DE102020212970A1 - Method for calibrating an optical sensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors (41) zum Messen einer absoluten Position und Lage eines Lichtstrahls (30) in einem Referenzkoordinatensystem (38) eines Messgerätes (40) mit folgenden Verfahrensschritten:- Bestimmung eines Hilfskoordinatensystems (39) eines Kalibriernormals (60),- Bestimmung der Lage des Tastpunktes (34) des Kalibriernormals (60) in dem Hilfskoordinatensystem (39),- Fixierung des Kalibriernormals (60) im Messgerät(40),- Bestimmung der Lage des Hilfskoordinatensystems (39) des Kalibriernormals (60) im Referenzkoordinatensystem (38) des Messgerätes (40),- Positionierung eines Sensors (41) in Bezug zu dem Tastpunkt (34) des Kalibriernormals (60),- Bestimmung des Ortes und der Lage des Messortes (44) des Sensors (41) im Referenzkoordinatensystem (38) mit Hilfe des Tastpunktes (34).The invention relates to a method for calibrating a sensor (41) for measuring an absolute position and location of a light beam (30) in a reference coordinate system (38) of a measuring device (40) with the following method steps: Determination of an auxiliary coordinate system (39) of a calibration standard (60 ), - Determination of the position of the touch point (34) of the calibration standard (60) in the auxiliary coordinate system (39), - Fixation of the calibration standard (60) in the measuring device (40), - Determination of the position of the auxiliary coordinate system (39) of the calibration standard (60) in the reference coordinate system (38) of the measuring device (40), - positioning of a sensor (41) in relation to the touch point (34) of the calibration standard (60), - determination of the location and the position of the measuring location (44) of the sensor (41) in Reference coordinate system (38) using the touch point (34).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines optischen Sensors insbesondere zur Messung von Interferometer-Strahlen im Raum, insbesondere in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie.The invention relates to a method for calibrating an optical sensor, in particular for measuring interferometer beams in space, in particular in a projection exposure system for semiconductor lithography.
Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleitertechnik haben extrem hohe Anforderungen an die Abbildungsgenauigkeit, um die gewünschten mikroskopisch kleinen Strukturen möglichst fehlerfrei herstellen zu können. Die zur Abbildung verwendeten optischen Komponenten für die oben beschriebenen Anlagen müssen mit höchster Präzision positioniert werden, um eine ausreichende Abbildungsqualität gewährleisten zu können. Das Funktionsprinzip der genannten Anlagen beruht dabei darauf, mittels einer in der Regel verkleinernden Abbildung von Strukturen auf einer Maske, einem sogenannten Reticle, auf einem mit photosensitivem Material versehenen zu strukturierenden Element feinste Strukturen bis in den Nanometerbereich zu erzeugen. Die minimalen Abmessungen der erzeugten Strukturen hängen dabei direkt von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes ab. In jüngerer Zeit werden vermehrt Lichtquellen mit einer Emissionswellenlänge im Bereich weniger Nanometer, beispielsweise zwischen 1 nm und 30 nm, insbesondere im Bereich von 13,5 nm verwendet. Der beschriebene Wellenlängenbereich wird auch als EUV-Bereich bezeichnet. Der Schritt zum EUV-Bereich bedeutet den Verzicht auf brechende Medien, die bei dieser Wellenlänge nicht mehr sinnvoll einsetzbar sind, und den Übergang zu reinen Spiegelsystemen. Dadurch haben sich auch der prinzipielle Aufbau der optischen Elemente und deren Anordnung in der Abbildungsoptik geändert, wodurch sich der Aufbau einer festen Referenz, dem sogenannten Sensorrahmen, erschwert hat.Projection exposure systems for semiconductor technology have extremely high demands on the imaging accuracy in order to be able to produce the desired microscopic structures as error-free as possible. The optical components used for imaging for the systems described above must be positioned with the greatest precision in order to be able to guarantee sufficient imaging quality. The functional principle of the above-mentioned systems is based on generating extremely fine structures down to the nanometer range on an element to be structured, which is provided with photosensitive material, by means of a generally scaling-down image of structures on a mask, a so-called reticle. The minimum dimensions of the structures produced depend directly on the wavelength of the light used. Recently, light sources with an emission wavelength in the range of a few nanometers, for example between 1 nm and 30 nm, in particular in the range of 13.5 nm, have been used more and more. The wavelength range described is also referred to as the EUV range. The move to the EUV range means doing without refractive media, which can no longer be used sensibly at this wavelength, and moving to pure mirror systems. As a result, the basic structure of the optical elements and their arrangement in the imaging optics have also changed, making it more difficult to set up a fixed reference, the so-called sensor frame.
