DE2552263A1

DE2552263A1 - Verfahren zum pruefen von strukturen

Info

Publication number: DE2552263A1
Application number: DE19752552263
Authority: DE
Inventors: Egon Dipl Phys Dr Greiner; Karl-Heinz Dipl Phys Moeckel; Guenter Dipl Ing Thorwirth
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1975-02-24
Filing date: 1975-11-21
Publication date: 1976-09-02
Also published as: US4158502A; DD119481A1

Description

Verfahren zum Prüfen yon Strukturen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Prüfen von Strukturen nach dem Prinzip der optischen Filterung, bei dem vorzugsweise monochromatische elektromagnetische Strahlung über ein Mikroobjektiv mit Mikrolochblende und einen Kondensor auf eine elektromagnetische Strahlung teilweise durchlassende Struktur projiziert wird und über ein vorzugsweise aus erster und zweiter Optik bestehendes Korrelatorsystem und ein optisches Filter sowie über eine Meßblende au9 einen lichtelektrischen Empfänger trifft.
Es sind Verfahren des Prinzips der optischen Filterung bekannt, die die Quantität und die Qualität der Fehler zu prüfender Strukturen durch punktweises Abtasten der zu untersuchenden Strukturflächen ermitteln, wobei entweder eine Messung der fehlerflächengröße oder lediglich eine Fehleranzeige erfolgt.
Bei den bekanntes Verfahren tritt ein Bündel monochromatischer elektromagnetischer Strahlung auf eine teilweise lichtdurchlästige Strukturfläche. Die die Strukturfläche durchdringende elektromagnetische Strahlung wird mittels einer ersten Korrelatoroptik in deren Brennebene fokussiert und erzeugt dort das nonagenannte Ortsfrequenzspektrum.
In der Brennebene der ersten Korrelatoroptik wird ein zur Struckturprufung gesignetes Filter angeordnet, etwa ein Negativbild der zu prüfenden Strukturfläche, uid das gefilterte Ortefrequenzspectrum der Struktur wird durch eine zweite Korrelateroptik in eine Bildebene rücktransformiert.
Die Bildebene der Rücktransformation wird entweder visuell punktweise abgetastet bzw. es werden hochauflözende liohtelektrisohle Empfänger verwendet, die die objektive punktweise Abtastung vornehmen und elektrische Signale abgeben, die proportional der Fehlerfläghengröße sind, Für die Verfahren nach dem Stand der Technik ist die Fehlererkennungsgrenze gleich der Auflösungsgrenze der verwendeten Korrelatoroptiken bzw. gleich der Auflösungsgrenze der liohtelektrischen Empfänger bzw. der Meßblende.
Je höher die quantitative Leistung des Verfahrens gefordert war, d.h. Prüfen im Submikrometerbereich, desto hoher auslösend wurden Korrelatoroptiken und lichtelektrische Empfänger deren sioniert, desto geringer wurde jedoch die quaititative Leistung des Verfahrens.
Bei Werwendlung von z.B Fotoobjektiven, Projektionsobjektiven usw. mittlerer Auflösung als Korrelator gelingt es, die quantitative Leistung des Verfahrens durch Erfassung größerer Struckturflächenbereiche zu steigern, aber in diesem Fall ist die Qualität des Verfahrens gering.
Der Nachteil der Verfahren nach dei Stand der Technik liegt darin, daß deren qualitative Weiterentwicklung auf der Basis der bisherigen Meßprinzipien die Produktivität immer mehr verringert oder bei gleichbleibender Produktivität sehr hohe Kosten für neue hochauflösende Optiken, für hochauflösende lichtelektrische Empfänger und für Reohen- und Stellelektronik erfordert.
Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus der ungenügenden Reproduzierbarkeit des Verfahrens, weil su viele nichtreproduzierbare Einflüsse in die Messung eingehen.
