DE2802286A1 - Vorrichtung zur abtastung eines objekts mit einem lichtstrahl - Google Patents

Description

TlEDTKE - BüHLING " KlNNE - Patentanwälte:

Dipl.-Ing. H. Tiedtke Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. P. Grupe

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19. Januar 1978

B 8696/Canon case 675

CANON KABUSHIKI KAISHA

Tokyo, Japan

Vorrichtung zur Abtastung eines Objekts mit einem

Lichtstrahl

(Zusatzanmeldung zu P 27 18 711.7)

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Dresdner Bank (Manchen) Kto. 3839 844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abtastvorrichtung und betrifft insbesondere eine Abtastvorrichtung, bei der raittels eines Lichtstrahles ein Objekt mit einer ebenen Reflexionsflache und einer relativ zu dieser ebenen Reflexionsfläche eine Abschrägung oder Neigung aufweisenden schrägen Reflexionsfläche abgetastet und mit einem Licht- oder Strahldetektor lediglich das von der schrägen Reflexionsfläche reflektierte Licht erfasst wird.

Es gibt viele Arten von Gegenständen, die eine ebene

Reflexionsfläche und eine geneigte oder abgeschrägte Reflexionsflache aufweisen. Nachstehend soll beispielhaft auf eine Ausrichtungs- oder Einstellmarke auf einer Maske und einem Mikroplättchen oder sogenanntem Wafer, die zur Herstellung von IC-Schaltkreisen und LSI-Schaltkreisen, d.h., von integrierten Schaltkreisen mit hohem Integrationsgrad, Verwendung finden, als Muster Bezug genommen werden.

Im allgemeinen erfolgt bisher die Ausrichtung der Maske und des Mikroplättchens bzw. Wafers, indem entweder die Maske oder das Mikroplättchen zueinander parallel verschoben werden, bis die Einstellmarken auf beiden Bauelementen eine vorgegebe- * ne Relativposition zueinander erreichen. Zur Durchführung dieser gewünschten Ausrichtung oder Einstellung müssen die sowohl auf der Maske als auch dem Mikroplättchen vorgesehenen Einstellmarken überwacht werden.

Als Verfahren zur Überwachung dieser Einstellmarken sind die sogenannte "Hellsicht-Überwachung", bei der das von der ebenen Reflexionsfläche reflektierte Licht überwacht wird, und die sogenannte "Dunkelsicht-Überwachung", bei der das von der schrägen Reflexionsfläche reflektierte Licht überwacht wird, bekannt. Die Abtastvorrichtung gemäß der Erfindung bezieht sich auf das letztere Verfahren, d.h., auf die "Dunkel-

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sicht-überwachung", die nachstehend noch näher erläutert wird.

Eine Vorrichtung zur überwachung eines Objektes mit sowohl einer ebenen Oberfläche als auch einer schräg verlaufenden Oberfläche, wie etwa der Einstellmarke eines Mikroplättchens oder Wafers zum Drucken des Schaltschemas eines integrierten Schaltkreises im "Dunkelsicht-Überwachungsverfahren", ist bereits in der US-Patentanmeldung 672 022 vorgeschlagen worden. Nachstehend soll zunächst eine kurze Zusammenfassung des dieser Abtastvorrichtung zugrundeliegenden Prinzips gegeben werden.

Ein Bild einer Lichtquelle zur Beleuchtung der Oberfläche eines Objektes, das hinsichtlich seiner Größe kleiner als die Pupille bzw. Austrittspupille einer telezentrischen Linse ist, wird in der Pupillenfläche der Linse abgebildet. Sodann wird der Gesamtbereich des zu überwachenden Objektes beleuchtet und das von der ebenen Fläche innerhalb des überwachten Bereiches regulär bzw. regelmäßig reflektierte Licht von einer Lichtabschirmplatte, deren Größe im wesentlichen dem in der Pupillenfläche der telezentrischen Linse oder der Bildfläche der Pupille bzw. Austrittspupille abgebildeten Bild der vorstehend erwähnten Lichtquelle entspricht, abgefangen, so daß ein Objektbild abgetastet wird, das von dem irregulär bzw. unregelmäßig reflektierten Licht gebildet wird, welches von der schrägen Oberfläche innerhalb des zu überwachenden Bereiches reflektiert wird und durch die Lichtabschirmplatte (als "Dunkelsicht-Bild") hindurchtritt.

im folgenden bezieht sich die Bezeichnung "telezentrische LInBe" auf eine Linse bzw· ein Objektiv, die die Eigenschaft aufweisen, daß der Hauptlichtstrahl parallel zu der optischen Achse ausgerichtet ist, wenn die Lichtquelle an einer Schnittstelle der optischen Achse der Linse und ihrer Pupillenfläche angeordnet ist. Mit dem Ausdruck "ebene Fläche" ist eine Fläche bezeichnet, die die optische Achse der tele-

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zentrischen Linse orthogonal schneidet. Die Bezeichnung "schräge Fläche" bezeichnet dagegen «ine Fläche, die die optische Achse der telezentrisehen Linse nicht orthogonal schneidet.

Gemäß dem Vorschlag nach der US-Patentanmeldung 672 022 werden somit der gesamte Bereich des zu überwachenden Objektes beleuchtet und aufeinanderfolgend Lichtstrahlen von einem Teil dieses Bereiches erfasst, wodurch lediglich ein sehr geringer Anteil der zur Beleuchtung des Objektes verwendeten Lichtmenge zum Zeitpunkt der Lichterfassung ausgenutzt wird. Das zur Beleuchtung dienende Licht wird daher nicht sehr effektiv genutzt,...

Die Erfindung bezieht sich daher insofern auf eine Verbesserung dieses Vorschlages,als die zur Beleuchtung des Objektes verwendete Lichtmenge so effektiv wie möglich ausgenutzt werden soll. Zu diesem Zweck wird die Verwendung eines sogenannten Punktlichtabtastsystems in Betracht gezogen, bei dem die Oberfläche eines Objektes sequentiell mit einem relativ schmalen Abtastlichtstrahl abgetastet und das von der abgetasteten Objektfläche reflektierte Licht erfasst wird.

