DE102019119306A1 - Measuring device for determining positions of markers on a planar measuring object and method for calibrating such a measuring device - Google Patents

Measuring device for determining positions of markers on a planar measuring object and method for calibrating such a measuring device Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messgerät (10) zum Bestimmen von Positionen von Markern (12) auf einem flächigen Messobjekt (14), mit (a) einer Messobjektaufnahme (16) und (b) einem Markerpositions-Erfassungssystem (20) zum Erfassen einer Markerposition (Pi) eines Markers (12.i) des Messobjekts (14), (c) wobei das Markerpositions-Erfassungssystem (20) eine x-y-Messeinheit aufweist, die (i) einen x-Positionssensor (24.1) zum Messen einer x-Koordinate (xi) der Markerposition (Pi), (ii) einen y-Positionssensor (26.1) zum Messen einer y-Koordinate (yi) der Markerposition (Pi) und (iii) ein Marker-Erfassungssystem (22) zum Erfassen der Marker auf dem Messobjekt (14) aufweist. Erfindungsgemäß vorgesehen ist (d) zumindest ein zweiter x-Positionssensor (24.2) zum Messen der x-Koordinate (xi) der Markerposition (Pi), wobei der zweite x-Positionssensor (24.2) in y-Richtung vom ersten x-Positionssensor (24.1) beabstandet ist, und (e) zumindest ein zweiter y-Positionssensor (26.2) zum Messen der y-Koordinate (yi) der Markerposition (Pi), wobei der zweite y-Positionssensor (26.2) in x-Richtung vom ersten y-Positionssensor (26.1) beabstandet ist.

Figure DE102019119306A1_0000
The invention relates to a measuring device (10) for determining positions of markers (12) on a flat measuring object (14), with (a) a measuring object receptacle (16) and (b) a marker position detection system (20) for detecting a marker position ( P i ) a marker (12.i) of the measurement object (14), (c) wherein the marker position detection system (20) has an xy measuring unit, which (i) has an x position sensor (24.1) for measuring an x coordinate (x i ) the marker position (P i ), (ii) a y position sensor (26.1) for measuring a y coordinate (y i ) of the marker position (P i ) and (iii) a marker detection system (22) for detection the marker on the measurement object (14). According to the invention, there is (d) at least one second x-position sensor (24.2) for measuring the x-coordinate (x i ) of the marker position (P i ), the second x-position sensor (24.2) from the first x-position sensor in the y-direction (24.1) is spaced apart, and (e) at least one second y-position sensor (26.2) for measuring the y-coordinate (y i ) of the marker position (P i ), the second y-position sensor (26.2) in the x-direction from first y-position sensor (26.1) is spaced apart.
Figure DE102019119306A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Messgerät zum Bestimmen von Positionen von Markern auf einem flächigen Messobjekt, mit (a) einer Messobjektaufnahme und (b) einem Markerpositions-Erfassungssystem zum Erfassen einer Markerposition eines Markers des Messobjekts, wobei (c) das Markerpositions-Erfassungssystem eine x-y-Messeinheit aufweist, die (i) einen x-Positionssensor zum Messen einer x-Koordinate der Markerposition, (ii) eine y-Positionssensor zum Messen einer y-Koordinate der Markerposition und (iii) ein Marker-Erfassungssystem zum Erfassen der Marker auf dem Messobjekt aufweist. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren eines solchen Messgeräts.The invention relates to a measuring device for determining positions of markers on a flat measuring object, with (a) a measuring object receptacle and (b) a marker position detection system for detecting a marker position of a marker of the measuring object, wherein (c) the marker position detection system has an xy- Measuring unit which has (i) an x-position sensor for measuring an x-coordinate of the marker position, (ii) a y-position sensor for measuring a y-coordinate of the marker position and (iii) a marker detection system for detecting the marker on the measurement object having. According to a second aspect, the invention relates to a method for calibrating such a measuring device.

Zur Vermessung feiner Strukturen, beispielsweise von Strukturen auf einer Belichtungsmaske, die zur Herstellung von Halbleiterbauelementen wie beispielsweise Prozessoren verwendet werden, werden Messgeräte verwendet. Diese Strukturen könnten auch als Marker bezeichnet werden. Diese Messgeräte sollen eine möglichst geringe Messunsicherheit haben. Je geringer die Messunsicherheit ist, desto genauer kann sichergestellt werden, dass der tatsächliche Marker beispielsweise auf der Belichtungsmaske einer Soll-Position entspricht.Measuring devices are used to measure fine structures, for example structures on an exposure mask, which are used to manufacture semiconductor components such as processors. These structures could also be referred to as markers. These measuring devices should have the lowest possible measurement uncertainty. The lower the measurement uncertainty, the more precisely it can be ensured that the actual marker corresponds to a target position, for example on the exposure mask.

Derartige Messgeräte müssen kalibriert werden. Um eine möglichst geringe Messunsicherheit zu erreichen, ist ein sogenanntes Selbstkalibrierverfahren besonders vorteilhaft. Ein Selbstkalibrierverfahren ist ein Verfahren, bei dem die Eigenschaften des zum Kalibrieren verwendeten Objekts herausgerechnet werden können, sodass etwaige Positionsunsicherheiten von Markern auf dem zum Kalibrieren verwendeten Objekt die Messunsicherheit des Messgeräts nicht erhöht.Such measuring devices must be calibrated. In order to achieve the lowest possible measurement uncertainty, a so-called self-calibration method is particularly advantageous. A self-calibration method is a method in which the properties of the object used for calibration can be calculated out, so that any position uncertainties of markers on the object used for calibration do not increase the measurement uncertainty of the measuring device.

Der Nachteil an vielen Verfahren zum Selbstkalibrieren ist der hohe apparative und/oder zeitliche Aufwand.The disadvantage of many methods for self-calibration is the high expenditure on equipment and / or time.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.The invention is based on the object of reducing disadvantages in the prior art.

Die Erfindung löst das Problem durch ein gattungsgemäßes Messgerät, das zumindest einen zweiten x-Positionssensor zum Messen einer x-Koordinate der Markerposition aufweist, wobei der zweite x-Positionssensor in y-Richtung vom ersten Positionssensor beabstandet ist und wobei das Messgerät zumindest einen zweiten y-Positionssensor zum Messen der y-Koordinate der Markerposition aufweist, wobei der zweite y-Positionssensor in x-Richtung vom ersten Positionssensor beabstandet ist.The invention solves the problem by means of a generic measuring device that has at least one second x-position sensor for measuring an x-coordinate of the marker position, the second x-position sensor being spaced from the first position sensor in the y-direction and the measuring device at least a second y Position sensor for measuring the y-coordinate of the marker position, the second y-position sensor being spaced from the first position sensor in the x-direction.

Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Verfahren zum Kalibrieren eines erfindungsgemäßen Messgeräts nach einem der vorstehenden Ansprüche und/oder zum Bestimmen einer Positionsabweichung von Markern auf einem flächigen Messobjekt mittels des Messgeräts, mit den Schritten (a) Anordnen des flächigen Messobjekts auf einer Messobjektaufnahme des Messgeräts, (b) zumindest zweifaches, insbesondere dreifaches, Wiederholen der Schritte: (i) Erfassen einer Markerposition eines Markers mittels eines Markerpositions-Erfassungsgeräts, insbesondere eines Mikroskops, sodass erste Roh-Positionsdaten erhalten werden, und (ii) Bewegen des flächigen Messobjekts und des Markerpositions-Erfassungsgeräts relativ zueinander, (c) Drehen des flächigen Messobjekts um die Z-Achse relativ zum Markerpositions-Erfassungssystem, vorzugsweise um 120° oder 90°, und Durchführen von Schritt (b) an den gleichen Markern, sodass zweite Roh-Positionsdaten erhalten werden, und (d) Ermitteln von Kalibrierdaten zum Korrigieren systematischer Messabweichungen des Messgeräts und/oder von Real-Positionsdaten aus den Roh-Positionsdaten.According to a second aspect, the invention solves the problem by means of a method for calibrating a measuring device according to the invention according to one of the preceding claims and / or for determining a position deviation of markers on a flat measurement object by means of the measurement device, with the steps (a) arranging the flat measurement object a measurement object recording of the measuring device, (b) repeating the steps at least twice, in particular three times: (i) detecting a marker position of a marker by means of a marker position recording device, in particular a microscope, so that first raw position data are obtained, and (ii) moving the flat measurement object and the marker position detection device relative to each other, (c) rotating the flat measurement object about the Z axis relative to the marker position detection system, preferably by 120 ° or 90 °, and performing step (b) on the same markers so that second Raw position data is obtained, and (d) determining Calibration data for correcting systematic measurement deviations of the measuring device and / or of real position data from the raw position data.

Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass das Kalibrieren und/oder die Bestimmung der Marker auf dem Flächenmessobjekt in aller Regel beschleunigt werden kann. The advantage of the invention is that the calibration and / or the determination of the markers on the area measurement object can generally be accelerated.

