EP1203486A1 - Verfahren zur elektronischen bildentzerrung bei laser-scan-einrichtungen - Google Patents

Verfahren zur elektronischen bildentzerrung bei laser-scan-einrichtungen

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Publication number
EP1203486A1
EP1203486A1 EP01976061A EP01976061A EP1203486A1 EP 1203486 A1 EP1203486 A1 EP 1203486A1 EP 01976061 A EP01976061 A EP 01976061A EP 01976061 A EP01976061 A EP 01976061A EP 1203486 A1 EP1203486 A1 EP 1203486A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pixel
line
substrate
interval
scanning
Prior art date
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Ceased
Application number
EP01976061A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Hartmann
Gerhard Döring
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jenoptik AG
Carl Zeiss Jena GmbH
Original Assignee
VEB Carl Zeiss Jena GmbH
Carl Zeiss Jena GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by VEB Carl Zeiss Jena GmbH, Carl Zeiss Jena GmbH filed Critical VEB Carl Zeiss Jena GmbH
Publication of EP1203486A1 publication Critical patent/EP1203486A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/80—Geometric correction

Definitions

  • the invention relates to a method for electronic image correction in the pixel-by-pixel scanning of a substrate by means of a bundled electromagnetic beam, in particular a laser beam, in which the pixels are read out in succession with a constant period of time during assigned read-out intervals. Furthermore, the invention relates to light-point scanning laser scanning devices, such as laser scanning microscopes, chip readers and the like.
  • Such methods are particularly suitable for image data generation for electronic image analysis.
  • a substrate is resolved into a large number of pixels, which are mostly scanned line by line.
  • Optical scanning has proven itself for scanning extensive object fields because of the higher scanning speed. Therefore, scanning devices are preferably used in which an illuminating light spot sweeps over the substrate by using oscillating mirrors, in particular galvanometer mirrors, or rotating polygon prism mirrors.
  • the light influenced by the substrate is detected and evaluated by a detection device.
  • the image information obtained in this way is then stored pixel by pixel. By combining the information assigned to the individual pixels, an overall image can then be generated, which can be analyzed or further processed using methods of image processing known per se.
  • the quality of the overall image obtained depends heavily on the reproducibility of the geometric relationships of the substrate in the image due to the pixel-by-pixel structure.
  • the main thing here is to assign the image information read out with the detection device also to defined local pixels. It is immediately apparent that in the event of fluctuations or deviations from a predetermined desired scanning movement, disturbances in the assignment can occur. If, for example, the image is broken down into parcels by the following steps and a "measured value" is generated from the pixels of a parcel, distortions of the image can cause an incorrect allocation and thus an incorrect measurement.
  • An image equalization by software before the further image processing steps requires more computing time and can lead to increased crosstalk between the "measured values" of neighboring plots. To avoid such artifacts, complex algorithms are required, which under certain circumstances also increase the computing time for image processing.
  • the invention is therefore based on the object of developing a method of the type mentioned at the outset, with which an image with low distortions is obtained immediately after the scanning process. Furthermore, the invention is based on the object of specifying a corresponding scanning device.
  • the above object is achieved by a method of the type mentioned in the introduction, in which the deviation between a desired scanning movement and an actual scanning movement carried out on the reference substrate is first determined in a calibration process, for example by means of a reference substrate with a known geometric surface structure Depending on the deviation, a delay interval is determined for a pixel by which the start of the readout interval is delayed for this pixel and / or for the subsequent pixel, the information about the delay interval is stored during an analysis process for examining the substrate for each pixel the assigned stored information is used and the delay interval is inserted before or after the read interval.
  • a system clock is generated via a system clock, which is shown in FIG.
  • a new clock begins with each rising edge.
  • the curve A of the control of the scanning movement is shown in FIG. 4, which also takes place here in cycles, the cycle length of the control of the scanning movement being a constant multiple of system clock units, so that always after a constant number of system clock units a new control value for the scanner is generated.
  • the readout intervals can be clocked synchronously with the clocking of the drive pulses for the scanning movement, the length of the scanning interval R 'corresponding to the length of the driving clock of the scanning device in the example shown.
  • the pixels are read out from the substrate at predetermined readout intervals of constant time in immediate succession.
  • the detected image information is recorded and stored and assigned to the geometric location derived from the target scanning movement or the corresponding image pixel. It would also be conceivable in the known procedure during a control cycle of the scanning device perform two or more read intervals, each read interval corresponding to one pixel; or vice versa to generate a larger number of control values than pixels to be read.
  • this strict coupling between the activation of the scanning device and the activation of the read intervals according to FIG. 4 (e) is removed.
  • the systematic deviation between a target scanning movement and an actually executed scanning movement which would lead to image distortions, is first experimentally determined in a calibration process, for example using a reference structure.
  • delay intervals are then determined which see successive read intervals or before a first read interval are to be inserted in order to correct the deviations.
  • the aforementioned crosstalk effects can be greatly reduced, since it can be better ensured that in a later scanning stage when scanning a substrate to be examined, the individual pixels are only more likely to be supplied with image information from the geometrically correct location on the substrate. This improves the image quality compared to the conventional method.
  • the substrate is scanned line by line, each line consisting of a large number of pixels.
  • a delay interval to be added for each pixel of a line is determined in the calibration process as a function of the deviation, and the information about the delay intervals is stored.
  • the information is then accessed for each individual pixel of a line, and the delay interval obtained for the respective pixel from the stored information, in which no readout itself takes place, is inserted as a pause after the readout interval. Since it can be assumed with line-by-line scanning that the systematic errors are repeated when each line is scanned, it is sufficient to store the information about the delay intervals only for one line.
  • the information about the delay interval associated with the pixel is stored individually for each pixel in the calibration process in association with its address in the line. In the analysis process, the information with the same address in the line is then used for each pixel. In this way, the computing effort during the analysis can be kept low.
  • the individual information is preferably stored in tabular form in a long-term memory so that it is available for a large number of substrate analyzes, but can be changed if necessary during a recalibration.
  • the method according to the invention can in principle be implemented using analog means. However, it is preferably carried out in a clocked system, in which the control of the scanning movement and the reading out of the pixels is carried out in cycles with a system clock. Suitable clocks for this purpose are known to the person skilled in the art and therefore do not require any further explanation.
  • the tactile movement controlled with a control clock the duration of which is an integer multiple of a system clock unit.
  • the constant duration of the read intervals is also an integral multiple of the system clock unit.
  • the duration of the delay intervals which depends on the determined deviation, is a pixel-variable, integer multiple of the system clock unit.
  • this application also takes delay intervals into account, the duration of which is zero, so that in this case practically two read intervals are directly adjacent to one another.
  • the reading interval of a subsequent pixel is started immediately after the end of a delay interval. Since the time period of the design intervals is shorter than the time period of the actuation clocks of the scanning movement, situations can also be compensated in which the actual scanning movement leads the target scanning movement. If, on the other hand, the actual scanning movement lags behind the target scanning movement, a delay interval of a suitable duration, here as a multiple of a system clock unit, is interposed before the next reading interval begins.
  • the length of time of the longest delay interval which can be connected in series is twice as long as the difference in the time duration from the actuation cycle and the readout interval. This case is appropriate for a situation in which the feed speed of the laser beam is in a limited speed interval around the average feed speed.
  • the pixels are read line by line, it is advantageous to specify a linear path / time function as the desired scanning movement in the line direction. In this case, it is sensible to work with a read interval of constant time over the entire line.
  • the procedure explained above is particularly suitable for a scanning device in which the electromagnetic beam is guided over a row of the substrate by means of a pivotable, driven deflecting mirror. This enables a high scanning speed in the line direction to be achieved. Since, in the method explained above, the image quality strongly depends on the calibration process, it is important to use a reference substrate that is as well suited as possible to determine the systematic deviations between the desired scanning movement and an actually executed scanning movement. It is therefore preferable to work with an optical grating as the reference substrate in the calibration process, for example.
  • the switching between the individual rows of the substrate takes place, for example, via an additional pivotable deflecting mirror or also via a linear feed, by means of which movement of the substrate transverse to the row direction is obtained.
  • fluctuations in the longitudinal direction of the lines can also occur during the transverse feed, ie the scanning movement in the transverse direction to the lines is carried out in a serpentine manner.
