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    公开号:WO1986006852A1
    申请号:PCT/DE1986/000146
    申请日:1986-04-03
    公开日:1986-11-20
    发明作者:Erich Schuster
    申请人:Ernst Leitz Wetzlar Gmbh；
    IPC主号:G03F9-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren und Anordnung zur Ausrichtung, Prüfung und/ oder Vermessung zweidimensionaler Objekte
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Ausrichtung, Prüfung und/oder Vermessung zweidiemensionaler, auf einem wenigstens in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Koordinatenrichtungen verschiebbaren Tisch einer Meßmaschine befindlicher Objekte.
    [0003] Mit Verfahren und Anordnungen dieser Art werden beispielsweise Strukturen von Masken oder Wafern erfaßt, ausgerichtet, geprüft und/oder vermessen.
    [0004] Aus der Patentanmeldung P 35 12 615.9 ist dazu eine Anordnung bekannt, bei welcher zur Ermittlung der koordinatenmäßigen Lage der Objekte durch Antastung mittels eines Lichtflecks die aus einer Beieuchtungseinriebttung je Koordinatenrichtung erzeugten Lichtflüsse in einem Strahlengang vereinigt und durch ein strahlensamraekides System in einer gemeinsamen Zwischenbildebene abgebildet werden. Sie werden außerdem durch ein optisches Glied entsprechend den ihnen zugeordneten Koordinatenrichtungen ausgelenkt und von einem abbildenden System auf die jeweils zu vermessenden Objekte projiziert. Die von dem jeweiligen Objekt reflektierten Lichtflüsse werden von wenigstens einem fotoelektrischen Empfängersystem in elektrische MeßSignale umgesetzt, aus denen in einem Rechner in Abhängigkeit von der Ablenkung des Lichtfleckes und der Stellung des Meßmaachinentisches die den Objekten entsprechenden Größen ermittelt werden.
    [0005] Nachteil der beschriebenen Einrichtung ist, daß die Messung in den einzelnen Koordinatenrichtungen nur nacheinander erfolgen kann und daß, infolge der. bei der Abbildüng der sehr schmalen Lichtflecke auftretenden Lichtbeugung die Lage der Objektkanten nur mit begrenzter Genauigkeit erfaßt werden kann.
    [0006] Um diese Nachteile zu beheben ,liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, bei welchen eine zeitgleiche Messung in beiden Koordinatenrichtungen erfolgen kann, die Antastgenauigkeit durch die Abbildung sehr kleiner Lichtflecke nicht negativ beeinflußt wird und außerdem eine geringe Temperaturbelastung des Objektes sichergestellt ist.
    [0007] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei welchem nach zugeordneten Koordinatenrichtungen unterscheidbare Lichtflüsse in einem Strahlengang vereinigt, in einer gemeinsamen Zwischenbildebene abgebildet und durch ein optisches Glied entsprechend ihren Koordinatenrichtungen ausgelenkt, von einem abbildenden System auf das jeweils zu vermessende Objekt projiziert werden und welches sich (a) durch Erzeugen eines Lichtstreifens je Koordinatenrichtung zur-Beleuchtung der jeweiligen Objektstrukturen,
    [0008] (b) durch Abbilden der mittels dieser Streifen beleuchteten ObjektStrukturen getrennt nach Koordinatenrichtungen auf Abtastmittel,
    [0009] (c) durch Verlagern der Lichtstreifen und der Objektstrukturbilder in den beiden Koordinatenrichtungen,
    [0010] (d) durch Umsetzen der jeweiligen aus der Abtastung der Objektstrukturbilder mittels der Abtastmittel resultierender Lichtflüsse in elektrische Meßsignale und
    [0011] (e) durch Auswerten dieser Signale zum Zwecke der Meßwerterfassung Anzeige, Steuerung und/oder Regelung auszeichnet.
    [0012] Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch
    [0013] (a) strahlenbegrenzβnde Mittel in der Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung eines Leuchtstreifens je Koordinatenrichtung, der mittels Ablenkmittel über die anzutastenden Strukturen geführt wird,
    [0014] (b) wenigstens ein strahlenteilendes optisches Glied, welches, zwischen abbildendes System und Ablenkmittel eingefügt, eine nach Koordinaten getrennte Abbildung der beleuchteten ObjektStrukturen bewirkt, (c) ein in seiner Lage veränderbares optisches Bauteil zur Verlagerung des Bildes der beleuchteten Objektstrukturen in den beiden Koordinatenrichtungen und durch (d) wenigstens ein fotoelektrisches Empfangersystem je Koordinatenrichtung umfassende Abtastmittel, welche aus der Antastung der Objektstrukturbilder resultierende Lichtflüsse in elektrische Meßsignale umsetzten.
