DE3817561C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines projizierten Objektgitters für die Topographie­ messung von Prüflingsoberflächen gemäß dem Projek­ tions-Moire-Verfahren, mit einem Laser und einem vom Laserlicht beaufschlagten, zwei Spiegel und einen Strahlteiler aufweisenden Zweistrahl-Interferometer.

Das IBM-Technical Disclosure Bulletin Vo. 25, No. 1, S. 357-358 (1982) lehrt eine derartige Vorrichtung, bei der das Interferometer als Mach-Zehnder-Interferometer ausgestaltet ist, das den Nachteil aufweist, daß es das interferierende Moir´-Muster durch Verkippen der strahlteilenden Spiegel gegeneinander erzeugt und damit eine relativ große Grundfläche zur Montage der einzelnen Komponenten benötigt. Das Verkippen der strahlteilenden Spiegel gegeneinander gestattet nur das Ausleuchten kleiner Flächen. Die bekannte Vorrichtung ist aufgrund ihrer großen Grundfläche schwierig zu stabilisieren und damit zum Einsatz in industrieller Umgebung schlecht geeignet.

Der Artikel von J. Shamir "Moir´ gauging by projekted interference fringes" aus Optics and Laser Technology, S. 78-86 (1973), ist ein grundlegender Aufsatz über die Wirkungsweise von Moir´-Muster ausnützenden Vorrichtungen und beschreibt insbesondere die zu erwartenden Ergebnisse bei der Verwendung von einer punktförmigen Lichtquelle, deren ausgesandtes Licht gekrümmte Wellenfronten aufweist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kompakt aufbaubare Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es gestattet, bei hoher Liniendichte des Objektgitters ein großes Gesichtsfeld zu erhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strahlteiler das Laserlicht in zwei Interferometerarme des Zweistrahl-Interferometers in Gestalt einer Michelson-Interferometer-Anordnung einspeist, die jeweils durch einen sphärischen Spiegel mit gleicher Brennweite begrenzt sind, wobei einer der beiden sphärischen Spiegel transversal zum Interferometerarm und einer der beiden sphärischen Spiegel in Richtung des Interferometerarmes verstellbar ist.

Eine erfindungsgemäße Michelson-Interferometer-Anordnung verfügt über Endspiegel, die als sphärische Spiegel gleicher Brennweite ausgestaltet sind. Dadurch, daß einer der Spiegel quer zu dem einen Interferometerarm verstellbar ist, kann die Liniendichte schnell und einfach veränderbar werden. Dabei verändert und verkleinert sich insbesondere die beleuchtete Fläche also die Größe des Objektgitters kaum. Durch die Verstellbarkeit eines der beiden Spiegel in Richtung seines Interferometerarmes können die hellen und dunklen Streifen des Objektgitters über die abzutastende Oberfläche verschoben werden. Dies wird durch eine Änderung der Phasenbeziehung zwischen der Strahlung aus den beiden Interferometerarmen bewirkt.

Dadurch, daß einer der beiden Spiegel auf dem Strahlteiler befestigt ist, ist die Interferometeranordnung auch besonders kompakt und stabil. Vorzugsweise ist der verstellbare Spiegel in unmittelbarer Nähe der zugeordneten Koppelfläche des Strahlteilers angeordnet. Es gelingt mit diesem äußerst kompakten Aufbau eine Fläche in der Größe einer Kofferraumhaube eines Autos mit dem Objektgitter hell und mit großem Kontrast auszuleuchten.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt eine schematische Seitenansicht eines Michelson-Interferometers gemäß der Erfindung.

Die in der Zeichnung 1 dargestellte Vorrichtung mit einem Michelson-Interferometer dient zur Projektion eines Objektgitters 1 mit hellen und dunklen Streifen auf ein Objekt 3. Das Interferometer wird mit einem durch ein Aufweitungssystem, das aus einem Mikroskop­ objektiv 3 und einer Modenblende (Pinhole=dünnes Metallplättchen mit kreisförmigem kleinem Loch) 4 besteht, gefilterten und aufgeweiteten Laserstrahl 5 beleuchtet. Der aufgeweitete Laserstrahl 5 wird mit Hilfe eines eine genügende Kohärenzlänge aufweisenden Lasers 6 erzeugt, der einen parallelen, engen Laser­ strahl 7 liefert, welcher mit dem Mikroskopobjektiv 3 auf das Pinhole 4, dessen kreisförmiges Loch einen Durchmesser in der Größenordnung von einigen Mikro­ metern aufweist, fokussiert wird. Ein Achromat 8 im Brennweitenabstand von dem Pinhole 4 gestattet die Erzeugung des gefilterten, aufgeweiteten und wieder parallelen Laserstrahls 5 mit einem Durchmesser von un­ gefähr 10 mm.

Der aufgeweitete Laserstrahl 5 wird in einen Strahl­ teilerwürfel 9 eingekoppelt, der den aufgeweiteten Laserstrahl 5 in einen ersten Laserstrahl 10 und einen zweiten Laserstrahl 11 aufteilt, die in einen ersten Arm 12 und einen zweiten Arm 13 des Michelson-Inter­ ferometers gelenkt werden.

