DD234490B1 - ARRANGEMENT FOR OPTOELECTRONIC LISTING MEASUREMENT - Google Patents

ARRANGEMENT FOR OPTOELECTRONIC LISTING MEASUREMENT Download PDF

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DD234490B1 DD27302985A DD27302985A DD234490B1 DD 234490 B1 DD234490 B1 DD 234490B1 DD 27302985 A DD27302985 A DD 27302985A DD 27302985 A DD27302985 A DD 27302985A DD 234490 B1 DD234490 B1 DD 234490B1
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Inventor
Karin Schroeter
Siegfried Krahmer
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Zeiss Jena Veb Carl
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Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, mit möglichst einfachen Mitteln eine schnelle Messung der Verzeichnung optischer Systeme zu ermöglichen.The aim of the invention is to enable the simplest possible means a rapid measurement of the distortion of optical systems.

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Änderung der Meßanordnung eine automatische Verzeichnungsmessung zu ermöglichen.The invention has for its object to enable by changing the measuring arrangement, an automatic distortion measurement.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Anordnung zur optoelektronischen Verzeichnungsmessung optischer Systeme mit einem Kollimator zur Erzeugung eines monochromatischen Parallelstrahlenbündels 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.According to the invention this object is achieved with an arrangement for optoelectronic distortion measurement of optical systems with a collimator for generating a monochromatic parallel beam in that the collimator successively two line grating and an optical system to be tested are arranged, the lines of one grating with respect to the other a different direction and that in the focal plane of the system to be tested, a planar arrangement of optoelectronic receiver elements is located, which is connected to a transmitter. It is advantageous if the lines of the two gratings are arranged orthogonal to one another and the arrangement of optoelectronic receiver elements is a CCD matrix.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist die schnelle und automatische Messung der VerzeichnungThe particular advantage of the arrangement according to the invention is the fast and automatic measurement of the distortion

optischer Systeme. . .optical systems. , ,

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Dazu zeigt Fig. 1: eine erfindungsgemäße Anordnung zur optoelektronischen Verzeichnungsmessung.The invention will be explained below using an exemplary embodiment. 1 shows an arrangement according to the invention for optoelectronic distortion measurement.

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.The arrangement shown in Fig. 1 consists of a collimator 3, with a light source 1 and an exchangeable spectral filter 2, a transmission grating consisting of two mutually aligned line gratings 4, whose lines are arranged orthogonal to each other, an optical system to be tested 5, a in the image-side focal plane of the optical system 5 arranged adjustably CCD matrix 6 and connected to the CCD matrix 6 in Fig. 1, not shown evaluation.

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 Beugungsordnungen 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 F=Sg-I).The monochromatic light beam generated by the light source 1 via a spectral filter 2 is converted by the collimator 3 into a parallel beam. The parallel beam impinges on the transmission grating, whereby defined diffraction orders are generated, which are imaged on the CCD matrix 6 via the optical system 5 to be tested. The expected diffraction pattern has a punctiform grid structure, whereby the energy distribution decreases towards the outside (see F = Sg-I).

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 Beugungsordhungen unter Verwendung der bekannten Gitterkonstanten und der jeweiligen Wellenlänge über die Braggsche Gleichung mathematisch sehr genau bestimmt werden können.After the adjustment of the CCD matrix 6 in the image plane of the optical system to be tested 5 and the vote of the collimator 3, the distortion is measured. For this purpose, the actual resulting diffraction pattern is compared in the evaluation electronics with the previously mathematically determined and stored ideal diffraction pattern whose intensity maxima of the individual diffraction orders can be determined very accurately mathematically using the known grating constants and the respective wavelength via the Bragg equation.

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.By knowing the expected intensity distribution of the diffraction pattern over the entire photosensitive surface of the CCD matrix 6, the optimum image plane of the imaging optical system 5 can be determined in spectral dependence with the use of different spectral filters 2 by adjusting the measuring arrangement.

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.The accuracy of the position determination of the individual maxima depends on the number of pixels and their size and can be significantly increased by subpixel interpolation. In addition, it is expedient to use the entire matrix for evaluating the diffraction image, that is to say the diffraction image is imaged on the entire CCD matrix 6 up to an order of sufficient intensity (in the exemplary embodiment up to the fifth order).

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.From the comparison of the mathematically determined position of the individual intensity maxima and their real image, the distortion can be determined two-dimensionally for beams of different angles of incidence, which gives high-precision measurement results quickly and automatically.

