DE10210209A1

DE10210209A1 - Automatic scattered light inspection of optical lenses and crystal to detect internal defects, whereby an inspection and evaluation component is arranged at an angle to an incident test beam that passes through the test piece

Info

Publication number: DE10210209A1
Application number: DE2002110209
Authority: DE
Inventors: Michael Gerhard
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2003-09-11

Abstract

Method for scattered light inspection of transparent test pieces in which a test light beam (2) is directed through the test piece from an inlet surface (5) to an outlet surface (7). Light scattered from an inspection area (9) that coincides with the test beam direction is detected by an inspection and evaluation component (8) that is arranged at angle to the incident test beam. An Independent claim is included for an inspection device.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Streulichtinspektion transparenter Prüflinge, bei dem ein Prüflichtstrahl durch den Prüfling hindurchgeleitet wird, wobei er an einer Eintrittsfläche in selbigen eintritt und an einer von der Eintrittsfläche beabstandeten Austrittsfläche aus selbigem austritt, sowie auf eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtung. The invention relates to a method for scattered light inspection transparent test specimen, in which a test light beam passes through the test specimen is passed through, wherein it enters the same at an entry surface and at an exit surface spaced from the entry surface same exits, as well as on one to carry out such Device suitable for the method.

Es ist eine Vorgehensweise dieser Art bekannt, bei der optische Gläser und Kristalle visuell auf Streulicht geprüft werden. Dazu wird mit einer Lampe hoher Lichtleistung, z. B. einer Hg-Lampe, ein Prüflichtstrahl erzeugt, der durch den Prüfling hindurchgeleitet wird, während senkrecht dazu das Streulicht visuell von inspizierendem Personal beobachtet wird. Oftmals handelt es sich um zylinderförmige Substrate mit polierten Stirnflächen und einer gesägten, rauen Mantelfläche. Typischerweise bildet dabei, wenn es sich bei dem Substrat um einen Rohling für ein optisches Element, wie eine Linse oder dgl. handelt, die Zylinderlängsachse die spätere optische Achse des fertigen optischen Elements. Der Prüflichtstrahl wird quer zur Zylinderlängsachse durch die raue Mantelfläche hindurch in das Substrat hinein und aus diesem herausgeleitet, während in Richtung der Zylinderlängsachse das Streulicht visuell beobachtet wird. Beim Einstrahlen kommt es an der rauen Mantelfläche zu einer relativ großen Streuung, so dass sich Licht über den gesamten Rohling oder jedenfalls über einen großen Teil desselben ausbreitet. Eine Trennung von Volumen- und Oberflächenstreulicht ist dem Inspektionspersonal nur durch ständiges Bewegen des Substrats möglich, wobei die visuelle Beobachtung und Bewertung sehr stark von der einzelnen Inspektionsperson, von den Umgebungsbedingungen sowie von Größe und Zustand des Substrats abhängt. Eine Automatisierung und damit Quantifizierung der Streulichtinspektion ist mit dieser herkömmlichen Anordnungsgeometrie kaum möglich, da Oberflächenstreulicht nicht oder nur sehr schwer vom meist hauptsächlich interessierenden Volumenstreulicht zu trennen ist, mit dem sich Aussagen über Defekte im Inneren des Substrats und damit über die optische Qualität des Substrats gewinnen lassen. A procedure of this type is known for optical glasses and crystals are checked visually for scattered light. To do this, use a Lamp with high light output, e.g. B. an mercury lamp, a test light beam generated, which is passed through the test specimen while perpendicular the scattered light is visually observed by inspecting personnel becomes. They are often cylindrical substrates with polished ones End faces and a sawn, rough surface. typically, forms if the substrate is a blank for optical element such as a lens or the like Longitudinal cylinder axis the later optical axis of the finished optical element. The The test light beam is transmitted across the cylinder's longitudinal axis through the rough one Lateral surface into and out of the substrate, while the stray light visually in the direction of the cylinder's longitudinal axis is observed. When blasting in, the rough surface surface occurs a relatively large spread, so that light spreads over the entire Blank or at least spread over a large part of it. This is a separation of volume and surface scattered light Inspection personnel only possible by constantly moving the substrate, the visual observation and evaluation very strongly from the individual inspector, of the environmental conditions and of Size and condition of the substrate depends. Automation and hence quantification of the scattered light inspection is with this conventional arrangement geometry hardly possible because of surface scattered light not or only with great difficulty from the mostly mainly of interest Volume stray light is to be separated, with which statements about defects inside the substrate and thus about the optical quality of the Let the substrate win.