Eine Lösung dieses Problems ist die Verwendung von Interferometern als Sensoren für die Positionierung der optischen Elemente. Interferometer haben den Vorteil, dass die Entfernung zwischen dem Messkopf und dem für das Interferometer erforderlichen Referenzspiegel sehr groß sein kann, so dass der Sensorrahmen weiterhin relativ kompakt und einfach gestaltet werden kann. Der üblicherweise als Laserstrahl ausgebildete Messstrahl des Interferometers muss dabei zum Referenzspiegel so ausgerichtet werden, dass der reflektierte Strahl innerhalb des Messbereichs des Sensors weitgehend unabhängig von der Position der beiden Teile zueinander in den Messkopf zurück reflektiert wird. Dies kann bei Systemen, wie beispielsweise bei Projektionsbelichtungsanlagen, zu sehr komplexen Montage- und Justageverfahren führen, da beim Aufbau des Sensorrahmens mit den Messköpfen des Interferometers die optischen Elemente und damit die Referenzspiegel noch nicht montiert sind beziehungsweise im montierten Zustand die Messköpfe nicht zugänglich sind. Zur Justage der Messstrahlen ist ein Messgerät zur Ermittlung der absoluten Position und Lage der Messstrahlen im Raum notwendig. Eine wesentliche Herausforderung dabei ist es, eine optimale Messgenauigkeit des Messgerätes und der darin verwendeten Sensoren, wie beispielsweise Kameras, zu erreichen. Mit anderen Worten ist eine möglichst genaue Kalibrierung der zur Anwendung kommenden Sensoren wünschenswert.One solution to this problem is to use interferometers as sensors for positioning the optical elements. Interferometers have the advantage that the distance between the measuring head and the reference mirror required for the interferometer can be very large, so that the sensor frame can still be designed to be relatively compact and simple. The measuring beam of the interferometer, which is usually designed as a laser beam, must be aligned with the reference mirror in such a way that the reflected beam is reflected back into the measuring head within the measuring range of the sensor, largely independently of the position of the two parts to one another. In systems such as projection exposure systems, for example, this can lead to very complex assembly and adjustment processes, since the optical elements and thus the reference mirrors are not yet mounted when the sensor frame is set up with the measuring heads of the interferometer, or the measuring heads are not accessible in the assembled state. To adjust the measuring beams, a measuring device is required to determine the absolute position and location of the measuring beams in space. A major challenge here is to achieve optimal measurement accuracy of the measuring device and the sensors used in it, such as cameras. In other words, the most accurate possible calibration of the sensors used is desirable.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, welche das oben beschriebene Problem einer möglichst exakten Kalibrierung eines Sensors für die Lokalisierung des Verlaufs von Laserstrahlen im Raum löst.The object of the present invention is to provide a method which solves the above-described problem of calibrating a sensor as precisely as possible for localizing the course of laser beams in space.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.This object is achieved by a method with the features of the independent claim. The subclaims relate to advantageous developments and variants of the invention.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors zum Messen einer absoluten Position und Lage eines Lichtstrahls in einem Referenzkoordinatensystem eines Messgerätes umfasst folgende Verfahrensschritte:
- - Bestimmung eines Hilfskoordinatensystems eines einen optischen Taster umfassenden Kalibriernormals.
- - Bestimmung der Lage des Tastpunktes des optischen Tasters in dem Hilfskoordinatensystem des Kalibriernormals.
- - Fixierung des Kalibriernormals in einem Messgerät.
- - Bestimmung der Lage des Hilfskoordinatensystems des Kalibriernormals im Referenzkoordinatensystem des Messgerätes.
- - Positionierung eines Sensors in Bezug zu dem Tastpunkt des optischen Tasters.
