WO2011138055A1 - Method for determining the topography of a surface of an object - Google Patents

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WO2011138055A1
WO2011138055A1 PCT/EP2011/002309 EP2011002309W WO2011138055A1 WO 2011138055 A1 WO2011138055 A1 WO 2011138055A1 EP 2011002309 W EP2011002309 W EP 2011002309W WO 2011138055 A1 WO2011138055 A1 WO 2011138055A1
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topography
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light beam
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PCT/EP2011/002309
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Irina Lazareva
Andreas Nutsch
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
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    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2518Projection by scanning of the object
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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    • G01N21/95Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501Semiconductor wafers

Definitions

  • the present invention relates to a method for the clear and reference-free determination of
  • Topography of an optical radiation-reflecting surface of an object in which a pattern with a collimated light beam is projected onto the surface and an intensity distribution of the light beam reflected by the surface is detected in a plane which is at a distance from the surface.
  • the determination of the surface topography of objects is mainly in technical areas
  • the flatness or structure of the surface plays an essential role for the application or for further processing steps.
  • Examples include the surfaces of wafers in semiconductor technology or the surface quality of a workpiece after polishing.
  • Topographies of reflective surfaces can be determined by means of plane wavefronts. For this purpose, the surface is illuminated with a flat wavefront. Deviations of the reflecting surface from an ideal plane are reflected in the reflection Wavefront introduced. The reflected wavefront is then analyzed for these changes.
  • the dashed line represents the reference surface 21, the oblique solid line shows an example of an uneven surface 20 of the object to be examined.
  • an incident light beam 22 of the light beam is shown, which, for example, corresponds to a reference point of the pattern.
  • the intensity distribution of the light beam is detected in the plane 24 indicated in the figure, which has a distance L from the surface.
  • the distance ⁇ d between the black and white points in the figure represents the deviation of the reflected light beam from the perpendicularly incident light beam in the detection plane.
  • the distance Ad corresponds to the distance of the imaged reference points 23, 25 in the two pictures.
  • the local inclination angle ⁇ of the surface of the object relative to the reference plane can then be determined:
  • Topography profile of the surface of the object can be calculated.
  • the implementation of this method is not free of problems.
  • the accuracy of the The topography is limited by the quality or evenness of the reference surface.
  • Figure lb illustrates a case in which the reference surface 21 a
  • FIG. 1c illustrates a case in which the reference and object surfaces have different distances from the detection plane, that is to say they lie at different levels in height. This leads to a different distance L for the two measurements.
  • the difference in the planes ⁇ L LL Ref changes the shift between the reference points in the images from the ideal case of Figure 1a to 5 Ref - This also leads to an error of 5 Ref / Ad in the calculation of the topography profile.
  • Another problem with using only an image of the intensity distribution of a light beam reflected at the surface of the object is that ambiguities may arise due to the large amount of information in the image.
  • FIG. 2 shows an example in which two different ones
  • the object of the present invention is to provide a method for determining the topography of a surface of an object, with which these problems are largely avoided, so that the
  • the collimated light beam is preferably directed at least approximately perpendicular to the surface.
  • the method is characterized in that at least a second image of the
  • Intensity distribution of the reflected light beam either in at least one further (second) distance from the surface, in particular by image acquisition in a further plane or by optical imaging of another plane having the second distance from the surface, or at least one
  • the accuracy of determining the topography of the surface also depends on the structure of the pattern used.
  • a dot screen is used as
  • Point grid serve as reference points, the relative shift in the at least two images is determined in order to calculate the topography of the surface.
  • Point grid serve as reference points, the relative shift in the at least two images is determined in order to calculate the topography of the surface.
  • the pattern will be there preferably generated via a structured mask, which is arranged in the beam path of the light beam.
  • the different distances for the detection of the intensity distribution of the light beam can, for example, mechanically by moving the object along the beam path or by moving the for the
  • Image capture unit used, for example, a CCD sensor or a camera set.
  • Focusing the camera lens are set. With the camera lens, a different plane is imaged on the image sensor at different focussing and thus the distance of the detection plane to the surface is changed. A different inclination of the surface can be achieved by gradually tilting the object.
  • an image without tilting d. H. in a plane parallel to the detection plane surface and the other image at a correspondingly inclined by a known angle surface.
  • both images can be detected at a slightly inclined surface, but with different angles of inclination. The procedure is not based on the capture of two
  • the proposed method is suitable for surface profiling of objects with reflective surfaces.
  • a reference surface as well as the lower adjustment requirements simplify the procedure and improve the accuracy of determining the topography.
  • all surfaces reflecting optical radiation such as, for example, semiconductor wafers, reflective metal surfaces or mirrors, can be measured.
  • the method is also suitable for the measurement of structured surfaces, such as.
  • Fig. 1 is a schematic representation of
  • FIG. 2 shows a further schematic representation of the conditions in the measurement according to the prior art
  • Fig. 3 shows an example of the conditions in the proposed method
  • Fig. 7 shows another example of the conditions in the proposed method.
  • two images of the intensity distribution of the light beam reflected at the object surface are recorded at a different distance L 1 # L 2 to the surface with a camera.
  • FIG. 3 shows the same situation with the two different surfaces 20a, 20b, as illustrated in connection with the prior art method in FIG.
  • Difference between the two images shows the direction of displacement of the respective reflected light beam or the corresponding reference point.
  • the points of the light beams or reference points in the detection plane are identical, as indicated in the uppermost dashed line of Figure 3.
  • these points are in the two images 27a, 27b of the two surfaces, which were recorded at the distance Li, these points are in the two images 27a, 27b of the two surfaces, which were recorded at the distance Li, these points are in the
  • the determination of the topography is unique by the capture of two images at different distances L.
  • a reference surface is not required.
  • the change of the distance L takes place here either by changing the focus of the camera lens or by changing the working distance, d. H. the distance between the surface and the camera lens or camera.
  • Tilting of the object or the surface of the object can be determined and eliminated.
  • Such unwanted tilting of the surface 20 of the object is indicated in FIG. 4a.
  • the object tilting is shown as a systematic shift of all points of the reflected light beams or of the projected pattern in the detection plane. This systematic shift can be in known Identify patterns and thus in determining the
  • FIG. 4 a shows the tilting or tilt angle a 'and the respectively measurable displacement of the reference points between the two images by Ad ' i, Ad ' 2 and Ad' 3 for the three light beams or reference points shown.
  • the topography profile can be calculated by the remaining shift of the reference points by the distances Adi, ⁇ d 2 and ⁇ d 3 , which is indicated in Figure 4b.
  • the calculation of the topography profile is done with the following equations
  • the angle between the vertically incident and the reflected light rays is calculated. This angle is twice the local tilt angle of the object surface a.
  • the determined local inclination angle ⁇ and the distance to the surface Li or L 2 and the distance between two adjacent light beams or reference points d Ze iie the topography profile h is calculated according to the above second equation.
  • the parameter Ad corresponds to the parameter Ad P i X also mentioned below. Both parameters differ only in their units (unit of Ad: meter, unit of Ad P i x : pixel).
