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WO2006021205A1 - Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der form einer oberflächentopologie eines messobjektes - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der form einer oberflächentopologie eines messobjektes Download PDF

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WO2006021205A1
WO2006021205A1 PCT/DE2005/001509 DE2005001509W WO2006021205A1 WO 2006021205 A1 WO2006021205 A1 WO 2006021205A1 DE 2005001509 W DE2005001509 W DE 2005001509W WO 2006021205 A1 WO2006021205 A1 WO 2006021205A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measuring
micromirror array
detector
section
measurement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2005/001509
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Wielsch
Albrecht Krüger
Helmut Witek
Georg Dittmar
Uwe Richter
Thilo Sandner
Sai Gao
Jürgen Schreiber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sentech Instruments GmbH
Original Assignee
Sentech Instruments GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sentech Instruments GmbH filed Critical Sentech Instruments GmbH
Priority to DE112005002106T priority Critical patent/DE112005002106A5/de
Publication of WO2006021205A1 publication Critical patent/WO2006021205A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1, uses according to claim 20 and a method according to FIG. 21.
  • Microfluidics in typical cycle times of 15 s per chip on it, the microstructures on these chips to undergo an immediate control.
  • Flexibly applicable 3D measuring techniques are also used today in the production of precise tools for the production of microsystem components. Especially for the validation of high-volume production processes, an available measuring system would be a great benefit in order to be able to make statements about the quality of the process and the subsequent product, including reject rates.
  • a broad spectrum for the use of the 3D measuring system can also be identified for medical and biological examinations.
  • Methods and arrangements are of interest for elucidating the optical conditions in the anterior eye segment, where spatial light modulators can be used as accommodating and stimulus display (see for example DE 103 23 920 A1).
  • Measuring method, the working speed and the test costs are decisive criteria for whether existing measuring instruments and measurement techniques meet the requirements of industrial practice, in particular for the quality control of microtechnical components.
  • atomic force and test costs are decisive criteria for whether existing measuring instruments and measurement techniques meet the requirements of industrial practice, in particular for the quality control of microtechnical components.
  • Electron microscopes with axial and lateral nanometer resolution are used because of the effort and cost only for studies of individual lots. Therefore, for the applications described above, optical measurement methods alone are up for discussion.
  • surface light modulators can be used.
  • LCD liquid crystal devices
  • DMD digital micromirror devices
  • Object to be measured and / or used as a shadow mask for imaging in a microscope Object to be measured and / or used as a shadow mask for imaging in a microscope.
  • interferometric methods offer the advantage of measuring 3D objects optically without contact over large object distances. For this purpose, the coherent properties of the light are exploited.
  • the axial resolution does not depend on the size of the aperture, so that interferometric methods are also suitable for measuring structures with a high aspect ratio.
  • Micronics is exploited for maskless lithography (Sandström, T. et al., SPIE Proc., Vol. 4409, 270-276 (2001)).
  • optical signature analysis is useful. This is understood as a diagnostic strategy that recognizes or evaluates the state of a system, a component, a machine or a process based on a characteristic sequence of measured data, the signature. The current signature is automatically compared with a reference signature determined in advance and assigned to a specific desired state. This method was developed and introduced especially for troubleshooting microelectronic circuits and for monitoring of computer systems, ie systems whose • function can be described by a digital signature. In connection with the rapid development of modern image processing methods as well as methods of artificial
  • the object of the present invention is to provide an efficient apparatus and method for determining an image of a surface topology.
  • At least one beam control in particular a polarization-dependent beam splitter
  • the electromagnetic radiation is separated into at least one reference beam and at least one measuring beam.
  • a first section of the at least one measuring beam is guided by the beam splitter onto at least one analogously controllable micromirror array, from which a second section of the at least one measuring beam is directed onto the surface of the
  • the DUT is reflective.
  • the reverse path can also be taken by guiding a first section of the at least one measurement beam from the beam splitter onto the measurement object, from which a second section of the at least one measurement beam is reflected onto the at least one analog-controllable micromirror array.
  • a third section of the at least one measurement beam is from the analog controllable micromirror array or the measurement object, depending on which of the two alternatives was selected in
  • At least one detector in particular a camera and / or a single detector.
  • the at least one detector receives temporally and / or locally resolved patterns of the third portion of the minimum one measurement beam, which can be evaluated as a function of the activation of the analog-controllable micromirror array.
  • Measurement object reflected radiation but both the coded in the light phase information, and possibly the polarization information, used for phase contrast enhancement and detects the resulting pattern on the detector and used with the computing means.
  • the phase information is influenced in a targeted manner by the analog micromirror array, so that the evaluation of the pattern on the Detector that can calculate information about the shape of the surface topology.
  • FIG. 1A shows the micromirror array with 1 million individual mirrors, wherein the chip has a size of 15 ⁇ 40 mm 2 and image repetition rates of more than 1 kHz can be achieved with the aid of electronic control of each individual mirror;
  • FIG. 1B Detail of the chip surface with several of the
  • Fig. 2 block diagram of the base module for a first
  • Fig. 2a block diagram of the base module for a
  • FIG. 5a Schematic of a third embodiment of the device according to the invention: Michelson interferometer with an analog micromirror array (microsensing mirror); FIG.
  • the embodiments of the device according to the invention described below operate optically non-contact and non-destructive and are primarily intended for online quality monitoring in production processes with short service lives, in particular for fast, quantitative 3D measurement of microstructures and nanostructures (for example on semiconductor wafers).
  • a modular opto-micromechanical measuring system which utilizes the full information of an imaging laser beam and is optimally adapted to the test tasks by means of known analog controllable micromirror arrays (see, for example, FIG.
  • FIG. 2 A first embodiment (FIG. 2) describes essential elements of the device according to the invention.
  • An electromagnetic radiation source 1 which uses a laser with one, two or tunable wavelengths as the light source, generates a beam, which is directed onto a beam splitter 2 after a first polarization optical system 20.
  • a first polarization optical system 20 may also an imaging optics 21 may be arranged in the beam path.
  • the first polarization optics 20 can be arranged before or after the imaging optics 21.
  • the beam splitter 2 divides this beam into one
  • a first portion of the measuring beam 41 first falls on a micromirror array 5.
  • a second portion of the measuring beam 42 is reflected and then passes through an imaging optics 22 (for example, a
  • Zoom optics or a focus optics on a surface of a measurement object 10.
  • the imaging optics 22 has the task to reduce the dimensions of the second part of the measuring beam 42 and for
  • the rays reflected from the smooth or textured surface topology of the measurement object 10 become the third portion of the measurement beam 43 at the specular
  • Fig. 2a an alternative to this embodiment is shown in which the beam path of the measuring beam 41, 42, 43 has been reversed.
  • the first section of the measurement beam 41 is directed onto the measurement object 10 by the beam splitter 2.
  • the surface of the measuring object 10 reflects the second Section of the measuring beam 42, which is directed to the analog microarray mirror 5. This is driven, as described above, wherein a third portion of the measuring beam 43 is generated, which is passed from the beam splitter 2 in the direction of the detector 6.
  • the other components have the corresponding functions as described in FIG. 2.
  • a computing means 7 controls the individual mirrors of the micromirror array 5, so that the radiation impinging on the measurement object 10 can be influenced in a targeted manner.
  • the radiation directed from the micromirror array 5 onto the measurement object 10 will scan the surface topology, taking into account the known geometry of the micromirror array 5 and the properties (e.g., phase) of that of the
  • the signal received by the detector 6 depends on the known position of the micromirrors and the initially unknown surface topology.
  • the unknown surface topology can be determined by the computing means 7 on the basis of the known mirror position.
  • the determination may e.g. interferometrically by the evaluation of interferences between measuring beams and
  • Reference beams are made, which impinge as a pattern on the detector 6.
  • other patterns such as e.g. Intensity pattern or phase patterns that are registered by the detector 6 are evaluated by the computing means 7.
  • optimal ratios for the interference can be set and thus allow analogous to the ellipsometer to record the intensities as a function of the orientation of the polarization.
  • the image repetition rates of 2 kHz currently available for analog-controllable micromirror arrays allow a time resolution in the millisecond range and the smallest mirror sizes of 16 ⁇ 16 ⁇ m 2 with a suitable optical system a spatial resolution in the sub-micron range.
  • the use of an analog controllable micromirror array 5 for gray level modulation also allows the positioning of a diffraction figure with an accuracy of a few nanometers. Without translation, scans can be performed in the z and x, y directions using the 3D measuring system. At a working distance of the mirror system to the object surface of about 300 mm, a lateral area of about 150 ⁇ 150 ⁇ m 2 can be detected, assuming a maximum deflection angle of the micromirrors of about 2.9 °.
  • either fast shutters are provided at a suitable location, either in the input beam or in front of the detector 6, or a direct modulation of the light source 1 is carried out in synchronization with the mirror movement.
  • This basic measurement setup enables adaptive and scanning beam guidance.
  • the depth resolution is less than 10 ⁇ m and includes a height range of approximately 4 ⁇ m * 100 / V (V magnification).
  • diffraction patterns can be generated on the object surfaces whose reflected images on the detector 6 contain statements about the surface topography of the measurement object 10.
  • structures on the surface can be null-converted on the detector 6 into an electronic image resulting from the mirror deflections required for alignment.
  • maskless photolithography it is possible in analogy to maskless photolithography to detect structures having the smallest dimensions on the order of about 100-200 nm.
  • the inclusion of reflection patterns gives the opportunity to perform a good-bad comparison with reference objects. These include the investigation of structures on chips for microfluidics in the micrometer range as well as metallized hole structures in the submicron range.
  • Last but not least, proven techniques such as triangulation, confocal imaging, and interferometry (coherence tomography, white-light interferometry) can be used as a measurement method in the present 3D measurement system.
  • the optical and micromechanical components used provide qualitatively new degrees of freedom for optimizing the measurement task to be solved.
  • the user can set up detailed measuring concepts according to the requirements of the practical application and implement them easily with the help of a modular basic equipment.
  • the various influences such as. the diffraction at the mirror edges and the thermal mirror fluctuations, recorded and realized concrete applications.
  • Micro positioning can be equipped to capture larger object areas and to automate the measurement processes.
  • FIG. 3 schematically shows a second embodiment in which the interferometric determination of the absolute value of the etching removal and the measurement of etching edge profiles is performed.
  • the basic structure corresponds to that of the first embodiment in Fig. 2, wherein for reasons of clarity, the computing means 7 has not been shown.
  • here is one data link of the micromirror array 5 and the detector before.
  • the light source used here again is a laser 1, but with a linearly polarized beam, the beam of which is guided by a shutter 30 and a rotatably arranged ⁇ / 2 plate 31 (see below for an explanation) into an imaging optical unit 21 which effects beam spreading.
  • the beam is then directed onto a polarization-dependent beam splitter 2 (PST), which reflects the s-polarized component of the laser light as the first section of the measuring beam 41 in the direction of the analog micromirror array 5.
  • PST polarization-dependent beam splitter 2
  • the first or second section of the measuring beam 41, 42 passes through a first ⁇ / 4 plate 32, whereby the polarization direction is rotated by 90 ° and the second section of the measuring beam 42 (ie that of the analog Micromirror array 5 reflected part) is subsequently transmitted by the PST 2.
  • Measuring beam 42 a second ⁇ / 4 - plate 33 behind the PST 2, so that with the further rotation of the
  • Polarization direction by 90 ° of coming from the measuring object 10 third section of the measuring beam 43 is now reflected at the PST 2.
  • the p-polarized component of the laser light is transmitted by the PST 2 and forms the reference beam and interferes with the third portion of the measurement beam 43 reflected by the measurement object 10 before reaching the detector 6.
  • the optical components generally include polarization optics for phase contrast measurements. This includes a polarizer, ie a rotatable ⁇ / 2 plate 31, with which the polarization direction of the light can be rotated. The change of the polarization direction is accompanied by a variation of the ratio of reflection to transmission at the beam splitter 2.
  • An analyzer 34 located in front of the detector 6 is then adjusted to compensate for this by superposition of measurement and
  • Interference pattern has an optimal contrast.
