DE10352040A1

DE10352040A1 - In Lage, Form und/oder den optischen Eigenschaften veränderbare Blenden-und/oder Filteranordnung für optische Geräte, insbesondere Mikroskope

Info

Publication number: DE10352040A1
Application number: DE10352040A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Harnisch; Thomas Dr. Engel; Axel Dr. Zibold; Klaus Böhm; Peter Dr. Schäffer; Bernd Scottsdale Geh
Original assignee: Carl Zeiss SMS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2005-07-21
Also published as: EP1680699A1; US20060291031A1; WO2005045503A1; JP2007510177A; JP5101106B2

Abstract

Die vorliegende Lösung betrifft die Verwendung zweidimensionaler, aus einzeln ansteuerbaren Elementen bestehender Arrays zur Erzeugung von Blenden in Strahlengängen optischer Geräte. DOLLAR A Bei der in Form, Lage und/oder den optischen Eigenschaften veränderbaren Blenden- und/oder Filteranordnung für optische Geräte wird mindestens ein zweidimensionales, aus einzeln ansteuerbaren Elementen bestehendes Array zur Erzeugung von Blenden und/oder Filtern im optischen Abbildungs- und/oder Beleuchtungsstrahlengang angeordnet und mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung der einzelnen Elemente verbunden. DOLLAR A Mithilfe der vorgeschlagenen technischen Lösung können durch elektronische Ansteuerung Blenden und/oder Filter sehr schnell bezüglich ihrer Geometrie, ihrer optischen Eigenschaften und/oder ihrer Lage verändert werden. Diese Veränderungen können auch während des Mess- und Justiervorganges "online" als optischer Feinabgleich vorgenommen werden. Außerdem kann durch den Einsatz dieser Systeme die aufwendige und zeitintensive Fertigung von Blenden mit geometrischen Formen entfallen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung zweidimensionaler, aus einzeln ansteuerbaren Elementen bestehender, Arrays zur Erzeugung von Blenden in Strahlengängen optischer Geräte, insbesondere von Mikroskopen für die Masken- und Waferinspektion. Durch die elektronische Ansteuerung der einzelnen Elemente können die so erzeugten Blenden und/oder Filter in Form, Lage und/oder den optischen Eigenschaften verändert werden.
Nach dem bekannten Stand der Technik werden in der Regel die in der Mikroskopie verwendeten Blenden mechanisch gefertigt und im Strahlengang angeordnet. Zum Verändern der Blendenform muss die Blende ausgetauscht werden. Dies erfolgt beispielsweise durch Drehen eines Blendenrades, auf dem verschiedene Blenden angeordnet sind. Zum Justieren der Blenden sind dreidimensionale Verstellmöglichkeiten und dazugehörige Ansteuerungen notwendig. Entsprechend aufwendig gestaltet sich die Justierung derartiger Blenden und insbesondere Blendenräder.
Im Stand der Technik sind aber auch bereits Lösungsvorschläge bekannt, die die Verwendung elektronisch ansteuerbarer Lichtmodulatoren zur Erzeugung von Mustern vorsehen.

In der Patentschrift US 5 113 332 wird ein Blenden- und Filterrad beschrieben, in dem unter anderem Blenden aus transparenten LCD-Elementen angeordnet sind, die wahlweise in den Projektionsstrahlengang eingebracht werden. Durch die Verwendung der LCD-Elemente kann die Anzahl der möglichen Blenden und Filter durch unterschiedliche elektrische Ansteuerung wesentlich erhöht werden. Die LCD-Elemente sind in der Lage eine unbegrenzte Anzahl von Mustern in einer schnellen Abfolge darzustellen, so dass damit auch spezielle dynamische Beleuchtungseffekte erzeugbar sind. Da ein Austausch der im Rad angeordneten Filter und Blenden somit kaum noch erforderlich wird, kann der Justieraufwand für das Blenden- und Filterrad auf den einmaligen Einbau reduziert werden. An die Lagerung und Führung des Rades, sowie an das Rad selbst werden allerdings nach wie vor sehr hohe Genauigkeitsforderungen gestellt.

