**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Prüfen von Strukturen nach dem Prinzip der optischen Filterung, bei dem elektromagnetische Strahlung über ein Mikroobjekt mit Mikrolochblende und einen Kondensor auf die elektromagnetische Strahlung teilweise durchlassende zu prüfende Struktur projiziert wird und über ein aus mindestens einer Optik und einem optischen Filter bestehendes Korrelatorsystem sowie über eine Messblende auf einen lichtelektrischen Empfänger trifft, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des an der Messblende austretenden und im lichtelektrischen Empfänger integral über die Messblende gemessenen Strahlenbündels mindestens doppelt so gross ist wie die kleinste vorhandene Teilstruktur, und dass das Ausgangssignal des lichtelektrischen Empfängers mittels eines Differenzbildners mit einem Eichwert verglichen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eichwert aus dem Signal des lichtelektrischen Empfängers unter Anordnung einer Standardstruktur an der Stelle der zu prüfenden Struktur gewonnen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der von der Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung ungefiltert auf einen lichtelektrischen Empfänger projiziert wird und dass das Ausgangssignal des Differenzbildners mit dem aus der ungefilterten elektromagnetischen Strahlung resultierenden Ausgangssignal über einen Quotientenbildner verknüpft wird, dessen Ausgangssignal zur Fehleranzeige verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der elektromagnetischen Strahlung der Strahlungsquelle und den Elementen im Strahlengang solange eine definierte, automatisch gesteuerte Relativbewegung erzeugt wird, bis das aus dem gefilterten Strahlenanteil resultierende Ausgangs signal des lichtelektrischen Empfängers ein Minimum erreicht hat.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Zwischenschalten eines Dämpfungsfilters z.B.
Gaussfilters vor die zu prüfende Struktur oder vor die Empfängerebene die durch die Inhomogenität der elektromagnetischen Strahlung bedingte Intensitätsverteilung in der Bildebene des Korrelationssystems ausgeglichen wird.
6. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein lichtelektrischer Empfänger (18) in der Bildebene des Korrelators angeordnet ist, dass an diesem lichtelektrischen Empfänger (18) ein aus Differenzbildner (21), Verstärker und Anzeigeeinrichtung (25) bestehendes Auswertsystem angeschlossen ist, dass ein ungefilterter Teil der elektromagnetischen Strahlung auf einen zweiten lichtelektrischen Empfänger (18') trifft, dass an die lichtelektrischen Empfänger (18,18') ein mit dem Auswertesystem verbundener Quotientenbildner (20) angeschlossen ist,
dass mindestens eines der optisch wirksamen Elemente im Strahlengang zwischen Strahlungsquelle und Filter einschliesslich der Strahlungsquelle und des Filters definiert bewegbar ist und dass ein als Dämpfungsfilter vorgesehenes Negativbild des Querschnittes des ausleuchtenden Strahlenbündels vor der zu prüfenden Struktur oder vor der Bildebene des Korrelatorsystems angeordnet ist.
7. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur Prüfung einer Linse oder eines Linsensystems.
8. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur Prüfung eines Prismas oder Prismensystems.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Prüfen von Stukturen nach dem Prinzip der optischen Filterung, bei dem elektromagnetische Strahlung über ein Mikroobjektiv mit Mikrolochblende und einem Kondensor auf die elektromagnetische Strahlung teilweise durchlassende zu prüfende Struktur projiziert wird und über ein aus mindestens einer Optik und einem optischen Filter bestehendes Korrelatorsystem sowie über eine Messblende auf einen lichtelektrischen Empfänger trifft.
Es sind Verfahren des Prinzips der optischen Filterung bekannt, die die Quantität und die Qualität der Fehler zu prüfender Strukturen durch punktweises Abtasten der zu untersuchenden Strukturflächen ermitteln, wobei entweder eine Messung der Fehlerflächengrösse oder lediglich eine Fehleranzeige erfolgt. Bei den bekannten Verfahren trifft ein Bündel monochromatischer elektromagnetischer Strahlung auf eine teilweise lichtdurchlässige Strukturfläche. Die die Strukturfläche durchdringende elektromangetische Strahlung wird mittels einer ersten Korrelatoroptik in deren Brennebene fokussiert und erzeugt dort das sogenannte Ortsfrequenzspektrum.
In der Brennebene der ersten Korrelatoroptik wird ein zur Strukturprüfung geeignetes Filter, z.B. ein Ortsfrequenzspektrum einer Standardstruktur angeordnet und das gefilterte Ortsfrequenzspektrum der zu prüfenden Struktur wird durch eine zweite Korrelatoroptik in eine Bildebene rücktransformiert.
Die Bildebene der Rücktransformation wird entweder visu ell punktweise abgetastet bzw. es werden hochauflösende lichtelektrische Empfänger verwendet, die die objektive punktweise Abtastung vornehmen und elektrische Signale abgeben, die proportional der Fehlerflächengrösse sind.