  • the detector 6 is generally a photosensitive
  • Element It can be used in a one-dimensional or two-dimensional design.
  • a photodiode array or a CCD detector can be used.
  • a high-speed detector 6 is used when the time correlation method in combination with the analog
  • Micro mirror array 5 is used, since the image refresh rate of the analog micromirror array is more than 1 kHz. This also reduces the disturbing influence of vibrations of the object surface and of thermal fluctuations of the micromirrors.
  • the correlation function is averaged over an appropriate exposure time, i. .
  • Fig. 3 is schematically a surface topology shown on the measuring object 10.
  • Such steps may be present, for example, in a structured semiconductor substrate, wherein the device described here is suitable for measuring the structures on the semiconductor substrate.
  • FIGS. 3a, 3b and 3c show different beam guides during scanning of the surface topology.
  • the beam focus z o in the axial direction, but also the focus position in the lateral direction can be varied and thus used for scanning.
  • the working distance of the micromirror array 5 and the measuring object 10 is 300 mm and 50 micromirrors of the size 16 ⁇ 16 ⁇ m 2 are used.
  • the absolute object position in the axial direction can be determined with this method.
  • appropriate algorithms are used for the analysis and rapid evaluation of the correlation functions.
  • FIGS. 4a, 4b show different correlation functions.
  • the intersection points of the different heights of the measurement object 10 are characteristic measures for the lengths of the respective interfering rays.
  • information from the correlation functions K (xi, X 2 , ⁇ , z) can be utilized for a fixed position of the object surface.
  • the absolute position of the surface topology can be determined within the framework of fast numerical calculation methods.
  • An alternative method results from the use of light sources having two or more wavelengths. As a result, the resolution of the measurement method and the robustness of the evaluation of the interference images can be improved.
  • Correlation curves result i. the measurement signal is determined by the height, i. the surface topology of the measuring object 10, influenced.
  • arrays 5 with analog-controllable micromirrors makes it possible to produce diffraction structures, as is exploited by Micronics for maskless lithography (see also second exemplary embodiment).
  • analog-controllable micromirrors makes it possible to produce diffraction structures, as is exploited by Micronics for maskless lithography (see also second exemplary embodiment).
  • Micro-mirror arrays 5, the embodiment of FIG. 3, the position of a figure (such as an edge or a point) with an interferometric method in the range of a few nanometers can be precisely determined.
  • linear or areal different optical path length differences are generated with the analog micromirror array 5, so that the 3D measurement of the surface of a test object 10 can be done simultaneously, ie without screening.
  • structures of the order of magnitude of 200 nm are detected with a time constant of a few milliseconds.
  • FIG. 5b schematically shows a Michelson interferometer with micromirrors as a third exemplary embodiment. The principle is illustrated with reference to FIG. 5a.
  • the third embodiment comprises a light source 1 emitting coherent monochromatic light, e.g. a laser is.
  • the phase-shifting element used is a microsensing mirror 5a (FIG. 5 a) or a mirrored mirror array 5 b (FIG. 5 b) produced by methods of microsystem technology.
  • the latter is a matrix arrangement of individual, individually and analogically controllable Mikrosenkspiegel.
  • the Senkspiegelarray 5b is a matrix arrangement of individual, individually and analog controllable Mikrosenkspiegel.
  • a beam splitter 2 splits the laser beam coming from the light source 1 into a reference beam 3 and a measuring beam 4.
  • the reference beam 3 is reflected by the beam splitter 2 and deflected into the one interferometer arm in the direction of the phase-shifting array 5a, 5b. After the reflection on the microsensing mirror 5a or on the Senkspiegelarray 5b of the reference beam 3 passes through the interferometer back in the beam splitter 2.
  • the deflection .DELTA.z of the micromirror 5a or the local deflection .DELTA.zi the pixels (Einzelensenkspiegelelement) of the Senkspiegelarrays 5b at the time of reflection of the reference beam 3 this is impressed by the change in the optical path length a time-varying phase.
  • the measuring beam 4 is first transmitted by the beam splitter 2. It then passes through the second interferometer arm in the direction of the test object 10 to be examined, is reflected on its surface and passes through the interferometer arm back in the direction
  • the surface topology of the measuring object 10 causes a modification of the optical path length, so that the measuring beam 4 thereby undergoes a phase change.
  • the reference beam 3 is now transmitted, the measuring beam 4 is reflected and then both are superimposed to form a detector beam 50.
  • the information about the time-dependent, i. the deflection position .DELTA.z of the microsensing mirror 5a or the pixels of the tilting mirror array 5b present at the time t is coded, whereas the phase position of the measuring beam 4 contains details of the depth profile of the sample 10. According to the relative phase angle of both partial beams to each other in the detector arm 50 constructive or destructive interference.
  • a photosensitive detector 6 At the end of the detector arm is a photosensitive detector 6, which can be designed as a photodiode array or CCD detector in one or two dimensions.
  • the evaluation of the signal generated by the detector 6 and correlated with the phase-dependent intensity of the detector beam 50 supplies the searched information about the surface topology of the measurement object 10.
  • Senkspiegelarrays 5b allows the spatially resolved measurement of the surface topology of a sample 10 with a Michelson - interferometer.
  • the lateral resolution is determined by the size and spacing of the individual micromirrors.
  • conventional interferometers which have a low lateral spatial resolution, since the same for measuring the depth position generated in the detector plane Evaluate interference pattern and this requires larger contiguous pixel areas of the detector array, allows the use of a micro-mirror 5a or a Mikrosenkspiegelarrays 5b a significant increase in the lateral spatial resolution.
  • the temporal variation of the deflection .DELTA.z of the microsensing mirror and the resulting local phase modulation of the reference beam 3 causes a time-varying intensity or interference signal for each individual element of the photodetector 6, which information about the local height information of the
  • DUT 10 includes. By apriori knowledge of the existing for each detector element local phase modulation of the reference steel 3 can be calculated locally for each detector element, a height value of the measurement object 10, which ultimately leads to a significant increase in the lateral spatial resolution.
  • Micro-mirrors are used to detect the position of a figure, such as an edge or a point on the surface of the sample 10. Such an edge, for example, causes a phase jump in the interference pattern on the detector 6. By zeroing on the detector 6 results in the corresponding mirror deflections corresponding phase change and thus in addition to the position and the height of the edge.
  • Mikrorosenkaptarray 5b consisting of individually analogously controllable individual countersinks, based on a Kompensationsmesshin (i.e., zeroing) determine the 3D surface topography of a measuring object 10.
  • the zero balance is performed on the basis of the interference generated by measuring and reference beam in the detector plane
  • the specific deflection of the microsphere mirror array ⁇ zi (Xi, yi) required for zero adjustment for each individual mirror is a direct measure of the surface topography of the measurement object.
  • the micromirror array 5 can be controlled so that exactly this homogeneous intensity distribution is achieved on the detector 6.
  • FIGS. 6a to 6e A fourth embodiment with the achievable results is described in FIGS. 6a to 6e.
  • This fourth exemplary embodiment relates to the combination of a surface triangulation measurement system with an integrated analog controllable micromirror array 5 for measuring the 3D surface topography of a measurement object 10.
  • the physical measurement principle is based on the triangulation and the use of fringe projection techniques such as the phase shift and gray code method.
  • the device has a projector unit that generates structured striped patterns (see FIG. 6b) and projects them onto the measurement object 10, as well as a camera system 6 arranged at the triangulation angle ⁇ as a detector for recording the up-projected strip structures 11 interacting with the topography of the measurement object 10 projection pattern.
  • the measuring beam 4 is not brought to interference with a reference beam 3, but the surface topology is detected by means of the recorded projection pattern in response to the control of the micromirror array.
  • FIG. 6c the individual components of the embodiment of a surface triangulation measuring system with integrated, analog controllable micromirror array 10 are shown schematically.
  • the projection system has a monochromatic or polychromatic light source 1 whose radiation is directed onto a beam splitter 2.
  • the device has an analog controllable micromirror array 5 and a first imaging optics 21.
  • the light emitted by the light source 1 strikes a beam splitter 2, is reflected by it and impinges on an analog controllable micromirror array 5.
  • the areal analogously modulated by the micromirror array 5 and then reflected measuring beam 4 is subsequently transmitted by the beam splitter 2 and an imaging optics 21 on the measurement object 10 is projected.
  • an imaging optics 21 on the measurement object 10 is projected.
  • Micromirror arrays at the time ti a stripe pattern 11 with a defined lattice constant and spatial phase position is projected onto the measuring object 10.
  • the image of the optical interaction of the surface topography of the measuring object 10 and the projected fringe pattern 11 is determined by means of the
  • the camera system 6 (see Fig. 6a) recorded.
  • the camera system 6 has a second imaging optical system 24.
  • the Camera system a photosensitive detector array, which may be in particular a photodiode, CCD or CMOS area detector.
  • FIG. 6d shows strip structures with varied intensity produced in the projection plane by means of an analog controllably controlled micromirror array 5, the inserted image corresponding to the one-dimensional intensity profile of the projected, analogously modulated strip structures.
  • a sublattice can be generated in the projection plane so that the projected-on grating structures can be positioned with much greater accuracy of the phase position since, compared to the prior art (eg DMD), the resolution of the Projected grid structures no longer follow directly from the magnification of the projection optics and the pixel pitch • of the micromirror array.
  • the fine positioning of a projected grid structure in the projection plane which is based on the analog control of the micromirror array and the subgrid generated thereby, is illustrated in FIG. 6e.
  • FIG. 6e shows the deflection state of a row of micromirror arrays 5 (FIG. 6e, bottom) consisting of 8 individual mirrors and the intensity profile generated in the projection plane (FIG. 6e, top).
  • the three mirrors arranged in the middle are maximum and the
  • Edge mirror not deflected The third mirror from the left, however, is deflected analogously with the deflection a 3 .
  • the position of the stripe pattern projected in the projection plane is shifted (see Figure 6e, top), with the
  • Position or phase angle of the intensity pattern is positioned with high precision in the projection plane.
  • analog-controllable micromirror arrays 5 positioning accuracies of the projected intensity structures in the projection plane of less than 10 nm were achieved, so that by using analog-controllable micromirror arrays in surface triangulation measurement systems for Strip projection can achieve significantly higher position or phase accuracy of the required stripe patterns than is possible in the prior art (eg with DMDs).
  • analog-controllable micromirror arrays 5 in the projection system, a significant reduction in the measurement time is achieved, since, in contrast to the DMD, direct grayscale modulation directly produces a strip grating 11 with harmonic (cos or sin-shaped).
  • Intensity distribution can be projected onto the measuring object 10.
  • Inhomogeneities of the intensity distribution recorded by the camera system or detector 6, which are caused by the local variation of the optical surface properties of the measurement object, can be compensated adaptively by the analog-controllable micromirror array 5.
  • the image of the stripe pattern 11 interacting with the measuring object 10 received by the camera system 6 can be locally adapted to the dynamic range of the area detector 6. This causes an increase in the signal / noise ratio and the measurement accuracy and increases the number of measurable object points.
  • the object of the invention is a novel method and device system for rapid, quantitative 2D and / or 3D measurement of surface topographies of a measurement object 10.
  • embodiments primarily based on the 3D investigation of micro and nano structures (eg for online evaluation of etch removal and etching edges or for error inspection periodic
  • the in e.g. One embodiment non-contact and non-destructive 3D online measuring system is specifically designed for quality control in manufacturing processes with short tool life.
  • the invention relates to a modular opto-micromechanical measuring system (see Fig. 2 to 4), which exploits the full information of the imaging laser beam and allows the use of analog micromirror arrays 5 time and place correlated measurement methods and thereby optimally adapted to the respective füraufgäbe can.
  • the new measuring system has the possibilities and thus the advantage of integrating already established methods such as triangulation, confocal microscopy or interferometry into the measuring concepts and at the same time current developments in the field of nanometric metrology, such as e.g. the scatterometry, for a fast and reliable optical signature analysis.
  • the opto-micromechanical measuring system is significantly more efficient than existing optical methods and also opens up new fields of application.