  • a reduction of this distortion effect can be achieved in the following way.
  • the substrate is scanned line by line, each line comprising a multiplicity of pixels and the scanning movement having a movement component in the line direction and a movement component transverse to the line direction.
  • the systematic deviation of the transverse movement in the line direction between the desired scanning movement and the actual scanning movement carried out on the reference substrate is determined for each first pixel of a line.
  • an upstream delay interval 1 with a positive or negative time period is determined, by which the start of the readout interval has to be shifted to compensate for the deviation and the information about the delay interval to be connected is stored for each line.
  • the information stored for the relevant line about the delay interval to be connected is used and the start of the readout interval of the first pixel of the line is delayed by the delay interval.
  • the information relating to the upstream delay intervals is also stored individually in association with the row address in the calibration process, so that in the later analysis process the respective delay interval to be connected for the first pixel of a row without further arithmetic operations can be used. Since a line-by-line scanning during the line reversal and the return of the scanning beam to a line beginning is not scanned, the progress of the reading intervals can be restarted with each line to be scanned.
  • a linear path / time function is preferably specified as the target scanning movement in the direction transverse to the lines.
  • the relative movement between the substrate and the laser beam in the direction transverse to the lines preferably takes place in that the substrate is moved in a continuous movement under the electromagnetic beam. Since the movement speeds are considerably lower here than when scanning in the line direction, a movable table can be used for this purpose, for example.
  • the implementation of the above method, including its embodiment variants, is preferably carried out in a conventional scanning device, in which the devices for controlling the scanning movement can remain unchanged.
  • a scanning device comprising a laser source for generating a laser beam, deflection devices for aligning the laser beam with a section of a substrate to be examined, the deflection device having a pivotable deflection mirror in order to direct the laser beam over the substrate along a scanning line pivot, a table for holding the substrate, which is displaceable in the transverse direction to the scanning line, a detection device for pixel-by-pixel reading of the substrate by receiving the light influenced by the examination section, control devices for the pivotable deflecting mirror and the table for generation a scanning movement of the laser beam relative to the substrate, a control device for the detection device for determining the start of design intervals for the pixels, and a delay interval generator is also provided for generating delay sintering intervals, the duration of which corresponds to deviations between a target scanning movement and an actual scanning movement and with which the read intervals can be shifted in time.
  • Fig.l a scanning device in a schematic representation, with which a method for electronic image rectification can be carried out
  • Fig.2 (a, b) two diagrams to show the path / time curve of a target scanning movement and an actual scanning movement, wherein only the movement component in the line direction is shown here
  • FIG. 3 (a, b, c) a reference substrate with a straight reference line transverse to the line direction and the image of this reference line obtained as a result of systematic errors in comparison with the target image of the reference substrate and the image of the reference line after the image correction
  • FIG. 4 (a to e) flow diagrams to illustrate the activation of the scanning movement and the activation of the read intervals, and in FIG. 5 an illustration to illustrate the scanning movement over the substrate in the coordinates of the substrate.
  • Fig.l shows a scanning device 1 with which a substrate 2 can be scanned pixel by pixel by means of a laser beam.
  • the scanning device 1 comprises a laser 3 as
  • Radiation source whose light is on via deflection devices a punctiform section of the substrate 2 can be directed.
  • the light influenced by the punctiform section is detected by a detection device 4, for example a photomultiplier, and is read out there pixel by pixel.
  • one of the deflection devices is designed as a pivotable deflection mirror 5, which in the exemplary embodiment shown is an oscillating mirror of a galvanometer.
  • the mirror By swiveling the mirror back and forth about an axis of rotation, the laser beam is guided in a straight line movement over the substrate in such a way that it sweeps over an entire line.
  • the scanning device 1 comprises a table 6 on which the substrate 2 is stretched.
  • This table 6 can be moved via suitable drive means transversely to the straight-line scanning movement of the laser beam caused by the deflection mirror 5.
  • the feed of the table 6 serves to generate the movement component of the scanning movement transverse to the line direction.
  • a line-by-line scanning movement can thus be realized, which is shown in relation to the coordinates of the substrate 2 in FIG.
  • the substrate 2 is shown in a highly simplified form with only a very small number of horizontal lines and pixels arranged in these.
  • the edge lengths of the pixels are usually of the order of magnitude of a few micrometers, with several thousand pixels, for example 6000 pixels and, per line the corresponding number of lines are still provided.
  • a pixel is shown which is provided with the reference number 7.
  • Reference number 8 denotes the course of the center of a scanning light spot 9, which results from the back-and-forth movement of the deflecting mirror 5 and a continuous feed movement of the table 6 with the substrate 2.
  • the reversal of the direction of movement of the deflection mirror 5 results in strong changes in the speed in the line direction, particularly at the line reversal areas 10.
  • a largely constant scanning speed in the line direction is also of interest, so that the deflection points 10 are placed outside the area to be scanned and the scanning takes place essentially in the linear speed range of the movement of the deflection mirror 5.
  • This idealized target scanning movement 8 shown in FIG. 5 is, however, always superimposed in practice with systematic errors which can only be compensated for to a reproducible residual error by calibrating the deflecting mirror 5 and the table 6, so that an actual scanning movement of the The target scanning movement shown in FIG. 5 deviates.
  • the scanning device 1 further comprises a control system 11 (see FIG. 1) which has suitable control modules 12 and 13 for controlling the deflecting mirror 5 and the table 6 in order to implement the desired scanning movement 8 shown in FIG. 5 as precisely as possible
  • the control system 11 comprises furthermore a control device for the photomultiplier with which the image information detected by the detection device 4 can be read out.
  • the control device of the photomultiplier is linked to the control devices 12 and 13 for the desired scanning movement by operating them as a function of the clock signals of a system clock 15 which is also provided in the control system 11 - be practiced.
  • only a coupling of the photomultiplier control with the target movement is obtained via this cyclical link.
  • the image information read out via a plurality of individual system clock cycles, which are accumulated over a read interval of constant time duration, can, however, thus only be assigned to a path section and thus to a geometric location on the substrate which is derived from the desired scanning movement.
  • a pixel is in turn assigned to this location, to which the determined image information of the readout interval is assigned and stored in an image data memory 16 of the control system 11.
  • Fig. 2 (b) shows the diagram from Fig. 2 (a) that was mirrored at the bisector. If one reverses the previous view with regard to the raster of the pixels from constant path sections .DELTA.x, the actual scanning movement results in 18 "time intervals .DELTA.t of unequal length. To correctly read out the image information, the length of the readout interval would therefore have to be determined individually for each pixel are to compensate for the aforementioned systematic errors in the movement of the deflecting mirror 5.
  • the duration of the readout intervals which are denoted by R in FIG. 4, is first shortened somewhat, the duration of all readout intervals remaining constant.
  • these readout intervals no longer follow one another directly or at fixed time intervals, but so-called delay intervals are inserted between these readout intervals. inserts in which no reading takes place.
  • the systematic error in the movement of the deflection mirror and the resulting speed fluctuations in the line direction can be compensated for via the length of the respective deceleration intervals, which is determined as a function of the deviation of the movement.
  • This procedure is intended to compensate for systematic errors, it is sufficient to record the deviations that occur between a target scanning movement and an actually executed scanning movement for the movement component in the line direction only once in a calibration step. This can be done, for example, by an exact speed measurement. A reference body known in its geometry is preferably used here.
  • the deviations for the individual pixels are then determined from the image for a line obtained during the calibration process. From the deviations, the delay intervals required for the individual pixels can then be determined, with which, after a readout interval, one has to wait until the next readout interval is started.
  • the corresponding information about the delay intervals is stored in a memory unit 19 present in the control system 11 so that it can be used when analyzing a substrate 2 to be examined.
  • the duration of the delay interval associated with the corresponding pixel is determined in a delay interval generator 20 after each read interval R.
  • the timing is now to be explained in more detail with reference to FIGS. 4 (a), 4 (b) in relation to the system clock S generated by the system clock 15 and the course A of the control of the scanning movement. It is assumed here, for example, that the control of the scanning movement, i.e. the scanner characteristic curve is advanced at a constant clock interval, which here corresponds to 18 times a system clock unit. With a system clock of 45 MHz, for example, a clock frequency of 2.5 MHz results for the relaying.
