DE102010003608A1

DE102010003608A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Charakterisierung eines auslenkbaren Mikrospiegels

Info

Publication number: DE102010003608A1
Application number: DE201010003608
Authority: DE
Inventors: Hendrik Specht; Dr. Kurth Steffen; Prof. Dr. Gessner Thomas; Dr. Fiess Reinhold; Oliver Krayl; Dr. Krüger Michael; Gerhard Wiest; Dr. Hilberath Thomas
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Robert Bosch GmbH
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2011-11-17
Anticipated expiration: 2030-04-02
Also published as: DE102010003608B4

Abstract

Gemäß Ausführungsbeispielen weist eine Vorrichtung zur Charakterisierung eines auslenkbaren Mikrospiegels eine Lichtstrahlerzeugungseinrichtung (200) zum Erzeugen eines auf einen zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegels (210), lenkbaren und modulierbaren Lichtstrahls (220) auf. Ferner weist die Vorrichtung eine Ansteuereinrichtung (230) auf, die ausgebildet ist, die Lichtstrahlerzeugungseinrichtung (200) und einen zu charakterisierenden Mikrospiegel (210) synchronisiert so anzusteuern, um ein Testbild (240) mittels Auslenken des zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegels (210) und Modulieren des auf den zu charakterisierenden Mikrospiegel (210) lenkbaren Lichtstrahls (220), zu erzeugen. Ferner weist die Vorrichtung einen Flächensensor (250), der ausgebildet ist zumindest einen Teilbereich (235) von dem zu charakterisierenden Mikrospiegel (210) zu erzeugenden Testbild (240) zu erfassen und eine Auswerteeinrichtung (260), die ausgebildet ist, einen Funktionsparmeter des zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegels (210) in Abhängigkeit des zu erzeugenden Testbildes (240), mittels eines erfassten Teilbereiches (235) des zu erzeugenden Testbildes (240), zu ermitteln, auf. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Charakterisierung eines auslenkbaren Mikrospiegels.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Charakterisieren bzw. Testen zumindest eines Funktionsparameters eines auslenkbaren Mikrospiegels. Die Vorrichtung und das Verfahren ermöglichen gemäß einigen Ausführungsbeispielen den Test und die Charakterisierung von vereinzelten Mikrospiegeln oder von Mikrospiegel auf Waferebene. Die Mikrospiegel können dabei beispielsweise hinsichtlich einer Vielzahl von für eine Bildprojektion mit Hilfe der Mikrospiegel relevanter Funktionsparameter getestet werden.
Bei dem auslenkbaren Mikrospiegel kann es sich um eine Mikro-Elektro-Mechanische-Struktur (MEMS) handeln, die beispielsweise über elektrostatische oder elektromagnetische Kräfte mit Hilfe von Kammelektroden oder Spulensysteme auslenkbar ist. Der auslenkbare Mikrospiegel kann beispielsweise eine Schwing- oder Torsionsbewegung durchführen. Diese Bewegung kann um eine oder auch um zwei zueinander senkrecht angeordneter Achsen ausgeführt werden. Solch ein zu testender Mikrospiegel kann also beispielsweise um zwei um 90° versetzte Achsen auslenkbar sein, so dass eine horizontale und vertikale Kippbewegung des Mikrospiegels, beispielsweise durch elektrostatische oder elektromagnetische Kräfte, über eine Ansteuerung erzielt werden kann. Durch einen auf die spiegelnde Fläche des bewegbaren Mikrospiegels gerichteten Laser oder Lichtstrahl kann dann ein Bild projiziert werden. Im Unterschied zu einem räumlich aufgelösten Pixelraster, also wie z. B. bei einem Spiegelarray oder „Spatial Light Modulator”, wird bei einem auslenkbaren Mikrospiegel ein Bild durch ein scannendes Projizieren, also durch Lenken eines Lichtstrahls über eine Projektionsebene mittels des Mikrospiegels, erzeugt.
Das Einsatzgebiet solcher Mikrospiegel ist vielfältig und umfasst die verschiedensten Anwendungsbereiche. In mobilen Geräten wie Kameras, Mobiltelefone und PDAs werden grafikfähige Displays eingesetzt. Da diese Geräte zunehmend kleiner werden, besteht das Problem, dass in vielen Fällen am Gerätegehäuse zu wenig Anzeigefläche zur Informationsdarstellung zur Verfügung steht. Hersteller solcher Geräte beginnen das Problem durch Integration von sehr kleinen Videoprojektoren zu lösen, so dass die eigentliche Anzeigefläche nicht mehr Bestandteil des Gerätes ist. Als Bildgeber für solche Projektoren eignen sich insbesondere analog scannende als Einzelspiegel ausgeführte Mikrospiegel. Dies sind mikromechanische Bauelemente, die mit spezifischen Herstellungstechnologien auf der Grundlage von Halbleiterprozessen, bei der eine Vielzahl von Elementen im Waferverband zeitlich parallel entsteht, rationell gefertigt werden. Test und Packing der Elemente verursacht bis zu 60% der Gesamtkosten der fertigen Bauteile. Es ist deshalb wichtig, nur Chips dem Packaging zuzuführen, deren Parameter der jeweiligen Spezifikation entsprechen. Bei Mikrospiegeln für Projektoren leitet sich die überwiegende Mehrheit der Spezifikationsparameter von den Anforderungen an das Bild ab. Dadurch sind die Parameter zahlreich, in ihrer Wirkungsweise komplex und häufig nur im Bild messtechnisch feststellbar.
Üblicherweise erfordert die Forschung und Entwicklung in Zusammenhang mit Mikrospiegeln fix die Bildprojektion die messtechnische Charakterisierung der Elemente auf mehreren Entwicklungsetappen. Die bei der Vorausberechnung des Verhaltens während der Designphase eingesetzten Modelle bedürfen in der Regel einer messtechnischen Validierung an fertigen Bauelementen, um getroffene Modellannahmen zu begründen oder einer Korrektur der Modelle zu ermöglichen. Dazu sind in der Regel Geometrie- und Werkstoffparameter und Funktionsparameter der Mikrospiegel messtechnisch zu ermitteln. Die Prüfung der Herstellungstechnologie anhand der entstandenen Geometrie mechanischer Komponenten der Mikrospiegel, wie z. B. Federdicken oder Breite von Elektrodenspalten, gestattet Rückschlüsse auf Parameter bei der Herstellung, z. B. der ätztechnischen Strukturierung. Die Prüfung der applikationsrelevanten Eigenschaften der entwickelten Mikrospiegel gestattet letztendlich Entscheidungen über den Erfolg der Entwicklung.
Zur Bestimmung von Geometrie- und allgemeinen Funktionsparametern, wie z. B. Profil und Rauheit von Oberflächen, Bewegungsamplituden und Resonanzfrequenzen existieren kommerziell angebotene Messgeräte für den Einsatz im Forschungs- und Entwicklungslabor. Diese Geräte sind jedoch nur bedingt für den Einsatz beim Test von Mikrospiegeln in einer Serienfertigung geeignet. Gründe dafür sind einerseits, dass dann für einen vollständigen Test eine große Zahl verschiedenartiger Einzelmessungen durchgeführt werden muss, wodurch ein hoher Zeitaufwand entsteht. Andererseits gibt es Funktionsparameter, wie z. B. die Kopplung zwischen Scannachsen des Mikrospiegels, die nur im Projektionsbetrieb und dabei am zweckmäßigsten im Projektionsbild messtechnisch bestimmbar sind. Zum Test von Mikrospiegeln im Projektionsbetrieb sind Anordnungen aus Lichtstrahlquelle, vorzugsweise Laser, und punktförmigem Fotodetektor ( WO 2003/067509 ) oder linearem bzw. flächigem positionsempfindlichen Fotodetektor ( EP 1806571 , US 6889156 und US 6052197 ) mit jeweils entsprechenden Verfahren zur Auswertung der Zeitsignale bekannt. Teilweise werden diese Verfahren mit einer Integration in einer Probecard zum Test von Mikrospiegeln im Waferverband durchgeführt. Mit diesen können jedoch nur einzelne Funktionsparameter von Mikrospiegeln, i. d. R. Scannwinkel und Resonanzfrequenzen, bestimmt werden. Andere wichtige Funktionsparameter wie z. B. die Wirkung einer dynamischen Spiegeldeformation auf die Bildauflösung bleiben dabei unberücksichtigt. Es sind auch Anordnungen und Verfahren bekannt ( EP 0047679 , GB 2071454 , EP 0204112 ), die bei elektronischen Displays allgemein und insbesondere bei Kathodenstrahlröhren das resultierende Bild beurteilen. Diese dienen hauptsächlich dem automatisierten Feinabgleich von auf Kathodenstrahlröhren basierenden Bildwiedergabegeräten. Da diese Verfahren zum einen speziell auf die Abgleichaufgabe zugeschnitten sind und sie zum anderen spezielle Aspekte der Bilderzeugung mittels Mikrospiegeln nicht berücksichtigen, sind diese Verfahren für einen umfassenden Test von Mikrospiegeln nicht geeignet.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein zeiteffizientes Verfahren hoher Genauigkeit und Robustheit zum umfassenden Test von Mikrospiegeln zur Bildprojektion zu realisieren.
Als Ergebnis können eine große Anzahl von Funktionsparametern zum Vergleich mit einer die Anforderungen an das erzeugte Bild betreffende Spezifikation geliefert werden. Dabei können neben reinen mechanischen Bewegungsparametern, wie z. B. Auslenkwinkel bzw. Scannwinkel, und Resonanzfrequenzen der Mikrospiegel auch Bildqualitätsparameter, wie z. B. Verzeichnungen, Linearität und Auflösung bestimmt werden. Ferner können auch spezielle für die Bildqualität von mit Mikrospiegeln erzeugten Bildern Funktionsparameter bzw. Aspekte der Bilderzeugung, wie z. B die Achsenkopplung, quasistatischer und resonanter Betrieb, sowie bidirektionaler Bildaufbau berücksichtigt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die Vorrichtung gemäß Anspruch 16 gelöst.
Gemäß einiger Ausführungsbeispiele kann die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum umfassenden und zeiteffizienten Test von Mikrospiegeln für die Bildprojektion hinsichtlich Funktionsparameter, die die mechanische Bewegung der Mikrospiegel sowie die Bildqualität applikationsnah charakterisieren, umfassen. Der zu testende Mikrospiegel befindet sich dabei im Projektionsbetrieb. Der Mikrospiegel kann also wie in der Applikation zur Projektion eines Bildes angesteuert werden und dementsprechend kann eine Auslenkbewegung des Mikrospeiegels wie in der Applikation durchgeführt werden. Ein Projektionslaser kann synchron zur Spiegelbewegung entsprechend einer Reihe vorbestimmter Testbilder moduliert werden, wobei die entstehenden Projektionsbilder mittels eines Bilderfassungssensors, z. B. einer Kamera aufgefangen werden und einer Reihe vorbestimmter Auswertealgorithmen zugeführt werden. Mit Hilfe dieser Auswertealgorithmen können dann bestimmte Funktionsparameter des auslenkbaren Mikrospiegels bestimmt werden. Durch einen speziellen Kalibrierungsschritt sowie durch besondere Maßnahmen in den Testbild-Auswertealgorithmus-Kombinationen kann das Verfahren robust gegenüber Fehljustage und Abbildungsfehler der Kamera gemacht werden. Das Verfahren berücksichtigt alle typischen Aspekte der Bildprojektion mittels Mikrospiegel. Das Verfahren und die Vorrichtung sind sehr zeiteffizient, da alle relevanten Funktionsparameter ohne Änderung der Hardwarekonfiguration, insbesondere ohne bzw. einem Minimum an Probenmanipulation ermittelt werden und zum Test von Mikrospiegeln in Form von Einzelchips oder als Bestandteil eines Waferverbandes geeignet sind.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zur Vorrichtung und zum Verfahren zum Charakterisieren eines auslenkbaren Mikrospiegels beinhalten, dass mit dem zu testenden Mikrospiegel ein einzelnes oder eine Sequenz spezieller Testbilder oder Teststrukturen, insbesondere Punktrasteranordnungen, auf eine Projektionsfläche projiziert werden. Diese Projektionsfelder auf der Projektionsfläche können dann durch eine Kamera aufgenommen und auf einem Computer mit einem speziellen Algorithmus hinsichtlich systematischer Fehler korrigiert und danach mit weiteren speziellen, auf den zu testenden Funktionsparameter abgestimmten Algorithmen hinsichtlich Funktionsparametern des Mikrospiegels ausgewertet werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen können die Funktionsparameter die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren getestet werden, sowohl mechanische Bewegungsparameter des Mikrospiegels, als auch Bildqualitätsparameter von dem durch den Mikrospiegel erzeugbaren Bild, umfassen.
In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt werden, dass eine Sequenz, der von dem zu testenden Mikrospiegel zu projizierenden Testbildern, so aufgebaut ist, dass mit ihnen zuerst die generellen, die allgemeine Funktion charakterisierenden Parameter, wie den maximalen mechanischen Scanwinkel getestet werden und schrittweise dann komplexere, die Leistungsfähigkeit hinsichtlich Bildqualität charakterisierenden Parameter, wie die lokale Auflösung, getestet werden. An jedem Schritt der Sequenz kann gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Vergleich der erhaltenen Funktionsparameter mit einer Spezifikation ggf. in Verbindung mit einem Abbruchskriterium für den Test durchgeführt werden.