  • the parameter r P i x - m transforms Ad P i x to Ad and back.
  • the larger the parameter Ad the smaller the relative error 5 P i x / Ad pi
  • the parameter r P i x - m represents the
  • Figure 6 shows schematically an example of an arrangement for carrying out the proposed Process.
  • the structure of a mask 2 is projected onto the surface of the object 11 with a light source 1, for example an LED or an LED array.
  • the light beam emitted by the light source 1 is collimated by a collimator mirror 4 and falls perpendicular to the surface of the object 11, which is fixed in a corresponding holder 5.
  • a beam splitter 3 the light beam reflected by the surface of the object 11 is directed onto a CCD camera 8, which has a camera lens 6.
  • the captured with the camera images are processed in a computer 10.
  • a suitable evaluation algorithm can be used, which on the one hand the
  • the computer is connected to a controller 9, which controls the motorized holder 7 for the camera lens 6 in this example.
  • Control takes place in such a way that, for a measurement of the surface of the object 11, the focus of the camera lens 6 is changed in order to capture at least two images at at least two different focus settings.
  • the two images are then evaluated with the respective parameters Li and L 2 known from the different focus settings and the local inclination angles of the surface are determined. Then a possible systematic tilt of the object surface from the data
  • Object holder 5 driven to move the sample along the light beam.
  • Such an arrangement can also be used in a second alternative method, in which the surface of the object is tilted stepwise, wherein at least two images at different angles of inclination, for example, inclination angle a x and inclination angle a 2 (where ⁇ or a 2 can also be 0) to be recorded.
  • the object holder 5 must allow a defined tilting of the object.
  • Such a stepwise tilting of the object holder 5 leads to a systematic displacement of the points of the light beams or the reference points in the detection plane. This shift in the two images is evaluated in the same way as when capturing the images with different ones
  • FIG. 7 shows schematically the conditions during the recording of the two images with the same distance Li but different tilting of the surface of the object.
  • Determination of the topography is - apart from the resolution of the camera used - only dependent on the quality of the optical components of the measuring arrangement and the accuracy of the determination of the instrumental parameters Li and L 2 or a x and a 2 .
  • the determination of the topography is more accurate, the greater the difference ⁇ L of the distances. Furthermore, errors caused by the quality of the optical components and the inaccuracy in the determination of the distances L, by two

Abstract

The invention relates to a method for the unambiguous and reference-free determination of the topography of a surface (20) of an object (11), wherein a pattern is projected onto the surface (20) by a collimated beam of light and an image (26) of an intensity distribution of the reflected pencil of rays is detected in a plane (24) which is arranged at a distance from the surface (20). The method is characterised in that at least one further image (27a, 27b) of the intensity distribution of the pencil of rays that is reflected by the surface (20) is detected at a second distance or at a changed angle of inclination of the surface (20) with respect to the plane (24). Then the topography of the surface (20) is calculated from the comparison of the two images (26, 27a, 27b) taking into consideration the different distances or angles of inclination. The method does not require a reference surface and the adjustment problems associated therewith and can be carried out quickly and at low cost.

Description

Verfahren zur Bestimmung der Topographie einer Oberfläche eines Objekts  Method for determining the topography of a surface of an object
Technisches Anwendungsgebiet Technical application
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur eindeutigen und referenzfreien Bestimmung der  The present invention relates to a method for the clear and reference-free determination of
Topographie einer optische Strahlung reflektierenden Oberfläche eines Objekts, bei dem ein Muster mit einem kollimierten Lichtbündel auf die Oberfläche projiziert und eine Intensitätsverteilung des von der Oberfläche reflektierten Lichtbündels in einer Ebene erfasst wird, die einen Abstand zur Oberfläche aufweist.  Topography of an optical radiation-reflecting surface of an object, in which a pattern with a collimated light beam is projected onto the surface and an intensity distribution of the light beam reflected by the surface is detected in a plane which is at a distance from the surface.
Die Bestimmung der Oberflächentopographie von Objekten ist vor allem in technischen Bereichen The determination of the surface topography of objects is mainly in technical areas
erforderlich, in denen die Oberflächenqualität, necessary in which the surface quality,
insbesondere die Planheit oder Struktur der Oberfläche, für die Anwendung oder für weitere Verarbeitungs- schritte eine wesentliche Rolle spielt. Beispiele hierfür sind die Oberflächen von Wafern in der Halb- leitertechnologie oder die Oberflächenqualität eines Werkstücks nach einer Politur. In particular, the flatness or structure of the surface plays an essential role for the application or for further processing steps. Examples include the surfaces of wafers in semiconductor technology or the surface quality of a workpiece after polishing.
Stand der Technik State of the art
Topographien von reflektierenden Oberflächen können mit Hilfe ebener Wellenfronten ermittelt werden. Hierzu wird die Oberfläche mit einer ebenen Wellenfront beleuchtet. Abweichungen der reflektierenden Oberfläche von einer idealen Ebene werden bei der Reflexion in die Wellenfront eingebracht. Die reflektierte Wellenfront wird dann hinsichtlich dieser Veränderungen analysiert. Topographies of reflective surfaces can be determined by means of plane wavefronts. For this purpose, the surface is illuminated with a flat wavefront. Deviations of the reflecting surface from an ideal plane are reflected in the reflection Wavefront introduced. The reflected wavefront is then analyzed for these changes.
Bei der sog. Makyoh Methode wird ein Bild der Intensitätsverteilung eines an der Oberfläche reflektierten parallelen Lichtbündels in einer Ebene erfasst, die einen Abstand zur Oberfläche aufweist . Aus dieser Intensitätsverteilung kann dann eine Abweichung der Oberflächentopographie von einer idealen Ebene bestimmt werden. Ein Beispiel für eine derartige Technik zeigt F. Riesz „A quantitative approach to Makyoh (magic- mirror) topography", Journal of Crystal Growth 210 (2000), Seiten 370 - 374. Aus der US 6,545,764 Bl ist eine abgewandelteIn the so-called Makyoh method, an image of the intensity distribution of a parallel light beam reflected on the surface is detected in a plane which is at a distance from the surface. From this intensity distribution a deviation of the surface topography from an ideal plane can be determined. An example of such a technique is shown by F. Riesz "A quantitative approach to Makyoh (magic-mirror) topography", Journal of Crystal Growth 210 (2000), pages 370-374. US Pat. No. 6,545,764 B1 discloses a modified one
Technik zur Bestimmung der Topographie einer Oberfläche bekannt, bei der zwei Bilder der Intensitätsverteilung bei zwei unterschiedlichen Abständen zur Oberfläche erfasst und ausgewertet werden. Die Auswertung erfolgt hierbei durch ein aufwändiges iteratives Verfahren. Technique for determining the topography of a surface is known in which two images of the intensity distribution at two different distances from the surface are detected and evaluated. The evaluation is carried out by a complex iterative process.
