DD234490A1 - Anordnung zur optoelektronischen verzeichnungsmessung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur optoelektronischen Verzeichnungsmessung von optisch abbildenden Systemen. Sie besteht aus einem Kollimator zur Erzeugung eines monochromatischen Parallelstrahlenbuendels, zwei Liniengittern deren Linien orthogonal zueinander angeordnet sind, einem zu pruefenden optischen System, einer in der Brennebene des optischen Systems befindlichen Anordnung von optoelektronischen Empfaengerelementen und einer Auswerteelektronik. Durch Vergleich des entstehenden Beugungsbildes mit dem vorher mathematisch bestimmten, laesst sich die Verzeichnung zweidimensional fuer Strahlen unterschiedlicher Einfallswinkel gleichzeitig bestimmen, wodurch man schnell und automatisch hochgenaue Messergebnisse erhaelt. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung»betrifft eine Anordnung zur optoelektronischen Verzeichnungsmessung optisch abbildender Systeme. Sie ist besonders bei photolithographischen Verfahren oder anderen Verfahren einsetzbar, bei denen aus dem Bild auf die Lage einzelner Objektpunkte bzw. die genaue Form des Objekts geschlossen werden soll.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Jedes optische System, das ein großes Feld abbildet und dessen Öffnungsblende nicht gleich der Eintritts- und Austrittspupille entspricht, was nur bei dünnen Linsen der Fall ist, deren Fassung als Öffnungsblende wirkt, bildet mit Verzeichnung ab. Die Verzeichnung ist die Abweichung des Abbildungsmaßstabes der einzelnen Objektpunkte, abhängig von ihrem Abstand zur optischen Achse, das heißt, abhängig von dem Winkel, den ihr Hauptstrahl und die optische Achse einschließen (paraxialer Abbildungsmaßstab).

Die Verzeichnung ist unabhängig von der Öffnung der Bündel und bewirkt somit keine Abweichung von der Punktförmigkeit, sondern von der Ähnlichkeit der Abbildung. Ein außeraxialer Punkt wird in der Bildebene nicht in den durch die paraxiale Abbildung bestimmten Ort abgebildet, sondern hat zu diesem eine bestimmte meridionale und sagittale Lageabweichung. Die Bestimmung dieser Lageabweichung ist die Aufgabe der Verzeichnungsmessung.

Das heute am häufigsten angewandte Prüfverfahren besteht darin, einen Test über das zu prüfende System abzubilden und das Abbild punktweise auszumessen. Dieses Verfahren ist jedoch sehr zeitraubend und mit subjektiven Ablesefehlern behaftet. Bei einem zweiten viel angewandten Prüfverfahren wird ein über ein Kollimator abgebildeter Lichtpunkt über das zu prüfende System in dessen Brennebene abgebildet. Bei fluchtenden Achsen des Kollimators und des zu prüfenden Systems entsteht der Bildpunkt im Brennpunkt. Der Prüfling wird nun gegenüber der optischen Achse des Kollimators um bestimmte Winkel verkippt, so daß das auf den Prüfling treffende parallele Strahlenbündel zur optischen Achse des Prüflings unterschiedlich stark geneigt ist. Die Abweichung des abgebildeten Punktes von seiner rechnerisch bestimmten Lage ist ein Maß für die Verzeichnung. Dieses Verfahren bedarf einen mindestens eben so hohen Meßaufwand wie das erst genannte und genügt höheren Anforderungen an die Genauigkeit der Messung nicht.

Eine hochgenaue Verzeichnungsmessung deren Bildauswertung visuell aber auch optoelektronisch erfolgen kann, ist mit dem in der DE-PS 3019930 beschriebenen Moire-metrischen Verfahren möglich. In diesem Verfahren wird in einem ersten Schritt ein Originalgitter als Kontaktkopie auf ein Substrat übertragen und in einem zweiten Schritt wird das Originalgitter über das zu prüfende Abbildungssystem ein zweites Mal auf das, um einen geringen Winkel verdrehte Substrat kopiert. Die leicht gegeneinander verdrehten Gitterkopien auf dem Substrat erzeugen Moirestreifen, deren Abweichung von der Ideallage Aussagen über die Verzeichnung zulassen. Die Auswertung des Moiremusters erfolgt über dessen Beugungsbild. Dazu wird das Substrat unter einem bestimmten Winkel mit parallelem monochromatischem Licht beleuchtet. Die reflektierten Strahlen erzeugen in der Brennebene einer nachgeordneten Sammellinse ein Beugungsbild aus dem sich die Verzeichnung mit hoher Genauigkeit bestimmen läßt. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die Vorarbeit für den eigentlichen Prüft/organg sehr zeitaufwendig ist. Für jedes zu prüfende optische System sind auf ein Substrat Referenzlinien und zwei Gitterkopien photolithographisch aufzubringen. Eine optoelektronische Auswertung des Beugungsbildes zum Beispiel mit einer CCD-Matrix ist ungünstig, da das Bild keine Anordnung von Punkten sondern von Linien ist.