    [0015] Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Anordnung zu dessen Durchführung sind Gegenstand der Unteransprüche.
    [0016] In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt und im Nachfolgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Aufbauschema der erfindungsgemäßen
    [0017] Anordnung, Fig. 2 einen Schnitt durch die Anordnung entlang der Linie II-II in Seitenansicht und Fig. 3 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Anordnung längs der Linie III-III.
    [0018] In Fig. 1 wird ein Beleuchtungsspalt durch die mit Lichtleiter (1) 2 zugeführte Beleuchtungsenergie einer nicht dargestellten Lichtquelle über Linsen (3) 4, ein Teilerprisma 5 sowie eine sammelnde Optik 6 beleuchtet. Die Länge des Spalts kann mittels einer Spaltlängenbegrenzungseinrichtung, die hier, da nicht zum Erfindungsgegenstand gehörend, nicht näher beschrieben ist, den zu untersuchenden Objektstrukturen angepaßt werden. Eine aus Linsen 8,9 und einem Umlenkprisma 10 bestehende Tubusoptik bildet den Beleuchtungsspalt 7 in eine den Lichtflüssen gemeinsame Zwischenbildebene 11 ab. Auf dem Wege dorthin werden die Lichtflüsse über einen in Richtung des Doppelpfeiles A schwenkbaren Schwingspiegel 12 geführt und durch ein polarisierendes Doppelbildprisma 13 geleitet.
    [0019] Das Doppelbildprisma 13 setzt sich aus einem Teilerwürfel 14 mit einer als Polarisator wirkenden Teilerschicht 15 und an benachbarten Flächen 16,17 befindlichen Dachkantprismen 18,19 zusammen. Von letzteren ist das Dachkantprisma 19 45 verdreht gegenüber dem Dachkantprisma 18 angeordnet. Außerdem ist zwischen die Flächen 16,17 des Teilerwürfels 14 und die Dachkantprismen 18,19 je ein Phasenplättchen 20 bzw. 21 eingefügt, so daß die Polarisationsrichtung des an den Dachkantprismen 18,19 reflektierten Lichtes 90 gedreht wird und der Lichtfluß in ebene Richtung Zwischenbild II austreten kann und bei Verschwenken des Schwingspiegels 12 sich das eine Bild in der y-Koordinatenrichtung und das andere in der y-Koordinatenrichtung bewegt.
    [0020] Nach Durchlaufen des Doppelbildprismas 13 werden beide Spaltbilder über Tubuslinsen 22 und 23 (Fig. 2), Teilerprisma 24 und Umlenkprisma 25 sowie ein abbildendes System 26 (Fig. 2) in die Objektebene projiziert, wo sie hier nicht mit dargestellte Objektstrukturen beleuchten.
    [0021] Zur Ermittlung der Lage und Größe der spaltförmig beleuchteten Objektstrukturen werden diese durch das abbildende System 26 über die Tubuslinse 23, das Umlenkprisma 25, das Teilerprisma 24 sowie eine Feldlinse 27 zunächst in einer Zwischenbildebene 28 abgebildet. Von dort wird es von einem Doppelbildprisma 29 übernommen, dessen Aufbau dem des Doppelbildprisma 13 gleicht mit der Ausnahme, daß beim Doppelbildprisma 29 an die Stelle des Dachkantprisma 18 ein Planspiegel 30 tritt.
    [0022] Im weiteren Verlauf gelangt der die Informationen über die Objektstrukturen tragende Lichtfluß zur Rückseite 31 des Schwingspiegels 12, die ihn umlenkt und einer aus Linsen 32,33 mit zwischengeschaltetem Umlenkprisma 34 bestehenden Tubusoptik zuführt.
    [0023] Diese Tubusoptik bildet die Zwischenbildebene 28 mit den beleuohteten Objektstrukturen nach Durchlaufen eines Teilerprismas 35 als Analysator auf die Spaltbjenden 37,38 ab. Die Teilerfläche des Prismas 35 führt* die durch die Doppelbildprismen 13,29 polarisierten Lichtflüsse getrennt nach den Koordinatenrichtungen x und y den zugeordneten Spaltblenden 37,38 zu.