Aus der DE 602 12 987 T2 ist ein weiteres Verfahren zur Bestimmung der Topographie einer Oberfläche eines Objekts bekannt. Bei dieser Technik wird mit Hilfe eines kollimierten Lichtbündels ein Muster auf die Oberfläche projiziert und die Intensitätsverteilung des an der Oberfläche reflektierten Lichtbündels in einem Abstand zur Oberfläche erfasst. Durch Einsatz einer flachen Referenzoberfläche an Stelle der Ober- fläche des Objekts wird ein weiteres Bild in gleicher Weise aufgezeichnet. Durch Vergleich der beiden Bilder kann dann anhand der Verzerrung des Musters die Oberflächentopographie des Objekts bestimmt werden. Dies wird anhand der Figur la veranschaulicht, die die From DE 602 12 987 T2 another method for determining the topography of a surface of an object is known. In this technique, a pattern is projected onto the surface by means of a collimated light beam and the intensity distribution of the light beam reflected at the surface is detected at a distance from the surface. By using a flat reference surface instead of the surface of the object, another image is recorded in the same way. By comparing the two images, the surface topography of the object can then be determined on the basis of the distortion of the pattern. This is illustrated by the figure la, which the
Oberfläche, die Referenzebene und den daraus Strahlenverlauf eines einzelnen Lichtstrahls bei der Reflexion zeigt. Die gestrichelte Linie stellt die Referenz- Oberfläche 21 dar, die schräge durchgezogene Linie zeigt exemplarisch eine unebene Oberfläche 20 des zu untersuchenden Objekts. In der Figur ist ein einfallender Lichtstrahl 22 des Lichtbündels dargestellt, der bspw. mit einem Referenzpunkt des Musters korrespon- diert . Nach der Reflexion an der Oberfläche wird die Intensitätsverteilung des Lichtbündels in der in der Figur angedeuteten Ebene 24 erfasst, die einen Abstand L von der Oberfläche aufweist. Der Abstand Äd zwischen dem schwarzen und weißen Punkt in der Figur stellt die Abweichung des reflektierten Lichtstrahls zum senkrecht einfallenden Lichtstrahl in der Erfassungsebene dar. Korrespondiert der betrachtete Lichtstrahl mit einem Referenzpunkt im Muster, so entspricht der Abstand Ad dem Abstand der abgebildeten Referenzpunkte 23, 25 in den beiden Bildern. Mit Hilfe des Abstandes L zwischen Oberfläche und Erfassungsebene kann dann der lokale Neigungswinkel α der Oberfläche des Objekts bezogen auf die Referenzebene ermittelt werden: Surface, the reference plane and the resulting beam path of a single light beam in the reflection shows. The dashed line represents the reference surface 21, the oblique solid line shows an example of an uneven surface 20 of the object to be examined. In the figure, an incident light beam 22 of the light beam is shown, which, for example, corresponds to a reference point of the pattern. After reflection at the surface, the intensity distribution of the light beam is detected in the plane 24 indicated in the figure, which has a distance L from the surface. The distance Δd between the black and white points in the figure represents the deviation of the reflected light beam from the perpendicularly incident light beam in the detection plane. If the viewed light beam corresponds to a reference point in the pattern, the distance Ad corresponds to the distance of the imaged reference points 23, 25 in the two pictures. With the aid of the distance L between the surface and the detection plane, the local inclination angle α of the surface of the object relative to the reference plane can then be determined:
Ad ad
tgla = .  tgla =.
L  L
Mit Hilfe dieser Gleichung kann dann das With the help of this equation can then
Topographieprofil der Oberfläche des Objekts berechnet werden . Topography profile of the surface of the object can be calculated.
Die Durchführung dieser Methode ist jedoch nicht frei von Problemen. So ist die Genauigkeit der Bestim- mung der Topographie durch die Qualität bzw. Ebenheit der Referenzoberfläche begrenzt. However, the implementation of this method is not free of problems. Thus, the accuracy of the The topography is limited by the quality or evenness of the reference surface.
Zur optimalen Darstellung der Bilder müssen auiSerdem die Oberfläche des Objekts und die Oberfläche des Referenzspiegels exakt senkrecht zum einfallenden Lichtbündel ausgerichtet werden. Bei der Justage entsteht jedoch häufig eine leichte Abweichung der Normalen der Referenz- und der Objektoberfläche zu den einfallenden Lichtstrahlen. Figur lb veranschaulicht einen Fall, in dem die Referenzoberfläche 21 eine For optimal representation of the images, the surface of the object and the surface of the reference mirror must also be aligned exactly perpendicular to the incident light bundle. During the adjustment, however, there is often a slight deviation of the normals of the reference surface and the object surface from the incident light rays. Figure lb illustrates a case in which the reference surface 21 a
Neigung von aRef *■ 0 aufweist . Die Verschiebung des Referenzpunktes zwischen den beiden Bildern ist daher um 5Ref kleiner oder größer als die, die im idealen Fall der Figur la dargestellt ist. Dies führt zu einem Inclination of a Ref * ■ 0 has. The shift of the reference point between the two images is therefore smaller or greater by 5 Ref than that shown in the ideal case of Figure la. This leads to a
Fehler von 5Ref/Äd bei der Berechnung des Topographie- profils . Error of 5 Ref / A when calculating the topography profile.
Für eine optimale Berechnung der Topographie müssen die Oberfläche des Objekts und die Referenz-For an optimal calculation of the topography, the surface of the object and the reference
Oberfläche auch in der gleichen Ebene liegen. Figur lc veranschaulicht einen Fall, in dem die Referenz- und Objektoberfläche unterschiedliche Abstände zur Erfassungsebene aufweisen, also auf in der Höhe unterschied- liehen Ebenen liegen. Dies führt zu einem unterschiedlichen Abstand L für die beiden Messungen. Die Differenz in den Ebenen ÄL=L-LRef ändert die Verschiebung zwischen den Referenzpunkten in den Bildern vom Ideal - fall der Figur la auf 5Ref- Dies führt ebenfalls zu einem Fehler von 5Ref/Ad bei der Berechnung des Topographieprofils . Ein weiteres Problem bei der Nutzung nur eines Bildes der Intensitätsverteilung eines an der Oberfläche des Objektes reflektierten Lichtbündels besteht darin, dass aufgrund der Vielzahl von Informationen in dem Bild Mehrdeutigkeiten entstehen können. Figur 2 zeigt ein Beispiel, bei dem zwei unterschiedliche Surface also lie in the same plane. FIG. 1c illustrates a case in which the reference and object surfaces have different distances from the detection plane, that is to say they lie at different levels in height. This leads to a different distance L for the two measurements. The difference in the planes ÄL = LL Ref changes the shift between the reference points in the images from the ideal case of Figure 1a to 5 Ref - This also leads to an error of 5 Ref / Ad in the calculation of the topography profile. Another problem with using only an image of the intensity distribution of a light beam reflected at the surface of the object is that ambiguities may arise due to the large amount of information in the image. FIG. 2 shows an example in which two different ones
Oberflächenprofile 20a, 20b sowie vier Lichtstrahlen 22, korrespondierend zu vier Referenzpunkten, gezeigt sind. Der obere Teil der Figur zeigt die Lage der abgebildeten Referenzpunkte 25 in dem erfassten Bild 26, das hier für beide Oberflächen bzgl . der Lage der vier Referenzpunkte identisch ist. Die beiden inneren Lichtstrahlen weichen bei dieser Konstellation jeweils so aus der Senkrechten ab, dass sie nach der Reflexion für beide Oberflächen 20a, 20b in dem gleichen Punkt der Erfassungsebene 24 zusammentreffen. Daher kann aus dem Bild die Neigung der Objektoberfläche falsch interpretiert und damit die Topographie falsch berechnet werden . Surface profiles 20a, 20b and four light beams 22, corresponding to four reference points, are shown. The upper part of the figure shows the position of the imaged reference points 25 in the captured image 26, which in terms of both surfaces with respect to. the location of the four reference points is identical. In this constellation, the two inner light beams each deviate from the vertical in such a way that they coincide after reflection for both surfaces 20a, 20b in the same point of the detection plane 24. Therefore, the inclination of the object surface can be misinterpreted from the image and thus the topography can be calculated incorrectly.