Ein automatisiertes Verfahren der eingangs genannten Art und eine zugehörige Vorrichtung sind in der Patentschrift US 5.471.298 beschrieben. Dort wird Streulicht unter einem vorgebbaren Inspektionswinkel von vorzugsweise 90° zur Prüflichtstrahlrichtung von einer Inspektionsoptik erfasst und durch einen nachgeschalteten Bildauswerteteil ausgewertet. Dabei tritt das erfasste Streulicht aus dem Substrat über eine Substratoberfläche aus, die zwischen der Eintritts- und der Austrittsfläche für den Prüflichtstrahl liegt, analog zum oben geschilderten Fall der herkömmlichen visuellen Inspektion. An automated process of the type mentioned at the beginning and one associated device are in US Pat. No. 5,471,298 described. Scattered light is there under a predeterminable inspection angle of preferably 90 ° to the test light beam direction from an inspection optics captured and evaluated by a downstream image evaluation part. The detected scattered light emerges from the substrate via a Substrate surface that between the entry and exit surface for the The test light beam is located, analogous to the case described above conventional visual inspection.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, mit denen sich transparente Prüflinge automatisiert und damit objektiviert mittels quantitativer Streulichtinspektion in ihrer Qualität bzw. ihren optischen Eigenschaften bewerten lassen und die hierzu insbesondere eine schwerpunktmäßige Berücksichtigung von Volumenstreulicht weitgehend ohne störenden Oberflächenstreulichteinfluss ermöglichen. The invention has the technical problem of providing a Method and a device of the type mentioned, with which transparent test objects are automated and thus objectified by means of quantitative scattered light inspection in their quality or their have the optical properties evaluated and in particular a focus on volume scattered light enable largely without disturbing surface scattered light.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Streulichtinspektionsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Streulichtinspektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Erfindungsgemäß wird speziell solches Streulicht erfasst und ausgewertet, das von einem vorgebbaren Inspektionsbereich des Prüflings stammt, der einen vom Prüflichtstrahl durchlaufenen Volumenbereich umfasst, und das Substrat nicht-parallel zur Prüflichtstrahlrichtung durch die Prüflichtstrahl-Eintrittsfläche oder die Prüflichtstrahl-Austrittsfläche des Substrats verlässt. The invention solves this problem by providing a Scattered light inspection method with the features of claim 1 and a scattered light inspection device with the features of the claim 8. According to the invention, such scattered light is specifically detected and evaluated by a predeterminable inspection area of the test object originates from a volume area traversed by the test light beam comprises, and the substrate non-parallel to the test light beam direction the test light beam entry surface or the test light beam exit surface of the substrate leaves.

Diese Vorgehensweise erlaubt eine automatisierte und sehr zuverlässige Bewertung der Qualität transparenter Substrate bzw. der optischen Eigenschaften von entsprechenden Optikkomponenten durch eine Streulichtinspektion, die durch Einstellung eines geeigneten Inspektionsbereichs in der Lage ist, hauptsächlich Volumenstreulicht zur Auswertung heranzuziehen. Störende Oberflächenstreulichteinflüsse lassen sich außerdem dadurch vermeiden oder jedenfalls minimal halten, dass dasjenige Streulicht erfasst und ausgewertet wird, welches durch eine der Substratoberflächen das Substrat verlässt, die dem Eintritt und dem Austritt des Prüflichtstrahls dienen. Diese Eintritts- bzw. Austrittsfläche ist z. B. bei Rohlingen für optische Elemente meist ohnehin bereits sehr glatt und damit streulichtarm, z. B. durch Polieren, da diese Flächen auch im späteren Einsatz des optischen Elements als Lichteintrittsfläche bzw. Lichtaustrittsfläche fungieren. In Fällen, in denen eine derartige streulichtarme Substratoberfläche nicht schon bereits vorhanden ist, kann sie für die Streulichtinspektion erzeugt werden, wenn notwendig, wobei es schon genügen kann, nur den vom Inspektionsbereich und/oder von der Durchleitung des Prüflichtstrahls betroffenen Oberflächenbereich zu glätten. This procedure allows an automated and very reliable evaluation of the quality of transparent substrates and optical ones Properties of corresponding optical components through a Scattered light inspection by setting a suitable one Inspection area is able to mainly scatter light Use evaluation. Leave disruptive surface light influences also avoid or at least keep to a minimum that that scattered light is detected and evaluated, which by a of the substrate surfaces leaves the substrate, the entry and the Serve the exit of the test light beam. This entry or exit surface is z. B. with blanks for optical elements usually already very much anyway smooth and therefore low in stray light, e.g. B. by polishing, since these surfaces too in later use of the optical element as a light entry surface or Light exit surface act. In cases where such low-scatter substrate surface already exists, it can for the scattered light inspection, if necessary, taking it can already suffice, only that of the inspection area and / or of the Passing the test light beam to the affected surface area smooth.