Das Verfahren zum Testen des Mikrospiegels kann sowohl an vollständig in der Applikation montierten Mikrospiegeln durchgeführt werden, als auch an Einzelchips, z. B. auf einer Leiterplatte oder einem Träger (z. B. einem Klebeband bzw. Bluetape) und insbesondere auch an Chips bzw. Mikrospiegel im Waferverband. Zum Testen von Mikrospiegeln auf Waferebene kann eine zugehörige Testanordnung in einen Waferprober integriert sein.
In weiteren Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Mikrospiegel während des Testens genau mit den Signalen angesteuert werden, die später in einer Applikation verwendet werden sollen. Ferner kann eine Lichtstrahlquelle, wie z. B. eine Laserquelle, deren Projektionsstrahl dem Spiegel zugeführt wird, synchron zur Bewegung des Mikrospiegels entsprechend den Testbilddaten amplitudenmoduliert werden. Die Kamera, z. B. eine CCD- oder CMOS-Kamera, kann ebenfalls mit der Bewegung des Mikrospiegels synchronisiert sein, so dass bei jeder Aufnahme durch die Kamera das Testbild durch den Mikrospiegel genau einmal vollständig geschrieben worden ist. Dazu kann in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beispielsweise das in der Ansteuerelektronik des Mikrospiegels enthaltene Vertikalsynchronsignal auf den Triggereingang der Kamera gegeben werden. Allgemein kann die Synchronisierung zwischen Kamera und Bewegung des Mikrospiegels jedoch jede feste Zeitkopplung umfassen. Die Aufnahmerate der Kamera kann also so eingestellt sein, dass entweder jeder durch den Mikrospiegel geschriebene Frame bzw. Bild, oder eine repräsentative Stichprobe als Zeitserie aufgenommen werden kann.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren einen Schritt des Kalibrierens aufweisen, so dass das Verfahren gegenüber Fehljustage der optischen Achsen und Mikrospiegel und Kamera zueinander, und gegenüber Abbildungsfehlern der Kamera sowie gegenüber Schrägstellung von Zeilen des projizierten Bildes robust ist. Dieser Kalibrierungsschritt kann mit Hilfe eines Kalibriertargets, einem Algorithmus zur Bestimmung der systematischen Abbildungsfehler und einem weiteren Algorithmus zur Entfernung dieser Abbildungsfehler aus den projizierten und erfassten Testbildern durchgeführt werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Charakterisieren eines auslenkbaren Mikrospiegels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Charakterisieren eines auslenkbaren Mikrospiegels mit einer Kamera gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Charakterisieren eines auslenkbaren Mikrospiegels mit einer Waferpositioniereinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
4 ein Flussdiagramm zu dem Verfahren zur Charakterisierung eines Mikrospiegels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5a ein Flussdiagramm zu dem Verfahren zur Charakterisierung eines Mikrospiegels gemäß weiterer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung;
5b ein Flussdiagramm zu dem Verfahren zur Charakterisierung eines Mikrospiegels gemäß weiterer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung;
5c ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Kalibrierschrittes gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 eine schematische Darstellung eines Kalibriertargets zur Kompensation systematischer Fehler gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 eine Testsequenz zum Test von Mikrospiegeln zur Bildprojektion gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 eine schematische Darstellung eines Testbilds mit vertikalem Punkteraster zur Bestimmung des vertikale Trajektorienfehlers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9 die schematische Darstellung eines Testbilds mit horizontalem Punkteraster zur Bestimmung des horizontalen Trajektorienfehlers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
10 die schematische Darstellung eines Testbilds mit Einzelpixelraster zur Bestimmung der visuellen Auflösung sowie statischen und dynamischen Spiegeldeformationen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
11 ein schematisches Testbild mit Phasenmessraster zur Bestimmung lokaler Phasenfehler sowie Phasenjitter, Phasenswim und Phasendrift gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bevor im Folgenden die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente oder gleichwirkende Elemente in Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird bzw. Erläuterungen dieser Elemente in den verschiedenen Figuren entsprechend aufeinander anzuwenden oder austauschbar sind.
1 zeigt die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Charakterisierung bzw. zum Testen eines auslenkbaren Mikrospiegels 210 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 300 weist eine Lichtstrahlenerzeugungseinrichtung 200 zum Erzeugen eines, auf einen zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegel 210, lenkbaren und modulierbaren Lichtstrahls 220 auf. Ferner weist die Vorrichtung 300 eine Ansteuereinrichtung 230 auf, die ausgebildet ist, die Lichtstrahlerzeugungseinrichtung 200 und einen zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegel so anzusteuern und modulieren, um ein Bild bzw. Testbild 240 mittels Auslenkens des zu charakterisierenden Mikrospiegels 210 und Modulieren eines auf den Mikrospiegel 210 gerichteten Lichtstrahl 220 zu erzeugen. Das Bild bzw. Testbild kann dabei durch ein scannendes Projizieren erzeugt werden. Das Testbild kann durch zeilenweises oder spaltenweises Scannen projiziert werden.
Der von dem Mikrospiegel reflektierte Lichtstrahl 220' kann direkt, oder indirekt über eine Projektionsfläche, von einem Flächensensor 250 erfasst bzw. detektiert werden. Der Flächensensor 250 kann ausgebildet sein, zumindest einen Teilbereich 235 des von dem zu charakterisierenden Mikrospiegel 210 erzeugten Testbildes 240 zu erfassen. Die Vorrichtung 300 kann ferner eine Auswerteeinrichtung 260 aufweisen, die ausgebildet ist, einen Funktionsparameter des zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegels 210 in Abhängigkeit des Testbildes, mittels des erfassten zumindest eines Teilbereiches, von dem zu charakterisierenden Mikrospiegel 210, erzeugten Testbildes 240, zu ermitteln.
Die Vorrichtung 300 kann ausgebildet sein, einen Lichtstrahl, z. B. einen Laserstrahl oder einen Leuchtdiodenlichtstrahl auf den auslenkbaren Mikrospiegel 210 zu lenken und dadurch ein Testbild oder allgemein ein Bild zu erzeugen. Zu diesem Zweck kann die auslenkbare Spiegelfläche des Mikrospiegels 210 für die Wellenlänge des auftreffenden Lichtstrahls 220 reflektierend ausgelegt sein. Zur Bild- bzw. Testbilderzeugung kann eine Intensitätsmodulation, z. B. eine Amplitudenmodulation, des einfallenden Lichtstrahls 220 synchron zur Bewegung des Mikrospiegels vorgesehen sein. Das heißt, der Lichtstrahl 220 wird für jeden Bildpunkt oder Pixel mit der augenblicklichen Position des Mikrospiegels synchronisiert. Der Mikrospiegel kann über zwei zueinander senkrecht stehende Achsen, einer x-Achse bzw. Horizontalbewegungsachse und einer y-Achse bzw. Vertikalbewegungsachse verkippbar in einem Halbleitersubstrat angeordnet sein. Das heißt der Mikrospiegel kann beispielsweise Torsionsschwingungen über Torsionsachsen – der x-Achse und der y-Achse – ausführen. Die Bewegung des mikromechanischen Spiegels kann dabei wie bei mikroelektromechanischen Strukturen (MEMS) üblich beispielsweise über Kammelektroden und entsprechenden elektrostatischen oder elektromagnetischen Kräften hervorgerufen werden. Der mikromechanische Spiegel kann dabei statisch, quasi-statisch oder resonant betrieben werden. Ein resonanter mikromechanischer Spiegel hat eine entsprechende mechanische Eigenfrequenz oder Resonanzfrequenz mit der dieser bei einer geeigneten Anregung schwingt Durch eine entsprechende Bewegung des Mikrospiegels in x- und y-Richtung und dadurch durch entsprechendes Verkippen des mikromechanischen Spiegels kann dann ein Bild bzw. Testbild in Abhängigkeit von der Ansteuerung und der Modulation des Lichtstrahls aufgebaut werden.
Bei der Lichtstrahlerzeugungseinrichtung 200 kann es sich beispielsweise um einen Laser, eine Laserdiode, eine Lumineszenzdiode oder eine andere geeignete Lichtquelle zur Erzeugung eines gerichteten Lichtstrahls mit hoher Intensität und geringer Dispersion handeln. Die Ansteuereinrichtung 230 kann nun ausgebildet sein ein bestimmtes Testbild 240 durch den zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegel 210 erzeugen zu lassen. Um ein solches Testbild zu erzeugen, kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, den auslenkbaren beweglichen Spiegel so anzusteuern (205) und den Lichtstrahl 220 der Licht strahlerzeugungseinrichtung 200 so zu modulieren, beispielsweise amplitudenmodulieren, dass durch den reflektierten Lichtstrahl 220' ein Testbild „geschrieben wird” bzw. erzeugt wird. Dieses Testbild 240 kann dann entweder direkt, oder indirekt über eine Projektionsfläche, von dem Flächensensor detektiert werden und entsprechende Testbildsignale können an die Auswerteeinrichtung 260 weitergeleitet werden, die basierend auf diesen Testbildsignalen einen bestimmten Funktionsparameter des Mikrospiegels in Abhängigkeit des erzeugten Testbildes ermitteln kann.
Der Flächensensor kann beispielsweise eine bestimmte Anzahl von Bildpunkten oder Pixeln aufweisen. Beispielsweise kann der Flächensensor 10.000 bis 30.000.000 Pixel aufweisen. Bei dem Flächensensor kann es sich um einen CCD-(Charge-Coupled-Device)Sensor oder einen lichtempfindlichen CMOS- bzw. Aktiv-Pixel Sensor handeln. Bei dem Flächensensor kann es sich beispielsweise um eine Kamera handeln oder um eine Vielzahl von Photodioden, oder photoempfindlichen Einzelbildelementen, die flächig, also zweidimensionale Aufnahmen erlauben. Die Kamera kann eine Optik zum Abbilden eines Zwischenbildes auf einen Flächensensor aufweisen.
Um eine entsprechende Abbildung des Lichtstrahls bzw. Laserstrahls 220 auf den zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegel 210 und eine Abbildung des zu erzeugenden Testbildes auf den Flächensensor 250 zu gewährleisten, kann sich im Strahlengang des Lichtstrahls 220, 220' ein optisches Abbildungssystem beispielsweise mit entsprechenden Linsen, Prismen etc. befinden. Dies ist in 1 nicht dargestellt.
Der zu testende bzw. zu charakterisierende Mikrospiegel 210 kann von der Ansteuereinrichtung 230 wie in einer späteren Anwendung bzw. Applikation angesteuert werden. Der zu charakterisierende bzw. testende Mikrospiegel kann sich also in einem Projektionsbetrieb befinden und dementsprechend durch die Ansteuereinrichtung 230 angesteuert werden. Ein Projektionslaser oder eine Lichtstrahlerzeugungseinrichtung 200 kann dann durch die Ansteuereinrichtung 230 synchron zur Spiegelbewegung entsprechend einer Reihe vorgegebener Testbilder moduliert werden. Die entsprechenden Projektionsbilder bzw. Testbilder können dann mittels eines Flächensensors 250, z. B. einer Kamera, aufgefangen und in der Auswerteeinrichtung 260 durch jeweils zu den Testbildern zugeordneten Auswertealgorithmen bearbeitet werden, um entsprechende Funktionsparameter des zu charakterisierenden Mikrospiegels zu erlangen. Bei den Funktionsparametern, die durch die Auswerteeinrichtung 260 ermittelt werden können, kann es sich beispielsweise um mechanische Bewegungsparameter des zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegels handeln. Es kann sich ferner auch um Bildqualitätsparameter des durch den zu charakterisierenden Mikrospiegel erzeugbaren Bildes bzw. Testbildes handeln. Bei einem zu ermittelnden Funktionsparameter kann es sich auch um Bildqualitätsparameter handeln, die speziell für die Erzeugung eines Bildes mittels eines auslenkbaren mikromechanischen Mikrospiegels von Bedeutung sind. Funktionsparameter für mechanische Bewegungsparameter des zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegels können beispielsweise einen maximalen oder einen minimalen Auslenkwinkel bzw. Scanwinkel, Resonanzfrequenzen, Einfluss von Störmoden, Nichtlinearitäten von Federkennlinien und Deformation der Spiegeloberfläche betreffen. Bildqualitätsparameter können beispielsweise eine Verzeichnung des Bildfeld, die Verzerrung lokaler Bildelemente oder die Auflösung des erzeugbaren Bildes betreffen.
Die Auswerteeinrichtung 260 kann ausgebildet sein Funktionsparameter hinsichtlich der durch den Mikrospiegel erzeugbaren Bildqualität zu ermitteln. Solche Bildqualitätsparameter können beispielsweise die Verzeichnung bzw. Feldverzeichnung, die Linearität und die Auflösung eines durch einen zu charakterisierenden Mikrospiegel erzeugbaren Bildes bzw. Testbildes betreffen. Die Ansteuereinrichtung 230 und die Auswerteeinrichtung 260 können gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung so ausgebildet sein, dass die Lichtstrahlerzeugungseinrichtung 200 und die Bewegung eines zu charakterisierenden Spiegels 210 synchronisiert so angesteuert wird, um ein spezielles Testbild zu erzeugen, aus dem die Auswerteeinrichtung 260 zumindest einen der folgenden Mikrospiegel charakterisierenden Funktionsparametern ermitteln kann: eine Achsenkopplung, beispielsweise zwischen einer Horizontalbewegungsachse (x-Achse) und einer Vertikalbewegungsachse (y-Achse) (siehe 1), des auslenkbaren mikromechanischen Spiegels, sowie Parameter betreffend einem quasi-statischen oder resonanten Betrieb der Auslenkung, des zu charakterisierenden mikromechanischen Spiegels, sowie Informationen bzw. Parameter bezüglich des bidirektionalen Bildaufbaus von durch Mikrospiegel erzeugten Bildern. Die Erzeugung eines Bildes mit Hilfe eines Mikrospiegels kann zeilenweise dadurch erfolgen, dass in einem Zeilenvorlauf und im einem Zeilenrücklauf, also in einem bidirektionalen Bildaufbau, ein modulierter Lichtstrahl ein Bild auf einen Projektionsschirm „schreibt” und somit ein Bild projiziert wird.
