(jié)模塊108輸出。成像模塊110檢測和測量干涉光束IB。如上所述，光束調(diào)節(jié) 模塊108包括用于調(diào)節(jié)光束并使光束聚焦到成像模塊110上的光學(xué)器件。在圖2所示的例子 中，光束調(diào)節(jié)模塊108包括聚焦透鏡123，聚焦透鏡123用于使再組合的光束RB聚焦到成像 模塊110上。光束調(diào)節(jié)模塊108可以任選地包括光學(xué)器件模塊149，光學(xué)器件模塊149用于 任選地形成再組合的光束的復(fù)制品，并且把再組合的光束的復(fù)制品提供給成像模塊110。光 學(xué)器件模塊149可以包括，例如，衍射元件或全息漫射器。當(dāng)成像模塊110包括用于測量干涉 光束的多個線掃描傳感器時，光學(xué)器件模塊149是有用的，這將在下面詳細(xì)地描述。圖3示出按斐索配置的干涉儀105，諸如在國際公開WO 2006/080923中所描述的。 在圖3中，干涉光束發(fā)生器106包括光源114，如上所述，光源114提供用于詢問測試物體 102的測試表面104的光束Bi。如上所述，光源114提供的光束BI通過光束成形器116、半 波片163以及光束擴展透鏡162，然后入射在分光鏡160上。光束BI在撞擊到分光鏡160 時向測試物體102的測試表面104以及基準(zhǔn)物體169的基準(zhǔn)表面167反射。通過準(zhǔn)直透鏡 165可以使來自分光鏡160的光束BI聚焦到表面104、167上。在圖3所示的配置中，測試 表面104和基準(zhǔn)表面167是并列的，并且相對于彼此傾斜，以致從這些表面反射的光束BTR 和BRR在空間上是分離的。如在前述例子中，光束BTR和BRR也是相干的。通常，并且較佳 地，光源114的相干長度小于測試表面104和基準(zhǔn)物體169的光學(xué)厚度的總和。通常，并且 較佳地，光源114的相干長度小于測試表面104和基準(zhǔn)物體169的光學(xué)厚度的總和的兩倍。 上面已經(jīng)定義了測試物體102的光學(xué)厚度。基準(zhǔn)物體169的光學(xué)厚度是基準(zhǔn)物體169的厚 度(沿干涉儀105的測量臂測量到的)以及基準(zhǔn)物體169的折射率的乘積。在圖3所示 的配置中，由透明材料來制造基準(zhǔn)物體169。例如，基準(zhǔn)物體169可以是具有平坦基準(zhǔn)表面 167的透明透鏡。經(jīng)反射的光束BTR和BRR通過分光鏡160，并且在光束調(diào)節(jié)模塊108中接
7收經(jīng)反射的光束BTR和BRR。在光束調(diào)節(jié)模塊108中，經(jīng)反射的光束BTR和BRR在準(zhǔn)直透鏡 164的聚焦平面的一個點處會聚。在準(zhǔn)直透鏡164的聚焦平面處配置空間偏振濾光鏡166， 以致經(jīng)反射的光束在離開準(zhǔn)直透鏡164時具有正交偏振態(tài)。具有正交偏振態(tài)的光束可以附 加地通過成像透鏡171和偏振分光鏡173，并且作為干涉光束IB而退出光束調(diào)節(jié)模塊108。 成像模塊110檢測和測量干涉光束IB。參考圖1-3，把成像模塊110配置在光束調(diào)節(jié)模塊108的下游。在一些實施例中， 如圖4所示，成像模塊110包括作為空間分相器的線性像素化相位掩模130。在一些實施例 中，線性像素化相位掩模130是重復(fù)圖案中的偏振元件134的線性陣列。在一些實施例中， 線性陣列中的偏振元件134的配置是這樣的，使得沒有任何兩個相鄰的偏振元件134具有 相同的偏振角。這里，偏振角是相對于檢測軸或干涉儀(圖1-3中的105)的基準(zhǔn)臂的。每 個重復(fù)單元132包括具有不同偏振角的偏振元件134。在一些實施例中，每個重復(fù)單元包 括四個偏振元件134，每個偏振元件134具有從0°、90°、180°和270°中選擇的偏振角。 在一些實施例中，配置每個重復(fù)單元中的偏振元件134，以致相鄰偏振元件134之間的偏振 角之差是90°。