Eine Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 bzw. 9 sieht die Verwendung eines Prüflichtstrahls im sichtbaren, grünen Wellenlängenbereich vor, was sich günstig auf die Empfindlichkeit auswirkt, da nicht nur das menschliche Auge, sondern auch übliche Strahlungsdetektoren, wie Fotomultiplier, dort am empfindlichsten sind. A further development of the invention according to claim 2 and 9, respectively Use of a test light beam in the visible, green Wavelength range, which has a favorable effect on the sensitivity, because not only the human eye, but also conventional radiation detectors, such as Photomultiplier, there are most sensitive.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 bzw. 10 wird als Prüflichtstrahl ein Laserlichtstrahl mit einer Leistung von 30 mW oder mehr eingesetzt. Bei dieser hohen Leistung ist der Laserstrahl sowohl in Luft als auch in maximal streuungsarmen Prüflingen sichtbar, wenn seine Wellenlänge im sichtbaren Bereich liegt. In a development of the invention according to claim 3 or 10 is used as Test light beam a laser light beam with a power of 30 mW or used more. At this high power, the laser beam is both in Air as well as visible in test pieces with minimal scatter, if its wavelength is in the visible range.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 bzw. 11 beinhaltet die Inspektionsoptik ein auf die Wellenlänge des Prüflichtstrahls abgestimmtes Filter, das dafür sorgt, dass nicht auf den Prüflichtstrahl zurückgehendes Streulicht anderer Wellenlängen keinen Einfluss auf die Streulichtinspektion haben kann. In a development of the invention according to claim 4 or 11 includes the inspection optics to the wavelength of the test light beam matched filter that ensures that not on the test beam declining stray light of other wavelengths does not affect the Can have scattered light inspection.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 bzw. 12 ist auf der von der Inspektionsoptik abgewandten Seite des Prüflings eine Strahlfalle vorgesehen, mit der verhindert werden kann, dass außerhalb des Prüflings generiertes Streulicht den Inspektionsvorgang stört. In a development of the invention according to claim 5 or 12 is on the one side of the test object facing away from the inspection optics Beam trap provided with which it can be prevented that outside the Stray light generated by the test object interferes with the inspection process.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 ist die Verwendung von Referenzprüflingen vorgesehen, für die gegebenenfalls ein höherer Herstellungs- und/oder Inspektionsmessaufwand lohnt, um anschließend die an diesen gewonnenen Inspektionsmessergebnisse als Referenz zur Kalibrierung von in Serie an normalen Prüflingen erhaltenen Inspektionsmessergebnissen zu verwenden. In a development of the invention according to claim 6 Use of reference specimens provided for, if applicable, a higher manufacturing and / or inspection measurement effort is worthwhile then the inspection measurement results obtained on them as Reference for the calibration of in series on normal test objects obtained inspection measurement results.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7 bzw. 13 kann eine Reduktion des Oberflächenstreulichteinflusses der Prüflichtstrahl-Eintrittsfläche und/oder der Prüflichtstrahl-Austrittsfläche erreicht werden, indem mindestens diejenige dieser beiden Flächen, über die das erfasste Streulicht austritt, mit einer streuungsarmen Platte unter Zwischenfügung eines Immersionsöls kontaktiert wird. In a development of the invention according to claim 7 or 13, a Reduction of the influence of surface scattered light Test light beam entry surface and / or the test light beam exit surface can be reached, by at least that of these two surfaces over which the Scattered stray light emerges with a low-scatter plate under Intermediate insertion of an immersion oil is contacted.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 14 ist die Inspektionsoptik als telezentrische Optik ausgelegt. Mit dieser Maßnahme wird der Inspektionsbereich in seiner Ausdehnung fixiert, d. h. es wird unabhängig von der Entfernung des Prüflings stets ein gleich großer Volumenbereich inspiziert. In a development of the invention according to claim 14 Inspection optics designed as telecentric optics. With this measure the size of the inspection area is fixed, d. H. it will always the same size regardless of the distance of the test object Volume area inspected.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird neben anderen möglichen Ausführungsformen nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen: An advantageous embodiment of the invention is in the drawings is shown and shown alongside other possible embodiments described below. Here show:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Streulichtinspektionsvorgangs an einem Prüfling mit einer zugehörigen Vorrichtung und Fig. 1 is a schematic representation of a scattered light inspection process on a test specimen with an associated device and