  • the readout intervals are controlled within the system cycle S, although the constant readout interval R has a shorter time period, for example 16 times a system single cycle, which is therefore shorter than the duration of a scan cycle.
  • the delay intervals integrated between the individual read-out intervals R are designated by the character D n , where n here denotes the number of the respective pixel in a line.
  • the distance between two successive readout intervals R is compensated for by short delay intervals D or D 3 , in the latter case the next readout interval immediately following a readout interval R on account of the associated time period “zero” on the other hand, if the scanning speed in the line direction is delayed compared to the desired scanning movement, then, as shown in FIG. 4 (b), the image data must be read out a little longer until the scanning light spot actually reaches the geometric location of the next pixel For this purpose, the delay intervals are extended in accordance with D n .

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Abstract

b einem Verfahren zur elektronischen Bildentzerrung bei der pixelweisen Abtastung eines Substrates (2) mittels eines gebündelten elektromagnetischen Strahls werden die Pixel (7) jeweils in einem zugeordneten Ausleseintervall (R) mit konstant vorgegebener Zeitdauer nacheinander ausgelesen. Zur Verbesserung der Bildqualität wird zunächst in einem Kalibriervorgang beispielsweise mittels eines Referenzsubstrates (S0) mit bekannter geometrischer Flächenstruktur die Abweichung zwischen einer Soll-Abtastbewegung und einer an dem Referenzsubstrat (S0) ausgeführten tatsächlichen Abtastbewegung ermittelt. In Abhängigkeit dieser Abweichung wird für ein Pixel (7) ein Verzögerungsintervall Dn (n=0...N) bestimmt, um das der Beginn des Ausleseintervalls (R) dieses Pixels (7) oder des nachfolgenden Pixel verzögert wird. Die Informationen über das Verzögerungsintervall (Dn) werden abgespeichert. In einem Analysevorgang zur Untersuchung eines Substrates (2) wird für das Pixel (7) auf die abgespeicherte Information zurückgegriffen und das Verzögerungsintervall (Dn) vor oder nach dem Ausleseintervall (R) ausgeführt.

Description

Verfahren zur elektronischen Bildentzerrung bei Laser-Scan-Einrichtungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektronischen Bildentzerrung bei der pixelweisen Abtastung eines Substrates mittels eines gebündelten elektromagnetischen Strahls, insbesondere eines Laserstrahls, bei dem die Pixel jeweils während zugeordneter Ausleseintervalle mit konstan- ter Zeitdauer nacheinander ausgelesen werden. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf lichtpunktabtastende Laser- Scan-Einrichtungen, wie Laser-Scanning-Mikroskope, Chip- Reader und ähnlich.
Derartige Verfahren eignen sich insbesondere zur Bilddaten- generierung für die elektronische Bildanalyse. Dabei wird ein Substrat in eine Vielzahl von Pixeln aufgelöst, die zumeist zeilenweise abgetastet werden. Für das Abtasten ausgedehnter Objektfelder hat sich wegen der höheren Abtastge- schwindigkeit das optische Scanning bewährt. Vorzugsweise werden daher Scan-Einrichtungen verwendet, bei denen durch Einsatz von Schwingspiegeln, insbesondere Galvanometerspiegeln, oder rotierenden Polygonprismenspiegeln ein beleuchtender Lichtpunkt das Substrat überstreicht. Das von dem Substrat beeinflußte Licht wird von einer Detektionsein- richtung erfaßt und ausgewertet. Die dadurch erhaltenen Bildinformationen werden anschließend pixelweise abgespeichert. Durch Zusammenführung der den einzelnen Pixeln zugeordneten Informationen läßt sich dann ein Gesamtbild erzeu- gen, das mit an sich bekannten Methoden der Bildverarbeitung analysiert oder auch weiterverarbeitet werden kann. Die Qualität des erhaltenen Gesamtbildes hängt aufgrund des pixelweisen Aufbaus stark von der Reproduzierbarkeit der geometrischen Verhältnisse des Substrates im Bild ab. Dabei kommt es vor allem darauf an, die mit der Detektionsein- richtung ausgelesenen Bildinformationen auch definiert örtlichen Pixeln zuzuordnen. Es ist unmittelbar ersichtlich, daß bei Schwankungen oder Abweichungen einer vorgegebenen Soll-Abtastbewegung Störungen bei der Zuordnung auftreten können. Wird beispielsweise das Bild durch die nachfolgenden Schritte in Parzellen zerlegt und aus den Pixeln einer Parzelle ein „Meßwert" erzeugt, so können Verzerrungen des Bildes eine Fehlzuordnung und somit eine fehlerhafte Messung verursachen. Eine Bild-Entzerrung durch Software vor den weiteren Bildverarbeitungsschritten erfordert mehr Rechenzeit und kann zu erhöhtem Übersprechen zwischen den „Meßwerten" benachbarter Parzellen führen. Für die Vermeidung solcher Artefakte sind aufwendige Algorithmen erforderlich, die unter Umständen ebenfalls die Rechenzeit für die Bildverarbeitung erhöhen.
Aus diesem Grunde werden bei Weiterentwicklungen Anstrengungen unternommen, um eine vorgegebene Soll-Abtastbewegung möglichst präzise in die Realität umzusetzen, wobei es dar- auf ankommt, die Abweichungen zwischen der Position des Laserstrahls beim Erfassen eines Pixelwertes und der idealen Soll-Position möglichst gering zu halten. Allerdings lassen sich mit den hierzu üblicherweise verwendeten Vorschubeinrichtungen genaue Abtastbewegungen nur mit einem sehr hohen apparativen Aufwand verwirklichen. Überdies kann auch dann ein systematischer Restfehler zwischen der Soll- Abtastbewegung und einer tatsächlich ausgeführten Abtastbewegung nicht vollständig beseitigt werden. Diese Abweichungen machen sich als Verzerrungen in dem aus den Pixeln zusammengesetzten Gesamtbild bemerkbar.
Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Bildqualität liegt in der elektronischen Nachbearbeitung des aus dem Abtastvorgang erhaltenen Gesamtbildes. Der mit einer solchen Nachbearbeitung verbundene Aufwand ist wie oben bereits er- wähnt jedoch erheblich und deshalb in der Praxis unerwünscht .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem be- reits unmittelbar nach dem Abtastvorgang ein Bild mit geringen Verzerrungen erhalten wird. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende Scan- Einrichtung anzugeben.
Die vorstehende Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem in einem Kalibriervorgang, z.B. mittels eines Referenzsubstrates mit bekannter geometrischer Flächenstruktur, zunächst die Abweichung zwischen einer Soll-Abtastbewegung und einer an dem Referenz- Substrat ausgeführten tatsächlichen Abtastbewegung ermittelt wird, in Abhängigkeit der Abweichung für ein Pixel ein Verzögerungsintervall bestimmt wird, um das der Beginn des Ausleseintervalls für dieses Pixel und/oder für das nachfolgende Pixel verzögert wird, die Information über das Verzögerungsintervall abgespeichert wird, bei einem Analysevorgang zur Untersuchung des Substrates für jedes Pixel auf die zugeordnete abgespeicherte Information zurückgegriffen und das Verzögerungsintervall vor oder nach dem Ausleseintervall eingefügt wird.
Erfindungsgemäß wird über einen Systemtaktgeber ein Systemtakt erzeugt, der in Fig. anhand der Kurve S dargestellt ist. Dabei beginnt beispielsweise mit jeder ansteigenden Flanke ein neuer Takt. Weiterhin ist in Fig.4 mit der Kurve A der Verlauf der Ansteuerung der Abtastbewegung darge- stellt, der hier ebenfalls taktweise erfolgt, wobei die Taktlänge der Ansteuerung der Abtastbewegung ein konstantes Vielfaches von Systemtakteinheiten ist, so daß stets nach einer konstanten Anzahl von Systemtakteinheiten wieder ein neuer Ansteuerungswert für die Abtasteinrichtung erzeugt wird.
Wie beispielsweise die Kennlinie Pe in Fig.4(e) zeigt, kann die Taktung der Ausleseintervalle synchron zu der Taktung der Ansteuerimpulse für die Abtastbewegung erfolgen, wobei in dem dargestellten Beispiel die Länge des Abtastintervalls R' der Länge des Ansteuertaktes der Abtastvorrichtung entspricht .
