Dokumentenidentifikation |
DE102005023973A1 23.11.2006 |
Titel |
Vorrichtung und Verfahren zur optischen Detektion eines Objekts |
Anmelder |
Leica Microsystems Semiconductor GmbH, 35578 Wetzlar, DE |
Erfinder |
Bösser, Hans-Artur, Dr., 35236 Breidenbach, DE; Sulik, Wolfgang, 35614 Aßlar, DE |
DE-Anmeldedatum |
20.05.2005 |
DE-Aktenzeichen |
102005023973 |
Offenlegungstag |
23.11.2006 |
Veröffentlichungstag im Patentblatt |
23.11.2006 |
IPC-Hauptklasse |
G02B 21/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
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IPC-Nebenklasse |
G02B 7/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE
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Zusammenfassung |
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur optischen Detektion eines Objekts (2). Die Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle (3a, 3b), einen Beleuchtungsstrahlengang (4), einen Detektionsstrahlengang (5), eine Abbildungsoptik (6) und eine Detektionseinrichtung (7). Ein Objekt (2) ist mit Licht der Lichtquelle (3a, 3b) beleuchtbar. Die Abbildungsoptik (6) ist im Detektionsstrahlengang (4) angeordnet. Mit der Abbildungsoptik (6) ist vom Objekt (2) kommendes Licht auf die Detektionseinrichtung (7) abbildbar. Der Gesamtfehler der optischen Abbildung der Vorrichtung (1) soll reduziert und idealerweise minimiert werden. Hierzu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) ein Verstellmittel (18) auf, mit welchem zumindest eine im Beleuchtungsstrahlengang (4) und/oder im Detektionsstrahlengang (5) angeordnete abbildende optische Komponente (6, 8, 9, 10, 11, 13, 15, 16, 17) - insbesondere die Abbildungsoptik (6) - um ihre jeweilige optische Achse drehbar angeordnet und/oder gegenüber der optischen Achse des Strahlengangs (4, 5), in welchem die optische Komponente (6, 8, 9, 10, 11, 13, 15, 16, 17) angeordnet ist, verkippbar und/oder in einer Richtung quer zur optischen Achse translatierbar angeordnet ist, um bei einer verdrehten, verkippten und/oder translatierten Einstellung mit der optischen Komponente (6, 8, 9, 10, 11, 13, 15, 16, 17) ein Objekt (2) zu detektieren. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum optischen Detektieren eines ...
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Beschreibung[de] |
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen
Detektion eines Objekts. Die Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle, einen Beleuchtungsstrahlengang,
einen Detektionsstrahlengang, eine Abbildungsoptik und eine Detektonseinrichtung.
Ein Objekt ist mit Licht der Lichtquelle beleuchtbar. Die Abbildungsoptik ist im
Detektionsstrahlengang angeordnet. Mit der Abbildungsoptik ist vom Objekt kommendes
Licht auf die Detektonseinrichtung abbildbar. Des Weiteren betrifft die vorliegende
Erfindung ein Verfahren zum optischen Detektieren eines Objekts.
In dem Stand der Technik ist es üblich, fest gefasste und insbesondere
fehlerminimierte optische Komponenten möglicht genau entlang einer optischen
Achse, die bei einer optischen Vorrichtung zum Beispiel durch die optische Achse
des Beleuchtungsstrahlengangs oder des Detektionsstrahlengangs vorgegeben ist, auszurichten.
Diese optische Achse fällt nur im Idealfall mit der theoretisch berechneten
optischen Achse aus dem Optik-Design, also der Optikrechnung, zusammen. In der Praxis
wird diese optimale, theoretische optische Achse selbst bei optimierten Fertigungsbedingungen
und präziser Montage in optischen Vorrichtungen nicht exakt erreicht. Solche
Vorrichtungen sind beispielsweise Mikroskope, die in größeren Stückzahlen
kommerziell gefertigt werden und die ein Stativ oder eine Gehäusekonstruktion
aufweisen, an dem bzw. der die optischen Komponenten angebaut sind. Eine Ausrichtung
der optischen Komponenten geschieht in der Regel dadurch, dass die Aufnahmen der
optischen Komponente in der Vorrichtung bzw. in deren Stativ mit einem oder mehreren
Autokollimatorfernrohren und Zielmarken genau ausgerichtet werden. Somit sind die
Aufnahmen der optischen Komponenten relativ zueinander genau ausgerichtet und an
der Vorrichtung fixiert in ihrer räumlichen Lage angeordnet. Bei der Komplettierung
geht man dann davon aus, dass die optischen Komponenten in sich hinreichend genau
zentriert sind, dass die optischen Komponenten passzentriert zur justierten Mechanik
sind und dass die an der Vorrichtung vorgesehenen Anschraubflächen für
die optischen Komponenten plan sind.
Es wird auch davon ausgegangen, dass die Mitte der jeweiligen optischen
Komponente und die Mitte der Halterung der optischen Komponente miteinander übereinstimmen.
Diese Übereinstimmung liegt innerhalb einer nicht immer genau zu bestimmenden
Toleranz. Weiterhin wird davon ausgegangen, dass die Fehler der optischen Komponenten
radialsymmetrisch sind, was in der Regel nicht der Fall ist.
Die einzelnen optischen Komponenten werden vor dem Einbau in die optische
Vorrichtung in sich so zentriert und abgestimmt, dass die optische Vorrichtung insgesamt
einen möglichst kleinen optischen Gesamtfehler aufweist. Diese interne Justage
erfolgt an einem anderen optischen System, beispielsweise an einem Kalibrier-Interferometer.
Insofern werden Fehler, die das Kalibrier-Interferometer selbst aufweist, durch
die jeweils abzustimmende optische Komponente kompensiert und damit auf die optische
Komponente selbst übertragen. Schließlich hat eine optische Komponente
selbst einen Restfehler.
