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.