Fig. 2 eine schematische, detailliertere Darstellung eines Streulichtauswerteteils der Streulichtinspektionsvorrichtung von Fig. 1. FIG. 2 shows a schematic, more detailed illustration of a scattered light evaluation part of the scattered light inspection device from FIG. 1.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Messplatz zur Streulichtinspektion transparenter Prüflinge mittels quantitativer Streulichterfassung, insbesondere von Volumenstreulicht, um basierend darauf Aussagen über die optische Qualität des transparenten Prüflings machen zu können. Hierfür ist eine Streulichtinspektionsvorrichtung vorgesehen, die als Prüflichtquelle einen Laser 1 beinhaltet, der auf eine Leistung von mindestens 30 mW ausgelegt ist und einen Prüflichtstrahl 2 mit einem Durchmesser von ca. 1 mm emittiert. Zweckmäßig ist die Verwendung eines frequenzverdoppelten Festkörperlasers, der einen im sichtbaren, grünen Wellenlängenbereich z. B. bei 560 nm liegenden Prüflichtstrahl erzeugt. Im grünen Wellenlängenbereich ist das menschliche Auge am empfindlichsten, gleiches gilt für die meisten herkömmlichen Detektoren, insbesondere Fotomultiplier. Die relativ hohe Laserleistung von mindestens 30 mW hat dann zur Folge, dass der Prüflichtstrahl 2 sowohl in Luft als auch in maximal streuungsarmen Substraten bzw. Prüflingen sichtbar ist. Fig. 1 shows schematically a measuring station for scattered light inspection transparent specimens by quantitative light scattering detection, in particular of bulk scattering light to based thereon statements about the optical quality of the transparent test piece to make. For this purpose, a scattered light inspection device is provided which contains a laser 1 as the test light source, which is designed for a power of at least 30 mW and emits a test light beam 2 with a diameter of approximately 1 mm. It is expedient to use a frequency-doubled solid-state laser which, for example, in the visible, green wavelength range. B. generated at 560 nm test light beam. The human eye is most sensitive in the green wavelength range, and the same applies to most conventional detectors, especially photomultipliers. The relatively high laser power of at least 30 mW then has the result that the test light beam 2 is visible both in air and in substrates or test specimens with minimal scatter.

Beispielhaft ist in Fig. 1 ein scheibenförmiger bzw. zylindrischer Rohling 3 als zu inspizierender Prüfling teilweise gezeigt. Der Prüflichtstrahl 2 tritt an einer Eintrittsstelle 4 einer dadurch als Eintrittsfläche definierten Stirnfläche 5 in den Prüfling 3 ein und aus diesem an einer Austrittsstelle 6 der dadurch als Austrittsfläche definierten, gegenüberliegenden Stirnfläche 7 wieder aus. Innerhalb des Prüflings 3 verläuft der Prüflichtstrahl somit längs der Verbindungslinie zwischen Eintrittsstelle 4 und Austrittsstelle 6. For example, a disk-shaped or cylindrical blank 3 is partially shown in FIG. 1 as a test piece to be inspected. The test light beam 2 enters the test specimen 3 at an entry point 4 of an end face 5 defined thereby as an entry surface and exits again at an exit point 6 of the opposite end face 7 defined thereby as an exit surface. Within the test object 3 , the test light beam thus runs along the connecting line between the entry point 4 and the exit point 6 .

Zur Erfassung und Auswertung von im Prüfling 3 durch den Prüflichtstrahl 2 verursachtem Streulicht dient ein Inspektionsauswerteteil 8, der so ausgelegt und angeordnet ist, dass er nur dasjenige Streulicht erfasst und auswertet, das innerhalb eines Inspektionsbereichs 9 zwischen Eintrittsstelle 4 und Austrittsstelle 6 vom Prüflichtstrahl 2 erzeugt wird, d. h. der Inspektionsbereich 9 umfasst den gesamten Bereich der Verbindungslinie zwischen Eintrittsstelle 4 und Austrittsstelle 6 oder einen Teil desselben. Dazu ist der Inspektionsauswerteteil 8 mit einem in Fig. 1 gepunktet angedeuteten, telezentrischen Erfassungsbereich 10 ausgelegt, dessen Schnittmenge mit der besagten Prüflichtstrahl- Verbindungslinie den Inspektionsbereich 9 definiert. A Inspektionsauswerteteil 8, which is adapted and arranged to serve for detection and evaluation of the specimen 3 by the testing light beam 2 verursachtem scattered light to detect only that stray light and evaluates the generated within an inspection area 9 between entry point 4 and outlet point 6 of the testing light beam 2 , ie the inspection area 9 comprises the entire area of the connecting line between the entry point 4 and the exit point 6 or a part thereof. For this purpose, the inspection evaluation part 8 is designed with a telecentric detection area 10 , indicated by dotted lines in FIG. 1, the intersection of which, with the test light beam connecting line, defines the inspection area 9 .