例如，重復(fù)單元132可以包括具有0°偏振角的偏振元件134a、具有90° 偏振角的偏振元件134b、具有180°偏振角的偏振元件134c以及具有270°偏振角的偏振 元件134d的順序配置。圖5示出在線性像素化相位掩模130之前具有四分之一波片136的圖4的成像 模塊110的示意圖。四分之一波片136把圓偏振輸入光束轉(zhuǎn)換成線性偏振輸入光束，并且 反之亦然，當(dāng)進入成像模塊110的輸入光束IB不是圓偏振的或是線性偏振的時，這種轉(zhuǎn)換 是有用的。在圖4和5中，線性像素化相位掩模130詢問不同相位延遲或相移處的輸入光 束的強度。相移的數(shù)量對應(yīng)于線性像素化相位掩模130中所表示的不同偏振態(tài)的數(shù)量。例 如，當(dāng)線性像素化相位掩模130具有偏振元件的重復(fù)單元并且每個重復(fù)單元包括四個不同 的偏振角時，在輸入光束中詢問的相位延遲的數(shù)量將是四。這允許成像模塊110同時檢測 和測量四個干涉圖。在圖4和5中，成像模塊110還包括與線性像素化相位掩模130相關(guān)聯(lián)的線掃描 傳感器146，用于檢測和測量通過線性像素化相位掩模130的干涉圖。線掃描傳感器146包 括光電元件148的線性陣列。在圖4和5示出的特定配置中，在線掃描傳感器146的光電 元件148和線性像素化相位掩模130的偏振元件148之間存在一對一的映射。在不同偏振 態(tài)和線性像素化相位掩模130中表示的相位延遲下，線掃描傳感器146檢測和測量通過線 性像素化相位掩模130的干涉光束的強度。圖6描繪一個例子，其中成像模塊110包括線性偏振陣列138a、138b、138c、138d。 通常，成像模塊110可以再有兩個線性偏振陣列，一般，具有至少三個線性偏振陣列是較佳 的。線性偏振陣列138a、138b、138c、138d的每一個包括一組偏振元件。在一個例子中，線 性偏振陣列138a包括具有第一偏振角的偏振元件，線性偏振陣列138b包括具有第二偏振 角的偏振元件，線性偏振陣列138c包括具有第三偏振角的偏振元件，而線性偏振陣列138d 包括具有第四偏振角的偏振元件，其中第一、第二、第三、第四偏振角是不同的。例如，從 0°、90°、180°和270°中選擇第一、第二、第三、第四偏振角。在這個配置中，線性偏振陣 列138a、138b、138c、138d的每一個詢問不同相位延遲或相移處的輸入光束的強度。如在圖 5中，如果輸入光束是線性偏振的，則線性偏振陣列138a、138b、138c、138d的每一個之前可以設(shè)置有四分之一波片。線性偏振陣列138a、138b、138c、138d的工作方式與線性像素化相 位掩模(圖4和5中的130)相似，除了每個偏振陣列是專用于單個偏振態(tài)的。對于四個偏 振陣列138a、138b、138c、138d，需要上述輸入或干涉光束IB的四個復(fù)制品?？梢酝ㄟ^在光 束調(diào)節(jié)模塊(圖2中的108)中的諸如衍射元件或全息漫射器之類的光學(xué)器件模塊(圖2 中的149)來提供干輸入束IB的四個復(fù)制品。還可以把提供輸入光束IB的四個復(fù)制品的 光學(xué)器件模塊置于成像模塊110的輸入端，而不是置于光束調(diào)節(jié)模塊中。在圖6中，成像模塊110包括分別與線性偏振陣列138a、138b、138c、138d相關(guān)聯(lián) 的線掃描傳感器146a、146b、146c、146d。線掃描傳感器146a、146b、146c、146d與圖4和5 中的線掃描傳感器146相似，分別檢測通過線性偏振陣列138a、138b、138c、138d的干涉圖。圖7和圖8示出可以用作為空間分相器和代替線性像素化相位掩模(圖4-5中的 130和圖6中的138a-d)的線性棱鏡移相器160。線性棱鏡移相器160包括設(shè)置在線性疊 層中的分光鏡162、偏振分光鏡164、分光鏡166以及棱鏡或鏡子168。與分光鏡160、162、 164、以及棱鏡或鏡子168相鄰的分別是以線性疊層設(shè)置的裸板162a、四分之一波片164a、 裸板166a以及四分之一波片168a。與板的疊層相鄰的是以線性疊層設(shè)置的三角棱鏡162b、 164b、166b和168b。參考圖8，在分光鏡162處接收輸入光束IB。