Für die Verfahren nach dem Stand der Technik ist die l'ehlererkennungsgrenze gleich der Auflösungsgrenze der verwendeten Korrelatoroptiken bzw. gleich der Auflösungsgrenze der lichtelektrischen Empfänger bzw. der Messblende.
Je höher die qualitative Leistung des Verfahrens gefordert war, d.h. Prüfen im Submikrometerbereich, desto höher auflösend wurden Korrelatoroptiken und lichtelektrische Empfänger dimensioniert, desto geringer wurde jedoch die quantitative Leistung des Verfahrens.
Bei Verwendung von z.B. Fotoobjektiven, Projektionsobjektiven usw. mittlerer Auflösung als Korrelator gelingt es, die quantitative Leistung des Verfahrens durch Erfassung grösserer Strukturflächenbereiche zu steigern, aber in diesem Fall ist die Qualität des Verfahrens gering.
Der Nachteil der Verfahren nach dem Stand der Technik liegt darin, dass deren qualitative Weiterentwicklung auf der Basis der bisherigen Messprinzipien die Produktivität immer mehr verringert oder bei gleichbleibender Produktivität sehr hohe Kosten für neue, hochauflösende Optiken, für hochauflösende lichtelektrische Empfänger und für Rechen- und Stellelektronik erfordert.
Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus der ungenügenden Reproduzierbarkeit des Verfahrens, weil zu viele nichtreproduzierbare Einflüsse in die Messung eingehen.
Zweck der Erfindung ist es, ein neues Messprinzip auf der Basis der optischen Filterung zu ermöglichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, bereits unter Verwendung von Korrelatoroptiken mittlerer Leistung und herkömmlichen lichtelektrischen Empfängern ein Verfahren zu schaffen, das hohe Produktivität, Empfindlichkeit und Genauigkeit der Reproduzierbarkeit in sich vereint.
Erfindungegemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Querschnittsfläche des an der Messblende austretenden und im lichtelektrischen Empfänger integral über die Messblende gemessenen Strahlenbündels mindestens doppelt so gross ist wie die kleinste vorhandene Teilstruktur der zu prüfenden Struktur und dass das Ausgangssignal des lichtelektrischen Empfängers mittels eines Differenzbildners mit einem Eichwert verglichen wird.
Eine vorteilhafte Lösung der Aufgabe ergibt sich dadurch, dass ein Teil der von der Strahlungsquelle erzeugten elektroma gnetischen Strahlung ungefiltert auf einen lichtelektrischen
Empfänger projiziert wird und dass das Ausganssignal des Differenzbildners mit dem aus der ungefilterten elektromangetischen Strahlung resultierenden Ausgangssignal über einen Quotientenbildner verknüpft wird, dessen Ausgangssignal zur Fehleranzeige verwendet wird, dass zwischen der elektromagnetischen Strahlung der Strahlungsquelle, und den Elementen im Strahlengang solange eine definierte, automatisch gesteuerte Relativbewegung erzeugt wird, bis das aus dem gefilterten Strahlenanteil resultierende Ausgangssignal des lichtelektrischen Empfängers ein Minimum erreicht hat und dass mittels Zwischenschalten eines Dämpfungsfilters bzw. Gaussfilters vor die zu prüfende Struktur oder vor die Empfängerebene die durch die Inhomogenität der elektromagnetischen Strahlung bedingte Intensitätsverteilung in der Bildebene des Korrelatorsystems ausgeglichen wird.
Eine Anordnung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gegeben, dass ein lichtelektrischer Empfänger (18) in der Bildebene des Korrelators angeordnet ist, dass an diesem lichtelektrischen Empfänger ein aus Differenzenbildner, Verstärker und Anzeigeeinrichtung bestehendes Auswertesystem angeschlossen ist, dass ein ungefilterter Teil der elektromangetischen Strahlung auf einen zweiten lichtelektrischen Empfänger trifft, dass an die lichtelektrischen Empfänger ein mit dem Auswertesystem verbundener Quotientenbildner angeschlossen ist,
dass mindestens eines der optisch wirksamen Elemente im Strahlengang zwischen Strahlungsquelle und Filter einschliesslich der Strahlungsquelle und des Filters definiert bewegbar ist und dass ein als Dämpfungsfilter vorgesehenes Negativbild des Querschnittes des ausleuchtenden Strahlenbündels vor der zu prüfenden Struktur oder vor der Bildebene des Korrelatorsystems angeordnet ist. Die zu prüfende Struktur kann ein Linsensystem, ein Prisma oder ein Prismensystem sein.
Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:
Ein Laser 1 sendet in bekannter Weise eine Primärstrahlung 1' über einen Modulator 2, ein Mikroobjektiv 3 mit Mikrolochblende 4, eine Kondensoroptik 5 sowie über einen festen Spiegel 6 und einen mittels Verstellorgan 7 bewegbaren Spiegel 8 auf eine zu prüfende, teilweise lichtdurchlässige Strukturfläche 10, wobei gemäss der Erfindung ein vor der Strukturfläche 10 angeordnetes Gaussfilter 9 die Intensitätsverteilung im Laserstrahlenbündelquerschnitt ausgleicht.