Gemäß einiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann die Ansteuereinrichtung 230 ausgebildet sein, um die Lichtstrahlerzeugungseinrichtung 200 und einen zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegel 210 synchronisiert so anzusteuern, um ein Testbild mittels Auslenkung des zu charakterisierenden Mikrospiegels und Modulieren eines auf den zu charakterisierenden Mikrospiegel gerichteten Lichtstrahls 220 zu erzeugen, so dass die Auswerteeinrichtung 260 zumindest einen der folgenden Funktionsparameter ermitteln kann, wobei der auslenkbare Mikrospiegel eine Horizontalbewegungsachse und eine Vertikalbewegungsachse aufweist. Ein solcher Funktionsparameter kann ein einen mikrospiegelcharakterisierenden Parameter sein. Beispielsweise kann es eine Maßzahl für die Feldverzeichnung eines Bildes bzw. Testbildes durch eine Kopplung der Horizontalbewegungsachse mit der Vertikalbewegungsachse sein, ein Koppelfaktor der Vertikalachse bzw. Vertikalbewegungsachse auf die Horizontalbewegungsachse, ein Koppelfaktor der Horizontalbewegungsachse auf die Vertikalbewegungsachse, eine Maßzahl für die lokale Verzeichnung über die Testbildfläche, eine Maßzahl für die Abweichung des Zeilenabstandes, eine Maßzahl für die zeitliche und/oder örtliche Schwankung des Zeilenabstandes, eine Maßzahl für die Abweichung des Spaltenabstandes, eine Maßzahl für die zeitliche und/oder örtliche Schwankung des Spaltenabstandes, eine lokale Verteilung der Auflösung über die Testbildfläche, eine lokale Verteilung der lichstrahlaufweitenden Eigenschaften des Mikrospiegels aufgrund von statischen Mikrospiegeldeformationen, eine Maßzahl einer statischen Mikrospiegeldeformation, eine Maßzahl einer durch die Mikrospiegelbewegung hervorgerufenen dynamischen Mikrospiegeldeformation oder eine Maßzahl für den durch die Achsenkopplung zwischen der Horizontalbewegungsachse und der Vertikalbewegungsachse des zu charakterisierenden Mikrospiegels hervorgerufenen Anteils eines Phasenfehlers zwischen einer Mikrospiegelbewegung und einer Ansteuerung des Lichtstrahls. Durch statische Mikrospeigeldeformationen, also z. B. Unebenheiten etc. und dynamische Mikrospiegeldeformationen während der Auslenkung des Spiegels kann ein vom Mikrospiegel reflektierter Licht- bzw. Laserstrahl aufgeweitet werden und sich entsprechend ein zu projizierender Laser bzw. Lichtfleck vergrößern. Eine zeitliche Schwankung des Zeilenabstandes kann beispielsweise durch eine überlagerte Vertikalachseneigenschwingung hervorgerufen werden und eine zeitliche Schwankung des Spaltenabstandes kann beispielsweise durch eine Nichtlinearität einer resonanten Horizontalachsenschwingung hervorgerufen werden.
Die Auswerteeinrichtung 260 kann über entsprechende Auswertealgorithmen verfügen, um die vorhergehend genannten Funktionsparameter aus Bildinformationen eines speziell für die Bestimmung eines entsprechenden Funktionsparameters abgestimmten Testbildes zu ermitteln bzw. zu berechnen. Der Flächensensor 250 und die Auswerteeinrichtung 260 können so ausgebildet sein, dass durch die Aufnahme eines einzelnen Testbildes oder einer Serie von Testbildern bzw. einer Serie von Teilbereichen eines Testbildes oder eines einzelnen Teilbereichs eines Testbildes ein Funktionsparameter bestimmbar ist. Der Flächensensor 250 kann dabei synchronisiert sein zu einer Bewegung bzw. Auslenkung des zu charakterisierenden Mikrospiegels 210. Dazu kann beispielsweise die Ansteuereinrichtung 230 ausgebildet sein, um den Flächensensor 250 und die Lichtstrahlerzeugungsreinrichtung 200 mir einer Auslenkbewegung des zu charakterisierenden Mikrospiegels 210 zu synchronisieren.
Wie in 2 schematisch dargestellt ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 300 ferner eine Projektionsfläche 270 aufweisen, auf die das von einem zu charakterisierenden Mikrospiegel erzeugte Testbild abgebildet wird. Ferner kann dann der Flächensensor 250 z. B. eine Kamera sein mit der das durch den zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegel 210 erzeugte Testbild zumindest in Teilbereichen des Testbildes von der Projektionsfläche 270 erfasst bzw. aufgenommen wird. Das heißt, gemäß einiger Ausführungsbeispiele kann ein von dem Mikrospiegel erzeugte Projektionsbild, also z. B. ein Testbild, auf eine Projektionsfläche geworfen werden und von dort mittels einer Kamera, z. B. einer CCD-Kamera oder CMOS-Kamera aufgenommen werden und zu einer Weiterverarbeitung an die Auswerteeinrichtung 260 übermittelt werden. Die Auswerteeinrichtung 260 kann dann, wie oben beschrieben, basierend auf dem Testbild bzw. basierend auf zumindest einem Teilbereich eines Testbildes, die gewünschten Funktionsparameter ermitteln.
In 3 ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung 300 zur Charakterisierung bzw. zum Testen eines auslenkbaren Spiegels schematisch dargestellt. Neben den oben bereits erwähnten Einrichtungen, der Ansteuereinrichtung 230, der Lichtstrahlerzeugungsreinrichtung 200, dem Flächensensor 250 und der Auswerteeinrichtung 260 umfasst dieses Ausführungsbeispiel ferner eine Waferpositioniereinrichtung 270. Das heißt, die Vorrichtung 300 kann sowohl zur Charakterisierung bzw. zum Testen von einzelnen Mikrospiegeln verwendet werden, als auch von Mikrospiegeln, die noch nicht separiert sind und sich beispielsweise noch auf einem Halbleiter-Wafer befinden. Mit Hilfe der Waferpositioniereinrichtung kann dann ein entsprechender Mikrospiegel als Bestandteil eines Wafers so positioniert und ausgerichtet werden, um das erfindungsgemäße Verfahren zum Testen bzw. zum Visieren eines auslenkbaren Spiegels auf Waferebene durchzuführen. Das heißt, die zu untersuchenden Mikrospiegel müssen nicht vereinzelt werden oder in eine bestimmungsgemäße Applikation eingebaut sein. Die Vorrichtung 300 kann ferner entsprechende Mikroprobes oder Nadelkarten zum elektrischen Kontaktieren eines Mikrospiegels aufweisen und optische Elemente, beispielsweise Prismenanordnungen, zum Justieren und Einstrahlen des Lichtstrahls von der Lichtstrahlerzeugungseinrichtung umfassen.
Die Auswerteeinrichtung 260 kann so ausgebildet sein, dass sie über eine Reihe spezieller Algorithmen verfügt, die zur Ermittlung der zu bestimmenden Funktionsparameter, z. B. der mechanischen Bewegungsparameter, der optischen Bildqualitätsparameter oder spezieller für die Bilderzeugung durch Mikrospiegel nötige Parameter umfasst. In einem Ausführungsbeispiel können die Ansteuereinrichtung und die Auswerteeinrichtung in einem Computer ausgeführt sein. Bei der Ansteuereinrichtung 230 und der Auswerteeinrichtung 260 kann es sich also beispielsweise auch um einen Computer bzw. einen entsprechenden Mikroprozessor, Prozessor, ASIC oder FPGA sowie Kombinationen daraus und Kombinationen mit Treiberelektronik (z. B. Verstärker, Stromtreiber) handeln, der im Falle der Ansteuereinrichtung 230 die Ansteuerung der Lichtstrahlerzeugungsreinrichtung 200 und des zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegels 210 zur gewünschten Testbilderzeugung durchführt. Bei der Auswerteeinrichtung 260 kann es sich ebenfalls um einen Computer oder einen Mikroprozessor oder allgemein einer Prozessoreinheit handeln, die ausgebildet ist, die von dem Flächensensor 250 erfassten zumindest Teilbereiche des Testbildes mit Hilfe von entsprechenden Algorithmen zu berechnen, zu ermitteln, abzuschätzen oder zu bestimmen. Mit der Auswerteeinrichtung 260 können basierend auf den Funktionsparametern weitere mikrospiegelcharakterisierende Parameter oder Testgrößen bestimmt werden. Dabei kann es sich beispielsweise um Minimal- oder Maximalwerte eines Funktionsparameters oder einer entsprechenden Maßzahl handeln. Es kann sich um aufsummierte oder gewichtete Maßzahlen handeln etc.
Bei dem durch die Auswerteeinrichtung 260 zu ermittelnden Funktionsparameter kann es sich um eine Maßzahl handeln, die einen Rückschluss gewährt auf die Qualität und Güte eines zu untersuchenden Mikrospiegels hinsichtlich, beispielsweise, mechanischer, geometrischer oder optischer Parameter. Die Auswerteeinrichtung 260 kann weiterhin dahin gehend ausgebildet sein, einen zu ermittelnden Funktionsparameter mit einem vorbestimmten Wert bezüglich einer Spezifikation dieses Funktionsparameters zu vergleichen und ggf. eine Testsequenz abzubrechen oder entsprechende Fehl- oder Pass-Signale auszugeben. Ein ermittelter Funktionsparameter kann mit einem Abbruchskriteriumswert verglichen werden, der dann in Abhängigkeit des Vergleichs zu einem Abbrach oder einer entsprechenden Ausgabe auf einen Bildschirm, in einen Datenspeicher oder eine Datei führt.
Die Ansteuereinrichtung 230 und die Auswerteeinrichtung 260 können ausgebildet sein, eine Sequenz von Testbildern jeweils zeitlich nacheinander durch den Mikrospiegel erzeugen zu lassen und zeitlich nacheinander einen entsprechenden Funktionsparameter durch die Auswerteeinrichtung ermitteln lassen. Ein zu charakterisierender Mikrospiegel kann also veranlasst werden eine Sequenz von Testbildern zu erzeugen, so dass einerseits unterschiedliche Funktionsparameter zeitlich nacheinander charakterisiert bzw. getestet werden können und andererseits der zeitliche Verlauf jedes einzelnen Funktionsparameters ermittelt werden kann. Ein zu testender Mikrospiegel kann also eine Sequenz spezieller Testbilder durchlaufen. Solche Testbilder können beispielsweise Punktrasteranordnungen sein, die dann von dem zu untersuchenden Mikrospiegel auf eine Projektionsfläche oder auch direkt auf den Flächensensor projiziert werden.
In einem Computer bzw. in der Auswerteeinrichtung 260 kann ein erfasstes Testbild mit einem speziellen Algorithmus hinsichtlich eines systematischen Fehlers korrigiert werden. Solch ein systematischer Fehler kann beispielsweise, wie oben beschrieben, durch eine Kalibrierung bestimmt werden. Die Sequenz der Testbilder, die von der Ansteuereinrichtung durch Ansteuerung des auslenkbaren Mikrospiegels und der Lichtstrahlerzeugungsreinrichtung hervorgerufen werden und von dem Flächensensor detektiert und von der Auswerteeinrichtung ausgewertet werden, kann so aufgebaut sein, dass sie mit generellen, die allgemeine Funktion charakterisierenden Funktionsparametern, wie dem maximalen mechanischen Scanwinkel, beginnt und in nachfolgenden Schritten der Sequenz zu komplexeren und die Leistungsfähigkeit hinsichtlich Bildqualität charakterisierenden Parametern, wie die lokale Auflösung, übergeht. Mit Hilfe eines einzelnen Testbildes können mehrere Funktionsparameter ermittelt werden. Auf ein Testbild können mehrere unterschiedliche Auswertealgorithmen in der Auswerteeinrichtung 260 angewandt werden, um einen Funktionsparameter zu ermitteln. Ein Testbild kann so aufgebaut sein, dass durch seine Erzeugung mittels des auslenkbaren Mikrospiegels mehrere Funktionsparameter, also z. B. mechanische Bewegungsparameter, optische Bildqualitätsparameter und auch spezielle für Mikrospiegel kennzeichnende Parameter durch Erfassen von zumindest Teilbereichen des Testbildes und Auswerten durch die Auswerteeinrichtung 260 bestimmbar sind.
In 4 ist in einem Flussdiagramm das Verfahren zur Charakterisierung eines auslenkbaren Mikrospiegels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen Schritt des Erzeugens 100 eines Testbildes durch scannendes Projizieren mittels Auslenken eines Mikrospiegels und Modulieren eines auf den Mikrospiegel gerichteten Lichtstrahls. Das Testbild kann also in einem Scannvorgang durch Auslenkung eines Mikrospiegels und Modulation eines auf eine Spiegelfläche des Mikrospiegels gerichteten Lichtstrahls projiziert werden. Ferner weist das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt des Erfassen 110 zumindest eines Teilbereichs des erzeugten Testbildes mit einem Flächensensor auf und einen Schritt des Ermittelns 120 eines Funktionsparameters des Mikrospiegels in Abhängigkeit des Testbildes, mittels des Erfassten 110 zumindest einen Teilbereiches des Testbildes.