  • Analog micromirror arrays 5 allow you to control each individual mirror, thus reducing the angles of the mirrors individual beams or their phase to be flexibly adapted to the measuring task.
  • the distance from measurement object 10 to micromirror array 5 can be selected in the order of about 300 mm. Translations and rotation of the sample or measuring system are not required.
  • Combination with an analog micromirror array 5 with individually activatable rockers or countersinks represents a novel system for the characterization of three-dimensional microscopic surfaces. Thus, interference, polarization and / or diffraction effects can be exploited.
  • gray value modulations can be used which allow an alignment of diffraction gratings or edges with an accuracy of approximately 5 nm.
  • Intensity pattern can be mapped, since each mirror only two States, while the Fraunhofer IPMS developed micromirror arrays 5 are analog controlled.
  • the generation of gray levels is possible only with time division multiplexing and thus relatively slow.
  • the analog controllable micromirror array 5 of the Fraunhofer IPMS allows the definition of sublattices due to the analog modulation and the associated simple generation of grayscale images.
  • the image refresh rate of the analog micromirror array 5 in generating gray levels is approximately equal to that of the DMD in the formation of black-and-white images.
  • etching removal etch rate determination
  • corresponding etching structures such as etching edges, perforated or trapezoidal structures
  • sputter structures of metallic, oxidic and nitridic layers can be characterized with the measuring system. This covers a wide range of applications in microsystems technology, electronics and nanotechnology.
  • microstructures such as galvanic molding, hot stamping and injection molding.
  • the measuring method allows a good-bad comparison of microstructures, such as e.g. Micropipes and MEMS for microfluidics.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Form einer dreidimensionalen und / oder zweidimensionalen Oberflächentopographie eines Messobjektes, gekennzeichnet durch a) mindestens eine Strahlungsquelle (1) für elektromagnetische Strahlung, b) mindestens einen Strahlteiler (2), insbesondere einen polarisationsabhängigen Strahlteiler (2), zur Trennung der elektromagnetischen Strahlung in mindestens einen Referenzstrahl (3) und mindestens einen Messstrahl (4, 41, 42, 43), wobei c) ein erster Abschnitt des mindestens einen Messstrahls (41) vom Strahlteiler (2) auf mindestens ein analog steuerbares Mikrospiegelarray (5) führbar ist, von dem ein zweiter Abschnitt des mindestens einen Messstrahls (42) auf die Oberfläche des Messobjektes (10) reflektierbar ist oder ein erster Abschnitt des mindestens einen Messstrahls (41) vom Strahlteiler (2) auf das Messobjekt (10) führbar ist, von dem ein zweiter Abschnitt des mindestens einen Messstrahls (42) auf das mindestens eine analog steuerbare Mikrospiegelarray (5) reflektierbar ist, d) ein dritter Abschnitt des mindestens einen Messstrahls (43) vom mindestens einen analog steuerbaren Mikrospiegelarray (5) oder vom Messobjekt (10) in Richtung mindestens eines Detektors (6), insbesondere eine Kamera und / oder ein Einzeldetektor, lenkbar ist, e) und der mindestens eine Detektor (6) zeitlich und / oder örtlich aufgelöste Muster des dritten Teils des mindestens einen Messstrahls (43) empfängt, die in Abhängigkeit von der Ansteuerung des mindestens einen analog steuerbaren Mikrospiegelarrays (5) auswertbar sind.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Form einer Oberflachentopologie eines Messobjektes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, Verwendungen gemäß Anspruch 20 und ein Verfahren gemäß 21.
Für die Fertigungsprozesse von Mikrosystemen ist es notwendig, online die Qualität schnell und zuverlässig zu kontrollieren. Beispielsweise ist es beim Plasmaätzen notwendig, den absoluten Ätzabtrag an beliebig ausgewählten Orten genau zu messen und die Qualität geätzter Profile mit Dimensionen der Größenordnung 200 - 1000 nm im Prozessverlauf zu bewerten. Beim Heißprägen und beim Mikrospritzguss kommt es z.B. bei der Fertigung von Chips mit Kanälen für die
Mikrofluidik in typischen Taktzeiten von 15 s pro Chip darauf an, die Mikrostrukturen auf diesen Chips einer Sofort- Kontrolle zu unterziehen. Flexibel einsetzbare 3D- Messtechniken werden heute auch bei der Herstellung von präzisen Werkzeugen für die Fertigung mikrosystemtechnischer Komponenten gebraucht. Gerade für die Validierung von Produktionsprozessen mit hohen Stückzahlen wäre ein verfügbares Messsystem ein großer Gewinn, um Aussagen über die Qualität des Prozesses und des späteren Produktes einschließlich Ausschussraten treffen zu können.
Durch Einsatz der 3D-Messtechnik lassen sich bessere, auf den Anwendungsfall zugeschnittene reproduzierbare Mikrostrukturen erzeugen. Beim Spritzgießen oder Heißprägen von Kunststoffen im Serienbetrieb können durch entsprechende Prozessüberwachung Aussagen zu Werkzeugverschleiß,
Werkzeugzustand oder Verhalten zur Umwelt (Adhäsion, Verschmutzung, Korrosion) getroffen werden. Damit können Prozesse optimiert, notwendige Wartungsaufgaben und Standzeiten kontrolliert werden. Weitere perspektivische Anwendungen der Erfindung eröffnen sich bei der Charakterisierung periodischer Strukturen - sehr häufig Elemente von mikro- und nanostrukturierten Bauelementen - als auch für die Bewertung der Verteilung von Nanopartikeln in verschiedenen Filter- und Katalysator- Anlagen. Ein derartiger Bedarf ist heute bereits deutlich zu erkennen.
Ein breites Spektrum für den Einsatz des 3D-Messsystems kann auch für medizinische und biologische Untersuchungen ausgemacht werden. Z.B. sind Verfahren und Anordnungen von Interesse, um die optischen Verhältnisse im vorderen Augenabschnitt aufzuklären, wobei räumliche Lichtmodulatoren als Akkomodations- und Anreizdisplay genutzt werden können (siehe z.B. DE 103 23 920 Al) .
Für die Bewertung von Strukturen der Mikrosystemtechnik im Fertigungsprozess sind die räumliche Auflösung des
Messverfahrens, die Arbeitsgeschwindigkeit und die Prüfkosten entscheidende Kriterien dafür, ob vorhandene Messgeräte und Messtechniken den Anforderungen der industriellen Praxis, insbesondere für die Qualitätskontrolle mikrotechnischer Komponenten, genügen. Zum Beispiel können Rasterkraft- und
Elektronenmikroskope mit axialer und lateraler Nanometerauflösung wegen des Aufwandes und der Kosten lediglich für Untersuchungen einzelner Lose eingesetzt werden. Deshalb stehen für die oben beschriebenen Anwendungen allein optische Messverfahren zur Diskussion.
Verfügbare optoelektronische Messverfahren bieten meistens Lösungen an, die lediglich die Intensität des Lichtstrahls als Informationsträger nutzen. Zum Beispiel werden bei der Triangulation entweder die Projektionen von schlanken
Lichtbündeln oder auf der Probe projizierte Linien und Streifenmuster vermessen.
Mit modernen Triangulationsgeräten (Häusler, G. et al. , Feinwerktechnik, Mikrotechnik & Messtechnik, Vol. 103, 540
(1995) und Phys . Bl., Vol. 53, 417-422 (1997) . Hasman E. and Kleiner V. , Color-coded optical profilometry with >106 resolved depth Steps, Vol. 40, No. 10, Applied Optics (2001) 1609-1 und Three-dimensional optical metrology with extended depth-measuring ränge using a holographic axilens, Opt. Eng. 42/1 (2003) 132-136) kann man im sichtbaren Wellenlängenbereich und bei optimalen Bedingungen eine axiale Auflösung von einigen Nanometern erreichen. Allerdings arbeiten diese Verfahren sehr langsam, da zum punktweisen Vermessen eine mechanische x,y-Bewegung erforderlich ist.
Zur Erhöhung der Güte optischer Messverfahren lassen sich Flächenlichtmodulatoren einsetzen. In der Form von Liquid Crystal Devices (LCD) oder Digital Micromirror Devices (DMD) dienen sie beispielsweise der Abbildung und räumlichen Modulation der Lichtquelle. So wird in der WO99/022262 Al ein Flächenlichtmodulator zur strukturierten Beleuchtung des
Messobjektes und/oder als Lochmaske zur Abbildung in einem Mikroskop benutzt.
Durch die Verwendung von Spiegel- oder LCD-Arrays, kann die Arbeitsgeschwindigkeit dieser Geräte sowie deren Genauigkeit durch Optimierung der projizierten Muster deutlich erhöht werden. So ist es bekannt (DE 103,21,887 Al, US 2004125381, WO02/066925 Al und unter FRT GmbH, www.frt- gmbh.com/produkte/f_l_l_l_l__0.php3?sprache=de) , bei der Streifenprojektion LCDs oder DMDs einzusetzen. Allerdings wird in diesen Fällen selbst bei relativ kleinen Objektabständen nur eine laterale Auflösung im Mikrometerbereich erzielt.
In Sungdo Cha, Paul C. Lin, Lijun Zhu, Pang-Chen Sun, and
Yeshaiahu Fainman, Nontranslational three-dimensional profilometry by chromatic confocal microscopy with dynamically configurable micromirror scanning, Vol. 39, No. 16 Applied Optics (2000) 2605-13, wird ein DMD und diffraktive Optik zur chromatischen konfokalen Mikroskopie eingesetzt, bei der Flächen von 0.3x0.2 mm2 ohne translatorische Bewegungen schnell gescannt werden können, aber die Tiefenauflösung nur 0.4 μm sowie die laterale Auflösung nur 1 μm beträgt.
Diese Beschränkung kann man bei konfokaler Mikroskopie überwinden. Mit Objektiven hoher Apertur ist mit Rastermikroskopen eine laterale Auflösung von etwa λ/2 und eine axiale Auflösung bis zu einigen Nanometern möglich. Moderne Geräte erreichen eine Auflösung von 5 nm bei einem Arbeitsabstand von etwa 0.3 mm (Nanofokus GmbH, Firmenschrift Nanofokus μ-Surf (2003)) . Der Arbeitsabstand zum Messobjekt muss hierbei hinreichend klein gewählt werden, so dass die konfokale Mikroskopie für die industriellen Anwendungen der Mikrosystemtechnik nur beschränkt einsetzbar ist. Für den Online-Einsatz in der Prozesskontrolle ist die Messmethode in der Form ungeeignet.
Eine schnelle, kostengünstige Oberflächenrasterung kann durch den Einsatz eines Mikrospiegelarrays für die Beleuchtung und Abbildung gewährleistet werden. In der DE 198 11 202 C2 wird ein Verfahren für die konfokale Mikroskopie unter Verwendung eines Mikrospiegelarrays vorgestellt.
Interferometrische Verfahren bieten unter der Voraussetzung einer hinreichenden optischen Kohärenzlänge der anregenden LaserStrahlung den Vorteil, 3D-Objekte optisch berührungslos über große Objektabstände zu vermessen. Hierzu werden die kohärenten Eigenschaften des Lichtes ausgenutzt. Die axiale Auflösung hängt im Unterschied zu den Triangulationsverfahren nicht von der Größe der Apertur ab, so dass sich interferometrische Verfahren auch zur Vermessung von Strukturen mit hohem Aspektverhältnis eignen. Das
Auflösungsvermögen ist nur durch das Signal-Rausch-Verhältnis begrenzt, und liegt bei robusten kommerziellen Geräten in der Größenordnung von 1-10 10"9 m. Allerdings weisen Interferometer eine relativ geringe laterale Auflösung auf und eignen sich daher nicht für eine präzise Vermessung von SubmikrometerStrukturen oder Kanten in der Ebene des Messobjektes (Frankowski, G.; Wittrich, H.; John, W., Dynamische interferometrische Ätztiefenmessung zur insitu-
Kontrolle beim Plasmaätzen in der Mikro- und Optoelektronik,
Firmenschrift GF Messtechnik GmbH, www.gfmesstechnik.com/german/mainmenu/index01_papers .html) .