Vorteilhaft ist zudem, dass sich die Messbedingungen beim Kalibrieren nicht von den Messbedingungen bei der späteren Messung unterscheiden. Systematische Messunsicherheiten durch ein anderes Messregime werden so vermieden.It is also advantageous that the measurement conditions during calibration do not differ from the measurement conditions during the subsequent measurement. Systematic measurement uncertainties due to a different measurement regime are thus avoided.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einer Messobjektaufnahme eine Vorrichtung verstanden, mittels der das zu vermessende Messobjekt zur Messung aufgenommen werden kann.In the context of the present description, a measurement object recording is understood to mean a device by means of which the measurement object to be measured can be recorded for measurement.

Unter dem Markerpositions-Erfassungssystem wird insbesondere jedes System verstanden, mittels dem die Markerposition des Markers relativ zu einem vorgegebenen, insbesondere kartesischen, Koordinatensystem festgestellt werden kann. Beispielsweise umfasst das Markerpositions-Erfassungssystem ein Mikroskop. Es kann sich bei dem Marker-Erfassungssystem um ein optisches oder sonstiges Mikroskop, um einen taktilen Sensor, Konfokalsensor oder sonstigen Sensor zum Erfassen des Markers handeln. In anderen Worten ist es für das Mikroskop nicht notwendig, dass die Messungen auf Basis von elektromagnetischer Strahlung erfolgt. Beispielsweise kann das Mikroskop auch ein Rasterkraftmikroskop oder ein sonstiges Rastersondenmikroskop sein.The marker position detection system is understood to mean, in particular, any system by means of which the marker position of the marker can be determined relative to a predetermined, in particular Cartesian, coordinate system. For example, the marker position detection system comprises a Microscope. The marker detection system can be an optical or other microscope, a tactile sensor, confocal sensor or other sensor for detecting the marker. In other words, it is not necessary for the microscope to take measurements on the basis of electromagnetic radiation. For example, the microscope can also be an atomic force microscope or some other scanning probe microscope.

Unter Kalibrierdaten werden insbesondere eine x-Abweichfunktion, die eine systematische Messabweichung des ersten x-Positionssensors in Abhängigkeit von der y-Position beschreibt, und/oder eine y-Abweichfunktion, die eine systematische Messabweichung des ersten y-Positionssensors in Abhängigkeit von der x-Position beschreibt, verstanden.Calibration data is in particular an x-deviation function that describes a systematic measurement deviation of the first x-position sensor as a function of the y-position, and / or a y-deviation function that describes a systematic measurement deviation of the first y-position sensor as a function of the x- Position describes, understood.

Unter einer x-y-Messeinheit wird insbesondere eine Messeinheit verstanden, mittels der Koordinaten in einem kartesischen Koordinatensystem ermittelt werden können. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass sich die x-Achse senkrecht zur y-Achse erstreckt. Insbesondere ist es auch möglich, dass die x-Achse und die y-Achse einen Winkel von beispielsweise 120° oder 60° miteinander einschließen.An x-y measuring unit is understood to mean, in particular, a measuring unit by means of which coordinates in a Cartesian coordinate system can be determined. It is possible, but not necessary, for the x-axis to extend perpendicular to the y-axis. In particular, it is also possible for the x-axis and the y-axis to enclose an angle of, for example, 120 ° or 60 ° with one another.

Der Abstand zweier benachbarter Marker muss kleiner sein als der Abstand der x-Positionssensoren und/oder der y-Positionssensoren.The distance between two adjacent markers must be smaller than the distance between the x position sensors and / or the y position sensors.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Messgerät eine Auswerteeinheit, die ausgebildet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit den Schritten (a) zumindest dreifaches Wiederholen der Schritte (i) Erfassen einer Markerposition eines Markers, sodass (x,y)-Roh-Positionsdaten erhalten werden, und (ii) Bewirken eines Bewegens des flächigen Messobjekts und des Marker-Erfassungssystems relativ zueinander, (b) Erfassen einer Drehung des flächigen Messobjekts um die Z-Achse relativ zum Markerpositions-Erfassungssystem und Durchführen von Schritt (a) an den gleichen Markern, sodass zweite Roh-Positionsdaten erhalten werden, und (c) Berechnen einer x-Abweichfunktion, die eine systematische Messabweichung des ersten x-Positionssensors in Abhängigkeit von der y-Position beschreibt, aus den Roh-Positionsdaten und/oder einer y-Abweichfunktion, die eine systematische Messabweichung des ersten y-Positionssensors in Abhängigkeit von der x-Position beschreibt, aus den Roh-Positionsdaten.According to a preferred embodiment, the measuring device comprises an evaluation unit which is designed to automatically carry out a method with steps (a) repeating steps (a) at least three times. i ) Detecting a marker position of a marker so that (x, y) raw position data are obtained, and (ii) causing the flat measurement object and the marker detection system to move relative to one another, (b) detection of a rotation of the flat measurement object around the Z. Axis relative to the marker position detection system and performing step (a) on the same markers, so that second raw position data are obtained, and (c) calculating an x-deviation function which is a systematic measurement deviation of the first x-position sensor as a function of the describes y-position from the raw position data and / or a y-deviation function, which describes a systematic measurement deviation of the first y-position sensor as a function of the x-position, from the raw position data.

Vorteilhaft daran ist, dass die x-Abweichfunktion für nachfolgende Messungen verwendet werden können, um das Messgerät zu kalibrieren.The advantage of this is that the x-deviation function can be used for subsequent measurements in order to calibrate the measuring device.

Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit ausgebildet zum automatischen Ermitteln von Real-Positionsdaten in einem kartesischen Koordinatensystem aus den Roh-Positionsdaten. In anderen Worten ist ein weiteres mögliches Messergebnis die korrigierte Lage der Marker.The evaluation unit is preferably designed to automatically determine real position data in a Cartesian coordinate system from the raw position data. In other words, another possible measurement result is the corrected position of the markers.

Besonders günstig ist es, wenn (a) die x-Positionssensoren (i) einen ersten x-Spiegel, der sich in y-Richtung erstreckt und relativ zur Messobjektaufnahme befestigt ist, und (ii) einen zweiten x-Spiegel, der (sich vorzugsweise in y-Richtung erstreckt und) relativ zum Marker-Erfassungssystem befestigt ist, umfassen, (b) der erste x-Positionssensor ausgebildet ist zum (i) Aussenden eines ersten x-Mess-Laserstrahls auf den ersten x-Spiegel entlang der y-Achse, (ii) Aussenden eines ersten x-Referenz-Laserstrahls auf den zweiten x-Spiegel und (iii) Interferieren-Lassen des vom x-Spiegel reflektierten ersten x-Mess-Laserstrahls mit vom zweiten x-Spiegel reflektierten x-Referenz-Laserstrahl, und dass (c) der zweite x-Positionssensor ausgebildet ist zum (i) Aussenden eines zweiten x-Mess-Laserstrahls auf den ersten x-Spiegel, (ii) Aussenden eines zweiten x-Referenz-Laserstrahls auf den zweiten x-Spiegel und (iii) Interferieren-Lassen des vom x-Spiegel reflektierten zweiten x-Mess-Laserstrahls mit dem zweiten x-Referenz-Laserstrahl.It is particularly favorable if (a) the x-position sensors (i) a first x-mirror, which extends in the y-direction and is fastened relative to the measurement object receptacle, and (ii) a second x-mirror, which (preferably extends in the y-direction and) is fastened relative to the marker detection system, comprise, (b) the first x-position sensor is designed to (i) emit a first x-measuring laser beam onto the first x-mirror along the y-axis (ii) emitting a first x reference laser beam onto the second x mirror and (iii) allowing the first x measurement laser beam reflected by the x mirror to interfere with the x reference laser beam reflected by the second x mirror, and that (c) the second x-position sensor is designed to (i) emit a second x-measuring laser beam onto the first x-mirror, (ii) emit a second x-reference laser beam onto the second x-mirror and ( iii) Interfering the second x-measuring laser beam reflected by the x-mirror with the second x reference laser beam.