Das Erzeugen 100 des Testbildes kann beispielsweise durch Ansteuerung eines auslenkbaren Mikrospiegels in einer oder zwei Bewegungsrichtung erfolgen. Synchron dazu kann ein Lichtstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl, so moduliert werden, dass durch den reflektierten Lichtstrahl auf den synchron bewegten auslenkbaren Mikrospiegel ein Bild erzeugt bzw. geschrieben wird. Wie oben dargestellt, kann der Mikrospiegel beispielsweise um zwei senkrecht zueinander angeordnete Achsen verkippbar bzw. rotierbar sein, wobei in eine Richtung die Auslenkung resonant erfolgen kann zu einer Eigenfrequenz des Mikrospiegels und in einer anderen Richtung die Auslenkung quasistatisch durchgeführt wird. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Verfahren aber auch so durchgeführt werden und die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass beide Achsen resonant betrieben werden. Bei der Bewegung kann es sich um eine Torsionsbewegung bzw. Schwingungsbewegung handeln, um ein oder zwei Torsionsachsen. Das Erfassen 110 zumindest eines Teilbereichs des Testbildes mit einem Flächensensor kann beispielsweise mit Hilfe einer Kamera erfolgen, beispielsweise mit einer CCD-Kamera oder CMOS-Kamera. Das von dem Mikrospiegel erzeugte Bild kann direkt auf einen Flächensensor gerichtet sein, so dass dieser zumindest Teilbereiche des von dem Mikrospiegel erzeugten Bildes aufnimmt oder aber das von dem Mikrospiegel erzeugte Bild kann auch auf eine Projektionsfläche projiziert werden und von dort mittels einer Kamera bzw. einem Flächensensor und, falls nötig, mit einer entsprechenden Optik erfasst werden. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Ermittelns eines Funktionsparameters aus Bildinformationen von zumindest Teilbereichen des von dem Mikrospiegel erzeugten Testbildes. Die Art der zu ermittelnden Informationen bzw. Funktionsparameter hingt von dem jeweiligen Testbild ab.
Der Schritt des Erzeugen 100, des Erfassen 110 und des Ermitteln 120 kann mehrmalig hintereinander mit identischen oder auch unterschiedlichen Testbildern durchgeführt werden. Das Verfahren kann also auch darin bestehen, eine Sequenz von bestimmten Testbildern zur Erfassung spezieller Testbilder durchzuführen. Das Ermitteln 120 eines Funktionsparameters kann beispielsweise mit Hilfe eines Computers und entsprechenden speziellen Auswertealgorithmen durchgeführt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren so durchgeführt werden, dass der zu testende bzw. zu charakterisierende Mikrospiegel eine Sequenz spezieller Testbilder, beispielsweise mit speziellen Punktrasteranordnungen auf eine Projektionsfläche projiziert, die dann durch eine Kamera aufgenommen werden oder auch direkt auf den Flächensensor abgebildet werden. Mit Hilfe der Auswerteeinrichtung 260, also z. B. einem Computer, kann mit Hilfe eines Algorithmus ein systematischer Fehler korrigiert werden, und anschließend können mit einer Vielzahl weiterer spezieller Algorithmen bestimmte Funktionsparameter des Mikrospiegels ausgewertet bzw. bestimmt werden. Die Sequenz der Testbilder, die der Mikrospiegel abzubilden hat, kann so aufgebaut sein, dass sie mit generellen, die allgemeine Funktion charakterisierenden Parametern, wie dem maximalen mechanischen Scanwinkel, beginnt und schrittweise zu komplexeren, die Leistungsfähigkeit hinsichtlich Bildqualität charakterisierenden Parametern, wie die lokale Auflösung, übergeht. An jedem Schritt dieser Sequenz kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Vergleich des ermittelten Funktionsparameters mit einem Wert aus einer Spezifikation gegebenenfalls in Verbindung mit einem Abbruchskriterium des Tests erfolgen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiels kann der Schritt des Ermitteln 120 eines Funktionsparameters des Mikrospiegels so durchgeführt wird, dass der erfasste zumindest Teilbereich des Testbildes hinsichtlich der Position der von ihm enthaltenen Bildelemente ausgewertet und daraus der zu bestimmende Funktionsparameter des Mikrospiegels berechnet wird. Funktionsparameter können durch Testbilder, die nur bestimmte Anordnungen von Bildelementen enthalten, voneinander separiert werden. Ferner kann durch eine Wiederholung 125 der Schritte des Erzeugen 100, des Erfassen 110 und Ermitteln 120 im Sinne einer Sequenz von Testbildern zwei oder mehr verschiedene Funktionsparameter des Mikrospiegels ermittelt werden können,
Wie in dem Flussdiagramm in 5a dargestellt ist, kann das Verfahren ferner einen Schritt 140 des Positionieren und elektrischen Kontaktierens eines zu charakterisierenden Mikrospiegels umfassen. Da das Verfahren sowohl für einzelne Mikrospiegel als auch für Mikrospiegel auf Waferebene durchgeführt werden kann, kann das Positionieren und elektrische Kontaktieren eines Mikrospiegels also auch das Positionieren oder elektrische Kontaktieren eines Mikrospiegels auf Waferebene umfassen. Vorteilhafterweise können durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Reihe von sowohl mechanischen Bewegungsparametern, geometrischen Parametern als auch optischen Bildqualitätsparametern eines von dem Mikrospiegel erzeugbaren Bildes durch eine Sequenz von zu erzeugenden Testbildern charakterisiert bzw. getestet werden, ohne dass ein zu charakterisierender Mikrospiegel mehrfach positioniert oder elektrisch kontaktiert werden muss. Die Positionierung eines Mikrospiegels zum Testen kann also einmalig erfolgen.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren also einen einmaligen Schritt des Positionieren und elektrischen. Kontaktieren 140 des zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegels zum Erzeugen eines Testbildes aufweisen, wobei ferner die Schritte des Erzeugen 100 eines Testbildes, Erfassen 110 zumindest eines Teilbereiches des Bildes und Ermitteln 120 eines Funktionsparameters wiederholt mit einer Sequenz 125 unterschiedlicher Testbilder durchgeführt werden kann, um unterschiedliche mechanische Bewegungsparameter und Bildqualitätsparameter als Funktionsparameter zu erhalten.
Vor dem Positionieren und elektrischen Kontaktieren 140 eines ersten einer Menge zu untersuchender Mikrospiegels kann gemäß einigen Ausführungsbeispielen einmalig ein Schritt des Kalibrierens 130 erfolgen, wie in 5b dargestellt ist Dazu kann beispielsweise auf einen zum Auffangen des projizierten Testbildes gedachten Schirm bzw. Projektionsfläche ein Kalibriertarget 1 befestigt werden, welches beispielsweise aus einem regelmäßigen Punktmuster 2 (siehe 6) bestehen kann. Dieses wird dann einmalig mit der Kamera aufgenommen. Mittels eines Algorithmus werden dann mit Hilfe einer Auswerteeinrichtung bzw. eines Computers oder Mikroprozessors in der Aufnahme mittels Schwerpunktmethode die Positionen aller Punkte sowie durch Abbildungsfehler resultierende horizontale und vertikale Positionsabweichungen ermittelt und als eine den systematischen Fehler beschreibende Funktion, Fehlerfunktion, gespeichert. Im späteren Verlauf des Verfahrens werden als Bestandteil des Schrittes Ermitteln vor der Auswertung die erfassten Testbilder mittels der Fehlerfunktion korrigiert. Die Auflösung eines Flächensensors bzw. einer Kamera kann dabei um ein Vielfaches größer sein, als das von dem Mikrospiegel erzeugte Kalibriertestbild bzw. allgemeine Testbild. Ein Flächensensor bzw. eine Kamera können beispielsweise eine Auflösung von bis zu 30.000.000 Pixeln aufweisen, während ein vom Mikrospiegel erzeugtes Bild beispielsweise eine Auflösung von 100 bis 2.000.000 Pixeln aufweisen kann. Das von dem Mikrospiegel erzeugte Testbild kann überabgetastet sein, beispielsweise bis zu 30-fach überabgetastet, z. B. 2- bis 20fach. Ein von dem Mikrospiegel erzeugter Laser- bzw. Lichtfleck kann beispielsweise durch 4 bis 30 Pixel in der Fläche überabgetastet aufgenommen werden. Mit Hilfe einer Schwerpunktmethode kann dann für jeden Licht- oder Laserfleck eine Position des Licht und Laserflecks ermittelt werden.
Wie in dem Flussdiagramm in 5c dargestellt ist, kann der Schritt des Kalibrierens 130 folgende Unterschritte umfassen: Einrichten 130a der Vorrichtung, Positionieren 130b eines Kalibriertargets mit Bildelementen, Erfassen 130c des Kalibriertargets mit einem Flächensensor, Ermitteln 130d von Positionsabweichungen der Bildelemente in der Aufnahme des Targets und Ermitteln und Speichern 130e einer Fehlerfunktion/Korrekturfunktion. Bei den Bildelementen kann es sich beispielsweise um regelmäßig angeordnete Bildpunkte oder andere regelmäßige Pixelclusteranordnungen handeln. Eine Testbildaufnahme des erfindungsgemäßen Verfahrens, die im Schritt des Erfassen 120 aufgenommen wurde, kann dann hinsichtlich eines systematischen Fehlers mit der Fehlerfunktion bzw. der Korrekturfunktion korrigiert werden.
Der Schritt des Kalibrierens 130 kann beispielsweise einen Schritt des Bestimmens einer Fehlerfitfunktion umfassen. Dies kann beispielsweise mit einer Auswerteeinrichtung 260 durchgeführt werden, mit der beispielsweise aus den Positionsabweichungen zwischen den Punkten des normierten Kalibriertargets und denen des auf dem Flächensensor entstehenden Bildes des Kalibriertargets sowohl für die Horizontalrichtung, als auch für die Vertikalrichtung je eine Fehlerfitfunktion vorzugsweise durch einen zweidimensionalen Polynomfit gebildet wird. Damit lässt sich die Positionsabweichung für jeden Ort der Bildfläche, also auch zwischen den Stützstellen des Kalibriertargets, berechnen. Im späteren Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens kann so jedes durch die Kamera aufgenommene projizierte Testbild oder jedes mittels des Testsensors erfasste Testbild mittels der Fehlerfitfunktion hinsichtlich systematischer Systemfehler korrigiert werden. Nach dieser Korrektur kann gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Auswertung des erfassten bzw. aufgenommenen Testbildes zur Bestimmung von Funktionsparametern des Mikrospiegels erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann also einen Schritt des Kalibrierens 130 zur Bestimmung eines systematischen Fehlers eines erzeugten Testbildes aufweisen, wobei der Schritt des Kalibrierens 130, so durchgeführt wird, dass aus einer Abweichinformation zwischen einem Kalibriertarget sowie einem mit dem Flächensensor erfassten Bild des Kalibriertargets eine Fehlerfunktion bestimmt wird. Diese Fehlerfunktion kann dann als Fehlerkorrekturfunktion verwendet werden, die bei nachfolgenden Tests mit anderen Testbildern zur Korrektur des aufgenommenen Testbildes verwendet wird.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren zur Charakterisierung bzw. zum Testen eines auslenkbaren Mikrospiegels einen umfassenden und gleichzeitig zeiteffizienten Test bzw. Charakterisierungsmöglichkeit von Mikrospiegeln hinsichtlich Funktionsparametern, die sowohl Parameter des mechanischen Verhaltens als auch Bildqualitätsparameter einschließen können. Dies erlaubt beispielsweise die Beurteilung einer großen Anzahl zu testender Mikrospiegelexemplare anhand einer betreffenden Spezifikation. Eine solche Beurteilung kann durch das erfindungsgemäße Verfahren extrem applikationsnah erfolgen, da der jeweils zu testende bzw. zu charakterisierende Mikrospiegel sich in einem normalen Projektionsbetrieb, also dem Betrieb zur Projektion von Bildern, befindet und das projizierte Bild ausgewertet wird. Durch spezielle Testbilder, die im Folgenden noch näher beschrieben werden, und entsprechenden Auswertealgorithmen können Funktionsparameter sowohl voneinander separiert, als auch ihre Wirkung in Summe quantifiziert und beurteilt werden. Das Verfahren kann dabei alle typischen Aspekte der Projektion mittels Mikrospiegel berücksichtigen. Eine hohe Zeiteffizienz kann vor allem dadurch erzielt werden, dass alle Funktionsparameter hardwareseitig mit nur einem einzigen Verfahren ermittelbar sein können. Das heißt, der zu testende Mikrospiegel kann ein einziges Mal positioniert und elektrisch kontaktiert werden, und die Funktionsparameter können dann durch eine Sequenz von Testbildern ermittelt werden. Die Einzelschritte des Verfahrens umfassen dabei die Generierung und Auswertung von Testbildern. Die Generierung und Auswertung von Testbildern kann dabei automatisiert durch eine Auswerteeinrichtung 260 bzw. eine Ansteuerungseinrichtung 230 erfolgen. Da es sich dabei beispielsweise um Computer handeln kann, wird mit der gegenwärtig verfügbaren Rechentechnik nur ein geringer Zeitbedarf zur Berechnung der Funktionsparameter benötigt. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich damit auch für die fertigungsbegleitenden Tests von Mikrospiegeln im Waferverband. Eine Charakterisierung bzw. ein Test eines Mikrospiegels kann also vorteilhafterweise sehr schnell und hinsichtlich der Anzahl der zu testenden charakterisierenden Parameter auch sehr umfassend durchgeführt werden.