- - Bestimmung des Ortes und der Lage des Messortes des Sensors im Referenzkoordinatensystem mit Hilfe des Tastpunktes.
- - Determination of an auxiliary coordinate system of a calibration standard comprising an optical probe.
- - Determination of the position of the touch point of the optical probe in the auxiliary coordinate system of the calibration standard.
- - Fixation of the calibration standard in a measuring device.
- - Determination of the position of the auxiliary coordinate system of the calibration standard in the reference coordinate system of the measuring device.
- - Positioning of a sensor in relation to the touch point of the optical button.
- - Determination of the location and the position of the measuring location of the sensor in the reference coordinate system with the help of the touch point.
Der Tastpunkt ist ein üblicherweise durch einen Laser erzeugter und durch ein optisches Element, wie beispielsweise eine Kugellinse, fokussierter Lichtpunkt, der somit auch dem Fokuspunkt des optischen Tasters entspricht. Die relative Lage des Tastpunktes zum Kugelmittelpunkt des optischen Tasters ist dabei über den Abstand z der Fokusebene zum Kugelmittelpunkt der Kugellinse entlang der Mittelachse des optischen Tasters und über den Verbindungsvektor b zwischen dem Schnittpunkt der Mittelachse mit der Fokusebene und dem Fokuspunkt auf der Fokusebene definiert. Die Mittelachse ist die Achse, die durch die Anbindung des optischen Tasters und den Kugelmittelpunkt der Kugellinse verläuft.The touch point is a point of light usually generated by a laser and focused by an optical element such as a spherical lens, which thus also corresponds to the focal point of the optical button. The relative position of the touch point to the ball center of the optical probe is defined by the distance z of the focal plane to the ball center of the spherical lens along the central axis of the optical probe and via the connection vector b between the intersection of the central axis with the focal plane and the focal point on the focal plane. The central axis is the Axis that runs through the connection of the optical probe and the center of the sphere of the spherical lens.
Im Laufe der Kalibrierung des Sensors wird der Tastpunkt dazu verwendet, den Ort und die Lage des Messortes des Sensors in Bezug auf das Referenzkoordinatensystem, also üblicherweise des Koordinatensystems eines Koordinatenmessgeräts, zu bestimmen.In the course of the calibration of the sensor, the touch point is used to determine the location and the position of the measuring location of the sensor in relation to the reference coordinate system, that is to say usually the coordinate system of a coordinate measuring machine.
Daneben kann das Kalibriernormal eine Tastkugel umfassen. Die Tastkugel, also eine Kugel, die mechanisch angetastet werden kann und deren Kugeldurchmesser genau bekannt ist, kann entweder identisch zu dem optischen Element des optischen Tasters, wie beispielsweise einer Kugellinse sein, oder als eine zusätzliche Kugel ausgebildet sein. Ist die Tastkugel eine zusätzlich ausgebildete Tastkugel, muss der Abstand vom Mittelpunkt der Tastkugel zum Tastpunkt bekannt sein.In addition, the calibration standard can include a probe ball. The probe ball, ie a ball that can be mechanically touched and whose ball diameter is precisely known, can either be identical to the optical element of the optical probe, such as a ball lens, or be designed as an additional ball. If the probe ball is an additionally designed probe ball, the distance from the center point of the probe ball to the probe point must be known.
Weiterhin kann das Kalibriernormal mindestens drei Referenzpunkte umfassen. Die Referenzpunkte können beispielweise als Mittelpunkte von Tastkugeln ausgebildet sein, wobei wiederum eine der mindestens drei Tastkugeln auch das als Kugellinse ausgebildete optische Element des Kalibriernormals sein kann. Sind die Tastkugeln nicht in einer Linie angeordnet, kann durch das Antasten der drei Tastkugeln ein Koordinatensystem definiert werden, in dem der Tastpunkt des optischen Tasters bestimmt werden kann. Zweckmäßigerweise wird durch die Lage der Tastkugeln ein kartesisches Koordinatensystem aufgespannt.Furthermore, the calibration standard can include at least three reference points. The reference points can be designed, for example, as the center points of probe balls, in turn one of the at least three probe balls can also be the optical element of the calibration standard, which is embodied as a ball lens. If the stylus spheres are not arranged in a line, a coordinate system can be defined by touching the three stylus spheres, in which the touch point of the optical stylus can be determined. A Cartesian coordinate system is expediently spanned by the position of the probe balls.