Es ist jedoch zu beachten, daß erfindungsgemäß nicht eine einfache Anwendung des Punktlichtabtastsystems auf die bereits vorgeschlagene Abtastvorrichtung beabsichtigt ist, sondern die Lösung eines Problems, das dann auftritt, wenn dieses Punktlichtabtastsystem Anwendung auf die vorgeschlagene Vorrichtung findet. Dieses Problem besteht darin, daß bei der Projektion des Abtaststrahles auf die telezentrisehe Linse die Position des die Pupillenfläche der telezentrisehen Linse überquerenden Abtaststrahles aufgrund von Ablenkungen oder Abweichungen des Abtaststrahles variiert, so daß sich während der Ausbreitung des reflektierten Lichtes von der ebenen Fläche in Rückwärtsriqhtung die Position des die Pupillenfläche kreuzenden Abtaststrahles ändert. Aufgrund dieser Tatsache ergibt sich die Möglichkeit, daß das von der ebenen

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Fläche reflektierte Licht (regulär reflektiertes Licht) durch das Vorhandensein der auf der Pupillenfläche der telezentrischen Linse oder der Bildfläche der Pupille bzw. Austrittspupille angeordneten Lichtabschirmbauteils nicht mehr abgefangen bzw. abgeschirmt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lichterfassungsvorrichtung des Abtasttyps zur Lösung des vorstehend erläuterten Problems zu schaffen, mittels der das zur Beleuchtuny verwendete Licht möglichst effektiv ausnutzbar ist.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs' 1 gelöst, wobei erfindungsgemäß die Position oder Lage, bei der der Abtaststrahl die Pupillenfläche der telezentrischen Linse schneidet, konstant gehalten wird, d.h., die Lösung der dem Anmeldungsgegenstand zugrundeliegenden Aufgabe erfolgt, indem ein Zusammenfallen des ursprünglichen Ablenkungspunktes des Abtaststrahles mit der PupillenfLache der telezentrisehen Linse erzielt wird.

Die Unteransprüche lehren vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 jeweils schematische Darstellungen einer bereits vorgeschlagenen Lichtabtastvorrichtung

des sogenannten Dunkelsicht-Typs,

Pig. 3 eine schematische Darstellung der optischen An ordnung einer ersten Ausführungsform der Erfindung, 35

Fig. 4 eine schematisehe Darstellung eines Hauptabschnittes des optischen Systems gemäß Fig. 3,

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Fig. 5 eine schematische Darstellung der optischen Anordnung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 eine mikroskopische Ansicht in Zusammenhang

mit der zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine schematische Darstellung der optischen Anordnung einer dritten Ausführungsform der

Erfindung, und

Fig. 8 eine schematisehe Darstellung der optischen Anordnung einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 9 eine schematische Darstellung der optischen Anordnung einer fünften Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1, die die optische Anordnung der Abtast-Lichterfassungsvorrichtung eines sogenannten Dunkelsicht-Typs gemäß dem Vorschlag der vorstehend erwähnten US-Patentanmeldung 672 022 veranschaulicht, bezeichnet die Bezugszahl

I ein abzutastendes Objekt. Dieses abzutastende Objekt 1 weist eine ebene Oberfläche 2 und eine relativ zu dieser ebenen Oberfläche eine Neigung oder Abschrägung aufweisende schräge Oberfläche 3 auf. Die Bezugszahl 4 bezeichnet eine telezentrisehe Linse, während die Bezugszahl 5 eine auf der Pupillenfläche der telezentrisehen Linse 4 angeordnete Blende bezeichnet. Die Bezugszahl 6 bezeichnet ein optisches Beleuchtungssystem, das über einen Halbspiegel 7 das Bild einer Lichtquelle mit einer unter dem Pupillendurchmesser der telezentrischen Linse liegenden Größe in ihrer Pupillenflache abbildet. Die Bezugszahl 8 bezeichnet eine Relais- oder Zwischenlinse, während die Bezugszahl 9 eine Abtasteinheit bezeichnet, die einen offenen Schlitz aufweist und in der Bildebene des Objektes 1 angeordnet ist. Die Bezugszahl 10 bezeichnet eine Abbildungslinse für die Pupille 5, während die Bezugszahl

II eine Lichtabschirmplatte mit einer ringförmigen öffnung bezeichnet, die in einer Bildposition oder Bildebene der Pupille bzw. Austrittspupi!leader telezentrisehen Linse 4 ange-

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ordnet ist. Der Lichtabschirmteil entspricht der Größe des Bildes der Lichtquelle, das auf der Pupille bzw. Austrittspupille der telezentrisehen Linse 4 abgebildet ist. Die Bezugszahl 12 bezeichnet eine Sammellinse, während die Bezugszahl 13 eine Lichterfassungseinrichtung bezeichnet. Da die telezentrisehe Linse 4 die bereits vorstehend erwähnte Eigenschaft aufweist, daß der Hauptlichtstrahl eines Lichtstrahlenbündels parallel zu der optischen Achse der Linse verläuft bzw. ausgerichtet wird, wenn die Lichtquelle an der Schnittstelle der optischen Achse mit der Pupillenflache der Linse angeordnet ist, wird das von der ebenen Oberfläche 2 reflektierte Licht A (siehe Fig. 2) wieder in der Position des Bildes der Lichtquelle gebündelt, wenn die ebene Oberfläche 2 senkrecht zu der optischen Achse verläuft. Da jedoch bei dem auf die schräge Oberfläche 3 projezierten Licht eine Ablenkung hinsichtlich der Ausbreitungsrichtung erfolgt, kehrt es nicht zu der Position des Bildes der Lichtquelle zurück. Das durch die Lichtabschirmplatte 11 hindurchtretende Licht besteht daher allein aus dem von der schrägen Oberfläche 3 reflcktierten Licht B, so daß das von der Lichterfassungseinrichtung 13 erfasste Licht allein das von der schrägen Oberfläche 3 des Objektes 1 ausgehende Licht ist. Dieses Erfassungssystem wird nachstehend als "Dunkelsicht-Erfassungssystem" bezeichnet.