Als optische Komponenten im Sinn der vorliegenden Erfindung sind insbesondere
abbildende optische Baugruppen oder Einheiten zu verstehen, beispielsweise ein Kollektor,
eine Transportoptik, eine Zwischenoptik, ein Kondensor, ein Objektiv, eine Tubuslinse
bzw. eine Tubusoptik, eine Nachvergrößerungsoptik oder ein Lichtmischer,
der beispielsweise in Form eines Mikrolinsenrasters ausgebildet sein könnte.
Als Vorrichtung im Sinn der vorliegenden Erfindung ist insbesondere jedes optische
Gerät zu verstehen, mit welchem ein Objekt lichtoptisch detektierbar bzw. abbildbar
ist, wobei die Abbildung mit einer möglichst hohen Auflösung oder einer
möglichst hohen Qualität erfolgen soll.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben und weiterzubilden,
bei welchem der Gesamtfehler der optischen Abbildung der Vorrichtung weiter reduziert
und idealerweise minimiert werden kann.
Die erfndungsgemäße Vorrichtung der eingangs genannten Art
löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach
weist eine solche Vorrichtung ein Verstellmittel auf, mit welchem zumindest eine
im Beleuchtungsstrahlengang und/oder im Detektionsstrahlengang angeordnete abbildende
optische Komponente – insbesondere die Abbildungsoptik – um ihre jeweilige
optische Achse drehbar angeordnet ist und/oder gegenüber der optischen Achse
des Strahlengangs, in welchem die optische Komponente angeordnet ist, verkippbar
und/oder in einer Richtung quer zur optischen Achse translatierbar angeordnet ist,
um bei einer verdrehten, verkippten und/oder translatierten Einstellung mit der
optischen Komponente ein Objekt zu detektieren.
So ist zunächst bei einer CD-Metrologie-Messung, d.h. bei einer
Messung der Strukturbreiten bzw. Linienbreiten („Critical Dimension") von
Strukturen auf Substraten bemerkt worden, dass bei mehreren Messungen in X- und
in Y-Richtung an Linienstrukturen als Objekte die Messwerte unterschiedlich
ausfielen. Die Abweichungen waren dabei größer als aufgrund des Gesamt-Messaufbaus
erwartet. Speziell ergaben sich vor und nach einer Drehung der Messprobe und damit
der jeweiligen Linienstruktur um 90 Grad unterschiedliche Messwerte wobei die gemessenen
Profilverläufe von Strukturen bekannter Form asymmetrisch waren. So ergab sich
unter Verwendung eines Objektivs eine wesentlich stärkere Asymmetrie der Messwerte
als erwartet, obwohl es von einer Interferometerprüfung bei der Herstellung
des Objektivs her besser qualifiziert war. Während ein anderes Objektiv im
Profil die mit der Drehung der Probe verbundene Symmetrieänderung widerspiegelte,
war dieser Einfluss bei dem ersten Objektiv kaum zu sehen. Dem entgegen zeigte die
Drehung der Objekte beim ersten Objektiv einen wesentlich stärkeren Effekt.
Erfindungsgemäß ist demgemäß erkannt worden, dass
also der verbleibende Gesamtfehler der optischen Abbildung der Vorrichtung insbesondere
dadurch reduziert und im Idealfall minimiert werden kann, dass mindestens eine der
abbildenden optischen Komponente relativ zur Vorrichtung drehbar, kippbar und/oder
translatierbar angeordnet ist. Dann ist es nämlich möglich, dass eine
drehbar, kippbar und/oder translatierbar angeordnete optische Komponente derart
eingestellt und derart ausgerichtet wird, dass der Restfehler der optischen Komponente
sich mit den Restfehlern der anderen optischen Komponenten der Vorrichtung weitgehend
kompensiert. Mit anderen Worten sind die optischen Komponenten der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit mehreren zusätzlichen Freiheitsgraden versehen, um eine Reduzierung
des gesamten Abbildungsfehlers der Vorrichtung erzielen zu können.
Grundsätzlich wird ein erfindungsgemäßes Drehen, Kippen,
Translatieren mindestens einer optischen Komponente bei der Herstellung bzw. Produktion
der Vorrichtung durchgeführt, so dass der optische Gesamtfehler der Vorrichtung
hierdurch minimiert wird. Nun könnte es auch abhängig von der jeweiligen
Anwendung erforderlich sein, ein erfindungsgemäßes Drehen, Kippen oder
Translatieren mindestens einer optischen Komponente der Vorrichtung auch während
des Betriebs der Vorrichtung durchzuführen, da beispielsweise an die jeweilige
Anwendung höchste Anforderungen an das optische Gesamtsystem gestellt werden.
Ein Beispiel einer solchen Anwendung ist ein Koordinaten-Messgerät, wie es
z.B. aus der DE 198 19 492 bekannt ist,
und welches üblicherweise in einer Klimakammer betrieben wird. In dieser wird
zumindest die Temperatur, in einigen Klimakammern zusätzlich auch die Luftfeuchte
konstant gehalten. Der Regelgenauigkeit von Temperatur und Luftfeuchte sind technische
Grenzen gesetzt. Auch lässt sich mit vertretbarem Aufwand keine hermetisch
dichte Kammer zur Konstanthaltung des Luftdrucks herstellen, insbesondere weil –
beim Beispiel des Koordinaten-Messgeräts – ein einfaches und schnelles
Wechseln der Messobjekte erforderlich ist. So verursacht das Betätigen einer
Beladeöffnung selbst schnelle Luftdruckschwankungen. Die sich verändernden
Umweltbedingungen können bewirken, dass die an der Vorrichtung bzw. an dem
Koordinaten-Messgerät angeordnete optische Komponenten ihre Relativpositionen
zueinander – wenn auch nur geringstfügig – ändern und sich
somit die Abbildungseigenschaften des Koordinaten-Messgeräts verändern.