Die Tastkugeln des Kalibriernormals erfüllen dabei im Wesentlichen zwei Funktionen. Zum einen können sie bei der Herstellung des Kalibriernormals dazu verwendet werden, die Lage des Tastpunktes im Hilfskoordinatensystem des Kalibriernormals zu bestimmen. Dazu wird das Kalibriernormal selbst in einem Koordinatenmessgerät als Taster verwendet. Dabei kann das Hilfskoordinatensystem des Kalibriernormals mit einer kalibrierten Referenzkugel des Messgerätes bestimmt werden. Das Messgerät kann beispielsweise ein Koordinatenmessgerät sein. In dem Koordinatenmessgerät wird die kalibrierte Referenzkugel montiert, deren Durchmesser sehr genau bekannt ist und deren exakte Position im Referenzkoordinatensystem bestimmt wurde. Der optische Taster wird dann an einen beweglichen Arm des Koordinatenmessgerätes montiert und die Position der mindestens drei Tastkugeln mit Hilfe der Referenzkugel bestimmt. Anhand der auf diese Weise ermittelten mindestens drei Punkte kann nun ein Hilfskoordinatensystem aufgespannt werden, welches dem Koordinatensystem des Kalibriernormals, also dem Hilfskoordinatensystem, entspricht. Ist das Hilfskoordinatensystem bestimmt, kann nun auf Grund des bekannten Abstandes des Tastpunktes des optischen Tasters in Bezug zum Mittelpunkt der Kugellinse und der bekannten Position des Mittelpunktes der Kugellinse im Hilfskoordinatensystem auch die Lage des Tastpunktes im Hilfskoordinatensystem bestimmt werden.The probe balls of the calibration standard essentially fulfill two functions. On the one hand, they can be used in the manufacture of the calibration standard to determine the position of the touch point in the auxiliary coordinate system of the calibration standard. For this purpose, the calibration standard itself is used as a probe in a coordinate measuring machine. The auxiliary coordinate system of the calibration standard can be determined with a calibrated reference sphere of the measuring device. The measuring device can be, for example, a coordinate measuring device. The calibrated reference sphere, whose diameter is known very precisely and whose exact position has been determined in the reference coordinate system, is mounted in the coordinate measuring machine. The optical probe is then mounted on a movable arm of the coordinate measuring machine and the position of the at least three probe balls is determined with the aid of the reference ball. On the basis of the at least three points determined in this way, an auxiliary coordinate system can now be set up which corresponds to the coordinate system of the calibration standard, that is to say the auxiliary coordinate system. Once the auxiliary coordinate system has been determined, the position of the tactile point in the auxiliary coordinate system can now be determined on the basis of the known distance between the touch point of the optical probe in relation to the center point of the spherical lens and the known position of the center point of the spherical lens in the auxiliary coordinate system.
Das Kalibriernormal kann nun von dem beweglichen Arm des Koordinatenmessgerätes demontiert und an einer geeigneten Stelle im Messgerät fixiert werden. Danach können die Tastkugeln des Kalibriernormals dazu verwendet werden, die Lage des Hilfskoordinatensystems des Kalibriernormals im Referenzkoordinatensystem des Koordinatenmessgerätes anzutasten und damit die Lage des Tastpunktes im Referenzkoordinatensystem zu bestimmen. Dabei kann die Lage des Hilfskoordinatensystems des Kalibriernormals im Referenzkoordinatensystem durch Antasten der Tastkugeln des Kalibriernormals bestimmt werden. Dazu werden mit einem taktilen Tastkopf, der am beweglichen Arm des Koordinatenmessgerätes angeordnet ist, die Lage der Mittelpunkte der drei Tastkugeln und damit die Lage des Hilfskoordinatensystems im Referenzkoordinatensystem bestimmt. Damit ist automatisch auch die Lage des Tastpunktes im Referenzkoordinatensystem bekannt.The calibration standard can now be dismantled from the movable arm of the coordinate measuring machine and fixed at a suitable point in the measuring machine. Then the probe balls of the calibration standard can be used to touch the position of the auxiliary coordinate system of the calibration standard in the reference coordinate system of the coordinate measuring machine and thus to determine the position of the touch point in the reference coordinate system. The position of the auxiliary coordinate system of the calibration standard in the reference coordinate system can be determined by touching the probe balls of the calibration standard. For this purpose, the position of the center points of the three probe balls and thus the position of the auxiliary coordinate system in the reference coordinate system are determined with a tactile probe head, which is arranged on the movable arm of the coordinate measuring machine. This means that the position of the touch point in the reference coordinate system is also automatically known.