Dabei erfolgt das Auslesen der Pixel an dem Substrat in vorgegebenen Ausleseintervallen konstanter Zeitdauer in unmittelbarer Aufeinanderfolge. Dabei wird mit jedem Zeitintervall die detektierte Bildinformation erfaßt und abgespeichert und dem aus der Soll-Abtastbewegung abgeleiteten geometrischen Ort bzw. dem entsprechenden Bildpixel zuge- ordnet. Denkbar wäre es auch, bei der bekannten Verfahrensweise während eines Ansteuertaktes der Abtastvorrichtung zwei oder mehrere Ausleseintervalle durchzuführen, wobei jedes Ausleseintervall einem Pixel entspräche; oder umgekehrt eine größere Zahl Ansteuerungswerte zu erzeugen als Pixel einzulesen sind.
Folgt nun aber die tatsächliche Abtastbewegung nicht exakt der Soll-Abtastbewegung, so kann es bei dem Auslesen der Bildinformationen zu Verzeichnungen im Bild kommen mit den oben angesprochenen Nachteilen. Ist beispielsweise die Vor- Schubgeschwindigkeit des Laserstrahls relativ zu dem Substrat aufgrund von geringfügigen Fehlern zu gering, so befindet sich der Laserstrahl bei einem Ausleseregime entsprechend der Kurve Pe in Fig.4(e) zum Zeitpunkt des Beginns des zweiten Auslesetaktes noch in einem Bereich, der den vorherigen Pixeln zuzuordnen wäre. Die dort erfaßten Informationen werden jedoch hier bereits dem nächsten Pixel zugeordnet, so daß der Informationsinhalt dieses Pixels verfälscht wird. Derartige Störungen zwischen einer Soll- Abtastbewegung und einer tatsächlichen Abtastbewegung kön- nen sowohl in Richtung einer Zeile als auch in Richtung quer zu den Zeilen auftreten.
Erfindungsgemäß wird diese strenge Kopplung zwischen der Ansteuerung der Abtasteinrichtung und der Ansteuerung der Ausleseintervalle nach Fig. 4 (e) aufgehoben. Dazu wird in einem Kalibriervorgang, z.B. anhand einer Referenzstruktur, zunächst experimentell die systematische Abweichung zwischen einer Soll-Abtastbewegung und einer tatsächlich ausgeführten Abtastbewegung ermittelt, die zu Bildverzerrungen führen würde. In Abhängigkeit dieser ermittelten Abweichungen werden dann Verzögerungsintervalle bestimmt, die zwi- sehen aufeinanderfolgende Ausleseintervalle oder auch vor ein erstes Ausleseintervall einzufügen sind, um die Abweichungen auszukorrigieren. Hierdurch lassen sich die vorgenannten Übersprecheffekte stark vermindern, da besser si- chergestellt werden kann, daß in einer späteren Abtaststufe bei der Abtastung eines zu untersuchenden Substrates den einzelnen Pixeln mit größerer Wahrscheinlichkeit lediglich Bildinformationen von dem geometrisch richtigen Ort an dem Substrat zugeführt werden. Damit wird die Bildqualität ge- genüber dem herkömmlichen Verfahren verbessert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Substrat zeilenweise abgetastet, wobei jede Zeile aus einer Vielzahl von Pixeln besteht. Dazu wird in dem Kali- briervorgang für jedes Pixel einer Zeile in Abhängigkeit der Abweichung ein nachzuschaltendes VerzögerungsIntervall ermittelt und die Information über die Verzδgerungsinter- valle abgespeichert. In dem Analysevorgang wird dann für jedes einzelne Pixel einer Zeile auf die Informationen zu- rückgegriffen und das für das jeweilige Pixel aus den abgespeicherten Informationen erhaltene Verzögerungsintervall, in dem selbst kein Auslesen stattfindet, nach dem Ausleseintervall als Pause eingefügt. Da bei einer zeilenweisen Abtastung davon ausgegangen werden kann, daß sich die sy- stematischen Fehler bei der Abtastung jeder Zeile wiederholen, genügt es, die Informationen über die Verzδgerungsin- tervalle lediglich für eine Zeile abzuspeichern. Dies kann beispielsweise über eine Approximationsfunktion erfolgen, aus der in dem späteren Analysevorgang die Verzögerungsin- tervalle für die einzelnen Pixel berechnet werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dieses Verfahrens werden hingegen in dem Kalibriervorgang die Informationen über das dem Pixel zugehörige Verzögerungsintervall für jedes Pixel individuell in Zuordnung zu seiner Adresse in der Zeile abgespeichert. In dem Analysevorgang wird dann für jedes Pixel jeweils auf die Information mit der gleichen Adresse in der Zeile zurückgegriffen. Auf diese Weise kann der Rechenaufwand bei der Analyse gering gehalten werden. Die einzelnen Informationen werden vorzugs- weise tabellarisch in einem Langzeitspeicher abgelegt, so daß diese für eine Vielzahl von Substratanalysen zur Verfügung stehen, gegebenenfalls jedoch bei einer Nachkalibrierung verändert werden können.
Zur Verminderung des Rechen- und Speicheraufwandes und der Bildaufnahmezeit kann es weiterhin vorteilhaft sein, alle Zeilen in der gleichen Richtung abzutasten, d.h. daß bei einem Rasterbild bei der Rückkehr zum Zeilenanfang nicht abgetastet wird. Andererseits kann es aber auch von Vorteil sein, während des Vor- und Rücklaufs dieses Verfahren zu nutzen, um den apparativen und Kalibieraufwand für ein pixelgenaues Zusammenpassen von Vor- und Rückbild gering zu halten.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich prinzipiell mit analogen Mitteln realisieren. Vorzugsweise wird es jedoch in einem getakteten System ausgeführt, bei dem die Ansteuerung der Abtastbewegung und das Auslesen der Pixel jeweils taktweise in Abstimmung mit einem Systemtakt erfolgt. Hier- für geeignete Taktgeber sind dem Fachmann bekannt und bedürfen daher keiner näheren Erläuterung. Dazu wird die Ab- tastbewegung mit einem Ansteuertakt angesteuert, dessen Zeitdauer ein ganzzahliges Vielfaches einer Systemtakteinheit ist. Auch die konstante Zeitdauer der Ausleseintervalle ist wiederum ein ganzzahliges Vielfaches der System- takteinheit. Hingegen ist die Zeitdauer der Verzögerungsin- tervalle, die von der ermittelten Abweichung abhängt, ein pixelvariables, ganzzahliges Vielfaches der Systemtakteinheit. Aus systembezogenen Gründen werden in dieser Anmeldung auch Verzögerungsintervalle berücksichtigt, deren Zeitdauer Null beträgt, so daß in diesem Fall praktisch zwei Ausleseintervalle unmittelbar aneinander anschließen. Im übrigen wird mit Beendigung eines Verzögerungsinterval- les unmittelbar anschließend das Ausleseintervall eines nachfolgenden Pixels gestartet. Da die Zeitdauer der Ausle- seintervalle kürzer ist, als die Zeitdauer der Ansteuertakte der Abtastbewegung, können auch Situationen ausgeglichen werden, in denen die tatsächliche Abtastbewegung der Soll- Abtastbewegung voreilt. Bleibt hingegen die tatsächliche Abtastbewegung hinter der Soll-Abtastbewegung zurück, so wird ein Verzögerungsintervall geeigneter Dauer, hier als Vielfaches einer Systemtakteinheit zwischengeschaltet, bevor das nächste Ausleseintervall beginnt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Zeitdauer des längsten, nachschaltbaren Verzögerungsintervalls doppelt so groß, wie die Differenz der Zeitdauer aus dem Ansteuertakt und dem Ausleseintervall . Dieser Fall ist einer Situation angemessen, in der die Vorschubgeschwindigkeit des Laserstrahles in einem begrenzten Geschwindigkeitsintervall um die mittlere Vorschubgeschwindigkeit herum liegt. Bei einem zeilenweisen Auslesen der Pixel ist es vorteilhaft, als Soll-Abtastbewegung in Zeilenrichtung eine lineare Weg/Zeit-Funktion vorzugeben. In diesem Fall kann dann sinnvollerweise über die gesamte Zeile mit einem Ausleseintervall konstanter Zeitdauer gearbeitet werden.