Ganz besonders bevorzugt ist daher das Verstellmittel derart ausgebildet, dass bei
einem Drehen, Kippen und/oder Translatieren der optischen Komponente eine Fokuseinstellung
der optischen Komponente oder der gesamten Vorrichtung im Wesentlichen unverändert
bleibt. Somit könnte eine Ausrichtung der optischen Komponente durch Drehen,
Kippen und/oder Translatieren auch während des Betriebs der Vorrichtung erfolgen,
beispielsweise zwischen einzelnen Objektdetektionen, und eine Defokussierung des
Objekts wird hierdurch zumindest weitgehend vermieden.
Eine wichtige verstellbar angeordnete optische Komponente ist die
Abbildungsoptik, insbesondere ein Mikroskopobjektiv. So könnte ein höchstauflösendes
Mikroskopobjektiv vorgesehen sein, wie es beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2004 048 062 bekannt ist. Da
üblicherweise das Mikroskopobjektiv der empfindlichste Teil der Vorrichtung
mit den meisten aufeinander abgestimmten Linsen ist, ist es insbesondere zweckmäßig
das Mikroskopobjektiv mit Hilfe des Verstellmittels zu drehen, zu kippen und/oder
zu translatieren. Durch Drehen, Kippen und/oder Translatieren ist eine optimale
Ausrichtung des Mikroskopobjektivs zu den anderen, ggf. fest installierten optischen
Komponenten der Vorrichtung möglich und es kann damit eine Fehlerminimierung
der optischen Abbildung erreicht werden.
Alternativ oder zusätzlich könnte als ausrichtbare optische
Komponente ein im Beleuchtungsstrahlengang angeordneter Kondensor und/oder eine
Transportoptik und/oder ein Lichtmischer vorgesehen sein. Hierfür könnte
auch eine im Detektionsstrahlengang angeordnete Tubusoptik und/oder Nachvergrößerungsoptik
und/oder ein optisches Kompensationselement in Frage kommen. Falls alle genannten
optischen Komponenten der Vorrichtung jeweils einzeln mit beispielsweise jeweils
einem entsprechend ausgebildeten Verstellmittel ausrichtbar angeordnet sind, sind
die zur Verfügung stehenden Freiheitsgrade zur Fehlerminimierung des optischen
Gesamtsystems der erfindungsgemäßen Vorrichtung maximiert, insbesondere
wenn jede der ausrichtbaren optischen Komponenten drehbar, kippbar und translatierbar
angeordnet ist.
Falls mit dem Verstellmittel die optische Komponente verkippt werden
soll, ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verstellmittel derart ausgebildet ist,
dass damit die optische Komponente um mindestens zwei Kippachsen unterschiedlicher
räumlicher Orientierung verkippt werden kann. Unter einer unterschiedlichen
räumlichen Orientierung der Kippachsen soll insbesondere verstanden werden,
dass die Richtungsvektoren der Kippachsen im mathematischen Sinn der linearen Algebra
linear unabhängig voneinander sind. So könnten zwei Kippachsen senkrecht
aufeinander stehen und einen Schnittpunkt aufweisen. Die Verkippung könnte
mittels mindestens eines Piezzoaktuators und/oder mittels mindestens eines mechanischen
Aktuators bewirkt werden, wobei mit einem Piezzoaktuator in Verbindung mit einem
geeignet ausgebildeten mechanischen Hebel einerseits eine äußerst reproduzierbare
und genaue Verkippung möglich ist und andererseits eine hohe mechanische Auflösung
erzielbar ist. Beispielsweise könnte eine Verkippungseinheit im Sinn der deutschen
Patentanmeldung DE 100 04 661 ausgebildet
sein. Mit einer solchen Verkippungseinheit kann eine optische Komponente um zwei
Kippachsen unterschiedlicher räumlicher Orientierung derart verkippt werden,
dass ein die optische Komponente passierender Lichtstrahl um einen von der Verkippungseinheit
entfernt angeordneten Punkt verkippbar ist, der beispielsweise mit einem Fokus einer
Tubusoptik zusammenfällt oder in einer Zwischenbildebene liegt. Alternativ
wäre auch eine Verkippung der optischen Komponente mit Hilfe eines Verstellmittels
denkbar, welches einen Anbau an der Vorrichtung im Sinn einer kardanischen Aufhängung
bzw. Verstellung ermöglicht und mit welchem eine Verkippung der optischen Komponente
erzielt werden kann.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine
Verstellung einer oder mehrerer optischer Komponenten derart durchführbar,
dass eine Fehlerminimierung der optischen Komponenten der Vorrichtung erzielbar
ist. Wie bereits erwähnt, erfolgt dies vor Allem während der Herstellung
bzw. während der Produktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es
ist jedoch grundsätzlich denkbar, dass dies auch unmittelbar nach dem Einschalten
der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder zu Beginn einer jeden Messserie
bzw. Objektdetektion – also während des Betriebs der Vorrichtung –
erfolgen könnte. Insbesondere könnte dies zwischen zwei Objektdetektionen
durchgeführt werden. Eine Verstellung mindestens einer optischen Komponente
könnte insbesondere im Sinn eines Kalibrierschritts erfolgen. Gegebenenfalls
kann hierzu ein Kalibrierobjekt bekannter Struktur und/oder Dimension in den optischen
Strahlengang der Vorrichtung eingebracht und detektiert werden. Eine Fehlerminimierung
der optischen Komponenten der Vorrichtung soll insbesondere bei Anwendungen der
Inspektions- und/oder Koordinatenmessungen an Substraten der Halbleiterindustrie
derart erfolgen, dass die mit der Vorrichtung ermittelten Messwerte bzw. Objektbilder
einen minimalen Wert des so genannten X-Y-Bias liefert. Der X-Y-Bias beschreibt
den Unterschied der gemessenen Mittelwerte mehrerer identischer, in Bildmitte gemessener
Strukturbreiten.