Alternativ kann das Kalibriernormal als lediglich taktil antastbarer Körper hergestellt werden, der ebenfalls einen optischen Tastpunkt erzeugt. Dabei muss sich das Kalibriernormal im Unterschied zur der vorne beschriebenen Variante nicht zwingend selbst als Taster eignen. Die Lage des Tastpunktes kann in dieser Ausführungsform der Erfindung mittels eines Multisensormessgerätes ermittelt werden. Unter einem Multisensormessgerät wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Gerät verstanden, mittels welchem sowohl optisch als auch taktil gemessen werden kann. Dabei nutzen ein optischer und ein taktiler Sensor dasselbe Koordinatensystem und sind relativ dazu eingemessen. Auch ein derartig ausgebildetes Kalibriernormal kann wie oben beschrieben im Koordinatenmessgerät fixiert und angetastet werden, so dass die Lage des Tastpunktes im Referenzkoordinatensystem bekannt ist.Alternatively, the calibration standard can be produced as a body that can only be touched by touch, which also generates an optical touch point. In contrast to the variant described above, the calibration standard does not necessarily have to be suitable as a button itself. In this embodiment of the invention, the position of the touch point can be determined by means of a multisensor measuring device. In the context of the present invention, a multisensor measuring device is understood to mean a device by means of which measurements can be carried out both optically and tactilely. An optical and a tactile sensor use the same coordinate system and are calibrated relative to it. A calibration standard designed in this way can also be fixed and touched in the coordinate measuring machine as described above, so that the position of the touch point in the reference coordinate system is known.
Der Sensor zur Bestimmung der Lage des Laserstrahls kann wie bereits erwähnt insbesondere als Kamera ausgebildet sein. Die Kamera kann ebenfalls an einem beweglichen Arm des Koordinatenmessgerätes befestigt werden, wobei die Position der Kamera beziehungsweise der Messort der Kamera im Referenzkoordinatensystem noch nicht bekannt ist. Mit dieser Konfiguration kann bereits die Orientierung eines im Raum verlaufenden Laserstrahls durch Erfassung des Laserstrahls an zwei Punkten im Referenzkoordinatensystem bestimmt werden. Es können zur Bestimmung des Laserstrahles auch mehr als zwei Punkte erfasst werden. Die absolute Lage des Laserstrahls im Raum kann aber auf Grund der fehlenden Information über die absolute Lage des Messortes der Kamera im Raum nicht bestimmt werden. Alternativ kann der Sensor auch als Photodiode ausgebildet sein.As already mentioned, the sensor for determining the position of the laser beam can in particular be designed as a camera. The camera can also be attached to a movable arm of the coordinate measuring machine, the position of the camera or the measuring location of the camera in the reference coordinate system not yet being known. With this configuration, the orientation of a laser beam running in space can be determined by detecting the laser beam at two points in the reference coordinate system. More than two points can also be recorded to determine the laser beam. The absolute position of the laser beam in space can be due to the missing Information about the absolute position of the measurement location of the camera in the room cannot be determined. Alternatively, the sensor can also be designed as a photodiode.
