DE2802286C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Beobachtung der Position der Markierung eines Objektes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung zur Beobachtung der Position der Markierung eines Objekts, das sowohl ebene Oberflächenabschnitte, die als ebener Spiegel wirken, als auch schräg verlaufende Oberflächenabschnitte aufweist, beispielsweise die Einstellmarke eines Mikroplättchens oder eines Wafers zum Drucken des Schaltschemas eines integrieten Schaltkreises, ist in dem älteren Patent gemäß DE-PS 26 15 084 beschrieben. Dabei wird ein Bild einer Lichtquelle zur Beleuchtung der Oberfläche eines Objektes, das hinsichtlich seiner Größe kleiner als die Austrittspupille einer telezentrischen Kollimatorlinse ist, in der Pupillenebene der Kollimatorlinse abgebildet. Der Gesamtbereich des zu überwachenden Objektes wird beleuchtet und das von den ebenen Oberflächenabschnitten innerhalb des überwachten Bereichs in sich selbst reflektierte Licht wird von einer Lichtabschirmplatte, deren Größe im wesentlichen dem in der Pupillenebene der telezentrischen Kollimatorlinse abgebildeten Bild der Lichtquelle entspricht, abgefangen. Das von den schrägen Oberflächenabschnitten innerhalb des zu überwachenden Bereichs unregelmäßig bzw. diffus reflektierte Licht durchläuft die Lichtabschirmplatte und dient der Erfassung bzw. Abtastung des Objektes.

Somit wird zwar der gesamte Bereich des zu überwachenden Objektes beleuchtet, zur Erfassung des Objektes kann allerdings nur ein sehr geringer Anteil der zur Beleuchtung des Objektes verwendete Lichtmenge verwendet werden. Der Wirkungsgrad des zur Beleuchtung dienenden Lichts ist daher sehr niedrig und es kann nur eine sehr geringe Lichtmenge erfaßt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Beobachtung der Position der Markierung eines Objektes zu schaffen, mittels der das zur Beleuchtung verwendete Licht in hohem Maße und sehr effektiv zur Erfassung des Objektes ausnutzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß beleuchtet das Beleuchtungsstrahlenbündel nur einen Teil des Objektes und wird nach Art eines Abtastvorgangs über die Oberfläche bewegt. Der Hauptstrahl des Beleuchtungsstrahlenbündels trifft senkrecht auf die Oberfläche auf, wodurch Markierungsstellen des Objektes, die abweichend von der sonstigen Oberflächen desselben uneben sind und diffus reflektieren, kenntlich gemacht werden und wodurch von sonstigen Stellen der Objektoberfläche reflektiertes Licht zuverlässig vom Detektor abgehalten werden kann. Damit die Filtereinrichtung, die von den als ebener Spiegel wirkenden Objektstellen in sich selbst reflektierte Teilbündel ausfiltert und die von den anderen Stellen diffus reflektierten Teilbündel zu einer Auswerteeinrichtung weiterleitet, ortsfest ausgebildet sein kann, treffen alle in sich reflektierten Teilbündel immer auf ein und denselben Punkt auf, in dem oder einem dazu konjugierten Punkt die Filtereinrichtung angeordnet wird. Dazu ist es notwendig, daß auch das bewegende Beleuchtungsstrahlenbündel stets durch dieselbe Stelle der Pupillenebene hindurchgeht.

Wenn das Beleuchtungsstrahlenbündel in erfindungsgemäßer Weise mit konstanter Geschwindigkeit über das Objekt bewegt wird, können mittels der Auswerteeinrichtung in relativ einfacher Weise die relativen Positionen der Markierungen ermittelt werden und die Genauigkeit der Positionsermittlung für verschiedene Abschnitte des Objektes ist vergleichmäßigt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung zur Beobachtung der Position der Markierung eines Objektes gemäß Anspruch 1 sind Gegenstand der Unteransprüche.