Bei dem in der US-Patentanmeldung 672 022 beschriebenen Lichtabtastverfahren wird somit ein Bild des Objektes durch Beleuchtung der gesamten Oberfläche des Objektes 1 gebildet und das Licht eines Teiles dieses·Bildes sequentiell von der Abtasteinheit 9 herausgenommen und dem Lichtdetektor zugeführt. Aufgrund dieser Tatsache ist die Lichtausbeute bzw. der Wirkungsgrad bei der Erfassung des Beleuchtungslichtes extrem niedrig, so daß ein Problem hinsichtlich der erfassten bzw. erfaßbaren Lichtmenge besteht.

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Erfindungsgemäß wird anstelle des Abtastens des Bildes über die Bildfläche bzw. des Bildes in der Bildebene ein System vorgeschlagen, bei dem ein Objekt mit dem von einem Beleuchtungssystem abgegebenen Licht abgetastet wird, indem das Licht in Form eines Punktes oder Schlitzes bzw. Spaltes auf die Objektoberfläche gerichtet wird. Dementsprechend kann bei diesem System aufgrund der Tatsache, daß das Licht, das vorher zur Bestrahlung bzw. Beleuchtung der gesamten Oberfläche des Objektes diente, nunmehr auf diajenige Position konzentriert werden kann, bei der ein Signal erhalten werden soll, eine bemerkenswerte Steigerung der erfassten Lichtmenge erzielt werden. Eine Verringerung der Punktgröße läßt sich erreichen, indem eine Kollimatorlinse mit großer Brennweite an der Beleuchtungslichtquelle zum Bündeln des Lichtes angebracht wird. Ferner kann ein Lichtpunkt geringer Größe leicht durch Verwendung eines Laserstrahls erhalten werden. Zur Beleuchtung der Objektoberfläche mit einem sich bewegenden Lichtstrahl oder Lichtstrahlenbündel ist es erforderlich, daß der Abtaststrahl auf die telezentrische Objektivlinse projiziert wird.

In diesem Falle bewegt sich jedoch der Abtaststrahl geradlinig bzw. gleichmäßig über die Pupille dieser Objektivlinse. Da hierbei die Position des abzuschirmenden reflektierten Lichtes A die Tendenz zeigt, sich entsprechend dem auf der Objektoberfläche stattfindenden Abtastvorgang gleichermaßen an einer Stelle der Lichtabschirmplatte 11 zu bewegen, die die konjugierte Position der Pupille bzw. Austrittspupille darstellt, wird die Trennung des reflektierten Lichtes B zum Zwecke der Erfassung schwierig.

Erfindungsgemäß wird das Auftreten dieses Nachteils durch das direkte Abtasten des Lichtstrahles auf der Objektoberfläche vermieden, wobei angestrebt wird, daß der ursprüngliche Ablenkungspunkt des Abtaststrahles an der Schnittstelle der Pupillenoberfläche und der optischen Achse der Objektivlinse liegt, wodurch erreicht wird, daß die Position des

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Strahles auf der Pupillenoberfläche im wesentlichen unbeweglich ist, und zwar unabhängig davon/ wie der Abtaststrahl die Objektoberfläche abtastet. Dieser ursprüngliche Ablenkungspunkt steht in enger Beziehung zu dem Abtastsystem.

Als Abtasteinrichtung ist eine planparallele Drehscheibe bzw. Drehplatte bekannt. Beispiele hierfür sind ein Polygonal-Drehspiegel des Transmissions- bzw. Durchlaßtyps und eine planparallele Vibrations- oder Schwingscheibe eines lichtelektri- sehen Mikroskops. Bei dieser Abtasteinrichtung dient mit anderen Worten die planparallele Platte zum Lichtdurchlaß, wobei durch Neigung oder Schrägstellung dieser planparallelen Platte"zu der optischen Achse der Lichtstrahl seitwärts verschoben wird. In diesem Falle werden die Eigenschaften der planparallelen Platte dahingehend ausgenutzt, daß die Parallelität aufrechterhalten wird, und zwar auch dann wenn das einfallende Licht und das reflektierte Licht seitwärts verschoben worden sind. Es ist daher ersichtlich, daß der Lichtstrahl nach seinem Hindurchtreten durch die planparallele Platte im wesentlichen seitwärts in Richtung der optischen Achse verschoben wird, wobei der Winkel im wesentlichen unverändert bleibt. In diesem Falle ist die aufgrund der Neigung oder Schrägstellung auftretende Aberration angesichts der Tatsache, daß die Lichtstärke bzw. F-Zahl normalerweise groß und der Bildwinkel klein sind, im wesentlichen vernachlässigbar. Damit der Positionsunterschied des Abtaststrahles auf der Pupille bzw. Austrittspupille der telezentrischen Linse während des Abtastvorganges im wesentlichen null wird, d.h., damit der ursprüngliche Ablenkungspunkt auf der Pupille der telezentrischen Linse positioniert wird, kann es ausreichend sein, eine Relaislinse oder Zwischenlinse zwischen der planparallelen Platte für die Abtastung und der telezentrischen Objektivlinse anzuordnen» wobei die Brennebene der Zwischenlinse mit der Pupillenflache der telezentrischen Objektivlinse zusammenfällt.

Wenn der Bezugslichtweg des Hauptlichtstrahles des abzutastenden Strahlenbündels (d.h., die Mitte des Strahlenbündels) als optische Achse angesehen wird (d.h., wenn der Hauptlichtstrahl

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senkrecht auf die planparallele Platte projiziert wird), bleibt der Hauptlichtstrahl des Strahlenbündels bei der Seitwärtsverschiebung relativ zu der optischen Achse parallel ausgerichtet, wie dies bereits vorstehend erläutert wurde, und zwar auch dann, wenn die planparallele Platte zur Durchführung des Abtastvorganges geneigt bzw. schräggestellt wird. Dieses während des Abtastvorganges auftretende parallele Hauptlichtstrahlenbündel passiert nach Hindurchtreten durch die Zwischenlinse den Brennpunkt der Zwischen- linse ohne Störung bzw. Ablenkung. Anders ausgedrückt, der Strahl bewegt sich nicht auf der Pupillenflache, und zwar auch dann nicht, wenn der Abtastvorgang erfolgt.