Anhand der 7 wird im Folgenden nun gemäß einem Ausführungsbeispiel zum erfindungsgemäßen Verfahren eine Test- bzw. Charakterisierungssequenz für auslenkbare Mikrospiegel zur Bildprojektion beschrieben. Das Verfahren kann auf auslenkbare Mikrospiegel zur Bildprojektion, aber allgemein auch auf andere Mikrospiegel angewandt werden. Ein zu charakterisierender Mikrospiegel kann während der Test bzw. Charakterisierungssequenz mit genau den Signalen angesteuert werden, die auch später in der Applikation verwendet werden sollen, also beispielsweise mit Signalen für eine Bildprojektion Eine Laserquelle, deren Projektionsstrahl dem Mikrospiegel zugefügt wird, so dass er von dessen spiegelnder Oberfläche reflektiert wird, kann synchron zur Bewegung des Mikrospiegels entsprechend den zu projizierenden Testbilddaten amplitudenmoduliert werden. Dies kann beispielsweise durch die Ansteuereinrichtung 230 erfolgen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Flächensensor 250 eine Kamera verwendet. Diese Kamera kann ebenfalls mir der Bewegung des Mikrospiegels synchronisiert werden, so dass sichergestellt werden kann, dass in jeder Aufnahme das Testbild durch den Mikrospiegel genau einmal vollständig geschrieben worden ist. Dazu kann beispielsweise das in der Ansteuerelektronik des Mikrospiegels enthaltene Vertikalsynchronsignal auf den Triggereingang der Kamera gegeben werden. Die Aufnahmerate der Kamera 250 kann so eingestellt werden, dass entweder jedes durch den Mikrospiegel geschriebene Frame oder eine repräsentative Stichprobe als Zeitserie aufgenommen werden kann. Die Kamera kann also synchronisiert zur Bilderzeugung arbeiten. Ein Frame kann ein Testbild umfassen, also ein Testbild pro Frame. Durch Maßnahmen in den Testbild-Auswertealgorithmus-Kombinationen, sowie den Kalibrierungsschritt kann das Verfahren gegenüber Fehljustage der optischen Achsen von Mikrospiegel und Kamera zueinander, gegenüber Abbildungsfehlern der Kamera sowie gegenüber Schrägstellung von Zeilen des projizierten Bildes robust durchgeführt werden. Nach einem Kalibrierungsschritt, wie oben beschrieben, kann dann mittels einer in dem Kalibrierschritt bestimmten Fehlerfitfunktion ein jeweils erzieltes Testbild hinsichtlich systematischer Fehler korrigiert werden. Zur Durchführung eines umfassenden Tests bzw. einer Charakterisierung kann durch einen auslenkbaren Mikrospiegel in Form eines Einzelchips oder als Bestandteil eines Waferverbandes einmalig so in die Position gebracht werden, dass der Strahl eines Lasers oder einer Lichtquelle allgemein die Spiegelfläche trifft und das vom Spiegel erzeugte Bild auf einen Projektionsschirm oder auch direkt in einen Flächensensor fällt. Dazu wird der Mikrospiegel elektrisch kontaktiert und entsprechend angesteuert. Über Zuleitungen kann der Mikrospiegel also mit einer entsprechenden Ansteuerelektronik bzw. mit einer entsprechenden Ansteuereinrichtung 230 verbunden sein.
Diese Ansteuereinrichtung 230 kann die Signale für einen der Applikation entsprechenden Projektionsbetrieb bereitstellen. Sie kann also entsprechende Signale bereitstellen, um ein Testbild von dem Mikrospiegel erzeugen zu lassen. Die Lichtstrahlerzeugungsreinrichtung 200 bzw. der Laser können synchron zur Bewegung des Mikrospiegels entsprechend der Bilddaten amplitudenmoduliert werden. Nun kann in dem Ausführungsbeispiel in 7, die im Folgenden beschriebene Sequenz 3 von Testbildern abgearbeitet werden.
Ein erstes Testbild 4 kann beispielsweise vollständig aus weißen Pixeln bestehen. Dieses wird dann von dem Mikrospiegel beispielsweise auf einem Projektionsschirm oder Projektionsfläche projiziert und durch eine Kamera aufgenommen 110. Nach der oben beschriebenen Kompensation des systematischen Fehlers 22 mit Hilfe der vorher durchgeführten Kalibrierung werden die obere, untere, linke und rechte Kante der entstehenden Weißfläche detektiert und durch eine Kleinstfehlerquadratmethode für jede Kante eine Geradengleichung bestimmt 4a. Dies kann beispielsweise durch Ausführen eines entsprechenden Auswertealgorithmus mit Hilfe der Auswerteeinrichtung 260 durchgeführt werden.
Der mittlere Abstand zwischen gegenüberliegenden Geraden wird daraus berechnet 4b und der maximale Scanwinkel des zu charakterisierenden Mikrospiegels für die Horizontal- und Vertikalrichtung bestimmt 4c. Aus der Abweichung 4d des tatsächlichen Kantenverlaufes von der jeweils zugehörigen Geradengleichung kann die Feldverzeichnung des projizierten ersten Testbildes bestimmt werden 4e. Mit Hilfe eines entsprechenden Algorithmus kann durch eine strahlenoptische Simulation mit Hilfe der Auswerteeinrichtung der durch den Strahlengang systematisch bedingte Anteil der Feldverzeichnung bestimmt werden. Wird dieser Anteil von der ermittelten Feldverzeichnung subtrahiert 4f, bleibt der für einen Mikrospiegel typische, durch Achsenübersprechen verursachter Anteil – die Achsenkopplung 4g – übrig.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann also ein für die Erzeugung von Bildern durch Mikrospiegel typische Maßzahl des Achsenübersprechens, zwischen einer Horizontalbewegungsachse und einer Vertikalbewegangsachse ermittelt werden. Werden für die horizontalen und vertikalen Bildkanten jeweils der Spitze-Spitze-Wert dieser Abweichung bestimmt, und die Werte der horizontalen Kanten auf die Bildhöhe bzw. die Bildwerte der Vertikalen auf die Bildbreite normiert, können diese als Maß bzw. Maßzahl für die Feldverzeichnung als konzentrierter Bildqualitätsparameter oder Maßzahl angegeben werden. Umgedreht können die Werte der horizontalen Kanten auch auf Bildbreite und die Werte der vertikalen Kanten auf die Bildhöhe normiert werden mit dem Ergebnis eines Koppelfaktors der Vertikalbewegungsachse auf die Horizontalbewegungsachse, sowie eines Koppelfaktors der Horizontalbewegungsachse auf die Vertikalbewegungsachse. Diese beiden Koppelfaktoren stellen eine Maßzahl bzw. einen konzentrierten Qualitätsparameter für das Achsenübersprechen bzw. die Achsenkopplung des zu charakterisierenden Mikrospiegels dar. Dabei handelt es sich also um einen speziell bei der Bilderzeugung durch Mikrospiegel bedeutsamen Funktionsparameter. Dieser mikrospiegelcharakterisierende Parameter kann Rückschluss geben auf die mechanische Kopplung zwischen den entsprechenden Bewegungsachsen des Mikrospiegels.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Testbild überwiegend aus Weißpixel bestehen. Als Weißpixel kann ein Pixel bezeichnet werden, wenn es durch einen Licht- oder Laserfleck erzeugt wird. Das Weißpixel kann also ein „leuchtendes” Pixel sein, dass von dem Mikrospiegel projiziert wird. Es sollte jedoch daraufhin gewiesen werden, dass allgemein als erfindungsgemäße Testbilder auch helligkeitsinvertierte Varianten der Testbilder genutzt werden können, sowie „Weißpixel” nicht ideal weiß und „Schwarzpixel” nicht ideal schwarz sind, sondern auch Grau bzw. Farbwerte aufweisen können. Die Pixelraster in den Testbildern sollten einen ausreichenden Kontrast zu den sie umgebenen Pixeln aufweisen, um ein gutes Erfassen des Testbildes mit dem Flächensensor oder ein Abbilden eines zumindest Teilbereichs des Testbildes auf den Flächensensor zu ermöglichen, so dass ein zu ermittelnder Funktionsparmeter korrekt bestimmt werden kann.
In dem Schritt des Erfassen 110 kann die obere Kante, die untere Kante, die rechte Kante und die linke Kante des Testbildes erfasst werden und im Schritt des Ermittelns 120 eine Geradengleichung der oberen Kante, der unteren Kante, der rechten Kante und der linken Kante mittels Kleinstfehlerquadratmethode bestimmt werden, um eine Feldverzeichnung zu bestimmen. Mit Hilfe einer strahlenoptischen Simulation kann dann ein durch den Lichtstrahlengang systematisch bedingter Anteil einer Feldverzeichnung bestimmt werden, so dass aus der bestimmten Feldverzeichnung und der systematisch bedingten Feldverzeichnung ein Koppelfaktor der Achsen eines zu charakterisierenden Mikrospiegels mit einer Horizontalbewegungsachse und einer Vertikalbewegungsachse bestimmt werden kann.
Wie in dem Flussdiagramm in 7 dargestellt ist, kann also beispielsweise als erstes Testbild eine Weißfläche von dem Mikrospiegel projiziert werden. Danach kann die Aufnahme des Projektionsbildes 110 mittels einer Kamera oder Flächensensor erfolgen. Wie bereits beschrieben, kann danach eine Kompensation des systematischen Fehlers 22 durchgeführt werden. Die Ermittlung des systematischen Fehlers kann durch einen vorangehenden Kalibrierschritt 130 erfolgen, mit dem ein systematicher Fehler der Bilderzeugung bestimmt wird. Mit Hilfe eines Linearfits 4b kann, wie oben beschrieben, die Position ermittelt wenden und daraus als Funktionsparameter ein maximaler Scanwinkel des auslenkbaren Mikrospiegels bestimmt werden. Dieser Wert kann dann beispielsweise mit einem spezifizierten maximalen Scanwinkel verglichen werden 4h und je nachdem, ob der gemessene maximale Scanwinkel die Spezifikation erfüllt, kann ein Abbruch des Tests bzw. der Charakterisierung erfolgen. Als weitere Funktionsparameter können die Feldverzeichnung bzw. die Achsenkopplung bestimmt werden und jeweils mit den entsprechenden Spezifikationswerten verglichen werden.
Allgemein kann ein ermittelter Funktionsparameter mit einem Abbruchskriterium verglichen werden und je nachdem, ob dieses erfüllt wird oder nicht, kann der Tests des Mikrospiegels fortgesetzt oder abgebrochen werden. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Test auch fortgesetzt werden, wenn ein Spezifikationswert oder ein Abbruchskriterium nicht erfüllt ist. In diesem Fall kann beispielsweise eine Fehlerinformation gespeichert oder in einer Datei abgespeichert werden.
Wie in dem Flussdiagramm in 7 dargestellt ist, kann dann ein zweites Testbild 5, welches beispielsweise aus einem zweidimensionalen regelmäßigem Punktraster ähnlich dem Kalibriertarget in 6 besteht, auf eine Projektionsfläche projiziert werden und durch eine Kamera 110 aufgenommen werden. Das projizierte Testbild wird also wieder aufgenommen bzw. erfasst 110 und ein systematischer Fehler wird wieder kompensiert 22. In diesem Ausführungsbeispiel können beispielsweise nach Kompensation des systematischen Fehlers mittels Schwerpunktmethode die Positionen aller Punkte 5a sowie ihrer Positionsabweichung in Horizontal- und Vertikalrichtung ermittelt werden 5b. Dies ist schematisch in dem Kästchen 5a, 5b in 7 dargestellt. Die Positionen aller Punkte können in Karten abgelegt bzw. zwischengespeichert werden, wobei diese Karten bzw. zwischengespeicherte Positionsinformationen Aufschluss über die Verteilung lokaler Verzeichnung über die Bildfläche geben. Es kann also eine Maßzahl für die lokale Verzeichnung eines durch den Mikrospiegel erzeugbaren Bildes über die Bildfläche gegeben werden. In einem entsprechenden Auswertealgorithmus der Auswerteeinrichtung 260 können die Daten in geeigneter Weise, vorzugsweise betragsweise, aufsummiert und hinsichtlich Bildgröße, Auflösung der Kamera und Anzahl der Messpunkte normiert werden. Die Daten ergeben dann als Maßzahl die relative Summe lokaler Verzeichnung als konzentrierten Qualitätsparameter. Dies ist schematisch in den Blöcken 5c und 5d dargestellt. Wie oben bereits beschrieben, können die ermittelten Funktionsparameter wieder mit vorbestimmten Abbruchskriteriumsparametern oder Spezifikationswerten verglichen werden.