Vorzugsweise umfassen (a) die y-Positionssensoren (i) einen ersten y-Spiegel, der (sich vorzugsweise in x-Richtung erstreckt und) relativ zur Messobjektaufnahme befestigt ist, (ii) einen zweiten y-Spiegel, der (sich vorzugsweise in x-Richtung erstreckt und) relativ zum Markerpositions-Erfassungssystem befestigt ist, (b) der erste y-Positionssensor ausgebildet ist zum (i) Aussenden eines ersten y-Mess-Laserstrahls auf den ersten y-Spiegel, (ii) Aussenden eines ersten y-Referenz-Laserstrahls auf den zweiten y-Spiegel und (iii) Interferieren-Lassen des vom y-Spiegel reflektierten ersten y-Mess-Laserstrahls mit dem ersten y-Referenz-Laserstrahl, (c) der zweite y-Positionssensor ausgebildet ist zum (i) Aussenden eines zweiten y-Mess-Laserstrahls auf den ersten y-Spiegel, (ii) Aussenden eines zweiten y-Referenz-Laserstrahls, insbesondere auf den zweiten y-Spiegel, und (iii) zum Interferieren-Lassen des vom Spiegel reflektierten zweiten y-Mess-Laserstrahls mit einem zweiten y-Referenz-Laserstrahl, sodass Roh-Positionsdaten erhalten werden.Preferably, (a) the y-position sensors comprise (i) a first y-mirror, which (preferably extends in the x-direction and) is fastened relative to the measurement object receptacle, (ii) a second y-mirror, which (preferably extends in x -Direction and) is attached relative to the marker position detection system, (b) the first y-position sensor is designed to (i) emit a first y-measuring laser beam onto the first y-mirror, (ii) emit a first y- Reference laser beam on the second y-mirror and (iii) interfering the first y-measurement laser beam reflected by the y-mirror with the first y-reference laser beam, (c) the second y-position sensor is designed for (i ) Emitting a second y-measuring laser beam onto the first y-mirror, (ii) emitting a second y-reference laser beam, in particular onto the second y-mirror, and (iii) for interfering the second y-mirror reflected by the mirror -Measuring laser beam with a second y-reference laser st rahl so that raw position data is obtained.

Eine besonders hohe Messgenauigkeit kann erreicht werden, wenn die x-Mess-Laserstrahlen parallel zueinander ausgerichtet sind.A particularly high measurement accuracy can be achieved if the x-measurement laser beams are aligned parallel to one another.

Günstig ist es, wenn die drei Marker nicht auf einer Linie liegen, welche bei beiden Auflagen des Messobjekts auf der Messobjektaufnahme parallel zu einer der Messrichtungen eines der Sensoren liegt. In anderen Worten liegen beispielsweise keine drei Marker parallel zur x-Achse in der ersten Auflage des Messobjekts und/oder parallel zur y-Achse bei der zweiten Auflage des Messobjekts.It is favorable if the three markers do not lie on a line which, when the measurement object rests on the measurement object receptacle, is parallel to one of the measurement directions of one of the sensors. In other words, for example, no three markers lie parallel to the x-axis in the first support of the measurement object and / or parallel to the y-axis in the second support of the measurement object.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

  • 1 eine perspektivische schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Messgeräts und die
  • 2a und 2b Skizzen zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows:
  • 1 a perspective schematic view of a measuring device according to the invention and
  • 2a and 2 B Sketches to explain a method according to the invention.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Messgerät 10 zum Bestimmen von Positionen Pj (j = 0, 1, ..., N) auf einem flächigen Messobjekt 14. Das Messgerät 10 besitzt eine Messobjektaufnahme 16, die im vorliegenden Fall drei Auflagerpunkte aufweist, von denen der erste Auflagerpunkt 18 in 1 teilweise zu sehen ist. 1 shows a measuring device according to the invention 10 for determining positions P j (j = 0, 1, ..., N) on a flat measuring object 14th . The measuring device 10 has a target holder 16 , which in the present case has three support points, of which the first support point 18 in 1 is partially visible.

Die Positionen Pj der Marker 12.j werden mittels eines Markerpositions-Erfassungssystems erfasst, das ein Mikroskop 22 aufweist. Mittels des Mikroskops 22 kann erfasst werden, ob sich der jeweilige Marker 12.j in einer definierten Lage zum Mikroskop befindet.The positions P j the marker 12 .j are detected using a marker position detection system that is a microscope 22nd having. Using the microscope 22nd it can be recorded whether the respective marker 12 .j is in a defined position to the microscope.

Das Markerpositions-Erfassungssystem 20 umfasst zudem einen ersten x-Positionssensor 24.1, einen zweiten x-Positionssensor 24.2, einen ersten y-Positionssensor 26.1 und einen zweiten y-Positionssensor 26.2. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass das Messgerät weitere x- und/oder y-Positionssensoren aufweist. Im vorliegenden Fall weist das Markerpositions-Erfassungssystem 20 einen weiteren x-Positionssensor 24.3 auf. Im vorliegenden Fall besitzt das Messgerät 10 damit kx = 3 x-Positionssensoren und ky = 2 y-Positionssensoren.The marker position detection system 20th also comprises a first x-position sensor 24.1, a second x-position sensor 24.2, a first y-position sensor 26.1 and a second y-position sensor 26.2. It is possible, but not necessary, for the measuring device to have further x and / or y position sensors. In the present case, the marker position detection system 20th another x-position sensor 24.3. In the present case, the measuring device has 10 in order to k x = 3 x position sensors and k y = 2 y position sensors.

Die Messergebnisse der Positionssensoren 24, 24.2, 24.3, 26.1, 26.2 werden an eine Auswerteeinheit 28 übermittelt. Das erfolgt beispielsweise über nicht eingezeichnete Kabel.The measurement results of the position sensors 24, 24.2, 24.3, 26.1, 26.2 are sent to an evaluation unit 28 transmitted. This is done, for example, using cables that are not shown.

Die Messobjektaufnahme 16 ist als Positioniertisch ausgebildet, sodass das Messobjekt 14 relativ zum Markerpositions-Erfassungssystem 20 bewegt werden kann.The measurement object recording 16 is designed as a positioning table so that the measurement object 14th relative to the marker position detection system 20th can be moved.

Das Messgerät 10 umfasst einen ersten x-Reflektor 30.1 und einen zweiten x-Reflektor 30.2 sowie einen ersten y-Reflektor 32.1 und einen zweiten y-Reflektor 32.2. Wird das Messobjekt 14 mittels der Messobjektaufnahme 16 bewegt, so bewegen sich der erste x-Reflektor 30.1 und der erste y-Reflektor 32.1 ebenfalls, da diese an der Messobjektaufnahme 16 befestigt sind.The measuring device 10 comprises a first x reflector 30.1 and a second x reflector 30.2 as well as a first y reflector 32.1 and a second y reflector 32.2. Will the target 14th by means of the measurement object recording 16 moves, the first x reflector 30.1 and the first y reflector 32.1 also move because they are attached to the measurement object receptacle 16 are attached.

Die x-Positionssensoren bilden jeweils einen x-Mess-Laserstrahl 34.i und einen x-Referenz-Laserstrahl 35.i aus. Die x-Mess-Laserstrahlen laufen bis zum ersten x-Spiegel 30.1 und die x-Referenz-Laserstrahlen zum zweiten x-Spiegel 30.2, werden dort reflektiert und vom jeweiligen x-Positionssensor 24 zur Interferenz gebracht. Auf diese Weise ist eine Abstandsänderung in x-Richtung mit hoher Genauigkeit bestimmbar.The x position sensors each form an x measurement laser beam 34.i and an x reference laser beam 35.i. The x-measuring laser beams run to the first x-mirror 30.1 and the x-reference laser beams to the second x-mirror 30.2, are reflected there and are brought to interference by the respective x-position sensor 24. In this way, a change in distance in the x direction can be determined with high accuracy.

Die y-Positionssensoren 26.1, 26.2 senden jeweils y-Mess-Laserstrahlen 36.1, 36.2 auf den ersten y-Spiegel 32.1 und y-Referenz-Laserstrahl 38.1, 38.2, auf den zweiten y-Spiegel 32.2. Ebenfalls zum Interferieren-Lassen der Laserstrahlen wird eine Abstandsänderung in y-Richtung des Messobjekts 14 erfasst. Das Mikroskop 22 ist fest relativ zu den Positionssensoren 24, 26 montiert.The y position sensors 26.1, 26.2 each send y measurement laser beams 36.1, 36.2 to the first y mirror 32.1 and y reference laser beam 38.1, 38.2 to the second y mirror 32.2. A change in the distance in the y-direction of the measurement object is also used to allow the laser beams to interfere 14th detected. The microscope 22nd is fixed relative to the position sensors 24 , 26th assembled.

2a zeigt, dass der zweite x-Spiegel 30.1 und der zweite y-Spiegel 32.1 möglicherweise von einer idealen ebenen Gestalt abweicht. Diese Abweichung wird durch die Spiegeltypografie g(y) bzw. von f(x) beschrieben. Es werden die jeweiligen Koordinaten der Positionen Pj (j = 0, 1, ..., N) erfasst. Diese Erfassung ist mit systematischen Fehlern überlagert. Das Ziel ist die Beschreibung der systematischen Fehler und/oder die Bestimmung der korrigierten Positionen Pj in einem kartesischen Koordinatensystem 15. Im Folgenden wird die Auswertung der so erhaltenen Roh-Positionsdaten beschrieben. 2a shows that the second x mirror 30.1 and the second y mirror 32.1 may deviate from an ideal planar shape. This deviation is due to the mirror typography g (y) or described by f (x). There are the respective coordinates of the positions P j (j = 0, 1, ..., N). This recording is superimposed with systematic errors. The aim is to describe the systematic errors and / or to determine the corrected positions P j in a Cartesian coordinate system 15th . The evaluation of the raw position data obtained in this way is described below.