Sowohl eine unerwünschte Verkippung der Objekt- Oberfläche bzw. der Referenzoberfläche als auch eine unterschiedliche Höhe von Objekt- und Referenz- Oberfläche können zu Fehlern in der Berechnung des Topographieprofils führen. Weiterhin ist die Qualität der Referenzoberfläche bzw. des hierfür eingesetzten Spiegels ein limitierender Faktor hinsichtlich der Genauigkeit der Bestimmung der Topographie. Eine Both an undesirable tilting of the object surface or the reference surface and a different height of the object and reference surface can lead to errors in the calculation of the topography profile. Furthermore, the quality of the reference surface or of the mirror used for this purpose is a limiting factor with regard to the accuracy of the determination of the topography. A
Mehrdeutigkeit im Bild kann zu einer falschen Inter- pretation der Topographie führen. Diese Probleme können zum Teil bisher nur dadurch gelöst werden, dass eine ebene Referenzoberfläche mit möglichst geringen Ambiguity in the picture can lead to a misinterpretation of the topography. To some extent, these problems can only be solved by using a flat reference surface with as little as possible
Abweichungen von einer idealen Ebene eingesetzt und die Justage der Objektoberfläche und der Referenzoberfläche jeweils mit sehr hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Dies ist jedoch zeit- und kostenaufwendig. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Bestimmung der Topographie einer Oberfläche eines Objekts anzugeben, mit dem diese Probleme weitgehend vermieden werden, so dass die Deviations from an ideal level are used and the Adjustment of the object surface and the reference surface are each carried out with very high accuracy. However, this is time consuming and expensive. The object of the present invention is to provide a method for determining the topography of a surface of an object, with which these problems are largely avoided, so that the
Genauigkeit der Messung nicht mehr von der Oberflächen- qualität einer Referenzoberfläche und einer möglichst exakten Justage abhängt und Mehrdeutigkeiten bei der Auswertung vermieden werden. Accuracy of the measurement no longer depends on the surface quality of a reference surface and as exact as possible adjustment and ambiguity in the evaluation can be avoided.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden  The object is achieved by the method according to claim 1. Advantageous embodiments of the method are the subject of the dependent claims or can be the following
Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen. Description and the exemplary embodiments.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird mit einem kollimierten Lichtbündel ein Muster auf die zu In the proposed method, a pattern with a collimated light beam to the
vermessende Oberfläche des Objekts projiziert und eine Intensitätsverteilung bzw. ein Intensitätsprofil des an der Oberfläche reflektierten Lichtbündels in einer Ebene als Bild erfasst, die einen ersten Abstand zur Oberfläche aufweist. Das kollimierte Lichtbündel wird hierbei vorzugsweise zumindest annähernd senkrecht auf die Oberfläche gerichtet. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein zweites Bild der projecting surface of the object and an intensity distribution or an intensity profile of the light beam reflected at the surface is detected in a plane as an image having a first distance from the surface. The collimated light beam is preferably directed at least approximately perpendicular to the surface. The method is characterized in that at least a second image of the
Intensitätsverteilung des reflektierten Lichtbündels entweder in mindestens einem weiteren (zweiten) Abstand von der Oberfläche, insbesondere durch Bilderfassung in einer weiteren Ebene oder durch optische Abbildung einer weiteren Ebene, die den zweiten Abstand von der Oberfläche aufweist, oder bei mindestens einem Intensity distribution of the reflected light beam either in at least one further (second) distance from the surface, in particular by image acquisition in a further plane or by optical imaging of another plane having the second distance from the surface, or at least one
Neigungswinkel oder verändertem Neigungswinkel der Oberfläche zur Ebene erfasst wird und aus einem Angle of inclination or changed inclination angle of the surface to the plane is detected and from a
Vergleich der Bilder unter Berücksichtigung der Comparison of the pictures taking into account the
Abstände oder Neigungswinkel die Topographie der Distances or tilt angle the topography of the
Oberfläche bestimmt wird. Surface is determined.
Durch die Erfassung von mindestens zwei Bildern der Objektoberfläche in unterschiedlichen Abständen oder bei unterschiedlichen Neigungs- bzw. Verkippungs- winkeln der Oberfläche wird für die Bestimmung der Topographie keine Referenzoberfläche benötigt. Damit werden die Probleme der gegenseitigen Justage der beiden Oberflächen vermieden und die Genauigkeit bei der Bestimmung der Topographie der Objektoberfläche verbessert . Weiterhin ist durch diese mindestens zwei Bilder die eindeutige Berechnung der Topographie möglich. By acquiring at least two images of the object surface at different distances or at different inclination or tilting angles of the surface, no reference surface is needed for determining the topography. This avoids the problems of mutual adjustment of the two surfaces and improves the accuracy in determining the topography of the object surface. Furthermore, the clear calculation of the topography is possible by these at least two images.
Die Genauigkeit der Bestimmung der Topographie der Oberfläche hängt auch von der Struktur des eingesetzten Musters ab. Vorzugsweise wird ein Punktraster als The accuracy of determining the topography of the surface also depends on the structure of the pattern used. Preferably, a dot screen is used as
Muster verwendet, wobei die einzelnen Punkte des Pattern used, with the individual points of the
Punktrasters als Referenzpunkte dienen, deren relative Verschiebung in den mindestens zwei Bildern bestimmt wird, um daraus die Topographie der Oberfläche zu berechnen. Selbstverständlich lassen sich jedoch auch andere, insbesondere komplexere, Muster oder eine Point grid serve as reference points, the relative shift in the at least two images is determined in order to calculate the topography of the surface. Of course, however, other, in particular more complex, patterns or a
Kombination von Punkten und anderen geometrischen Combination of dots and other geometric
Formen als Muster einsetzen. Das Muster wird dabei vorzugsweise über eine strukturierte Maske erzeugt, die im Strahlengang des Lichtbündels angeordnet ist. Use shapes as a pattern. The pattern will be there preferably generated via a structured mask, which is arranged in the beam path of the light beam.
