-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der die Pupillenausleuchtung
und/oder Intensität
bei Mikroskopen, insbesondere zur Maskeninspektion überwacht,
kontrolliert und gesteuert werden kann, um die Zentrierung der Pupille
und zugleich eine Kontrolle der Positionsstabilität vornehmen
zu können.
-
Für mikroskopische
Untersuchungen sind gleichbleibende, definierte Lichtverhältnisse
von großer
Bedeutung. Bei der Verwendung von Laserlichtquellen ist dies durch
die zusätzlichen
Sicherheitsanforderungen von noch größerer Bedeutung. Zum einen
dürfen
maximale Pulsenergien nicht überschritten
werden, zum anderen erfordern kleiner werdende Strukturen immer
höhere
Beleuchtungsstärken.
Bei einem Beleuchtungssystem für
Abbildungssysteme kommt es dabei auf eine definierte und kontrollierbare
Pupillenausleuchtung an, die dabei durch gezielten Einsatz von Blenden
in der Pupille eingestellt werden kann.
-
In
der noch nicht veröffentlichten
Patentanmeldung
DE 103 59 238.5 wird
ein Mikroskop zur Inspektion von Halbleitern oder Fotomasken beschrieben,
bei dem eine einschwenkbare Bertrandlinse zur Beobachtung des Pupillenbildes
und bestimmter Beleuchtungsbedingungen vorhanden ist. Um Pupillenbilder
in laserbasierten Maskeninspektionsmikroskopen beobachten zu können, ist
es meistens erforderlich, die Beleuchtungsintensität zu reduzieren.
Obwohl in Mikroskopen eine möglichst
gleichmäßige Helligkeit über den
gesamten Beleuchtungsbereich angestrebt wird, ist die Intensität in der
Pupille, die vollständig
betrachtet werden soll, besonders hoch. Das gesamte Licht des Strahlenbündels soll
dabei erfasst und nur auf einem Teilbereich des Detektors abgebildet
werden. Zu diesem Zweck wird die Bertrandlinse mit einem Filter
zur Abschwächung
der Strahlung gekoppelt.
-
In
der
DE 39 42 514 A1 wird
ein Verfahren und eine Anordnung zur automatischen Justierung der
Mikroskopbeleuchtung, vorzugsweise von Durchlichtmikroskopen beschrieben.
Für die
Ausnutzung der Leistungsfähigkeit
von Mikroskopen ist die Einstellung der Beleuchtung ausschlaggebend.
Dazu verfügen
Mikroskope über
Mittel zur Justierung per Hand. Die Einstellung erfordert jedoch
Sachkenntnis, ist zeitaufwendig und muss mitunter nach jedem Präparatwechsel
erneut durchgeführt
werden. Infolge dessen findet man in der Praxis kaum Mikroskope, die
die Leistung ihres Beleuchtungssystems ausnutzen. Bei der vorgeschlagenen
Lösung
erfolgt die Pupillenbeobachtung mit einem im Abbildungsstrahlengang,
zwischen Objektiv und Beobachtungseinrichtung angeordneten Bertrandsystem.
Von einem Sensor wird vorzugsweise der Schwerpunkt des Abbildungsstrahles
in bezug auf die optische Achse des Systems ermittelt und an eine
Auswerteeinheit weitergegeben. Die von der Auswerteeinheit entsprechend
erzeugten Steuersignale werden dazu benutzt, über Stellglieder die Position
mindestens eines optischen Elementes des Beleuchtungsstrahlenganges
(Leuchtfeld- oder Aperturblende bzw. Kondensor) zur optischen Achse
zu verändern.
Nachteilig wirkt sich hierbei aus, dass das Messlicht erst nach dem
Objekt abgenommen wird. Dies kann zu Verfälschungen der Messergebnisse
und demzufolge zu fehlerbehafteten Justierzuständen führen.
-
Ein
Verfahren zur automatischen Lampenjustierung in einem Mikroskop
wird in der
DE 101
10 389 A1 beschrieben. Hierbei wird die Lichtleistung im Beleuchtungsstrahlengang
hinter der Pupillenebene des Mikroskopobjektivs bzw. des Beleuchtungsstrahlenganges
mit einem Detektor integral gemessen und die Lampe relativ zum Beleuchtungsstrahlengang
so justiert, dass eine maximale Leistung detektiert wird. Zur Justierung
der Lampe sind dabei motorische Antriebe vorgesehen. Die Lösung stellt
eine einfache Methode zur Lampenjustierung, beispielsweise nach
einem Lampenwechsel, dar. Weitere Parameter der Beleuchtungsstrahlung,
wie die Blendenzentrierung oder die Fokuslage können so nicht ermittelt werden.
-
Mikroskop-Lösungen,
bei denen die Laserleistung überwacht
wird indem ein Teil des Laserstrahls über ein Strahlteilerelement
ausgekoppelt, auf eine Detektoranordnung geleitet und ausgewertet werden,
sind in
US 6,224,589 und
der
DE 197 58 744 C2 beschrieben.
Dadurch kann eine hohe Betriebssicherheit der eingesetzten Laser
im medizinischen Einsatz gewährleistet
werden. Zur Auskopplung der Messstrahlung werden hierbei Strahlteilerelemente verwendet,
die meist unmittelbarer nach der Laserquelle im Strahlengang angeordnet
sind. Nachteilig wirkt sich bei diesen Lösungen aus, dass die Auskopplung
der Teilstrahlung für
die Kontrolle der Laserleistung unmittelbar nach der Laserquelle
erfolgt. Strahlungsanteile, die durch nachfolgende Absorption und/oder
Ausblendung im Mikroskop für
die Bildentstehung nicht mehr zur Verfügung stehen, können somit
nicht berücksichtigt
werden und führen
zur Verfälschung
der Messergebnisse. Auch wird die Absorption der Laserstrahlung
an selbsterzeugtem Ozon nur unzureichend berücksichtigt.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Mikroskop,
insbesondere zur Maskeninspektion, eine direkte Kontrolle der Laserleistung
während
der Belichtung, eine direkte Kontrolle und Änderung der Blendenzentrierung
sowie eine Überwachung
der Strahllage im System zu ermöglichen.
-
Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Bei
der Einrichtung und dem Verfahren zur Bestimmung von Pupillenausleuchtung
und/oder Intensität
in einem Mikroskop, insbesondere zur Maskeninspektion, wird zumindest
ein Teil der Beleuchtungsstrahlung zur Messung in einen Messstrahlengang
ausgeblendet. Ein optisches Bauelement zur Ein- und Auskopplung
ist dabei vorteilhaft vor dem im Strahlengang vorhandenen Kondensor
bzw. Beleuchtungsobjektiv, jedoch nach der letzten einstellbaren
bzw. wirksamen Blende oder Aperturblende angeordnet und leitet den
ausgeblendeten Teil der Beleuchtungsstrahlung über eine Bertrandlinse auf einen
Detektor. Von einer Steuereinheit werden die Messwerte des Detektors
ausgewertet und daraus Messergebnisse und/oder Signale zur Kontrolle und/oder
Regelung der Beleuchtungsleistung, zur Kontrolle und/oder Änderung
der Blendenzentrierung sowie zur Überwachung und/oder Regelung
der Fokuslage ermittelt und/oder generiert.
-
Die
vorgeschlagene technische Lösung
zur Bestimmung von Pupillenausleuchtung und/oder Intensität kann grundsätzlich in
allen Abbildungssystemen, Mikroskopen und Mikroskopsystemen mit Durchlicht-Beleuchtung
eingesetzt werden. Insbesondere ist die Lösung für die Verwendung in Inspektionssysteme
für Masken
und Wafer vorgesehen.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Einrichtung
zur Bestimmung von Pupillenausleuchtung und/oder Intensität in einem
Mikroskop, insbesondere zur Maskeninspektion, wird zumindest ein
Teil der Beleuchtungsstrahlung zur Messung in einen Messstrahlengang
ausgeblendet.
-
Von
einem optischen Bauelement zur Ein- und Auskopplung, welches vor
dem im Strahlengang vorhandenen Kondensor bzw. Beleuchtungsobjektiv, jedoch
nach der letzten einstellbaren bzw. wirksamen Blende oder Aperturblende
angeordnet ist, wird der ausgeblendeten Teil der Beleuchtungsstrahlung über eine
Bertrandlinse auf einen Detektor geleitet, dessen Messwerte von
einer Steuereinheit ausgewertet werden.
-
Von
der Bertrandlinse wird dabei die Pupillenebene zumindest näherungsweise
scharf auf den Detektor abgebildet, wobei die Qualität der Abbildung die
anstehenden Justieraufgaben nicht beeinflussen darf.
-
Von
der Steuereinheit werden daraus Messergebnisse und/oder Signale
zur Kontrolle und/oder Regelung der Beleuchtungsleistung, zur Kontrolle und/oder Änderung
der Blendenzentrierung sowie zur Überwachung und/oder Regelung
der Fokuslage ermittelt und/oder generiert.
-
Das
Beleuchtungsobjektiv kann im Falle von Auflicht-Beleuchtungssystemen
auch das Abbildungsobjektiv sein.
-
Als
Detektor wird vorzugsweise ein ortsauflösender Detektor, z. B. eine
CCD-Kamera oder CMOS-Kamera,
eingesetzt. CMOS-Kameras sind wegen des Dynamikbereichs sehr wertvoll,
da sie auch mit – zumindest
teilweiser – logarithmischer Empfindlichkeit
im Dynamikbereich betrieben werden können. Eine Einschränkung bezüglich der
verwendbaren Bildsensoren in der Kamera besteht nicht. Durch Interpolation
sind alle Videoformate möglich, so
z. B. auch die klassische 640·480
Variante.
-
Prinzipiell
ist aber auch die Verwendung anderer positionssensitiver Sensoren,
wie beispielsweise PSD's
(position sensitive diode) oder Quadranten-Dioden möglich. Mit
Hilfe dieser positionssensitiven Sensoren kann der Schwerpunkt der
Strahlung ermittelt werden.
-
Mit
der vorgeschlagenen Einrichtung können zwei Probleme gleichzeitig
gelöst
werden. Zum einem kann über
die Integration der Intensitätsverteilung
die Beleuchtungsleistung gemessen und zur aktiven Regelung verwendet
werden. Zum anderen kann damit die Pupillenausleuchtung gemessen
werden. Wenn die Ortsauflösung
der CCD-Kamera hinreichend gewählt
wurde, kann auch die Zentrierung der Pupille und die Kontrolle der
Positionsstabilität
erreicht werden.
-
In
Verbindung mit einem Autofokussystem kann auch noch die Zentrierung
der Beleuchtungsstrahlung bezüglich
der geometrischen Sollachse kontrolliert werden. Dazu wird das optische
Bauelement zur Ein- und Auskopplung so ausgebildet, dass zusätzlich zumindest
ein Teil eines vorhandenen Fokussierstrahls in den Messstrahlengang
ausgeblendet und über
die Bertrandlinse auf den Detektor geleitet wird.
-
Vorstellbar
ist, dass der Justierstrahl und der Beleuchtungsstrahl aus verschiedenen
Richtungen auf das optische Bauelement zur Ein- und Auskopplung
fallen und zumindest teilweise in den Messstrahlengang aus- und/oder
eingeblendet werden. Der Strahlfleck des Autofokussystems kann dann
die Justiermitte bzw. einen Bezug zur Justiermitte auf der CCD-Kamera
angeben und so die Zentrierung der Blende erlauben.
-
Bei
einer vorhandenen Einheit zur Aufzeichnung der Messbilder ist das
optische Bauelement zur Ein- und Auskopplung teildurchlässig ausgebildet, damit
die Einheit zur Aufzeichnung der Messbilder und die als Detektor
eingesetzte ortsauflösende CCD-Kamera
zeitgleich die entsprechenden Teile der Beleuchtungsstrahlung empfangen.
-
Als
optisches Bauelement zur Ein- und Auskopplung wird vorzugsweise
ein Strahlenteiler in Form eines Strahlteilerwürfels oder einer geneigten Platte
bzw. Keils verwendet.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Bestimmung von Pupillenausleuchtung und/oder Intensität in einem
Mikroskop, insbesondere zur Maskeninspektion wird zumindest ein
Teil der Beleuchtungsstrahlung zur Messung in einen Messstrahlengang
ausgeblendet.
-
Ein
vor dem im Strahlengang vorhandenen Kondensor bzw. Beleuchtungsobjektiv,
jedoch nach der letzten einstellbaren bzw. wirksamen Blende oder Aperturmblende
angeordnetes optisches Bauelement zur Ein- und Auskopplung blendet
einen Teil der Beleuchtungsstrahlung aus und leitet diesen über eine
Bertrandlinse auf einen Detektor, dessen Messwerte von der Steuereinheit
ausgewertet werden.
-
Von
der Steuereinheit werden daraus Messergebnisse und/oder Signale
zur Kontrolle und/oder Regelung der Beleuchtungsleistung, zur Kontrolle und/oder Änderung
der Blendenzentrierung sowie zur Überwachung und/oder Regelung
der Fokuslage ermittelt und/oder generiert. Durch verschiedene Auswertemodi
kann die Beleuchtungsleistung, die Pupillenausleuchtung, die Zentrierung
der Pupille und/oder die Kontrolle der Positionsstabilität bestimmt
werden.
-
Ist
das optische Bauelement zur Ein- und Auskopplung so ausgebildet,
dass zusätzlich
zumindest ein Teil eines vorhandenen Fokussierstrahls in den Messstrahlengang
ausgeblendet und über
die Bertrandlinse auf den Detektor geleitet wird, so kann zusätzlich die
Zentrierung bezüglich
der geometrischen Sollachse bestimmt und überwacht werden.
-
Für die aktive
Erfassung der Laserstrahlenergie ist es aber besonders vorteilhaft,
wenn die CCD-Kamera mit einer vorhandenen Einheit zur Aufzeichnung
der Messbilder zeitgleich die entsprechenden Teile der Beleuchtungsstrahlung
empfangen. Damit die beiden Einheiten synchron laufen, wird das optische
Bauelement zur Ein- und Auskopplung teildurchlässig ausgebildet.
-
Verfügt das Mikroskop
zusätzlich
noch über ein
Zoom-System in der Beleuchtung, so kann die vorgeschlagene Lösung auch
zur Überwachung und/oder
Steuerung dieses Zoom-Systems verwendet werden. Hier ist insbesondere
die direkte Überwachung
der eingestellten Vergrößerung vorteilhaft.
-
Das
in einem Mikroskop, insbesondere zur Maskeninspektion, verwendete
Zoom-System in der Beleuchtungseinheit ist hierbei vor der Feldblende und
damit auch vor dem Kondensor angeordnet und zoomt die Blende in
der Pupillenabbildung.
-
Mit
der erfindungsgemäßen Lösung wird eine
Einrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von Pupillenausleuchtung
und/oder Intensität
in einem Mikroskop vorgeschlagen. Mit dieser Lösung ist eine direkte Kontrolle
der Laserleistung während
der Belichtung, eine direkte Kontrolle und Änderung der Blendenzentrierung
sowie eine Überwachung
der Strahllage im System, z. B. während der Justage und dem Aufbau
des Systems bei der Installation möglich.
-
Die
Kombination der Messungen von Strahlenergie und Pupillenausleuchtung
hat den Vorteil, dass in beiden Fällen die gesamte Energie des
Laserstrahls erfasst werden sollte und man im Fall der Pupillenabbildung
diese Bedingung notwendigerweise zur Lösung der Zentrieraufgabe erfüllt.
-
Die
synchrone Messung hat den Vorteil, dass man die Informationen aus
der Pupillenabbildung auch für
die Korrektur der Feldabbildung verwenden kann. Somit können die
aus der Beleuchtung kommenden Fluktuationen rechnerisch auch bei
der Bewertung der Bilder berücksichtigt
werden, da man auch die Verteilungsfunktion der Intensitäten in der Pupille
für den
Zeitpunkt der Bildaufnahme kennt. Hier steckt bei entsprechender
mathematischer Auswertung ein deutlicher Mehrwert an Information
und damit höhere
erreichbare Stabilität.
Außerdem
ermöglicht
diese Lösung
durch parallele, synchrone Messung der Intensitäten die räumliche Justage eingesetzter
strukturierter Blenden hinsichtlich Zentrierung, Fokussierung, Drehung
und Größe.
-
Es
ist hierbei eine entkoppelte Einstellung der Beleuchtung möglich, ohne
dass eine Abbildung durch das Objekt erfolgen muss. Dies ist insbesondere
für Systeme
mit Durchlichtbeleuchtung wichtig, da die Entkopplung deutliche
Vorteile für
den Ablauf einer vollständigen
Automatisierung bringt.