Es wird davon ausgegangen, dass die x-Positionssensoren eine systematische Messabweichung haben, die nur von den y-Positionen abhängen, an der sie sich im Moment der Messung befinden. Zudem wird davon ausgegangen, dass die y-Positionssensoren eine systematische Messabweichung haben, die nur von den x-Positionen abhängen.It is assumed that the x-position sensors have a systematic measurement deviation that only depends on the y-positions at which they are at the moment of measurement. In addition, it is assumed that the y position sensors have a systematic measurement deviation that only depends on the x positions.

Wird mit einem Positionssensor ein Messwert m an einer Position eines Markers aufgenommen, so bezeichnet der erste Index, ob der Messwert von einem x-Positionssensor (Index x) oder einem y-Positionssensor (Index y) stammt. Der zweite Index gibt an, der wievielte Positionssensor gemessen hat, von denen für x-Positionssensor und y-Positionssensor jeweils zumindest zwei existieren. Der dritte Index j ist ein Zählindex, mit dem die Marker, die auch als Strukturelemente bezeichnet werden könnten, auf dem Messobjekt nummeriert sind. Der vierte Index φ gibt die Auflage des Messobjekts an. Dabei kann das Messobjekt relativ zu den Spiegeln 30 und 30.2 verschoben oder um die Z-Achse um den Winkel Φφ gedreht sein. Der Nullwinkel kann frei gewählt werden, beispielsweise wird der Winkel Φφ des Messobjekts bei der ersten Messung als Φ1 = 0° gesetzt.If a position sensor records a measured value m at a position of a marker, the first index denotes whether the measured value comes from an x position sensor (index x) or a y position sensor (index y). The second index indicates how many position sensors have measured, of which at least two exist for the x-position sensor and the y-position sensor. The third index j is a counting index with which the markers, which could also be called structural elements, are numbered on the measurement object. The fourth index φ indicates the support of the measuring object. The measurement object can be displaced relative to the mirrors 30 and 30.2 or rotated about the Z axis by the angle Φ φ . The zero angle can be freely selected, for example the angle Φ φ of the measurement object is set as Φ 1 = 0 ° for the first measurement.

Eine Messung ergibt die Koordinaten der Marker-Position, welche durch systematische Messabweichungen von der Position in einem idealen Koordinatensystem abweicht. Die Koordinaten haben drei Indices, der erste Index S gibt an, dass die Koordinate im idealen Koordinatensystem angegeben ist. Der zweite Index j ist der Zählindex, mit dem die Marker auf dem Messobjekt nummeriert sind, der dritte Index φ gibt die Auflage des Messobjektes an.A measurement gives the coordinates of the marker position, which deviates from the position in an ideal coordinate system due to systematic measurement deviations. The coordinates have three indices, the first index S indicates that the coordinate is given in the ideal coordinate system. The second index j is the counting index with which the markers on the target are numbered, the third index φ indicates the support of the measuring object.

Die nichtlinearen, systematischen Mess-Abweichungen der y-Positionssensoren von der y-Achse eines idealen, insbesondere kartesischen, Koordinatensystems in Abhängigkeit von der x-Position der Messung wird beschrieben durch eine Abweichfunktion f(x). Die nichtlineare, systematische Mess-Abweichung der x-Positionssensoren von der x-Achse des idealen, insbesondere kartesischen, Koordinatensystems in Abhängigkeit von der y-Position der Messung wird beschrieben durch eine Abweichfunktion g(y).The nonlinear, systematic measurement deviations of the y position sensors from the y axis of an ideal, in particular Cartesian, coordinate system as a function of the x position of the measurement is described by a deviation function f (x) . The nonlinear, systematic measurement deviation of the x position sensors from the x axis of the ideal, in particular Cartesian, coordinate system as a function of the y position of the measurement is described by a deviation function g (y) .

Ein Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Abweichfunktionen f(x) und g(y). Da die Abweichfunktionen nur an diskreten Stellen bestimmt werden können, können die Abweichfunktionen nach L · N Messungen mit k jeweils x- und y-Positionssensoren durch einen Vektor ( g ( y ) f ( x ) ) = ( g ( y 111 ) ,..., g ( y k   N   L ) , f ( x 111 ) ,... f ( x k   N   L ) ) t

Figure DE102019119306A1_0001
beschrieben werden. Es ist ein mögliches Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens, diesen Vektor zu bestimmen.The deviation functions are one result of the method according to the invention f (x) and g (y) . Since the deviation functions can only be determined at discrete points, the deviation functions can be determined by a vector after L · N measurements with k x and y position sensors ( G ( y ) f ( x ) ) = ( G ( y 111 ) , ..., G ( y k N L. ) , f ( x 111 ) , ... f ( x k N L. ) ) t
Figure DE102019119306A1_0001
to be discribed. It is a possible aim of the method according to the invention to determine this vector.

Es ist möglich, dass sich die Zahl kx der x-Positionssensoren von der Zahl ky der y-Positionssensoren unterscheidet. In diesem Fall lautet der Kalibriervektor nach N Messungen ( g ( y ) f ( x ) ) = ( g ( y 111 ) ,..., g ( y k x N   L ) , f ( x 111 ) ,... f ( x k y N   L ) ) t

Figure DE102019119306A1_0002
It is possible that the number k x the x position sensors from the number k y of the y-position sensors. In this case the calibration vector is after N measurements ( G ( y ) f ( x ) ) = ( G ( y 111 ) , ..., G ( y k x N L. ) , f ( x 111 ) , ... f ( x k y N L. ) ) t
Figure DE102019119306A1_0002

Um die Abweichungen numerisch zu erfassen, werden die Abweichfunktionen als Summe von Basis-Funktionen beschrieben. Die Basis-Funktionen sind vorzugsweise linear unabhängig. Sie bilden vorzugswiese eine Orthogonalbasis. Im vorliegenden Fall werden die Abweichfunktionen über die Längen der erfassten Abweichungen (Lx bzw. Ly) durch Sinus- und Kosinusfunktionen beschrieben. f ( x ) = l = 1 M 1 [ c l cos ( 2 π l x L x ) + d l sin ( 2 π l x L x ) ] + d M 2 cos ( 2 π M   x L x ) g ( y ) = l = 1 M 1 [ α l cos ( 2 π l y L y ) + b l sin ( 2 π l y L y ) + b M y 2 cos ( 2 π M   y L y ) ]

Figure DE102019119306A1_0003
In order to record the deviations numerically, the deviation functions are described as the sum of basic functions. The basis functions are preferably linearly independent. They preferably form an orthogonal basis. In the present case, the deviation functions over the lengths of the detected deviations (L x or L y ) are described by sine and cosine functions. f ( x ) = l = 1 M. - 1 [ c l cos ( 2 π l x L. x ) + d l sin ( 2 π l x L. x ) ] + d M. 2 cos ( 2 π M. x L. x ) G ( y ) = l = 1 M. - 1 [ α l cos ( 2 π l y L. y ) + b l sin ( 2 π l y L. y ) + b M. y 2 cos ( 2 π M. y L. y ) ]
Figure DE102019119306A1_0003

Der Kalibriervektor hängt über die Gleichung ( g ( y ) f ( x ) ) = T _ ( x , y ) γ T ( a , b , c , d ) t

Figure DE102019119306A1_0004
von dem Parametervektor λ T
Figure DE102019119306A1_0005
ab, in dem die Parameter der Darstellung mittels der Basis-Funktionen gemäß Gleichung (3) stehen λ T ( a , b , c , d ) t = ( a 1 ,..., a M ,   b 1 ,..., b M 1 , c 1 ..., c M , d 1 ,..., d M 1 ) t .
Figure DE102019119306A1_0006
The calibration vector depends on the equation ( G ( y ) f ( x ) ) = T _ ( x , y ) γ T ( a , b , c , d ) t
Figure DE102019119306A1_0004
from the parameter vector λ T
Figure DE102019119306A1_0005
in which the parameters of the representation using the basis functions according to equation (3) are λ T ( a , b , c , d ) t = ( a 1 , ..., a M. , b 1 , ..., b M. - 1 , c 1 ..., c M. , d 1 , ..., d M. - 1 ) t .
Figure DE102019119306A1_0006

Es ist möglich, dass sich die Anzahl der Parameter Mx zur Beschreibung der Abweichfunktion parallel zur Y-Achse (f(x)) von der Zahl der Parameter My zur Beschreibung der Abweichfunktion parallel zur X-Achse (g(y)) unterscheidet. In diesem Fall lautet der Parametervektor: λ T ( a , b , c , d ) t = ( a 1 ,..., a M x , b 1 ,..., b M x 1 , c 1 ..., c M y , d 1 ,..., d M y 1 ) t

