DE3021622C2

DE3021622C2 - Optisches Abbildungssystem mit einem optoelektronischen Detektionssystem zur Bestimmung einer Abweichung zwischen der Bildfläche des Abbildungssystems und einer zweiten Fläche, auf der abgebildet wird

Info

Publication number: DE3021622C2
Application number: DE3021622A
Authority: DE
Inventors: Theodorus Adolphus Eindhoven Fahner; Stefan Wittekoek
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-06-12
Filing date: 1980-06-09
Publication date: 1984-01-12
Also published as: NL186353C; NL186353B; FR2458830B1; GB2052090B; DE3021622A1; GB2052090A; JPS5632114A; JPS6337364B2; FR2458830A1; CA1139441A; US4356392A; NL7904579A

Description

— eine ein Htlfsbündel (b) liefernde Strahlungsquelle (DL),

— ein erstes linsensystem (L₂) zum Fokussieren des schmalen Hilfsbündels zu einem kleinen Strahlungsfieck (V) auf der zweiten Fläche (P),

— ein im Wege des zum erstenmal von der zweiten Fläche reflektierten Hilfsbündels angeordnetes Reflexionselement (r, L3), daß das Hilfsbündel wieder au die zweite Fläche richtet,

— ein zweites Linsensystem (L₂, Ls,) zum Abbilden des genannten Strahlungsflecks auf einen zwei Detektoren (Du D₂) enthakenden Strahlungsdetektor, wobei die Detektoren und das Reflexionselement fest mit dem Abbildungssystem (Li) verbunden sind, und wobei der Unterschied (Sr) zwischen den Ausgangssignalen der zwei Detektoren ein Maß für die genannte Abweichung ist.

dadurch ^kennzeichnet, daß das
xionselement ein Bündelumkehrelement (r, Lj) ist, von dem das Kiifsbupdei „s sieh s-'hst rePjektieri und vom Reflektor-Linsensystem (L" in dem Strahlungsfleck (V) fokussiert wird, de· art, daß beide Bündelhälften (b\, b_t) des auf die Detektoren (D₁, D₂) gerichteten Hilfsbündels mit beiden Hälften (Vu V₂) des von dem Strahlungsfleck (V?bedeckten Gebietes auf der zweiten Räche (P) in Berührung gewesen sind.

2. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der zwei Detektoren mit einer Addierschaltung verbunden sind, deren Ausgang mit einer Regelschaltung zur Nachregelung der Intensität der Strahlungsquelle verbunden ist, derart, daß die Summe der Detektorsignale konstant bleibt

3. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 2, in dem die Strahlungsquelle ein Halbleiterdiodenlaser ist. der Strahlungsimpulse emittiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung einen von der Summenspannung der Detektoren gesteuerten Oszillator enthält, dessen Ausgang mit einer elektrischen Stromquelle verbunden ist, die den Diodenlaser steuert.

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Abbildungssystem mit einem opto-elektronischen Detektionssystem zur Bestimmung einer Abweichung zwischen der Bildfläche des Abbildungssystems und einer zweiten Fläche, auf der eine Abbildung vom Abbildungssystem erzeugt werden muß, insbesondere zum wiederholten Abbilden eines Maskenmusters auf einem Substrat, wobei das Detektionssystem folgende

Merkmale enthält:

— eine ein Hilfsbündel liefernde Strahlungsquelle,

— ein erstes Linsensystem zum Fokussieren des schmalen Hilfsbündels zu einem kleinen Strahlungsfleck auf der zweiten Fläche,

— ein im Wege des zum erstenmal von der zweiten Räche reflektierten Hilfsbündels angeordnetes Reflexionselement, das das Hilfsbündel wieder auf die zweite Fläche richtet,

— ein zweites Linsensystem zum Abbilden des genannten Strahlungsflecks auf einen zwei Detektoren enthaltenden Strahlungsdetektor, wobei die Detektoren und des Reflexionselement fest mit

ι-" dem Abbildungssystem verbunden sind, und wobei der Unterschied zwischen den Ausgangssignalen der zwei Detektoren ein Maß für die genannte Abweichung ist.