Die unterschiedlichen Abstände für die Erfassung der Intensitätsverteilung des Lichtbündels können bspw. mechanisch durch Verschieben des Objektes entlang des Strahlenganges oder durch Verschieben der für die The different distances for the detection of the intensity distribution of the light beam can, for example, mechanically by moving the object along the beam path or by moving the for the
Bilderfassung eingesetzten Bilderfassungseinheit, bspw. eines CCD-Sensors oder einer Kamera, eingestellt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird für die Bilderfassung eine Kamera mit einem Image capture unit used, for example, a CCD sensor or a camera set. In a further advantageous embodiment, a camera with a
Kameraobjektiv eingesetzt. In diesem Fall können die unterschiedlichen Abstände durch unterschiedliche Camera lens used. In this case, the different distances can be different
Fokussierung des Kameraobjektivs eingestellt werden. Durch das Kameraobjektiv wird bei unterschiedlicher Fokussierung jeweils eine andere Ebene auf dem Bildsensor abgebildet und somit der Abstand der Erfassungsebene zur Oberfläche verändert . Eine unterschiedliche Neigung der Oberfläche kann durch schrittweise Verkippung des Objektes erreicht werden. Hierbei kann bspw. ein Bild ohne Verkippung, d. h. bei einer zur Erfassungsebene parallelen Oberfläche und das weitere Bild bei einer entsprechend um einen bekannten Winkel geneigten Oberfläche erfolgen. Selbstverständlich können auch beide Bilder bei einer leicht geneigten Oberfläche, jedoch mit unterschiedlichen Neigungswinkeln, erfasst werden. Das Verfahren ist nicht auf die Erfassung von zweiFocusing the camera lens are set. With the camera lens, a different plane is imaged on the image sensor at different focussing and thus the distance of the detection plane to the surface is changed. A different inclination of the surface can be achieved by gradually tilting the object. Here, for example, an image without tilting, d. H. in a plane parallel to the detection plane surface and the other image at a correspondingly inclined by a known angle surface. Of course, both images can be detected at a slightly inclined surface, but with different angles of inclination. The procedure is not based on the capture of two
Bildern bei zwei Abständen bzw. zwei Neigungswinkeln beschränkt . Vielmehr können auch noch weitere Bilder bei weiteren Abständen oder Neigungswinkeln aufgezeichnet und für die Auswertung herangezogen werden. Restrict images at two distances or two tilt angles. Rather, you can also have more pictures recorded at further distances or angles of inclination and used for the evaluation.
Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich zur Ober- flächenprofübestinunung von Objekten mit reflektierenden Oberflächen. Durch den Verzicht auf den The proposed method is suitable for surface profiling of objects with reflective surfaces. By renouncing the
Einsatz einer Referenzoberfläche sowie die geringeren Justageanforderungen wird das Verfahren vereinfacht und die Genauigkeit der Bestimmung der Topographie verbes- sert . Hierbei können alle optische Strahlung reflektierenden Oberflächen wie bspw. Halbleiterscheiben, spiegelnde Metalloberflächen oder Spiegel vermessen werden. Das Verfahren eignet sich auch für die Vermessung von strukturierten Oberflächen, wie bspw. The use of a reference surface as well as the lower adjustment requirements simplify the procedure and improve the accuracy of determining the topography. In this case, all surfaces reflecting optical radiation, such as, for example, semiconductor wafers, reflective metal surfaces or mirrors, can be measured. The method is also suitable for the measurement of structured surfaces, such as.
Oberflächen von integrierten Schaltungen oder von MEMS- Bauteilen. Surfaces of integrated circuits or MEMS devices.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:  The proposed method will be explained in more detail using exemplary embodiments in conjunction with the drawings. Hereby show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Fig. 1 is a schematic representation of
Verhältnisse bei der Vermessung gemäß dem Stand der Technik;  Conditions in the measurement according to the prior art;
Fig. 2 eine weitere schematische Darstellung der Verhältnisse bei der Vermessung gemäß dem Stand der Technik;  FIG. 2 shows a further schematic representation of the conditions in the measurement according to the prior art; FIG.
Fig . 3 ein Beispiel für die Verhältnisse beim vorgeschlagenen Verfahren;  Fig. 3 shows an example of the conditions in the proposed method;
Fig. 4 ein weiteres Beispiel für die Verhältnisse beim vorgeschlagenen Verfahren; Fig. 5 ein weiteres Beispiel für die Verhältnisse beim vorgeschlagenen Verfahren;4 shows another example of the conditions in the proposed method; 5 shows another example of the conditions in the proposed method;
Fig. 6 eine beispielhafte Anordnung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens; und 6 shows an exemplary arrangement for carrying out the proposed method; and
Fig. 7 ein weiteres Beispiel für die Verhältnisse beim vorgeschlagenen Verfahren.  Fig. 7 shows another example of the conditions in the proposed method.
Wege zur Ausführung der Erfindung Ways to carry out the invention
Die bei dem bekannten Verfahren des Standes der Technik auftretenden Probleme wurden bereits anhand der Figuren 1 und 2 in der Beschreibungseinleitung näher erläutert, so dass auf diese Figuren hier nicht mehr näher eingegangen wird.  The problems occurring in the known method of the prior art have already been explained in more detail with reference to Figures 1 and 2 in the introduction to the description, so that these figures will not be discussed in more detail here.
In einer Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens werden zwei Bilder der Intensitätsverteilung des an der Objektoberfläche reflektierten Lichtbündels bei unterschiedlichem Abstand L1# L2 zur Oberfläche mit einer Kamera aufgezeichnet . Durch diese Technik wird die in Verbindung mit dem Verfahren des Standes der Technik in Figur 2 angedeutete Mehrdeutigkeit In one embodiment of the proposed method, two images of the intensity distribution of the light beam reflected at the object surface are recorded at a different distance L 1 # L 2 to the surface with a camera. By this technique, the ambiguity indicated in connection with the prior art method in FIG. 2 becomes
vermieden. Figur 3 zeigt hierzu die gleiche Situation mit den beiden unterschiedlichen Oberflächen 20a, 20b, wie sie in Verbindung mit dem Verfahren des Standes der Technik in Figur 2 dargestellt ist. Durch die Aufzeichnung von jeweils zwei Bildern der gleichen Oberfläche in unterschiedlichem Abstand Li , L2 kann jeder einzelne Lichtstrahl des Lichtbündels verfolgt werden, da dieavoided. FIG. 3 shows the same situation with the two different surfaces 20a, 20b, as illustrated in connection with the prior art method in FIG. By recording two images of the same surface at different distances Li, L 2 , each individual light beam of the light beam can be traced, as the
Differenz zwischen den beiden Bildern die Richtung der Verschiebung des jeweils reflektierten Lichtstrahls bzw. des korrespondierenden Referenzpunktes zeigt. In den aufgezeichneten Bildern 26 der beiden Oberflächen 20a, 20b bei dem Abstand L2 sind die Punkte der Lichtstrahlen bzw. Referenzpunkte in der Erfassungsebene identisch, wie dies in der obersten gestrichelten Linie der Figur 3 angedeutet ist. In den beiden Bildern 27a, 27b der beiden Oberflächen, die bei dem Abstand Li aufgezeichnet wurden, sind diese Punkte in der Difference between the two images shows the direction of displacement of the respective reflected light beam or the corresponding reference point. In The recorded images 26 of the two surfaces 20a, 20b at the distance L 2 , the points of the light beams or reference points in the detection plane are identical, as indicated in the uppermost dashed line of Figure 3. In the two images 27a, 27b of the two surfaces, which were recorded at the distance Li, these points are in the
Erfassungsebene getrennt. Dies ist durch die beiden darunter liegenden gestrichelten Linien angedeutet, die die beiden Bilder 27a, 27b beim Abstand Li repräsentieren. Damit ist durch die Erfassung von zwei Bildern bei jeweils unterschiedlichem Abstand L die Bestimmung der Topographie eindeutig. Eine Referenzoberfläche ist nicht erforderlich. Entry level separated. This is indicated by the two underlying dashed lines, which represent the two images 27a, 27b at the distance Li. Thus, the determination of the topography is unique by the capture of two images at different distances L. A reference surface is not required.