Als Abtasteinrichtung ist außerdem auch ein Reflexions-Drehspiegel bekannt. Beispiele für eine solche Abtasteinrichtung sind ein Galvanospiegel, ein Polygonalspiegel des Reflexionstyps u.dgl. In einem solchen Fall ist der Winkel des Hauptlichtstrahles des Strahlenbündels nach dem Austreten aus der Abtasteinrichtung in keiner Weise parallel wie im Falle der Verwendung einer Einrichtung des Durchlaß- oder Transmissionstyps, so daß ein vollständig andersartiges Verfahren zur Verhinderung einer Ablenkung des Strahles auf der Pupillenfläche Verwendung finden sollte. Hierzu kann das Prinzip angewendet werden, daß der auf die Abtasteinrichtung projizierte Lichtstrahl nicht annähernd seinen Reflexionspunkt auf der Abtasteinrichtung ändert. Das heißt, daß der Reflexionspunkt auf der Abtasteinrichtung und der Mittelpunkt der Pupillenfläche der telezentrischen Linse über ein Abbildungssystem in eine zueinander konjugierte Beziehung gebracht werden können. Hierzu sollten die Zwischenlinse und eine Feldlinse in zweckmäßiger Weise zwischen der Abtasteinrichtung und der Objektivlinse angeordnet werden. Der Reflexionspunkt des Lichtstrahles auf dem Polygonalspiegel und dem Reflexionsapiegel kann sich aufgrund der Drehung des betreffenden Spiegels mehr oder weniger bewegen, wobei jedoch die Ablenkung derart gering ist/ daß sie keine betrieblichen Probleme oder Nachteile verursacht. Dementsprechend kann die

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Position des Strahles auf der Pupillenfläche während des Abtastvorganges als annähernd unbeweglich angenommen werden.

Nachstehend wird zunächst die optische Anordnung einer ersten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.

In Fig. 3 bezeichnet die Bezugszahl 20 eine Öffnung in Form eines Schlitzes bzw. Spaltes oder Punktes, die in dem Weg des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlenbündels angeordnet ist und zu einem Objekt 1 in konjugierter Beziehung steht....pie Bezugszahl 21 bezeichnet ein Abtastsystem einer solchen Art, bei der bewirkt wird, daß das Licht aus der Öffnung 20 parallel austritt, also z.B. ein Abtastsystem des Durchlaßtyps bzw. Transmissionstyps, das aus einem drehbaren Glasblock besteht, wie dies vorstehend bereits erläutert wurde. Eine Relais- oder Zwischenlinse 22 ist derart angeordnet, daß ihre hintere Brennebene bzw. Bildebene mit der Pupille 5 zusammenfällt, die sowohl die vordere Brennebene als auch die Pupillen- bzw. Austrittspupillenfläche der telezentrisehen Objektivlinse 4 bildet. In Fig. 4 ist die Funktion dieser Linse kurz veranschaulicht. Bei dieser Darstellung fällt aus Gründen der Vereinfachung und deutlicheren Darstellung die Öffnung 20 mit dear vorderen Brennebene der Zwischenlinse 22 zusammen. Die Lichtstrahlen 23 werden nach ihrem Hindurchtreten durch die Abtasteinrichtung 21 im wesentlichen seitwärts zueinander verschoben, und zwar nach dem auf der Eigenschaft paralleler Ebenen beruhenden Prinzip, daß der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel bzw. Projektionswinkel ist.

Dementsprechend verhält sich jedes Lichtstrahlenbündel derart als würde es aus der Brennebene der Zwischenlinse 22 austreten und wird nach Hindurchtreten durch die Zwischenlinse 22 zu einem parallelen Lientstrahlenbündel, da der die Mitte eines jeden Strahlenbündels bildende Hauptlichtstrahl nach seinem Austreten aus dem Abtastsystem 21 parallel zu der optischen

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Achse verläuft, durchläuft er nach seinem Hindurchtreten durch die Zwischenlinse 22 die Mitte der Pupille 5, die die hintere Brennebene der Zwischenlinse 22 sowie die vordere Brennebene der Objektivlinse 4 darstellt. Der Winkel des Lichthindurchtritts hängt von der Seitwärtsverschiebung der Hauptlichtstrahles ab, obwohl das Licht immer durch die Mitte der Pupille 5 hindurchtritt, die auch die Pupillenfläche der Objektivlinse 4 ist. Damit in diesem Falle die Möglichkeit besteht, den in Verbindung mit Fig. 1 bereits erläuterten Filtervorgang mittels des aus den Bauelementen 10, 11, 12 und 13 gemäß Fig. 1 bestehenden Linsensystems durchzuführen, ist es wünschenswert, daß die Lichtstärke bzw. F-Zahl des Lichtstrahlenbündels 23 größer als die F-Zahl der Zwischenlinse ist. Dann wird der Durchmesser des effektiven Lichtbündels in dem einfallenden Licht, das aufgrund der Zwischenlinse in Form paralleler Lichtstrahlen auf die Pupillenfläche auftrifft, kleiner als der Durchmesser der Pupi11enfläche, wie dies in Fig. 4 veranschaulicht ist. Aufgrund der Eigenschaften der telezentrisehen Objektivlinse erfolgt durch die Pupille 5 nach der Reflexion des Lichtes an dem ebenen Teil der Oberfläche des Objektes 1 erneut eine Bündelung mit gleicher Vergrößerung - an der Position der Pupille 5. Dementsprechend tritt das an dem ebenen Teil der Objektoberfläche reflektierte Lichtbündel erneut durch 'die Position der Pupille 5 hindurch, und zwar mit einem effektiven Durchmesser, der kleiner als der Pupillendurchmesser ist. Daß der Hauptlichtstrahl des hindurchtretenden Strahlenbündels trotz des Abtastvorganges auf der Oberfläche des Objektes unverändert die Mitte der Pupille 5 durchläuft, ist leicht aus der Tatsache ersichtlich, daß der Hauptlichtstrahl durch die telezentrische Objektivlinse senkrecht auf das Objekt projiziert wird und entlang seines ursprünglichen Weges wieder reflektiert wird. Das mittels eines Strahlenteilers 7 auf das optische Erfassungssystem gerichtete Licht bildet die Pupille 5 mittels der Linse an der Position der Lichtabschirmplatte 11 ab. Die Art und Weise, in der lediglich die an der Position der Lichtab-