Die folgenden Ausführungen betreffen vor allem Mikroskopobjektive.
Grundsätzlich sind sie jedoch auf sämtliche anderen optischen Komponenten
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zutreffend, insbesondere dann, wenn
eine solche optische Komponente sich aus mehreren einzelnen optischen Bauteilen,
beispielsweise aus Linsen, zusammensetzt.
So umfasst ganz besonders bevorzugt die optische Komponente eine Halterung
für mindestens ein optisches Bauteil und eine Anbauschnittstelle. Das optische
Bauteil ist von oder in der Halterung aufgenommen. Das von der Halterung aufgenommene
optische Bauteil weist eine optische Achse auf. Die optische Komponente ist mit
der Anbauschnittstelle an einer hierfür vorgesehenen Anbaustelle der Vorrichtung
anbaubar. Mit dem Verstellmittel ist die Halterung – im Sinn eines Drehkörpers
– relativ zur Anbauschnittstelle verdrehbar, um das von der Halterung aufgenommene
optische Bauteil in einem an der Vorrichtung angebauten Zustand der optischen Komponente
um die optische Achse drehen zu können. Im Betriebszustand ist die Anbauschnittstelle
drehfest an der Vorrichtung angeordnet.
Die Anbauschnittstelle könnte ein Gewinde oder eine einem Bajonettverschluss
vergleichbare Schnittstelle aufweisen, mit welchem die optische Komponente an der
Vorrichtung anbaubar ist. Falls die optische Komponente in Form eines Mikroskopobjektivs
ausgebildet ist, entspricht einer Halterung die Objektivhülse des Mikroskopobjektivs.
Die Anbauschnittstelle des Mikroskopobjektivs wird im Allgemeinen ein Gewinde aufweisen,
das kompatibel zu dem hierfür vorgesehenen Mikroskop ist. Es soll nicht unerwähnt
bleiben, dass eine in Form eines Gewindes ausgebildete Anbauschnittstelle nicht
dazu dienen soll, die jeweilige optische Komponente in erfindungsgemäßer
Weise um ihre optische Achse zu verdrehen, da der Zweck des Gewindes dem Anbauen
der optischen Komponente dient und üblicherweise so weit eingeschraubt wird,
bis es an einer Anschlagfläche zur Anlage kommt und dadurch fixiert wird. Erst
dann ist die optische Komponente bestimmungsgemäß an eine optische Vorrichtung
angebaut. In diesem Zustand soll kein Verdrehen der optischen Komponente mit Hilfe
des Gewindes der Anbauschnittstelle um die optische Achse während eines Betriebs
der Vorrichtung erfolgen, da hierdurch in der Regel eine Defokussierung der jeweiligen
optischen Komponente bewirkt wird, da in Anhängigkeit der Ganghöhe des
Gewindes der Anbauschnittstelle ein Drehen der Anbauschnittstelle eine Bewegung der
gesamten optischen Komponente in Schraubrichtung bzw. entlang der optischen Achse
zur Folge hat. Das erfindungsgemäße Drehen der optischen Komponente relativ
zur Vorrichtung bzw. um ihre optische Achse erfolgt also nicht durch ein Drehen
der Anbauschnittstelle der optischen Komponente relativ zur Vorrichtung.
Das Verstellmittel, mit dem das Drehen der optischen Komponente um
die optische Achse erfolgt, könnte ein Kugellager, ein Fettlager und/oder ein
Gleitlager aufweisen. Vorzugsweise wird die Art des Lagers derart gewählt,
dass hiermit eine optimale Präzision bei der Ausrichtung der optischen Komponente
relativ zur Vorrichtung erzielbar ist. Idealerweise weist das gewählte Lager
ein vernachlässigbares Spiel auf, so dass eine erfindungsgemäße Verstellung
bzw. Ausrichtung der optischen Komponente reproduzierbar durchgeführt werden
kann.
Im Konkreten könnte das Verstellmittel einen Überwurfring
aufweisen, der sich in Richtung der optischen Achse zumindest teilweise über
die Halterung der optischen Komponente erstreckt. Der Überwurfring weist vorzugsweise
die Anbauschnittstelle auf. Der Überwurfring könnte an seiner der Halterung
zugewandten Seite einen – z. B. nach innen gerichteten – Vorsprung
aufweisen. Die Halterung könnte an ihrer dem Überwurfring zugewandten
Seite einen – z.B. nach außen gerichteten – weiteren Vorsprung
aufweisen. Im zusammengesetzten Zustand von Halterung und Überwurfring könnten
die beiden Vorsprünge über ein Lager aneinander zur Anlage kommen, welches
vorzugsweise in Richtung der optischen Achse oder in Richtung der gemeinsamen Anlagefläche
wirkt. Zwischen dem Überwurfring und der Halterung könnte mindestens ein
Bereich vorgesehen sein, der im Sinn eines Gleit- oder Fettlagers ausgebildet ist.
