DD283253A5 - Verfahren zur bildabtastung bewegter objekte - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildabtastung bewegter Objekte, deren Bildinhalt a priori in abtastwuerdige und abtastunwuerdige Zonen eingeteilt werden koennen, mit dem die zeitliche und raeumliche Abtastung in Abhaengigkeit von der Relativbewegung und dem Bildinhalt festgelegt wird. Insbesondere ist das Verfahren in Mikroskopen und anderen lichtelektrischen Bildaufnahmeeinrichtungen fuer Mesz- und Kontrollzwecke in der Halbleiterindustrie einsetzbar. Das Verfahren sieht eine spaltenweise Abtastung mit leistungsintegrierenden optoelektronischen Sensoren vor, bei der alle Sollwert-Koordinaten fuer die Abtast- und zusaetzliche Statussignale bereitgestellt und staendig mit dem Istwert verglichen werden. Die Relativgeschwindigkeit in den abtastunwuerdigen Zonen, in denen ein zeitzyklischer Transfertakt erfolgt, kann groeszer sein als in den abtastwuerdigen Zonen, in denen ein ortsgebundener Transfertakt erfolgt. Fig. 1{Bildabtastung; bewegte Objekte; zeitliche Abtastung; Zoneneinteilung, Bildinhaltbewertung; variable Relativgeschwindigkeit; Sollwert-Koordinaten-Vorgabe; zeitzyklischer Transfertakt; ortsgebundener Transfertakt}

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur Bildabtastung bewegter Objekte

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtastung von Bildern, deren Bildinhalte in abtastwürdige und abtastunwürdige Zonen eingeteilt werden können, mit dem die zeitliche und räumliche Abtastung des Objektes in Abhängigkeit von der Relativbewegung und des Bildinhaltes festgelegt wird. Das Verfahren ist in Mikroskopen oder anderen lichtelektrischen Bildaufnahmeeinrichtungen, die als Sensor vorzugsweise eine CCD-Zeile enthalten und das abzutastende Objekt auf einem xy-Koordinatentisch tragen, einsetzbar. Insbesondere ist das Verfahren für Meß- und Kontrollgeräte im Prozeß der Fotoschablonenherstellung und Waferinspektion in der Halbleiterindustrie geeignet.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die im Stand der Technik entsprechenden Verfahren zur Bildabtastung sind dadurch charakterisiert, daß ein aus der Wegmessung abgeleitetes Taktsignal über einen Zähler mit festgelegtem Teilerverhältnis als Abtastsignal zur Verfügung gestellt wird. Zwar können unter Umständen verschiedene Teilerverhältnisse eingestellt werden, die jedoch dann für die Dauer der gesamten Abtastung fest sind. Der auf diese Weise aus der Bev/egung abgeleitete Abtastakt dient zeitkontinuierlich als Transferakt. Da in den bekannten Verfahren keine einheitliche Zählbasis für die Koordinaten der abtastwürdigen und abtastunwürdigen Zonen verwendet werden, sondern für die Zonenaufteilung setzbare Zähler, die der relativen Zonengröße entsprechen, verwendet werden, können bei Zonenfolgen Folge-fGhl.fr auftreten, die zur Pehlersummation bezüglich der Zuordnung von Abtast impuls und Ortskoordinate führen.

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Diese Verfahrensweise wird beispielsweise auch im Defektkontrollgerät DKG 160 (des Kombinates VEB Carl Zeiss JENA) angewendet. Ein erzeugter Taktimpuls führt dazu, daß der Zähler für die abtästunwürdige Zone oder der für die abtastwürdige Zone um 1 dekrementiert wird, je nach dem, welche Zone gerade erfaßt wird. Unabhängig von der abgetasteten Zone v/ird mit jedem Taktimpuls auch ein Auslesen der CCD-Zeile bewirkt, wodurch die' Relativgeschwindigkeit nach oben begrenzt wird (durch Integrationszeit). Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß die Abtastung nur in einem Raster erfolgen kann, v/elches ein ganzzahliges Vielfaches des Inkrements darstellt.

Auch die in der DE-OS 29 50 466 beschriebene photoelektrische Abtasteinrichtung erzeugt Abtastimpulse zwingend an die Relativbewegung gekoppelt und unabhängig von der Geschwindigkeit der Relativbewegung. Ein Positionieren mit höherer Geschwindigkeit würde dazu führen, daß die integrierten Videoinformationen nicht mehr vollständig ausgelesen werden können. Nachteilig bei dieser Lösung ist v/eiterhin, daß zur Realisierung des koordinatenbezogenen Abtastrasters in der Objektebene Marken vorhanden sind, die von einem separaten Sensor erkannt v/erden müssen.