Die Änderung des Abstandes L erfolgt hierbei entweder über die Änderung des Fokus des Kameraobjektivs oder über die Änderung des Arbeitsabstandes, d. h. des Abstandes zwischen Oberfläche und Kamera- objektiv bzw. Kamera. The change of the distance L takes place here either by changing the focus of the camera lens or by changing the working distance, d. H. the distance between the surface and the camera lens or camera.
Bei der Verfahrensalternative, bei der die Bilder bei unterschiedlichem Abstand zur Objektoberfläche aufgezeichnet werden, kann auch eine unerwünschte In the process alternative, in which the images are recorded at different distances to the object surface, can also be an undesirable
Verkippung des Objekts bzw. der Oberfläche des Objekts ermittelt und herausgerechnet werden. Eine derartige unerwünschte Verkippung der Oberfläche 20 des Objekts ist in Figur 4a angedeutet . Beim Vergleich der beiden Bilder mit den verschiedenen Abständen Li bzw. L2 zeigt sich die Objektverkippung als systematische Verschiebung aller Punkte der reflektierten Lichtstrahlen bzw. des projizierten Musters in der Erfassungsebene. Diese systematische Verschiebung lässt sich bei bekanntem Muster ermitteln und damit bei der Bestimmung der Tilting of the object or the surface of the object can be determined and eliminated. Such unwanted tilting of the surface 20 of the object is indicated in FIG. 4a. When comparing the two images with the different distances Li and L 2 , the object tilting is shown as a systematic shift of all points of the reflected light beams or of the projected pattern in the detection plane. This systematic shift can be in known Identify patterns and thus in determining the
Topographie herausrechnen. Figur 4a zeigt hierzu den Verkippungs- bzw. Neigungswinkel a' sowie die jeweils messbare Verschiebung der Referenzpunkte zwischen den beiden Bildern um Ad' i , Ad'2 und Ad'3 für die drei gezeigten Lichtstrahlen bzw. Referenzpunkte. Der Outline topography. For this purpose, FIG. 4 a shows the tilting or tilt angle a 'and the respectively measurable displacement of the reference points between the two images by Ad ' i, Ad ' 2 and Ad' 3 for the three light beams or reference points shown. Of the
Abstand der Referenzpunkte wurde in dieser Figur mit dzeiie bezeichnet. Nach der Ermittlung der systematischen Verschiebung aller Punkte der reflektierten Lichtstrahlen bzw. Referenzpunkte in der Erfassungsebene und nach einer Korrektur der Daten um die Distance of the reference points was referred to in this figure with dzeiie. After determining the systematic shift of all points of the reflected light rays or reference points in the detection plane and after a correction of the data by the
Obj ektverkippung kann das Topographieprofil durch die verbleibende Verschiebung der Referenzpunkte um die Abstände Adi, Äd2 und Äd3 berechnet werden, die in Figur 4b angedeutet ist. Die Berechnung des Topographieprofils erfolgt mit folgenden Gleichungen Obj ectverkippung the topography profile can be calculated by the remaining shift of the reference points by the distances Adi, Äd 2 and Äd 3 , which is indicated in Figure 4b. The calculation of the topography profile is done with the following equations
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001
Diese Gleichungen können anhand der schematischen Darstellung der Figur 5 nachvollzogen werden. Hierbei stellt AL=L2-Lx und dZeiie den Abstand zwischen zwei nebeneinander liegenden einfallenden Lichtstrahlen bzw. Referenzpunkten dar. Aus der Verschiebung Äd der Punkte der Lichtstrahlen bzw. der Referenzpunkte in der These equations can be understood with reference to the schematic representation of FIG. Here, AL = L 2 -L x and d Ze ii e represent the distance between two adjacent incident light beams or reference points. From the shift Äd of the points of the light beams and the reference points in the
Erfassungsebene und der Differenz ÄL der unterschiedlichen Abstände der Erfassungsebene zur Oberfläche wird der Winkel zwischen den senkrecht einfallenden und den reflektierten Lichtstrahlen berechnet . Dieser Winkel ist doppelt so groß wie der lokale Neigungswinkel der Objektoberfläche a. Mit Hilfe des ermittelten lokalen Neigungswinkels α und dem Abstand zur Oberfläche Li bzw. L2 sowie dem Abstand zwischen zwei benachbarten Lichtstrahlen bzw. Referenzpunkten dZeiie wird gemäß der obigen zweiten Gleichung das Topographieprofil h berechnet . Detection plane and the difference ÄL of the different distances of the detection plane to the surface, the angle between the vertically incident and the reflected light rays is calculated. This angle is twice the local tilt angle of the object surface a. With the aid of the determined local inclination angle α and the distance to the surface Li or L 2 and the distance between two adjacent light beams or reference points d Ze iie the topography profile h is calculated according to the above second equation.
Je größer die Differenz AL der Erfassungsabstände zweier Bilder ist, desto größer ist die Verschiebung Ad der Punkte der Lichtstrahlen bzw. der Referenzpunkte in der Erfassungsebene. Der Parameter Ad entspricht dem im Folgenden auch genannten Parameter AdPiX. Beide Parameter unterscheiden sich lediglich in ihren Einheiten (Einheit von Ad: Meter; Einheit von AdPix : Pixel) . Mit dem Parameter rPix-m wird AdPix auf Ad und zurück transformiert. Je größer der Parameter Ad ist, desto kleiner ist der relative Fehler 5Pix/Adpi
Figure imgf000015_0001
The greater the difference AL of the detection distances of two images, the greater the shift Ad of the points of the light beams or of the reference points in the detection plane. The parameter Ad corresponds to the parameter Ad P i X also mentioned below. Both parameters differ only in their units (unit of Ad: meter, unit of Ad P i x : pixel). The parameter r P i x - m transforms Ad P i x to Ad and back. The larger the parameter Ad, the smaller the relative error 5 P i x / Ad pi
Figure imgf000015_0001
Die Parameter δριχ = 0,5 Pixel und Adpix entsprechen dem Kamerafehler, der zweimal kleiner als die maximale Auflösung der Kamera dKamera = 1 Pixel ist, und der The parameter δ ρ ι χ = 0.5 pixels and Ad pix correspond to the camera error, which is two times smaller than the maximum resolution of the camera d ra = 1 pixel, and
Verschiebung der Punkte der Lichtstrahlen in der Displacement of the points of light rays in the
Erfassungsebene. Der Parameter rPix-m stellt die Detection plane. The parameter r P i x - m represents the
laterale Kalibrierung der Abstände d auf der Objekt- Oberfläche dar. Daher gilt für das hier vorgeschlagene Verfahren, dass die Messung umso präziser ist, je größer die Differenz der Abstände AL ist. lateral calibration of the distances d on the object surface. Therefore, for the method proposed here, the greater the difference of the distances AL, the more accurate the measurement.