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schirmplatte 11 abgebildete) von dem ebenen Teil des Objektes stammende reflektierte Lichtkomponente mittels einer Abschirmung oder Blende unterdrückt wird, so daß lediglich das Licht von der Flanke oder Kante des Musters erhalten wird, ist genau die gleiche wie im Falle der Anordnung gemäß Fig. 1. Da das einfallende Lichtbündel einen hellen Punkt oder Spalt auf der Pupille 5 bildet, ist der FilterVorgang an der zu der Pupille konjugierten Position der Lichtabschirmplatte 11 einfach. Wenn z.B. der Abtaststrahl die Form eines Punktes aufweist, hat der zu filternde Lichtstrahl ebenfalls Punktform. An der Position der Lichtabschirmplatte 11 kann daher ein Filter zum Abfangen dieses punktfjörmigen Lichtstrahles angeordnet sein, wie z.B. dasjenige, das einen Durchlaßteil in Ringform aufweist. Wenn der Abtaststrahl Spaltform aufweist, kann der Durchmesser des Lichtstrahles auf der Pupillenfläche manchmal eine Schlitz- oder Spaltform annehmen. In diesem Falle kann an der Lichtabschirmplatte 11 ein Filter mit einem schlitz- oder spaltförmigen Lichtabschirmteil angeordnet werden.

Auf ähnliche Weise kann die Form der Abschirmung bzw. des Filters 11 wahlweise in Abhängigkeit von dem jeweiligen Fall geändert werden.

In Fig. 5 ist die optische Anordnung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, die in Verbindung mit einer automatischen Ausrichtungsvorrichtung für integrierte Schaltkreise (IC) Verwendung findet. Zur zweidimensionalen Ausrichtung einer Maske und eines Mikro-Plättchens oder Wafers unter Verwendung dieser automatischen Ausrichtungsvorrichtung sollten zumindest zwei Positionen (oder Punkte) überwacht werden. In der Figur ist jedoch nur eine dieser Positionen bzw. Punkte dargestellt. Obwohl somit ein weiteres optischen Uberwachungs- und Erfassungssystem auf der linken Seite dar dargestellten Anordnung vorgesehen werden müßte, ist dies in der Zeichnung nicht dargestellt worden, da es genau den gleichen Aufbau aufweist, wie der auf der rechten Seite der Anordnung dargestellte Teil. Es

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sei erwähnt, daß die Abtasteinrichtung 30 derart aufgebaut ist, daß sie gemeinsam benutzt werden kann. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Anzahl der Abtastexnrichtungen in Abhängigkeit von der Anzahl der zu überwachenden Punkte erhöht werden kann.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 bezeichnet die Bezugszahl 3V eine Lichtquelle. Unter Berücksichtigung der vorstehend erwähnten Richtungsbündelung und Helligkeit des Strahles ist die Verwendung eines Lasers zweckmäßig, so daß bezüglich der Anordnung gemäß Fig. 5 davon ausgegangen wird, daß die Lichtquelle 31 ein Laser ist. Da sich das Ausgangslicht des Lasers mit hohem Wirkungsgrad in ein lichtelektrisches Signal umsetzen läßt, ist ein Laser von 1 mW und weniger für die Zwecke der Erfindung ausreichend. Die Bezugszahl 32 bezeichnet einen Strahlendehner, der zur Dehnung des Laserstrahles dient. Dieses Bauelement kann natürlich entfallen, wenn eine Dehnung des Strahlendurchmessers nicht erforderlich ist. Ein Spiegel 33 und eine Linse 34 dienen zur Bündelung des Laserstrahles auf einen Schlitz bzw. Spalt (oder Punkt) 35. Wenn in diesem Falle das Bauelement 35 Spaltform aufweist, sollte die Linse 34 vorzugsweise eine Zylinderlinse sein, während bei Punktform des Bauelementes 35 eine übliche sphärische Linse ausreicht. Auch ist die Lichtstärke bzw. F-Zahl der Linse dahingehend festzulegen, daß eine Beziehung zu der F-Zahl der Relais- oder Zwischenlinse eingehalten wird, wie dies bereits vorstehend in Verbindung mit der Anordnung gemäß Fig. 4 erläutert wurde. Die Bezugszahl 36 bezeichnet eine Abtasteinhe.it des Durchlaß- oder Transmissionstyps, die aus einem Glasblock hergestellt ist. Die Drehachse dieser Abtasteinheit ist in einem Schnittpunkt der in dpr Figur dargestellten drei optischen Achsen angeordnet und verläuft senkrecht zur Zeichenebene, so daß mittels dieses Blockes drei Signalkanäle erhalten werden können. Dementsprechend ist auch der Spalt (oder Punkt)

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dreifach vorgesehen, nämlich jeweils für eine der optischen Achsen. Für jeden Kanal ist ein optisches System vorgesehen, das aus den Bauelementen 31 bis 34 vor dem Spalt (oder Punkt) 35 besteht. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch lediglich das optische System des Kanals X gezeigt, während die anderen optischen Systeme nicht dargestellt sind, da sie den gleichen Aufbau aufweisen. Es ist natürlich auch möglich, daß das von der Lichtquelle 31 ausgehende Licht mittels des Strahlenteilers geteilt wird,

TO so daß lediglich eine einzige Lichtquelle Verwendung finden kann.