Die Verwendung von sogenannten räumlichen Lichtmodulatoren (Spatial Light Modulator = SLM) in Mustergeneratoren wird in der Patentschrift US 6 285 488 von Micronic Laser Systems vorgeschlagen. Als SLM kommt hierbei ein Array von einzeln ansteuerbaren Mikrospiegeln zum Einsatz. Ausgehend von einer Pulslichtquelle beliebiger Wellenlänge wird über die einzelnen Mikrospiegel ein Abbild bzw. Muster auf dem zu beleuchtenden Werkstück erzeugt. Die hierbei, vorzugsweise als Werkstücke genannten Fotomasken, Wafer, Druckplatten u. ä. werden von einem Steppersystem so positioniert, dass die von den SLMs erzeugten Muster auf dem Werkstück passgenau aneinander gesetzt werden. Ein elektronisches Steuersystem koordiniert die Pulslichtquelle, die Steuerung der SLMs als auch des Steppersystems. Für das passgenaue Zusammenfügen der einzelnen Muster auf dem Werkstück müssen diese in den Randbereichen entsprechend gleiche Muster aufweisen. Deshalb sind die Anforderungen an das Steuersystem und insbesondere an die Steppereinheit besonders hoch. Bei der vorgeschlagenen Lösung ist die Lichtintensität in den Randbereichen der Einzelmuster geringer. Durch das Überlappen dieser Randbereiche soll ein Gesamtmuster mit gleichbleibender Lichtintensität erreicht werden. Der Aufwand zur Erzeugung dieses passgenauen gleichmäßigen Gesamtmusters ist entsprechend hoch.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zu entwickeln, mit der ein Wechsel der Blendengröße oder -geometrie und/oder deren optischen Eigenschaften in Mikroskopiesystemen bei möglichst geringem Justieraufwand möglich ist. Die Lösung soll dabei unabhängig von der Wellenlänge des Beleuchtungslichtes für verschiedenste Mikroskopiesysteme einsetzbar sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Bei der vorgeschlagenen Lösung werden die optischen Blenden und/oder Filter durch geeignete Anordnungen von Arrays mit lokal ansteuerbaren Elementen ersetzt. Durch elektronische Ansteuerung kann die Form, Lage und/oder den optischen Eigenschaften der Blenden- und/oder Filteranordnung sehr schnell verändert werden. Weiterhin können durch elektronische Ansteuerung die Blenden zum einen zentriert und zum anderen gezielt dezentriert werden, um beispielsweise vorhandene Abberationen durch Einstellen von Pupillen zu kompensieren. Diese Veränderungen können auch während des Mess- und Justiervorganges „online" als optischer Feinabgleich vorgenommen werden. Außerdem kann durch den Einsatz dieser Systeme die aufwendige und zeitintensive Fertigung von Blenden mit geometrischen Formen und Filtern mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften entfallen.

Die vorgeschlagene technische Lösung ist grundsätzlich nicht nur in allen Mikroskopen anwendbar, sondern auch in optischen Abbildungssystemen, wie Ferngläser, Projektoren, Kameras o. ä..