Der Winkelbereich, um welchen die Halterung gegenüber der Anbauschnittstelle
verdrehbar ist, könnte sich von 0 Grad bis mindestens 90 Grad erstrecken. Eine
solche Winkelbegrenzung bezüglich der Drehung der optischen Komponente gegenüber
der Vorrichtung könnte in konstruktiver Hinsicht mit Hilfe mindestens eines
an der Halterung vorgesehenen Anschlags definiert werden, an welchen ein am Überwurfring
angeordneter Zapfen im Sinn einer Drehbegrenzung zum Anschlag kommt. Bevorzugt ist
jedoch mindestens eine volle Umdrehung der optischen Komponenten relativ zur Vorrichtung
vorgesehen, so dass ein entsprechender Winkelbereich sich mindestens von 0 Grad
bis 360 Grad erstreckt.
Wie bereits erwähnt, kann eine Vorrichtung ein optisches Gerät
sein, mit welchem ein Objekt lichtoptisch detektierbar bzw. abbildbar ist. Im Konkreten
könnte die Vorrichtung in Form eines Koordinaten-Messgeräts, wie es z.B.
aus der DE 198 19 492 bekannt ist, eines
Inspektionsmikroskops zur Inspektion von Substraten für die Halbleiterindustrie,
eines hochauflösenden Mikroskops, eines konfokalen Rastermikroskops oder eines
doppelkonfokalen Rastermikroskops ausgebildet sein. Da an Vorrichtungen dieser Art
üblicherweise hohe oder höchste Anforderungen an die Qualität der
Abbildungseigenschaften und/oder an die zu erzielende Auflösung gestellt werden,
wird eine Vorrichtung, bei welcher mindestens eine optische Komponente in erfindungsgemäßer
Weise verstellbar angeordnet ist, eher diesen hohen Anforderungen gerecht, da in
ganz besonders vorteilhafter Weise der Gesamtfehler der optischen Abbildung der
Vorrichtung minimierbar ist.
Im Allgemeinen weist die optische Komponente mindestens eine Linse
auf, die in einem Fassungsring gefasst ist. Dieser Fassungsring ist in der Halterung
aufgenommen, insbesondere passgenau. Falls die optische Komponente in Form eines
Mikroskopobjektivs ausgebildet ist, wird die Linse üblicherweise in den Fassungsring
eingekittet oder durch einen umgebördelten Grat am Fassungsring selbst gehalten
(so genannte Grat-Fassung). Die Fassung könnte alternativ insbesondere derart
ausgebildet sein, wie sie in der derzeit noch nicht veröffentlichten deutschen
Patentanmeldung DE 10 2004 048 064
offenbart ist. Demgemäß wird eine Linse in ihrer Fassung mit Hilfe eines
elastischen Rings derart fixiert, dass eine mechanische Verspannung der Linse aufgrund
der Linsenfassung weitgehend vermieden wird. Somit können Abbildungsfehler,
die auf mechanische Verspannungen der optischen Bauteile zurückzuführen
sind, weitgehend vermieden werden, so dass in Verbindung mit den durch das Mittel
zur Verfügung stehenden weiteren Freiheitsgraden in ganz besonders vorteilhafter
Weise der Gesamtfehler der Abbildungsoptik der gesamten Vorrichtung reduziert bzw.
minimiert werden kann.
Demgemäß wird eine Linse in ihrer Fassung mit Hilfe eines
elastischen Mittels derart fixiert, dass eine mechanische Verspannung der Linse
aufgrund der Linsenfassung weitgehend vermieden wird. Somit können Abbildungsfehler,
die auf mechanische Verspannungen der optischen Bauteile zurückzuführen
sind, weitgehend vermieden werden.
In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die eingangs genannte
Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 16 gelöst. Demgemäß betrifft
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum optischen Detektieren eines Objekts
mit einer Vorrichtung. Die Vorrichtung ist nach einem der Ansprüche 1 bis 15
ausgebildet oder weist mindestens ein Verstellmittel nach einem der Ansprüche
1 bis 15 auf. Mit der Detektionseinrichtung werden ein- und/oder mehrdimensionale
Bilddaten des Objekts detektiert und abgespeichert. Ein Objekt oder ein Teil eines
Objekts wird mindestens zweimal mit der Detektionseinrichtung detektiert
und die detektierten Bilddaten werden abgespeichert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen zwei Objektdetektionen eine optische Komponente um deren optische
Achse gedreht und/oder gegenüber der optischen Achse des Strahlengangs, in
welchem die optische Komponente angeordnet ist, verkippt und/oder in einer Richtung
quer zur optischen Achse translatiert wird. Anhand der detektierten Bilddaten der
mindestens zwei Objektdetektionen können weitergehende Objektinformationen
erhöhter Qualität gewonnen werden.
Insbesondere wenn – wie bereits angedeutet – bei höchstauflösenden
Anwendungen sich die Relativpositionen der an der Vorrichtung angeordneten optischen
Komponenten während des Betriebs verändern, beispielsweise durch veränderte
Umweltbedingungen hervorgerufen, können hierdurch verursachte Veränderungen
der Abbildungseigenschaften durch eine Verstellung bzw. Ausrichtung mindestens einer
optischen Komponente der Vorrichtung zumindest weitgehend ausgeglichen werden. Bei
einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können jedenfalls
die detektierten und abgespeicherten Bilddaten z.B. mit Hilfe von digitalen Bildverarbeitungsmethoden
miteinander verglichen werden, so dass einerseits feststellbar ist, ob und andererseits
in welchem Ausmaß eine Veränderung der optischen Abbildungseigenschaft
der Vorrichtung eingetreten ist. Falls eine Veränderung der optischen Abbildungseigenschaft
der Vorrichtung festgestellt wird, kann gegebenenfalls festgestellt werden, auf
welche der optischen Komponenten die Veränderung zurückzuführen ist
und diese optische Komponente kann in erfindungsgemäßer Weise ausgerichtet
werden. Sodann könnte das gleiche Objekt nochmals detektiert werden, und die
Bilddaten dieser Detektion können mit den bereits vorher detektierten Bilddaten
erneut verglichen werden, ob beispielsweise die Veränderung der optischen Abbildungseigenschaft
der Vorrichtung aufgrund der Ausrichtung der optischen Komponente ausgeglichen wurde.