Linsensysteme, mit denen kleine Details abgebildet werden müssen, weisen eine große numerische Apertur und dadurch eine kleine Tiefenschärfe auf. Für Linsensysteme dieser Art, die z. B. zum Abbilden eines Maskenmusters auf einem Substrat für die Herstellung integrierter Schaltungen verwendet werden, ist es von Bedeutung, eine Abweichung zwischen der Ist-Abbildungsfläche, z. B. der des Maskenmusters, und der Räche, auf der abgebildet wird, z. B. dem Substrat, detektieren und dementsprechend das Linsensystem nachregeln zu können.

Es ist möglich, die genannte Abweichung auf kapazitivem Wege zu bestimmen.Dann muß das Linsensystem mit einer Metallplatte verbunden und die Oberfläche des Substrats meiämäieri sein. Die Änderung der durch die Metallplatte und die metallisierte Oberfläche gebildeten Kapazität ist ein Maß für die genannte Abweichung. Diese Abweichung könnte auch mit einem Luftdrucksensor gemessen werden. Diese Verfahren weisen aber den Nachteil auf. daß die Abstandsmessung außerhalb des Feldei des Abbildungssystems stattfinden muß. Weiterhin ist der Abstand zwischen dem kapazitiven Sensor ode^· dem Luftdrucksensor und der zweiten Fläche, z. B. der Oberfläche des Substrats, auf der abgebildet wird, seiir klein, so daß leicht eine Beschädigung entweder des Sensors oder der Substratoberfläche auftreten kann. Ein optisches Verfahren zur Bestimmung der genannten Abweichung ist attraktiver, weil dabei in der Mitte des Feldes des Abbildungssystems (z. B. in der Nähe seiner optischen Achse) gemessen werden kann und die Detektionseleinente in verhältnismäßig großer Entfernung von der Fläche, auf der abgebildet v/ird, angeordnet werden können.

In der US-PS 32 64 935 ist beschrieben, wie ein derartiges optischesVerfahren in einem Diapositiv projektor angewendet werden kann. Dabei wird ein Hilfsmittel unter einem großen Einfallswinkel auf das zu projizierende Diapositiv gerichtet Der Einfallswinkel ist der Winkel zwischen dem Hilfsbünde! und der optischen Achse des Projektionslinsensystems Das vom Diapositiv reflektierte HiffsbOndei fällt auf die Fläche zweier strahlungsempfindlicher Detektoren ein. Bei einer Verschiebung des Diapositivs entlang der, optischen Achse des Projektionslinsensystems verschiebt sich das Hilfsbündel über die Detektoren. Dadurch, daß die elektrischen Ausgangssignale dieser Detektoren miteinander verglichen werden, wird eine Anzeige über die Größe und die Richtung einer

Abweichung zwischen der Ist- und der Soilage des Diapositivs erhalten.

Um zu vermeiden, daß das Differenzsignal der Detektoren von einer KJppbewegung oder einer Wölbung desDiapositivs abhängig ist, ist bei dem Detektionssystem nach der US-PS 32 64 935 im Strahlungsweg des zum ersten Mal vom Diapositiv reflektierten Hilfsbündel ein Reflexionselement angeordnet, das das Hilfsbündel wieder auf das Diapositiv richtet. Die Detektoren sind im Strahlungsweg des zweimal vom Diapositiv reflektierten Hilfsbündel angeordnet.

Ein derartiges Detektionssystem kann auch in einer Vorrichtung zum Abbilden eines MaskenmüSiers auf einem Halbleitersubstrat für die Hersteüung l· .--Werter Schaltungen verwendet werden.

Insbesondere für diese Anwendung weist jedoch das genannte Detekiionssystem der US-PS 32 64 935 den Nachteil auf, daß es auf lokale Refk lonsunterschiede des Substrats anspricht Das dr verr.-endete Hilfsbündel wird nämlich nur in sich selbst eflektiert, wenn die Vorrichtung gut fokussiert ist Wenn eine Defokussierung auftritt ist das durch das Reflexionselement reflektierte Hiltsbündel in bezug auf das auf Cieses Element auftreffende Bündel, wie die Fig.2 deutlich zeigt verschoben. Das Hüfsbündel trifft deshalb auf dem Rückweg nicht auf die gleiche Stelle des Objektes auf. von der es beim Hinweg reflektiert wurde. Die dort gezeigten Fig.3 und 4 illustrieren lediglich die Unempfindlichkeit des Systems für Schrägstellung und Wölbung der Fläche, auf der fokussiert werden soll, und nicht die Änderungen, die bei einer Defokussierung auftreten.