分光鏡162把輸入光束 IB分成兩個光束Il和12。光束Il通過裸板162a而進入棱鏡162b。線掃描傳感器(圖7 中的146)的一部分與棱鏡162b對準(zhǔn)以接收來自棱鏡162b的輸出光束。光束12行進到偏 振分光鏡164，在那里再次分成具有正交偏振態(tài)的兩個光束121和122。光束121通過四分 之一波片164a而進入棱鏡164b。線掃描傳感器(圖7中的146)的一部分接收來自棱鏡 164b的輸出光束。光束122行進到分光鏡166，它在那里分成兩個光束1221和1222。光束 1221通過裸板166b和棱鏡166b，并且在線掃描傳感器(圖7中的146)處被接收。光束1222行進到棱鏡或鏡子 168。光束1222的經(jīng)反射的光束12221通過四分之一波片168a和棱鏡168b。線掃描傳感 器(圖7中的146)的一部分接收棱鏡168b的輸出。較佳地設(shè)計分光鏡和偏振分光鏡162、 164、166、168，以致使輸出光束在強度方面緊密地匹配和具有相似的信噪比。參考圖1-3，干涉光束發(fā)生器106通過與測試物體102的測試表面104的交互作用 而產(chǎn)生干涉光束。干涉光束IB通過光束調(diào)節(jié)模塊108，并且聚焦到成像模塊110上。在成 像模塊110內(nèi)部，通過線性像素化相位掩模(圖4和5中的130)或線性偏振陣列(圖6中 的138a-d)或線性棱鏡移相器(圖7和8中的160)(統(tǒng)稱為空間分相器，取決于使用成像模 塊110的哪種配置)，在不同相位延遲處詢問輸入光束IB。在成像模塊110內(nèi)部，線掃描傳 感器(圖4和5中的146)或多個線掃描傳感器(圖6中的146a-d)檢測和測量通過線性 像素化相位掩模(圖4和5中的130)或線性偏振陣列(圖6中的138a-d)或線性棱鏡移 相器(圖7和8中的160)(統(tǒng)稱為空間分相器，取決于使用成像模塊110的哪種配置)的 干涉圖。在測試表面104上線性地移動干涉儀105，同時干涉光束發(fā)生器106在干涉儀105 越過測試表面104的每個位置處產(chǎn)生干涉光束。另一方面，可以相對于干涉儀105線性地 移動測試表面104，同時干涉光束發(fā)生器106產(chǎn)生干涉光束。成像模塊110檢測和測量干涉 儀105產(chǎn)生的干涉光束，如上所述。對于干涉光束發(fā)生器106產(chǎn)生的每個干涉光束，成像模 塊110同時從干涉光束檢測和測量多個干涉圖?？梢园呀?jīng)測量的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)獲取模塊 (圖1中的112)，并且處理數(shù)據(jù)而使用已知技術(shù)重構(gòu)表面形貌，所述已知技術(shù)諸如在Cheng和 Wyant 的"Applied Optics，24”(3049 頁(1985))中描述的。干涉儀105是線性度促進了表面形貌測量系統(tǒng)的可量測性。為了測量測試表面的 表面形貌，需要沿一個維度或第一維度上使干涉儀105的大小與測試表面匹配。通過沿基 本上與第一維度正交的第二維度的線性干涉儀105和測試表面之間的相對運動同時干涉 儀105進行測量而獲取全部表面形貌?？梢韵喈?dāng)容易和廉價地完成成像模塊110的部件的 線性定標(biāo)，因為其全部需求是在對于空間分相器(圖4和5中的130、圖6中的138a-d、圖 7和8中的160)和線掃描傳感器(圖4、5和7中的146、圖6中的146a_d)是線性方向上 添加元件。另一方面，可以使用干涉儀105的線性陣列沿第一線性方向覆蓋測試表面，并且 可以使用沿基本上與第一線性方向正交的第二線性方向的干涉儀105的線性陣列和測試 表面之間的相對運動來產(chǎn)生兩維表面形貌。由于干涉儀105的線性度，干涉儀105雨測試 表面的對準(zhǔn)是相當(dāng)簡單的。這促進了干涉儀105在生產(chǎn)環(huán)境的在線測量中的推廣應(yīng)用?？梢允褂醚b置100進行物體表面形貌的在線測量?？梢允褂脺y量到的表面形貌來 檢測物體的測量表面上的缺陷的存在。