Es ist auch denkbar, dass zur Verbesserung der Qualität der detektierten
Bilddaten Rekonstruktionsverfahren der digitalen Bildverarbeitung angewendet werden.
Dies könnte insbesondere unter Berücksichtigung der experimentell oder
rechnerisch bestimmten Übertragungsfunktion der optischen Komponenten erfolgen.
Insbesondere kann die optische Übertragungsfunktion des Mikroskopobjektivs
hierbei berücksichtigt werden.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden
Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits
auf die den Patentansprüchen 1 und 16 nachgeordneten Patentansprüche und
andererseits auf die nachfolgende Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden
auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
In der Zeichnung zeigen
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
eines Verstellmittels zum Verkippen und Verdrehen einer optischen Komponente einer
Vorrichtung.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 zur Detektion eines Objekts 2. Die Vorrichtung
1 umfasst zwei Lichtquellen 3a, 3b, einen Beleuchtungsstrahlengang
4, einen Detektionsstrahlengang 5, eine in Form eines Mikroskopobjektivs
ausgebildet Abbildungsoptik 6 und eine in Form einer CCD-Kamera ausgebildeten
Detektionseinrichtung 7. Mit der Vorrichtung 1 ist das Objekt
2 mit einer Durchlicht- und/oder mit einer Auflichtbeleuchtung detektierbar.
Zum Detektieren des Objekts 2 im Durchlicht-Modus wird das Objekt
2 mit der Lichtquelle 3a beleuchtet. Zum Detektieren des Objekts
2 im Auflicht-Modus wird das Objekt 2 mit der Lichtquelle
3b beleuchtet. Dementsprechend erstreckt sich der Beleuchtungsstrahlengang
4 für die Durchlichtbeleuchtung von der Lichtquelle 3a bis
zum Objekt 2. Der Beleuchtungsstrahlengang 4 für die Auflichtbeleuchtung
erstreckt sich von der Lichtquelle 3b bis zum Objekt 2. Der Detektionsstrahlengang
5 erstreckt sich vom Objekt 2 bis zu der Detektionseinrichtung
7.
Das von der Lichtquelle 3a emittiere Licht wird von dem Kollektor
8 zumindest teilweise aufgesammelt und durchläuft der Reihe nach die
Zwischen- bzw. Transportoptik 9, den Lichtmischer 10 und den Kondensor
11. Zwischen der Transportoptik 9 und dem Lichtmischer
10 ist ein Spiegel 12 angeordnet, mit welchem das von der Lichtquelle
3a kommende Licht in Richtung Kondensor 11 reflektiert wird. Der
Lichtmischer 10 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Mikrolinsen-Raster
auf; andere Ausgestaltungen sind möglich. Ein Lichtmischer sorgt dafür,
dass das Objekt (die Feldebene) homogen ausgeleuchtet wird. „Homogen" bedeutet,
dass zumindest die in der Objektebene (Sehfeld, Feld) positionsabhängig gemessene
Intensität sehr konstant ist, wenn sich kein absorbierendes Objekt darin befindet.
Darüber hinaus wird in bestimmten (vorteilhaften) Fällen
auch eine konstante Ausleuchtung in Abhängigkeit von der Strahlrichtung (Pupille)
benötigt. In vergleichbarer Weise wird das von der Lichtquelle 3b
emittierte Licht von dem Kollektor 8 zumindest teilweise aufgesammelt und
durchläuft eine Zwischenoptik 13 und wird an dem Strahlteiler
14 in Richtung Abbildungsoptik 6 reflektiert.
Das vom Objekt 2 kommende Licht wird von der Abbildungsoptik
6 zumindest teilweise aufgesammelt und durchläuft der Reihe nach den
Strahlteiler 14, das Kompensationselement 15, die Tubusoptik
16 und die Nachvergrößerungsoptik 17, bis es schließlich
von der Detektionseinrichtung 7 detektiert wird. Im Konkreten handelt es
sich bei der in 1 gezeigten Vorrichtung 1
um ein Inspektionsmikroskop, mit welchem Substrate, Wafer oder Masken der Halbleiterindustrie
detektiert werden können.
In erfindungsgemäßer Weise ist jeweils ein Verstellmittel
18 vorgesehen, mit welchem jeweils eine im Beleuchtungsstrahlengang
4 und/oder im Detektionsstrahlengang 5 angeordnete abbildende
optische Komponente
- a) um ihre jeweilige optische Achse drehbar angeordnet, und
- b) gegenüber der optischen Achse des Strahlengangs 4,
5, in welchem die optische Komponente angeordnet ist, verkippbar und
- c) in einer Richtung quer zur optischen Achse translatierbar angeordnet ist,
um bei einer verdrehten, verkippten und/oder translatierten Einstellung mit der
optischen Komponente ein Objekt 2 zu detektieren.
Im Konkreten sind die folgenden optischen Komponenten im Beleuchtungsstrahlengang
4 jeweils mit einem Verstellmittel 18 versehen und dementsprechend
jeweils in erfindungsgemäßer Weise ausrichtbar angeordnet:
Kollektor 8, Transportoptik 9, Lichtmischer 10, Kondensor
11 und Zwischenoptik 13.
Die folgenden optischen Komponenten sind im Detektionsstrahlengang
5 jeweils mit einem Verstellmittel 18 versehen und dementsprechend
jeweils ebenfalls in erfindungsgemäßer Weise ausrichtbar angeordnet: Kompensationselement
15, Tubusoptik 16 und Nachvergrößerungsoptik
17.
