DE1623766B1

DE1623766B1 - Messgerät zur mikroskopischen bestimmung der lage der kante eines objektes

Info

Publication number: DE1623766B1
Application number: DE1967L0056858
Authority: DE
Inventors: Knut Dipl-Ing Heitmann; Eckart Schneider
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1967-06-28
Filing date: 1967-06-28
Publication date: 1971-10-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur mikroskopischen Bestimmung der Lage der Kante eines Objektes, beispielsweise der Kante einer Marke, die die Grenzlinie von zwei sich in der Helligkeit (Transparenz oder Reflexionsvermögen) unterscheidenden Flächen bildet, mit einem einen oszillierenden Lichtstrahl erzeugenden optischen Abtastglied und mindestens einem fotoelektrischen Empfänger.
Für das Vermessen von codierten Maßstäben und Masken, wie sie in der Halbleiterherstellung verwendet werden, eignen sich die zum Messen von Strichmarken verwendeten fotoelektrischen Mikroskope bekannter Art nicht, weil sie derart aufgebaut und ansgelegt: sind, daß zur Signalbildung beide Strichkanten und dasfotometrische Profil der Marke herangezogen werden. Bei einer Kante dagegen liegt nur eine einzige Hell-Dunkel-Grenze vor, deren Lage in bezug auf einen Punkt festgestellt werden soll.
Es ist bereits eine Vorrichtung zum selbsttätigen Einstellen eines Strahlungsempfängers in einem Strahlungsfeld auf eine Flanke der Bestrahlungsstärke mit einem Stellmotor bekannt, wobei dem Stellmotor ein dem zweiten örtlichen Differentialquotienten der Bestrahlungsstärke proportionaler Strom zugeführt wird. Zur Bildung des zweiten Differentialquotienten müssen im Strahlungsfeld drei parallele Spalte angeordnet sein, deren mittlerer doppelt so breit ist wie die beiden symmetrisch zu ihm liegenden äußeren. Die durch die äußeren Spalte tretenden Strahlungsströme werden mittels einer Wechselblendegemeinsam im Wechsel mit dem von ihnen getrennten, durch den mittleren Spalt tretenden Strahiungsstrom unterbrochen. Alle Strahlungsströme werden hinter der Wéchselblende einem gemeinsamen Strahlungsempfänger zugeleitet.
Dieser Vorrichtung haftet der Nachteil an, daß das Signal zur Definition der Kantenlage zweimal differenziert werden muß. Bei jeder Differenziation werden nun die Amplituden der differenzierten Signalanteile proportional zu ihrer Frequenz angehoben. Eine zweifache Differenziation überhöht damit hochfrequente Signalanteile mit mit'd) Das Aüsgangssignal eines fotoelektrischen Empfängers in einer mikroskopischenAnordnung der beschriebenen Art enthält nun stets höherfrequente Rauschanteile in beträchtlichem Umfang. Eine Signalverarbeitung in der oben beschriebenen Art scheitert daher in der Praxis daran, daß der gewünschte Nulldurchgang von den durch Rauschanteile vorgetäuschten Nulldurchgängen nicht mehr unterschieden werden kann.
In unserer Patentanmeldung P 1623764.2-52 ist bereits ein Meßgerät beschrieben, das sich zur Lösung der oben aufgezeigten Aufgabe eignet und das gegenüber dem bekannten Gerät wesentlich bessere Meßergebnisse liefert.
Der vorliegenden Erfindung liegt ~ die Aufgabe zugrunde, ein-weiteres Meßgerät zu entwickeln, ~ das die aufgezeigte Aufgabe unter Anwendung anderer Arbeitsschritte löst.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Meßgerät der eingangs genannten Art, das sich dadurch auszeichnet, daß an den fotoelektrischen Empfänger die Kettenschaltung aus einer Rechteckumformerstufe, einer Symmetrierstufe und einem Tiefpaß angeschlossen ist, dessen dem arithmetischen Mittelwert proportionale Gleichspannung Speisespannung für ein Anzeigeinstrument ist. Dabei kann der Rechteck- umformerstufe ein Verstärker nachgeschaltet sein.