Einen möglichen Lösungsweg bietet die digitale holographische
Mikroskopie
(http: //www.bbt.admin.ch/kti/success/archiv/nano_micro/d/dhm. htm#anl) . Allerdings schränken bei der angestrebten Submikrometer-Auflösung äußere Störeinflüsse die Anwendung prinzipiell ein. Das trifft vor allem auf Vibrationen der
Objektoberfläche bzw. der optomechanisehen Komponenten im optischen Strahlengang oder auch Temperaturschwankungen im
Fertigungsprozess zu.
Die Verwendung von Arrays analog steuerbarer Mikrospiegel
(siehe H. Schenk, A. Wolter, U. Dauderstädt, A. Gehner, H.
Lakner, Ch. Drabe, H. Grüger, Photonic Microsystems: An enabling technology for light deflection and modulation invited paper for MOEMS Display and Imaging Systems, part of
Micromaching and Microfabrication/SPIE Photonic West (2004) ; U. Dauderstädt, P. Dürr, T. Karlin, H. Schenk, H. Lakner, Application of Spatial Light Modulators for Microlithography, submitted to Micromaching and Microfabrication/SPIE Photonic West (2004); P. Dürr, U. Dauderstädt, D. Kunze, M. Auvert, T. Bakke, H. Schenk, H. Lakner, Characterization of Spatial Light Modulators for Micro Lithography, MOEMS Display and Imaging Systems (mfO7), Micromachining and Microfab., Proc. SPIE, Vol. 4985 San Jose, Photonic West (2003); U. Dauderstädt, P. Dürr, M. Krellmann, T. Karlin, U. Berzinsh,
L. Leonardsson, H. Wendrock, Operation of spatial light modulators in DUV light, MOEMS Display and Imaging Systems (mfO7), Micromachining and Microfabrication, Proc. SPIE, Vol. 4985, San Jose, Photonic West (2003)) gestattet es, Beugungsstrukturen zu erzeugen, so wie dies von der Fa.
Micronics für die maskenlose Lithographie ausgenutzt wird (Sandström, T. et al. , SPIE Proc. , Vol. 4409, 270-276 (2001) ) .
Für eine schnelle und umfassende Charakterisierung großflächiger Strukturbereiche wie in der Polymermikrotechnik sind derzeitige Verfahren zur Qualitätskontrolle von dreidimensionalen Mikrostrukturen zu langsam. Eingesetzt wird beispielsweise die konfokale Mikroskopie (siehe die oben erwähnte Firmenschrift Nanofokus) . Diese ist allerdings für den schnellen Routinebetrieb und in der Fertigung mit Taktzeiten von 15 s ungeeignet. Ein auf Holographie basierendes System der Firma Lyncee
(http: //www.bbt.admin.ch/kti/success/archiv/nano_micro/d/dhm. htm#anl) bietet eine gute Inspektion offener und geschlossener mikrofluidischer Systeme. Diese Lösung ist aber viel zu langsam, um in der Fertigung eingesetzt zu werden. Um diese Nachteile zu überwinden, bietet sich die optische Signaturanalyse an. Darunter versteht man eine Diagnosestrategie, die den Zustand eines Systems, eines Bauteils, einer Maschine oder eines Prozesses anhand einer charakteristischen Sequenz von Messdaten, der Signatur, erkennt bzw. bewertet. Die aktuelle Signatur wird dabei mit einer im Vorfeld ermittelten und einem bestimmten Sollzustand zugeordneten Referenzsignatur automatisch verglichen. Entwickelt und eingeführt wurde diese Methode vor allem zur Fehlersuche in mikroelektronischen Schaltkreisen sowie zur Überwachung von Computersystemen, also Systemen, deren • Funktion durch eine digitale Signatur beschrieben werden kann. Im Zusammenhang mit der rasanten Entwicklung moderner Bildverarbeitungsverfahren sowie Methoden der künstlichen
Intelligenz hat sich aber auf verschiedenen Gebieten eine Signaturanalyse auf der Basis analoger, meist mehrdimensionaler Daten etabliert:
• Satellitenüberwachung (spektrale Signatur land- oder forstwirtschaftlicher Flächen) • Zerstörungsfreie Prüfung (akustische Signatur von Bauteilen und Maschinen: D. Hentschel, B. Frankenstein, K. -J. Fröhlich, Match-X-Systeme zur Auswertung von Signalen akustischer Sensoren, Fraunhofer IZFP, Annual Report (2003) 66-67; F. Schubert, K.J. Fröhlich, B. Frankenstein, O. Dühr, F. Berger, Restlebensdauerabschätzung von elektrischen Schaltkontakten mittels akustischer Signaturanalyse, DACH-Jahrestagung der deutschen, österreichischen und schweizerischen Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung, Salzburg, (2004))
• Qualitätskontrolle des Erscheinungsbildes (Parousiameter - siehe (Parousiameter for hemispherical scatterometry and characterisation of appearance, www.licensing.philips.com/includes/ download.php?id=5335&filename=3584.pdf)
• Medizin (Narkoseüberwachung mittels EEG)
Die Leistungsfähigkeit der Signaturanalyse steht und fällt mit der Fähigkeit, kritische Systemzustände von nicht relevanten Schwankungen zu separieren. Entsprechend der in (D. Hentschel, B. Frankenstein, K. -J. Fröhlich, Match-X- Systeme zur Auswertung von Signalen akustischer Sensoren, Fraunhofer IZFP, Annual Report (2003) 66-67)) vorliegenden Erfahrungen sind mit der akustischen Signaturanalyse Taktzeiten von ca. 5 s zu erzielen. Eine optische Signaturanalyse sollte somit die Anforderungen der Polymermikrotechnik erfüllen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine effiziente Vorrichtung und ein effizientes Verfahren zur Bestimmung eines Abbildes einer Oberflächentopologie zu schaffen.
Dabei erzeugt mindestens eine Strahlungsquelle elektromagnetische Strahlung, wobei von mindestens einem Strahlteuer, insbesondere einem polarisationsabhängigen Strahlteiler, die elektromagnetische Strahlung in mindestens einen Referenzstrahl und mindestens einen Messstrahl getrennt wird.
Ein erster Abschnitt des mindestens einen Messstrahls wird vom Strahlteiler auf mindestens ein analog steuerbares Mikrospiegelarray geführt, von dem ein zweiter Abschnitt des mindestens einen Messstrahls auf die Oberfläche des
Messobjektes reflektierbar ist. Alternativ kann auch der umgekehrte Weg beschritten werden, indem ein erster Abschnitt des mindestens einen Messstrahls vom Strahlteiler auf das Messobjekt geführt wird, von dem ein zweiter Abschnitt des mindestens einen Messstrahls auf das mindestens eine analog steuerbare Mikrospiegelarray reflektiert wird.
Ein dritter Abschnitt des mindestens einen Messstrahls wird vom analog steuerbaren Mikrospiegelarray oder vom Messobjekt, je nach dem welche der beiden Alternativen gewählt wurde, in
Richtung mindestens eines Detektors gelenkt, insbesondere eine Kamera und / oder ein Einzeldetektor.
Der mindestens eine Detektor empfängt zeitlich und / oder örtlich aufgelöste Muster des dritten Abschnitts des mindesens einen Messstrahls, die in Abhängigkeit von der Ansteuerung des analog steuerbaren Mikrospiegelarrays auswertbar sind.
Damit wird nicht nur die Intensitätsinformation der vom
Messobjekt reflektierten Strahlung, sondern sowohl die im Licht kodierte Phaseninformation, als auch ggf. die Polarisationsinformation, zur Phasenkontrastverstärkung verwendet und das am Detektor entstehende Muster erfasst und mit dem Rechenmittel verwendet. Die Phaseninformation wird in gezielter Weise durch das analoge Mikrospiegelarray beeinflusst, so dass durch die Auswertung des Musters am Detektor, die Information über die Form der Oberflächentopologie berechenbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. IA Aufnahme des Mikrospiegelarrays mit 1 Million Einzelspiegel, wobei der Chip eine Größe von 15 x 40 mm2 aufweist und mit Hilfe elektronischer Ansteuerung jedes einzelnen Spiegels Bildwiederholraten von mehr als 1 kHz realisierbar sind;
Fig. IB Detail der Chipoberfläche mit mehreren der
16x16 μm2 großen Mikrospiegel;
Fig. 2 Blockschaltbild des Basismoduls für eine erste
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
Fig. 2a Blockschaltbild des Basismoduls für eine
Abwandlung der ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 3 Schema einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung:
Interferenzmethode mit einem analogen Mikrospiegelarray;
Fig. 3a,b,c unterschiedliche Oberflächentopologien für das zweite Ausführungsbeispiel;
Fig. 4a,b ort- und zeitabhängige Korrelationsfunktionen; Fig. 5a Schema einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung: Michelson - Interferometer mit einem analogen Mikrospiegelarray (Mikrosenkspiegel) ;
Fig. 5b Schema einer Variante der dritten
Ausführungsform mit einem
Mikrosenkspiegelarray;
Fig. βa-e schematische Darstellung einer vierten
Ausführungsform und deren Ergebnisse mit einem
Flächentriangulationsverfahren.
Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung arbeiten optisch berührungslos und zerstörungsfrei und sind vor allem für eine Online- Qualitätsüberwachung in Fertigungsprozessen mit kurzen Standzeiten, insbesondere zur schnellen, quantitativen 3D- Vermessung von Mikro- und Nanostrukturen (z.B. auf Halbleiterwafern) , vorgesehen.
Dazu wird ein modulares opto-mikromechanisches Messsystem verwendet, das die volle Information eines abbildenden Laserstrahls ausnutzt und durch an sich bekannte, analog steuerbare Mikrospiegelarrays (siehe z.B. Fig. 1) an die Prüfaufgäbe optimal angepasst wird.
Anhand einer ersten Ausführungsform (Fig. 2) werden wesentliche Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.
Eine elektromagnetische Strahlungsquelle 1, hier wird als Lichtquelle ein Laser mit einer, zwei oder abstimmbaren Wellenlängen verwendet, erzeugt einen Strahl, der nach einer ersten Polarisationsoptik 20 auf einen Strahlteiler 2 gelenkt wird. Zusätzlich zu der ersten Polarisationsoptik 20 kann auch noch eine Abbildungsoptik 21 im Strahlengang angeordnet sein. Dabei kann die erste Polarisationsoptik 20 vor oder nach der Abbildungsoptik 21 angeordnet sein.
Der Strahlteiler 2 teilt diesen Strahl in einen
Referenzstrahl 3 und einen Messstrahl 41, 42, 43, der in der Vorrichtung mehrfach reflektiert wird.
Ein erster Abschnitt des Messstrahls 41 fällt zuerst auf ein Mikrospiegelarray 5.
Von den individuell (durch ein Rechenmittel 7) steuerbaren Mikrospiegeln des analogen Mikrospiegelarrays 5 wird ein zweiter Abschnitt des Messstrahls 42 reflektiert und gelangt anschließend über eine Abbildungsoptik 22 (z.B. eine
Zoomoptik oder eine Fokusoptik) auf eine Oberfläche eines Messobjektes 10.
Die Abbildungsoptik 22 hat die Aufgabe, die Dimensionen des zweiten Teils des Messstrahls 42 zu verkleinern und für
Justagezwecke den Strahlfokus in der Tiefe zu variieren.
Die von der glatten oder strukturierten Oberflächentopologie des Messobjektes 10 zurückgeworfenen Strahlen werden als dritter Abschnitt des Messstrahls 43 an der spiegelnden
Rückseite des Strahlteilers 2 in Richtung eines 2D-Detektor, hier eine Kamera 6 als Detektor, gelenkt.
Auf dem Wege dorthin gehen die Strahlen erneut durch eine zweite Polarisationsoptik 23 und interferieren mit dem
Referenzstrahl 3.