Das von der Abtasteinheit abgetastete Licht durchläuft

•ViV

eine Bildumkehr- oder Bilddreheinrichtung 37, bevor es eine Linse 39 erreicht, die der Linse 22 gemäß Fig. 3 entspricht. Es sei nun beispielsweise angenommen, daß die Normale der die Bilddreheinrichtung für den Kanal X bildenden drei Spiegelflächen in der Zeichenebene liegt. Die (von gestrichelten Linien umschlossene) Bilddreheinrichtung 37 ist derart in einer um 45° gedrehten Position angeordnet, wobei die Drehachse von einer Achse PP¹ gebildet wird, daß das durch den Kanal X hindurchgetretene Licht in der Zeichenebene an den Punkten 41 und 42 auf der Oberfläche des Objektes abgetastet wird (wobei sich die Bezugszahl 41 auf eine Maske und die Bezugszahl 42 auf ein Mikroplättchen oder Wafer beziehen). Das durch den Kanal Y hindurchgetretene Licht wird dagegen in der • senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Richtung abgetastet. Das heißt, daß entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 6 das aus dem Kanal X stammende Licht und aus dem Kanal Y stammende Licht einander innerhalb des Sichtfeldes des Mikroskopes in der dargestellten Weise bewegen* was dazu führt, daß der zwei- dimansionale Unterschied zwischen den Objekten 41 und 42 fest gestellt werden kann. Wenn das Bauelement 35 die Schlitz- oder Spaltform aufweüt, iollte die Richtung des Spaltes vorzugsweise derart vorgegeben sein, daß er senkrecht zur Abtastrichtung verläuft. Im Übrigen ist bei der Anordnung gemäß Fig. 8 die Bilddreheinrichtung des Kanals X zum Zwecke einer

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Korrektur der Lichtweglänge vorgesehen. Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 bezeichnen eine Bezugszahl 38 einen Strahlenteiler und eine Bezugszahl 39 eine Relais- oder Zwischenlinse, wobei der Aufbau der beiden Bauelemente dem in Fig.

3 dargestellten Aufbau entspricht. Die Bezugszahl 40 bezeichnet die telezentrische Objektivlinse, die Bezugszahl 41 bezeichnet eine Maske, und die Bezugszahl 42 bezeichnet ein Mikroplättchen oder Wafer. Das fotoelektrische bzw. lichtelektrische Erfassungssystem besteht aus den Bauteilen 43, 44, 45 und 46, wobei die Bezugszahl 43 eine Abbildungslinse der Pupille, die Bezugszahl 44 eine Auffangeinrichtung oder Abschirmung, die Bezugszahl 45 eine Sammellinse und die Bezugszahl 46 einen Fotodetektor bezeichnen. Der gesamte Aufbau in der Nähe dieses fotoelektrischen Erfassungssystems entspricht dem bereits in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen Aufbau, so daß auf weitere Erläuterungen hier verzichtet wird. Im übrigen kann der Strahlenteiler 38 in den Weg des Kanals X eingefügt und auf der linken Seite angeordnet sein, so daß der linke Teil der Anordnung ebenfalls abgetastet werden kann, wie dies in Fig. 5 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist.

In Fig. 7 ist eine weitere Anordnung des gleichen optischen Systems wie das in Fig. 5 dargestellte System veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform verläuft die optische Achse der Objektivlinse senkrecht zur Zeichenebene, so daß die Maske 41 und das Mikroplättchen oder Wafer 42 überwacht werden können, die in einer zu der Zeichenebene senkrechten Ebene angeordnet sind. Bei diesem optischen System können zwei Bilddreheinrichtungen 37 Verwendung finden. Eine einzige Bilddreheinrichtung genügt natürlich im wesentlichen für den beabsichtigten Zweck, jedoch werden zur Korrektur der Lichtweglänge bei dieser Ausfuhrungsform zwei Bilddreheinrichtungen verwendet. Die Funktion des optischen Systems ist genau die gleiche wie bei der Anordnung gemäß Fig. 5, so daß hier auf eine weitere Beschreibung verzichtet wird.

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Bei den Anordnungen gemäß den Fig. 5 und 7 sind das optische System zur optischen überwachung mit den Augen sowie die im Falle eines Erfordernisses für die überwachung vorzusehende Lichtquelle nicht dargestellt. Da sie sich leicht entweder durch Einfügen des Strahlenteilers in einen Teil des Lichtweges oder durch Änderung des Spiegels für den Strahlenteiler realisieren lassen, wurde auf eine nähere Darstellung in diesen Figuren verzichtet. Außerdem ist bei den Anordnungen gemäß den Fig. 5 und 7 das Vorhandensein der Bilddreheinrichtung wesentlich. Durch Verbesserung der Einstell- oder Ausrichtungsmarke auf der Maske und dem Mkroplättchen bzw. Wafer auf diese oder jene Weise lassen sich jedoch die Unterschiede sowohl in X-Richtung als auch in Y-Richtung gleichzeitig durch eine in einer Richtung erfolgende Abtastung erfassen. Da in einem solchen Falle der Abtastvorgang in einer einzigen Richtung durchgeführt werden kann, besteht nicht das Erfordernis, die Bilddreheinrichtung vorzusehen oder das Strahlenbündel im Hinblick auf eine einzige Visierung oder Sichtrichtung in zwei Kanäle zu leiten.

In Fig. 8 ist eine unterschiedliche Ausführungsform des optischen Systems dargestellt, und zwar eine Art, bei der der Abtaststrahl von dem optischen Abtastsystem derart abgelenkt wird, daß ein Punkt den Mittelpunkt der Ablenkung bildet, was z.B. bei einer optischen, Anordnung der Fall ist, bei der ein Abtastsystem wie etwa ein Polygonal-Drehspiegel und ein Galvanospiegel Verwendung finden. Die Bezugszahl 50 bezeichnet einen Laserstrahl, in dessen Strahlengang ein Strahlenteiler oder aber eine Sammellinse oder Zerstreuungslinse eingefügt werden kann, wenn dies erforderlich ist. Zur Vereinfachung der Darstellung ist ein solches Bauteil nicht in der Figur enthalten. Die Bezugszahl 51 bezeichnet eine Sammellinse zur Bündelung des Laserstrahls, während die Bezugszahl 52 eine Fläche eines Polygonal-Drehspiegels bezeichnet. Die Bezugszahl 53 bezeichnet eine Feldlinse, die in der Nähe-eines sich auf-