Bei den so ermittelbaren Verzeichnungen kann es sich beispielsweise um kissenartige oder tonnenförmige Verzeichnung handeln, oder aber auch um komplexere Verformungen wie sie typischerweise bei Mikrospiegeln auftreten können, wie z. B. U-förmige oder sichelförmig verkrümmte Verzeichnungen. Zur Bestimmung der Position sowie ihrer Positionsabweichungen. in Horizontal- und Vertikalrichtung kann die Schwerpunktmethode verwendet werden. Da es sich um keine mathematischen Punkte handelt, die von dem Laserstrahl abgebildet werden, sondern um ausgedehnte Lichtflecke, die mehrere Pixel umfassen können, kann die Position eines Punktes beispielsweise durch Berechnung des Schwerpunktes über die Bildung des Mittelwertes der mit dem jeweiligen Helligkeitswert gewichteten Position aller Pixel über die sich der Punkt erstreckt ermittelt werden. Es kann also über das gesamte Bild eine Karte mit lokalen Fehlern und Abweichungen von der idealen Position erzeugt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Testbild eine zweidimensionale regelmäßige Anordnung von Pixelcluster aufweisen und mittels einer Schwerpunktmethode Positionsabweichungen des von den zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegel erzeugten Testbildes von einer fehlerfreien regelmäßigen Sollanordnung des Pixelclusters in Horizontalrichtung und in Vertikalrichtung im Schritt des Ermitteln 120 eines Funktionsparameters ermittelt werden, um basierend auf den Positionsabweichungen eine lokale Verzeichnung zu ermitteln.
Bei dem dritten Testbild mit Bezugszeichen 6 in 7 kann es sich beispielsweise um ein eindimensionales vertikales Punktraster handeln, das von dem zu untersuchenden Mikrospiegel projiziert werden soll und durch eine Kamera aufgenommen wird. Dieses Testbild kann, wie in 8 dargestellt ist, aus einer Anzahl 2n Messspalten 7, die symmetrisch zur horizontalen Bildmitte 8 angeordnet sind, bestehen. In dem ansonsten schwarzen Testbild kann in jeder der Messspalten jedes n-te Pixel 9 auf weiß geschaltet, wobei zwischen benachbarten Messspalten ein Vertikalversatz von 1 Pixel besteht. Dadurch enthält jede Zeile des Testbildes an zwei Orten symmetrisch zur horizontalen Bildmitte je ein Weißpixel. Das Testbild enthält dadurch die Information über die aktuelle vertikale Position jeder Bildzeile. Durch die Verteilung dieser Information auf mehrere Messspalten ist das Testbild robust gegenüber Überlappung benachbarter Zeilen. Durch den gegenüber der horizontalen Bildmitte symmetrischen Aufbau des Testbildes ist dieses darüber hinaus robust gegenüber Schrägstellung der Zeilen. Von dem projizierten Testbild wird eine Serie durch die Kamera bzw. Flächensensor aufgenommen 110. In jede Aufnahme wird die vertikale Position jeder Zeile durch das oben beschrieben Schwerpunktverfahren bestimmt 6a. Die Daten repräsentieren dann die vertikale Zeilenposition als Funktion der Zeilennummer. Eine numerische Ableitung dieser Funktion repräsentiert die Zeilendichte als Funktion der Zeilennummer. Dies kann beispielsweise wieder mit der Auswerteeinrichtung 260 durchgeführt werden. Durch Subtraktion einer Sollwertfunktion einer dieser beiden Funktionen kann eine Fehlerfunktion berechnet 6b und beispielsweise ihr Maximalwert als konzentrierte Qualitätsparameter der Fehleramplitude angegeben werden. Weiterhin kann für jede Zeilennummer die vertikale Position als Zeitfunktion zur Beurteilung von Jitter-Effekten angegeben werden. Durch Bestimmung des Minimal- und Maximalwertes dieser Funktion, einer geeigneten Aufsummierung über alle Zeilennummern sowie einer Normierung hinsichtlich Zeilenzahl, Bildgröße und Auflösung der Kamera kann ein konzentrierter Qualitätsparameter bzw. eine Maßzahl für den vertikalen Jitter angegeben werden. Mit dem dritten Testbild kann also ein vertikaler Trajektorienfehler bestimmt werden bzw. eine entsprechende Maßzahl ermittelt werden. Das dritte Testbild 6 ist dabei besonders auf die Bilderzeugung mittels Scanner bzw. auslenkbarem Mikrospiegel zugeschnitten. Das Schreiben eines Bildes mit Hilfe eines auslenkbaren Mikrospiegels erfolgt zeilenweise sowohl im Zeilenhinlauf, als auch im Zeilenrücklauf einer sinusartigen Bewegung des Mikrospiegels. Dadurch kann es passieren, dass vor allem an den Rändern des Bildes eine Annäherung der Bildpunkte im Hin- und Rücklauf stattfindet. Die Geschwindigkeit der Bilderzeugung in vertikaler Richtung sollte konstant sein, jedoch können sich Abweichungen durch eine Überlagerung einer Resonanzschwingung des Scannerspiegels bzw. des zu charakterisierenden Mikrospiegels ergeben, so dass Stauchungen und Streckungen des Bildes auftreten können und für einen Betrachter der Eindruck eines unruhigen bewegten Bildes entstehen kann. Mit dem obigem dritten Testbild 6 kann eine Maßzahl für die Variation der Abweichung des Zeilenabstandes gegeben werden. Dazu kann wie oben beschrieben eine Sequenz von Testbildern als Serie aufgenommen werden wie in dem Flussdiagramm in 7 dargestellt ist, wird das Testbild 3 nach der Aufnahme des Projektionsbilds 110 und nach einer Kompensation des systematischen Fehlers 22, mit Hilfe von Auswertealgorithmen ausgewertet. Dabei werden die vertikale Zeilenposition und Zeilendichte ermittelt 6a, eine Fehlerfunktion und eine Jittersumme bestimmt 6b und daraus als Funktionsparameter bzw. als Maßzahl ein vertikaler Trajektorienfehler 6c bestimmt. Dieser Funktionsparameter kann wieder, wie bereits oben beschrieben mit entsprechenden Spezifikationswerten oder Abbruchskriteriumswerten verglichen werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Testbild ein vertikales 1-Pixel-Punkteraster mit 2n Messspalten aufweisen, die symmetrisch zu einer horizontalen Testbildmitte angeordnet sind. Dabei sind in jeder Messspalte des Testbildes 1-Pixel-Punkte in einem festen, für die Messspalten gleichen Intervall, aber mit einem vertikalen Versatz unter benachbarten Messspalten angeordnet. Das Testbild kann mehrmals erfasst werden und im Schritt des Ermitteln 120 für Zeilen des Testbildes in denen 1-Pixel-Punkte des Testbildes liegen, eine Schwankung einer vertikalen Position bestimmt werden.
Bei dem vierten Testbild 10 (siehe 9) handelt es sich um ein horizontales eindimensionales Punktraster. Dieses Testbild besteht aus einer Anzahl 2n Messzeilen 11, die symmetrisch zur vertikalen Bildmitte 12 angeordnet sind. In dem ansonsten schwatzen Testbild 4 ist in jeder der Messzeilen jedes n-te Pixel 9 auf weiß geschaltet, wobei zwischen benachbarten Messzeilen ein horizontaler Versatz von einem Pixel besteht. Dadurch enthält jede Spalte des Testbildes an zwei Orten symmetrisch zur vertikalen Bildmitte je ein Weißpixel. Das Testbild enthält nun dadurch die Information über die aktuelle horizontale Position jeder Bildspalte. Durch die Verteilung dieser Information auf mehrere Messzeilen ist das Testbild mm robust gegenüber Überlappung benachbarter Spalten. Durch den gegenüber der vertikalen Bildmitte symmetrischen Aufbau des Testbildes ist dieses darüber hinaus robust gegenüber Schrägstellung der Spalten. Von dem Testbild wird eine Serie aufgenommen. In jede Aufnahme wird die horizontale Position jeder Spalte wieder durch Schwerpunktverfahren bestimmt. Die Daten repräsentieren dann die horizontale Spaltenposition 10a als Funktion der Spaltennummer. Eine numerische Ableitung der Funktion repräsentiert die Spaltendichte 10a als Funktion der Spaltennummer. Durch Subtraktion einer Sollwertfunktion einer dieser beiden Funktionen kann eine Fehlerfunktion 10b berechnet und beispielsweise ihr Maximalwert als konzentrierte Qualitätsparameter der Fehleramplitude angegeben werden. Weiterhin kann für jede Spaltennummer die horizontale Position als Zeitfunktion zur Beurteilung von Jittereffekten angegeben werden. Durch Bestimmung des Minimal- und Maximalwertes dieser Funktion, einer geeigneten Aufsummierung über alle Spaltennummern sowie einer Normierung hinsichtlich Spaltenzahl, Bildgröße und Auflösung der Kamera kann ein konzentrierter Qualitätsparameter bzw. eine Maßzahl des horizontalen Jitters angegeben werden. Bei der Bilderzeugung mittels eines Mikrospiegels und der oben erwähnten speziellen Art der Bilderzeugung der Zeilen in Hin- und Rücklauf kann es dazu kommen, dass die Spaltenabstände nicht konstant sind, da es am rechten und linken Bildrand zu Abweichungen der sinusförmigen Bewegungen des Lichts bzw. Laserstrahls aufgrund von Nichtlinearitäten in der entsprechenden Federkonstante der Torsionsfedern und wie der Mikrospiegel schwingt, kommen kann.
Wie im Flussdiagramm in der 7 schematisch dargestellt ist, kann also mit dem Testbild 4 nach Aufnahme des Projektionsbildes 110 und Kompensation des systematischen Fehlers 22 ein Auswertealgorithmus durchgeführt werden, um die horizontale Spaltenposition und Spaltendichte zu ermitteln 10a, sowie eine Fehlerfunktion und eine Jittersumme zu bestimmen 10b, um daraus eine Maßzahl bzw. einen Funktionsparameter für den horizontale Trajektorienfehler 10c zu ermitteln. Eine Überprüfung hinsichtlich eines Abbruchkriteriumwertes bzw. einer Spezifikation kann ebenfalls wieder erfolgen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Testbild ein horizontales 1-Pixel-Punkteraster mit 2n Messzeilen aufweisen, die symmetrisch zu einer vertikalen Testbildmitte angeordnet sind. Dabei sind in jeder Messzeile des Testbildes 1-Pixel-Punkte in einem festen, für die Messzeilen gleichen Intervall, aber mit einem horizontalen Versatz unter benachbarten Messzeilen angeordnet. Das Testbild kann mehrmals erfasst werden und im Schritt des Ermitteln 120 für Spalten des Testbildes in denen 1-Pixel-Punkte des Testbildes liegen, eine Schwankung einer horizontalen Position bestimmt wird.
Ein fünftes Testbild 13, welches aus einem horizontal und vertikal regelmäßigen Raster von einzelnen Weißpixeln 9 (siehe 10) vor schwarzem Hintergrund besteht, wird wieder von dem zu charakterisierenden Mikrospiegel projiziert und durch die Kamera aufgenommen 110. Im Gegensatz zu dem zweiten Testbild 5 und dem Kalibriertarget (siehe 6) besteht das horizontal und vertikal regelmäßige Raster jeweils nur aus einzelnen Weißpixeln vor schwarzem Hintergrund Mit Testbild 5 kann eine lokale visuelle Auflösung, eine visuelle Gesamtauflösung sowie eine statische und dynamische Spiegeldeformationen bestimmt werden bzw. in einer entsprechenden Maßzahl angegeben werden. Nach der Aufnahme des Projektionsbildes und nach der Kompensation der systematischen Fehlers 22 wird wieder mittels Schwerpunktverfahren für jeden projizierten Punkt der Mittelpunkt und davon ausgehend über ein Schwellwertverfahren in horizontaler und vertikaler Richtung der Durchmesser bestimmt 13a. Durch Anwendung des Rayleigh-Kriteriums kann jeweils auf die lokal maximal mögliche Punktdichte in Horizontal- und Vertikalrichtung, d. h. die Auflösung geschlossen werden. Nach dem Rayleigh-Kriterium erscheinen zwei Bildpunkte noch getrennt, d. h. aufgelöst, wenn das Maximum des Beugungsmusters des einen Bildpunktes in das erste Intensitätsminimum des zweiten fällt. Daraus kann eine Karin bzw. eine Information generiert werden, die Aufschluss über die Verteilung der Auflösung über die Bildfläche gibt. Mit Hilfe von entsprechenden Auswertealgorithmen in der Auswerteeinrichtung können dann daraus die mittlere-, die minimale- und die maximale Auflösung bestimmt und als konzentrierter Qualitätsparameter bzw. als Maßzahl für die Auflösung angegeben werden. Die lokale Auflösung kann auch über die Bildbreite sowie Bildhöhe aufsummiert und als Gesamtwert angegeben werden. Entsprechende Auswertealgorithmen können durchgeführt werden bzw. von der Auswerteeinrichtung benutzt werden, um die entsprechenden Maßzahlen zu berechnen. Wie in dem Flussdiagramm in den Blöcken 13b, c und d dargestellt ist, kann also durch Anwendung des Rayleigh-Kriteriums zur Bestimmung der Auflösung, sowohl eine lokale visuelle Auflösung 13c als auch eine visuelle Gesamtauflösung 13d, welches durch die Mikrospiegel erzielbar ist, bestimmt werden. Diese Maßzahl bzw. Funktionsparameter können wieder mit vorbestimmten Abbruchskriterien bzw. Spezifikationswerten verglichen und gegebenenfalls der Test abgebrochen werden oder die entsprechende Fail- oder Passinformation gespeichert werden. Mit Hilfe von Testbild 5 kann also eine Dichte unterscheidbarer Punkte in X- und Y-Richtung angegeben werden, also eine effektive sichtbare Auflösung ermittelt werden.