Der in den ersten Arm 12 gelenkte erste Laserstrahl 10 trifft auf einen im festen Abstand zum Strahlteiler­ würfel 9 angeordneten konkaven, sphärischen ersten Spiegel 14, der den ersten Laserstrahl 10 im wesent­ lichen in sich selbst reflektiert. Der Brennpunkt 15 des ersten sphärischen Spiegels 14 liegt zum Beispiel zwischen dem ersten Spiegel 14 und dem Strahlteiler­ würfel 9, wobei durch den ersten Spiegel 14 ein erster divergenter Laserstrahl 16 erzeugt wird, der als Ganzes durch den Strahlteilerwürfel 9 hindurchgeht. Wenn der Spiegel 14 für einen kompakten Aufbau in bevorzugter Weise auf dem Strahlteilerwürfel 9 angeordnet ist, liegt der Brennpunkt 15 im Strahlteilerwürfel oder auf der gegenüberliegenden Seite des Strahlteilerwürfels. Der zur Erzeugung des Objektgitters 1 nicht notwendige, am Strahlteilerwürfel 9 reflektierte Anteil des ersten, divergenten Laserstrahls 16 ist zur Übersichtlichkeit der Zeichnung nicht eingezeichnet.

Der über den Strahlteilerwürfel 9 in den zweiten Arm 13 gelenkte zweite Laserstrahl 11 trifft auf einen ein­ stellbaren konkaven, sphärischen zweiten Spiegel 17, der den zweiten Laserstrahl 11 nicht genau in sich selbst reflektiert. Der Brennpunkt 18 des konkaven, sphärischen zweiten Spiegels 17 liegt derart zwischen dem zweiten Spiegel 17 und dem Strahlteilerwürfel 9, daß der reflektierte zweite divergente Laserstrahl 19 als Ganzes durch den Strahlteilerwürfel 9 hindurch geht. Der gerade durch den Strahlteilerwürfel 9 hin­ durchtretende Anteil des reflektierten zweiten Laser­ strahls 11 ist zur Übersichtlichkeit nicht eingezeich­ net. Selbstverständlich kann die Anordnung auch so getroffen sein, daß der Brennpunkt 18 wiederum im oder unter dem Strahlteilerwürfel 9 zu liegen kommt, wodurch ein kompakterer Aufbau möglich ist.

Der zweite konkave, sphärische Spiegel 17 ist sowohl quer als auch parallel zur optischen Achse 21 des einfallenden zweiten Laserstrahls 11 verstellbar. Hierzu können Mikrometerschrauben einer Halterung und/oder Piezoelemente, auf denen der Spiegel 17 be­ festigt ist, benützt werden.

Ein Versetzen der Spiegelachse 20 gegenüber der opti­ schen Achse 21 des einfallenden zweiten Laserstrahls 11 führt zu einem Kippwinkel zwischen der Hauptachse des zweiten divergenten Laserstrahls 19 und dem ersten divergenten Laserstrahl 16 nach Austritt der beiden Strahlen aus dem Strahlteilerwürfel 9. Im überlappenden Teil 22 der beiden divergenten Laserstrahlen 16, 19 bildet sich als Interferenzmuster das Objektgitter 1 auf dem Objekt 2. Durch Verschiebung des zweiten sphärischen Spiegels 17 in Richtung der optischen Achse 21 des einfallenden zweiten Laserstrahls 11 kann das Objektgitter 1 innerhalb des überlappenden Teils 22 beliebig auf dem Objekt 2 entlang dessen Oberfläche verschoben werden (Phasenverschiebung).

Bei einem besonders kompakten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht der Laser 6 aus einem integrierten Halbleiterlaser. Es ist auch möglich, den nicht ver­ schiebbaren sphärischen Spiegel 14 durch eine Einrich­ tung aus einem Planspiegel oder konvexen Spiegel und einer Sammellinsenanordnung zu ersetzen, wenn die Abmessungen größer sein dürfen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines projizierten Objektgitters für die Topographiemessung von Prüflingsoberflächen gemäß dem Projektions-Moir´-Verfahren mit einem Laser und einem vom Laserlicht beaufschlagten, zwei Spiegel und einen Strahlteiler aufweisenden Zweistrahl-Interferometer, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (9) das Laserlicht (5) in zwei Interferometerarme (12, 13) des Zweistrahl-Interferometers in Gestalt einer Michelson-Interferometer-Anordnung einspeist, die jeweils durch einen sphärischen Spiegel (14, 17) mit gleicher Brennweite begrenzt sind, wobei einer der beiden sphärischen Spiegel (14, 17) transversal zum Interferometerarm (21) und einer der beiden sphärischen Spiegel (14, 17) in Richtung des Interferometerarmes (21) verstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler ein Strahlteilerwürfel (9) ist, der das einfallende Licht (5) in einen ersten sich quer zur Einfallsrichtung erstreckenden Interferometerarm (12) und einen zweiten sich in Einfallsrichtung erstreckenden Interferometerarm (13) aufteilt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Spiegel (17) auf einem in axialer Richtung (20) des Spiegels (17) elektrisch anregbaren Piezokristall angeordnet ist, seinerseits auf einer quer zur Spiegelachse (20) mit Hilfe einer Mikrometerschraubenanordnung transversal verstellbaren Halterung angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden sphärischen Spiegel (14) auf dem Strahlteiler (9) befestigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der transversal und/oder axial verstellbare sphärische Spiegel (17) in unmittelbarer Nähe der zugeordneten Koppelfläche des Strahlteilerwürfels (9) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Laser (6) und der Interferometeranordnung eine Aufweitungsoptik (3, 4, 8) mit einer Modenblende angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fest angeordnete sphärische Spiegelanordnung (14) durch einen Planspiegel mit einer zugeordneten Linsenanordnung gebildet ist.