Der Gedanke, ζιϊγ Beseitigung lokaler Refiexior/sunterschiede eines Substrats das Strahlenbündel in sich selbst zu reflektieren, ist somit der US-PS 32 64 935 nicht zu entnehmen.

Dies gilt auch für die aus der US-PS 30 37 423 bekannte Vorrichtung, bei der ein Hilfsstrahlenbündel nur einmal am Objekt reflektiert wird.

Bei dem in der DE-AS 23 33 281 beschriebenen Fokusfehlerdetektionssystern wird dagegen ein Fokussierbündel mit einem Referenzbündel überlagert derart daß ein Interferenzmuster erzeugt wird. Es wird dort ein Retroreflektor im Strahl· iweg des Referenzbündels und nicht in dem des Fokussierbündels verwendet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Abbildungssystem mit einem opto-elektronischen De;ektionssystem zur Bestimmung einer Abweichung zwischen der Bildfläche des Abbildungssystems und einer zweiten Fläche, auf der abgebildet wird, zu schaffen, wobei das Deiektionssystem zur Bestimmung der Abweichung nicht mehr auf lokale Reflexionsuntcrschiede auf der zweiten Fläche anspricht

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß das Rerlexionselenent ein Bündelumkehrelement ist. von dem das Hilfsbündel in sich selbst reflektiert und vom Reflektor-Linsensystem in dem Strahlungsfleck fokussiert wird, derart daß beide Bündelhclften des auf die Detektoren gerichteten Hilfsbündels mit beiden Hälften des von dem Strahlungsfleck bedeckten Gebietes auf der zweiten Fläche in Berührung gewesen sind.

Unter dem Ausdruck, daß das Hilfsbündel »in sich selbst reflektiert wird, ist zu verstehen, daß der Hauptstrahl des reflektierten Hilfsbündels mit dem Hauptstrahl des einfallenden Hilfsbiindels zusammenfällt, und daß die Lichtstrahlen, die im einfallenden Hilfsbündel einen Teil der ersten bzw. der zweiten Bündelhälfte bilden, im reflektierten Hilfsbündel einen Teil der zweiten bzw. der ersten Bündelhälfte bilden. Beide Bündelhälften des auf die Detektoren gerichteten Hilfsbündels sind dann mit beiden Hälften des von dem Strahlungsfleck bedeckten Gebietes auf der zweiten Fläche oder dem Substrat in Berührung gewesen. Dadurch wird die Intensität beider Bündelhälften in gleichem Maße von etwaigen lokalen Reflexionsunterschieden im genannten Gebiet der zweiten Fläche beeinflußt so daß der Intensitätsunterschied zwischen beiden Bündelhälften von diesen Reflexionsunterschieden unabhängig ist

Im Detektionssysiem nach der US-PS 32 64 935 ist es nur von Bedeutung, daß das Hilfsbündel zweimal vom Diapositiv reflektiert wird. Dabei ist es nicht erforderlich, daß das Hilfsbündel das Diapositiv zweimal an genau derselben Stelle trifft Auch die Größe des Hilfsbündels ist nicht von wesentlichem 'nteresse. Für das Detektionssystem nach der vorliegenden Erfindung ist es dagegen wesentlich, daß ein schmales Hilfsbündel die zweite Fläche zweimal in genau dei»^p :lben kleinen Gebiet trifft

Das Detektionssystem nach der Erfindung kann sehr vorteilhaft in einer Vorrichtung zum wiederholten Abbilden eines Maskenmusters auf ein Substrat verwendet werden, wobei diese Vorrichtung ein zwischen einem Maskenmusterhalter und einem Substrathalter angeordnetes Projektionslinsensystem enthält, und wobei das Detektionssystem zur Bestimmung einer Abweichung zwischen der Bildfläche des Projektionslinsensystems und dem Substrat benutzt wird. Außerdem läßt sich die Erfindung allgemein in Abbüdun^ss^teinsn anwenden, bei denen loksüe Reflexionsunterschiede in der Ebene, in der abgebildet werden muß, auftreten können, oder bei denen diese Ebene eine Kippbewegung ausführen kann. Dabei äst an Mikroskope, und zwar sowohl an Reflexionsmikroskope als auch an Durchsichtmikroskope, zu denken. Wegen des schrägen Einfalls des Hilfsbündels wird auch λπ einem durchsichtigen Gegenstand noch eine Menge Strahiung reflektiert werden, die genügend groß ist, um zum Detektieren einer Änderung des Abstandes zwischen dem zu prüfenden Gegenstand und dem Mikroskopobjektiv benutzt werden zu können.