Die sowohl im Beleuchtungsstrahlengang 4 als auch im Detektionsstrahlengang
5 angeordnete Abbildungsoptik 6 ist ebenfalls mit einem Verstellmittel
18 versehen und kann ebenfalls relativ zur Vorrichtung 1 und zu
den anderen optischen Komponenten ausgerichtet werden.
In 2 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel
eines Verstellmittels 18 gezeigt, mit welchem der Kondensor 11
ausrichtbar ist. Das Verstellmittel 18 weist eine Anbauschnittstelle
19 auf, mit welcher das Verstellmittel 18 sowie die optische Komponente
– diesem Fall der Kondensor 11 – an die Vorrichtung
1 anbaubar ist. Somit ist die ringförmig ausgebildete bzw. eine Ausnehmung
f[r die Lichtstrahlen aufweisende Anbauschnittstelle 19 fest mit der Vorrichtung
1 verbunden, beispielsweise mit einem Gehäuseteil oder an dem Stativ.
Lediglich schematisch ist angedeutet, dass ein Zwischenring 20 über
drei Justierelemente 21 mit der Anbauschnittstelle 19 verbunden
ist. Im Konkreten könnten die Justierelemente 21 in Form von Schrauben
ausgebildet sein, mit welchen jeweils der Abstand zwischen dem Zwischenring
20 und der Anbauschnittstelle 19 an der jeweiligen Stelle des
Justierelements 21 veränderbar ist. Fest mit dem Zwischenring
20 ist der Überwurfring 22 verbunden. Sowohl der Zwischenring
20 als auch der Überwurfring 22 könnten in einem einzigen
Bauteil zusammengefasst sein. Zwischen dem Überwurfring 22 und den
Kondensor 11 ist ein in 2 nicht gezeigtes
Lager vorgesehen, welches ein Verdrehen des Kondensors 11 um die optische
Achse des Beleuchtungsstrahlengangs 4 relativ zum Überwurfring
22 ermöglicht.
Obwohl das Verstellmittel 18 aus 2
auch in einer Richtung quer zur optischen Achse des Beleuchtungsstrahlengangs
4 translatierbar ausgebildet ist, sind die hierzu vorgesehenen Bauteile,
die dies ermöglichen, in 2 nicht gezeigt.
Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die
voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung
der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele
einschränken.
- 1
- Vorrichtung zur Detektion von (2)
- 2
- Objekt
- 3a, 3b
- Lichtquelle
- 4
- Beleuchtungsstrahlengang
- 5
- Detektionsstrahlengang
- 6
- in Form eines Mikroskopobjektivs ausgebildet Abbildungsoptik
- 7
- in Form einer CCD-Kamera ausgebildeten Detektionseinrichtung
- 8
- Kollektor
- 9
- Transportoptik
- 10
- Lichtmischer
- 11
- Kondensor
- 12
- Spiegel
- 13
- Zwischenoptik
- 14
- Strahlteiler
- 15
- Kompensationselement
- 16
- Tubusoptik
- 17
- Nachvergrößerungsoptik
- 18
- Verstellmittel zum Verdrehen, Verkippen und zum Translatieren
- einer optischen Komponente
- 19
- Anbauschnittstelle von (18)
- 20
- Zwischenring
- 21
- Justierelement
- 22
- Überwurfring
|
Anspruch[de] |
Vorrichtung zur optischen Detektion eines Objekts, mit einer Lichtquelle
(3a, 3b), einem Beleuchtungsstrahlengang (4), einem Detektionsstrahlengang
(5), einer Abbildungsoptik (6) und einer Detektonseinrichtung
(7), wobei ein Objekt (2) mit Licht der Lichtquelle (3a,
3b) beleuchtbar ist, wobei die Abbildungsoptik (6) im Detektionsstrahlengang
(5) angeordnet ist und wobei mit der Abbildungsoptik (6) vom Objekt
(2) kommendes Licht auf die Detektonseinrichtung (7) abbildbar
ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstellmittel (18) vorgesehen
ist, mit welchem zumindest eine im Beleuchtungsstrahlengang (4) und/oder
im Detektionsstrahlengang (5) angeordnete abbildende optische Komponente
(6, 8, 9, 10, 11, 13,
15, 16, 17) – insbesondere die Abbildungsoptik
(6) – um ihre jeweilige optische Achse drehbar angeordnet und/oder
gegenüber der optischen Achse des Strahlengangs (4, 5), in
welchem die optische Komponente (6, 8, 9, 10,
11, 13, 15, 16, 17) angeordnet ist,
verkippbar und/oder in einer Richtung quer zur optischen Achse translatierbar angeordnet
ist, um bei einer verdrehten, verkippten und/oder translatierten Einstellung mit
der optischen Komponente (6, 8, 9, 10,
11, 13, 15, 16, 17) ein Objekt (2)
zu detektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellmittel
(18) derart ausgebildet ist, dass bei einem Drehen, Kippen und/oder Translatieren
der optischen Komponente (6, 8, 9, 10,
11, 13, 15, 16, 17) eine Fokuseinstellung
der optischen Komponente (6, 8, 9, 10,
11, 13, 15, 16, 17) oder der gesamten
Vorrichtung (1) im Wesentlichen unverändert bleibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
optische Komponente eine Abbildungsoptik (6) aufweist, insbesondere ein
Mikroskopobjektiv, und dass das Mikroskopobjektiv vorzugsweise nach einem der Ansprüche
1 bis 15 der deutschen Patentanmeldung DE 10
2004 048 062 ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die optische Komponente einen im Beleuchtungsstrahlengang (4) angeordneten
Kondensor (11) und/oder eine Transportoptik (9) und/oder einen
Lichtmischer (10) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die optische Komponente eine im Detektionsstrahlengang (5) angeordnete
Tubusoptik (16) und/oder eine Nachvergrößerungsoptik (17)
und/oder ein optisches Kompensationselement (15) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass mit dem Verstellmittel (18) die optische Komponente (6,
8, 9, 10, 11, 13, 15,