Die Blickrichtung des Inspektionsauswerteteil 8, d. h. die Längsrichtung von dessen Erfassungsbereich 10, ist unter einem Winkel α und damit nicht-parallel zum Prüflichtstrahl 2 eingestellt. Der Inspektionsauswerteteil 8 bleibt dadurch frei vom aus dem Prüfling 3 austretenden Prüflichtstrahl 2. Des weiteren ist der Erfassungsbereich 10 bevorzugt so eingestellt, dass der Inspektionsbereich 9 zwar den größten Teil der Verbindungslinie zwischen Eintrittsstelle 4 und Austrittsstelle 6 enthält, jedoch nicht die Eintrittsstelle 4 und die Austrittsstelle 6 selbst. Diese beiden Stellen sind für einen Betrachter, der etwa in der Blickrichtung des Inspektionsauswerteteils 8 auf den Prüfling 3 schaut, als leuchtende Punkte erkennbar, verursacht durch die Oberflächenstreuung an der Eintrittsstelle 4 bzw. der Austrittsstelle 6. Diese ist allerdings relativ gering. Insbesondere ist die Eintrittsstelle 4 ausreichend streulichtarm, so dass der Prüflichtstrahl dort keine merkliche, streuungsbedingte Aufweitung erfährt. Zwischen Ein- und Austrittsstelle 4, 6 ist der Prüflichtstrahl 2 als dünne leuchtende Linie zu erkennen, was durch Volumenstreuung verursacht ist. Diese Volumenstreuung stellt die hauptsächlich für die Qualitätsbeurteilung des Prüflings wichtige Streulichtkomponente dar, die zu diesem Zweck vom Inspektionsauswerteteil 8 in der geschilderten Weise erfasst wird, ohne merkliche Störeinflüsse durch Oberflächenstreueffekte des Prüflichtstrahls 2 an der Eintrittsstelle 4 und der Austrittsstelle 6. The viewing direction of the inspection evaluation part 8 , ie the longitudinal direction of its detection area 10 , is set at an angle α and thus not parallel to the test light beam 2 . The inspection evaluation part 8 thereby remains free of the test light beam 2 emerging from the test object 3 . Furthermore, the detection area 10 is preferably set such that the inspection area 9 contains the largest part of the connecting line between the entry point 4 and the exit point 6 , but not the entry point 4 and the exit point 6 itself. These two points are for a viewer who is approximately in the viewing direction of the inspection evaluation part 8 looks at the test specimen 3 , recognizable as luminous points, caused by the surface scatter at the entry point 4 or the exit point 6 . However, this is relatively low. In particular, the entry point 4 is sufficiently low in scattered light that the test light beam does not experience any noticeable, scatter-related widening there. The test light beam 2 can be seen as a thin, glowing line between the entry and exit points 4 , 6 , which is caused by volume scatter. This volume scatter represents the scattered light component, which is mainly important for the quality assessment of the test specimen and is recorded for this purpose by the inspection evaluation part 8 in the manner described, without noticeable interference from surface scatter effects of the test light beam 2 at the entry point 4 and the exit point 6 .

Der Inspektionsauswerteteil 8 ist zudem so ausgelegt, das sein Erfassungsbereich 10 den Prüfling 3 an dessen vergleichsweise glatter, streuungsarmer, stirnseitiger Prüflichtstrahl-Austrittsfläche 7 trifft, d. h. nur das an dieser Stirnfläche 7 aus dem Prüfling 3 unter dem Inspektionswinkel α zur Prüflichtstrahlrichtung austretende Streulicht wird vom Inspektionsauswerteteil 8 erfasst und ausgewertet. Da diese stirnseitige Oberfläche 7 des Prüflings 3 im Fall eines Rohlings für eine Optikkomponente ohnehin bereits sehr plan geschliffen bzw. poliert ist und die für die Streulichtbeobachtung maßgebliche Streulichtaustrittsstelle nicht beleuchtet ist, ergeben sich für den Austrittsbereich des Streulichts aus dem Prüfling 3 über diese Stirnfläche 7 in der Regel keine störenden Oberflächenstreulichteffekte. Gleiches gilt für eine alternativ mögliche Streulichtinspektion von der eintrittsseitigen Stirnfläche 5 her. Da die Inspektion in jedem Fall keine Streulichterfassung über eine Mantelfläche 11 des Prüflings 3 zwischen seinen Stirnflächen 5, 7 beinhaltet, hat die häufig höhere Oberflächenrauhigkeit der typischerweise gesägten Mantelfläche 11 keinen Einfluss auf die Streulichtinspektion. The Inspektionsauswerteteil 8 is also designed so that its detection area 10 the test specimen 3 at its comparatively meets smooth, low leakage, frontal testing light exit surface 7, that only α on this end surface 7 of the DUT 3 under the inspection angle exiting the Prüflichtstrahlrichtung scattered light from Inspection evaluation part 8 recorded and evaluated. Since this end surface 7 of the test specimen 3 is already ground or polished very flat in the case of a blank for an optical component and the scattered light exit point which is relevant for the scattered light observation is not illuminated, this results for the exit region of the scattered light from the test specimen 3 via this end surface 7 usually no annoying surface scattered light effects. The same applies to an alternative possible inspection of scattered light from the entry-side end face 5 . Since the inspection does not include any scattered light detection over a lateral surface 11 of the test specimen 3 between its end faces 5 , 7 , the often higher surface roughness of the typically sawn lateral surface 11 has no influence on the scattered light inspection.