Die vorstehend erläuterte Verfahrensweise eignet sich insbesondere für eine Scan-Einrichtung, bei dem der elektroma- gnetische Strahl mittels eines schwenkbaren, angetriebenen Ablenkspiegels über eine Zeile des Substrates geführt wird. Hierdurch läßt sich eine in Zeilenrichtung hohe Abtastgeschwindigkeit verwirklichen. Da bei dem vorstehend erläuterten Verfahren die Bildqualität stark von dem Kalibrier- Vorgang abhängt, ist es wichtig, ein möglichst gut geeignetes Referenzsubstrat zur Feststellung der systematischen Abweichungen zwischen der Soll-Abtastbewegung und einer tatsächlich ausgeführten Abtastbewegung zu verwenden. Vorzugsweise wird daher in dem Kalibriervorgang beispielsweise mit einem optischen Gitter als Referenzsubstrat gearbeitet.
Die Weiterschaltung zwischen den einzelnen Zeilen des Substrates erfolgt beispielsweise über einen zusätzlichen schwenkbaren Ablenkspiegel oder auch über einen Linearvor- schub, durch den eine Bewegung des Substrates quer zur Zeilenrichtung erhalten wird. Neben einer Schwankung der Quer- Vorschubgeschwindigkeit in der Hauptbewegungsrichtung, die hier nicht betrachtet werden soll, können während des Quer- Vorschubs auch Schwankungen in Längsrichtung der Zeilen auftreten, d.h. daß die Abtastbewegung in Querrichtung zu den Zeilen gewissermaßen schlangenförmig ausgeführt wird. Diese ebenfalls systematischen Fehler machen sich in dem erhaltenen Bild als wellenartige Verzerrungen bemerkbar.
Eine Verminderung dieses Verzerrungseffektes kann in fol- gender Weise erreicht werden. Das Substrat wird Zeile für Zeile abgetastet, wobei jede Zeile eine Vielzahl von Pixeln umfaßt und die Abtastbewegung eine Bewegungskomponente in Zeilenrichtung und eine Bewegungskomponente quer zur Zeilenrichtung aufweist. In dem Kalibriervorgang wird für je- des erste Pixel einer Zeile die systematische Abweichung der Querbewegung in Zeilenrichtung zwischen der Soll- Abtastbewegung und der an dem Referenzsubstrat ausgeführten tatsächlichen Abtastbewegung ermittelt. In Abhängigkeit der Abweichung wird ein vorgeschaltetes Verzögerungsinterval1 mit positiver oder negativer Zeitdauer bestimmt, um den der Beginn des Ausleseintervalls zum Ausgleich der Abweichung zu verlagern ist und die Information über das vorzuschaltende Verzögerungsintervall für jede Zeile abgespeichert. In dem Analysevorgang wird für jedes erste Pixel einer Zei- le auf die für die betreffende Zeile abgespeicherte Information über das vorzuschaltende Verzögerungsintervall zurückgegriffen und der Beginn des Ausleseintervalls des ersten Pixels der Zeile um das Verzögerungsintervall zeitlich verlegt .
Auf diese Art und Weise kann sichergestellt werden, daß in jeder Zeile mit dem Auslesen des ersten Pixels genau dann begonnen wird, wenn sich der Lichtfleck des abtastenden Strahls auch tatsächlich über dem korrekten Abtastort an dem Substrat befindet. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dieses Verfahrens werden auch die Informationen zu den vorgeschalteten Verzögerungsintervallen individuell in Zuordnung zu der Zeilenadresse in dem Kalibriervorgang abgespeichert, so daß in dem späteren Analysevorgang jeweils für das erste Pixel einer Zeile auf das zugehörige, vorzuschaltende Verzδge- rungsintervall ohne weitere Rechenoperationen zurückgegriffen werden kann. Da bei einem zeilenweisen Abtasten während der Zeilenumkehr und des Rücklaufs des Abtaststrahls zu ei- nem Zeilenanfang nicht abgetastet wird, kann mit jeder abzutastenden Zeile das Fortschreiten der Ausleseintervalle neu begonnen werden. Es ist daher möglich, mit dem vorzuschaltenden Verzögerungsintervall nicht nur eine zeitliche Verzögerung im strengen Sinn vorzunehmen, sondern auch sol- ehe zuzulassen, die eine negative Zeitdauer besitzen, d.h. eine Vorverlegung des Beginns des Ausleseintervalls eines ersten Pixels erlauben.
Vorzugsweise wird als Soll-Abtastbewegung in Richtung quer zu den Zeilen eine lineare Weg/Zeit-Funktion vorgegeben.
Insbesondere bei einer Durchführung des Verfahrens im Zusammenhang mit einer Scan-Einrichtung erfolgt die Relativbewegung zwischen dem Substrat und dem Laserstrahl in Rich- tung quer zu den Zeilen bevorzugt dadurch, daß das Substrat in einer kontinuierlichen Bewegung unter dem elektromagnetischen Strahl hindurch bewegt wird. Da die Bewegungsgeschwindigkeiten hier erheblich geringer sind, als bei einer Abtastung in Zeilenrichtung, kann dazu beispielsweise ein verfahrbarer Tisch verwendet werden. Die Implementierung des vorstehenden Verfahrens einschließlich seiner Ausführungsvarianten erfolgt bevorzugt in einer herkömmlichen Scan-Einrichtung, bei der die Einrichtungen zur Ansteuerung der Abtastbewegung unverändert bleiben kön- nen. Erfindungsgemäß ergibt sich damit eine Scan- Einrichtung, umfassend eine Laserquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls, Ablenkeinrichtungen zur Ausrichtung des Laserstrahls auf einen Abschnitt eines zu untersuchenden Substrates, wobei die Ablenkeinrichtung einen schwenkbaren Ab- lenkspiegel aufweist, um den Laserstrahl über das Substrat entlang einer Abtastlinie zu verschwenken, einen Tisch zum Halten des Substrates, der in Querrichtung zu der Abtastli- nie verschiebbar ist, eine Detektionseinrichtung zum pixel- weisen Auslesen des Substrates durch Aufnahme des von dem Untersuchungsabschnitt beeinflußten Lichtes, Ansteuerein- richtungen für den schwenkbaren Ablenkspiegel und den Tisch zur Generierung einer Abtastbewegung des Laserstrahls relativ zu dem Substrat, eine Ansteuereinrichtung für die Detektionseinrichtung zur Bestimmung des Beginns von Ausle- seintervallen für die Pixel, und weiterhin eine Verzögerungsintervallgenerator vorgesehen ist, zur Generierung von Verzögerungsintervallen, deren Dauer in Abhängigkeit von Abweichungen zwischen einer Soll-Abtastbewegung und einer tatsächlichen Abtastbewegung entspricht und mit denen die Ausleseintervalle zeitlich verschiebbar sind. Mit einer derartigen Scan-Einrichtung werden bereits unmittelbar nach dem Abscannen des Substrates Bilder mit sehr geringen Verzerrungen erhalten, die keiner weiteren Nachbearbeitung bedürfen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiels dargestellt. Die Zeichnung zeigt in:
Fig.l eine Scan-Einrichtung in schematischer Darstellung, mit dem sich ein Verfahren zur elektronischen Bildentzerrung durchführen läßt, Fig.2(a,b) zwei Diagramme zur Darstellung des Weg/Zeit- Verlaufes einer Soll-Abtastbewegung und einer tatsächlichen Abtastbewegung, wobei hier lediglich die Bewegungskomponente in Zeilenrichtung dargestellt ist, Fig.3(a,b,c) ein Referenzsubstrat mit einer geraden Refe- renzlinie quer zur Zeilenrichtung sowie das infolge von systematischen Fehlern erhaltene Abbild dieser Referenzlinie im Vergleich zu dem Soll-Bild des Referenzsubstrates und das Abbild der Referenzlinie nach der Bildent- zerrung,
Fig.4(a bis e) Verlaufsdiagramme zur Veranschaulichung der Ansteuerung der Abtastbewegung und der Ansteuerung der Ausleseintervalle, und in Fig.5 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Abtastbewegung über dem Substrat in den Koordinaten des Substrates .