Außerdem ist zur Abbildung des Beugungsbildes auf einen Bildschirm oder Fotomaterial eine völlig verzeichnungsfreie Linse erforderlich, damit die Abweichung des Beugungsbildes allein auf die Verzeichnung des Prüflings zurückzuführen ist. Für Strahlen unterschiedlichen Einfallwinkels kann die Verzeichnung nur nacheinander gemessen werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, mit möglichst einfachen Mitteln eine schnelle Messung der Verzeichnung optischer Systeme zu ermöa'lchen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Änderung der Meßanordnung eine automatische Verzeichnungsmessung zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Anordnung zur optoelektronischen Verzeichnungsmessung optischer Systeme mit einem Kollimator zur Erzeugung eines monochromatischen Parallelstrahienbündels dadurch gelöst, daß dem Kollimator nacheinander zwei Liniengitter und ein zu prüfendes optisches System vorgeordnet sind, wobei die Linien des einen Gitters gegenüber dem anderen eine unterschiedliche Richtung aufweisen und daß sich in der Brennebene des zu prüfenden Systems eine flächenhafte Anordnung von optoelektronischen Empfängerelementen befindet, welche mit einer Auswerteelektronik verbunden ist. Es ist vorteilhaft, wenn die Linien der beiden Gitter orthogonal zueinander angeordnet sind und die Anordnung von optoelektronischen Empfängerelementen eine CCD-Matrix ist.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist die schnelle und automatische Messung der Verzeichnung

optischer Systeme. , .

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Dazu zeigt Fig. 1: eine erfindungsgemäße Anordnung zur optoelektronischen Verzeichnungsmessung.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung besteht aus einem Kollimator 3, mit einer Lichtquelle 1 und einem austauschbaren Spektralfilter 2, einem Transmissionsgitter, bestehend aus zwei zueinander justierten Liniengittern 4, deren Linien orthogonal zueinander angeordnet sind, einem zu prüfenden optischen System 5, einer in der bildseitigen Brennebene des optischen Systems 5 justierbar angeordneten CCD-Matrix 6 und einer mit der CCD-Matrix 6 verbundenen in Fig. 1 nicht dargestellten Auswerteelektronik.

Das von der Lichtquelle 1 über einen Spektralfilter 2 erzeugte monochromatische Lichtstrahlenbündel wird durch den Kollimator 3 in ein Parallelstrahlenbündel umgeformt. Das Parallelstrahlenbündel trifft auf das Transmissionsgitter, wodurch definierte Beugungsordriungen erzeugt werden, die über das zu prüfende optische System 5 auf der CCD-Matrix 6 abgebildet werden. Das zu erwartende Beugungsbild hat eine punktförmige Rasterstruktur, wobei die Energieverteilung nach außen hin abnimmt (siehe

Nach der Einjustierung der CCD-Matrix 6 in die Bildebene des zu prüfenden optischen Systems 5 und der Abstimmung des Kollimators 3 wird die Verzeichnung gemessen. Dazu wird in der Auswerteelektronik das real entstehende Beugungsbild mit dem vorher mathematisch bestimmten und abgespeicherten idealen Beugungsbild verglichen, dessen Intensitätsmaxima der einzelnen Beugungsordnungen unter Verwendung der bekannten Gitterkonstanten und der jeweiligen Wellenlänge über die Braggsche Gleichung mathematisch sehr genau bestimmt werden können.

Durch die Kenntnis der zu erwartenden Intensitätsverteilung des Beugungsbildes über die gesamte lichtempfindliche Fläche der CCD-Matrix 6 kann die optimale Bildebene des abbildenden optischen Systems 5 in spektraler Abhängigkeit mit dem Einsatz unterschiedlicher Spektralfilter 2 durch Justierung der Meßanordnung ermittelt werden.

Die Genauigkeit der Lagebestimmung der einzelnen Maxima hängt von der Pixelanzahl und deren Größe ab und kann durch Subpixelinterpolation noch bedeutend erhöht werden. Außerdem ist es zweckmäßig, zur Auswertung des Beugungsbildes die gesamte Matrix zu nutzen, das heißt das Beugungsbild wird bis zu einer Ordnung ausreichender Intensität (im Ausführungsbeispiel bis zur 5. Ordnung) auf der gesamten CCD-Matrix 6 abgebildet.

Aus dem Vergleich der mathematisch bestimmten Lage der einzelnen Intensitätsmaxima und ihrer realen Abbildung kann die Verzeichnung zweidimensional für Strahlen unterschiedlichen Einfallwinkels gleichzeitig bestimmt werden, wodurch man schnell und automatisch hochgenaue Meßergebnisse erhält.

Claims (3)

1. Erfindungsanspruch: !

   1. Anordnung zur optoelektronischen Verzeichnungsmessung optischer Systeme mit einem Kollimator zur Erzeugung eines monochromatischen Parallelstrahienbündels, gekennzeichnet dadurch, daß dem Kollimator nacheinander zwei Liniengitter und ein zu prüfendes optisches System vorgeordnet sind, wobei die Linien des einen Gitters gegenüber dem anderen eine unterschiedliche Richtung aufweisen, und daß sich in der Brennebene des zu prüfenden optischen Systems eine flächenhafte Anordnung von optoelektronischen Empfängerelementen befindet, welche mit einer Auswertelektronik verbunden ist.
2. 2. Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Linien der beiden Gitter orthogonal zueinander angeordnet sind.
3. 3. Anordnung nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Anordnung von optoelektronischen Empfängerelementen . eine CCD-Matrix ist.

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