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

Es zeigt

Fig. 1 und 2 jeweils schematische Darstellungen einer Vorrichtung zur Beobachtung der Position der Markierung eines Objekt gemäß der DE-OS 26 15 084,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Hauptabschnittes der Vorrichtung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 6 eine mikroskopische Ansicht in Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Gemäß Fig. 1, die die optische Anordnung der Vorrichtung zur Beobachtung der Position der Markierung eines Objekts gemäß der DE-OS 26 15 084 zeigt, weist ein abzutastendes Objekt 1 eine ebene Oberfläche 2 und eine relativ zu dieser ebenen Oberfläche 2 eine Neigung oder Abschrägung aufweisende schräge Oberfläche 3 auf. In der Pupillenebene bzw. der Austrittspupille 5 einer telezentrisch ausgebildeten Kollimatorlinse 4 ist eine Blende angeordnet. Ein optisches Beleuchtungssystem 6 bildet über einen halbdurchlässigen Spiegel 7 das Bild einer Lichtquelle mit einer unter dem Pupillendurchmesser der Kollimatorlinse 4 liegenden Größe in ihrer Pupillenebene 5 ab. Desweiteren sind eine Relaislinse 8, eine Abtasteinheit 9, die einen offenen Schlitz aufweist und über die Kollimatorlinse 4 und die Relaislinse 8 bezüglich des Objektes 1 konjugiert ist, eine Abbildungslinse 10 und eine Filtereinrichtung 11 in Form einer Lichtabschirmplatte mit einer ringförmigen Öffnung vorgesehen, die in einer Bildebene der Austrittspupille 5 der Kollimatorlinse 4 angeordnet ist. Der Lichtabschirmteil der Filtereinrichtung 11 entspricht der Größe des Bildes der Lichtquelle, das auf der Austrittspupille 5 der Kollimatorlinse 4 abgebildet ist. Desweiteren sind eine Sammellinse 12 eine Lichterfassungseinrichtung 13 vorgesehen. Da die Kollimatorlinse 4 die Eigenschaft aufweist, daß der Hauptlichtstrahl eines Lichtstrahlenbündels parallel zu ihrer optischen Achse verläuft bzw. ausgerichtet wird, wenn die Lichtquelle an der Schnittstelle der optischen Achse mit der Pupillenebene 5 der Kollimatorlinse 4 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 projizierten 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 reflektierten Licht B, so daß das von der Lichterfassungseinrichtung 13 erfaßte Licht allein das von der schrägen Oberfläche 3 des Objektes 1 ausgehende Licht ist.

Bei einer derartigen Vorrichtung wird somit ein Bild des Objektes 1 durch Beleuchtung der gesamten Oberfläche des Objektes 1 gebildet und das Licht eines Teiles dieses Bildes sequentiell von der Abtasteinheit 9 herausgenommen und der Lichterfassungsvorrichtung 13 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.

Erfindungsgemäß wird anstelle des Abtastens des Bildes über die Bildfläche bzw. des Bildes in der Bildebene eine Vorrichtung geschaffen, bei der ein Objekt mit dem von einem Beleuchtungssystem abgegebenen Licht abgetastet wird, indem das Licht in Form eines Punktes oder Schlitzes bzw. Streifens auf die Ojektoberfläche gerichtet wird. Dementsprechend kann bei dieser Vorrichtung aufgrund der Tatsache, daß das Licht, das vorher zur Bestrahlung bzw. Beleuchtung der gesamten Oberfläche des Objektes diente, nunmehr auf diejenige 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 Kollimatorlinse projiziert wird. In diesem Falle bewegt sich 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 auf der Lichtabschirmplatte 11 zu bewegen, die die konjugierte Position der Pupille bzw. Austrittspupille darstellt, wird die Trennung des reflektierten Lichtes B vom reflektierten Licht A zum Zwecke der Erfassung schwierig.

Erfindungsgemäß wird das Auftreten dieses durch das Abtasten auf der Objektoberfläche verursachten Nachteils vermieden, wobei angestrebt wird, daß der ursprüngliche Ablenkungspunkt des Abtaststrahls an der Schnittstelle der Pupillenebene und der optischen Achse der Kollimatorlinse liegt, wodurch erreicht wird, daß die Position des Strahles auf der Pupillenebene im wesentlichen unbeweglich ist, und zwar unabhängig davon, wie der Abtaststrahl die Objektoberfläche abtastet. Dieser ursprüngliche Ablenkungspunkt steht in enger Beziehung zu dem Ablenksystem.