Falls dennoch ein zu starker Oberflächenstreulichteffekt an den Stirnflächen 5, 7 des Prüflings 3 auftreten sollte, weil es aus Geometriegründen nicht möglich ist, die Oberflächenstreuung auszublenden, wie bei dünnen Rohlingen oder sehr kleinen Inspektionswinkeln, kann an die eine und/oder die andere der beiden optischen Stirnflächen 5, 7 des Prüflings 3 je eine hochgradig plan polierte Platte unter Zwischenfügung eines Immersionsöls angebracht werden. Dies minimiert jegliches Oberflächenstreulicht an den Stirnflächen. Außerdem kann mit dieser Maßnahme der Inspektionswinkel α bei sonst gleichbleibenden Systemparametern verkleinert werden. If, however, a too strong surface scattered light effect should occur on the end faces 5 , 7 of the test specimen 3 , because it is not possible for geometry reasons to hide the surface scattering, as with thin blanks or very small inspection angles, one and / or the other of the two can be used optical end faces 5 , 7 of the test specimen 3 each have a highly flat polished plate with the interposition of an immersion oil. This minimizes any surface stray light on the end faces. With this measure, the inspection angle α can also be reduced with otherwise unchanged system parameters.

Fig. 2 zeigt schematisch eine vorteilhafte Realisierung für den Inspektionsauswerteteil 8 mit den oben erwähnten Eigenschaften. Wie aus Fig. 2 zu erkennen, beinhaltet in diesem Fall der Inspektionsauswerteteil 8 eine telezentrische Optik 12 mit vorgeschalteter Aperturblende 13 zur Abbildung des in den so definierten Erfassungsbereich 10 fallenden Bereichs der Verbindungslinie zwischen Eintrittsstelle 4 und Austrittsstelle 6 des Prüflichtstrahls 2 im Prüfling 3 auf einen als Strahlungsdetektor fungierenden Fotomultiplier 14. Die telezentrische Optik 12 sorgt dafür, dass unabhängig von der Entfernung des Prüflings 3 immer der gleich große Inspektionsbereich im Prüflingvolumen detektiert wird, d. h. nur im Erfassungsbereich 10 liegendes Streulicht gelangt zum Detektor 14. Eine zusätzliche, herkömmliche und daher nicht näher gezeigte Justieroptik gewährleistet, dass tatsächlich im wesentlichen nur das gewünschte Volumenstreulicht und keine störenden Oberflächenreflexe zum Detektor 14 gelangen. Vor dem Detektor 14 ist ein Interferenzfilter 15 angeordnet, das nur Licht aus dem Wellenlängenbereich des Lasers 1durchlässt und somit dafür sorgt, dass kein Licht anderer Wellenlänge, wie z. B. Raumlicht, auf den Detektor 14 fällt. Dies erlaubt ohne weiteres eine Inspektion bei Raumlicht bzw. Tageslicht. FIG. 2 schematically shows an advantageous implementation for the inspection evaluation part 8 with the properties mentioned above. As can be seen from FIG. 2, in this case the inspection evaluation part 8 contains a telecentric optics 12 with an upstream aperture diaphragm 13 for imaging the area of the connecting line between the entry point 4 and the exit point 6 of the test light beam 2 in the test object 3 that falls within the detection region 10 thus defined photomultiplier 14 functioning as a radiation detector. The telecentric optics 12 ensure that regardless of the distance of the test specimen 3 , the same large inspection area in the test specimen volume is always detected, ie only scattered light lying in the detection area 10 reaches the detector 14 . An additional, conventional and therefore not shown adjusting optics ensures that essentially only the desired volume scattered light and no disturbing surface reflections reach the detector 14 . An interference filter 15 is arranged in front of the detector 14 , which only allows light from the wavelength range of the laser 1 to pass through and thus ensures that no light of a different wavelength, such as e.g. B. ambient light, falls on the detector 14 . This allows an inspection with room light or daylight without further ado.

Über einen Strahlteiler 16 kann ein Teil des erfassten Streulichts zwischen der telezentrischen Optik 12 und dem Detektor 14 zu einer visuellen Kontrolleinheit 17 ausgekoppelt werden, an welcher es für Prüfpersonal möglich ist, das eingefangene Volumenstreulicht visuell zu kontrollieren. A part of the detected scattered light between the telecentric optics 12 and the detector 14 can be coupled out via a beam splitter 16 to a visual control unit 17 , on which it is possible for test personnel to visually check the captured volume scattered light.