Das in der DE-OS 30 14 629 beschriebene Bildabtastsystem von Hitachi arbeitet auf der Basis einer Rasterabtastung, auch für die weiteren abzuleitenden Verfahrensschritte. Die erreichbare Genauigkeit könnte erhöht werden, wenn das Laserinkrement als Basis dienen würde. Die Bildaufteilung in abtastwürdige und abtastunwürdige Zonen ist somit nur mit der Genauigkeit des Abtastrasters möglich.

Der Hauptmangel der im Stand der Technik bekannten und bereits genannten Verfahren zur Bildabtas^ng liegt darin begründet, daß der aus der Bewegung abgeleitete Abtasttakt als zeitkontinuierlichci· Transfertakt verwendet wird, wodurch das zeitbegrenzte Überschreiten der Meßgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Bildinhalt nicht m^_lieh ist.

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Bildabtastung mit dem in Abhängigkeit von der wegi'.quivalenten Relativbewegung zwischen Sensor und Objekt sowie dem Bildinhalt des Objektes eine schnellere Abtastung möglich ist und mit dem bei einem geringen technischen Aufwand eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit erreicht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Bildabtastung von bewegten Objekten, die sich apriori in abtastwürdige und abtastunwürdige Zonen einteilen lassen, zu entwickeln, bei dem die Relativgeschwindigkeit in den abtastunwürdigen Zonen größer ist als die in den abtastwürdigen Zonen, ohne daß dabei Verfälschungen der zeitdiskreten Videosignalgewinnung oder Fehlersummierungen auftreten können und daß wahlweise auf inkrementaler oder metrischer Basis abgerastert werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit dem Verfahren zur Bildabtastung bewegter Objekte, die sich entsprechend ihrem Bildinhalt apriori in abtastwürdige und abtastunwürdige Zonen einteilen lassen, bei dem die spaltenweise durchgeführte Abtastung mit leistungsintegrierenden optoelektronischen Sensoren folgt, bei dem während der Abtastung einer Relativbewegung zwischen Objekt und Sensor mit annähernd konstanter Geschwindigkeit stattfindet, bei dem eine geeignete Meßeinrichtung forlaufend Informationen über die Bewegung, d. h. über Position und Richtung liefert und bei dem von der Auswerteeinheit nur die Signale weiterverarbeitet werden, die die abtastwüdigen Zonen charakterisieren, dadurch gelöst, daß alle Sollwert-Koordinaten zur Realisierung eines Abtastsignals (x„.| yo.) sowie der begleitenden Statussignale (x^, Yc₅--.) von einem Koordinaten-Sollwert-Generator bereitgestellt werden, daß anhand der Sollwert-Koordinaten (^xoa> ^vqa) ^un<^

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die Bewegung charakterisierenden Meßdaten ständig ein Soll-/ Istwertvergleich durchgeführt wird, um eine Übereinstimmung, die als Abtastzeitpunkt definiert ist, zu detektieren, daß parallel dazu ein Sol]-/Istwervergleich zwischen den Sollwert-Koordinaten (xggj ^νβο) ^un<* ^^en *^ie Bewegung charakterisierenden Meßdaten durchgeführt wird, um eine Übereinstimmung, die einen Zustandswechsel der Statussignale zur Folge hat, zu detektieren, daß durch den Koordinaten-Sollwert-Generator die Bereitstellung der jeweiligen Sollwert-Koordinaten (*c;a> ^vsa^ und (xco> ^yQo) garantiert vor Erreichen dieser Koordinaten im Bewegungsablauf erfolgt, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen Sensor und Objekt in den abtastunwürdigen Zonen größer sein kann als in den abtastwürdigen Zonen, daß der Transfertakt in den abtastwürdigen Zonen ein zur Relativbewegung synchroner, ortsgebundener Transfertakt ist, daß der Transfertakt in den abtastunwürdigen Zonen ein zur Relativbewegung asynchroner, zeitzyklischer Transfertakt ist, daß die Umschaltung auf den ortsgebundenen Transfertakt durch den ersten zu realisierenden Abtastimpuls erfolgt und die Umschaltung auf den zeitzyklischen Transfertakt dann erfolgt, wenn nach Ablauf einer bestimmten Zeit (Schwellwertzeit) kein weiterer Abtastimpuls zu realisieren ist und daß die Umschaltung auf die unterschiedlichen Relativgeschwindigkeiten in Auswertung des Soll-/Istwertvergleiches der Sollwert-Koordinaten (xqo ^yQq) erfolgt. Dabei stellen alle Sollwert-Koordinaten absolute Werte bezüglich eines definierten Koordinatenursprungs dar. Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mit dem in Abhängigkeit von der wegäquivalenten Relativbewegung zwischen Sensor und Objekt sowie dessen Bildinhalts eine schnellere Abtastung der bev/egten Objekte möglich ist und mit dem bei einem geringen technischen Aufwand eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit erreicht wird.