Claims (2)

Patentansprüche:claims: 1. Anordnung zur optoelektronischen Verzeichnungsmessung optischer Systeme mit einem Kollimator zur Erzeugung eines monochromatischen Parallelstrahlenbündels und einer flächenhaften Anordnung von optoelektronischen Empfangerelementen, welche mit einer Auswerteelektronik verbunden ist, 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 die Anordnung von optoelektronischen Empfängerelementen in der Brennebene des zu prüfenden optischen Systems befindet.1. An arrangement for optoelectronic distortion measurement of optical systems with a collimator for generating a monochromatic parallel beam and a planar array of optoelectronic receiver elements, which is connected to a transmitter, characterized in that the collimator two line grid and an optical system to be tested are arranged one after the other, wherein the lines of one grating have a different direction than the other and that the array of optoelectronic receiver elements is in the focal plane of the optical system under test. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Linien der beiden Gitter orthogonal zueinander angeordnet sind.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the lines of the two gratings are arranged orthogonal to each other. Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention 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 sollThe invention relates to an arrangement for optoelectronic distortion measurement of optically imaging systems. It can be used in particular in photolithographic methods or other methods in which the position of individual object points or the exact shape of the object is to be deduced from the image Charakteristik der bekannten technischen LosungenCharacteristic of the known technical solutions Jedes optische System, das ein großes Feld abbildet und dessen Offnungsblende nicht gleich der Eintritts- und Austrittspupille entspricht, was nur bei dünnen Linsen der Fall ist, deren Fassung als Offnungsblende wirkt, bildet mit Verzeichnung ab Die Verzeichnung ist die Abweichung des Abbildungsmaßstabes der einzelnen Objektpunkte, abhangig von ihrem Abstand zur optischen Achse, das heißt, abhangig von dem Winkel, den ihr Hauptstrahl und die optische Achse einschließen (paraxialer Abbildungsmaßstab)Any optical system that images a large field and whose aperture stop does not equal the entrance and exit pupil, which is the case only with thin lenses, whose version acts as Offnungsblende, forms with distortion from The distortion is the deviation of the magnification of the individual object points , depending on its distance from the optical axis, that is, depending on the angle included by its principal ray and the optical axis (paraxial magnification) Die Verzeichnung ist unabhängig von der Öffnung der Bündel und bewirkt somit keine Abweichung von der Punktformigkeit, 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 mendionale und sagittale Lageabweichung Die Bestimmung dieser Lageabweichung ist die Aufgabe der Verzeichnungsmessung Das heute am häufigsten angewandte Prüfverfahren besteht darm, 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 fur die Verzeichnung Dieses Verfahren bedarf einen mindestens eben so hohen Meßaufwand wie das erst genannte und genügt höheren Anforderungen an die Genauigkeit der Messung nichtThe distortion is independent of the opening of the bundles and thus causes no deviation from the Punktformigkeit, but by the similarity of the figure An off-axis point is not pictured in the image plane in the determined by the paraxial image location, but has to this a certain mendonale and sagittal positional deviation The determination of this positional deviation is the task of distortion measurement. The test method most frequently used today is to map a test over the system under test and to measure the image point by point. However, this method is very time consuming and subject to subjective reading errors in a second widely used test method A light spot imaged via a collimator is displayed in the focal plane of the system to be tested. In the case of aligned axes of the collimator and the system to be tested, the pixel is in focus. The test object is now opposite the optical A The deviation of the imaged point from its computationally determined position is a measure of the distortion. This method requires at least as high a level of tilting of the collimator, so that the parallel beam strikes the specimen Measurement effort as the first mentioned and does not meet higher demands on the accuracy of the measurement 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 Onginalgitter als Kontaktkopie auf ein Substrat übertragen und in einem zweiten Schritt wird das Onginalgitter 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 laßt Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darm, daß die Vorarbeit fur den eigentlichen Prufvorgang sehr zeitaufwendig ist Fur jedes zu prüfende optische System sind auf ein Substrat Referenzlimen und zwei Gitterkopien photohthographisch aufzubringen Eine optoelektronische Auswertung des Beugungsbildes zum Beispiel mit einer CCD-Matrix ist ungunstig, 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 Fur Strahlen unterschiedlichen Einfallwinkels kann die Verzeichnung nur nacheinander gemessen werdenA highly accurate distortion measurement whose image evaluation can be done visually but also opto-electronically, is possible with the Moire-metric method described in DE-PS 3019930 In this method, an onginalgitter is transmitted as a contact copy to a substrate in a first step and in a second step is the Onginalgitter on the imaging system to be examined a second time copied to the substrate rotated by a small angle The slightly against each other twisted grating on the substrate produce Moirestreifen whose deviation from the ideal position statements about the distortion allow the evaluation of the moire pattern via its diffraction pattern the substrate is illuminated at a certain angle with parallel monochromatic light. The reflected rays produce a diffraction image in the focal plane of a downstream condensing lens from which the distortion can be determined with high accuracy Method is that the preliminary work for the actual testing process is very time-consuming For each optical system to be tested, reference limes and two grating copies are to be applied to one substrate. An optoelectronic evaluation of the diffraction pattern, for example with a CCD matrix, is unfavorable since the image is not arranged In addition, a completely distortion-free lens is required to image the diffraction image on a screen or photographic material, so that the deviation of the diffraction pattern is solely due to the distortion of the specimen. For rays of different angles of incidence, the distortion can only be measured successively
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