Allgemein können Größen, die einen systematischen Fehler hervorrufen können, wie z. B. der Abstand des Mikrospiegels zu einer Projektionsfläche und der Divergenz des Lichtstrahls durch die oben beschriebene Kompensation systematischer Fehler herausgerechnet werden.
Mit Hilfe des Testbildes 5 und einer Auswertung der Intensitätsverteilungsfunktion über die Bildfläche 13e kann dann mit Hilfe von wellenoptischen Modellen 13f auch eine statische und dynamische Spiegeldeformation 13e bestimmt werden. Dabei handelt es sich um spezielle Funktionsparameter, die bei der Erzeugung von Bildern durch mikromechanische Spiegel von Bedeutung sein können.
Während der Schwingbewegung des Spiegels zur Bilderzeugung kann es zu dynamischen Spiegeldeformationen kommen, so dass die projizierte Punktgröße über dem projizierten Testbild bzw. Bild variieren kann. Der Mikrospiegel kann sich also geringfügig verformen bzw. nicht eben sein, so dass von dem Mikrospiegel reflektierte Lichtflecke, die ein Bild erzeugen sollen, auf einer Projektionsfläche vergrößert werden. Eine Deformation kann deshalb synchron zur Spiegelbewegung stattfinden.
Bei der Bilderzeugung kann die Spiegelfläche eines Mikrospiegels durch den Licht- bzw. Laserstrahl vollständig ausgeleuchtet sein. Eine Spiegelfläche kann beispielsweise einen Durchmesser von 0,5 mm bis 2 mm aufweisen. Durch statische bzw. dynamische Spiegeldeformationen kann die Gestalt des Laser- oder Lichtstrahlflecks an verschiedenen Punkten des Bildes unterschiedlich bzw. vergrößert sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Testbild eine regelmäßige horizontale und vertikale Anordnung von einzelnen Weißpixel aufweisen wobei für jeden, durch den zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegel erzeugten Lichtstrahlfleck im Schritt des Ermitteln 120 mit Hilfe einer Schwerpunktmethode ein Mittelpunkt ermittelt wird und durch Anwendung eines Schwellwertverfahrens ein Durchmesser des Lichtstrahlfleckes in horizontaler und vertikaler Richtung bestimmt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Testbild eine regelmäßige Verteilung von 1-Pixel-Punkteraster aufweisen und wobei durch den zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegel an den 1-Pixel-Punkten erzeugten Lichtstrahlfleck im Schritt des Erfassen 110 lokal durch den Flächensensor mit einer Auflösung abgetastet wird, so dass sich mehr als 4 Abtastpunkte in den Lichtstrahlfleck befinden und für demselben daraus ein von dem Durchmesser des jeweiligen Lichtstahlflecks in horizontaler und vertikaler Richtung abhängiger Mittelpunkt bestimmt wird.
Ein sechstes Testbild 14 kann aus drei gleichabständigen und symmetrisch zur horizontalen Bildmitte angeordneten Messspalten bestehen. Das entsprechende sechste Testbild wird wieder von dem Mikrospiegel projiziert und durch die Kamera in eine Serie aufgenommen 20. In dem ansonsten schwarzen Testbild 6 sind in der mittleren Messspalte 15 (siehe 11) entweder alle Pixel in den ungeraden Zahlen oder alle Pixel in den geraden Zahlen auf weiß geschaltet. In den beiden äußeren Messspalten 16 und 17 sind die Pixel in der jeweils anderen Zeile auf weiß geschaltet. Ein Phasenfehler der horizontalen Ablenkbewegung des Mikrospiegels, also bei einer Phasenverschiebung zwischen Laseransteuerung bzw. Lichtstrahlansteuerung und Spiegelbewegung kann es zu einer nahezu proportionalen Horizontalverschiebung von Bildinformationen kommen, wobei diese Verschiebung bei geraden und ungeraden Zeilen gegensinnig erzeugt wird. Nach Kompensation des systematischen Fehlers 22 wird in jeder Aufnahme aus der Serie für jede Zeilennummer durch Schwerpunktverfahren die Position der drei Messspalten ermittelt und daraus ein lokaler Phasenfehler als Funktion der Zeilennummer berechnet. Es kann also ein Phasenfehler aus der Anzahl der Verschiebung der Pixel bestimmt werden und damit eine Funktion der Phase in Abhängigkeit der Zeilennummer oder der vertikalen Position und der Zeit aufgestellt werden. Innerhalb einer Aufnahme kann die Differenz zwischen Maximal- und Minimalwert des Phasenfehlers als konzentrierte Qualitätsparameter für den durch die Achsenkopplung hervorgerufenen Anteil des Phasenfehlers bestimmt werden. Es lassen sich also wieder spezielle für die Erzeugung eines Bildes mittels Mikrospiegel bedeutende Funktionsparameter bestimmen. Über die Serie von Aufnahmen kann der Mittelwert des Phasenfehlers als Zeitfunktion angegeben werden. Weiterhin kann nach entsprechender Hoch-, Band- bzw. Tiefpassfilterung der Zeitfunktion jeweils die Differenz zwischen Maximal- und Minimalwert bestimmt werden und als konzentrierter Qualitätsparameter für das Maß des Phasenjitters, des Phasenswims bzw. der Phasendrift angegeben werden. Allgemein kann also ein Maß für die Drift, ein Minimalwert und ein Maximalwert fit die Drift sowie ein Minimal- und Maximalwert für den Jitter ermittelt werden. Allgemein kann also eine Auswerteeinrichtung 260 einen Auswertealgorithmus ausführen, bei dem eine horizontale Verschiebung gerader/ungerader Zeilen bestimmt wird 14a, daraus ein Phasenfehler ermittelt wird 14b, aus dem dann eine Maßzahl für die Drift 14c, den Swim 14d und den Jitter 14e bestimmt wird. Diese Funktionsparameter bzw. Maßzahlen können wieder mit einer Spezifikation bzw. mit einem Abbruchskriterium verglichen werden. Falls ein zu charakterisierender bzw. testender Mikrospiegel sämtliche Spezifikationswerte bzw. Abbruchskriteriumswerte erfüllt, kann ein zu testender Mikrospiegel als ein ordnungsgemäßes Bauteil, welches eine vorgegebene Spezifikation erfüllt, gekennzeichnet werden. Dementsprechend kann das Verfahren zum Charakterisieren von Mikrospiegeln einen weiteren Schritt des Ausgeben einer Pass- oder Fehlinformation bezüglich des zu charakterisierenden oder testenden Mikrospiegels aufweisen. Diese Information kann basierend auf einem oder mehreren Testbildern beruhen und kann beispielsweise an einen Monitor oder in eine Datei ausgegeben werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiels kann ein Testbild eine Mehrzahl von gleich beabstandeten und zu einer horizontalen Testbildmitte angeordneten Messspalten des Testbildes aufweisen, wobei eine erste Messspalte der Mehrzahl von Messspalten in ungeraden oder geraden Zeilen Weißpixel aufweist und eine andere Messspalte der Mehrzahl von Messspalten in den zur ersten Messspalte anderen bzw. entgegengesetzten ungeraden oder geraden Zeilen Weißpixel aufweisen, so dass bei einem Phasenfehler der horizontalen Ablenkbewegung des Mikrospiegels und des Lichtstrahls eine gegensinnige Verschiebung des Testbildes erfolgt. Dadurch kann im Schritt des Ermitteln 120 beispielsweise durch ein Schwerpunktverfahren ein lokaler Phasenfehler als Funktion der Zeilennummer berechnet werden und aus einer Differenz zwischen Maximalwert und Minimalwert eines Phasenfehlers eine Maßzahl für eine Achsenkopplung eines Mikrospiegels mit einer Horizontalbewegungsachse und einer Vertikalbewegungsachse bestimmt werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren also allgemein ein Erzeugen eines Testbildes mit einem zu charakterisierenden Mikrospiegel aufweisen, sowie ein Erfassen zumindest eines Teilbereiches des Testbildes mit einem Flächensensor, wie z. B. eine Kamera und einer Bestimmung bzw. einem Ermitteln eines zu bestimmenden Funktionsparameters des Mikrospiegels in Abhängigkeit des zu erzeugenden Testbildes und mittels des zumindest einen Teilbereiches des Testbildes, welches durch den Flächensensor erfasst wurde.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann der zu ermittelnde Funktionsparameter ein Parameter sein, der speziell für Mikrospiegel charakterisierend ist. Es kann sich also um einen speziell mikrospiegelcharakterisierenden Parameter handeln. Dabei kann der auslenkbare Mikrospiegel eine Horizontalbewegungsachse und eine Vertikalbewegungsachse aufweisen. Bei diesen Bewegungsachsen kann es sich um Torsionsachsen handeln, um die der Mikrospiegel beispielsweise durch Kammelektrodenantrieb verkippbar ist. Ein solcher zu bestimmender spezieller mikrospiegelcharakterisierender Parameter kann beispielsweise eine Maßzahl für die Feldverzeichnung eines Bildes durch eine Kopplung der horizontalen Bewegungsachse mit der vertikalen Bewegungsachse sein. Ferner kann solch ein speziell mikrospiegelcharakterisierender Parameter auch ein Kopplungsfaktor der vertikalen Bewegungsachse auf die horizontale Bewegungsachse sein, ein Kopplungsfaktor der horizontalen Bewegungsachse auf die vertikale Bewegungsachse, ein Maß für die lokale Verzeichnung über die Testbildfläche, eine Maßzahl für die Abweichung des Zeilenabstandes im Testbild, eine Maßzahl für die Abweichung des Spaltenabstandes im Testbild, eine Verteilung der Auflösung über die Testbildfläche, eine Maßzahl einer statischen Spiegeldeformation, eine Maßzahl einer durch die Mikrospiegelbewegung hervorgerufenen dynamischen Mikrospiegeldeformation oder eine Maßzahl für den durch die Achsenkopplung zwischen der Horizontalbewegungsachse und der Vertikalbewegungsachse des Mikrospiegels hervorgerufenen Anteils eines Phasenfehlers zwischen einer Mikrospiegelbewegung und einer Ansteuerung des Lichtstrahls. Der mikrospiegelcharakterisierende Parameter kann ferner eine Maßzahl für die zeitliche und/oder örtliche Schwankung des Spaltenabstandes, eine Maßzahl für die zeitliche und/oder örtliche Schwankung des Zeilenabstandes oder eine lokale Verteilung der lichtstrahlaufweitenden Eigenschaften des Mikrospiegels aufgrund von statischen Mikrospiegeldeformationen umfassen.
Insbesondere sollte darauf hingewiesen werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren als Computerprogramm bzw. als Software durchgeführt werden kann. Das heißt, abhängig von den Gegebenheiten, kann das Verfahren auch als Software implementiert sein. Die Implementation kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette, einer CD oder DVD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, so dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird Allgemein besteht die Erfindung somit auch aus einem Computerprogrammprodukt mit auf einem maschinenauslesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung somit als Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Das Computerprogrammprodukt kann beispielsweise eine Ansteuereinrichtung entsprechend zur Testbilderzeugung ansteuern, sowie basierend auf dem vom Flächensensor erfassten zumindest Teilbereich des Testbildes in der Auswerteeinrichtung einen oder mehrere Algorithmen ausführen, um entsprechende Funktionsparameter bzw. Maßzahlen in Abhängigkeit des projizierten Testbildes zu ermitteln bzw. zu bestimmen.
Vorteilhafterweise ermöglicht das beschriebene Verfahren einen umfassenden und gleichzeitig zeiteffizienten Test von Mikrospiegeln hinsichtlich Funktionsparametern, die sowohl Parameter des mechanischen Verhaltens, als auch Bildqualitätsparameter einschließen können, was eine Beurteilung einer großen Anzahl zu testender Mikrospiegelexemplare anhand einer Spezifikation erlaubt. Diese Beurteilung kann extrem applikationsnah erfolgen, da sich der jeweils zu testende Mikrospiegel im normalen Projektionsbetrieb befindet und das projizierte Bild ausgewertet wird. Durch die speziellen Testbilder und Auswertealgorithmen können Funktionsparameter sowohl voneinander separiert als auch ihre Wirkung in Summe quantifiziert und beurteilt werden. Das Verfahren und die Vorrichtung können viele typische Aspekte der Bildprojektion mittels Mikrospiegel berücksichtigen. Die hohe Zeiteffizienz kommt vor allem dadurch zustande, dass viele Funktionsparameter hardwareseitig mit nur einem einzigen Verfahren ermittelt werden können. Der zu testende Mikrospiegel braucht in einigen Ausführungsbeispielen dabei nur ein einziges Mal positioniert und elektrisch kontaktiert werden. Die Einzelschritte des Verfahrens beschränken sich praktisch auf die Generierung und Auswertung von Testbildern. Diese können automatisiert erfolgen und bringen mit der gegenwärtig verfügbaren Rechentechnik nur einen geringen Zeitbedarf mit sich. Dadurch kann sich das Verfahren auch Maße zum fertigungsbegleitenden Test von Mikrospiegeln im Waferverband eignen.