Figur 6 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Anordnung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens. Hierbei wird mit einer Lichtquelle 1, bspw. einer LED oder einem LED-Array, die Struktur einer Maske 2 auf die Oberfläche des Objekts 11 projiziert. Das von der Lichtquelle 1 ausgesendete Lichtbündel wird hierbei über einen Kollimatorspiegel 4 kollimiert und fällt senkrecht auf die Oberfläche des Objekts 11, das in einer entsprechenden Halterung 5 befestigt ist. Über einen Strahlteiler 3 wird das von der Oberfläche des Objekts 11 reflektierte Lichtbündel auf eine CCD-Kamera 8 gelenkt, die ein Kameraobjektiv 6 aufweist. Die mit der Kamera erfassten Bilder werden in einem Rechner 10 verarbeitet . Hierzu kann ein geeigneter Auswertealgorithmus eingesetzt werden, der einerseits die Figure 6 shows schematically an example of an arrangement for carrying out the proposed Process. In this case, the structure of a mask 2 is projected onto the surface of the object 11 with a light source 1, for example an LED or an LED array. The light beam emitted by the light source 1 is collimated by a collimator mirror 4 and falls perpendicular to the surface of the object 11, which is fixed in a corresponding holder 5. Via a beam splitter 3, the light beam reflected by the surface of the object 11 is directed onto a CCD camera 8, which has a camera lens 6. The captured with the camera images are processed in a computer 10. For this purpose, a suitable evaluation algorithm can be used, which on the one hand the
Referenzpunkte in den aufgezeichneten Bildern identi- fiziert und andererseits aus der Verschiebung dieser Referenzpunkte in den jeweiligen Bildern die Topographie der Oberfläche gemäß den obigen Gleichungen berechnet . Der Rechner ist mit einem Controller 9 verbunden, der in diesem Beispiel den motorisierten Halter 7 für das Kameraobjektiv 6 ansteuert. Die Identified reference points in the recorded images and on the other hand calculated from the displacement of these reference points in the respective images, the topography of the surface according to the above equations. The computer is connected to a controller 9, which controls the motorized holder 7 for the camera lens 6 in this example. The
Ansteuerung erfolgt derart, dass für eine Vermessung der Oberfläche des Objekts 11 der Fokus des Kameraobjektivs 6 verändert wird, um mindestens zwei Bilder bei mindestens zwei unterschiedlichen Fokuseinstel- lungen zu erfassen. Die beiden Bilder werden dann mit den jeweiligen, aus den unterschiedlichen Fokuseinstellungen bekannten Parametern Li und L2 ausgewertet und die lokalen Neigungswinkel der Oberfläche ermittelt. Daraufhin wird eine eventuelle systematische Verkippung der Objektoberfläche aus den Daten Control takes place in such a way that, for a measurement of the surface of the object 11, the focus of the camera lens 6 is changed in order to capture at least two images at at least two different focus settings. The two images are then evaluated with the respective parameters Li and L 2 known from the different focus settings and the local inclination angles of the surface are determined. Then a possible systematic tilt of the object surface from the data
eliminiert. Anschließend wird die Topographie der eliminated. Subsequently, the topography of the
Oberfläche aus den korrigierten Daten berechnet . Dies erfolgt durch das im Rechner eingesetzte Auswerteprogramm. Surface calculated from the corrected data. This is done by the evaluation program used in the computer.
In einer alternativen Ausgestaltung wird die In an alternative embodiment, the
Objekthalterung 5 zur Verschiebung der Probe entlang des Lichtbündels angesteuert. Auch hier werden Object holder 5 driven to move the sample along the light beam. Again, be here
mindestens zwei Bilder mit verschiedenen Abständen der Oberfläche zur Kamera 8 erfasst. Die zwei Bilder werden auch hier in gleicher Weise ausgewertet, wie dies bereits in Verbindung mit der Änderung der Fokus- einstellungen des Kameraobjektivs erläutert wurde. recorded at least two images with different distances of the surface to the camera 8. The two images are also evaluated here in the same way as was already explained in connection with changing the focus settings of the camera lens.
Eine derartige Anordnung kann auch in einer zweiten Verfahrensalternative eingesetzt werden, bei der die Oberfläche des Objekts schrittweise verkippt wird, wobei mindestens zwei Bilder bei unterschiedlichen Neigungswinkeln, bspw. Neigungswinkel ax und Neigungswinkel a2 (wobei αι oder a2 auch 0 sein kann) aufgezeichnet werden. Hierzu muss die Objekthalterung 5 eine definierte Verkippung des Objekts ermöglichen.Such an arrangement can also be used in a second alternative method, in which the surface of the object is tilted stepwise, wherein at least two images at different angles of inclination, for example, inclination angle a x and inclination angle a 2 (where αι or a 2 can also be 0) to be recorded. For this purpose, the object holder 5 must allow a defined tilting of the object.