Als Ablenkeinrichtung ist ein transparenter Block bzw. eine planparallele Drehscheibe bzw. Drehplatte bekannt. Beispiele hierfür sind ein Polygonal-Drehspiegel des Transmissionstyps und eine planparallele Vibrations- oder Schwingscheibe eines lichtelektrischen Mikroskops. Bei dieser Ablenkeinrichtung dient 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 Austrittspupille der telezentrischen Kollimatorlinse während des Abtastvorganges im wesentlichen null wird, d. h., damit der Ablenkungsursprungspunkt auf der Austrittspupille der telezentrischen Kollimatorlinse positioniert wird, kann es ausreichend sein, eine Relaislinse zwischen der planparallelen Platte für die Abtastung und der telezentrischen Kollimatorlinse anzuordnen, wobei die Brennebene der Relaislinse mit der Pupillenebene der telezentrischen Kollimatorlinse zusammenfällt. Wenn der Weg des Hauptlichtstrahles des abtastenden Strahlenbündels, d. h. die Mitte des Strahlenbündels, als optische Achse angesehen wird, d. h., wenn der Hauptlichtstrahl senkrecht auf die planparallele Platte projiziert wird, bleibt der Hauptlichtstrahl des Strahlenbündels bei der Seitwärtsverschiebung relativ zu der optischen Achse parallel ausgerichtet, 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 Relaislinse deren Brennpunkt ohne Störung bzw. Ablenkung, d. h. der Strahl bewegt sich nicht auf der Pupillenebene, und zwar auch dann nicht, wenn der Abtastvorgang erfolgt.

Als Ablenkeinrichtung ist außerdem auch ein Reflexions-Drehspiegel bekannt. Beispiele für eine solche Ablenkeinrichtung 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 Ablenkeinrichtung nicht parallel wie im Falle der Verwendung einer Einrichtung des Durchlaß- oder Transmissionstyps, so daß ein anderes Verfahren zur Verhinderung einer Ablenkung des Strahles auf der Pupillenebene Verwendung finden sollte. Hierzu kann das Prinzip angewendet werden, daß der auf die Ablenkeinrichtung projizierte Lichtstrahl nicht seinen Reflexionspunkt auf der Ablenkeinrichtung ändert. Das heißt, daß der Reflexionspunkt auf der Ablenkeinrichtung und der Mittelpunkt der Pupillenfläche der telezentrischen Linse über ein Abbildungssystem in eine zueinander konjugierte Beziehung gebracht werden können. Hierzu sollten die Relaislinse und eine Feldlinse in zweckmäßiger Weise zwischen der Ablenkeinrichtung und der Objektivlinse angeordnet werden. Der Reflexionspunkt des Lichtstrahles auf dem Polygonalspiegel 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 Position des Strahles auf der Pupillenebene 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.