Aus führungab ei spiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1 die ortsbezogene und zeitliche Zuordnung der verschiedenen Signale.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Bildabtastung bewegter Objekte, die sich entsprechend ihrem Bildinhalt a priori in abtastwürdige 3 und abtastunwürdige Zonen 2 einteilen lassen, bei dem die spaltenweise durchgeführte Abtastung mit einer leistungsintegrierenden CCD-Zeile erfolgt, bei dem während der Abtastung eine Relativbewegung zwischen Objekt und CCD-Zeile mit annähernd konstanter Geschwindigkeit ν stattfindet, bei dem die Relativgeschwindigkeit Vp in den abtastunwUrdigen Zonen 2 größer ist als die Relativgeschwindigkeit ν« in den abtastwUrdigen Zonen 3, bei dem ein Laserwegmefsystem fortlaufend Informationen über Position und Richtung der Bewegung liefert und bei dem von der Auswerteeinheit anhand der zugeführten Statussignale nur die Videosignale weiterverarbeitet werden, die die abtastwürdigen Zonen 3 charakterisieren

Für die Bereitstellung der Sollwert-Koordinaten (xqo) ^y<3o) durch den Koordinaten-Sollwert-Generator ist es erforderlich:

a) entweder die Anfangskoordinaten der abtastwürdigen Zonen 3 und die Anzahl der Abtastungen in diesen oder die Anfangsund Endkoordinaten der abtastunwürdigen Zonen 3 und das Abtastraster, sowie

b) alle Koordinaten für die Zustandswechsel der Statussignale, wie beispielsweise die Koordinaten für

- das Beschleunigen (^xgg₍ ygg)g

- das Abbremsen ^^XSS' ^ySS^A ^un(*

- die Bildgültigkeit (x_ss, ygg)ß>

einzugehen. Die Berechnung aller weiteren Sollwert-Koordinaten für die Realisierung von Abtastsignalen (^xgA> yg^ erfolgt

rekursiv auf der Basis des vorhergehenden Wertes und dem jeweilig zu realisierenden Abtastraster. Der Koordinaten-Sollwert-Generator hat in jedem Fall ein Echtzeitregime zu sichern, so daß die Bereitstellung der jeweiligen Sollwert-Koordinaten (xo, yg) garantiert vor dem Erreichen dieser Koordinaten im Bewegungsablauf erfolgt.

Während der Bildabtastung findet eine Bewegung in einer der Koordinatenrichtungen, in einem als Meßs'palte 1 bezeichneten Bereich statt. Das Laserwegmeßsystem liefert Informationen, die die Position und die Bewegungsrichtung betreffen und immer auf dem Laserinkrement basieren. Am Beginn einer Meßspalte 1, der innerhalb einer abtastunwürdigen Zone 2 liegt, werden keine Abtastimpulse erzeugt. Da jedoch für CCD-Bauelemente der Zeilentransfer T kontinuierlich zu sichern ist um eine mögliche Sättigung (Überbelichtung) zu verhindern, erfolgt in den abbastunwürdigen Zonen 2 der Zeilentranfer T durch einen festen Zeitzyklus, asynchron zur Relativbewegung Objekt-Sensor. Der Abstand dieser zeitzyklischen Transferakte Z ist dabei so groß, daß ein vollständiges Auslesen der CCD-Zeile möglich ist, eine Sättigung jedoch nicht erreicht wird.

Während der gesamten Bildabtastung erfolgt ein ε+ändiger Soll-/ Istwertvergleich zwischen den Sollwert-Koordinaten (xo, yo) und den vom Lasermeßsystem gelieferten Istwert-Koordinaten (x^_f y,) . Die in dessen Ergebnis detektierten Übereinstimmungen führen bei

(x„., y->h) - (xti y-r)) zur Realisierung einer Abtastsignals

beim Erreichen der Koordinate (x„n ^vqa) im Bewegungsablauf und bei

(x„„, ^SS^ ⁼ ^^XT> ^yT^» ^zur Veränderung des entsprechenden

Statussignal und somit zu einem Zustandswechsel beim Erreichen der !Coordinate (xog, ygg) ^im Bewegungsablauf.