Zur Untersuchung des gesamten Prüflings 3 kann der Prüflichtstrahl 2 in nicht näher gezeigter Weise mit Hilfe eines geeignet beweglichen Spiegels über die gesamte Prüflingsausdehnung hinweg abrasternd geführt werden, und/oder der Prüfling 3 wird an einem xy-Translationstisch montiert und geeignet verfahren. Die vom Detektor 14 erhaltenen Streulichtwerte können ausgelesen und z. B. in Form von zweidimensionalen Streulichtkarten zur Auswertung aufgenommen werden. To examine the entire test specimen 3 , the test light beam 2 can be guided in a manner that is not shown in more detail with the aid of a suitably movable mirror over the entire test specimen extent, and / or the test specimen 3 is mounted and suitably moved on an xy translation table. The scattered light values obtained by the detector 14 can be read out and z. B. in the form of two-dimensional scattered light maps for evaluation.

Als weiterer Schutz gegen Störlichteinflüsse ist auf der dem Inspektionsauswerteteil 8 gegenüberliegenden Seite des Prüflings 3 eine den Erfassungsbereich 10 abschließende Strahlfalle 18 vorgesehen, z. B. in Form eines schwarzen Filzes. Diese verhindert, dass Umgebungslicht durch den Prüfling hindurch zum Inspektionsauswerteteil 8 gelangt. As a further protection against interfering light of the specimen 3 is a the detection area 10 final beam trap 18 provided on the opposite side of the Inspektionsauswerteteil 8, z. B. in the form of a black felt. This prevents ambient light from reaching the inspection evaluation part 8 through the test object.

Unter dem Inspektionswinkel α, mit dem die Streulichtinspektion vorgenommen wird, ist, wie sich für den Fachmann versteht, ein vorgebbarer, variabler Winkelbereich zu verstehen, der abhängig vom Anwendungsfall geeignet zwischen 0° und 90° je ausschließlich vorgegeben werden kann, meist in einem Winkelbereich von ca. 2° bis ca. 70°. Für die Praxis taugliche Werte des Inspektionswinkels α sind von der Dicke des Prüflings 3 abhängig, beispielsweise ist für Prüflinge 3 mit einer Dicke von 40 mm ein Inspektionswinkel kleiner 30° nicht mehr empfehlenswert. The inspection angle α, with which the scattered light inspection is carried out, as is understood by the person skilled in the art, is to be understood as a predeterminable, variable angular range which, depending on the application, can be specified exclusively between 0 ° and 90 °, usually in an angular range from approx. 2 ° to approx. 70 °. Practical values of the inspection angle α depend on the thickness of the test specimen 3 , for example for test specimens 3 with a thickness of 40 mm an inspection angle smaller than 30 ° is no longer recommended.

Für in der Halbleiterlithographie typischerweise verwendete optische Materialien sind deutlich kleinere Inspektionswinkel und kürzere Wellenlängen wünschenswert, z. B. im UV-Wellenlängenbereich von 157 nm. Ein erfindungsgemäßer Streulichtaufbau für diesen Wellenlängenbereich ist für eine Serienprüfung von in Serie produzierten Prüflingen bzw. Rohlingen jedoch sehr aufwendig. Um den Aufwand vertretbar zu halten, bietet sich die Verwendung von Standardreferenzen, d. h. von Referenzprüflingen an, die mit größerem Aufwand genau gefertigt und vermessen werden können und anschließend als Referenz für Serienprüfungen dienen. For optical devices typically used in semiconductor lithography Materials are significantly smaller inspection angles and shorter ones Wavelengths desirable, e.g. B. in the UV wavelength range of 157 nm. A scattered light structure according to the invention for this wavelength range is for a series test of test items produced in series or Blanks, however, are very complex. To keep the effort justifiable, offers the use of standard references, i. H. of Reference test specimens that are precisely manufactured and measured with great effort and then as a reference for series tests serve.