Zweck der Erfindung ist es, ein neues Meßprinzip auf der Basis der optischen Filterung zu ermöglichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, bereits unter Verwendung von Korrelatoroptiken mittlerer Leistung und herkömmlichen lichtelektrischen Empfängern ein Verfahren zu schaffen, das hohe Produktivität, Empfindlichkeit und Genauigkeit der Reproduzierbarkeit in sich vereint.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Strukturfehlergrößen, die nicht in bekannter Weise durch das Auflösungsvermögen des optischen Systems erfaßbar sind durch Bestimmung der Intensitätsmaxima der Strahlungsenergie der Fehlerflächen in der Bildebene des Korrelat orsyst ems exxDittelt werden und daß ein Teil der von der Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung ungefiltert auf einen lichtelektrischen Empfänger projiziert wird und daß das aus der gefiDerten elektromagnetischen Strahlung resultierende Ausgangssignal mit dem aus der ungefilterten elektromagnetischen Strahlung resultierende Ausgangssignal über einen Quotientenbildner verknüpft wird, dessen Ausgangs signal zur Fehleranzeige verwendet wird.
Eine günstige Lösung ergibt sich, wenn zwischen der elektromagnetischen Strahlung der Strahlungsquelle, vorzugsweise einem Laserstrahl und den Elementen im Strahlengang solange eine definierte, automatisch gesteuerte Relativbewegung erzeugt wird, bis das Ausgangssignal des licht elektrischen Empfängers ein Minimum erreicht hat und indem mittels Zwisohenschalten eines Dämpfungsfilters bzw. Gaußfilters vor die zu prüfende Struktur bzw. vor die Bildebene des Korrelators die durch die Inhomogenität der elektromagnetischen Strahlung bedingte Intensitätsverteilung in der Bildebene des Korrelators ausgeglichen wirdv Eine vorteilhafte Wirkung für die Lösung der Aufgabe ergibt sich dadurch, daß die elektromagnetische Strahlung in der Bildebene des Korrelatorsystems auf eine Meßblende projiziert wird, die aus zwei mit inindestens je einer, elektromagnetische Strahlung durchlassenden Schlitzstruktur versehenen Scheiben besteht, die mit definiert unterschiedlicher Geschwindigkeit in Drehung versetzt werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemaßen Lösung ist dadurch gegeben, daß in der Bildebene des Eorrelators mindestens ein lichtelektrischer Empfänger angeordnet ist, daß Strahlführungselemente so angeordnet sind, daß ein ungefilterter und ein gefilterter Teil der elektromagnetischen Strahlung wechselweise aui den lichtelektrischen Empfänger trifft, daß an den liohtelektrischen Empfänger ein Quotientenbildner angeschlossen ist, daß sich an den Quotienbildner eine in bekannter Weise die Fehlergröße entsprechend dem Auflösevermögen der Optik messende elektronische Auswerteeinrichtung anschließt, mit der über einen Schwellwertschalter eine auslesende, die Lichtintensität bewertende Einrichtung gekoppelt ist, daß mindestens eine der optisch wirksamen Elemente im Strahlengang zwischen Strahlungsquelle und Filter, einschließlich der Strahlungsquelle und des Filters definiert bewegbar ist, daß ein Negativbild des Querschnitt es des ausleuchtenden Strahlenbündels vor der Maske oder vor der Bildebene des Korrelators angeordnet ist, daß zwei drehbar, achsparallel zum Strahlengang gelagerte Soheiben mit mindestens je einer elektromagnetischen Strahlung durchlassenden Schlitzstruktur versehen sind und dnander teilweise überdeckend im Strahlengang zwischen Korrelator und lichtelektrischen Empfänger angeordnet sind und daß die zu prüfende Struktur der Kondensor selbst ist, bzw.
daß die zu prüfende Struktur ein dem Kondensor nachgeordnet es Prisma oder ein Prismensystem ist..
Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert: Ein Laser 1 sendet in bekannter Weiseeine Primärstrahlung 1' über einen Modulator 2, ein Mikroobjektiv 3 mit Mikrolochblende 4, eine Kondensoroptik 5 sowie über einen festen Spiegel 6 und einen mittels Verstellorgan 7 bewegbaren Spiegel 8 auf eine zu prüfende, teilweise liohtdurchlässige Strukturfläche 10, wobei gemäß der Erfindung ein vor der Strukturfläche 10 angeordnetes Gaußfilter 9 die Intensitätsverteilung im Laserstrahlenbündelquersohnitt ausgleicht.