Gemäß Fig. 3 ist eine Blendenöffnung 20 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, und eine Ablenkeinrichtung 21 vorgesehen, die bewirkt, daß das Licht aus der Ablenkvorrichtung 21 parallel austritt, beispielsweise eine Ablenkeinrichtung des Transmissionstyps, das aus einem drehbaren Glasblock oder eines planparallelen Platte besteht. Ein optisches Teilsystem in Form einer Relaislinse 22 ist derart angeordnet, daß ihr hintere Brennebene bzw. Bildebene mit der Pupillenebene 5 zusammenfällt, die sowohl die vordere Brennebene als auch die Austrittspupille der telezentrischen Kollimatorlinse 4 bildet. In Fig. 4 ist die Funktion der Relaislinse 22 veranschaulicht. Bei dieser Darstellung fällt aus Gründen der Vereinfachung und deutlicheren Darstellung die Öffnung 20 mit der vorderen Brennebene der Relaislinse 22 zusammen. Die Strahlenbündel 23 werden nach ihrem Hindurchtreten durch die planparallele Platte 21 im wesentlichen seitwärts zueinander verschoben, und zwar nach dem auf der Eigenschaft paralleler Ebenen beruhenden Prinzip, daß der Einfallswinkel gleich dem Ausfallwinkel ist. Dementsprechend verhält sich jedes Strahlenbündel derart als würde es aus der Brennebene der Relaislinse 22 austreten und wird nach Hindurchtreten durch die Relaislinse 22 zu einem parallelen Strahlenbündel. Da der die Mitte eines jeden Strahlenbündels bildende Hauptlichtstrahl nach seinem Austreten aus planparallelen Platte 21 parallel zu der optischen Achse verläuft, durchläuft er nach seinem Hindurchtreten durch die Relaislinse 22 die Mitte der Pupillenebene 5, die die hintere Brennebene der Relaislinse 22 sowie die vordere Brennebene der Kollimatorlinse 4 darstellt. Der Winkel des Lichtdurchtritts hängt von der Seitwärtsverschiebung der Hauptlichtstrahles ab. 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 F-Zahl des Lichtstrahlenbündels 23 größer als die F-Zahl der Relaislinse ist. Dann wird der Durchmesser des effektiven Lichtbündels in dem einfallenden Licht, das aufgrund der Relaislinse in Form paralleler Lichtstrahlen auf die Pupillenebene auftritt, kleiner als der Durchmesser der Pupillenebene, wie dies in Fig. 4 veranschaulicht ist. Aufgrund der Eigenschaften der telezentrischen Kollimatorlinse 4 erfolgt nach der Reflexion des Lichtes an dem ebenen Teil der Oberfläche des Objektes 1 erneut eine Bündelung mit gleicher Vergrößerung in der Pupillenebene 5. Dementsprechend tritt das an dem ebenen Teil der Objektoberfläche reflektierte Lichtbündel erneut durch die Pupillenebene 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 1 unverändert die Mitte der Pupillenebene 5 durchläuft, ist aus der Tatsache ersichtlich, daß der Hauptlichtstrahl durch die telezentrische Kollimatorlinse 4 senkrecht auf das Objekt 1 projiziert wird und entlang seines ursprünglichen Weges wieder reflektiert wird. Das mittels eines halbdurchlässigen Spiegels bzw. eines Halbspiegels 7 auf ein Erfassungssystem gerichtete Licht bildet die Pupillenebene 5 mittels der Abbildungslinse 10 auf der Lichtabschirmplatte 11 ab. Die Art und Weise, in der lediglich die auf der Lichtabschirmplatte 11 abgebildet, von dem ebenen Teil des Objektes 1 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 Vorrichtung gemäß Fig. 1. Das das einfallende Lichtbündel einen hellen Punkt oder Spalt auf der Pupillenebene 5 bildet, ist der Filtervorgang an der zu der Pupillenebene 5 konjugierten 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 punktförmigen Lichtstrahles angeordnet sein, wie z. B. dasjenige, das einen Durchlaßteil in Ringform aufweist. Wenn der Abtaststrahl Streifenform aufweist, nimmt der Querschnitt des Strahlenbündels auf der Pupillenebene eine Streifenform an. In diesem Falle kann an der Lichtabschirmplatte 11 ein Filter mit einem streifenförmigen 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 Mikroplättchens 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 optisches Überwachungs- und Erfassungssystem auf der linken Seite der 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 sei erwähnt, daß die Ablenkeinrichtung derart aufgebaut ist, daß sie gemeinsam benutzt werden kann. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Anzahl der Ablenkeinrichtungen in Abhängigkeit von der Anzahl der zu überwachenden Punkte erhöht werden kann.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 bezeichnet die Bezugszahl 31 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 31 mit hohem Wirkungsgrad in ein lichtelektrisches Signal umsetzen läßt, ist ein Laser von 1 mW und weniger ausreichend. Die Bezugszahl 32 bezeichnet einen Strahlaufweiter, der zur Aufweitung des Laserstrahles dient. Der Strahlaufweiter 32 kann entfallen, wenn eine Aufweitung des Strahlendurchmessers nicht erforderlich ist. Ein Spiegel 33 und eine Linse 34 dienen zur Bündelung des Laserstrahles auf eine Schlitz-, Spalt- oder Punktblende 35. Wenn die Blende 35 Spaltform aufweist, sollte die Linse 34 vorzugsweise eine Zylinderlinse sein, während bei Punktform der Blende 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 Relaislinse eingehalten wird, wie dies bereits vorstehend in Verbindung mit der Anordnung gemäß Fig. 4 erläutert wurde. Die Bezugszahl 36 bezeichnet eine Ablenkeinrichtung des Transmissionstyps, die aus einem Glasblock hergestellt ist. Die Drehachse dieser Ablenkeinrichtung 36 ist in einem Schnittpunkt der in der Figur dargestellten drei optischen Achsen angeordnet und verläuft senkrecht zur Zeichenebene, so daß mittels dieses Blockes drei Signalkanäle erhalten werden können. Dementsprechend ist auch die Spalt- oder Punktblende 35 dreifach, d. h. für jede der optischen Achsen vorgesehen. Für jeden Kanal ist ein optisches System vorgesehen, das aus den Bauelementen 31 bis 34 vor der Spalt- oder Punktblende 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 eines Strahlenteilers geteilt wird, so daß eine einzige Lichtquelle 21 Verwendung finden kann.