Zur Kalibrierung des Sensors kann nun der Tastpunkt auf ein lichtempfindliches elektronisches Bauelement der Kamera abgebildet werden. Das lichtempfindliche Bauelement kann dabei als ein sogenannter CCD-Chip oder ein sogenannter CMOS-Sensor ausgebildet sein. Die Kamera kann dabei auch lediglich ein lichtempfindliches elektronisches Bauteil umfassen, also keine abbildende Optik, da der zu messende Laserstrahl sowie der Tastpunkt bereits stark fokussiert sind und die Bestimmung des Zentrums über mittelnde Algorithmen erfolgt, so dass das Zentrum auch für einen endlich ausgedehnten, hinsichtlich seiner Intensität normalverteilten Fleck bestimmt werden kann. Alternativ kann die Kamera auch eine abbildende Optik umfassen. Der Abstand der Objektebene der abbildenden Optik, also der Ort, in dem der Tastpunkt im Raum angeordnet ist, zum lichtempfindlichen elektronischen Bauelement ist durch das optische Design bekannt.To calibrate the sensor, the touch point can now be mapped onto a light-sensitive electronic component of the camera. The light-sensitive component can be designed as a so-called CCD chip or a so-called CMOS sensor. The camera can also only comprise a light-sensitive electronic component, i.e. no imaging optics, since the laser beam to be measured and the touch point are already strongly focused and the determination of the center is carried out using averaging algorithms, so that the center can also be used for a finitely extended, with regard to its intensity normally distributed spot can be determined. Alternatively, the camera can also include imaging optics. The distance between the object plane of the imaging optics, that is to say the location in which the touch point is arranged in space, from the light-sensitive electronic component is known from the optical design.
Daneben kann ein Pixel des lichtempfindlichen elektronischen Bauteils im Zentrum des abgebildeten Tastpunktes rechnerisch ermittelt werden. Die Position des Pixels im Referenzkoordinatensystem entspricht dabei den Koordinaten des Tastpunktes des optischen Tasters des Kalibriernormals. Im Fall einer Kamera mit einer abbildenden Optik muss noch die Entfernung des lichtempfindlichen elektronischen Bauteils zur Objektebene der abbildenden Optik der Kamera und die Entfernung des im Zentrum des abgebildeten Tastpunktes befindlichen Pixels zur Mitte des Bildfeldes ermittelt werden. Zur Bestimmung der Lage des lichtempfindlichen elektronischen Bauteils können zumindest drei unterschiedliche Pixel des lichtempfindlichen elektronischen Bauteils bestimmt werden. Alternativ kann die optische Achse der abbildenden Optik der Kamera parallel zur Verbindungslinie zwischen Mittelpunkt der Kugellinse und dem Tastpunkt angeordnet sein. Dadurch ist die Lage des lichtempfindlichen elektronischen Bauteils und damit der Messort nun in den Koordinaten des Referenzkoordinatensystems bekannt. Die Information über die aktuelle Lage des Messortes bleibt insbesondere auch bei einer Bewegung des Sensors mit dem beweglichen Arm des Koordinatenmessgerätes erhalten. Damit kann nun eine absolute Position eines Laserstrahls bestimmt werden.In addition, a pixel of the light-sensitive electronic component in the center of the imaged touch point can be determined by computer. The position of the pixel in the reference coordinate system corresponds to the coordinates of the touch point of the optical probe of the calibration standard. In the case of a camera with imaging optics, the distance of the light-sensitive electronic component to the object plane of the imaging optics of the camera and the distance of the pixel located in the center of the imaged touch point to the center of the image field must also be determined. To determine the position of the light-sensitive electronic component, at least three different pixels of the light-sensitive electronic component can be determined. Alternatively, the optical axis of the imaging optics of the camera can be arranged parallel to the connecting line between the center point of the spherical lens and the touch point. As a result, the position of the light-sensitive electronic component and thus the measurement location is now known in the coordinates of the reference coordinate system. The information about the current position of the measurement location is retained in particular even when the sensor is moved with the movable arm of the coordinate measuring device. This means that an absolute position of a laser beam can now be determined.