Die an der Strukturfläche 10 abgebeugte Primärstrahlung 1' trifft in bekannter Weise auf das Objektiv 11 eines Korrelators und auf das Filter 13, das z.B. einem Negativbild der zu prüfenden Struktur 10 entspricht und das die abgebeugte Primärstrahlung 1' außer der fehlerbedingten Strahlung unterdrückt.
Die fehlerbedingte Strahlung gelangt über ein Objektiv 11' des Korrelators 12, über eine aus zwei austauschbaren Scheiben 14'; 14" mit mindestens je einer elektromagnetischen Strahlung durchlassenden Schlitzstruktur gebildete bewegbare Meßblende 14 mit einem Öffnungsdurchmesser, der kleiner oder gleich dem Auflösevermögen der Korrelatoroptik ist, über ein Objektiv 15, eine Streuscheibe 16 und einen Lichtschacht 17 auf einen lichtelektrischen Empfänger 18 Die beiden Scheiben 14'; 14" überdecken einander teilweise. Bei Rotation ergeben deren Schlitzstrukturen die eigenthohe Blendenöffnung, die steuerbar den Bereich der Strukturfläche überstreichen kann und die damit punktweise abtastet.
Eine Sekundärstrahlung in des Lasers 1 wird über einen Modulator 2' und eine Mikrooptik 3' aui einen lichtelektrischen Empfänger 18' projiziert. Dessen Ausgangssignal 19' trifft auf einen elektronischen Qnotientenbildner 20.
Das Ausgangssignal 19 des lichtelektrischen Empfängers 18 passiert vor dem Eintreifen in den Quotienbildner 20 ein elektronisches Schaltsystem 21 und einen Differenzenbildner 23.
Im mittels Taktgeber 24 angesteuerten Schalt system 21 , der Eingang eines Regelkreises 22 zur Verstellung der magnetostriktiven Elemente 7 und damit des Spiegels 8, wird das Signal 19 in Steuerimpulse 19", 19"' zerlegt.
Wenn das der fehlerbedingten Strahlung proportionale Signal 19 durch Verstellen der Elemente 7 ein Minimum erreicht hat, ist der Regelvorgang beendet. Damit ist der Justierzustand der Anordnung reproduzierbar optimiert.
Im Differenzenbildner 23 erfolgt die Differenzbildung zwischen dem Signal 19, das von einer zu prüfenden Struktr 10 stammt und einem als Eichwert dienenden Signal 19"" einer Standardstruktur.
Ist die zu prüfende Strukturfläche 10 fehlerfrei, so kommt aus dem Differenzenbildner 23 kein bzw. ein spezielles Signal. Das Ausgangssignal des Differenzenbildners 23 wird im Quotientenbildner 20 mit dei Signal 19' des lichtelektrischen Empfängers 18' verknüpft. Die Verknüpfung des Signals 19 der Primärstrahlung 1' mit dem Signal 19' der Sekundärstrahlung 1" verhindert, daß sich Intensitätssohwankungen des Iasers in Meßergebnis widerspiegeln.
Gleiches ist erreichbar durch Ausblenden eines Teils, der ungefilterten Primärstrahlung und Verknüpfung dessen elektrischen Signals mit dem elektrischen Signal des gefilterten Strahlenteils.
Es ist auch möglich, beide Strahlenteile im Wechsel au9 einen gemeinsamen lichtelektrischen Empfänger zu projizieren und entsprechend des Beispiels miteinander zu verknüpfen.
Der Quotientenbildner 20 liefert zwei identische Ausgangssigials. Das erste der Signale wird in einen Maximalwertspeicher 25 eingegeben.
Ist das erste Signal im Maximalwertspeicher 25 größer (oder gleich) als es der Auflösungsgrenze des Korrelators entspricht, so wird eine im Schwellwertschalter 26 eingestellte Schwelle überschritten und ein Steuerimpuls ausgelöst, der einen elektronischen Schalter 27 betätigt, der das zweite identisohle Signal naoh Passieren eines Schwellwertschalters 28 eines lmpulsgenerators 29 und einer Impulszählschaltung 30 zur Fehlergrößenanzeige 31 gelangen läßt.
Ergibt das den Quotientenbildner 20 verlassende Signal einen Maximalwert, der unter der Schwelle des Sohwellsertschalters 26 liegt, d. h. der kleiner ist als es des Au!-lösungsvermögen des Korrelators entspricht, wird Ueber den Sohwellwertschalter 26 der elektronische Schalter 27 so betätigt, daß das den Maximalwert speicher 25 verlassende, ein Netzwerk zur Intensitätsanalyse 32 passierende Signal zur Fehlergrößenanzeige 31 gelangt.
Die Intensitätsanalyse sorgt für eine Größenangabe aller der Werte, die unterhalb des Auflösungsvermögens des Korrelators liegen.