Die Veränderung eines Statussignals und die damit verbundene Zustandsänderung kann das Beschleunigen oder Abbremsen der Tischbewegung bzw. das Bildgültigkeitssignal, welches nur während der abtastwürdigen Zonen 3 seinen aktiven Zustand hat,

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betreffen. Der Soll-ZTstwertvergleich erfolgt dabei stets auf der Basis des Laserinkrementes. Jede Detektion einer Übereinstimmung hat die Anforderung der nächsten Sollwert-Koordinate zur Folge. Dies gilt sowohl für die Abtastsignale als auch für die Statussignale.

Der erste zu realisierende Abtastimpuls führt dazu, daß vom zeitzyklischen Transfertakt Z auf den zur Relativbewegung synchronen ortsgebundenen Transfertakt 0 umgeschaltet wird. In Auswertung der Statussignale (Soll-/Istwertvergleich) wird die Geschwindigkeit ν durch beschleunigen (wenn eine neue Meßspalte beginnt) oder durch abbremsen (wenn zuvor eine abtastunwürdige Zone 2 durchlaufen wurde) auf die Geschwindigkeit v~ gebracht. Das BildgUltigkeitssignal nimmt für die Dauer der abtastwUrdigen Zone 3 seinen aktiven Zustand ein. Vom Koordinaten-Sollwert-Generator werden alle folgenden Koordinaten für zu realisierende Abtastimpulse (xn., ^ySA^ "bereitgestellt. Mit jedem erzeugten Abtastimpuls startet eine Zeitmessung um das Ende der abtastwUrdigen Zone 3 zu erkennen. Überschreitet die gemessene Zeitdauer bis zum nächsten Abtastimpuls eine festgelegte Zeit (Schwellwertzeit), so wird der Zeilentransfer T im weiteren durch den zeitzyklischen Takt Z gesichert. Der Abstand aufeinanderfolgender Abtastimpulse in einer zusammenhängenden abtastwürdigen Zone 3 muß somit geringer sein als die Schwellwertzeit zum Umschalten auf den zeitzyklischen Transfertakt Z.

Mit dem Erreichen des Endes der abtastwUrdigen Zone 3 geht das BildgUltigkeitssignal in seinen passiven Zustand über. Danach erfolgt entweder eine Beschleunigung auf Vp, wenn eine abtastunwürdige Zone 2 folgt, oder es erfolgt ein Abbremsen auf die Geschwindigkeit ν = 0, wenn die Meßspalte 1 beendet ist. Wenn die folgende abtastunwürdige Zone 2 zu gering ist, um eine Beschleunigung auf Vp sowie das erneute Abbremsen auf v~ zu realisieren, wird diese Zone 2 ebenfalls mit der Geschwindigkeit durchfahren, obwohl der zeitzyklische Transfertakt Z wirksam ist. Dies muß anhand des Soll-/Istwertvergloiches bezüglich des Anfangs der folgenden abtastwUrdigen Zone 3 entschieden werden. Um in der Auswerteeinheit die Selektion von abgetasteten

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ortsgebundenen Videosignalen aus den abtastwürdigen Zonen 3 zu ermöglichen, werden neben den Videosignalen der CCD-Zeile auch das Bildgültigkeitssignal als ein Statussignal an die Auswerteeinheit Übermittelt. Für ei".e funktionssichere Bildabtastung ist es erforderlich, für die aufgelegte anzutastenden Objekte den Koordinatenursprung, von dem aus die laserwellenlängenabhängigen Weginkremente gezählt werden, genau zu definieren. Dazu ist es weiterhin notwendig, daß die aktuelle Inkrementgröße, die von den herrschenden Umweltbedingungen, wie Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit, abhängt, bekannt ist. Auf dieser inkrementellen Basis ist jedes beliebige andere Abtastraster, wie beispielsweise metrisches Raster oder ein den Pixelabmessungen entsprechendes Raster, erzeugbar, allerdings immer mit der Genauigkeit des Laserinkrementes. Wenn das gewählte Abtastraster nicht einem ganzzahligen Vielfachen des Laserinkremetes entspricht, treten Integrationszeitsprünge auf, d. h. die Abstände zwischen den Abtastsignalen sind nicht gleich. Werden der Auswerteeinheit zusätzlich die zur Ansteuerung der CCD-Zeile notwendigen Taktsignale mit übermittelt, kann die Auswerteeinheit zu jeder Abtastung den Wert der zugeordneten Integrationszeit bestimmen und die Videosignale entsprechend normieren. Damit können auch Toleranzen in der Tischgeschwindigkeit ausgeglichen werden. Das vorgeschlagene Verfahren zur Bildabtastung bewegter Objekte, deren Bildinhalte a priori in abtastwür' Ige und abtastunwürdige Zonen eingeteilt werden können, dienen der Festlegung der zeitlichen und räumlichen Abtastung des Objektes in Abhängigkeit von der Relativbewegung und dem Bildinhalt. Das Verfahren ist in Mikroskopen oder anderen lichtelektrischen Bildaufnahmeeinrichtungen, die das abzutastende Objekt auf einem xy-Koordinatentisch tragen und als Sensor vorzugsweise eine CCD-Zeile enthalten, einsetzbar. Insbesondere ist das Verfahren für Meß- und Kontrollgeräte der Fotoschablorciiherstellung und Waferinspektion in der Halbleiterindustrie geeignet. Die spezifischen Vorteile, die mit der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens verbunden sind, liegen zum einen in der Zeiteinsparung, durch die erhöhte Relativgeschwindigkeit in den abtastunwürdigen