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben.
Dazu zeigt:
1: die erfinderische Lösung in einem Mikroskopsystem, vorzugsweise zur Masken- oder Waferinspektion.
Bei der in Form, Lage und/oder den optischen Eigenschaften veränderbaren Blenden- und/oder Filteranordnung für optischer Geräte, insbesondere Mikroskope wird mindestens ein zweidimensionales, aus einzeln ansteuerbaren Elementen bestehendes, Array zur Erzeugung von Blenden und/oder Filtern im optischen Abbildungs- und/oder Beleuchtungsstrahlengang angeordnet und mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung der einzelnen Elemente verbunden. Die zweidimensionalen, aus einzeln ansteuerbaren Elementen bestehenden Arrays werden dabei jeweils in einer Pupillenebene des Abbildungs- und/oder Beleuchtungsstrahlengang angeordnet. Von der Steuereinheit werden die einzelnen Elemente des Arrays angesteuert, so dass beliebig Blenden und Filter dargestellt werden können. Es können Arrays mit unterschiedlicher technischer Wirkungsweise zum Einsatz kommen.
In einer ersten Ausgestaltungsvariante kommen zur Erzeugung von Blenden und/oder Filtern zweidimensionale reflektive Arrays zur Anwendung. Diese Arrays sind bezüglich ihrer Reflexion ansteuerbar und werden im Auflichtverfahren betrieben. Dazu zählen beispielsweise Mikroscannerspiegel-Arrays vom MEMS-Typ (micro electro mechanical system) oder vom DMD-Typ (digital mirror device), bei denen Spiegel geringer Abmessungen in zwei oder mehreren Richtungen unabhängig voneinander kippbar sind. Ebenfalls reflektiv arbeiten Mikrochopper-Arrays, bei denen ein spiegelndes Flächenelement verschoben oder verkippt werden kann.
1 zeigt die in Lage und/oder Form veränderbare Blenden- und Filteranordnung in einem Beleuchtungsstrahlengang eines Mikroskops zur Maskeninspektion. Als zweidimensionales, aus einzeln ansteuerbaren Elementen bestehendes, Array wurde hierbei ein auf Reflexion arbeitendes Array vom DMD-Typ verwendet. Im Beleuchtungsstrahlengang 1 wird dabei das Licht der Beleuchtungsquelle 2 über eine Projektionsoptik 3 und ein TIR-Prisma 4 auf das DMD-Array 5 projiziert. Das DMD-Array 5 wird von der Steuereinheit (nicht dargestellt) zur Erzeugung einer vorher bestimmten Blende angesteuert und reflektiert das Licht in der der Blende entsprechenden Form über diverse optische Elemente 6 zur Formung und Führung des Lichtes zur Kondensoroptik 7, die das Licht auf die zu inspizierende Maske 8 fokussiert. Das Abbild der Maske 8 wird im Beobachtungsstrahlengang 9 von einer Objektivlinse 10, einer Tubuslinse 11 und diversen optischen Elementen 6 zur Formung und Führung des Lichtes auf eine als Bildempfänger dienenden CCD-Matrix 12 abgebildet und mit Hilfe einer Auswerteeinheit (nicht dargestellt) ausgewertet.
In einer zweiten Ausgestaltungsvariante werden zur Erzeugung von Blenden und/oder Filtern zweidimensionale transmissive Arrays eingesetzt, die bezüglich ihrer Lichtdurchlässigkeit steuerbar und im Durchlichtverfahren zu betreiben sind. Zu dieser Art zählen beispielsweise Arrays vom LCOS-Typ (liquid crystal on silicon) oder vom LCD-Typ (liquid crystal display), die aus einzelnen und bezüglich ihrer Durchlässigkeit bei polarisiertem Licht ansteuerbaren Flüssigkristallzellen bestehen. Ebenfalls transmissiv arbeiten Mikroshutter-Arrays, bei denen einzelne Flächenelemente um 90° verkippt werden können und das Licht somit hindurchlassen.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante werden zweidimensionale phasenverschiebende oder – modulierende Arrays eingesetzt, die wiederum im Auflichtverfahren betrieben werden. Die hierbei zum Einsatz kommenden mikromechanischen Spiegelarrays bestehen dabei aus einzeln ansteuerbaren Pyramiden- oder Senkelementen. Zur Phasenmodulation des einfallenden Lichtes können die einzelnen, verspiegelten Pyramiden-Elemente gekippt werden. Im Gegensatz dazu werden die einzelnen, ebenfalls verspiegelten Senkelemente mehr oder weniger abgesenkt um eine Phasenverschiebung des einfallenden Lichtes zu erreichen.
Die Verwendung zweidimensionaler polarisationserhaltender, -verändernder oder -modulierender Arrays stellt eine weitere Ausgestaltungsvariante dar. Die verwendeten Arrays können dabei beispielsweise vom LCOS-Typ (liquid crystal on silicon) oder vom LCD-Typ (liquid crystal display) sein, wobei die typischerweise verwendeten und in die Display-Zelle integrierten Polarisatoren und Analysatoren entfallen können. Das Array verfügt somit nur über die lokal ansteuerbaren Bereiche von Flüssigkristallzellen, die aufgrund des angelegten elektrischen Feldes eine Umorientierung erfahren und so eine entsprechende Polarisationswirkung erzielen. Dies soll im vorliegenden Fall ausgenutzt werden, um bei einem Beleuchtungsstrahl gezielte Polarisationsverteilungen zu erzeugen, die für die Untersuchung von Messobjekten vorteilhaft sein können. Die Arrays können dazu in Reflexion und/oder in Transmission betrieben werden.
Zweidimensionale selbstleuchtende Arrays stellen eine weitere Ausgestaltungsvariante zur Erzeugung von Blenden und/oder Filtern dar. Die dabei verwendeten Arrays vom OLED-Typ (organic light emitting diode) oder vom LED-Typ (light emitting diode) bestehen aus einzelnen, individuell ansteuerbaren Elementen, die jedoch im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Arrays selbst Licht aussenden. Damit sind durch den Wegfall der separaten Lichtquelle zusätzliche Vereinfachungen im Aufbau möglich.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird zusätzlich zu dem im Abbildungs- und/oder Beleuchtungsstrahlengang vorhandenen Array eine Zoomoptik angeordnet, um eine kontinuierliche Größenänderung der vom Array dargestellten Blende und/oder Filter realisieren zu können. Die gewünschte Blendenform wird dazu so groß wie möglich, also mit der geringsten „Rasterung" auf dem Array dargestellt und dann mit Hilfe der Zoomoptik in der jeweils gewünschten optischen Größe abgebildet. Im Gegensatz zu den gebräuchlichen Zoomsystemen in Abbildungssystemen wie z. B. von Kameras ist da hier beschriebene Zoomsystem ein Pupillenzoom.
Ohne die zusätzliche Verwendung der Zoomoptik wird die laterale Auflösung durch die endliche Pixelgröße begrenzt.
Mit Hilfe der vorgeschlagenen technischen Lösung können durch elektronische Ansteuerung Blenden und/oder Filter sehr schnell bezüglich ihrer Geometrie, ihrer optischen Eigenschaften und/oder ihrer Lage verändert werden. Diese Veränderungen können auch während des Mess- und Justiervorganges „online" als optischer Feinabgleich vorgenommen werden. Außerdem kann durch den Einsatz dieser Systeme die aufwendige und zeitintensive Fertigung von Blenden mit geometrischen Formen entfallen.