Fig.l zeigt eine Scan-Einrichtung 1, mit dem ein Substrat 2 mittels eines Laserstrahls pixelweise abgetastet werden kann. Dazu umfaßt die Scan-Einrichtung 1 einen Laser 3 als
Strahlungsquelle, dessen Licht über Ablenkeinrichtungen auf einen punktförmigen Abschnitt des Substrates 2 gerichtet werden kann. Das von dem punktförmigen Abschnitt beeinflußte Licht wird von einer Detektionseinrichtung 4, beispielsweise einem Photomultiplier erfaßt und dort Pixel für Pixel ausgelesen.
Zur Abtastung des Substrates 2 ist eine der Ablenkeinrichtungen als schwenkbarer Ablenkspiegel 5 ausgebildet, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Schwingspie- gel eines Galvanometers ist. Durch ein Hin- und Herschwenken des Spiegels um eine Drehachse wird der Laserstrahl in einer geradlinigen Bewegung über das Substrat derart geführt, daß damit eine ganze Zeile überstrichen wird.
Wie Fig.l weiter zu entnehmen ist, umfaßt die Scan- Einrichtung 1 einen Tisch 6, auf dem das Substrat 2 aufgespannt ist. Dieser Tisch 6 ist über geeignete Antriebsmittel quer zu der durch den Ablenkspiegel 5 verursachten geradlinigen Abtastbewegung des Laserstrahls verfahrbar. Der Vorschub des Tisches 6 dient dazu, die Bewegungskomponente der Abtastbewegung quer zu der Zeilenrichtung zu erzeugen.
In Zusammenwirkung des Ablenkspiegels 5 und des Tisches 6 kann damit eine zeilenweise Abtastbewegung verwirklicht werden, die in bezug auf die Koordinaten des Substrates 2 in Fig.5 dargestellt ist. Das Substrat 2 ist dabei in stark vereinfachter Form mit einer lediglich sehr geringen Anzahl von horizontalen Zeilen und in diesen angeordneten Pixeln dargestellt. Üblicherweise liegen die Kantenlängen der Pi- xel in der Größenordnung von einigen Mikrometern, wobei je Zeile mehrere tausend Pixel, beispielsweise 6000 Pixel und weiterhin Zeilen in entsprechender Anzahl vorgesehen sind. Zur Veranschaulichung ist dabei ein Pixel dargestellt, das mit dem Bezugszeichen 7 versehen ist. Mit dem Bezugszeichen 8 ist der Verlauf des Mittelpunktes eines abtastenden Lichtflecks 9 bezeichnet, der aus der Hin- und Herschwenkbewegung des Ablenkspiegels 5 und einer kontinuierlichen Vorschubbewegung des Tisches 6 mit dem Substrat 2 resultiert. Durch die Umkehrung der Bewegungsrichtung des Ablenkspiegels 5 ergeben sich insbesondere an den Zeilenum- kehrbereiche 10 starke Veränderungen der Geschwindigkeit in Zeilenrichtung. Für eine möglichst gleichförmige Abtastung ist jedoch eine weitgehend gleichbleibende Abtastgeschwindigkeit auch in Zeilenrichtung von Interesse, so daß die Umlenkpunkte 10 außerhalb des abzutastenden Bereiches ge- legt werden und die Abtastung im wesentlichen im Linearge- schwindigkeitsbereich der Bewegung des Ablenkspiegels 5 erfolgt .
Dieser in Fig.5 dargestellten, idealisierten Soll- Abtastbewegung 8 sind jedoch in der Praxis stets systematische Fehler überlagert, die sich lediglich bis zu einer reproduzierbaren Restfehler durch eine Kalibrierung des Ablenkspiegels 5 und des Tisches 6 ausgleichen lassen, so daß eine tatsächliche Abtastbewegung von der in Fig.5 darge- stellten Soll-Abtastbewegung abweicht.
Die Scan-Einrichtung 1 umfaßt weiterhin ein Ansteuersystem 11 (vgl. Fig.l), das über geeignete Ansteuerungsmodule 12 und 13 zur Ansteuerung des Ablenkspiegels 5 und des Tisches 6 verfügt, um die in Fig.5 dargestellte Soll-Abtastbewegung 8 möglichst genau umzusetzen. Das Ansteuersystem 11 umfaßt weiterhin eine Ansteuereinrichtung für den Photomultiplier, mit dem die von der Detektionseinrichtung 4 erfaßten Bildinformationen ausgelesen werden können. Um eine Zuordnung der ausgelesenen Bildinformationen zu geometrischen Orten an dem Substrat 2 zu gewährleisten, ist die Ansteuereinrichtung des Photomultipliers mit den Ansteuereinrichtungen 12 und 13 für die Soll-Abtastbewegung verknüpft, indem diese in Abhängigkeit der Taktsignale eines ebenfalls in dem Ansteuersystem 11 vorgesehenen Systemtaktgebers 15 betrie- ben werden. Über diese taktweise Verknüpfung wird allerdings lediglich eine Koppelung der Photomultiplier- Ansteuerung mit der Sollbewegung erhalten. Die über mehrere Systemeinzeltakte ausgelesenen Bildinformationen, die über Ausleseintervall konstanter Zeitdauer akkumuliert werden, können damit allerdings nur einem Wegabschnitt und damit einem geometrischen Ort an dem Substrat zugeordnet werden, der aus der Soll-Abtastbewegung abgeleitet wird. Diesem Ort ist wiederum ein Pixel zugeordnet, dem die ermittelten Bildinformationen des Ausleseintervalls zugeordnet und in ei- nem Bilddatenspeicher 16 des Ansteuersystems 11 abgespeichert werden.
Die tatsächliche Abtastbewegung stimmt jedoch mitunter nicht mit der Soll-Abtastbewegung überein, so daß die be- reits eingangs erläuterten Zuordnungsfehler bzw. Überspre- cheffekte auftreten können. Zur Vermeidung dieser Effekte, welche die Bildqualität beeinträchtigen, wird die Abweichung der Bewegungskomponente in Zeilenrichtung, welche aus systematischen Bewegungsfehlern des Ablenkspiegels 5 resul- tieren, in der nachfolgenden Art und Weise ausgeglichen. Fig.2(a) zeigt hierzu das Weg/Zeit-Diagramm für die Bewegungskomponente in Zeilenrichtung, die entsprechend der Soll-Bewegung 17 ausgeführt werden soll. In der Praxis stellt sich jedoch in der Regel eine davon abweichende Kurve 18 ein. Die für konstante Zeitabstände Δt herausgegriffenen Wegdifferenzen Δx zeigen, daß der abtastende Licht- fleck während eines solchen Zeitintervalls einmal einen kleineren und einmal einen größeren Weg überstreicht. Würde man jedem konstanten Zeitintervall Δt ein Pixel der entsprechend theoretischen und damit konstanten Weglänge Δx zuordnen, so wären die tatsächlich erhaltenen Bildinformationen mit der Unregelmäßigkeit der nichtkonstanten Wegabstände Δx in Fig.2(a) verzerrt. Fig.2(b) zeigt das Diagramm aus Fig.2(a), das an der Winkelhalbierenden gespiegelt wurde. Geht man in Umkehrung der vorhergehenden Betrachtungsweise im Hinblick auf das Raster der Pixel von konstanten Wegabschnitten Δx aus, so ergeben sich für die tatsächliche Abtastbewegung 18" Zeitintervalle Δt ungleicher Länge. Zum korrekten Auslesen der Bildinformationen müßte daher für jedes Pixel die Länge des Ausleseintervalls individuell bestimmt werden, um die vorgenannten systematischen Fehler bei der Bewegung des Ablenkspiegels 5 zu kompensieren.
Hierzu wird zunächst die Dauer der Ausleseintervalle, die in Fig.4 mit R bezeichnet sind, zunächst etwas verkürzt, wobei die Dauer sämtlicher Ausleseintervalle weiterhin konstant bleibt. Jedoch folgen diese Ausleseintervalle nun nicht mehr unmittelbar aufeinander oder in fest vorgegebe- nen zeitlichen Abständen, sondern es werden zwischen diese Ausleseintervalle sogenannte Verzögerungsintervalle einge- fügt, in denen kein Auslesen stattfindet. Über die Länge der jeweiligen Verzögerungsintervalle, die in Abhängigkeit der Abweichung der Bewegung ermittelt wird, lassen sich der systematische Fehler der Bewegung des Ablenkspiegels sowie daraus resultierende Geschwindigkeitsschwankungen in Zeilenrichtung kompensieren.