    [0024] In Verbindung mit Feldlinsen 39,40 bildet die Tubusoptik 32-34 das in der Ebene der Spiegelrückseite 31 liegende Bild der Austrittspupille des abbildenden Systems 26 auf je ein hier nicht mit dargestelltes fotoelektrisches Empfängersystem oder zur Vermeidung von störenden Temperatureinflüssen auf die Meßeinrichtung auf je einen Lichtleiter 41 bzw. 42 ab. Diese sind dann je einem der hier nicht mitgezeigten fotoelektrischen Empfängersysteme zugeordnet, die außerhalb der Antastanordnung montiert sind. *dabei Zur Abtastung der Objektstrukturbilder wird der Schwingspiegel 12 verschwenkt. Damit wird bewirkt, daß die Bilder ,nach Koordinatenrichtungen getrennt, über die Spaltblehden 37,38 geführt werden. Die daraus resultierenden Lichtflüsse werden, wie oben beschrieben, den Lichtleitern 41 und 42 zugeführt, die sie an die außerhalb der Anordnung montierten fotoelektrischen Empfängersysteme weiterleiten. Diese nehmen in Abhängigkeit von der Spiegelstellung die Kantenfunktion auf und erzeugen daraus elektrische Signale, die zur Ermittlung der Objektstrukturmaße, zur Steuerung und/oder Regelung des verschiebbaren Tisches der Meßmaschine dienen.
    [0025] Dadurch dass der Schwingspiegel 12 bei seiner Schwenkbewegung den Beleuchtungsstrahlengang (mit seiner Vorderseite) und den Meßstrahlengang (mit der Rückseite) synchron auslenkt, ist gewährleistet, daß stets nur die von der Spaltblende 7 beleuchteten Objektstrukturen über die Spaltblenden 37,38 geführt werden. Um eine inhomogene Ausleuchtung infolge von Beugung am Beleuchtungsspalt 7 im Abtastbereich der Spaltblenden 37 und 38 zu vermeiden, kann der Beleuchtungsspalt 7 breiter als die Breite der Spaltblenden 37 und 38 ausgeführt sein.
    [0026] Zur Erfassung der Bewegung des Schwingspiegels 12 ist ein an sich bekanntes Gebersystera 43 angeordnet. Dieses Gebersystem 43 beinhaltet ein nach dem Einspiegel- System aufgebautes Objektiv 44 aus Hohlspiegel 45 und Linse 46. Der Hohlspiegel 45 ist fest mit dem Schwingspiegel 12 verbunden. Zur Ermittlung der jeweiligen Schwingspiegelstellung wird ein Gitter 60 nach zweimaligem Durchlaufen des Objektivs 44 auf ein zweites Gitter 61 abgebildet. Die dabei entstehende Lichtmodulation wird zur Gewinnung von Zählimpulsen ausgenutzt, die aufsummiert ein Maß für die Spiegelauslenkung und damit auch ein Maß für die Auslenkung der Beleuchtungsspalt- und Objektstrukturbilder darstellen.
    [0027] Da es sich aber beim Geber-System 43 um ein inkrementales Geber-System handelt, geht beim Abschalten der neuen Anordnung die genaue Lage des "Null"-Punktes für den Schwingspiegel 12 verloren. Die "Null"-Punktläge ist aber für die weiteren Berechnungen, insbesondere die Korrektur der Verzeichnung der innerhalb der Anordnung verwendeten optischen Systeme, wichtig. Es muß daher ein elektrischer Impuls erzeugt werden, welcher der "Null"-Punktlage entspricht. Dazu ist auf der Vorderseite des Schwingspiegels 12 eine gesonderte Spiegelfläche 47a vorgesehen, die über eine Linse 48 und eine Kollimatbrlinse 49 mit Licht aus einer Leuchtdiode 50 bestrahlt wird. Das reflektierte Licht fällt auf ein in der Ebene der Linse 48 angeordnete Differenzdiode 51, aus der dann ein "Null"-Impuls abgeleitet werden kann, wenn beide Diodenflächen gleich stark beleuchtet werden.
    [0028] Für die genaue Justierung der Beieuchtungsspaltbilder zu den Abtastspalten ist jeweils vor jede Spaltblende 37,38 eine schwenkbare Planparallelplatte 52 bzw. 53 gelegt, mit welchen eine Fein-Regelung möglich ist.
    [0029] Schwankungen im aus den Lichtleitern 1 und 2 austre mindestens tenden Licht werden von/ einem fotoelektrischen Empfängersystem 54 erfaßt, welches hinter den Teilerwürfel 5 gelegt ist und dessen Ausgangssignale bei Variation der Beleuchtungsstärke zur Korrketur der Kantenfunktionen verwendet werden können.
    [0030] Wenn, auch wechselweise, nur in einer Koordinatenrichtung angetastet werden soll, so ist der Teilerwürfel 5 polarisierend auszuführen und das Licht für die beiden Koordinatenrichtungen durch zwei, den Koordinatenrichtungen zugeordneten Lichtleitern 1,2 zuzuführen.