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grund der Linse. 51 ergebenden Bündelungspunktes X des Strahlenbündels angeordnet ist. Der Punkt X bewegt sich senkrecht in Bezug auf die optische Achse des Polygonal-Drehspiegels, was durch dessen Drehbewegung hervorgerufen wird. Außerdem wird die Größe des Lichtpunktes an dem Punkt X von der F-Zahl des von der Linse 51 festzulegenden Lichtbündels bestimmt. Die Bezugszahl 54 bezeichnet eine Relais- oder Zwischenlinse und die Bezugszahl 4 bezeichnet wiederum die telezentrisch^ Objektivlinse. Die Bezugszahl 5 bezeichnet die Pupille bzw. AustrittspupiHe, deren Pupillenposition dem Objekt 1 entspricht. Im übrigen ist das aus verschiedenen Bauelementen von dem Strahlenteiler 7 bis zu einschließlich der Lichterfassungseinricn£ung 13 bestehende System das gleiche wie das in Fig. 3 dargestellte, so daß auf eine erneute Beschreibung dieser Bauelemente hier verzichtet wird. Das charakteristische Merkmal dieses Systems besteht darin, daß nach der Projektion des Hauptlichtstrahles des Abtaststrahlenbündels auf die Relais- oder Zwischenlinse der Hauptlichtstrahl nicht langer parallel verläuft. Dementsprechend wird das Problem nicht wie bisher im Falle der Anordnungen gemäß den Fig. 1 bis 7 dadurch gelöst, daß im wesentlichen die Pupille der telezentrisehen Objektivlinse im Brennpunkt der Zwischenlinse angeordnet wird, sondern es ist eine unterschiedliche Anordnung erforderlich. Damit sich das Strahlenbündel auch nicht annähernd auf der Pupillenflache bewegt, wenn die Abtastung auf der Objektoberfläche erfolgt, wird die Aufmerksamkeit auf die Strahlreflexionsposition gerichtet, die ein unbeweglicher Punkt auf dem Polygonal-Drehspiegel ist. Das heißt, daß aufgrund der Tatsache, daß die Reflexions]3ösition des auf den Polygonale Drehspiegel projizierten Lichtes in einem derart geringen . Außtnaß schwankt, daß sie als ein im wesentlichen unbeweglicher Punkt angesehen werden kann, dieser Punkt durch Verwendung der Feldlinse 53 und der Zwischenlinse 54 in der Pupillenposition 5 der Objektivlinse scharf abgebildet bzw. gebündelt wird. Auf diese Weise kann die Objektoberfläche abgetastet werden, während die Position des Strahles auf der Pupillen-

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fläche unbeweglich festgehalten wird. Andererseits liegt die von dem Fokussierpunkt X des Strahlenbündels abzutastende Fläche aufgrund der Linse 51 konjugiert zu der Objektoberfläche 1, Dementsprechend kann die Leistung der Linse 51 hauptsächlich aus der Größe des für die Abtastung der Objektoberfläche verwendeten Äbtastpunktes >(d,iu , mit welchem Mikrometerwert der Punktgroße die Objektoberfläche abgetastet werden soll) und aus dem Durchmesser des auftreffenden Laserstrahls bestimmt werden. Da allgemein der Durchmesser des Abtastpunktes deutlich größer als der Beugungsgrenzwert der Objektivlinse ist, ist der effektive Durchmesser des auf die Pupillenfläche auftreffenden Laserstrahls., kleiner als der Durchmesser der Pupillenfläche, so daß die in den Fig. 3 bis 8 veranschaulichte Abschirmung bzw. Ausfilterung durchführbar wird.

Die Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein dem System nach Fig. 8 ähnliches System auf eine andere Weise verwendet wird, nämlich so, daß das auf den Polygonaldreh-

spiegel 52 einfallende Licht divergent ist. Dieses System entspricht demjenigen nach Fig. 8 mit der Ausnahme, daß eine Sammelline 51 den Laserstrahl vor dem Polygonaldrehspiegel bündelt und der Laserstrahl Über ein Linsensystem 61, 53· einmal fokussiert wird, und daß das optische Erfassungssystem bis

" hin zu dem fotoelektrischen Wandler bzw. der Lichterfassungseinrichtung 13 zwischen einer Relaislinse Si und einer Feldlinse 53 angebracht ist. Mit 62 ist ein Halbspiegel für ein nichtgezeigtes optisches Suchersystem bezeichnet. Das Merkmal dieser Ausführungsform ist ein Fokussier-Linsensystem 61, das dem System als ganzes eine f-Θ-Charakteristik erteilt, d.h. eine Kompensation dahingehend ausführt, daß sich sswischen der Drehzahl des Polygonalspiegel· und der Abtastgeschwindigkeit über dl« Abtastflache ein lineares Proportionalität sver hai tni β ergibt. Dies ist im Hinblick darauf eehr wichtig, die Linearität bzw« die Gleichförmigkeit des Abtastvorgangs sicherzustellen. Die« gilt auch für den Aufbau mit Durchlaß-Ablenkung in der Weise, daß bei der Durchlaß-Abtastung durch Verzerrungeeigenschaften der Heiaislinse 22 eine Korrektur der Linearität möglich ist. . *..*«.«,«

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Die nachstehende Tabelle zeigt Daten des optischen Systems bei dem in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel:

Fläche Nr.	Flächenkräranungs- radien	Flächen abstande	Brech kraft	Anm.	I	■	I f-θ Linsen- r" system 61	p. Objektivlinse 4
1	OO	30,0 ran	1/0	Reflexionsfläche des Polygonaldreh spiegels
2	-463,57 ran	4,0	1,76924	)
3	- 42,494	0,5	1,0	T Strahlenleiter
4 5	62,15 - 89,773	3,0 35,0	1,76924 1,0
6	- 16,77	3,0	1,51462	■ι Feldlinse J53
7	- 35,227	10,0	1,0	N Relaislinse	)
8	OO	20,0	1,51462	Γ 54	> Maske 1 Γ (1,5randick)
9	OO	5,0	1,0	J
10 11	60,00 CTO	3,0 150,0	1,51462 1,
12	80,67	1,27	1,60954
13	42,948	1,67	1,51462
14	-732,25	85,36	1,0
. 15	15,255	2,98	1,60102
16 17	95,16 12,19	0,07 4,48	1,0 1,64379
18	7,154	4,53	1,0
19	-10,56	1,03	1,68444
20	15,503	8,97	1,62074
21	-15,503	0,42	1,0
22	24,949	3,91	1,64926
23	-49,547	18,206	1,0
24 25	OO OO	1,5	1,51462 1,0