Da mit dieser Vorgehensweise systematische Fehler ausgeglichen werden sollen, ist es ausreichend, die auftretenden Abweichungen zwischen einer Soll-Abtastbewegung und einer tatsächlich ausgeführten Abtastbewegung für die Bewegungs- komponente in Zeilenrichtung lediglich einmal in einem Kalibrierschritt aufzunehmen. Dies kann beispielsweise durch eine exakte Geschwindigkeitsmessung erfolgen. Vorzugsweise wird hier ein in seiner Geometrie bekannter Referenzkörper verwendet. Aus dem während des Kalibriervorgangs erhaltenen Bildes für eine Zeile werden dann die Abweichungen für die einzelnen Pixel ermittelt. Aus den Abweichungen können dann wiederum die für die einzelnen Pixel erforderlichen Verzö- gerungsintervalle bestimmt werden, mit denen nach einem Ausleseintervall gewartet werden muß, bis das nächste Ausleseintervall gestartet wird. Die entsprechenden Informationen über die Verzögerungsintervalle werden in einer in dem Ansteuersystem 11 vorhandenen Speichereinheit 19 abge- legt, so daß auf diese bei der Analyse eines zu untersuchenden Substrates 2 zurückgegriffen werden kann. Da sich der systematische Fehler Zeile für Zeile wiederholen wird, genügt es, in der Speichereinheit 19 lediglich die Informationen für eine Zeile abzulegen. Bei einem getakteten Sy- stem erfolgt dies vorzugsweise dadurch, daß jeder Adresse eines Pixel in einer Zeile ein Faktor zugeordnet wird, mit dem die Dauer des jeweiligen Verzögerungsintervalles als ganzzahliges Vielfaches von Systemtakteinheiten angegeben wird. Dabei ist auch die Abspeicherung eines Faktors „Null" zulässig.
Während der Abtastung eines zu untersuchenden Substrates wird nach jedem Ausleseintervall R in einem Verzögerungsintervallgenerator 20 die zu dem entsprechenden Pixel zugehörige Dauer des Verzögerungsintervalls bestimmt. Die Taktung soll nun anhand der Fig.4(a), Fig.4(b) in bezug auf den von dem Systemtaktgeber 15 erzeugten Systemtakt S und den Verlauf A der Ansteuerung der Abtastbewegung näher erläutert werden. Dabei wird hier beispielhaft davon ausgegangen, daß die Ansteuerung der Abtastbewegung, d.h. die Fort- Schaltung der Scannerkennlinie mit einem konstanten Taktabstand erfolgt, der hier dem 18-fachen einer Systemtakteinheit entspricht. Bei einem Systemtakt von beispielsweise 45 MHz ergibt sich für die Weiterschaltung eine Taktfrequenz von 2 , 5 MHz .
Die Ansteuerung der Ausleseintervalle erfolgt innerhalb des Systemtakts S, wobei allerdings das konstante Ausleseintervall R eine kürzere Zeitdauer besitzt, beispielsweise das 16-fache eines Systemeinzeltaktes, das damit kürzer ist, als die Dauer eines Abtasttaktes. Die zwischen die einzelnen Ausleseintervalle R eingegliederten Verzδgerungsinter- valle sind mit dem Zeichen Dn bezeichnet, wobei n hier die Nummer des jeweiligen Pixels in einer Zeile kennzeichnet.
Eilt der abtastende Lichtfleck in Richtung einer Zeile seiner eigentlichen Sollposition vor, so wird, wie dies in Fig.4(a) dargestellt ist, der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausleseintervallen R durch kurze Verzögerungsintervalle D bzw. D3 ausgeglichen, wobei im letzteren Fall aufgrund der zugehörigen Zeitdauer „null" an ein Aus- leseintervall R unmittelbar das nächste Ausleseintervall anschließt. Ist hingegen die Abtastgeschwindigkeit in Zeilenrichtung gegenüber der Soll-Abtastbewegung verzögert, so muß, wie in Fig.4(b) gezeigt, mit dem Beginn des Auslesens der Bildinformationen etwas länger gewartet werden, bis der abtastende Lichtfleck den geometrischen Ort des nächsten Pixels auch tatsächlich erreicht hat. Dazu werden, die Verzögerungsintervalle entsprechend Dn verlängert.
Neben Schwankungen der Abtastgeschwindigkeit in Zeilenrich- tung, die aus der Bewegung des Ablenkspiegels 5 resultieren, können weiterhin Abweichungen in Zeilenrichtung auftreten, die aus systematischen Schwankungen des Tisches quer zu seiner Vorschubbewegung resultieren. Ursache hierfür sind beispielsweise geometrische Unregelmäßigkeiten an den Linearführungseinrichtungen des Tisches 6. Bei einem zeilenweisen Auslesen der Bildinformationen machen sich diese Schwankungen durch einen Versatz der Zeilen zueinander bewegbar, wie dies anhand von Fig.3(a) bis Fig.3(c) zu erkennen ist. Fig.3(a) zeigt dabei ein Referenzsubstrat S0 mit einer geraden Referenzlinie L0, die quer zu der Zeilenrichtung verläuft bei unverzerrter Abbildung. Infolge der Schwankungen des Tischvorschubes ergibt sich nach dem Ab- scannen des Referenzsubstrates S0 eine schlangenförmige Bildlinie L0 ' , die in Fig.3(b) bei absolut fehlerfreier Ab- bildung der dargestellten Bildreferenzlinie L0 entsprechen müßte. Aus den Wegabweichungen Δx0 kann für jede Zeile ein Korrekturwert in einem Kalibriervorgang experimentell ermittelt werden, aus dem sich dann wiederum ein Verzögerungsintervall Do ableiten läßt, um das der Beginn des Ausleseintervalls des ersten Pixels einer jeden Zeile zu verschieben ist, infolgedessen sich ein Bild entsprechend Fig. 3c ergibt. Die Informationen über diese Verzögerungsintervalle werden wiederum in der Speichereinrichtung 19 abgespeichert und stehen damit für spätere AnalyseVorgänge zur Abtastung von zu untersuchenden Substraten zur Verfü- gung. Die Speichereinheit 19 ist dabei solchermaßen ausgebildet, daß bei Bedarf eine Nachkalibrierung vorgenommen werden kann, indem die zu den einzelnen Pixeln einer Zeile bzw. zu den einzelnen Zeilen abgespeicherten Informationen hinsichtlich der Verzögerungsintervalle überschrieben wer- den können.
Die Auswirkungen dieser Nullpunktkorrektur der Bewegungs- komponente quer zu den Zeilen soll nun kurz anhand der Fig.4(c) und Fig.4(d) anhand der Kennlinien Pc und Pd für die Pixelauslesung dargestellt werden. In beiden Fällen wird davon ausgegangen, daß bereits eine Geschwindigkeits- korrektur in Zeilenrichtung entsprechend Fig.4(a) vorgenommen wurde. Vollführt der Substrattisch 6 in Fig.3 eine abweichende Bewegung in Richtung der Zeilenabtastung, so wür- de der zu untersuchende Lichtfleck örtlich vor dem eigentlichen Zeilenbeginn auf das Substrat auftreffen. Dies wird in Fig.4(c) durch ein dem ersten Ausleseintervall R einer Zeile vorgeschaltetes Verzögerungsintervall D0 ausgeglichen. Im umgekehrten Fall, der in Fig.4(d) dargestellt ist, wird dem Verzögerungsintervall gewissermaßen eine negative
Zeitdauer zugemessen, die eine Vorverlegung des Beginns des ersten Ausleseintervalls bedeutet. Aus einem Vergleich der Kennlinien Pn in den Fig.4(c) und Fig.4(d) einerseits und Fig.4(a) andererseits ist zu erkennen, daß sich der Zeilenversatz zu Beginn einer Zeile über die gesamte Zeile fort- setzt, so daß allein mit dem vorgeschalteten Verzögerungs- Intervall D0, das für jede Zeile individuell bestimmt wird, ein Versatz der gesamten Zeile auskorrigiert werden kann.