In Fig. 2a ist eine Alternative zu dieser Ausführungsform dargestellt, bei der der Strahlengang des Messstrahls 41, 42, 43 umgekehrt wurde. Der erste Abschnitt des Messstrahls 41 wird durch den Strahlteiler 2 auf das Messobjekt 10 gelenkt. Die Oberfläche des Messobjekts 10 reflektiert den zweiten Abschnitt des Messstrahls 42, der auf den analogen Mikroarrayspiegel 5 gelenkt wird. Dieser wird, wie oben beschrieben angesteuert, wobei ein dritter Abschnitt des Messstrahls 43 erzeugt wird, der vom Strahlteiler 2 in Richtung Detektor 6 geleitet wird. Die sonstigen Bauelemente haben die entsprechenden Funktionen wie in der Fig. 2 beschrieben.
Ein Rechenmittel 7 steuert die einzelnen Spiegel des Mikrospiegelarrays 5 an, so dass die auf das Messobjekt 10 treffende Strahlung gezielt beeinflusst werden kann. So kann z.B. die vom Mikrospiegelarray 5 auf das Messobjekt 10 gelenkte Strahlung die Oberflächentopologie abtasten, wobei aus der bekannten Geometrie des Mikrospiegelarrays 5 und den Eigenschaften (z.B. Phasenlage) des von der
Oberflächentopologie reflektierten Lichts Informationen über die Oberflächenstruktur erhalten werden. Auf diese Weise hängt das vom Detektor 6 empfangene Signal von der bekannten Stellung der Mikrospiegel und der zunächst unbekannten Oberflächentopologie ab. Die unbekannte Oberflächentopologie kann aber auf Grund der bekannten Spiegelstellung durch das Rechenmittel 7 bestimmt werden.
Die Bestimmung kann z.B. interferometrisch durch die Auswertung von Interferenzen zwischen Messstrahlen und
Referenzstrahlen erfolgen, die als Muster auf dem Detektor 6 auftreffen. Grundsätzlich können aber auch andere Muster, wie z.B. Intensitätsmuster oder Phasenmuster, die vom Detektor 6 registriert werden, durch das Rechenmittel 7 ausgewertet werden.
Durch Abstimmung der beiden Polarisationsoptiken 20, 23 können dabei z.B. optimale Verhältnisse für die Interferenz eingestellt werden und ermöglichen somit analog zum Eilipsometer die Intensitäten in Abhängigkeit von der Orientierung der Polarisation aufzunehmen. Die für analog ansteuerbare Mikrospiegelarrays zurzeit verfügbaren Bildwiederholraten von 2 kHz erlauben eine Zeit- Auflösung im Millisekundenbereich und die kleinsten Spiegelgrößen von 16x16 μm2 mit einer geeigneten Optik eine Ortsauflösung im Submikrometerbereich. Die Verwendung eines analog ansteuerbaren Mikrospiegelarrays 5 zur Grauwertmodulation erlaubt weiterhin die Positionierung einer Beugungsfigur mit einer Genauigkeit von einigen Nanometern. Ohne Translation können mit dem 3D-Messsystem Scans in z- und in x,y-Richtung durchgeführt werden. Dabei lässt sich bei einem Arbeitsabstand des Spiegelsystems zur Objektoberfläche von ca. 300 mm ein lateraler Bereich von ca. 150x150 μm2 erfassen, ein maximaler Auslenkwinkel der Mikrospiegel von ca. 2.9° vorausgesetzt.
Zur zeitaufgelösten Messung sind entweder schnelle Shutter an einer geeigneten Stelle, entweder im Eingangsstrahl oder vor dem Detektor 6, vorgesehen oder es wird eine direkte Modulation der Lichtquelle 1 in Synchronisation mit der Spiegelbewegung vorgenommen.
Dieser prinzipielle Messaufbau ermöglicht eine adaptive und scannende Strahlführung.
Die Tiefenauflösung ist kleiner als 10 um und umfasst einen Höhenbereich von ungefähr 4 μm*100/V (V- Vergrößerung) . Gezielt können auf den Objektoberflächen Beugungsbilder erzeugt werden, deren zurückgeworfene Abbildungen auf dem Detektor 6 Aussagen über die Oberflächentopographie des Messobjektes 10 enthalten. Umgekehrt können Strukturen auf der Oberfläche durch Nullabgleich auf dem Detektor 6 in ein elektronisches Abbild umgewandelt werden, das sich aus den zum Abgleich erforderlichen Spiegelauslenkungen ergibt. Durch entsprechende Vergrößerungen können dabei in Analogie zur maskenlosen Photolithographie Strukturen mit kleinsten Abmessungen in der Größenordnung von ca. 100 - 200 nm erfasst werden. Für andere Anwendungen gibt die Aufnahme von Reflexionsmustern die Möglichkeit, einen Gut-Schlecht- Vergleich mit Referenzobjekten durchzuführen. Dazu zählt die Untersuchung von Strukturen auf Chips für die Mikrofluidik im Mikrometerbereich als auch metallisierter Lochstrukturen im Submikrometerbereich.
Nicht zuletzt können erprobte Techniken, wie Triangulation, konfokale Abbildung und Interferometrie (Kohärenztomographie, Weißlichtinterferometrie) als Messmethode im vorliegenden 3D- MessSystem angewendet werden.
Insgesamt ergeben sich durch die verwendeten optischen und mikromechanischen Komponenten qualitativ neue Freiheitsgrade für die Optimierung der zu lösenden Messaufgabe. Somit lassen sich vom Anwender detaillierte Messkonzepte entsprechend der Erfordernisse der praktischen Anwendung aufstellen und mit Hilfe einer modularen Basisausrüstung leicht gerätetechnisch umsetzen. Durch entsprechende praxisnahe Simulations- und Auswertesoftware können die verschiedenen Einflüsse, wie z.B. die Beugung an den Spiegelrändern und die thermischen Spiegelschwankungen, erfasst und konkrete Anwendungen realisiert werden.
Letztlich kann das 3D-Messsystem mit einem
Mikropositioniersystem ausgestattet werden, um größere Objektbereiche zu erfassen und die Messabläufe zu automatisieren.
In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform schematisch dargestellt, bei der die interferometrische Bestimmung des absoluten Wertes des Ätzabtrages und der Vermessung von Ätzkantenprofilen erfolgt. Der grundsätzliche Aufbau entspricht dem der ersten Ausführungsform in Fig. 2, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit das Rechenmittel 7 nicht dargestellt wurde. Grundsätzlich liegt auch hier eine datentechnische Verbindung des Mikrospiegelarrays 5 und des Detektors vor.
Als Lichtquelle wird hier wiederum ein Laser 1, aber mit linear polarisiertem Strahl verwendet, dessen Strahl durch einen Shutter 30 und ein drehbar angeordnetes λ/2 Plättchen 31 (siehe unten für eine Erläuterung) in eine Abbildungsoptik 21 geführt wird, die eine StrahlaufWeitung bewirkt.
Der Strahl wird dann auf einen polarisationsabhängigen Strahlteiler 2 (PST) gelenkt, der die s-polarisierte Komponente des Laserlichtes als ersten Abschnitt des Messstrahls 41 in Richtung des analogen Mikrospiegelarrays 5 reflektiert. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, einen nicht-polarisationsabhänigen Strahlteiler 2 zu verwenden
Vor und nach der Reflexion am analogen Mikrospiegelarray 5 passiert der erste bzw. zweite Abschnitt des Messstrahls 41, 42 ein erstes λ / 4 - Plättchen 32, wodurch die Polarisationsrichtung um insgesamt 90° gedreht und der zweite Abschnitt des Messstrahls 42 (d.h. der vom analogen Mikrospiegelarray 5 reflektierte Teil) im Folgenden vom PST 2 transmittiert wird.
In ähnlicher Weise durchläuft der zweite Abschnitt des
Messstrahls 42 ein zweites λ / 4 - Plättchen 33 hinter dem PST 2, so dass mit der weiteren Drehung der
Polarisationsrichtung um 90° der vom Messobjekt 10 kommende dritte Abschnitt des Messstrahls 43 nun am PST 2 reflektiert wird.
Die p-polarisierte Komponente des Laserlichtes wird vom PST 2 transmittiert und bildet den Referenzstrahl und interferiert mit dem vom Messobjekt 10 reflektierten dritten Abschnitt des Messstrahls 43 vor dem Erreichen des Detektors 6. Weiterhin beinhalten die optischen Komponenten allgemein eine Polarisationsoptik für Phasenkontrastmessungen. Hierzu gehört ein Polarisator, d.h. ein drehbares λ / 2 - Plättchen 31, mit dem die Polarisationsrichtung des Lichtes gedreht werden kann. Die Änderung der Polarisationsrichtung geht einher mit einer Variation des Verhältnisses von Reflexion zu Transmission am Strahlteiler 2.
Ein vor dem Detektor 6 befindlicher Analysator 34 wird dann so eingestellt, dass das durch Überlagerung von Mess- und
Referenzstrahl in der Detektorebene gebildete
Interferenzmuster einen optimalen Kontrast aufweist.
Der Detektor 6 ist im Allgemeinen ein photosensitives
Element. Er kann in einer eindimensionalen oder zweidimensionalen Ausführung benutzt werden. Es lässt sich speziell ein Photodiodenarray oder ein CCD - Detektor einsetzen.
Ein Hochgeschwindigkeitsdetektor 6 wird eingesetzt, wenn die Zeitkorrelationsmethode in Kombination mit dem analogen
Mikrospiegelarray 5 benutzt wird, da die Bildwiederholrate des analogen Mikrospiegelarrays mehr als 1 kHz beträgt. Damit lässt sich auch der störende Einfluss von Vibrationen der Objektoberfläche und von thermischen Fluktuationen der Mikrospiegel reduzieren.
Verschiedene Outputs von Detektoraufnahmen, mit denen Orts¬ und Zeitkorrelationen von 2D-Bildern B(x,y,t), die zur Zeit τ z.B. mit einer schnellen CCD-Kamera als Detektor 6 aufgenommen wurden, können abgeleitet werden. Zur
Verbesserung der Statistik wird die Korrelationsfunktion über eine angemessene Expositionszeit gemittelt, d.h. ,
K(xi,yi,x2,y2,τ,z) = < ( B(X1,yi, ti) -B(x2,y2, ti+τ) ) 2 > |tl ,
wobei z die Lage der Objektoberfläche des Messobjektes 10 angibt. In Fig. 3 ist schematisch eine Oberflächentopologie auf dem Messobjekt 10 dargestellt. Solche Stufen können z.B. bei einem strukturierten Halbleitersubstrat vorliegen, wobei die hier beschriebene Vorrichtung dazu geeignet ist, die Strukturen auf dem Halbleitersubstrat zu vermessen.
In den Fig. 3a, 3b und 3c sind unterschiedliche Strahlführungen beim Abtasten der Oberflächentopologie dargestellt.
Zur Veranschaulichung sind in Fig. 4a und Fig. 4b für den eindimensionalen Fall die Funktionen K(x,τ = 0.01 s) , K(x = 1.7 mm, τ ) für verschiedene axiale Positionen z der reflektierenden Oberflächen dargestellt, wobei die durch die kohärente Spiegelauslenkung festgelegte Lage des Strahlfokus bei zo =0 gewählt wurde. Durch Veränderung der statischen
Auslenkungen der Mikrospiegel des analogen Mikrospiegelarrays 5 kann der Strahlfokus zo in axialer Richtung, aber auch die Fokusposition in lateraler Richtung variiert und damit zum Scannen benutzt werden.
Der Arbeitsabstand von Mikrospiegelarray 5 und Messobjekt 10 beträgt 300 mm und es werden 50 Mikrospiegel der Größe 16x16 μm2 eingesetzt. Zur gezielten Modulation der Interferenz wurde den statischen Spiegelauslenkungen eine kleine periodische Schwingung mit f = 100 Hz überlagert. Mit dieser Schwingung wird der Fokuspunkt des Laserstrahls senkrecht zur Objektoberfläche verschoben und damit abgetastet. Im Sinne eines Autofokusprinzips lässt sich mit dieser Methode die absolute Objektlage in axialer Richtung ermitteln. Dazu werden entsprechende Algorithmen für die Analyse und schnelle Auswertung der Korrelationsfunktionen eingesetzt.