Weiterhin kann das Kalibriernormal an mehreren Positionen im Messgerät fixiert werden. Dies kann ein Einmessen des Sensors unter verschiedenen Winkeln ermöglichen, welches im Bereich der Koordinatenmesstechnik bei schwenkbaren Tastern und Sensoren üblicherweise verwendet werden kann, um systematische Fehler der Drehachsen der beweglichen Arme des Koordinatenmessgerätes zu kompensieren. Dabei werden nur einige wenige Winkel eingemessen und für die restlichen Winkel auf Basis der Daten der eingemessenen Winkel Korrekturwerte interpoliert. Dadurch wird der Aufwand für die Korrektur der systematischen Fehler der Drehachsen vorteilhaft auf ein Minimum reduziert. Wird der Sensor nur für einige wenige Messungen verwendet, können die zur Reduzierung der systematischen Fehler verwendeten eingemessenen Winkel zweckmäßigerweise mit den später verwendeten Winkeln übereinstimmen. Alternativ können die Korrekturwerte auch im Vorfeld bestimmt und für die Messungen mit dem Sensor übernommen werden, wodurch zumindest ein Großteil der systematischen Fehler kompensiert werden kann.Furthermore, the calibration standard can be fixed in several positions in the measuring device. This can enable the sensor to be calibrated at different angles, which in the field of coordinate measuring technology can usually be used in the case of swiveling probes and sensors in order to compensate for systematic errors in the axes of rotation of the movable arms of the coordinate measuring machine. Only a few angles are measured and correction values are interpolated for the remaining angles on the basis of the data of the measured angles. As a result, the effort for correcting the systematic errors of the axes of rotation is advantageously reduced to a minimum. If the sensor is only used for a few measurements, the measured angles used to reduce the systematic errors can expediently coincide with the angles used later. Alternatively, the correction values can also be determined in advance and adopted for the measurements with the sensor, whereby at least a large part of the systematic errors can be compensated.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
-
1 den prinzipiellen Aufbau einer Projektionsbelichtungsanlage, für deren Vermessung die Erfindung verwirklicht sein kann, -
2 den prinzipiellen Aufbau einer Projektionsoptik, in der die Erfindung verwirklicht sein kann, -
3 einen optischen Taster, der bei der Umsetzung der Erfindung Verwendung finden kann, -
4 in den4a und4b zwei Möglichkeiten zur Ermittlung des Hilfskoordinatensystems eines Kalibriernormals, -
5 eine Möglichkeit zur Bestimmung der Lage des Hilfskoordinatensystems des Kalibriernormals in einem Referenzkoordinatensystem eines Koordinatenmessgerätes, -
6 eine weitere Detailansicht der Erfindung mit einem als Kamera ausgebildeten und zu kalibrierenden Sensor, -
7 einen Schnitt durch die abbildende Optik in6 gezeigten Kamera, und -
8 ein Flussdiagramm zu einem erfindungsgemäßen Verfahren.
-
1 the basic structure of a projection exposure system for the measurement of which the invention can be implemented, -
2 the basic structure of a projection optics in which the invention can be implemented, -
3 an optical button that can be used to implement the invention, -
4th in the4a and4b two options for determining the auxiliary coordinate system of a calibration standard, -
5 a possibility to determine the position of the auxiliary coordinate system of the calibration standard in a reference coordinate system of a coordinate measuring machine, -
6th a further detailed view of the invention with a sensor designed as a camera and to be calibrated, -
7th a section through the imaging optics in6th shown camera, and -
8th a flow chart for a method according to the invention.
Beleuchtet wird ein im Objektfeld
Die Erfindung kann ebenso in einer DUV-Anlage verwendet werden, die nicht dargestellt ist. Eine DUV-Anlage ist prinzipiell wie die oben beschriebene EUV-Anlage
Ein alternatives Kalibriernormal
- In einem ersten Verfahrensschritt
51 wirdein Hilfskoordinatensystem 39 eines Kalibriernormals 60 bestimmt. - In einem zweiten Verfahrensschritt
52 wird die Lage des Tastpunktes34 des Kalibriernormals60 indem Hilfskoordinatensystem 39 bestimmt. - In einem dritten Verfahrensschritt
53 wird derdas Kalibriernormal 60 im Messgerät 40 fixiert. - In einem vierten Verfahrensschritt
54 wird die Lage des Hilfskoordinatensystems39 desKalibriernormals 60 im Referenzkoordinatensystem 38 bestimmt. - In einem fünften Verfahrensschritt
55 wirdein Sensor 41 in Bezugzu dem Tastpunkt 34 desKalibriernormals 60 positioniert. - In einem sechsten Verfahrensschritt
56 wird der Ort und die Lage des Messortes44 desSensors 41 im Referenzkoordinatensystem 38 mit Hilfe des Tastpunktes34 bestimmt.