    [0031] Es ist außerdem vorgesehen, das vom abbildenden System 26 erzeugte Bild einer TV- oder einer CCD-Kamera zuzuführen. Dazu ist das Umlenkprisma 25 mit einer Teilerschicht ausgerüstet,welche sowohl die Objektstrukturbilder als auch die Bilder der Beleuchtungsspalte ausspiegelt und über ein rechtwinkliges Prisma 55 beispielsweise einer gestrichelt angedeuteten Vario-Optik 56,57 einer solchen Kamera zuführt.
    [0032] Wie in Fig. 2 gestrichelt angedeutet, kann auch zwischen abbildendem System 26 und der Tubuslinse 23 ein weiterer Teilerspiegel 58 vorgesehen sin, der zur Einspiegelung einer Auflichtbeleuchtung für die TV-Kamera und/oder einer Laser-Autofokuseinrichtung dient.
    [0033] Der Vorteil der neuen Anordnung liegt darin, daß durch die Verwendung der Doppelbildprismen 13,29 und des Teilerwürfels 5 mit polarisierenden Eingeschaften mit einem Ablenkelement 12 bei geringer Temperaturbelastung in beiden Koordinatenrichtungen gleichzeitig angetastet wer den kann.
    [0034] Außerdem hat die bei der Abbildung eines schmalen Spaltes auf das Objekt auftretende Lichtbeugung- keinen störenden Einfluß auf die Kantenantastung.
    [0035] Ein weiterer Vorteil der neuen Anordnung ist, daß sie sich ebenfalls wie die in der Patentanmeldung
    [0036] P 35 12 615.9 beschriebene Einrichtung zum Erfassen der Lage von Flächen eignet, da nach zweimaliger Spiegelung an der Planfläche des zu prüfenden Spiegels* der Reflexion in einem Hohlspiegel eine gegenläufige Bewegung zwischen Beleuchtungsspaltbild und Spaltebene auf die Objektebene bezogen ergibt, so daß von beiden Kanten des Beleuchtungsspaltbildes die Kantenfunktion aufgenommen und die genaue Lage der Spiegelfläche ermittelt werden kann.
    [0037] Desweiteren kann die neue Einrichtung, wie in P 35 12 615.9 beschrieben, auch zur Ermittlung der Ebenheit der im Gerät eingesetzten Spiegel in eingebautem Zustand verwendet werden.
    [0038] * und
    权利要求:
    ClaimsAnsprüche
    1. Verfahren zur Ausrichtung, Prüfung und/oder Vermessung zweidimensionaler, auf einem wenigstens in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Koordinatenrichtungen Verschiebbaren Tisch einer Meßmaschine befindlicher Objekte, bei welchem nach zugeordneter Koordinatenrichtung unterschiedliche Lichtflüsse, in einem Strahlengang vereinigt, in einer gemeinsamen Zwischenbildebene abgebildet und durch ein mit einem fotoelektrischen Gebersystem verbundenes optisches Glied entsprechend den ihnen zugeordneten Koordinatenrichtungen ausgelenkt, von einem abbildenden System auf das jeweils zu vermessende Objekt projiziert werden, gekennzeichnet durch (a) Erzeugen eines Leuchtstreifens je Koordinatenrichtung zur Beleuchtung der jeweiligen Objektstrukturen, (b) Abbilden der mittels dieser Streifen beleuchteten
    Objektstrukturen getrennt nach Koordinatenrichtungen auf Abtastmittel, (c) Verlagern der Leuchtstreifen- und Objektstrukturbilder in den Koordinatenrichtungen,
    (d) Umsetzen der jeweiligen aus der Antastung der Objektrukturbilder mittels der Abtastmittel resultierenden Lichtflüsse in elektrische Meßsignale,
    (e) Erfassen der durch die Meßsignale definierten Ortsinformationen des Gebersystems und
    (f) Auswertung dieser Signale zum Zwecke der Anzeige, Steuerung und/oder Regelung.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtetreifen je Koordinatenrichtung unterschiedliche Kennungen erhalten.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Objektstrukturen hervorgehenden Lichtflüsse je Koordinatenrichtung unterschiedlich gekennzeichnet werden.