Die im kennzeichnenden Teil des Anspruches angeführten Bauteile bzw. Baugruppen sind je für sich vorbekannt und daher einzeln nicht Gegenstand des Schutzbegehrens.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für das neue Gerät schematisch dargestellt. Eine Lampe 1 beleuchtet über einen Kondensor 2 eine Blende 3. Diese ist mit einem Spalt 5 versehen. Sie wird von einem Antriebs system 4 bekannter Art, beispielsweise einem Tauchspulsystem oder einem Motor, in Richtung - des Pfeiles oszillierend bewegt.
Statt des Spaltes 5 kann auf der Blende auch ein entsprechend geformter Selbstleuchter befestigt sein.
In diesem Falle sind die Lampe und der Kondensor überflüssig. Die leuchtende Fläche auf der Blende 3 wird von einem Objektiv 6 in die Objektebene 7 abgebildet. In dieser befindet sich, und zwar parallel zur Richtung der leuchtenden Fläche auf der Blende liegend, die anzumessende Kante 7 a. Die Schwingungsamplitude der Blende 3 ist so gewählt und so eingestellt, daß das oszillierende Lichtbündel die Kante 7b des Objektes nicht überschreitet. Die das Objekt passierenden Lichtanteile werden über ein weiteres Objektiv 8 auf einen fotoelektrischen Empfänger 9 geleitet.
Die während des Abtastens am foto elektrischen Empfänger anstehenden elektrischen Signale sind mäanderförmig. Sie werden einer Rechteckverformerstufe20 zugeführt, die ein einstellbares Schaltniveau aufweist. Dieses hat dell VorteDb daß man das Schaltniveau einem bestimmten Schwärzewert der Kante zuordnen kann; denn bekanntlich stellt eine Kante einen auf begrenztem Raum stetigen Übergang von Hell nach Dunkel dar. Dieser Stufe ist eine Symmetrierstufe 21, beispielsweise in Form eines Gegentaktschaltverstärkers oder eines nullpunktsymmetrischen Begrenzers, nachgeschaltet, welche die Extremwerte des Ausgangssignals der Stufe 20 so verlagert, daß sie symmetrisch zum Nullpotential liegen. Diese verlagerten Signale werden sodann einem Tiefpaß 22 zugeleitet. An dessen Ausgang steht eine Gleichspannung an, deren Höhe dem arithmetischen Mittelwert der Rechteckspannung entspricht. Dieser Mittelwert ist wegen der Nullsymmetrie der Rechtecksignale nur vom Tastverhältnis dieser Signale und damit direkt von der Lage der angetasteten Kante relativ zur Zielrichtung der optischen Einrichtung abhängig. Das Tastverhältnis wird 1 : 1 und damit der arithmetische Mittelwert zu Null, wenn die Lage der Kante mit der Zielrichtung übereinstimmt. Es ist besonders vorteilhaft, daß durch entsprechende Wahl der Rechteckamplitude die Empfindlichkeit des neuen Gerätes nahezu beliebig gesteigert werden kann.
Die genannte'Gleichspånnung kann mittels eines Anzeigeinstrumentes 14 angezeigt und/oder beispielsweise als Istwert-Größe in eine Vergleichsstufe 15 eingespeist werden, der außerdem eine dem Sollwert entsprechende Spannung zugeführt wird. Die Ausgangssignale dieser Vergleichsstufe können beispielsweise gemäß der britischen Patentschrift 997915 zur Verlagerung des Schwingungsnullpunktes der Blende oder zur Steuerung des Objektes benutzt werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, bei einem solchen Gerät statt der gezeigten Durchlichtbeleuchtung Auflichtbeleuchtung zu verwenden. Auch ist es möglich, die Blende mitsamt ihrem Antrieb zwischen dem Objekt und dem fotoelektrischen Empfänger anzuordnen.

Claims

Patentanspruch: Meßgerät zur mikroskopischen Bestimmung der Lage der Kante eines Objektes, beispielsweise der Kante einer Marke, die die Grenzlinie von zwei sich in der Helligkeit (Transparenz oder Reflexionsvermögen) unterscheidenden Flächen bildet, mit einem einen oszillierenden Lichtstrahl erzeugenden optischen Abtastglied und mindestens einem fotoelektrischen Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß an den fotoelektrischen Empfänger die Kettenschaltung aus einer Rechteckumformerstufe (20), einer Symmetrierstufe (21) und einem Tiefpaß (22) angeschlossen ist, dessen dem arithmetischen Mittelwert proportionale Gleichspannung Speisespannung für ein Anzeigeinstrument (14) ist.