Claims

Patentasprüche

,1. Verfahren zum Prüfen von Strukturen nach dem Prinzip der optischen Filterung, bei dem vorzugsweise monochromatische elektromagnetische Strahlung über ein Mikroobjektiv mit Mikrolochblende und einen Kondensor auf eine elektromagnetische Strahlung teilweise durchlassende Struktur projiziert wird und über ein vorzugsweise aus erster und zweiter Optik bestehendes Korrelatorsystem und ein optisches Filter sowie iiber eine Meßblende auf einen licht elektrischen Empfänger trifft, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturfehlergrößen, die nicht in bekannter Weise durch das Ausflösungsvermögen des optischen Systems erfaßbar sind durch Bestimmung der Intensitätsmaxima der Strahlungsenergie der Fehlerflächen in der Bildebene des Korrelatorsystems ermittelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der von der Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung ungefiltert auf einen Ii oht elektrischen Empfänger projiziert wird und daß das aus der gefilterten elekmagnetischen Strahlung resultierende Ausgangssignal mit dem aus der ungefilterten elektromagnetischen Strahlung resultierenden Ausgnngssignal über einen Quotientenbildner verknüpft wird, dessen Ausgangs signal zur Fehleranzeige verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, daduroh gekennzeichnet, daß zwischen der elektromagnetischen Strahlung der Strahlungsquelle, vorzugsweise einem Laserstrahl und den Elementen im Strahlengang solange eine definierte, automatisch gesteuerte Relativbewegung erzeugt wird, bis das Ausgangssignal des lichtelektrischen Empfängers ein Minimum erreioht hat.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Zwischenschalten eines Dämpfungsfilters z. B. Gaußfilters vor die zu prüfende Struktur bzw. vor die Bildebene des Korrelators die durch die Inhomogenität der elektromagnetischen Strahlung bedingte Intensitätsverteilung in der Bildebene des Korrelators ausgeglichen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetisshe Strahlung in der Bildebene des Eorrelatorsystems auf eine Meßblende projiziert wird, die aus zwei mit mindestens je einer, elektromagnetische Strahlung durchlassenden Schlitzstruktur versehenen Scheibe besteht, die mit definiert unterschiedlicher Geschwindigkeit in Drehung versetzt werden.
6. Anordnung iür das Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bildebene des Korrelators mindestens ein liohtelektrischer Empfänger angeordnet ist, daß Strahlführungselemente so angeordnet sind, daß ein ungefilterter undein gefilterter Teil der elektromagnetischen Strahlung wechselweise auf den licht elektrischen Empfänger trifft, daß an den licht elektrischen Empfänger ein Quotientenbildner angeschlossen ist, daß sich an dem Quotientenbildner eine in bekannter Weise die Fehlergröße entsprechend dem Auflösevermögen der Optik messende elektronische Auswerteeinriohtung anschließt, mit der über einen Schwellwertschalten eine auslesende, die Lichtintensität bewertende Einrichtung gekoppelt ist, daß mindestens eins der optisch wirksamen Elemente im Strahlengang zwischen Strahlungsquelle und Filter, einschließlich der Strahlungsquelle und des Filters definiert bewegbar ist, daß ein Negativbild des Querschnittes des ausleuchtenden Strahlenbündels vor der Maske oder vor der Bildebene des Korrelators angeordnet ist, daß zwei drehbar achsparallel zum Strahlengang gelagerte Scheiben mit mindestens je einer, elektromagnetische Strahlung durchlassenden Schlitzstruktur versehen sind und einander teilweise überdeckend im Strahlengang zwischen Korrelator und lichtelektrisohem Empfänger angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruoh 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu prüfende Struktur der Kondensor selbst ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, daduroh gekennzeichnet, daß die zu prüfende Struktur ein dem Kondensor naohgeordnetes Prisma oder ein Prismensystem ist.