Die beiden vorstehend erläuterten Verfahren lassen sich prinzipiell unabhängig zur Verbesserung der Bildqualität einsetzen. Jedoch werden die besten Resultate der Bildentzerrung durch eine Kombination der beiden Vorgehensweisen erzielt .
Bezugszeichenliste
1 Scan-Einrichtung
2 Substrat
3 Laserquelle
4 Photomultiplier
10 5 Ablenkspiegel
6 Tisch
7 Pixel
8 Verlauf des Mitt abtastenden Lichtfleckes
15 9 Lichtfleck
10 Zeilenumkehrbereich
11 Ansteuersystem
12 Ansteuereinrichtung für Tisch 6
13 Ansteuereinrichtung für 20 Ablenkspiegel 5
14 Photomultiplieransteuerung
15 Systemtaktgeber
16 Bilddatenspeicher 17, 17' Soll-Abtastbewegung 18, 18' tatsächliche Abtastbewegung
19 Speichereinheit
20 Verzögerungsintervallgenerator 5
A Ansteuertaktung
S Systemtaktung
P Auslesetaktung
R, R' Ausleseintervalle
10 Dn Verzögerungsintervalle (n=0...N)
So Referenzsubstrat
L0 Referenzlinie an dem Referenz- substrat
L0', Lo' ' Bildlinien (vor und nach
15 Korrektur)
N Anzahl Pixel in einer Abtastperiode
20
25

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur elektronischen Bildentzerrung bei der pixelweisen Abtastung eines Substrates (2) mittels eines gebündelten elektromagnetischen Strahls, insbesondere eines Laserstrahls, bei dem die Pixel (7) jeweils in einem Ausleseintervall (R) mit einer konstant vorgegebenen Zeitdauer nacheinander ausgelesen werden, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kalibriervorgang die Ab- weichung zwischen einer Soll-Abtastbewegung (8) und einer ausgeführten tatsächlichen Abtastbewegung ermittelt wird, in Abhängigkeit der Abweichung für ein Pixel (7) ein Verzögerungsintervall (Dn) bestimmt wird, um den der Beginn des Ausleseintervalls (R) für dieses Pixel (7) oder das nachfolgende Pixel verzögert wird, die Information über das Verzögerungsintervall (Dn) abgespeichert wird, und in einem Analysevorgang zur Untersuchung des Substrates (2) für das Pixel (7) auf die abgespeicherte Information zurückgegriffen und das Verzö- gerungsintervall (Dn) vor oder nach dem Ausleseintervall (R) eingefügt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) zeilenweise abgetastet wird, wobei je- de Zeile aus einer Vielzahl von Pixeln (7) besteht, daß beim Kalibrieren für jedes Pixel (7) einer Zeile in Abhängigkeit der Abweichung ein nachzuschaltendes Verzögerungsintervall (Dn) ermittelt und die Informationen über die Verzögerungsintervalle (Dn) abgespeichert wer- den, und daß beim Analysevorgang für jedes Pixel (7) auf die Informationen zurückgegriffen und das für das jeweilige Pixel (7) aus den abgespeicherten Informationen erhaltene Verzögerungsintervall (Dn) , in dem selbst kein Auslesen stattfindet, nach dem Ausleseintervall (R) ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Kalibrieren die Informationen über das dem Pixel (7) zugehörige Verzögerungsintervall (Dn) für jedes Pixel (7) individuell in Zuordnung zu seiner Adresse in der Zeile abgespeichert wurde, und daß beim Analysevorgang für jedes Pixel (7) jeweils auf die Information mit der gleichen Adresse in der Zeile zurückgegriffen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zeilen des Substrats (2) in der gleichen Richtung abgetastet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Ansteuerung der Abtastbewegung und das Auslesen der Pixel (7) jeweils taktweise erfolgt, wobei die Abtastbewegung mit einem Abtasttakt angesteuert wird, dessen Zeitdauer ein ganzzahliges Vielfaches einer Systemtakteinheit beträgt, die kon- stante Zeitdauer der Ausleseintervalle (R) ein ganzzahliges Vielfaches der Systemtakteinheit beträgt und die Zeitdauer der Verzögerungsintervalle (Dn) ein variables, ganzzahliges Vielfaches der Systemtakteinheit oder Null ist, daß die Dauer des Ausleseintervalls (R) kürzer ist als die Zeitdauer des Abtasttaktes, und daß mit Beendigung eines Verzögerungsintervalls (Dn) unmit- telbar anschließend das Ausleseintervall (R) eines Pixels (7) gestartet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer des längsten, nachschaltbaren Verzöge- rungsintervalles (Dn) doppelt so groß ist, wie die Differenz der Zeitdauer aus dem Ansteuertakt und dem Ausleseintervall (R) .
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Soll-Abtastbewegung in Zeilenrichtung eine lineare Weg/Zeit-Funktion vorgegeben wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere für eine Scan-Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Strahl mittels eines schwenkbaren, angetriebenen Ablenkspiegels (5) über eine Zeile des Substrates (2) geführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzsubstrat (S' ) ein optisches Gitter verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) Zeile für Zeile abgetastet wird, wobei jede Zeile eine Vielzahl von Pixeln (7) umfaßt und die Abtastbewegung eine Bewegungs- komponente in Zeilenrichtung und eine Bewegungskompo- nente quer zur Zeilenrichtung aufweist, daß in der Kalibriervorgang für jedes erste Pixel (7) einer Zeile die Abweichung der Querbewegungskomponente in Zeilenrichtung zwischen der Soll-Abtastbewegung und der an dem Referenzsubstrat (S0) ausgeführten tatsächlichen Abtastbewegung ermittelt wird, in Abhängigkeit der Ab- weichung ein vorgeschaltetes Verzögerungsintervall (D0) mit positiver oder negativer Zeitdauer bestimmt wird, um das der Beginn des Ausleseintervalls (R) zum Ausgleich der Abweichung zu verlagern ist, die Information über das vorzuschaltende Verzögerungsinterval1 (D0) für jede Zeile abgespeichert wird, beim Analysevorgang für jedes erste Pixel einer Zeile auf die für die betreffende Zeile abgespeicherte Information über das vorzuschaltende Verzögerungsinterval1 (D0) zurückgegriffen wird und der Beginn des Ausleseintervalls (R) des er- sten Pixels (7) der Zeile um das Verzögerungsintervall (D0) zeitlich verlegt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer des vorgeschalteten Verzögerungsinter- valls (D0) als Vielfaches von Systemtakteinheiten definiert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Soll-Querbewegungskomponente eine li- neare Weg/Zeit-Funktion vorgegeben wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, insbesondere für eine Scan-Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) in Richtung quer zu den Zeilen in einer kontinuierlichen Bewegung unter dem elektromagnetischen Strahl hindurchbewegt wird.
4. Scan-Einrichtung zur pixelweisen Abtastung eines Substrates nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend - eine Laserquelle (3) zur Erzeugung eines Laserstrahls,
- Ablenkeinrichtungen zur Ausrichtung des Laserstrahls auf einen Abschnitt eines zu untersuchenden Substrates (2) , wobei die Ablenkeinrichtungen einen schwenkbaren Ablenkspiegel (5) aufweisen, um den Laserstrahl über das Substrat (2) zu verschwenken,
- einen Tisch (6) zum Halten des Substrates (2) , der in Querrichtung zu der Abtastlinie verschiebbar ist,
- eine Detektionseinrichtung (4) zum pixelweisen Ausle- sen des Substrates (2) durch Aufnahme des von dem untersuchten Substratbereich beeinflußten Lichtes,
- Ansteuereinrichtungen (12, 13) für den schwenkbaren Ablenkspiegel (5) und den Tisch (6) zur Generierung einer Abtastbewegung des Laserstrahls relativ zu dem Sub- strat (2) ,
- eine Ansteuereinrichtung (14) für die Detektionseinrichtung (4) zur Bestimmung des Beginns von Ausleseintervallen (R) für die Pixel (7) , und
- einen Verzögerungsintervallgenerator (20) zur Gene- rierung von Verzögerungsintervallen (D0, Dn) , deren
Dauer in Abhängigkeit von Abweichungen zwischen einer Soll-Abtastbewegung und einer tatsächlichen Abtastbewegung entspricht und mit denen die Ausleseintervalle (R) zeitlich verschiebbar sind.
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