In Fig. 4a, 4b sind unterschiedliche Korrelationsfunktionen dargestellt.
In den zeitabhängigen Korrelationsfunktion in Fig. 4b sind die Schnittpunkte der verschiedenen Höhen des Messobjektes 10 charakteristische Maße für die Längen der jeweils interferierenden Strahlen. Zum Vermessen der Strahlengängen können für eine fixierte Lage der Objektoberfläche Information aus den Korrelationsfunktionen K(xi,X2,τ, z) ausgenutzt werden.
Verwendet man genügend viele derartiger Messstrecken in den Korrelationsfunktionen für das verfügbare räumlich-zeitlichen Koordinatensystem des Detektors 6 sowie die Information über die jeweiligen Stellungen der einzelnen Mikrospiegel im Mikrospiegelarray 5, so lässt sich die absoluten Lage der Oberflächentopologie im Rahmen von schnellen numerischen Rechenverfahren bestimmen.
Ein alternatives Verfahren ergibt sich aus der Verwendung von Lichtquellen mit zwei oder mehreren Wellenlängen. Dadurch kann die Auflösung des Messverfahrens und Robustheit der Auswertung der Interferenzbilder verbessert werden.
Aus den Figuren 4a und 4b ist ersichtlich, dass unterschiedliche Höhen z zu unterschiedlichen
Korrelationskurven führen, d.h. das Messsignal wird durch die Höhe, d.h. die Oberflächentopologie des Messobjekts 10, beeinflusst.
Die Verwendung von Arrays 5 mit analog steuerbaren Mikrospiegeln gestattet es andererseits, Beugungsstrukturen zu erzeugen, so wie dies von der Fa. Micronics für die maskenlose Lithographie ausgenutzt wird (siehe auch zweites Ausführungsbeispiel) . Unter Nutzung des analogen
Mikrospiegelarrays 5 kann mit der Ausführungsform gemäß Fig. 3 die Lage einer Figur (etwa einer Kante oder eines Punktes) mit einem interferometrischen Verfahren im Bereich von einigen Nanometern genau festgelegt werden. Hierzu werden mit dem analogen Mikrospiegelarray 5 linien- oder flächenhaft unterschiedliche optische Weglängendifferenzen generiert, so dass die 3D-Vermessung der Oberfläche eines Messobjektes 10 simultan, d.h. ohne Rasterung, erfolgen kann. Mit diesem Verfahren werden Strukturen von der Größenordnung 200 nm bei einer Zeitkonstante von einigen Millisekunden erkannt.
In der Fig. 5b ist als drittes Ausführungsbeispiel ein Michelson - Interferometer mit Mikrospiegeln schematisch dargestellt. Das Prinzip wird anhand der Fig. 5a dargestellt.
Das dritte Ausführungsbeispiel weist eine Lichtquelle 1 auf, die kohärentes, monochromatisches Licht ausstrahlt und z.B. ein Laser ist. Als phasenschiebendes Element wird ein mit Methoden der Mikrosystemtechnik hergestellter Mikrosenkspiegel 5a (Fig. 5a) oder ein Senkspiegelarray 5b (Fig. 5b) eingesetzt. Letzteres ist eine Matrixanordnung einzelner, individuell und analog ansteuerbarer Mikrosenkspiegel.
Das Senkspiegelarray 5b ist eine Matrixanordnung einzelner, individuell und analog ansteuerbarer Mikrosenkspiegel.
Ein Strahlteiler 2 spaltet den von der Lichtquelle 1 kommenden Laserstrahl in einen Referenzstrahl 3 und einen Messstrahl 4 auf. Der Referenzstrahl 3 wird dabei vom Strahlteiler 2 reflektiert und in den einen Interferometerarm in Richtung des phasenschiebenden Arrays5a, 5b umgelenkt. Nach der Reflektion am Mikrosenkspiegel 5a bzw. am Senkspiegelarray 5b durchläuft der Referenzstrahl 3 den Interferometerarm zurück in Richtung Strahlteiler 2. Entsprechend der Auslenkung Δz des Mikrospiegels 5a bzw. der lokalen Auslenkung Δzi der Pixel (Einzelsenkspiegelelement) des Senkspiegelarrays 5b zum Zeitpunkt der Reflektion des Referenzstrahls 3 wird diesem durch die Änderung der optischen Weglänge eine zeitlich veränderliche Phase aufgeprägt. Der Messstrahl 4 hingegen wird zunächst vom Strahlteiler 2 transmittiert. Er durchläuft anschließend den zweiten Interferometerarm in Richtung des zu untersuchenden Messobjekts 10, wird an dessen Oberfläche reflektiert und durchläuft den Interferometerarm zurück in Richtung
Strahlteiler 2. Die Oberflächentopologie des Messobjekts 10 bewirkt eine Modifikation der optischen Weglänge, so dass der Messstrahl 4 hierdurch eine Phasenänderung erfährt.
Beim nochmaligen Passieren des Strahlteilers 2 werden nun der Referenzstrahl 3 transmittiert, der Messstrahl 4 reflektiert und beide anschließend zu einem Detektorstrahl 50 überlagert. In der Phasenlage des Referenzstrahls 3 ist die Information über die zeitabhängige, d.h. die zum Zeitpunkt t vorhandene Auslenkungsposition Δz des Mikrosenkspiegels 5a bzw. der Pixel des Senkspiegelarrays 5b kodiert, wohingegen die Phasenlage des Messstrahls 4 Angaben zum Tiefenprofil der Probe 10 enthält. Entsprechend der relativen Phasenlage beider Teilstrahlen zueinander erfolgt im Detektorarm 50 konstruktive oder destruktive Interferenz.
Am Ende des Detektorarms befindet sich ein photosensitiver Detektor 6, der ein- oder zweidimensional, als Photodiodenarray oder CCD - Detektor ausgeführt sein kann. Die Auswertung des vom Detektor 6 erzeugten, mit der phasenlagenabhängigen Intensität des Detektorstrahls 50 korrelierten Signals liefert die gesuchte Information über die Oberflächentopologie des Messobjekts 10.
Die Verwendung eines Senkspiegelarrays 5b wie in Fig. 5b gestattet die ortsaufgelöste Messung der Oberflächentopologie einer Probe 10 mit einem Michelson - Interferometer. Hierbei ist die laterale Auflösung durch die Größe und den Abstand der einzelnen Mikrospiegel festgelegt. Im Gegensatz zu konventionellen Interferometern, welche eine geringe laterale Ortsauflösung besitzen, da selbige zur Messung der Tiefenposition das in der Detektorebene erzeugte Interferenzmuster auswerten und hierfür größere zusammenhängende Pixelbereiche des Detektorarrays benötigen, gestattet der Einsatz eines Mikrosenkspiegels 5a bzw. eines Mikrosenkspiegelarrays 5b eine deutliche Erhöhung der lateralen Ortsauflösung. Die zeitliche Variation der Auslenkung Δz der Mikrosenkspiegel und die daraus resultierende lokale Phasenmodulation des Referenzstrahls 3 bewirkt für jedes Einzelelement des Photodetektors 6 ein zeitlich variiertes Intensitäts- bzw. Interferenzsignal, das die Information über die lokale Höheninformation des
Messobjektes 10 beinhaltet. Durch apriori Kenntnis der für jedes Detektorelement vorhandenen lokalen Phasenmodulation des Referenzstahles 3 kann lokal für jedes Detektorelement ein Höhenwert des Messobjektes 10 berechnet werden, was letztlich zu einer deutlichen Erhöhung der lateralen Ortsauflösung führt.
Durch die Ausnutzung von Beugungsstrukturen in der Form der inversen Technik zur maskenlosen Photolithographie kann das Ausführungsbeispiel des Michelson - Interferometers mit
Mikrospiegeln genutzt werden, um die Lage einer Figur, etwa einer Kante oder eines Punktes, auf der Oberfläche der Probe 10 zu erkennen. Eine solche Kante beispielsweise ruft im Interferenzmuster auf dem Detektor 6 einen Phasensprung hervor. Durch Nullabgleich auf dem Detektor 6 ergibt sich die zu den erforderlichen Spiegelauslenkungen korrespondierende Phasenänderung und damit neben der Lage auch die Höhe der Kante.
Folglich lässt sich mittels dem in Abb. 5b gezeigten
Michelson-Interferometer mit integriertem
Mikrosenkspiegelarray 5b, bestehend aus individuell analog ansteuerbaren Einzelsenkspiegeln, basierend auf einem Kompensationsmessprinzip (d.h. Nullabgleich) die 3D- Oberflächentopographie eines Messobjektes 10 bestimmen.
Hierzu wird die durch die Höhenposition des Messobjektes 10 lokal beeinflusste Phasenlage des Messstrahls 4 durch eine lokale Modulation des Referenzstrahls 3, d.h. durch eine individuelle Ansteuerung der Einzelsenkspiegel des Senkspiegelarrays 5b, kompensiert. Der Nullabgleich erfolgt dabei anhand der durch Interferenz von Mess- und Referenzstrahl in der Detektorebene erzeugten
Intensitätsverteilung, die mittels eines Photodetektor-Arrays gemessen wird. Dabei ist die zum Nullabgleich für jeden Einzelsenkspiegel erforderliche spezifische Auslenkung des Mikrosenkspiegelarrays Δzi(Xi,yi) ein direktes Maß für die Oberflächentopographie des Messobjektes.
Beim Nullabgleich soll eine homogene Intensitätsverteilung über die gesamte Fläche des Detektors 6 erreicht werden. Durch das Rechenmittel 7 kann das Mikrospiegelarray 5 so angesteuert werden, dass auf dem Detektor 6 genau diese homogene Intensitätsverteilung erreicht wird. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, anstelle des Nullabgleichs eine andere Zielfunktion vorzugeben, die vom Detektor 6 aufgenommen werden soll.
Damit ist es möglich, 2D-Interferogramme zu erzeugen, deren pixelgenaue Intensität eine Funktion der Spiegelverschiebung des Mikrospiegelarrays 5 sowie der zu bestimmenden Oberflächentopologie des Messobjekts 10 ist.
In Fig. 6a bis 6e wird eine vierte Ausführungsform mit den erzielbaren Ergebnissen beschrieben.
Dieses vierte Ausführungsbeispiel betrifft die Kombination eines Flächentriangulationsmesssystems mit einem integrierten analog ansteuerbarem Mikrospiegelarray 5 zur Vermessung der 3D-Oberflächentopographie eines Messobjektes 10. Das physikalische Messprinzip beruht auf der Triangulation sowie der Anwendung von Streifenprojektionstechniken wie dem Phasenschiebe- und Graycodeverfahren. Die Vorrichtung weist eine Projektoreinheit auf, die strukturierte Streifenmuster (siehe Bild 6b) erzeugt und diese auf das Messobjekt 10 projiziert, sowie einem zur Projektoreinheit im Triangulationswinkel ß angeordneten Kamerasystem 6 als Detektor zur Aufnahme der mit der Topographie des Messobjektes 10 wechselwirkenden aufprojizierten Streifenstrukturen 11 als Projektionsmuster. Somit wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Messstrahl 4 nicht mit einem Referenzstrahl 3 zur Interferenz gebracht, sondern die Oberflächentopologie wird mittels des aufgenommenen Projektionsmusters in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Mikrospiegelarrays erfasst.
In Bild 6c sind die Einzelkomponenten des Ausführungsbeispieles eines Flächentriangulationsmesssystems mit integriertem, analog ansteuerbarem Mikrospiegelarray 10 schematisch dargestellt. Das Projektionssystem weist eine mono- oder polychromatische Lichtquelle 1 auf, dessen Strahlung auf einen Strahlteiler 2 gelenkt wird. Ferner weist die Vorrichtung ein analog ansteuerbares Mikrospiegelarray 5 sowie eine erste Abbildungsoptik 21 auf.