Abstand zwischen Objekt und Reflexionsfläche des Polygonaldrehspiegels 26,145 mm

F-Zahl des Abtaststrahls 10

Brennweite des gesamten Systems -5,447 mm

Abtastbereich/Durchmesser 1,8 mm

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Obgleich die vorstehenden Daten auf dem Ausführungsbeispiel gemäß der Darstellung in Fig. 9 beruhen, sind sie insofern ausführlicher, als das f-e-Linsensystern 61 aus drei Linsen gemäß den Daten für die Flächen Nr. 2 bis 7 besteht, die Relaislinse 54 ein Linsensystem mit zwei Linsen gemäß den Daten für die Flächen Nr. 12 bis 14 besteht (der Abstand zwischen den benachbarten Flächen der beiden Linsen = 0), und die Objektivlinse 4 aus einem Linsensystem mit fünf Linsen gemäß den Daten für die Flächen Nr. 15 bis 23 besteht (der Abstand zwischen benachbarten Flächen der dritten und der vierten Linse in der Zählung von der Relaislinse her ist 0).

wie vorstehend erläutert, ist die erfindungsgemäße Abtastung der Objektoberfläche mit einem Lichtstrahlenbündel und Erfassung bzw. Auswertung des Lichtstrahlenbündels nach der Abtastung nach der sogenannten Dunkelsichtmethode üblichen Verfahren in sämtlichen Punkten wie etwa Lichtausbeute, Verbesserung des Störabstandes bzw. des Verhältnisses von Nutzzu Störsignalen, der Polarität des Signals und anderen Problemen deutlich überlegen, so daß die Erfindung einen weiten Anwendungsbereich aufweist, der sich nicht nur auf die automatische Ausrichtun'gsvorrichtung für integrierte Schaltkreise bezieht, sondern sich auch auf. andere Bereiche wie etwa Größenmessung, Kurvenverfolgung bzw. Kurvenbahnsteuerung usw. erstreckt.

Erfindungsgemäß wird somit eine Abtastvorrichtung vorgeschlagen, bei der mittels eines Lichtstrahlenbündels oder Lichtstrahles ein Objekt wie etwa eine Maske und ein Mikro- plättchen bzw. Wafer zur Verwendung bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen mit hohem Integrationsgrad (IC, LSI)

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usw, abgetastet wird, das eine ebene Reflexionsoberflache und eine relativ zu der ebenen Reflexionsoberflache eine Neigung oder Absehrägung aufweisende schräge Reflexionsoberfläche besitzt, wobei lediglich das von der schrägen Reflexionsflache reflektierte Licht mittels einer Lichterfassungseinrichtung abgetastet bzw. ermittelt wird. Zur Ermöglichung der Erfassung ausschließlich des von der schrägen Reflexionsoberfläche reflektierten lichtes durch die Lichterfassungseinrichtung dient eine telezentrische Linse bei der Äbtastvorrichtung als Äbtastlinse, und zwar derart, daß der ursprüngliche Äblenkpunkt des erwähnten Lichtstrahlenbündels mit der Mitte der Pupille bzw. Austrittspupille dieser telezentrisehen Linse zusammenfällt. Außerdem ist eine Abschirmung oder ein Filter auf der Pupillenfläche zum Abfangen oder Abschirmen des von der ebenen Reflexionsoberfläche ausgehenden Lichtes vorgesehen. Zum Kompensieren bzw. Korrigieren der Nichtlinearität des Abtaststrahls, die durch eine Bewegung mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit bei der Ablenk- oder Abtastvorrichtung oder dgl. verursacht wird, hat ein optisches System zwischen der Ablenk- bzw. Abtastvorrichtung und dem Objekt die Charakteristik einer f-Q-Linse.

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Claims (3)

B 8696 Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Abtastung eines Objektes mit einem Lichtstrahl, wobei das Objekt eine ebene Reflexionsoberfläche und eine relativ zu der ebenen Reflexionsoberfläche eine gewisse Schrägstellung aufweisende schräge Reflexionsoberfläche besitzt, gekennzeichnet durch eine Ablenkeinrichtung (7, 20 bis 22; 31 bis 37; 50 bis 54), die den von einer Lichtquelle (31) ausgehenden Lichtstrahl derart ablenkt, daß der ursprüngliche Ablenkpunkt den Mittelpunkt bildet, und die mit einer gleichförmigen Umlauffrequenz dreht, durch eine den Lichtstrahl von der Ablenkeinrichtung erhaltende telezentrische Linse (4; 40), die derart angeordnet ist, daß der ursprüngliche Ablenkpunkt in der Mitte der Pupillenfläche (5) der telezentrischen Linse positionierbar ist, durch eine Lichterfassungseinrichtung (13; 46) zur Erfassung des an dem Objekt (1; 41, 42) reflektierten und durch die telezentrische Linse hindurchgetretenen Lichtes, durch ein zwischen der telezentrischen Linse und der Lichterfassungseinrichtung angeordnetes Filter (11; 44), das das von der ebenen Reflexionsoberfläche reflektierte Licht abschirmt und das von der schrägen Reflexionsoberfläche reflektierte Licht durchläßt, und durch ein zwischen der Ablenkeinrichtung und dem Objekt angeordnetes optisches Element (61), daß die Bewegung des abgelenkten Lichtstrahls in eine lineare Bewegung umsetzt.

2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das -Filter ein in der Mitte der Pupillenfläche der telezentrischen Linse angeordnetes Lichtabschirmelement ist, das eine geringere Größe als die Pupille (5) aufweist.

3. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein in der Mitte des Pupillenbildes der telezentrischen Linse angeordnetes Lichtabschirmelement ist, das eine geringere Größe als das Pupillenbild aufweist.

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ORIGINAL INSPECTED