Beispielsweise wird die Erfindung im folgenden näher beschrieben an Hand einer Vorrichtung zum Abbilden eines Maskenmusters auf einem Substrat Es zeigt
F i g. I schematisch ein Abbildungssystem mit einem bekannten opto-elektronischen Detektionssystem,

F i g. 2 das Prinzip des Detektionssystems nach der Erfindung, und

F i g. 3 eine Ausführungsform eines derartigen Systens.

In Fig. i i>t ein Abbildungssystem mit Li bezeichnet. Ein opto-elektronisciies Detektionssystem besteht aus einer Strahlungsquelle S, die ein Hilfsbündei b aussendet, einer ersten Linse Li, einer zweiten Linse Lj und zwei Detektoren, z. B. Photodioden, D\ und L\. Das Detektionssystem ist starr mit dem Linsensystem L\ über die Stützen J", verbunden.

Die Linse L₂ erzeugt einen Strahlungsfleck Kauf der Fläche p, in der vom Linsensystem L\ eine Abbildung erzeugt wird. Dieser Strahlungsfleck wird von der Linse Li auf die Photodio^en D\ und L\ abgebildet. Das Detektionssystem ist in bezug auf das Linsensystem L\ .derart ausgerichtet, das die Linse Lj den Schnittpunkt der optischen Achse 00' des Systems Li mit der

Bildfläche dieses Systems in der Ebene der zwei Detektoren D\ und D₂ abbildet Wenn die Fläche ρ mit der Bildfläche des Systems L\ zusammenfällt, wird der Strahlungsfleck Kindern Fleck V'abgebildet.derzuden Detektoren D\ und Di symmetrisch liegt Diese Detektoren empfangen dann gleiche Strahlungsintensitäten, Das Ausgangssignal S_r eines mit den Detektoren D\ und Di verbundenen Differenzverstärker* Λ ist dann z. B. Null. Bei einer Änderung des Abstandes zwischen der Fläche ρ und dem Linsensystem L\ verschiebt sich das Bild V'des Strahlungsflecks Vübet die Detektoren Di und D). Wenn, wie in Fig. I dargestellt ist, sich die Fläche ρ nach unten verschoben hat. wird der auf dieser Fläche er/cugte Strahlungsfleck V, in V, gemäß dem mit gestrichelten Linien angegebenen Strahlengang £. gebildet Dann empfängt der Detektor D₁ eine größere Strahlungsintensität als der Detektor Di und das Signal S, ist z. B. positiv Bei einer Verscniebung der Fläche ρ nach oben tritt das Umgekehrte auf und der Detektor D, empfängt eine kleinere Strahlungsintensität als der Detektor D₂. Dann ist das Signal S_r z. B. negativ. Das Signal S_r kann einem nicht dargestellten Servosystem zugeführt werden, mit dem die Lage des Linsensystems L, nachgeregelt werden kann.

Der Einfallswinkel α, unter dem das Hilfsbündel b auf die Fläche ρ einfällt, wird möglichst groß. z. B. in der Größenordnung von 80°, gewählt um eine möglichst hohe Empfindlichkeit für Lagenfehler der Fläche ρ in bezug auf das Linsensystem Lt und eine möglichst große Reflexion des Hilfsbündels an der Fläche ρ zu erhalten.