Eine derartige schrittweise Verkippung der Objekthalterung 5 führt zu einer systematischen Verschiebung der Punkte der Lichtstrahlen bzw. der Referenzpunkte in der Erfassungsebene . Diese Verschiebung in den beiden Bildern wird in der gleichen Weise ausgewertet wie bei der Erfassung der Bilder mit unterschiedlichen Such a stepwise tilting of the object holder 5 leads to a systematic displacement of the points of the light beams or the reference points in the detection plane. This shift in the two images is evaluated in the same way as when capturing the images with different ones
Abständen. Es sind entsprechend kleine Verkippungen der Oberfläche des Objekts notwendig, da ansonsten kein vollständiges Bild erfasst wird. Die Verschiebung der Punkte der Lichtstrahlen bzw. Referenzpunkte in derIntervals. Correspondingly small tilting of the surface of the object is necessary since otherwise no complete image is detected. The shift of the points of the light rays or reference points in the
Erfassungsebene ist deutlich geringer als bei der ersten Verfahrensalternative. Eine motorisch gesteuerte Änderung des Fokus des Fokusobjektivs sowie der Controller 9 sind hierbei nicht erforderlich. Figur 7 zeigt schematisch die Verhältnisse bei der Aufzeichnung der beiden Bilder bei gleichem Abstand Li aber unterschiedlicher Verkippung der Oberfläche des Objekts. Acquisition level is significantly lower than in the first alternative method. A motorized change of the focus of the focus lens and the Controller 9 are not required here. FIG. 7 shows schematically the conditions during the recording of the two images with the same distance Li but different tilting of the surface of the object.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht die The proposed method allows the
Messung und Ermittlung der Topographie einer Objekt- Oberfläche ohne eine Referenzoberfläche (z. B. Measurement and determination of the topography of an object surface without a reference surface (eg
Spiegel) . Hierdurch wird die Genauigkeit der Bestimmung der Topographie nicht mehr durch die Qualität einer Referenzoberfläche limitiert. Die Genauigkeit der Mirror) . As a result, the accuracy of determining the topography is no longer limited by the quality of a reference surface. The accuracy of
Bestimmung der Topographie ist - abgesehen von der Auflösung der eingesetzten Kamera - nur noch von der Qualität der optischen Komponenten der Messanordnung sowie der Genauigkeit der Bestimmung der instrumentel- len Parameter Li und L2 bzw. ax und a2 abhängig. In der ersten Verfahrensalternative mit unterschiedlichen Abständen Li und L2 ist die Bestimmung der Topographie umso genauer, je größer die Differenz AL der Abstände ist. Weiterhin werden Fehler, die durch die Qualität der optischen Komponenten und die Ungenauigkeit bei der Bestimmung der Abstände L entstehen, durch zwei Determination of the topography is - apart from the resolution of the camera used - only dependent on the quality of the optical components of the measuring arrangement and the accuracy of the determination of the instrumental parameters Li and L 2 or a x and a 2 . In the first method alternative with different distances Li and L 2 , the determination of the topography is more accurate, the greater the difference ΔL of the distances. Furthermore, errors caused by the quality of the optical components and the inaccuracy in the determination of the distances L, by two
aufeinander folgende Messungen kompensiert. Durch compensated successive measurements. By
Wegfall der Messung einer Referenzoberfläche kann das Verfahren schneller durchgeführt werden. Weiterhin kann in der ersten Verfahrensalternative eine unerwünschte Neigung der Oberfläche zur optischen Achse bestimmt und auf einfache Weise korrigiert werden. Bezugszeichenliste Eliminating the measurement of a reference surface, the process can be performed faster. Furthermore, in the first method alternative, an undesired inclination of the surface to the optical axis can be determined and corrected in a simple manner. LIST OF REFERENCE NUMBERS
I Lichtquelle I light source
2 Maske 2 mask
3 Strahlteiler  3 beam splitters
4 Kollimator  4 collimator
5 Objekthalterung  5 Object holder
6 Kameraobj ektiv  6 camera obj ective
7 motorisierter Halter 7 motorized holder
8 CCD-Kamera  8 CCD camera
9 Controller für das Kameraobjektiv 9 Camera Lens Controller
10 Rechner 10 computers
II Objekt  II object
20, 20a, 20b Oberfläche des Objekts 20, 20a, 20b surface of the object
21 Referenzoberfläche  21 reference surface
22 Lichtstrahl  22 light beam
23 Referenzpunkt im Referenzbild 23 Reference point in the reference image
24 Erfassungsebene 24 recording level
25 Referenzpunkt im Objektbild 25 Reference point in the object image
26 Bild beider Oberflächen  26 image of both surfaces
27a Bild der ersten Oberfläche  27a Image of the first surface
27b Bild der zweiten Oberfläche  27b Image of the second surface

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Bestimmung der Topographie einer Oberfläche (20) eines Objektes (11) , bei dem mit einem kollimierten Lichtbündel ein Muster auf die Oberfläche (20) projiziert und ein Bild (26) einer Intensitätsverteilung des von der Oberfläche (20) reflektierten Lichtbündels in einer Ebene (24) erfasst wird, die einen ersten Abstand von der Oberfläche (20) aufweist, Method for determining the topography of a surface (20) of an object (11) in which a pattern is projected onto the surface (20) with a collimated light beam and an image (26) of an intensity distribution of the light beam reflected by the surface (20) in one Level (24) is detected, which has a first distance from the surface (20),
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass mindestens ein weiteres Bild (27a, 27b) der Intensitätsverteilung des von der Oberfläche (20) reflektierten Lichtbündels in mindestens einem weiteren Abstand von der Oberfläche (20) oder bei mindestens einem Neigungswinkel oder veränderten Neigungswinkel der Oberfläche (20) gegenüber der Ebene (24) erfasst wird, in that at least one further image (27a, 27b) of the intensity distribution of the light bundle reflected by the surface (20) is arranged at at least one further distance from the surface (20) or at least one inclination angle or changed inclination angle of the surface (20) with respect to the plane (24 ) is detected,
und die Topographie aus einem Vergleich der mindestens zwei Bilder (26, 27a, 27b) unter and the topography from a comparison of the at least two images (26, 27a, 27b) below
Berücksichtigung der Abstände oder Neigungswinkel bestimmt wird. Considering the distances or inclination angle is determined.
Verfahren nach Anspruch 1, Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet , characterized ,
dass für die Bilderfassung eine Kamera (8) mit einem Kameraobjektiv (6) eingesetzt wird und die Änderung des Abstandes für die Erfassung der that a camera (8) with a camera lens (6) is used for the image capture and the change of the distance for the detection of the
Intensitätsverteilung des von der Oberfläche (20) reflektierten Lichtstrahls durch Veränderung einer Fokussierung des Kameraobjektivs (6) erfolgt. Intensity distribution of the light beam reflected from the surface (20) by changing a Focusing the camera lens (6) takes place.
Verfahren nach Anspruch 1, Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Änderung des Abstandes für die Erfassung der Intensitätsverteilung des von der Oberfläche (20) reflektierten Lichtstrahls durch mechanische Verschiebung des Objektes (11) und/oder einer für die Bilderfassung eingesetzten Bilderfassungseinheit erfolgt .  in that the change in the distance for the detection of the intensity distribution of the light beam reflected by the surface (20) is effected by mechanical displacement of the object (11) and / or an image acquisition unit used for image acquisition.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Method according to one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass im Falle der Erfassung der Bilder bei  that in case of capturing images at
unterschiedlichen Abständen eine unerwünschte  different distances an undesirable
Neigung der Oberfläche (20) gegenüber der Ebene (24) durch den Vergleich der Bilder (26, 27a, 27b) ermittelt und bei der Bestimmung der Topographie herausgerechnet wird.  Inclination of the surface (20) relative to the plane (24) by comparing the images (26, 27a, 27b) is determined and excluded in determining the topography.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, Method according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das projizierte Muster Referenzpunkte (25) aufweist und die Topographie aus einer relativen Verschiebung der Referenzpunkte (25) des Musters in den Bildern (26, 27a, 27b) bestimmt wird.  in that the projected pattern has reference points (25) and the topography is determined from a relative shift of the reference points (25) of the pattern in the images (26, 27a, 27b).
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