在諸如制造平板顯示器中使用的基板之類的物體 中，這些缺陷的長度可能處于幾百微米到幾個毫米的數(shù)量級，并且可能發(fā)生在物體的測量 表面上的任何地方。測量的表面本身可以是極大的，例如，3米X3米。具有高度小于1微 米的缺陷，就要關(guān)心振動。裝置100使用瞬時相位測量干涉測量法(i-PMI)而基本上消除 了沿測試線或測量表面進行測量時的振動效應(yīng)。在i-PMI中，從單個干涉光束獲取多個干 涉圖。在實際上“凍結(jié)”測試表面的時間幀內(nèi)產(chǎn)生干涉光束本身。在5微秒干涉儀暴露處， 實際上凍結(jié)了幅度大于50微米和頻率快于20Hz的測試表面振動，允許正確地測量小至1 納米或更小的表面形貌。此外，通過以高掃描速率相對于測量表面移動干涉儀105可以產(chǎn) 生具有最小局部振動效應(yīng)的兩維表面形貌。在高掃描速率處，對于沿線和局部區(qū)域中的測 量兩者，凍結(jié)了振動。然后，兩維表面形貌是局部形貌測量的級聯(lián)，具有在實際上“凍結(jié)”測 試表面時的時間幀期間獲取的每個局部形貌。在每個局部形貌測量中，缺陷的檢測是一貫 的和可靠的。存在用于分析局部缺陷特征的大的形貌映射的各種方法。一個方法包括把大 的形貌映射變換到空間頻率(或由于已知掃描速率而變換到時間頻率)的傅里葉映射，然 后施加高通濾波器或帶通濾波器來分離出缺陷。在使用融合拉伸工藝形成材料板的同時，還可以使用裝置100來測量表面形貌， 諸如在發(fā)出進行審理的美國專利3，338，696和3，682，609中所描述的，這里結(jié)合其作為參 考。在融合拉伸工藝中，在對材料板進行拉伸的同時，它可以經(jīng)受諸如振動這樣的運動。如 果干涉儀105以大于材料板振動的速度掃過材料板，則可以進行高分辨率測量。在已經(jīng)相對于有限數(shù)量的實施例描述了本發(fā)明的同時，獲得本揭示有益之處的、 熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，可以設(shè)計不偏離這里揭示的本發(fā)明范圍的其它實施例。 因此，僅由所附的權(quán)利要求書來限定本發(fā)明的范圍。
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權(quán)利要求
一種用于測量物體表面形貌的方法，包括引導(dǎo)物體表面處的第一光束；提供與第一光束相干且相對于第一光束在空間上有相移的第二光束；從第二光束和來自物體表面的第一光束的反射光束中產(chǎn)生干涉光束；以及使用至少一個線掃描傳感器來檢測和測量所述干涉光束。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一光束和所述第二光束基本上是線 性的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，檢測和測量所述干涉光束包括使所述干 涉光束穿過空間分相器，所述空間分相器詢問不同相位延遲處的干涉光束。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生干涉光束包括引導(dǎo)具有已知形貌的基 準(zhǔn)表面處的第二光束；以及從來自基準(zhǔn)表面的第二光束的反射光束和來自物體表面的第一 光束的反射光束中產(chǎn)生干涉光束。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，使用至少一個線掃描傳感器來檢測和測量 所述干涉光束包括同時從所述干涉光束中獲取多個干涉圖。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括使用干涉圖來重構(gòu)物體表面形貌。
7.一種測量物體表面形貌的方法，包括 引導(dǎo)物體表面處的第一光束；提供與第一光束相干且相對于第一光束在空間上有相移的第二光束； 從第二光束和來自物體表面的第一光束的反射光束中產(chǎn)生干涉光束； 形成所述干涉光束的多個復(fù)制品；使所述干涉光束的每個復(fù)制品穿過多個空間分相器中的一個；以及 使用與多個空間分相器相關(guān)聯(lián)的多個線掃描傳感器來檢測和測量所述干涉光束的復(fù) 制品。