16, 17) um mindestens zwei Kippachsen unterschiedlicher räumlicher
Orientierung verkippbar angeordnet ist und dass die Verkippung insbesondere mittels
eines Piezoaktuators und/oder mittels eines mechanischen Aktuators bewirkbar ist,
beispielsweise mit einer Verkippungseinheit gemäß einem der Ansprüche
1 bis 39 der deutschen Patentanmeldung DE 100 04
661.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Verstellung der optischen Komponente (6, 8,
9, 10, 11, 13, 15, 16,
17) derart durchführbar ist, dass eine Fehlerminimierung der optischen
Komponenten (6, 8, 9, 10, 11,
13, 15, 16, 17) der Vorrichtung (1)
erzielbar ist, vorzugsweise während des Betriebs der Vorrichtung (1),
insbesondere im Sinn eines Kalibrierschritts, insbesondere derart, dass minimale
Werte des X-Y-Bias erzielbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass die optische Komponente (6, 8, 9, 10,
11, 13, 15, 16, 17) eine Halterung
für mindestens ein optisches Bauteil – beispielsweise eine Linse –
und eine Anbauschnittstelle umfasst, dass das optische Bauteil von der Halterung
aufgenommen ist, dass das von der Halterung aufgenommene optische Bauteil eine optische
Achse aufweist, dass die optische Komponente (6, 8,
9, 10, 11, 13, 15, 16,
17) mit der Anbauschnittstelle an der Vorrichtung (1) anbaubar
ist und dass mit dem Verstellmittel (18) die Halterung relativ zur Anbauschnittstelle
verdrehbar ist, um das von der Halterung aufgenommene optische Bauteil in einem
an der Vorrichtung angebauten Zustand der optischen Komponente (6,
8, 9, 10, 11, 13, 15,
16, 17) um die optische Achse drehen zu können.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbauschnittstelle
ein Gewinde oder eine einem Bajonettverschluss vergleichbare Schnittstelle aufweist,
mit welchem die optische Komponente (6, 8, 9,
10, 11, 13, 15, 16, 17) an
der Vorrichtung (1) anbaubar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die optische Komponente (6, 8, 9, 10,
11, 13, 15, 16, 17) mindestens eine
Linse aufweist, die in einem Fassungsring gefasst ist und dass der Fassungsring
in der Halterung aufgenommen ist, insbesondere passgenau.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass das Verstellmittel (18) ein Kugellager, ein Fettlager und/oder ein
Gleitlager aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
dass das Verstellmittel (18) einen Überwurfring (22) aufweist,
der sich in Richtung der optischen Achse zumindest teilweise über die Halterung
erstreckt und welcher vorzugsweise eine Anbauschnittstelle aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwurfring
(22) an seiner der Halterung zugewandten Seite einen – nach innen
gerichteten – Vorsprung aufweist, dass die Halterung an ihrer dem Überwurfring
(22) zugewandten Seite einen – nach außen gerichteten –
weiteren Vorsprung aufweist und dass im zusammengesetzten Zustand die beiden Vorsprünge
über ein Lager – vorzugsweise in Richtung der optischen Achse wirkend
– aneinander zur Anlage kommen, und dass zwischen dem Überwurfring (22)
und der Halterung vorzugsweise mindestens ein Bereich vorgesehen ist, der im Sinn
eines Gleit- oder Fettlagers ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Winkelbereich, um welchen die Halterung verdrehbar ist, von 0 Grad bis
mindestens 90 Grad, vorzugsweise von 0 bis 360 Grad, vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (1) ein Koordinaten-Messgerät, ein Inspektionsmikroskop
zur Inspektion von Substraten für die Halbleiterindustrie, ein hochauflösendes
Mikroskop, ein konfokales Rastermikroskop oder ein doppelkonfokales Rastermikroskop
aufweist.
Verfahren zum optischen Detektieren eines Objekts mit einer Vorrichtung,
wobei die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 ausgebildet ist oder
wobei die Vorrichtung mindestens ein Verstellmittel nach einem der Ansprüche
1 bis 15 aufweist, wobei mit der Detektionseinrichtung (7) ein- und/oder
mehrdimensionale Bilddaten des Objekts (2) detektiert und abgespeichert
werden, wobei ein Objekt (2) oder ein Teil eines Objekts (2) mindestens
zweimal mit der Detektionseinrichtung (7) detektiert wird und wobei die
detektierten Bilddaten abgespeichert werden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen
zwei Objektdetektionen eine optische Komponente (6, 8,
9, 10, 11, 13, 15, 16,
17) um deren optische Achse gedreht und/oder gegenüber der optischen
Achse des Strahlengangs (4, 5), in welchem die optische Komponente
(6, 8, 9, 10, 11, 13,
15, 16, 17) angeordnet ist, verkippt und/oder in einer
Richtung quer zur optischen Achse translatiert wird, und dass anhand der detektierten
Bilddaten der mindestens zwei Objektdetektionen weitergehende Objektinformationen
erhöhter Qualität gewonnen werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Rekonstruktionsverfahren
der digitalen Bildverarbeitung angewendet werden, insbesondere unter Berücksichtigung
der experimentell bestimmten optischen Übertragungsfunktion der optischen Komponenten
(6, 8, 9, 10, 11, 13,
15, 16, 17), insbesondere des Mikroskopobjektivs.
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Patent Zeichnungen (PDF)
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