Das von der Ablenkeinrichtung 36 abgelenkte Licht durchläuft eine Bilddrehungseinrichtung 37, bevor es eine Relaislinse 39 erreicht, die der Relaislinse 22 gemäß Fig. 3 entspricht. Es sei nun beispielsweise angenommen, daß die Normale der die Bilddrehungseinrichtung 37 für den Kanal X bildenden drei Spiegelflächen in der Zeichenebene liegt. Die von gestrichelten Linien umschlossene Bilddrehungeinrichtung 37 ist in einer um 45° gedrehten Position angeordnet, wobei die Drehachse von einer Achse PP′ gebildet wird. Das durch den Kanal X hindurchgetretene Licht tastet in der Zeichenebene an den Punkten 41 und 42 auf der Oberfläche des Objektes ab, 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 tastet dagegen in der senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Richtung ab, d. h., 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 zweidimensionale Unterschied zwischen den Objekten 41 und 42 festgestellt werden kann. Wenn die Blende 35 eine Schlitz- oder Spaltform aufweist, sollte die Richtung des Spaltes vorzugsweise derart vorgegeben sein, daß er senkrecht zur Abtastrichtung verläuft. Im übrigen ist bei der Anordnung gemäß Fig. 5 die Bilddrehungseinrichtung 37 des Kanals X zum Zwecke einer Korrektur der Lichtweglänge vorgesehen. Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 bezeichnen eine Bezugszahl 38 einen Strahlenteiler in Form eines halbdurchlässigen Spiegels und eine Bezugszahl 39 eine Relaislinse, wobei der Aufbau der beiden Bauelemente dem in Fig. 3 dargestellten Aufbau entspricht. Die Bezugszahl 40 bezeichnet die telezentrische Kollimator- bzw. Objektivlinse. Das fotoelektrische bzw. lichtelektrische Erfassungssystem besteht aus einer Abbildungslinse 43 der Pupille, einer Filtereinrichtung oder Lichtabschirmungsplatte 44, einer Sammellinse 45 und einer Lichterfassungseinrichtung 46, beispielsweise einem Fotodetektor. Der gesamte Aufbau in der Nähe dieses fotoelektrischen Erfassungssystems entspricht dem bereits in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen Aufbau, so daß auf weitere Erläuterung hier verzichtet wird. Im übrigen kann der Strahlenteiler 38 so in den Weg des Kanals X eingefügt sein, 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 40 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 Bilddrehungseinrichtungen 37 Verwendung finden. Eine einzige Bilddrehungseinrichtung 37 genügt zwar im wesentlichen für den beabsichtigten Zweck, jedoch werden zur Korrektur der Lichtweglängen bei dieser Ausführungsform zwei Bilddrehungseinrichtungen 37 verwendet. Die Funktion des optischen Systems entspricht der der Anordnung gemäß Fig. 5, so daß hier auf eine weitere Beschreibung verzichtet wird.

Bei den Anordnungen gemäß den Fig. 5 und 7 sind das optische System zur Beobachtung mit den Augen sowie die gegebenenfalls für die Beobachtung vorzusehende Lichtquelle nicht dargestellt. Da sie sich leicht entweder durch Einfügen des Strahlenteilers in einen Teil des Lichtweges oder durch Ersatz eines Spiegels durch einen 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 Bilddrehungseinrichtung wesentlich. Durch Verbesserung der Einstell- oder Ausrichtungsmarke auf der Maske 41 und dem Mikroplättchen bzw. Wafer 42 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 Bilddrehungseinrichtung vorzusehen oder das Strahlenbündel für eine einzige Beobachtung in zwei Kanäle zu leiten.