8.一種用于測量物體表面形貌的裝置，包括光學(xué)配置，所述光學(xué)配置能夠(i)引導(dǎo)物體表面處的第一光束，(ii)提供與第一光束 相干且相對于第一光束在空間上有相移的第二光束，以及(iii)從第二光束和來自物體表 面的第一光束的反射光束中產(chǎn)生干涉光束；以及至少一個線掃描傳感器，用于檢測和測量所述干涉光束。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，還包括光源，所述光源能夠提供其相干長度 小于物體光學(xué)厚度的兩倍的源光束。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，光學(xué)配置包括分光鏡，所述分光鏡能夠把 源光束分成第一光束和第二光束。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述光學(xué)配置包括與第二光束交互作用 的基準(zhǔn)表面。
12.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述光學(xué)配置還包括光束成形器，所述光 束成形器能夠使源光束定形成基本上線性的光束。
13.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，還包括光學(xué)地耦合到至少一個線掃描傳感 器的至少一個空間移相器，用于詢問不同相位延遲處的干涉光束。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，至少一個空間移相器是包括偏振元件的線性配置的線性像素化相位掩模。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，把所述偏振元件安排在重復(fù)圖案中，并且 在每個重復(fù)圖案中的偏振元件具有不同的偏振角。
16.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，至少一個空間移相器是線性棱鏡移相器。
17.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，它包括多個獨立的線掃描傳感器。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，還包括光學(xué)地耦合到多個線掃描傳感器 的多個空間移相器，用于詢問不同相位延遲處的干涉光束。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，還包括用于形成所述干涉光束的復(fù)制品 從而使得在每個空間移相器處接收到所述干涉光束的復(fù)制品的光學(xué)模塊。
20.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，還包括用于使光學(xué)配置和至少一個線掃描 傳感器相對于物體表面而移動的機構(gòu)。
21.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，還包括數(shù)據(jù)獲取模塊，用于從至少一個線 掃描傳感器中收集數(shù)據(jù)并且處理該數(shù)據(jù)以重構(gòu)出表面形貌。
全文摘要
一種用于測量物體表面形貌的裝置包括光學(xué)配置，該光學(xué)配置能夠引導(dǎo)物體表面處的第一光束；提供與第一光束相干和相對于第一光束在空間上有相移的第二光束；以及從第二光束和來自物體表面的第一光束的反射光束中產(chǎn)生干涉光束。該裝置還包括至少一個線掃描傳感器，用于檢測和測量干涉光束。
文檔編號G01B9/02GK101983313SQ200980109883
公開日2011年3月2日 申請日期2009年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月21日
發(fā)明者J·P·特賴斯, P·R·勒布朗克, V·M·施奈德 申請人:康寧股份有限公司