Dazu werden ausgewählte Substrate bzw. Prüflinge verschiedener Streustärken an ihren relevanten Oberflächen sehr gut poliert, so dass die Oberflächenstreuung vernachlässigbar ist. Dieser Aufwand ist für eine begrenzte Anzahl von Referenzprüflingen vertretbar. Anschließend wird an geeigneten, aufwendigen Messplätzen die (Volumen-)Streuung winkelaufgelöst für die interessierende Strahlung, wie UV-Strahlung, an den Referenzprüflingen erfasst. Die an den Referenzprüflingen gewonnenen, winkelaufgelösten Messergebnisse für die interessierende Strahlung dienen dann zusammen mit einem unter Serienprüfungsgegebenheiten am jeweiligen Referenzprüfling aufzunehmenden Messwert, z. B. einem unter einem Inspektionswinkel von 30° bei einer Prüflichtstrahl- Wellenlänge von 560 nm gewonnenen Messwert, als Kalibriertabelle für in Serie hergestellte und zu inspizierende Prüflinge. Mit anderen Worten können die Serienprüflinge mit geringem Aufwand in erfindungsgemäßer Weise z. B. mit einer Prüflichtwellenlänge von 560 nm unter einem Inspektionswinkel von 30° inspiziert werden, und anhand der Kalibriertabelle kann dann auf deren optische Eigenschaften für die eigentlich interessierende UV-Strahlung geschlossen werden, mit der im späteren Einsatz der Prüflinge z. B. als optische Komponente in Mikrolithographie- Belichtungsanlagen gearbeitet wird. For this purpose, selected substrates or test objects are different Spreading strengths on their relevant surfaces are very well polished, so that the surface scatter is negligible. This effort is for a limited number of reference test objects are acceptable. Subsequently is the (volume) scatter at suitable, complex measuring stations angularly resolved for the radiation of interest, such as UV radiation the reference test objects. The on the reference test specimens obtained, angularly resolved measurement results for the interested Radiation then serve together with an under Series test conditions on the respective reference test piece to be recorded, e.g. B. one at an inspection angle of 30 ° with a test light beam Wavelength of 560 nm obtained as a calibration table for mass-produced test objects to be inspected. In other words can the series test specimens with little effort in the inventive Way z. B. with a test light wavelength of 560 nm under a Inspection angle of 30 ° are inspected, and based on the The calibration table can then be based on their optical properties for the actually UV radiation of interest can be concluded with the later Use of the test items B. as an optical component in microlithography Exposure systems is working.

Claims

1. Procedure for the scattered light inspection of transparent test specimens, in which
a test light beam ( 2 ) is passed through the test object ( 3 ), it enters the same at an entry surface ( 5 ) and exits from the same at an exit surface ( 7 ) spaced from the entry surface,
characterized in that
Scattered light is recorded and evaluated, which originates from a predeterminable inspection area ( 9 ) of the test specimen, which comprises a test specimen volume range traversed by the test light beam ( 2 ), and the test specimen is not parallel to the test light beam direction through the test light beam entry surface ( 5 ) or the test light beam exit surface ( 7 ) of the test object.

2. The method according to claim 1, further characterized in that such a green light visible in the wavelength range is used as the test light beam ( 2 ).

3. The method according to claim 1 or 2, further characterized in that a laser light beam with a power of at least 30 mW is used as the test light beam ( 2 ).

4. The method according to any one of claims 1 to 3, further thereby characterized that selective scattered light from the scattered light inspection the wavelength range of the test light beam recorded and evaluated becomes.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, further characterized in that the test object ( 3 ) is inspected from an inspection side and a beam trap ( 18 ) is positioned on the opposite side.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, further thereby characterized that reference specimens with little surface scattering are generated, their volume scattering behavior angularly resolved for one predeterminable first wavelength range is recorded, and the recorded, angle-resolved measurement results of a respective Reference specimen together with one on the respective reference specimen under series operating conditions with a predeterminable second Measurement results obtained as calibration values at the wavelength range Scattered light inspection of series produced and with one in the second Test light beam lying in the wavelength range inspected test objects Assessment of their behavior in the first wavelength range be used.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, further thereby characterized in that the test light entry surface and / or the Test light beam exit surface of the test specimen with a respective highly low scatter plate with the interposition of a Immersion oil can be contacted.

8. Device for scattered light inspection of transparent test specimens, with
a test light beam source ( 1 ) for generating a test light beam ( 2 ) which is passed through the test specimen ( 3 ), the latter entering the same at an entry surface ( 5 ) and emerging from the exit surface ( 7 ) at a distance from the entry surface,
marked by
an inspection evaluation part ( 8 ), which is set up for detecting and evaluating scattered light, which comes from a predeterminable inspection area ( 9 ) of the test specimen, which comprises a test specimen volume range traversed by the test light beam, and the test specimen non-parallel to the test light beam direction through the test light beam entry surface or leaves the test light exit surface of the test object.

9. The device according to claim 1, further characterized in that the test light beam source ( 1 ) is designed to emit visible light in the green wavelength range.

10. The device according to one of claims 1 to 3, further characterized characterized in that the test light beam source is a laser with a Power of at least 30 mW.

11. The device according to one of claims 8 to 10, further characterized in that the inspection evaluation part includes a filter ( 15 ) which is selectively matched to the wavelength range of the test light beam.

12. The device according to one of claims 8 to 11, further characterized by a beam trap ( 18 ) on a test object side opposite the inspection part ( 8 ).

13. The device according to one of claims 8 to 12, further characterized by one or more, low surface scattered light, on the Test light beam entry surface and / or the test light beam exit surface plates to be installed with the interposition of an immersion oil.

14. Device according to one of claims 8 to 13, further characterized in that the inspection evaluation part has a telecentric optics ( 12 ).