Figure DE102019119306A1_0007
It is possible that the number of parameters M x for describing the deviation function parallel to the Y-axis (f (x)) differs from the number of parameters M y for describing the deviation function parallel to the X-axis (g (y)) . In this case the parameter vector is: λ T ( a , b , c , d ) t = ( a 1 , ..., a M. x , b 1 , ..., b M. x - 1 , c 1 ..., c M. y , d 1 , ..., d M. y - 1 ) t
Figure DE102019119306A1_0007

Wird unter dem Winkel Φ = 0° am j-ten Marker mit jeweils zwei x- und y-Positionssensoren gemessen und wird genähert sinγ ≈ γ angenommen, so können die erhaltenen Messergebnisse m wie folgt dargestellt werden: m x 1 j 1 = g ( y s j 1 + d x 1 ) + x s j 1 + γ j 1 d x 1 + γ M ( y s j 1 + d x 1 ) m x 2 j 1 = g ( y s j 1 + d x 2 ) + x s j 1 + γ j 1 d x 2 + γ M ( y s j 1 + d x 2 ) m y 1 j 1 = f ( x s j 1 + d y 1 ) + y s j 1 + γ j 1 d y 1 + γ M ( x s j 1 + d y 1 ) m y 2 j 1 = f ( x s j 1 + d y 2 ) + y s j 1 + γ j 1 d y 2 + γ M ( x s j 1 + d y 2 )

Figure DE102019119306A1_0008
If measurements are taken at the jth marker at the angle j = 0 ° with two x and y position sensors and sinγ ≈ γ is assumed to be approximate, the measurement results m obtained can be represented as follows: m x 1 j 1 = G ( y s j 1 + d x 1 ) + x s j 1 + γ j 1 d x 1 + γ M. ( y s j 1 + d x 1 ) m x 2 j 1 = G ( y s j 1 + d x 2 ) + x s j 1 + γ j 1 d x 2 + γ M. ( y s j 1 + d x 2 ) m y 1 j 1 = f ( x s j 1 + d y 1 ) + y s j 1 + γ j 1 d y 1 + γ M. ( x s j 1 + d y 1 ) m y 2 j 1 = f ( x s j 1 + d y 2 ) + y s j 1 + γ j 1 d y 2 + γ M. ( x s j 1 + d y 2 )
Figure DE102019119306A1_0008

Der Winkel γj1 beschreibt die relative Rotation um die Z-Achse der Messobjektaufnahme zu den Positionssensoren (bzw. bei Bewegung des Marker-Erfassungsystems dessen relative Rotation um die Z-Achse zu den Positionssensoren) und damit einhergehend der systematischen Abweichfunktionen (z.B. Spiegeltopographien) bei der Messung des j-ten Marker gegenüber dem Marker-Erfassungssystem (z.B. Mikroskop) bei der Auflage des Messobjektes unter dem Winkelϕ1 = 0°. Der Winkel γM beschreibt die relative Abweichung der Abweichfunktionen von einer Orthogonalbasis (z.B. Winkel zwischen dem X-Spiegel und dem Y-Spiegel beträgt nicht 90°) - daher wird dieser auch als Orthogonalitätsfehler bezeichnet.The angle γ j1 describes the relative rotation around the Z-axis of the measurement object receptacle to the position sensors (or when the marker detection system moves, its relative rotation around the Z-axis to the position sensors) and the associated systematic deviation functions (e.g. mirror topographies) the measurement of the j-th marker compared to the marker detection system (eg microscope) when the measurement object is placed at the angle 1 = 0 °. The angle γ M describes the relative deviation of the deviation functions from an orthogonal basis (e.g. the angle between the X mirror and the Y mirror is not 90 °) - therefore it is also referred to as an orthogonality error.

Diese Gleichung lautet in Matrixschreibweise m = A _ λ

Figure DE102019119306A1_0009
mit m = ( ... m x 1 j 1 , m x2j1 ,..., m y 1 j 1 , m y 2 j 1 ,...   .... m x 1 j φ , m x 2 j φ ,..., m y 1 j φ , m y 2 j φ ,... ) t
Figure DE102019119306A1_0010
und A _ = ( T _ P _ W _ S _ ) , m = T _ λ T + P _ λ P + W _ λ W + S _ λ S ,
Figure DE102019119306A1_0011
wobei die nebeneinander angeordneten Teil-Matrizen T, P, W und S bedeuten, dass sie nebeneinander geschrieben werden. Alle Teil-Matrizen haben (kx+ky)*N*L Zeilen. Die Matrix A hat mindestens [(2*Mx-1)+ [(2*My-1)]+[2*N]+ [(L-1 )*2] +[L*N]+ +1+Q Spalten, womit ebenso viele Parameter bestimmt werden. Davon werden (2*Mx-1) Parameter zur Beschreibung der Abweichfunktion parallel zur Y-Achse und (2*My-1) Parameter zur Beschreibung der Abweichfunktion parallel zur X-Achse, welche durch die Teilmatrix T zur Beschreibung der Abweichfunktionen (im Beispiel Spiegel-Topographien) eingeführt sind. (2*N) Parameter zur Beschreibung der Markerpositionen (X- und Y-Koordinate) im idealen Koordinatensystem, sowie (2*L-2) Parameter zur Beschreibung der Mittelpunktkoordinatenänderungen des Messobjektes bei der φ-ten Orientierung/ Auflage des Messobjektes berücksichtigt und durch die Teilmatrix P eingeführt. (L*N) Parameter zur Beschreibung der relativen Winkelvariationen Messobjektaufnahme zu den Positionssensoren werden berücksichtigt und durch die Teilmatrix W eingeführt. Weitere Parameter zur Beschreibung systematischer Abweichungen, wie 1 Orthogonalitätsfehler und Q weitere systematische Fehler, wobei Q eine natürliche Zahl ist, können berücksichtigt werden und werden durch die Teilmatrix S eingeführt.This equation is in matrix notation m = A. _ λ
Figure DE102019119306A1_0009
With m = ( ... m x 1 j 1 , m x2j1 , ..., m y 1 j 1 , m y 2 j 1 , ... .... m x 1 j φ , m x 2 j φ , ..., m y 1 j φ , m y 2 j φ , ... ) t
Figure DE102019119306A1_0010
and A. _ = ( T _ P _ W. _ S. _ ) , m = T _ λ T + P _ λ P + W. _ λ W. + S. _ λ S. ,
Figure DE102019119306A1_0011
where the sub-matrices T, P, W and S arranged next to one another mean that they are written next to one another. All sub-matrices have (k x + k y ) * N * L rows. The matrix A has at least [(2 * M x -1) + [(2 * M y -1)] + [2 * N] + [(L-1) * 2] + [L * N] + +1 + Q columns, which determine the same number of parameters. Of these, (2 * M x -1) parameters for describing the deviation function parallel to the Y-axis and (2 * M y -1) parameters for describing the deviation function parallel to the X-axis, which are defined by the sub-matrix T for describing the deviation functions ( in the example mirror topographies) are introduced. (2 * N) parameters for describing the marker positions (X and Y coordinates) in the ideal coordinate system, as well as (2 * L-2) parameters for describing the center point coordinate changes of the measuring object in the φ-th orientation / support of the measuring object taken into account and performed the sub-matrix P introduced. (L * N) parameters to describe the relative angle variations of the measurement object recording to the position sensors are taken into account and introduced by the sub-matrix W. Further parameters for describing systematic deviations, such as 1 orthogonality error and Q further systematic errors, where Q is a natural number, can be taken into account and are introduced by the sub-matrix S.

Die Koordinaten der Marker im idealen Koordinatensystem S lassen bei einem um den Winkel Φφ gedrehten Messobjekt mit Hilfe der Rotationsmatrix Rφ und den Mittelpunktkoordinaten beschreiben: ( x s j φ y s J φ ) = R _ φ ( x s j 1 y s j 1 ) R _ φ ( t x 1 t y 1 ) + ( t x φ t y φ )

Figure DE102019119306A1_0012
The coordinates of the markers in the ideal coordinate system S can be described for a measurement object rotated by the angle Φ φ with the help of the rotation matrix R φ and the center point coordinates: ( x s j φ y s J φ ) = R. _ φ ( x s j 1 y s j 1 ) - R. _ φ ( t x 1 t y 1 ) + ( t x φ t y φ )
Figure DE102019119306A1_0012

Die absolute Lage des Messobjektes, nämlich ( t x 1 t y 1 ) ,

Figure DE102019119306A1_0013
im idealen Koordinatensystem muss nicht bekannt sein. Die relative Lageänderung des Messobjektes im idealen Koordinatensystem bei den Messungen φ > 1 wird über die Parameter (r,r,...) im Gleichungssystem erfasst: ( x s j 1 y s j 1 ) = R _ φ 1 ( x s j φ y s j φ ) + ( r x φ r y φ )
Figure DE102019119306A1_0014
The absolute position of the measurement object, namely ( t x 1 t y 1 ) ,
Figure DE102019119306A1_0013
in the ideal coordinate system does not have to be known. The relative change in position of the measuring object in the ideal coordinate system for measurements φ> 1 is recorded using the parameters (r , r , ...) in the equation system: ( x s j 1 y s j 1 ) = R. _ φ - 1 ( x s j φ y s j φ ) + ( r x φ r y φ )
Figure DE102019119306A1_0014

Es muss mindestens eine Messung aller in der ersten Messung erfassten Marker nach einer Drehung des Messobjekts um die Z-Achse, vorzugsweise um 120° oder 90°, durchgeführt werden. Weitere Messungen mit verschobenem und/oder verdrehtem Messobjekt sind möglich, nicht aber notwendig. Ganz allgemein ist darf eine Verschiebung des Messobjekts nicht größer sein als das Messobjekt selbst. Es gilt ( x S 11, ..., x S   N   L , y S   11 ,..., y S   N   L ) T = P _ λ P ,

Figure DE102019119306A1_0015
mit den 2N + (2L-2) Parametern: λ P = ( x S   1   0 ,..., x S   N   0 , y S   1   0 ,..., y N   0 , r x 2 , r y 2 ,... r x L , r y L ) T
Figure DE102019119306A1_0016
At least one measurement of all markers recorded in the first measurement must be carried out after the measurement object has been rotated around the Z-axis, preferably by 120 ° or 90 °. Further measurements with a shifted and / or twisted measuring object are possible, but not necessary. In general, a displacement of the measurement object must not be greater than the measurement object itself. It applies ( x S. 11, ..., x S. N L. , y S. 11 , ..., y S. N L. ) T = P _ λ P ,
Figure DE102019119306A1_0015
with the 2N + (2L-2) parameters: λ P = ( x S. 1 0 , ..., x S. N 0 , y S. 1 0 , ..., y S. N 0 , r x 2 , r y 2 , ... r x L. , r y L. ) T
Figure DE102019119306A1_0016

Mindestens ein Sensor pro Achse ist nicht in einer Linie mit dem Marker-Erfassungssystem (Mikroskop) angeordnet. Eine Rotation des Messobjektträgers und damit einhergehen der Spiegeltopographien relativ zu den interferometrischen Sensoren um die Z-Achse führt zu einer Abweichung der interferometrischen Messung. Die Abweichung Δmxi j φ des i-ten X-Sensors bei der φ-ten Orientierung/ Auflage des Messobjektes bei Messung der j-ten Marker entspricht unter der Voraussetzung einer kleinen Winkelnäherung (sin(γ) ≈ γ) dem Produkt aus der Winkeländerung γ und dem Abstand der Messlinie des Sensors zu einer parallelen Linie, welche durch den Messpunkt des Mikroskops verläuft (s.g. Abbe Offset). Diese Abstände der Sensoren (dxi bzw. dyi), siehe 2a) und 2b), sind in einem Vorversuch zu bestimmen. Δmxi j φj φ·dxi bzw. Δmγi j φ = -γ j φ·dγi
Dies führt zu den L*N Parametern: λ W = ( γ 11 ,..., γ N 1 ,..., γ j φ ... ) T ,

Figure DE102019119306A1_0017
siehe Gleichung (10). W _ = ( 0 d x i 0 d y i 0 )
Figure DE102019119306A1_0018
Neben den oben genannten systematischen Abweichungen beschrieben durch die Parameter λ T
Figure DE102019119306A1_0019
und den Winkelvariationen beschrieben durch die Parameter λ W
Figure DE102019119306A1_0020
kann mindestens ein weiterer systematischer Fehler rekonstruiert werden. Dieser systematische Fehler kann zum Beispiel die Orthogonalitätsabweichung γM der Spiegel sein. In diesem Fall gilt: λ S = γ M S _ = ( y s j 0 + d x i x s j φ + d y i ) .
Figure DE102019119306A1_0021
Ein weiterer systematischer Fehler kann eine Winkelabweichung des Messobjektes von dem nicht hinreichend genau erfassten Rotationswinkel des Messobjektes bei der φ-ten Auflage sein, welche durch eine kleine Winkelnäherung αq beschrieben werden kann. In diesem Fall ist Q=(L-1). Die Messwerte der Positionssensoren lassen sich in diesem Fall durch die Gleichungen (16) beschreiben, was den Gleichungen (7) adaptiert für die φ-ten Auflage des Messobjektes entspricht. m x 1 j φ = g ( y s j φ + d x 1 ) + cos ( φ ) x s j 1 s i n ( φ ) y s j 1 + r x φ + γ j φ d x 1 + γ M ( y s j φ + d x 1 ) + α q y s j φ m x 2 j φ = g ( y s j φ + d x 2 ) + cos ( φ ) x s j 1 sin ( φ ) y s j 1 + r x φ + γ j φ d x 2 + γ M ( y s j φ + d x 2 ) + α q y s j φ m y 1 j φ = f ( x s j φ + d y 1 ) + sin ( φ ) x s j 1 + cos ( φ ) y s j 1 + r y φ γ j φ d y 1 + γ M ( x s j φ + d y 1 ) α q x s j φ m y 2 j φ = f ( x s j φ + d y 2 ) + sin ( φ ) x s j 1 + cos ( φ ) y s j 1 + r y φ γ j φ d y 2 + γ M ( x s j φ + d y 2 ) α q x s j φ
Figure DE102019119306A1_0022
At least one sensor per axis is not arranged in line with the marker detection system (microscope). A rotation of the measurement slide and the associated mirror topographies relative to the interferometric sensors around the Z-axis leads to a deviation in the interferometric measurement. The deviation Δm xi j φ of the i-th X-sensor with the φ-th orientation / support of the measuring object when measuring the j-th marker corresponds to the product of the change in angle, assuming a small angle approximation (sin (γ) ≈ γ) γ and the distance between the measuring line of the sensor and a parallel line which runs through the measuring point of the microscope (so-called Abbe offset). These distances between the sensors (d xi and d yi ), see 2a) and 2 B) , are to be determined in a preliminary test. Δm xi j φ = γ j φ · d xi or Δm γi j φ = -γ j φ · d γi
This leads to the L * N parameters: λ W. = ( γ 11 , ..., γ N 1 , ..., γ j φ ... ) T ,
Figure DE102019119306A1_0017
see equation (10). W. _ = ( 0 d x i 0 - d y i 0 )
Figure DE102019119306A1_0018
In addition to the above-mentioned systematic deviations described by the parameters λ T
Figure DE102019119306A1_0019
and the angle variations described by the parameters λ W.
Figure DE102019119306A1_0020
at least one further systematic error can be reconstructed. This systematic error can be, for example, the orthogonality deviation γ M of the mirrors. In this case: λ S. = γ M. S. _ = ( y s j 0 + d x i x s j φ + d y i ) .
Figure DE102019119306A1_0021
Another systematic error can be an angular deviation of the measurement object from the not sufficiently precisely recorded rotation angle of the measurement object at the φ-th support, which can be described by a small angle approximation α q . In this case, Q = (L-1). In this case, the measured values of the position sensors can be described by equations (16), which corresponds to equations (7) adapted for the φth support of the measurement object. m x 1 j φ = G ( y s j φ + d x 1 ) + cos ( φ ) x s j 1 - s i n ( φ ) y s j 1 + r x φ + γ j φ d x 1 + γ M. ( y s j φ + d x 1 ) + α q y s j φ m x 2 j φ = G ( y s j φ + d x 2 ) + cos ( φ ) x s j 1 - sin ( φ ) y s j 1 + r x φ + γ j φ d x 2 + γ M. ( y s j φ + d x 2 ) + α q y s j φ m y 1 j φ = f ( x s j φ + d y 1 ) + sin ( φ ) x s j 1 + cos ( φ ) y s j 1 + r y φ - γ j φ d y 1 + γ M. ( x s j φ + d y 1 ) - α q x s j φ m y 2 j φ = f ( x s j φ + d y 2 ) + sin ( φ ) x s j 1 + cos ( φ ) y s j 1 + r y φ - γ j φ d y 2 + γ M. ( x s j φ + d y 2 ) - α q x s j φ
Figure DE102019119306A1_0022

Zur Erfassung dieser Q = (L-1) Parameter wird die Teilmatrix S entsprechend erweitert und ergibt die Gleichung (17) anstelle der Gleichung (15)(17). λ s = ( γ M , α 1 , α L 1 ) T S _ = ( ( y s j 0 + d x i ) 0 ( x s j 0 + d x i ) 0 ( y s j φ + d x i ) y s j φ ( x s j φ + d y i ) x s j φ )

Figure DE102019119306A1_0023
To record these Q = (L-1) parameters, the sub-matrix S is expanded accordingly and results in equation (17) instead of equation (15) (17). λ s = ( γ M. , α 1 , α L. - 1 ) T S. _ = ( ( y s j 0 + d x i ) 0 ( x s j 0 + d x i ) 0 ( y s j φ + d x i ) y s j φ ( x s j φ + d y i ) x s j φ )
Figure DE102019119306A1_0023

Weitere systematische Fehler sind im Patent US 8 473 237 B2 aufgelistet und können analog eingebunden werden.Further systematic errors are in the patent US 8 473 237 B2 listed and can be integrated in the same way.

Zur Bestimmung der Parameter λ = ( λ T T , λ P T , λ W T , λ S T ) T

Figure DE102019119306A1_0024
wird aus Gleichung (8) eine Matrix A+ berechnet, für die gilt A _ + m = A _ + A _ λ = 1 λ ,
Figure DE102019119306A1_0025
wobei 1 eine Einheitsmatrix ist. Der Vektor λ
Figure DE102019119306A1_0026
enthält insbesondere die gewünschten Parameter der Abweichfunktionen, siehe Gleichung (18).To determine the parameters λ = ( λ T T , λ P T , λ W. T , λ S. T ) T
Figure DE102019119306A1_0024
a matrix A + is calculated from equation (8) for which applies A. _ + m = A. _ + A. _ λ = 1 λ ,
Figure DE102019119306A1_0025
where 1 is an identity matrix. The vector λ
Figure DE102019119306A1_0026
contains in particular the desired parameters of the deviation functions, see equation (18).

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
MessgerätMeasuring device
1212
Markermarker
1414th
MessobjektMeasurement object
1515th
kartesisches KoordinatensystemCartesian coordinate system
1616
MessobjektaufnahmeMeasurement object recording
1818th
Auflagerpunkt Support point
2020th
Markerpositions-ErfassungssystemMarker position detection system
2222nd
Mikroskopmicroscope
2424
x-Positionssensorx position sensor
2626th
y-Positionssensory position sensor
2828
AuswerteeinheitEvaluation unit
3030th
x-Spiegel x mirror
3232
y-Spiegely mirror
3434
x-Mess-Laserstrahlx measurement laser beam
3535
x-Referenz-Laserstrahlx reference laser beam
3636
y-Mess-Laserstrahly-measurement laser beam
3838
y-Referenz-Laserstrahl y reference laser beam
φφ
Laufindex (1... L)Running index (1 ... L)
ΦΦ
DrehwinkelRotation angle
g(y)g (y)
x-Abweichfunktionx-deviation function
f(x)f (x)
y-Abweichfunktiony-deviation function
ii
LaufindexRunning index
jj
Laufindex der Marker (1... N)Running index of the marker (1 ... N)
kx k x
Zahl der x-PositionssensorenNumber of x position sensors
ky k y
Zahl der y-PositionssensorenNumber of y position sensors
LL.
Zahl der unterschiedlichen Auflagen des MessobjektsNumber of different editions of the measurement object
NN
Zahl der MarkerNumber of markers
Pj P j
Positionposition
QQ
natürliche Zahl, Anzahl weiterer systematischer Fehlernatural number, number of further systematic errors

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 8473237 B2 [0049]US 8473237 B2 [0049]

Claims (11)