Nach der Erfindung ist im Wege des an der Fläche ρ reflektierten Bündels b ein Bündelumkehrelement oder ein Retroreflektor angeordnet Ein derartiger Retroreflektor kann durch ein sogenanntes Katzenauge (»cat's eye«) gebildet werden, das, wie in F i g. 2 dargestellt ist, aus einer Linse L', und einem Spiegel r besteht, wobei der Spiegel r in der Brennebene der Linse L'> angeordnet ist Durch ein derartiges »cat's eye« wird ein Bündel in sich selbst reflektiert F i g. 2 zeigt nur den Teil des Weges des Bündels b in der Nähe der Fläche p. Das Bündel b erzeugt auf dieser Fläche den Strahlungsfleck V. Das von der Fläche ρ reflektierte Bündel wird vom Reflexionsprisma Pt zu dem Spiegel r hin gerichtet Nach Reflexion an diesem Spiegel durchläuft das Bündel b denselben Weg in umgekehrter Richtung.

Ein kleiner Teil 6'des Bündels b ist dunkel gezeichnet um anzugeben, wie dieser Teil den Strahlungsweg durchläuft Beim ersten Eintreffen auf der Fläche ρ ist dieser Teil ein Te¹I der Bündelhälfte b,. Der B ndelteil b' gelangt dann in den rechten Teil V₂ des Strahlungsflecks V. Nach Reflexion an der Fläche ρ und an dem Reflexionsprisma P_x .durchläuft der Bündelteil b' den linken Teil der Linse L '*. Nach Reflexion an dem Spiegel rdurchläuft der Bündelteil 6'den rechten Teil der Linse L'i tsnd gelangt dann in den linken Teil Vj des Strahlungsflecks V. Nach zweifacher Reflexion an der Fläche ρ ist der Bündelteil £>'ein Teil der Bündelhälfte bi geworden. Dies gilt für alle Bündelteile, aus denen die Bündelhälfte b\ aufgebaut ist Es läßt sich sagen, daß nach zweifacher Reflexion an der Fläche ρ die Bündelhälfte b, sowohl mit dem rechten als auch mit dem linken Teil des Gebietes auf der Fläche ρ unter dem Strahlungsfleck V in Berührung gewesen ist Ähnliches gilt selbstverständlich für die Bündelhälftr bi. Dadurch werden weder lokale Reflexionsunterschiede infolge streuender Strukturen in der Fläche ρ noch Unebenheiten in dieser Fläche oder eine schräge Lage dieser Fläche in bezug auf das Linsensystem Lj die Intensitätsverteilung Ober die Bündelhälften b\ und bi beeinflussen können.

Als Umkehrelement, mit einer Vergrößerung — 1, kann im Detektionssystem nach der Erfindung auch ein s Hohlspiegel oder eine Kombination eines flachen Spiegels mit einer Zylinderlinse verwendet werden.

Fig.3 zeigt eine Ausführungsform eines Detektionssystems nach der Erfindung zur Anwendung in einer Vorrichtung zur Abbildung von Maskenmustern, auf einem Substrat Die Oberfläche des Substrats ist mit der Fläche ρ und das Projektionslinsensystenr mit L\ bezeichnet Dieses System ist längs Seiner optischen Achse 00' mit Hilfe an sich bekannter und hier nicht dargestellter Antriebsmittel bewegbar, die von dem Signal Sr (Fig. 1) gesteuert werden, das von den Signalen der zwei Detektoren Di. D₂ abgeleitet ist In zu der optischen Achse 00' senkrechten Richtungen ist das Projektionslinsensystem in seinem Gehäuse H unbewegbar. Wir in F i g. 3 angegeben ist kann das Projektionslirsensystem π t Hilfe von Federn S_p im Gehäuse H befestigt sein. Statt Federn können auch Membranen als Befestigungsmittel verwendet werden.

In em. .'orrichtung zum wiederholten Abbilden

eines Maskenmusters auf einem Substrat sind die Projektionssäule und das Substrat ir zwei zueinander senkrechten Richtungen bewegbar. Für weitere Einzelheiten über eine derartige Vorrichtung sei auf die DE-OS 2ö 51 430 verwiesen. Es sei noch bemerkt daß in einer der -tigen Vorrichtung die Bildebene des

ίο Projektionslinsensystem«: nahezu mit der Brennebene dieses Systems zusammenfällt

Um auch für kleine Verschiebungen der Fläche ρ in bezug auf das Linsensystem L, ein genügend großes Signal S₂, d.h. einen genügend großen Unterschied