    4. Anordnung zur Ausrichtung, Prüfung und/oder Vermessung zweidimensionaler, auf einem wenigstens in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Koordinatenrichtungen verschiebbaren Tisch einer Meßmaschine befindlicher Objekte, bei welcher nach zugeordneter Koordinatenrichtung unterschiedliche Lichtflüsse,in einem Strahlengang vereinigt, in einer gemeinsamen Zwischenbildebene abgebildet und durch ein mit einem fotoelektrischen Gebersystem verbundenes optisches Glied entsprechend den ihnen zugeordneten Koordinatenrichtungen ausgelenkt, von einem abbildenden System auf das jeweils zu vermessende Objekt projiziert werden, gekennzeichnet durch (a) strahlenbegrenzende Mittel (7) in der Beleuchtungseinrichtung (1-4) zur Erzeugung eines Leuchtstreifens,der durch optische Mittel (13) für die beiden Koordinatenrichtungen aufgespalten wird, (b) wenigstens ein strahlenteilendes optisches Glied (29), welches, zwischen abbildendes System (26) und Abtastmittel (37,38) eingefügt, eine nach Koordinaten getrennte Abbildung der beleuchteten Objektstrukturen bewirkt, (c) ein in seiner Lage veränderbares optisches Bauteil (12) zur Verlagerung des Bildes der Leuchtstreifen und des der beleuchteten Objektstrukturen in den beiden Koordinatenrichtungen und durch (d) wenigstens ein fotoelektrisches Empfängersystem je Koordinatenrichtung umfassende Abtastmittel (12 37 38) die aus der Antastung der Objektstrukturbilder resultierenden Lichtflüsse in elektrische Meßsignale umsetzen.
    5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß je Koordinatenrichtung ein Lichtleiter
    (1,2) vorgesehen ist, deren Lichtflüsse in einem Prisma (5) zusammengeführt und mit je einer unterschiedlichen Kennung versehen werden.
    6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur unterschiedlichen Kennung der den Koordinatenrichtungen zugeordneten Lichtflüssen wenigstens ein Polarisator (15) vorgesehen ist.
    7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich optische Bauteile (20,21) vorge sehen sind, welche den Polarisationszustand des vom Polarisator (15) erzeugten Lichtes ändern.
    8. Anordnug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastmittel Spaltblenden (37,38) enthalten.
    9. Anordnung nach Anspruch 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß optische Mittel (52,53) zur Fein- Enregehing nach Länge und/oder Breite der Leuchtstreifen vorgesehen sind.
    10. Anordnung nach den Ansprüchen 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwischen abbildendem System (26) und den Abtastmitteln (37,38) wenigstens ein Polarisator (15a) angeordnet ist.
    11. Anordnung nach den Ansprüchen 4, 8. und 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwischen abbildendem System (26) und Abtastmitteln (37,38) zusätzlich zum Polarisator (15a) optische Mittel (29) vorgesehen sind, welche den Polarisationszustand des vom Polarisator (15a) erzeugten Lichtes ändern.
    12. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als strahlenteilendes optisches Glied zwischen abbildendem System (26) und Abtastmitteln (37,38) ein Doppelbildprisma (29) vorgesehen ist.
    13. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite (31) des die Leuchtstreifen verlagernden, in seiner Lage veränderbaren optischen Bau teils (12) zur Verlagerung des Bildes der Objektstrukturen in den beiden Koordinatenrichtungen verwendet ist.
    14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (43,44) zur Erfassung der jeweiligen Winkelläge des in seiner Lage veränderbaren optischen Bauteils (12) vorhanden sind.
    15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkellage erfassenden Mittel ein an sich bekanntes, nach dem Einspiegel-System aufgebautes Objektiv (44) sowie ein an sich bekanntes Schrittgeber-System (43) enthalten.
    16. Anordnung nach den Ansprüchen 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem in seiner Lage veränderbaren optischen Bauteil (12) ein Geber (47a,48-50) zur Erzeugung eines Null-Impulses zugeordnet ist.
    17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (47a,48-50) ein Kollimatorsystem enthält.
    18. Anordnung nach den Ansprüchen 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß den Lichtquellen der Beleuchtungseinrichtung (1,2) fotoelektrische Mittel (54) nachgesehaltet sind, welche Schwankungen in der Beleuchtungshelligkeit erfassen und deren Ausgangssignale zur Einregelung der Beleuchtungshelligkeit und/ oder zur Korrektur der aus den jeweiligen Meßsignalen ermittelten Meßwerte dienen.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    1986-12-17| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1986902316 Country of ref document: EP |
    1987-05-27| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1986902316 Country of ref document: EP |
    1993-05-19| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1986902316 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DEP3517070.0||1985-05-11||
    DE19853517070|DE3517070A1|1985-05-11|1985-05-11|Verfahren und anordnung zur ausrichtung, pruefung und/oder vermessung zweidimensionaler objekte|JP50209386A| JPH071161B2|1985-05-11|1986-04-03|二次元的な対象物を整向、検査及び／または測定するための方法及び装置|
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