Messgerät (10) zum Bestimmen von Positionen von Markern (12) auf einem flächigen Messobjekt (14), mit (a) einer Messobjektaufnahme (16) und (b) einem Markerpositions-Erfassungssystem (20) zum Erfassen einer Markerposition (Pi) eines Markers (12.i) des Messobjekts (14), (c) wobei das Markerpositions-Erfassungssystem (20) eine x-y-Messeinheit aufweist, die (i) einen x-Positionssensor (24.1) zum Messen einer x-Koordinate (xi) der Markerposition (Pi), (ii) einen y-Positionssensor (26.1) zum Messen einer y-Koordinate (yi) der Markerposition (Pi) und (iii) ein Marker-Erfassungssystem (22) zum Erfassen der Marker auf dem Messobjekt (14) aufweist, gekennzeichnet durch (d) zumindest einen zweiten x-Positionssensor (24.2) zum Messen der x-Koordinate (xi) der Markerposition (Pi), wobei der zweite x-Positionssensor (24.2) in y-Richtung vom ersten x-Positionssensor (24.1) beabstandet ist, und (e) zumindest einen zweiten y-Positionssensor (26.2) zum Messen der y-Koordinate (yi) der Markerposition (Pi), wobei der zweite y-Positionssensor (26.2) in x-Richtung vom ersten y-Positionssensor (26.1) beabstandet ist.Measuring device (10) for determining positions of markers (12) on a flat measuring object (14), with (a) a measuring object receptacle (16) and (b) a marker position detection system (20) for detecting a marker position (P i ) of a Markers (12.i) of the measurement object (14), (c) wherein the marker position detection system (20) has an xy measuring unit which (i) an x position sensor (24.1) for measuring an x coordinate (x i ) the marker position (P i ), (ii) a y-position sensor (26.1) for measuring a y-coordinate (y i ) of the marker position (P i ) and (iii) a marker detection system (22) for detecting the marker on the Measurement object (14), characterized by (d) at least one second x-position sensor (24.2) for measuring the x-coordinate (x i ) of the marker position (P i ), the second x-position sensor (24.2) in the y-direction from the first x position sensor (24.1) is spaced, and (e) at least one second y position sensor (26.2) for measuring the y coordinate (y i ) of the Ma rkerposition (P i ), wherein the second y-position sensor (26.2) is spaced in the x-direction from the first y-position sensor (26.1). Messgerät (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Markerpositions-Erfassungssystem (20) ein Mikroskop (22) aufweist.Measuring device (10) Claim 1 , characterized in that the marker position detection system (20) has a microscope (22). Messgerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (28), die ausgebildet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit den Schritten: (a) zumindest dreifaches Wiederholen der Schritte: (i) Erfassen einer Markerposition (Pi) eines Markers (12), sodass Roh-Positionsdaten erhalten werden, und (ii) Bewirken eines Bewegens des flächigen Messobjekts (14) und des Marker-Erfassungssystems (22) relativ zueinander, (b) Erfassen einer Drehung des flächigen Messobjekts (14) relativ zum Markerpositions-Erfassungssystem (20) um die z-Achse, vorzugsweise um 120° oder 90°, und Durchführen von Schritt (a) an den gleichen Markern (12), sodass zweite Roh-Positionsdaten erhalten werden, und (c) Berechnen einer x-Abweichfunktion (g(y)), die eine systematische Mess-abweichung zumindest des ersten x-Positionssensors (24.1) in Abhängigkeit von der y-Position beschreibt, aus den Roh-Positionsdaten und/oder einer y-Abweichfunktion (f(x)), die eine systematische Messabweichung zumindest des ersten y-Positionssensors (24.1) in Abhängigkeit von der x-Position beschreibt, aus den Roh-Positionsdaten.Measuring device (10) according to one of the preceding claims, characterized by an evaluation unit (28) which is designed to automatically carry out a method with the steps: (a) repeating the steps at least three times: (i) detecting a marker position (P i ) a Markers (12), so that raw position data are obtained, and (ii) effecting a movement of the flat measurement object (14) and the marker detection system (22) relative to one another, (b) detection of a rotation of the flat measurement object (14) relative to the Marker position detection system (20) about the z-axis, preferably by 120 ° or 90 °, and performing step (a) on the same markers (12) so that second raw position data are obtained, and (c) calculating an x Deviation function (g (y)), which describes a systematic measurement deviation of at least the first x-position sensor (24.1) as a function of the y-position, from the raw position data and / or a y-deviation function (f (x) ), which is a systemat Describes the measurement deviation of at least the first y-position sensor (24.1) as a function of the x-position, from the raw position data. Messgerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (28) ausgebildet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit dem Schritt: Ermitteln von Real-Positionsdaten in einem kartesischen Koordinatensystem (15) des Messobjekts (14) aus den Roh-Positionsdaten.Measuring device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (28) is designed to automatically carry out a method with the step: Determining real position data in a Cartesian coordinate system (15) of the measurement object (14) from the raw Position data. Messgerät (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoren (24.1, 24.2, 26.1, 26.2) interferometrische Sensoren sind.Measuring device (10) Claim 1 , characterized in that the position sensors (24.1, 24.2, 26.1, 26.2) are interferometric sensors. Messgerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die x-Positionssensoren (24.1, 24.2) (i) einen ersten x-Spiegel (30.1), - der sich in y-Richtung erstreckt und - relativ zur Messobjektaufnahme (16) befestigt ist, und (ii) einen zweiten x-Spiegel (30.2), - relativ zum Marker-Erfassungssystem (22) befestigt ist, umfassen, (b) der erste x-Positionssensor (24.1) ausgebildet ist zum (i) Aussenden eines ersten x-Mess-Laserstrahls (34.1) auf den ersten x-Spiegel (30.1), (ii) Aussenden eines ersten x-Referenz-Laserstrahls auf den zweiten x-Spiegel (30.2) und (iii) Interferieren-Lassen des vom x-Spiegel (30) reflektierten ersten x-Mess-Laserstrahls (34.1) mit dem vom zweiten x-Spiegel (30.2) reflektierten x-Referenz-Laserstrahl, und dass (c) der zweite x-Positionssensor (24.2) ausgebildet ist zum (i) Aussenden eines zweiten x-Mess-Laserstrahls (34.2) auf den ersten x-Spiegel (30.1), (ii) Aussenden eines zweiten x-Referenz-Laserstrahls, insbesondere auf den zweiten x-Spiegel (30.2), und (iii) Interferieren-Lassen des vom x-Spiegel (30) reflektierten zweiten x-Mess-Laserstrahls (34.2) mit dem zweiten x-Referenz-Laserstrahl, sodass Roh-Positionsdaten erhalten werden.Measuring device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that (a) the x-position sensors (24.1, 24.2) (i) a first x-mirror (30.1), - which extends in the y-direction and - relative to the Measurement object receptacle (16) is attached, and (ii) a second x-mirror (30.2), - is attached relative to the marker detection system (22), comprise, (b) the first x-position sensor (24.1) is designed for (i ) Emitting a first x-measuring laser beam (34.1) onto the first x-mirror (30.1), (ii) emitting a first x-reference laser beam onto the second x-mirror (30.2) and (iii) interfering with the from the x-mirror (30) reflected first x-measuring laser beam (34.1) with the x-reference laser beam reflected from the second x-mirror (30.2), and that (c) the second x-position sensor (24.2) is designed for (i) emitting a second x-measuring laser beam (34.2) onto the first x-mirror (30.1), (ii) emitting a second x-reference laser beam, in particular onto the second x-mirror (30.2), and (iii) allowing the second x-measuring laser beam (34.2) reflected by the x-mirror (30) to interfere with the second x-reference laser beam, so that raw position data are obtained. Messgerät (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die y-Positionssensoren (26.1, 26.2) (i) einen ersten y-Spiegel (32.1) umfassen, der - sich in x-Richtung erstreckt und - relativ zur Messobjektaufnahme (16) befestigt ist, (ii) einen zweiten y-Spiegel (32.2) umfassen, der - relativ zum Marker-Erfassungssystem (22) befestigt ist, (b) der erste y-Positionssensor (26.1) ausgebildet ist zum (i) Aussenden eines ersten y-Mess-Laserstrahls (36.1) auf den ersten y-Spiegel (32.1), (ii) Aussenden eines ersten y-Referenz-Laserstrahls (38.1) auf den zweiten y-Spiegel (32.2) und (iii) Interferieren-Lassen des vom y-Spiegel (32) reflektierten ersten y-Mess-Laserstrahls (36.1) mit dem ersten y-Referenz-Laserstrahl (38.1), (c) der zweite y-Positionssensor (26.2) ausgebildet ist zum (i) Aussenden eines zweiten y-Mess-Laserstrahls (36.2) auf den ersten y-Spiegel (32.1), (ii) Aussenden eines zweiten y-Referenz-Laserstrahls (38.2), insbesondere auf den zweiten y-Spiegel (32.2), und (iii) zum Interferieren-Lassen des vom Spiegel reflektierten zweiten y-Mess-Laserstrahls (36.2) mit einem zweiten y-Referenz-Laserstrahl (28.2), sodass Roh-Positionsdaten erhalten werden.Measuring device (10) Claim 6 , characterized in that (a) the y position sensors (26.1, 26.2) (i) comprise a first y mirror (32.1) which - extends in the x direction and - is attached relative to the measurement object receptacle (16), ( ii) comprise a second y-mirror (32.2) which - is fixed relative to the marker detection system (22), (b) the first y-position sensor (26.1) is designed for (i) emitting a first y-measuring laser beam (36.1) onto the first y-mirror (32.1), (ii) emitting a first y-reference laser beam (38.1) onto the second y-mirror (32.2) and (iii) interfering with the y-mirror (32 ) reflected first y-measuring laser beam (36.1) with the first y-reference laser beam (38.1), (c) the second y-position sensor (26.2) is designed for (i) emitting a second y-measuring laser beam (36.2 ) on the first y-mirror (32.1), (ii) emitting a second y-reference laser beam (38.2), in particular on the second y-mirror (32.2), and (iii) for interfering with the vo The mirror reflected the second y-measurement laser beam (36.2) with a second y-reference laser beam (28.2), so that raw position data are obtained. Messgerät (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die x-Mess-Laserstrahlen (34.1, 34.2) parallel zueinander ausgerichtet sind und/oder (b) die y-Mess-Laserstrahlen (36.1, 36.2) parallel zueinander ausgerichtet sind.Measuring device (10) Claim 6 or 7th , characterized in that (a) the x-measuring laser beams (34.1, 34.2) are aligned parallel to one another and / or (b) the y-measuring laser beams (36.1, 36.2) are aligned parallel to one another. Verfahren zum Kalibrieren eines Messgeräts (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche und/oder zum Bestimmen einer Positionsabweichung von Markern (12) auf einem flächigen Messobjekt (14) mittels des Messgeräts (10), mit den Schritten: (a) Anordnen des flächigen Messobjekts (14) auf einer Messobjektaufnahme (16) des Messgeräts (10), (b) zumindest zweifaches, insbesondere dreifaches, Wiederholen der Schritte: (i) Erfassen einer Markerposition (Pi) eines Markers (12) mittels eines Markerpositions-Erfassungsgeräts (20), insbesondere eines Marker-Erfassungssystems (22), sodass erste Roh-Positionsdaten erhalten werden, und (ii) Bewegen des flächigen Messobjekts (14) und des Markerpositions-Erfassungsgeräts (20) relativ zueinander in X,Y-Richtung, (c) Drehen des flächigen Messobjekts (14) relativ zum Markererfassungssystem (20) um die z-Achse und Durchführen von Schritt (b) an den gleichen Markern (12), sodass zweite Roh-Positionsdaten erhalten werden, und (d) Ermitteln von Kalibrierdaten (f(x), g(y), yM) zum Korrigieren einer systematischen Messabweichung des Messgeräts (10) und/oder von Real-Positionsdaten aus den Roh-Positionsdaten.Method for calibrating a measuring device (10) according to one of the preceding claims and / or for determining a positional deviation of markers (12) on a flat measuring object (14) by means of the measuring device (10), with the steps: (a) arranging the flat measuring object (14) on a measurement object receptacle (16) of the measuring device (10), (b) repeating the steps at least twice, in particular three times: (i) detecting a marker position (P i ) of a marker (12) by means of a marker position detecting device (20 ), in particular a marker detection system (22), so that first raw position data are obtained, and (ii) moving the flat measurement object (14) and the marker position detection device (20) relative to one another in the X, Y direction, (c) Rotating the planar measurement object (14) relative to the marker detection system (20) about the z-axis and performing step (b) on the same markers (12) so that second raw position data are obtained, and (d) determining calibration data (f (x), g (y), y M ) for correcting a systematic measurement deviation of the measuring device (10) and / or of real position data from the raw position data. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln von Kalibrierdaten die folgenden Schritte umfasst: (a) Bestimmen einer x-Abweichfunktion (g(y)), die eine systematische Mess-abweichung der mindestens zwei x-Positionssensoren (kx) in Abhängigkeit von der y-Position beschreibt, aus den Roh-Positionsdaten und/oder (b) Bestimmen einer y-Abweichfunktion (f(x)), die eine systematische Messabweichung der mindestens zwei y-Positionssensoren (ky) in Abhängigkeit von der x-Position beschreibt, aus den Roh-Positionsdaten.Procedure according to Claim 9 , characterized in that the determination of calibration data comprises the following steps: (a) Determination of an x-deviation function (g (y)) which is a systematic measurement deviation of the at least two x-position sensors (k x ) as a function of the y Describes position, from the raw position data and / or (b) determining a y-deviation function (f (x)), which describes a systematic measurement deviation of the at least two y-position sensors (k y ) as a function of the x-position, from the raw position data. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln von Kalibrierdaten die folgenden Schritte umfasst: (a) Bestimmung der relativen Marker-Positionen (X,Y-Koordinaten im Koordinatensystem des Messobjekts) aus den Roh-Positionsdaten, (b) Bestimmung der von relativen Winkelvariationen um die Z-Achse zwischen dem Marker-Erfassungssystem und dem Messobjekt an den verschiedenen Marker-Positionen, (c) Bestimmung der Winkelabweichung zwischen den Abweichfunktionen (γM) (und mindestens eines weiteren systematischen Fehlers).Procedure according to Claim 10 , characterized in that the determination of calibration data comprises the following steps: (a) Determination of the relative marker positions (X, Y coordinates in the coordinate system of the measurement object) from the raw position data, (b) Determination of the relative angle variations around the Z-axis between the marker detection system and the measurement object at the various marker positions, (c) determination of the angular deviation between the deviation functions (γ M ) (and at least one further systematic error).
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