J5 zwischen den Strahlungsintensitäten auf den zwei Detektoren Du D₂ zu erhalten, muß der Strahlungsfleck V eine große Helligkeit aufweisen. Daher wird vorzugsweise ein Laser als Strahlungsquelle verwendet Das vom Laser gelieferte Strahlungsbündel b muß stabil sein. Vorzugsweise wird ein Halbleiterdiodenlaser DL in F i g. 3. z. B. ein AlGaAs-Diodenlaser, der in unmittelbarer Nähe des Substrats angeordnet werden kann, verwendet Es ist auch möglich, einen Gaslaser zu verwenden, der in größerer Entfenung von dem Substrat angeordnet ist wobei die Strahlung dieses Lasers über eine Lichtleitfaser zu dem Substrat geführt wird.

Das Laserbündel b wird von der Linse L* in ein paralleles Bündel umgewandelt und dann durch Reflexion an dem Bündelteiler BS und den Reflexionsprismen P₂ und Pi zu der Substratoberfläche ^ hin gerichtet Die Linse L₂ erzeugt den Strahlungsfleck V auf dem Substrat Dann durchläuft das Bündel b den an Hand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Strahlungsweg.

Ein Teil des zweimal von der Substratoberfläche reflektierten Bündels b wird vom Bündelteiler SSzu den zwei Detektoren Ds und D₂ durchgelassen. Die Linse L₅ erzeugt eine Abbildung des Strahlungsflecks V auf diesen Detektoren.

Der Bündefteiler BS kann aus einem halbdurchlässigen Spiegel oder einem halbdurchlässigen Prisma bestehen. Stattdessen kann auch ein Polarisationsteilprisma verwendet werden, wobei im Strahlungsweg zwischen diesem Prisma und dem Substrat eine A/4-PIatte, wobei A die Wellenlänge des Bündels b darstellt angeordnet ist Die Strahlung der Quelle DL ist dann derart polarisiert, daß sie vom Polarisationsteilprisma reflektiert wird. Das Bündel b άυτ hiäuft dann

zweimal die λ/4-Platte, wodurch die Polarisationsebene der Strahlung insgesamt über 90° gedreht wird, so da3 das Bündel von dem Prisma durchgelassen wird.

Das Differenzsignal 5_rder zwei Detektoren D\ und Di wird in erster Linie durch den Abstand zwischen der Bildfläche des Projektionslinsensystems L\ und der Fläche ρ bestimmt. Dieses Signal ist aber auch von der gesamten Intensität des zweimal von der Fläche ρ reflektierten Strahlungsbündels b abhängig. Diese Intensity kann sich infolge einer Änderung in der Intensität der Strahlungsquelle oder durch Änderungen im Reflexions- oder Durchlässigkeitskoeffizienten der optischen Elemente im Strahlungsweg ändern.

Um den Einfluß von Änderungen in der auf die Detektoren Di und Di einfallenden gesamten Bündelintensität zu beseitigen, können die Ausgangssignale der Detektoren miteinander addiert werden, so daß ein Summensignal S, erhalten wird. In einer analogen Teilerschaltung kann das Signal S', = S/S, bestimmt werden, wobei dieses Signal ein MaB für den Lagenfehler der Fläche ρ des Substrats in bezug auf das Projektionslinsensystem ist und von Intensitätsänderungen der Strahlungsquelle und von Änderungen im Reflexions- oder Durchlässigkeitskoeffizienten im Strahlungsweg unabhängig ist. Um auch bei schlechten Reflexions- oder Durchlässigkeitskoeffizienten noch die für die erforderliche Genauigkeit benötigte Menge Strahlung auf den Detektoren zu erhalten, muß die Strahlungsquelle auf eine möglichst hohe Strahlungsleistung eingestellt werden. Dadurch kann die Lebensdauer der Strahlungsquelle, vor allem wenn sie ein Halb'Jterdiodenlaser ist, beschränkt werden. Weiter ist ein driftfreier analoger Teiler ein kostspieliges Element

Die obengenannten Nachteile können dadurch vermieden werden, daß, wie in einer bevorzugten Ausführungsform des Detektionssystems nach der Erfindung der Fall ist, das Summensignal S, dazu benutzt wird, die Intensität der Strahlungsquelle derart zu regeln, daß die gesamte Strahlungsintensität auf den Detektoren Di und D₂ konstant bleibt Falls die Strahlungsquelle eine Strahlungsemittierende Diode ist, kann dazu die Größe des elektrischen Stromes, mit dem diese Strahlungsquelle gesteuert wird, nachgeregelt werden.