Claims

In Form, Lage und/oder den optischen Eigenschaften veränderbare Blenden- und/oder Filteranordnung für optische Geräte, insbesondere Mikroskope, bei der mindestens ein zweidimensionales, aus einzeln ansteuerbaren Elementen bestehendes Array zur Erzeugung von Blenden und/oder Filtern im optischen Abbildungs- und/oder Beleuchtungsstrahlengang angeordnet und mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung der einzelnen Elemente verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die zweidimensionalen, aus einzeln ansteuerbaren Elementen bestehenden Arrays jeweils in einer Pupillenebene des Abbildungs- und/oder Beleuchtungsstrahlengangs angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 1 und 2, bei der zur Erzeugung von Blenden und/oder Filtern zweidimensionale reflektive Arrays zur Anwendung kommen.
Anordnung nach Anspruch 1 und 2, bei der zur Erzeugung von Blenden und/oder Filtern zweidimensionale transmissive Arrays zur Anwendung kommen.
Anordnung nach Anspruch 1 und 2, bei der zur Erzeugung von Blenden und/oder Filtern zweidimensionale phasenverschiebende oder phasenmodulierende Arrays zur Anwendung kommen.
Anordnung nach Anspruch 1 und 2, bei der zur Erzeugung von Blenden und/oder Filtern zweidimensionale polarisationserhaltende, -verändernde oder -modulierende Arrays zur Anwendung kommen.
Anordnung nach Anspruch 1 und 2, bei der zur Erzeugung von Blenden und/oder Filtern zweidimensionale selbstleuchtende Arrays zur Anwendung kommen und die separate Beleuchtungsquelle dadurch entfallen kann.
Anordnung nach Anspruch 1 und 2, bei der zusätzlich eine Zoomoptik zur kontinuierlichen Größenänderung der vom Array dargestellten Blende und/oder Filter im Abbildungs- und/oder Beleuchtungsstrahlengang angeordnet ist.