- In a
first process step 51 becomes an auxiliary coordinatesystem 39 of acalibration standard 60 certainly. - In a
second process step 52 becomes the position of thetouch point 34 of thecalibration standard 60 in the auxiliary coordinatesystem 39 certainly. - In a
third process step 53 becomes thecalibration standard 60 in the measuringdevice 40 fixed. - In a
fourth process step 54 becomes the position of the auxiliary coordinatesystem 39 of thecalibration standard 60 in the reference coordinatesystem 38 certainly. - In a
fifth process step 55 becomes asensor 41 in relation to thetactile point 34 of thecalibration standard 60 positioned. - In a
sixth process step 56 becomes the location and location of themeasurement site 44 of thesensor 41 in the reference coordinatesystem 38 with the help of thetouch point 34 certainly.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- ProjektionsbelichtungsanlageProjection exposure system
- 22
- FeldfacettenspiegelField facet mirror
- 33
- LichtquelleLight source
- 44th
- BeleuchtungsoptikLighting optics
- 55
- ObjektfeldObject field
- 66th
- ObjektebeneObject level
- 77th
- RetikelReticle
- 88th
- RetikelhalterReticle holder
- 99
- ProjektionsoptikProjection optics
- 1010
- BildfeldField of view
- 1111
- BildebeneImage plane
- 1212th
- WaferWafer
- 1313th
- WaferhalterWafer holder
- 1414th
- EUV-StrahlungEUV radiation
- 1515th
- ZwischenfeldfokusebeneInterfield focus plane
- 1616
- PupillenfacettenspiegelPupil facet mirror
- 1717th
- Optische BaugruppeOptical assembly
- 1818th
- Spiegelmirror
- 1919th
- Spiegelmirror
- 2020th
- Spiegelmirror
- 21.x21.x
- Spiegelmirror
- 22.x22.x
- SensorenSensors
- 2323
- SensorrahmenSensor frame
- 24.x24.x
- Referenzspiegel InterferometerReference mirror interferometer
- 2525th
- EntkopplungselementDecoupling element
- 26,26.126.26.1
- optischer Tasteroptical button
- 27,27.127.27.1
- KugellinseBall lens
- 2828
- Armpoor
- 2929
- AnbindungConnection
- 3030th
- Laserstrahllaser beam
- 3131
- Faserfiber
- 3232
- FokusebeneFocus plane
- 3333
- MittelachseCentral axis
- 34,34.134,34.1
- TastpunktTactile point
- 36.1,36.236.1,36.2
- TastkugelStylus ball
- 3737
- ReferenzkugelReference sphere
- 3838
- ReferenzkoordinatensystemReference coordinate system
- 3939
- HilfskoordinatensystemAuxiliary coordinate system
- 4040
- KoordinatenmessgerätCoordinate measuring machine
- 4141
- Kameracamera
- 4242
- MessarmMeasuring arm
- 4343
- CCD-ChipCCD chip
- 4444
- MessortMeasurement location
- 4545
- abbildende Optik Kameraimaging optics camera
- 4646
- optische Achse abbildende Optik Kameraoptical axis imaging optics camera
- 4747
- Verbindungslinie Mittelpunkt - FokuspunktConnecting line center point - focus point
- 4848
- TasterButton
- 49.x49.x
- MesskopfMeasuring head
- 5050
- Mittelpunkt KugellinseCenter point ball lens
- 5151
-
Verfahrensschritt 1
Process step 1 - 5252
-
Verfahrensschritt 2
Step 2 - 5353
- Verfahrensschritt 3Step 3
- 5454
-
Verfahrensschritt 4
Step 4 - 5555
-
Verfahrensschritt 5
Step 5 - 5656
-
Verfahrensschritt 6
Step 6 - 57.1,57.257.1,57.2
- DrehtellerTurntable
- 58.1, 58.258.1, 58.2
- Drehachse DrehtellerRotary axis turntable
- 60,60.160,60.1
- KalibriernormalCalibration standard
- 6161
- Taktiler SensorTactile sensor
- 6262
- ReferenzflächeReference area
- 6363
- Optikoptics
Claims (11)
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DE102019219522.9A DE102019219522A1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Procedure for calibrating an optical sensor |
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-
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- 2020-10-14 DE DE102020212970.3A patent/DE102020212970A1/en not_active Withdrawn
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