In Fig. 8 ist eine unterschiedliche Ausführungsform des optischen Systems dargestellt, wobei der Abtaststrahl von der optischen Ablenkeinrichtung derart abgelenkt wird, daß ein Punkt den Mittelpunkt der Ablenkung bildet, was z. B. bei einer optischen Anordnung der Fall ist, bei der eine Ablenkeinrichtung wie etwa ein Polygonal-Drehspiegel und ein Galvanospiegel Verwendung finden. Die Bezugszahl 50 bezeichnet einen Laserstrahl, in dessen Strahlengang ein Strahlaufweiter oder eine Sammellinse oder Zerstreuungslinse eingefügt werden kann, wenn dies erforderlich ist. Zur Vereinfachung der Darstellung ist ein solches Bauteil nicht in der Figur enthalten. Eine Sammellinse 51 dient zur Bündelung des Laserstrahls 50 und die Bezugszahl 52 bezeichnet eine Fläche eines Kollektors in Form eines Polygonal-Drehspiegels. Eine Feldlinse 53 ist in der Nähe eines sich aufgrund der Sammellinse 51 ergebenden Bündelungspunktes X des Strahlenbündels angeordnet ist. Der Punkt X bewegt sich senkrecht in Bezug auf die optische Achse des Polygonal-Drehspiegels 32, was durch dessen Drehbewegung hervorgerufen wird. Außerdem wird die Größe des Lichtpunktes an dem Punkt X von der F-Zahl des von der Sammellinse 51 festzulegenden Lichtbündels bestimmt. Desweiteren sind eine Relaislinse 54, eine telezentrische Kollimator- bzw. Objektivlinse 4 und eine Austrittspupille 5 vorgesehen, deren Pupillenposition dem Objekt 1 entspricht. Im übrigen entspricht das aus verschiedenen Bauelementen von dem Strahlenteiler 7 bis zur Lichterfassungseinrichtung 13 bestehende System dem in Fig. 3 dargestellten System, so daß auf eine erneute Beschreibung dieser Bauelemente hier verzichtet wird. Das charakteristische Merkmal dieses Systems besteht darin, daß bei der Projektion des Hauptlichtstrahles des Abtaststrahlenbündels auf die Relaislinse 54 der Hauptlichtstrahl nicht länger parallel zur optischen Achse der Relaislinse 54 verläuft. Dementsprechend wird das Problem nicht wie im Falle der Anordnungen gemäß den Fig. 3 bis 7 dadurch gelöst, daß im wesentlichen die Pupille der telezentrischen Objektivlinse im Brennpunkt der Relaislinse angeordnet wird, sondern es ist eine unterschiedliche Anordnung erforderlich. Damit sich das Strahlenbündel im wesentlichen nicht auf der Pupillenebene bewegt, während 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 Reflexionsposition des auf den Polygonal-Drehspiegel projizierten Lichtes in einem derart geringen Ausmaß schwankt, daß sie als ein im wesentlichen unbeweglicher Punkt angesehen werden kann, dieser Punkt durch Verwendung der Feldlinse 53 und der Relaislinse 54 in der Pupillenebene 5 der Objektivlinse 4 scharf abgebildet bzw. gebündelt wird. Auf diese Weise kann die Objektoberfläche abgetastet werden, während die Position des Strahles auf der Pupillenebene unbeweglich festgehalten wird. Andererseits liegt die vom durch die Sammellinse 51 erzeugten Fokussierpunkt X des Strahlenbündels durchlaufene Fläche konjugiert zu der Objektoberfläche 1. Dementsprechend kann die Leistung der Sammellinse 51 hauptsächlich aus der Größe des für die Abtastung der Objektoberfläche 1 verwendeten Abtastpunktes, d. h., welchen Durchmesser der der Abtastpunkt auf der Objektoberfläche 1 haben soll, und aus dem Durchmesser des auftreffenden Laserstrahls bestimmt werden. Da allgemein der Durchmesser des Abtastpunktes deutlich größer als der Beugungsgrenzwert der Objektivlinse 4 ist, der effektive Durchmesser des auf die Pupillenebene auftreffenden Laserstrahls kleiner als der Durchmesser der Pupillenebene, 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 Polygonaldrehspiegel 52 einfallende Licht divergent ist. Dieses System entspricht demjenigen nach Fig. 8 mit der Ausnahme, daß eine Sammellinse 51 den Laserstrahl vor dem Polygonaldrehspiegel 52 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 54 und einer Feldlinse 53 angebracht ist. Mit 62 ist ein Halbspiegel für ein nichtgezeigtes optisches Suchersystem bezeichnet. Ein Fokussier-Linsensystem 61 verleiht dem System als ganzes eine f-R-Charakteristik d. h. es führt eine Kompensation dahingehend aus, daß sich zwischen der Drehzahl des Polygonalspiegels 52 und der Abtastgeschwindigkeit über die Abtastfläche ein lineares Proportionalitätsverhältnis ergibt. Dies ist im Hinblick darauf sehr wichtig, die Linearität bzw. die Gleichförmigkeit des Abtastvorgangs sicherzustellen. Dies gilt auch für den Aufbau mit Durchlaß-Ablenkung in der Weise, daß bei der Durchlaß-Ablenkung durch Verzerrungseigenschaften der Relaislinse 22 eine Korrektur der Linearität möglich ist.