Das von der Lichtquelle 1 ausgestrahlte Licht trifft auf einen Strahlteiler 2, wird von diesem reflektiert und trifft auf ein analog ansteuerbares Mikrospiegelarray 5. Der vom Mikrospiegelarray 5 flächenhaft analog modulierte und anschließend reflektierte Messstrahl 4 wird nachfolgend vom Strahlteiler 2 transmittiert und über eine Abbildungsoptik 21 auf das Messobjekt 10 projiziert. Infolge der flächenhaften Lichtmodulation mittels des analog ansteuerbaren
Mikrospiegelarrays wird zum Zeitpunkt ti ein Streifenmuster 11 mit definierter Gitterkonstante und räumlicher Phasenlage auf das Messobjekt 10 projiziert. Das Bild der optischen Wechselwirkung der Oberflächentopographie des Messobjekts 10 und aufprojiziertem Streifenmuster 11 wird mittels des
Kamerasystems 6 (siehe Fig. 6a) aufgenommen. Das Kamerasystem 6 weist eine zweite Abbildungsoptik 24 auf. Ferner weist das Kamerasystem ein photosensitives Detektorarray auf, welches insbesondere ein Photodioden-, CCD- oder CMOS-Flächendetektor sein kann.
Mittels der Projektionseinheit werden zeitliche Sequenzen von streifen- bzw. gitterförmigen Intensitätsmustern mit
(a) konstanter Gitterkonstante aber variierter räumlicher Phasenlage und/oder
(b) konstanter Phasenlage, aber jeweils doppelter Gitterkonstante auf das Messobjekt projiziert (siehe Bild 6b) .
Bei diesem Ausführungsbeispiel ergeben sich insbesondere für ein auf Phasenschiebetechniken basierendes
Flächentriangulationssystem Vorteile, da die Messgenauigkeit der Phasenschiebetechnik wesentlich von der Genauigkeit der Phasenlage der aufprojizierten Gitterstruktur sowie einer guten Näherung der theoretisch vorausgesetzten harmonischen
Intensitätsverteilung der aufprojizierten Gitterstruktur 11 abhängt. Konkret ergeben sich durch den Einsatz eines analog ansteuerbaren Mikrospiegelarrays 5 folgende Vorteile:
Es ist eine Realisierung von deutlich feinerer
Phasenauflösung der aufprojizierten Gitterstrukturen 11 infolge der analogen Ansteuerung des Mikrospiegelarrays 5 möglich, welche eine direkte Grauwertmodulation (Fig. 6d) ermöglicht. Es wird infolge der analogen Ansteuerung des Mikrospiegelarrays, welche eine direkte Grauwertmodulation der projizierten Intensitätsstrukturen (Fig. 6d) ermöglicht, die Realisierung einer deutlich höheren Phasenauflösung der aufprojizierten Gitterstrukturen erreicht. In Fig. 6d ist die Grauwertmodulation eines analog ansteuerbaren Mikrospiegelarrays dargestellt. In Abhängigkeit von der
Auslenkung der Mikrospiegel lässt sich die Intensität in der Projektionsebene analog steuern (siehe Fig. 6d, links) . Aus Fig. 6d (rechts Bild) sind mittels eines analog ansteuerbaren Mikrospiegelarray 5 in der Projektionsebene erzeugte Streifenstrukturen mit variierter Intensität ersichtlich, wobei das eingefügte Bild dem eindimensionalen Intensitätsprofil der projizierten, analog modulierten Streifenstrukturen entspricht.
Aufgrund der Graustufenmodulation, d.h. der analogen Ansteuerung des Mikrospiegelarrays 5, lässt sich in der Projektionsebene ein Untergitter generieren, so dass sich die aufprojizierten Gitterstrukturen mit deutlich größerer Genauigkeit der Phasenlage positionieren lassen, da im Vergleich zum Stand der Technik (z.B. DMD) die Auflösung der aufprojizierten GitterStrukturen nicht mehr direkt aus dem Abbildungsmaßstab der Projektionsoptik sowie dem Pixelpitch • des Mikrospiegelarrays folgt. Die Feinpositionierung einer projizierten Gitterstruktur in der Projektionsebene, welche auf der analogen Ansteuerung des Mikrospiegelarrays und dem hierdurch generierten Untergitters basiert, ist in Bild 6e veranschaulicht.
In Bild 6e ist der Auslenkungszustand einer aus 8 Einzelspiegeln bestehenden Zeile des Mikrospiegelarrays 5 (Fig. 6e, unten) und das in der Projektionsebene erzeugte Intensitätsprofil (Fig. 6e, oben) dargestellt. Dabei sind die drei in der Mitte angeordneten Spiegel maximal und die
Randspiegel nicht ausgelenkt. Der dritte Spiegel von links wird hingegen analog mit der Auslenkung a3 ausgelenkt. In Abhängigkeit vom Auslenkungszustand a3 des Mikrospiegels wird die Position des in der Projektionsebene projizierten Streifenmusters verschoben (siehe Bild 6e, oben) , wobei die
Position bzw. Phasenlage des Intensitätsmusters hochgenau in der Projektionsebene positioniert wird. Mittels analog ansteuerbaren Mikrospiegelarrays 5 wurden Positioniergenauigkeiten der projizierten Intensitätsstrukturen in der Projektionsebene von unter lOnm erreicht, so dass durch Einsatz von analog ansteuerbaren Mikrospiegelarrays in Flächentriangulationsmesssystemen zur Streifenprojektion deutlich höhere Positions- bzw. Phasengenauigkeiten der erforderlichen Streifenmustern erzielen lassen als dies nach dem Stand der Technik (z.B. mit DMDs) möglich ist.
Durch Einsatz von analog ansteuerbaren Mikrospiegelarrays 5 im Projektionssystem wird eine deutliche Verringerung der Messzeit erzielt, da durch die direkte Graustufenmodulation im Gegensatz zum DMD zu einem Zeitpunkt ti direkt ein Streifengitter 11 mit harmonischer (cos-bzw. sin-förmig)
Intensitätsverteilung auf das Messobjekt 10 projiziert werden kann.
Inhomogenitäten der vom Kamerasystem bzw. Detektor 6 aufgenommenen Intensitätsverteilung, welche durch die lokale Variation der optischen Oberflächeneigenschaften des Messobjektes verursacht werden, lassen sich durch das analog ansteuerbare Mikrospiegelarray 5 adaptiv ausgleichen. Hierdurch kann das mit dem Kamerasystem 6 empfangende Bild des mit Messobjekt 10 wechselwirkenden Streifenmusters 11 an den Dynamikbereich des Flächendetektors 6 lokal angepasst werden. Dies bewirkt eine Vergrößerung des Signal/Rauschverhältnisses sowie der Messgenauigkeit und vergrößert die Anzahl der messbaren Objektpunkte.
Zusammengefasst kann zu der Erfindung Folgendes gesagt werden:
Das Anliegen der Erfindung ist ein neuartiges Verfahren und Gerätesystem zur schnellen, quantitativen 2D- und / oder 3D- Vermessung von Oberflächentopographien eines Messobjektes 10. Auch wenn im Folgenden die Anwendung von Ausführungsformen in erster Linie anhand der 3D-Untersuchung von Mikro- und NanoStrukturen (z.B. zur Online-Bewertung von Ätzabtrag und Ätzkanten oder zur Fehlerinspektion periodischer
Strömungskanäle der Mikrofluidik) dargestellt wird, können auch Oberflächentopologien anderer Messobjekte 10 untersucht werden.
Das in z.B. einer Ausführungsform berührungslose und zerstörungsfreie 3D-online-Messsystem ist speziell für eine Qualitätskontrolle in Fertigungsprozessen mit kurzen Standzeiten geeignet. Gegenstand der Erfindung ist ein modulares opto-mikromechanisches Messsystem (vgl. Fig. 2 bis 4) , das die volle Information des abbildenden Laserstrahls ausnutzt und durch Einsatz von analogen Mikrospiegelarrays 5 zeit- und ortskorrelierte Messmethoden ermöglicht und hierdurch optimal an die jeweilige Prüfaufgäbe angepasst werden kann.
Das neue Messsystem hat andererseits die Möglichkeiten und damit den Vorteil, bereits etablierte Verfahren, wie Triangulation, konfokale Mikroskopie oder Interferometrie in die Messkonzepte zu integrieren und zugleich aktuelle Entwicklungen auf dem Gebiet der nanometrischen Metrologie, wie z.B. die Scatterometrie, für eine schnelle und zuverlässige optische Signaturanalyse aufzugreifen. Damit ist das opto-mikromechanische Messsystem deutlich leistungsfähiger als bereits existierende optische Verfahren und erschließt darüber hinaus neue Anwendungsfelder.
Dabei ist die Ausnutzung des Prinzips der inversen maskenlosen Lithographie ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung. Damit kann die Lage einer Struktur (etwa einer Kante oder eines Punktes) im Bereich von einigen Nanometern genau ermittelt werden.
Mit diesen Ausführungsformen lassen sich eine Reihe von Vorteilen erzielen:
• Analoge Mikrospiegelarrays 5 (mit Torsions- und / oder Senkspiegel) geben die Möglichkeit, jeden einzelnen Spiegel individuell anzusteuern, um so die Winkel der einzelnen Strahlen oder deren Phase flexibel an die Messaufgabe anzupassen.
• Intensitäts-, Phasen- und Polarisationskontrast-Methoden können ausgenutzt werden. • Raum-Zeit-Korrelationstechniken können durch Kombination von zeitlich gezielter Ansteuerung der Einzelspiegel, sowie zeitlich und räumlich aufgelöster Detektion mit hochauflösenden CCD-Kameras oder Photodetektor-Arrays verwendet werden. • Schnelle Algorithmen zum Gut-Schlecht-Vergleich von Reflexions- bzw. von Interferenzmustern regulärer Mikrostrukturen zur Qualitätskontrolle.
• Bestimmung der Absoluttiefe ohne Verwendung einer Referenzebene mit einem Höhenbereich von mehreren Mikrometern.
• Erfassung eines lateralen Messbereiches von 150x150 μm2 mit einer Submikrometer-Auflösung bei Verwendung einer entsprechenden Verkleinerungsoptik. Der Abstand von Messobjekt 10 zu Mikrospiegelarray 5 (siehe Fig. 1) kann in der Größenordnung von ca. 300 mm gewählt werden. Translationen und Rotation der Probe oder des Messsystems sind nicht erforderlich.
Kombination mit einem analogen Mikrospiegelarray 5 mit einzeln ansteuerbaren Wipp- oder Senkspiegeln stellt ein neuartiges System zur Charakterisierung dreidimensionaler mikroskopischer Oberflächen dar. Damit können Interferenz-, Polarisations- und / oder Beugungseffekte ausgenutzt werden.
Damit sind die wesentlichen Vorteile:
• Schnelle im Millisekundenbereich liegende Erfassung der Oberflächen der Messobjekte 10 und damit geeignet für OnIine-Anwendungen in der Fertigung. Bei der Verwendung von analogen Mikrospiegelarrays 5 kann mit einem solchen Zugang die hohe Ortsauflösung der Interferometrie und Holographie ausgenutzt werden, um die zeitlich instabilen Interferenzstrukturen mittels der zeitlichen Autokorrelationsfunktion sichtbar zu machen.
• Durch Verwendung der analogen Mikrospiegelarrays 5 können Grauwertmodulationen genutzt werden, die eine Ausrichtung von Beugungsgittern oder Kanten mit einer Genauigkeit von ca. 5 nm erlauben.
• Durch verschiedene Einstellungen der Einzelspiegel und nicht zuletzt durch Verwendung eines in der Wellenlänge variablen Lasers oder weißen Lichtes lassen sich flexible Messregimes realisieren (Raum- Zeitkorrelationsmethode, optische Signaturanalyse und traditionelle Verfahren der Triangulation und konfokaler Abbildung) und so optimale Lösungen für praktische Anwendungen finden. Aktuelle Entwicklungen auf dem Gebiet der nanometrischen Metrologie, wie z.B. die Scatterometrie, können für eine schnelle und zuverlässige optische Signaturanalyse aufgegriffen werden.