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

WO 2003/067509 [0005]
EP 1806571 [0005]
US 6889156 [0005]
US 6052197 [0005]
EP 0047679 [0005]
GB 2071454 [0005]
EP 0204112 [0005]

Claims

Verfahren zur Charakterisierung eines auslenkbaren Mikrospiegels, mit folgenden Schritten: Erzeugen (100) eines Testbildes durch scannendes Projizieren mittels Auslenken des Mikrospiegels und Modulieren eines auf den Mikrospiegel gerichteten Lichtstrahls; Erfassen (110) zumindest eines Teilbereiches des Testbildes mit einem Flächensensor; und Ermitteln (120) eines Funktionsparameters des Mikrospiegels in Abhängigkeit des Testbilds mittels des erfassten (110) zumindest Teilbereiches des Testbildes.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Funktionsparameter zumindest einen der folgenden mikrospiegelcharakterisierenden Parameter umfasst, und wobei der auslenkbare Mikrospiegel eine Horizontalbewegungsachse und eine Vertikalbewegungsachse aufweist: einen Koppelfaktor der Vertikalbewegungsachse auf die Horizontalbewegungsachse, einen Kopplungsfaktor der Horizontalbewegungsachse auf die Vertikalbewegungsachse, eine Maßzahl für die zeitliche und örtliche Schwankung des Zeilenabstandes, eine Maßzahl für die zeitliche und örtliche Schwankung des Spaltenabstandes, eine lokale Verteilung der lichtstrahlaufweitenden Eigenschaften des Mikrospiegels aufgrund von statischen Mikrospiegeldeformationen, eine Maßzahl einer durch die Mikrospiegelbewegung hervorgerufenen dynamischen Mikrospiegeldeformation oder eine Maßzahl für den durch die Achsenkopplung zwischen der Horizontalbewegungsachse und der Vertikalbewegungsachse des Mikrospiegels her vorgerufenen Anteils eines Phasenfehlers zwischen einer Mikrospiegelbewegung und einer Ansteuerung des Lichtstrahls.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der Schritt des Erzeugen (100) des Testbildes so durchgeführt wird, dass das Testbild auf eine Projektionsfläche projiziert wird und der Schritt des Erfassen (110) ein Abbilden eines zumindest Teilbereichs des Testbildes auf den Flächensensor umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Erzeugen (100) eines Testbildes und das Erfassen (110) zumindest eines Teilbereiches des Bildes mit dem Flächensensor zueinander synchronisiert durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner einen Schritt des Kalibrierens (130) zur Bestimmung eines systematischen Fehlen des erzeugten Testbildes aufweist, wobei der Schritt des Kalibrierens (130) so durchgeführt wird, dass aus einer Abweichinformation zwischen der tatsächlichen Gestalt eines auf der Projektionsfläche befindlichen Kalibriertarget und dem auf dem Flächensensor entstehenden Bild des anstelle des projizierten Testbildes erfassten Kalibriertargets eine Fehlerfunktion bestimmt wird, mir der die im späteren Verlauf erfassten projizierten Testbilder als Bestandteil des Ermitteln (120) der Funktionsparameter vor ihrer Auswertung korrigiert werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Funktionsparameter ein mechanischer Bewegungsparameter zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften des Mikrospiegels ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei über mehrere Testbilder mehrere Funktionsparameter umfassend unterschiedliche Bildqualitätsparameter und unterschiedliche mechanische Bewegungsparameter ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner einen einmaligen Schritt des Positionierens und elektrischen Kontaktieren (140) des zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegels aufweist, und wobei die Schritte des Erzeugen (100) eines Testbildes, Erfassen (110) zumindest eines Teilbereiches des Testbildes und Ermitteln (120) eines Funktionsparameters wiederholt mit einer Sequenz unterschiedlicher Testbilder durchgeführt wird, um unterschiedliche mechanische Bewegungsparameter und Bildqualitätsparameter als Funktionsparameter zu ermitteln.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Testbild überwiegend aus Weißpixel besteht, wobei im Schritt des Erfassen (110) die obere Kante, die untere Kante, die rechte Kante und die linke Kante des Testbildes erfasst wird und im Schritt des Ermitteln (120) für die obere Kante, die untere Kante, die rechte Kante und die linke Kante mittels Kleinstfehlerquadratmethode eine Geradengleichung bestimmt wird, um eine Feldverzeichnung zu bestimmen und wobei durch eine strahlenoptische Simulation ein durch den Lichtstrahlengang systematisch bedingter Anteil einer Feldverzeichnung bestimmt wird, so dass aus der Feldverzeichnung und der systematisch bedingten Feldverzeichnung ein Koppelfaktor der Achsen eines zu charakterisierenden Mikrospiegels mit einer Horizontalbewegungsachse und einer Vertikalbewegungsachse bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Testbild eine zweidimensionale regelmäßige Anordnung von Pixelcluster aufweist und mittels einer Schwerpunktmethode Positionsabweichungen des von den zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegel erzeugten Testbildes von einer fehlerfreien regelmäßigen Sollanordnung des Pixelclusters in Horizontalrichtung und in Vertikalrichtung im Schritt des Ermitteln (120) eines Funktionsparameters ermittelt werden, um basierend auf den Positionsabweichungen eine lokale Verzeichnung zu ermitteln.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Testbild ein vertikales 1-Pixel-Punkteraster mit 2n Messspalten aufweist, die symmetrisch zu einer horizontalen Testbildmitte angeordnet sind, wobei in jeder Messspalte des Testbildes 1-Pixel-Punkte in einem festen, für die Messspalten gleichen Intervall, aber mit einem vertikalen Versatz unter benachbarten Messspalten angeordnet sind, wobei das Testbild mehrmals erfasst wird und wobei im Schritt des Ermitteln (120) für Zeilen des Testbildes in denen 1-Pixel-Punkte des Testbildes liegen, eine Schwankung einer vertikalen Position bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Testbild ein horizontales 1-Pixel-Punkteraster mit 2n Messzeilen aufweist, die symmetrisch zu einer vertikalen Testbildmitte angeordnet sind, wobei in jeder Messzeile des Testbildes 1-Pixel-Punkte in einem festen, für die Messzeilen gleichen Intervall, aber mit einem horizontalen Versatz unter benachbarten Messzeilen angeordnet sind, wobei das Testbild mehrmals erfasst wird und wobei im Schritt des Ermittelns (120) für Spalten des Testbildes in denen 1-Pixel-Punkte des Testbildes liegen, eine Schwankung einer horizontalen Position bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Testbild eine regelmäßige Verteilung von 1-Pixel-Punktraster aufweist und wobei durch den zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegel an den 1-Pixel-Punkten erzeugten Lichtstrahlfleck im Schritt des Erfassen 120 lokal durch den Flächensensor mit einer Auflösung abgetastet wird, so dass sich mehr als 4 Abtastpunkte in den Lichtstrahlfleck befinden und für demselben daraus seine Abmessungen in horizontaler und vertikaler Richtung bestimmt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Testbild eine Mehrzahl von gleich beabstandeten und zu einer horizontalen Testbildmitte angeordneten Messspalten des Testbildes aufweist, wobei eine erste Messspalte der Mehrzahl von Messspalten in ungeraden oder geraden Zeilen 1-Pixel-Punkte aufweist und eine andere Messspalte der Mehrzahl von Messspalten in den zur ersten Messspalte entgegengesetzten ungeraden oder geraden Zeilen 1-Pixel-Punkte aufweisen, so dass bei einem Phasenfehler der horizontalen Ablenkbewegung des Mikrospiegels und des Licht eine eine gegensinnige Verschiebung der 1-Pixel-Punkte des Testbildes erfolgt, so dass im Schritt des Ermitteln (120) durch ein Schwerpunktverfahren ein lokaler Phasenfehler als Funktion der Zeilennummer berechenbar ist und aus einer Differenz zwischen Maximalwert und Minimalwert eines Phasenfehlers eine Maßzahl für eine Achsenkopplung eines Mikrospiegels mit einer Horizontalbewegungsachse und einer Vertikalbewegungsachse.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Schritt des Ermitteln (120) eines Funktionsparameters des Mikrospiegels so durchgeführt wird, dass der erfasste zumindest Teilbereich des Testbildes hinsichtlich der Position der von ihm enthaltenen Bildelemente ausgewertet und daraus der Funktionsparameter des Mikrospiegels berechnet wird, wobei Funktionsparameter durch Testbilder, die nur bestimmte Anordnungen von Bildelementen enthalten, voneinander separiert werden und durch eine Wiederholung der Schritte Erzeugen (100), Erfassen (110) und Ermitteln (120) im Sinne einer Sequenz von Testbildern zwei oder mehr verschiedene Funktionsparameter des Mikrospiegels ermittelt werden können,
Vorrichtung zur Charakterisierung eines auslenkbaren Mikrospiegels, mit: einer Lichtstrahlerzeugungseinrichtung (200) zum Erzeugen eines auf einen zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegels (210), lenkbaren und modulierbaren Lichtstrahl (220); eine Ansteuereinrichtung (230) die ausgebildet ist, die Lichtstrahlerzeugungseinrichtung (200) und einen zu charakterisierenden Mikrospiegel (210) synchronisiert so anzusteuern, dass ein Testbild (240) mittels Auslenken des zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegels (210) und Modulieren des auf den zu charakterisierenden Mikrospiegel (210) lenkbaren Lichtstrahls (220), erzeugt wird; einen Flächensensor (250) der ausgebildet ist zumindest einen Teilbereich (235) von dem zu charakterisierenden Mikrospiegel (210) zu erzeugenden Testbild (240) ortsaufgelöst zu erfassen; und eine Auswerteeinrichtung (260), die ausgebildet ist, einen Funktionsparameter des zu charakterisierenden auslenkbaren Mikrospiegels (210) in Abhängigkeit des zu erzeugenden Testbildes (240), mittels eines erfassten Teilbereiches (235) des zu erzeugenden Testbildes (240), zu ermitteln.
Vorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei die Ansteuereinrichtung (260) ausgebildet ist, um die Lichtstrahlerzeugungseinrichtungen (200) und einen zu charakterisierenden Mikrospiegel (210) synchronisiert so anzusteuern, dass ein Testbild (240) mittels Auslenkung des zu charakterisierenden Mikrospiegels und Modulieren des auf den zu charakterisierenden Mikrospiegel (210) lenkbaren Lichtstrahl (220) erzeugt wird, aus dem die Auswerteeinrichtung (260) zumindest einen der folgenden mikrospiegelcharakterisierenden Parameter ermitteln kann, wobei der auslenkbare Mikrospiegel eine Horizontalbewegungsachse und eine Vertikalbewegungsachse aufweist: einen Koppelfaktor der Vertikalbewegungsachse auf die Horizontalbewegungsachse, einen Koppelfaktor der Horizontalbewegungsachse auf die Vertikalbewegungsachse, eine Maßzahl für die zeitliche und örtliche Schwankung des Zeilenabstandes, eine Maßzahl für die zeitliche und örtliche Schwankung des Spaltenabstandes, eine lokale Verteilung der lichtstrahlaufweitenden Eigenschaften des Mikrospiegels aufgrund von statischen Mikrospiegeldeformationen, eine Maßzahl einer durch die Mikrospiegelbewegung hervorgerufenen dynamischen Mikrospiegeldeformation oder eine Maßzahl für den durch die Achsenkopplung zwischen der Horizontalbewegungsachse und der Vertikalbewegungsachse des zu charakterisierten Mikrospiegels hervorgerufenen Anteils eines Phasenfehlers zwischen einer Mikrospiegelbewegeng des zu charakterisierenden Mikrospiegels und einer Ansteuerung des Lichtstrahls.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 17, wobei die Auswerteinrichtung (260) ausgebildet ist mittels eines Algorithmus einen Funktionsparameter zu ermitteln, der zumindest einen der folgenden mikrospiegelcharakterisierenden Parameter umfasst, und wobei der auslenkbare Mikrospiegel eine Horizontalbewegungsachse und eine Vertikalbewegungsachse aufweist: einen Koppelfaktor der Vertikalbewegungsachse auf die Horizontalbewegungsachse, einen Koppelfaktor der Horizontalbewegungsachse auf die Vertikalbewegungsachse, eine Maßzahl für die zeitliche Schwankung, des Zeilenabstandes, eine Maßzahl für die zeitliche Schwankung des Spaltenabstandes, eine lokale Verteilung der lichtstrahlaufweitenden Eigenschaften des Mikrospiegels aufgrund von statischen Mikrospiegeldeformationen, eine Maßzahl einer durch die Mikrospiegelbewegung hervorgerufenen dynamischen Mikrospiegeldeformation oder eine Maßzahl für den durch die Achsenkopplung zwischen der Horizontalbewegungsachse und der Vertikalbewegungsachse des Mikrospiegels hervorgerufenen Anteil eines Phasenfehlers zwischen einer Mikrospiegelbewegung und einer Ansteuerung des Lichtstrahls.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Ansteuereinrichtung (230) ferner ausgebildet ist, um den Flächensensor (250) und die Lichtstrahlungserzeugungseinrichtung (200) zu synchronisieren.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, die ferner eine Waferpositioniereinrichtung (270) aufweist, die ausgebildet ist, einen Wafer bezüglich der Lichtstrahlerzeugungseinrichtung (200) und dem Flächensensor (250) auszurichten.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20, die ferner eine Projektionsfläche (280) aufweist, um das von dem zu charakterisierenden Mikrospiegel erzeugte Testbild darzustellen und wobei der Flächensensor (250) ausgebildet ist, zumindest ein Teilbereich (235) des Testbildes (240) von dem zu charakterisierenden Mikrospiegel (210) erzeugten Testbild (240) von der Projektionsfläche (270) zu erfassen.
Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wenn das Computerprogramm auf einen Computer ausgeführt wird.