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

Obgleich die vorstehenden Daten auf dem Ausführungsbeispiel gemäß der Darstellung in Fig. 9 beruhen, sind sie insofern ausführlicher, als das f-R-Linsensystem 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 umfaßt (der Abstand zwischen den benachbarten Flächen der beiden Linsen = 0), und die Kollimatorlinse 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).

Die beschriebene Abtastung der Objektoberfläche mit einem Lichtstrahlenbündel und Erfassung bzw. Auswertung des Lichtstrahlenbündels nach der Abtastung ist üblichen Verfahren in sämtlichen Punkten wie etwa Lichtausbeute, Verbesserung des Störabstandes bzw. des Verhältnisses von Nutz- zu 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 Ausrichtungsvorrichtung für integrierte Schaltkreise bezieht, sondern sich auch auf andere Bereiche wie etwa Größenmessung, Kurvenverfolgung bzw. Kurvenbahnsteuerung usw. erstreckt.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Beobachtung der Position der Markierung eines Objekts, das im Umfeld dieser Markierung als ebener Spiegel wirkt, mit einer Kollimatorlinse zur Beleuchtung des Objektes mit einem Strahlenbündel, dessen Hauptstrahl senkrecht auftrifft, wobei das Beleuchtungslicht über einen schräg zur optischen Achse ausgerichteten, halbdurchlässigen Spiegel eingeführt wird, mit einer feststehenden Filtereinrichtung, die von den als ebener Spiegel wirkenden Objektstellen in sich selbst reflektierte Teilbündel ausfiltert, und mit einer Auswerteeinrichtung für von den übrigen Objektstellen nicht in sich selbst zurückgeworfene und von der Filtereinrichtung weitergeleitete Teilbündel, dadurch gekennzeichnet,
daß das Beleuchtungsstrahlenbündel, nur einen Teil des Objekts (1; 41, 42) beleuchtend, nach Art eines Abtastvorganges mittels einer Ablenkeinrichtung (21; 36; 52) über die Objektfläche hinweg bewegt wird und stets die Mitte der Pupillenebene (5) de telezentrisch ausgebildeten Kollimatorlinse (4; 40) durchsetzt,
daß die vom Objekt reflektierten Teilbündel mittels des halbdurchlässigen Spiegels (7; 38) auf einen anderen optischen Weg als den des auf die Ablenkeinrichtung gerichteten Beleuchtungsstrahlenbündels gelenkt werden und
daß die Filtereinrichtung (11; 44) an einer zur Pupillenebenenmitte konjugierten Stelle in dem anderen optischen Weg angeordnet ist,
wobei die Ablenkeinrichtung den Winkel des Hauptstrahls des abgelenkten Beleuchtungsstrahlenbündels relativ zu der optischen Achse der Kollimatorlinse derart ändert, daß das Beleuchtungsstrahlenbündels mit konstanter Geschwindigkeit über das Objekt bewegt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwischen der Ablenkeinrichtung (21; 36; 52) und dem Objekt ein optisches Teilsystem (22; 61) vorgesehen ist, das der Bewegung des Beleuchtungsstrahlenbündels mit konstanter Geschwindigkeit dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Teilsystem (61) dem gesamten, zwischen der Ablenkeinrichtung (52) und dem Objekt (1) vorhandenen optischen System (61, 62, 53, 7, 54, 4) eine f · R-Charakteristik verleiht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung einen drehbaren transparenten Block (21; 36) oder eine drehbare Reflexionsvorrichtung (52) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung eine drehbare Reflexionsvorrichtung (52) aufweist, die mit konstanter Geschwindigkeit dreht.