Verfügbare optoelektronische Lösungen, z.B. konfokale Mikroskopie oder Triangulationsverfahren auch bei Einsatz von steuerbaren LCD-Arrays, verwenden im Gegensatz dazu als Bild- und Informationsträger lediglich die Intensität des Lichtstrahls . Holographische Verfahren oder die Interferenzmikroskopie haben entweder eine zu geringe laterale Ortsauflösung, sind auf sehr geringe Objektabstände angewiesen oder haben eine zu geringe Arbeitsgeschwindigkeit. Schnelle konfokale Verfahren, die auf DMD beruhen, benötigen zur Absolutmessung eine Referenzebene.
Die Verwendung des vom Fraunhofer IPMS entwickelten analog steuerbaren Mikrospiegelarrays 5 birgt verschiedene Vorteile gegenüber bekannten DMD hinsichtlich des Einsatzes der oben beschriebenen Wirkprinzipien und deren erreichbarer räumlicher Auflösung sowie Geschwindigkeit der Messwerterfassung. Mit den bekannten DMD sind nur
Intensitätsmuster abbildbar, da jeder Spiegel nur zwei Zustände einnehmen kann, während die vom Fraunhofer IPMS entwickelten Mikrospiegelarrays 5 analog ansteuerbar sind. Somit ist beim DMD-Prinzip die Erzeugung von Graustufen nur mit Zeitmultiplexing möglich und damit relativ langsam. Das analog steuerbare Mikrospiegelarray 5 des Fraunhofer IPMS hingegen gestattet die Definition von Untergittern aufgrund der analogen Modulation und die damit verbundene einfache Generierung von Graustufenbildern. Im Vergleich entspricht die Bildwiederholrate des analogen Mikrospiegelarrays 5 bei der Erzeugung von Grauwerten in etwa derjenigen des DMD bei der Formung von Schwarz-Weiß-Bildern.
Folgende Aufgaben können mit der Erfindung gelöst werden:
• Fokus-Regime
Durch geeignete Fokussierung des Messstrahls 4 wird z.B. beim Plasmaätzen metallischer, oxidischer und nitridischer Schichten eine absolute Abstandsmessung und die Charakterisierung des Ätzabtrages (Ätzratenbestimmung) sowie von entsprechenden Ätzstrukturen, wie Ätzkanten, Loch- oder Trapezstrukturen, erzielt. Des Weiteren lassen sich mit dem Messsystem Sputterstrukturen metallischer, oxidischer und nitridischer Schichten charakterisieren. Somit wird ein breites AnwendungsSpektrum in der Mikrosystemtechnik, der Elektronik und der Nanotechnologie abgedeckt.
• Profilerkennung Durch Ausnutzung von Beugungsstrukturen (inverse Technik zur maskenlosen Photolithographie) werden Lösungen zur Vermessung bzw. Bewertung von periodischen Halbleiterstrukturen im Submikrometer und Mikrometerbereich für Anwendungen z.B. im Bereich der Mikrooptik realisiert. • Optische Signaturanalyse
Schnelle Vermessung von Strukturen und Fehlererkennung bei Technologien zur Herstellung von Mikrostrukturen, wie galvanische Abformung, Heißprägen und Spritzgussverfahren. Das Messverfahren erlaubt einen Gut-Schlecht-Vergleich von Mikrostrukturen, wie z.B. Micropipes und MEMS für die Mikrofluidik.
• Optische Vermessung biologischer Objekte 3D-Vermesssung biologischer und medizinischer Objekte zur Mikro- und Nanostrukturaufklärung.
• Optische Spannungsmessungen
Durch Ausnutzung der optischen Doppelbrechung und der Analyse der Polarisation von ordentlichem und außerordentlichem Strahl können innere Spannungen in optisch transparenten Materialien bestimmt werden, wobei die Spannungen sowohl mit hoher Ortsauflösung im Mikrometerbereich als auch scannend über größere Flächen zugängig sind.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen. Bezugszeichenliste
1 Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung
2 Strahlteiler 3 Referenzstrahl
4 Messstrahl
41 erster Abschnitt des Messstrahls (vom Strahlteiler zum analog steuerbaren Mikrospiegelarray)
42 zweiter Abschnitt des Messstrahls (vom analog steuerbaren Mikrospiegelarray zum Messobjekt reflektierter Strahl)
43 dritter Abschnitt des Messstrahls (vom Messobjekt reflektierter Strahl)
5 analog steuerbares Mikrospiegelarray, Kipp- und / oder Senkspiegelarray
5a Mikrosenkspiegel
5b Senkspiegelarray
6 Detektor
7 Rechenmittel
10 Messobjekt mit einer Oberflächentopologie
11 Projektionsmuster (Streifenmuster) auf Messobjekt
20 erste Polarisationsoptik 21 erste Abbildungsoptik
22 Zoomoptik, Fokusoptik
23 zweite Polarisationsoptik
24 zweite Abbildungsoptik
30 Shutter
31 drehbares λ/2 Plättchen
32 erstes λ/4 Plättchen
33 zweites λ/4 Plättchen
34 Analysator
50 Detektorstrahl

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Bestimmung der Form einer dreidimensionalen und / oder zweidimensionalen Oberflächentopographie eines Messobjektes,
gekennzeichnet durch
a) mindestens eine Strahlungsquelle (1) für elektromagnetische Strahlung,
b) mindestens einen Strahlteiler (2), insbesondere einen polarisationsabhängigen Strahlteiler (2), zur Trennung der elektromagnetischen Strahlung in mindestens einen Referenzstrahl (3) und mindestens einen Messstrahl (4, 41, 42, 43) , wobei
c) ein erster Abschnitt des mindestens einen Messstrahls (41) vom Strahlteiler (2) auf mindestens ein analog steuerbares Mikrospiegelarray (5) führbar ist, von dem ein zweiter
Abschnitt des mindestens einen Messstrahls (42) auf die Oberfläche des Messobjektes (10) reflektierbar ist oder
ein erster Abschnitt des mindestens einen Messstrahls (41) vom Strahlteuer (2) auf das Messobjekt (10) führbar ist, von dem ein zweiter Abschnitt des mindestens einen Messstrahls
(42) auf das mindestens eine Mikrospiegelarray (5) reflektierbar ist,
d) ein dritter Abschnitt des mindestens einen Messstrahls
(43) vom mindestens einen analog steuerbaren Mikrospiegelarray (5) oder vom Messobjekt (10) in Richtung mindestens eines Detektors (6) , insbesondere eine Kamera und
/ oder ein Einzeldetektor, lenkbar ist,
e) und der mindestens eine Detektor (6) zeitlich und / oder örtlich aufgelöste Muster des dritten Abschnitt des mindestens einen Messstrahls (43) empfängt, die in Abhängigkeit von der Ansteuerung des mindestens einen analog steuerbaren Mikrospiegelarrays (5) auswertbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass als Muster vom Detektor (6) eine Intensitätsverteilung, ein Phasenmuster, ein Polarisationsmuster und / oder ein Interferenzmuster des mindestens einen Messstrahls (4, 43) mit dem mindestens einen Referenzstrahls (3) detektierbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Rechenmittel (7) zur Auswertung der vom mindestens einen Detektor (6) erfassten Muster.
4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass zur Bestimmung der Oberflächentopographie des Messobjektes (10) des mindestens einen analog steuerbaren Mikrospiegelarray (5) in Abhängigkeit einer Intensitätsverteilung, eines
Phasenmusters, eines Polarisationsmusters und / oder eines Interferenzmusters des mindestens einen Referenzstrahls (3) und dem vom Messobjekt (10) reflektierten Objektstrahls einstellbar ist.
5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Vergleichsmittel des Rechenmittels (7) zur Gewinnung eines Datensatzes als Abbild der Oberflächentopographie, wobei mit dem Vergleichsmittel die Spiegel des mindestens einen analog steuerbaren Mikrospiegelarrays (5) automatisch so verstellbar sind, dass zwischen dem dritten Abschnitt des mindestens einen Messstrahls (43) und dem mindestens einen Referenzstrahl (3) ein Nullabgleich ausführbar ist.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens eine Lichtquelle (1) einen monochromatischen Laser aufweist.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens eine Lichtquelle (1) eine polychromatische Quelle aufweist.
8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens eine Lichtquelle (1) elektromagnetische Strahlung im Bereich von 10"5 bis 10"11 m (Infrarot bis harte Röntgenstrahlung) abstrahlt.
9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Lichtquellen (1) mit mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen.
10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die mindestens eine Lichtquelle (1) ein Projektionssystem zur Erzeugung eines Projektionsmusters (11) auf dem Messobjekt
(10) aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass das Projektionsmuster (11) örtlich, zeitlich und / oder in der Intensität durch das
Rechenmittel (7) und / oder des Mikrospiegelarray (5) gezielt veränderbar ist.
12. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mit dem
Rechenmittel (7) ein Flächentriangulationsverfahren ausführbar ist.
13. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die
Bildwiederholrate des mindestens einen analog steuerbaren Mikrospiegelarrays (5) 100 bis 1500 Bilder pro Sekunde beträgt .
14. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das mindestens eine analog steuerbare Mikrospiegelarray (5) Torsions- und / oder Senkspiegel aufweist.
15. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste Abbildungsoptik (21) zur Parallelisierung der mindestens einer elektromagnetischen Strahlung einer Lichtquelle (1) .
16. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste Polarisationsoptik (20) , insbesondere ein drehbares λ/2- Plättchen für die elektromagnetische Strahlung mindestens einer Lichtquelle (1) .
17. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zoomoptik (22) und / oder eine Fokusoptik (22), für den mindestens einen zweiten Abschnitt des Messstrahls (42), die im Strahlengang zwischen dem Strahlteuer (2) und dem Messobjekt (10) angeordnet ist.
18. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweite Polarisationsoptik (23) für den mindestens einen dritten Abschnitt des Messstrahls (43) und / oder des mindestens einen Referenzstrahls (3) .
19. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Auswahlmittel des Rechenmittels (7) , mit einer vorgegebenen Zielfunktion zur automatischen Sortierung des Messobjekts (10) nach
Qualitätsklassen, insbesondere der automatischen Ermittlung von Ausschuss.
20. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kopplung mit einem Mikropositioniersystem zur Positionierung des Messobjektes (10) .
21. Verwendung der Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche für die Ermittlung einer Oberflächentopographie eines Halbleiterbauelementes oder eines Zwischenproduktes einer Halbleiterbauelementfertigung, insbesondere mit Ätzkanten, Löchern, halbperiodischen Strukturen, Vertiefungen mit Trapezstrukturen und Sputterstrukturen.
22. Verfahren zur Bestimmung eines Abbildes einer dreidimensionalen und / oder zweidimensionalen Oberflächentopographie eines Messobjektes,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) mindestens eine Strahlungsquelle (1) elektromagnetische Strahlung abstrahlt,
b) mindestens ein Strahlteiler (2) die elektromagnetische Strahlung in mindestens einen Referenzstrahl (3) und mindestens einen Messstrahl (4, 41, 42, 43) trennt, wobei
c) ein erster Abschnitt des mindestens einen Messstrahls (41) vom Strahlteiler (2) auf mindestens ein analog steuerbares Mikrospiegelarray (5) geführt wird, von dem ein zweiter Abschnitt des mindestens einen Messstrahls (42) auf die Oberfläche des Messobjektes (10) reflektiert wird oder
ein erster Abschnitt des mindestens einen Messstrahls (41) vom Strahlteiler (2) auf das Messobjekt (10) geführt wird, von dem ein zweiter Abschnitt des mindestens einen Messstrahls (42) auf das mindestens eine Mikrospiegelarray (5) reflektiert wird,
d) ein dritter Abschnitt des mindestens einen Messstrahls (43) vom Mikrospiegelarray (5) oder vom Messobjekt (10) in Richtung mindestens eines Detektors (6), insbesondere eine Kamera und / oder ein Einzeldetektor, gelenkt wird,
e) und der mindestens eine Detektor (6) zeitlich und / oder örtlich aufgelöste Muster des dritten Teils des midnestens einen Messstrahls (43) empfängt, die in Abhängigkeit von der Ansteuerung des mindestens einen analogen Mikrospiegelarrays (5) ausgewertet werden.
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