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Zonen, und zum anderen in der Möglichkeit jedes beliebige Abtastraster, mit der Genauigkeit des Laserinkrementes als Basis jedes Rasters, zu realisieren. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt in der Art der Auswertung, bei der anhand der zusätzlich an die Ar.swerteeinheit übermittelten Signale zur Ansteuerung der CCD-Zeile eine Normierung der Videodaten erfolgen kann und eine Verfälschung der zeitdiskreten Videosignale verhindert wird.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur Bildabtastung bewegter Objekte, die sich entsprechend ihrem Bildinhalt a priori in abtast\rtirdige und abtastunwürdige Zonen einteilen lassen, bei dem die spaltenweise durchgeführte Abtastung mit leistungsintegrierenden optoelektronischen Sensoren erfolgt, bei dem während der • Abtastung eine Relativbewegung zwischen Objekt und Sensor mit annähernd konstanter Geschwindigkeit stattfindet, bei dem eine geeignete Meßeinrichtung fortlaufend Informationen über die Bewegung, d. h. über Position und Richtung liefert und bei dem von der Auswerteeinheit nur die Signale weiterverarbeitet werden, die die abtastwürdigen Zonen charakterisieren, gekennzeichnet dadurch,

   - daß alle Sollwert-Koordinaten zur Realisierung eines Abtastsignals (^xoa> ^ySA^ ^sowie der begleitenden Statussignale (xpoiYoc) von einem Koordinaten-Sollwert-Generator bereitgestellt werden,

   - daß anhand der Sollwert-Koordinaten (χ«., y„.) und der die Bewegung charakterisierenden Meßdaten ständig ein Soll-/ Istwertvergleich durchgeführt wird, um eine Übereinstimmung, die als Abtastzeitpunkt definiert ist, zu detektieren ,

   - daß parallel dazu ein Soll-Zlstwertvergleich zwischen den Sollwert-Koordinaten (xog> ^ygg^ ^un(* ^en die Bewegung charakterisierenden Meßdaten durchgeführt wird, um eine Übereinstimmung, die einen Zustandswechsel der Statussignale zur Folge hat, zu detektieren,

   - daß durch den Koordinaten-Sollwert-Generator die Bereitstellung der jeweiligen Sollwert-Koordinaten (^xca> ^vqa) und (xqo) ^yQo) garantiert vor Erreichen dieser Koordinaten im Bewegungsablauf erfolgt,

   - daß die Relativgeschwindigkeit zwischen Sensor und Objekt in den abtastunwürdigen Zonen (2) größer sein kann als in den abtastwürdigen Zonen (3),

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   - daß der Transferakt in den abtastwürdigen Zonen (3) ein zur Relativbewegung synchroner, ortsgebundener Transfer-

   lakt (0) ist,

   - daß der Transferakt in den abtastunwürdigen Zonen (2) ein zur Relativbewegung asynchroner, zeitzyklischer Transferakt (Z) ist,

   ' - daß aie Umschaltung auf den ortsgebundenen Transferakt (0) durch den ersten zu realisierenden Abtastimpuls erfolgt und die Umschaltung auf den zeitzyklischen Transferakt (Z) dann erfolgt, wenn nach Ablauf einer bestimmten Zeit (Schwellwertzeit) kein weiterer Abtastimpuls zu realisisieren ist und

   - daß die Umschaltung auf die unterschiedlichen Relativgeschwindigkeiten in Auswertung des Soll-/Istwertvergleiches der Sollwert-Koordinaten (^xss' ^ySS^ erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch,

   - daß die Sollwert-Koordinaten (^xg^> ^vsa) ^und ^^XSS' ^ySS^ absolute Werte bezüglich eines definierten Koordinatenursprungs darstellen.

   - Hierzu 1 llatt Zeichnungen -

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