Ein Halbleiterdiodenlaser, z. B. ein AlGaAs-Laser, wird vorzugsweise mit Stromimpulsen betrieben, weil dies für die Lebensdauer des Lasers günstig ist. Außerdem kann der Winkel, unter dem ein derartiger Laser seine Strahlung emittiert sich bei Änderung der Größe des elektrischen Stromes durch den Laser ändern. Die Intensität der von einem Diodenlaser emittierten Strahlung wird vorzugsweise dadurch geregelt, daß bei konstanter Impulsbreite die Impulsfrequenz der elektrischen Stromimpulse geändert wird.

Wie in F i g. 3 dargestellt ist, werden die Signale der Detektoren D\ und Di einerseits einer Subtrahierschaltung A ι, an deren Ausgang das Signal S_r erscheint, und andererseits einer Addierschaltung Ai zugeführt, die an ihrem Ausgang ein Signal S, liefert. Das Signal S, kann z.B. einem Eingang eines Differenzverstärkers A3 zugeführt werden, dessen anderer Eingang mit einer

ίο Bezugsquelle Ref verbunden is:. Der Ausgang des Differenzverstärkers ist mit einem Oszillator VCO verbunden, der eine Reihe von Impulsen liefert, deren Frequenz durch die Spannung an seinem Eingang bestimmt wird. Der Ausgang des Oszillators ist mit einem Impulsgenerator PG verbunden. Der fur den Betrieb des Diodenlasers DL benötigte elektrische Strom wird vom Impulsgenerator in Form von Impulsen mit einer konstanten Impulsdauer und mit einer Wiederholungsfrequenz gleich der der Impulse des Oszillators VCÖgeliefert.

Die mittlere Strahlungsintensität des Diodenlasers könnte gegebenenfalls statt durch Anpassung der Impulsfrequenz auch durch Anpassung der Dauer der elektrischen Stromimpulse geregelt werden.

Die Einstellung des Diodenlasers ist derart daß bei höchstem zu erwartenden Strahlungsverlust im Strahlungsweg die von den Detektoren aufgefangene Gesamtstrahlungsmenge gerade ausreichend ist, um die erforderliche Genauigkeit, die u. a. durch den Leckstrom und den Rauschpegel der Detektoren bestimmt wird, zu erzielen. Bei kleineren Strahlungsverlusten wird die Strahlungsquelle nur eine kleinere Strahlungsintensität auszusenden brauchen, was für die Lebensdauer der Quelle günstig ist

Für die Verschiebung Δ des Strahlungsflecks über die Photodioden D\ und D₂ gilt:

Δ = 4 MHsin«.

Darin ist H die Verschiebung der Fläche p, et der Einfallswinkel des Fokusbündels auf diese Fläche und M die Vergrößerung des Linsensystems L% Lj. Diese Vergrößerung ist gleich dem Verhältnis zwischen der Brennweite der Linse L₅ und der Brennweite der Linse Li. Dadurch, daß das Fokusbündel zweimal an der Fläche ρ reflektiert wird, nimmt die Empfindlichkeit des Detektionssystems ebenfalls um einen Faktor 2 zu.

Daher tritt im obengenannten Ausdruck für die Verschiebung Δ ein Faktor 4 statt eines Faktors 2 auf.

In einer praktischen Ausführungsform eines Detektionssystems nacn der Erfindung konnte eine Verschiebung der Fläche ρ über nur 0,1 μπι noch gut detekdert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

30 21 62? Patentansprüche:

1. Optisches Abbildungssystem mit einem optoelektronischen Detektionssystem zur Bestimmung einer Abweichung zwischen der Bildfläche des Abbildungssystems und einer zweiten Fläche, auf der eine Abbildung vom Abbildungssystem erzeugt werden muß, insbesondere zum wiederholten Abbilden eines Maskenmusters auf einem Substrat, wobei das Detektionssystem folgende Merkmale enthält: