-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Abbildungs- oder Inspektionssystem,
bei dem die von dessen Beleuchtungsquelle abgegebene Energiemenge ständig über
eine Energiemessvorrichtung bestimmt und zur Regelung der abzugebenden
Energiemenge oder zur nachträglichen Normierung bzw. Korrektur der
gemessenen Helligkeitswerte an eine Steuereinheit weitergeleitet
wird.
-
Bei
den nach dem Stand der Technik in der Abbildungssystem insbesondere
zur Maskeninspektion bekannten bildgebenden Geräten werden
zum großen Teil gepulste Beleuchtungsquellen verwendet,
deren abgegebene Leistung von Impuls zu Impuls bzw. von einer zur
anderen Impulsfolge (Burst) in gewissen Grenzen variiert. Zur Erhöhung
der Genauigkeit solcher Systeme muss diese Varianz erfasst und in
den weiteren Prozess eingerechnet werden.
-
Üblicherweise
kann hierzu ein handelsübliches Energiemessgerät
eingesetzt werden, welches die abgegebene Leistung des Beleuchtungsstrahls misst.
Bei einer derartigen Lösung wirkt sich allerdings nachteilig
aus, dass für die Energiemessung mit ca. 40% ein wesentlicher
Teil des Beleuchtungsstrahls über teildurchlässige
Spiegel o. ä. optische Bauelemente ausgekoppelt werden
muss und deshalb für die eigentliche Beleuchtung verloren
geht.
-
Weiterhin
erfolgt die Auskopplung der Messstrahlung – ebenfalls aus
energetischen Gründen – unmittelbar hinter der
Strahlungsquelle, aber zumindest vor den eigentlichen optischen
Komponenten des Strahlenganges. Dadurch geht allerdings der doch
erhebliche Einfluss dieser optischen Komponenten auf die Energiemenge
des Beleuchtungsstrahles völlig verloren und verfälscht
so die Messergebnisse. Dies kann nur durch eine aufwendige mathematische
Simulation korrigiert werden.
-
Auf
diese aufwendige mathematische Simulation kann nur verzichtet werden,
wenn die Auskopplung der Messstrahlung aus dem Strahlengang erst nach
den optischen Komponenten erfolgt. Hierbei besteht allerdings das
Problem, dass die zurzeit verfügbaren Energiemessgeräte
nicht die Empfindlichkeit erreichen, die erforderlich ist, um an
diesem Messpunkt noch verwertbare Messergebnisse zu liefern.
-
Nach
dem bekannten Stand der Technik sind dazu verschiedene Lösungen
bekannt.
-
In
der
DE 10 2004
046 375 A1 wird eine Lösung zur Überwachung,
Kontrolle und Steuerung der Laserleistung bei Mikroskopen beschrieben,
bei der ein Teil der Lasernutzstrahlung über ein im Beleuchtungsstrahlengang
angeordnetes optisches Bauelement ausgeblendet und auf einen Detektor
geleitet wird. Von der Steuereinheit werden aus Messwerten des Detektors
u. a. Signale zur Steuerung der Lasereinheit generiert.
-
Ein
Laser-Adapter zur Anordnung an einem Operationsmikroskop, mit dem
auch die Impulsenergie der Laserstrahlung überwacht werden
kann, wird in der
US
6,224,589 B1 beschrieben. Hierbei verfügt die
Pulsenergie-Überwachungsvorrichtung sogar über
zwei Detektoren, die in einem Hohlraum angeordnet sind und das diffus
reflektierte Laserlicht entsprechend wellenlängenselektiv
detektieren.
-
Das
in
DE 19758744 C2 beschriebene
Laser-Scanning-Mikroskop, verfügt auch über eine
die Laserleistung überwachende Monitordiode. Dazu ist in
der Laseranordnung ein Strahlteiler angeordnet, der einen Teil des
Laserlichts zur Monitordiode auskoppelt. Zur Messung von Intensitäten
einzelner Wellenlängen der Laserstrahlung ist zwischen
dem Strahlteiler und der Monitordiode eine wellenlängenselektiv
ansteuerbare Filtereinheit vorgesehen.
-
Eine
Lösung zur Überprüfung und Steuerung der
Form und des Energielevels einer Laserstrahlung wird in
US 6,326,606 B2 beschrieben,
wobei hier ein möglichst maximales Energieniveau eines
Laserstrahles erreicht werden soll. Dazu wird ein Teil der Laserstrahlung
vor einem zu beleuchtenden Muster aus dem Strahlengang ausgeblendet
und auf einen ersten Detektor geleitet, während der Hauptteil
der Laserstrahlung das Muster beleuchtet und dieses auf einen zweiten
Detektor abbildet. Das Signal des zweiten Detektors wird mit dem
des ersten normalisiert, so dass das Laserstrahlniveau ausgeglichen werden
kann.
-
Bei
allen genannten Lösungen wirkt sich die Verwendung mehrerer
Detektoren nachteilig aus, weil das System dadurch zum einen teurer
wird und zum anderen mit Genauigkeitseinbußen zu rechnen ist,
weil die Detektoren unterschiedliche Empfindlichkeitscharakteristiken
aufweisen.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung
für ein Abbildungs- oder Inspektionssystem insbesondere
zur Maskeninspektion zu entwickeln, bei dem die abgegebene Energiemenge
der Beleuchtungsquelle ständig bestimmt und geregelt wird,
wobei der Aufbau der Gesamtanordnung trotz hoher Genauigkeitsanforderungen
einfach und kostengünstig ist.
-
Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche
gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Das
offenbarte Abbildungs- oder Inspektionssystem mit Energiemonitoring
besteht aus einem von einer Beleuchtungsquelle ausgehenden und bis zu
einem zu beleuchtenden Objekt reichenden Beleuchtungsstrahlengang,
einem von dem zu beleuchtenden Objekt ausgehenden und bis zu einem
Detektor reichenden Abbildungsstrahlengang und einer Steuereinheit.
Während im Beleuchtungsstrahlengang neben verschiedenen
optischen Komponenten ein optisches Bauelement zur Auskopplung eines Teiles
der Beleuchtungsnutzstrahlung als Referenzstrahl vorhanden ist,
verfügt der Abbildungsstrahlengang zusätzlich
zu einer optischen Komponente über ein optisches Bauelement
zur Abbildung des Referenzstrahles auf den Detektor. Von der Steuereinheit werden
aus den Intensitäts-, Leistungs- oder Energiemesswerten
des auf den De tektor abgebildeten Referenzstrahles Signale zur Steuerung
der Beleuchtungsquelle und/oder Korrekturwerte für die Bildauswertung
des ebenfalls auf den Detektor abgebildeten Abbildungsstrahles generiert.
-
Obwohl
die vorgeschlagene technische Lösung für Abbildungs-
oder Inspektionssystem insbesondere zur Maskeninspektions vorgesehen
ist, kann diese doch prinzipiell auch für andere bildgebende Anordnungen
mit einer Bildaufzeichnungseinheit in Form eines Detektors, verwendet
werden.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
näher beschrieben. Dazu zeigt
-
1:
den prinzipiellen Aufbau eines Maskeninspektionssystems, bei dem
der Referenzstrahl über einen optischen Strahlengang zum
Detektor geleitet wird und
-
2:
den prinzipiellen Aufbau eines Maskeninspektionssystems, bei dem
der Referenzstrahl über eine Lichtleitfaser zum Detektor
geleitet wird.
-
Das
erfindungsgemäße Abbildungs- oder Inspektionssystem
insbesondere zur Maskeninspektion mit Energiemonitoring besteht
aus einem, von einer Beleuchtungsquelle ausgehenden und bis zu einem
zu beleuchtenden Objekt reichenden Beleuchtungsstrahlengang, einem
von dem zu beleuchtenden Objekt ausgehenden und bis zu einem Detektor reichenden
Abbildungsstrahlengang und einer Steuereinheit.
-
Im
Beleuchtungsstrahlengang ist hierbei neben verschiedenen optischen
Komponenten ein optisches Bauelement zur Auskopplung eines Teiles
der Beleuchtungsnutzstrahlung als Referenzstrahl vorhanden.
-
Im
Abbildungsstrahlengang ist zusätzlich zu optischen Komponenten
ein optisches Bauelement zur Einkopplung des Referenzstrahles und
zu dessen Abbildung auf den Detektor angeordnetes, wobei von der
Steuereinheit aus den Intensitäts-, Leistungs- oder Energiemesswerten
des auf den Detektor abgebildeten Referenzstrahl Signale zur Steuerung
der Beleuchtungsquelle und/oder Korrekturwerte für die
Bildauswertung des ebenfalls auf den Detektor abgebildeten Abbildungsstrahles
generiert werden.
-
In
laserbasierten Maskeninspektionssystem sind größere
Instabilitäten der Beleuchtungsquelle zu beobachten. Dies
liegt zum einen an den größeren Schwankungen der
Energie von Laserpuls zu Laserpuls und zum anderen an der stärkeren
Absorption der Laserstrahlung an selbst erzeugtem Ozon.
-
Erfindungsgemäß sind
das optische Bauelement zur Auskopplung des Referenzstrahles möglichst
nahe an dem zu beleuchtenden Objekt, vorzugsweise zwischen den optischen
Komponenten Leuchtfeldblende und Objektiv und das optische Bauelement
zur Einkopplung des Referenzstrahles in den Abbildungsstrahlengang
möglichst nahe an dem Detektor angeordnet. Dies hat den
Vorteil, dass für den Referenzstrahl eine Auskopplung aus
der Beleuchtungsnutzstrahlung von vorzugsweise bis zu 10% ausreichend
ist. Für den Referenzstrahl ist dabei ein Referenzstrahlengang
in Form eines separaten, optischen Strahlenganges oder eine Lichtleitfaser
vorhanden, der nicht durch das beleuchtete Objekt beeinflußt
wird.
-
Die
Sensorfläche des vorhandenen Detektors ist so ausgebildet
bzw. aufgeteilt, dass sowohl der Abbildungsstrahl als auch der Referenzstrahl ohne
eine Überlagerung nebeneinander abgebildet werden.
-
Dazu
kann beispielsweise der zur Inspektion genutzte Sensorbereich des
Detektors geringfügig verringert und die damit gewonnene
Sensorfläche für die Abbildung des Referenzstrahles
und somit für eine Referenzmessung verwendet werden.
-
In
einem ersten Ausführungsbeispiel wird, wie in 1 dargestellt,
ein separater, optischer Strahlengang 9 als Referenzstrahlengang 18 verwendet.
Ausgehend von der Beleuchtungsquelle 1 wird das zu beleuchtenden
Objekt 2 über die optischen Komponenten 3 und 4 von
der Beleuchtungsnutzstrahlung 5 beleuchtet. Im Beleuchtungsstrahlengang 6 wird
von einem optischen Bauelement zur Auskopplung 7 ein Teil
der Beleuchtungsstrahlung 5 als Referenzstrahl 8 aus-
und in den separaten optischen Strahlengang 9 eingekoppelt.
Das Abbild des beleuchteten Objektes 2 wird über
die im Abbildungsstrahlengang 12 vorhandenen optischen
Komponenten 13 auf den Detektor 14 abgebildet
und kann von der Steuereinheit 15 ausgewertet werden.
-
In
unmittelbarer Nähe des Detektors 14 wird der Referenzstrahl 8 aus
dem als Referenzstrahlengang 18 dienenden separaten optischen
Strahlengang 9 über ein optisches Bauelement 17 auf
den Detektor 14 abgebildet. Aus den Intensitäts-,
Leistungs- oder Energiemesswerten des auf den Detektor 14 abgebildeten
Referenzstrahl 8 können von der Steuereinheit 15 Signale
zur Steuerung der Beleuchtungsquelle 1 und/oder Normierungs-
bzw. Korrekturwerte für die Bildauswertung des ebenfalls
auf den Detektor 14 abgebildeten Abbildungsstrahles 16 generiert
werden.
-
In
einer ersten Ausgestaltungsvariante zu diesem Ausführungsbeispiel
wird zur Skalierung zwischen Abbildungsstrahl 16 und Referenzstrahl 8 im Referenzstrahlengang 18 ein
steuerbarer Abschwächer 19 angeordnet.
-
In
einem zweiten Ausführungsbeispiel wird, wie in 2 dargestellt,
eine Lichtleitfaser 20 als Referenzstrahlengang 18 verwendet.
Ausgehend von der Beleuchtungsquelle 1 wird das zu beleuchtenden Objekt 2 über
die optischen Komponenten 3 und 4 von der Beleuchtungsnutzstrahlung 5 beleuchtet.
Im Beleuchtungsstrahlengang 6 wird von einem optischen
Bauelement zur Auskopplung 7 ein Teil dieser Beleuchtungsnutzstrahlung 5 als
Referenzstrahl 8 aus- und in die Lichtleitfaser 20 eingekoppelt.
Die Lichtleitfaser 20 verfügt dazu über optische
Elemente zur Ein- 10 und Auskopplung 11 des Referenzstrahles 8.
Das Abbild des beleuchteten Objektes 2 wird über
die im Abbildungsstrahlengang 12 vorhandenen optischen
Komponenten 13 auf den Detektor 14 abgebildet
und kann von der Steuereinheit 15 ausgewertet werden. In
unmittelbarer Nähe des Detektors 14 wird der Referenzstrahl 8 über
das optische Element zur Auskopplung 11 aus der als Referenzstrahlengang 18 dienenden
Lichtleitfaser 20 ausgekoppelt und auf den Detektor 14 abgebildet.
Aus den Intensitäts, Leistungs- oder Energiemesswerten
des auf den Detektor 14 abgebildeten Referenzstrahl 8 können
von der Steuereinheit 15 Signale zur Steuerung der Beleuchtungsquelle 1 und/oder
Korrekturwerte für die Bildauswertung des ebenfalls auf
den Detektor 14 abgebildeten Abbildungsstrahles 16 generiert werden.
-
In
einer ersten Ausgestaltungsvariante zu diesem Ausführungsbeispiel
kann die Lichtleitfaser 20 direkt auf den betreffenden
Bereich der Sensorfläche des Detektors 14 aufgesetzt
werden, so dass auf das optische Bauelement zur verlustfreien Auskopplung 11 des
Referenzstrahles 8 verzichtet werden kann.
-
In
einer zweiten Ausgestaltungsvariante wird der Referenzstrahl 8 mit
Hilfe einer Optik auf den Detektor 14 projiziert. Diese
Variante macht sich erforderlich, wenn die Lichtleitfaser 20 nicht
auf den Detektor 14 direkt aufgesetzt werden kann, z. B.,
wenn der Detektor zwingend gekapselt aufgebaut sein muß.
-
In
einer 3. Ausgestaltungsvariante wird zur Skalierung zwischen Abbildungsstrahl 16 und
Referenzstrahl 8 im Referenzstrahlengang 18 ein
steuerbarer Abschwächer 19 angeordnet.
-
Mit
der erfindungsgemäßen Anordnung wird ein einfaches
und kostengünstiges Maskeninspektionssystem mit Energiemonitoring
zur Verfügung gestellt, mit dem die abgegebene Energiemenge
der Beleuchtungsquelle mit hoher Genauigkeit ständig bestimmt
und geregelt werden kann.
-
Da
bei dem vorgeschlagenen Maskeninspektionssystem sowohl der Abbildungsstrahl
als auch der Referenzstrahl auf ein und denselben Detektor abgebildet
werden, erübrigt sich eine Skalierung mehrerer Detektoren,
die zwangsläufig über unterschiedliche Empfindlichkeitscharakteristiken
verfügen würden.
-
Durch
die Fokussierung des Referenzstrahles 18 auf einen relativ
geringen Bereich des Detektors 14 ist es für ein
relevantes Referenzsignal ausreichend, einen Anteil von vorzugsweise
bis zu 10% aus der Beleuchtungsnutzstrahlung auszukoppeln.
-
Durch
die möglichst nahe Anordnung des optischen Bauelementes
zur Auskopplung des Referenzstrahles an dem zu beleuchtenden Objekt
bzw. des optischen Bauelementes zur Einkopplung des Referenzstrahles
an dem Detektor sind die Einflüsse aller optischen Elemente
der Strahlengänge in der Abbildungs- und Referenzstrahlung
enthalten und brauchen bei der Steuerung und Bildauswertung nicht
gesondert berücksichtigt zu werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004046375
A1 [0007]
- - US 6224589 B1 [0008]
- - DE 19758744 C2 [0009]
- - US 6326606 B2 [0010]