Die an der Strukturfläche 10 abgebeugte Primärstrahlung 1' trifft in bekannter Weise auf das Objektiv 11 eines Korrelators 12 und auf das Filter 13, das z.B. einer fotografischen Aufzeichnung des Ortsfrequenzspektrums einer Standardstruktur 10 entspricht und das die abgebeugte Primärstrahlung 1' ausser der fehlerbedingten Strahlung unterdrückt.
Die fehlerbedingte Strahlung gelangt über ein Objektiv 11' des Korrelators 12, über eine veränderbare Messblende 14 mit einem Durchmesser von mindestens der doppelten Grösse der kleinsten Prüfstruktur, über ein Objektiv 15 und über eine Streuscheibe 16 sowie einen Lichtschacht 17 auf einen örtlich integral messenden lichtelektrischen Empfänger 18.
Dieser Empfänger 18 ermöglicht es, gemäss der Erfindung grössere Strukturflächen als Einheit objektiv zu prüfen - etwa auf prozentualen Fehleranteil hin.
Eine Sekundärstrahlung 1" des Lasers 1 wird über einen Modulator 2' und eine Mikrooptik 3' auf einen lichtelektrischen Empfänger 18' projiziert. Dessen elektrisches Ausgangssignal 19' trifft auf einen elektronischen Quotientenbildner 20.
Das Ausgangssignal 19 des lichtelektrischen Empfängers 18 passiert vor dem Eintreffen in den Quotientenbildner 20 ein elektronisches Schaltsystem 21 und einen Differenzenbildner 23.
Im mittels Taktgeber 24 angesteuerten Schaltsystem 21, dem Eingang eines Regelkreises 22 zur Verstellung des magnetostriktiven Elementes 7 und damit des Spiegels 8 wird das Signal 19 in Steuerimpulse 19"; 19"' zerlegt.
Wenn das der fehlerbedingten Strahlung proportionale Signal 19 durch Verstellen des Elementes 7 ein Minimum erreicht hat, ist der Regelvorgang beendet. Damit ist der Justierzustand der Anordnung reproduzierbar optimiert.
Im Differenzenbildner 23 erfolgt die Differenzbildung zwischen dem Signal 19, das von einer zu prüfenden Struktur 10 stammt und einem als Eichwert dienenden Signal 19"" einer Standardstruktur, das in der vorstehend beschriebenen Vorrichtung vor dem Signal 19 analog zu diesem jedoch durch Anordnung der Standardstruktur an Stelle der zu prüfenden Struktur 10 erhalten und gespeichert wurde.
Bewertungskriterium ist aufgrund des integral messenden lichtelektrischen Empfängers die Strukturfläche objektiv in ihrem Gesamtzustand.
Ist die zu prüfende Strukturfläche 10 fehlerfrei, so kommt aus dem Differenzenbildner 23 kein Signal. Das Ausgangssignal des Differenzenbildners 23 wird im Quotientenbildner 20 mit dem Signal 19' des lichtelektrischen Empfängers 18' verknüpft.
Die Verknüpfung des Signals 19 der Primärstrahlung 1' mit dem Signal 19' der Sekundärstrahlung 1" verhindert, dass sich Intensitätsschwankungen des Lasers im Messergebnis widerspiegeln.
Gleiches ist erreichbar durch Ausblenden eines Teils der ungefilterten Primärstrahlung und Verknüpfung dessen elektrischen Signals mit dem elektrischen Signal des gefilterten Strahlenteils.
Es ist auch möglich, beide Strahlenteile im Wechsel auf einen gemeinsamen lichtelektrischen Empfänger zu projizieren und entsprechend dem Beispiel miteinander zu verknüpfen.
Das Ausgangssignal des Quotientenbildners wird zur Fehleranzeige 25 verwendet.
** WARNING ** Beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
PATENT CLAIMS
1. A method for testing structures according to the principle of optical filtering, in which electromagnetic radiation is projected via a micro-object with a micro-hole diaphragm and a condenser onto the structure to be tested, which partially transmits the electromagnetic radiation, and via a correlator system consisting of at least one optic and one optical filter and impinges on a photoelectric receiver via a measuring diaphragm, characterized in that the cross-sectional area of the beam exiting at the measuring diaphragm and measured integrally in the photoelectric receiver via the measuring diaphragm is at least twice as large as the smallest existing partial structure, and that the output signal of the photoelectric receiver by means of a difference calculator is compared with a calibration value.
2. The method according to claim 1, characterized in that the calibration value is obtained from the signal of the photoelectric receiver with the arrangement of a standard structure at the point of the structure to be tested.
3. The method according to claim 2, characterized in that part of the electromagnetic radiation generated by the radiation source is projected unfiltered onto a photoelectric receiver and that the output signal of the subtractor is linked to the output signal resulting from the unfiltered electromagnetic radiation via a quotient generator whose output signal is used to display errors.
4. The method according to claim 3, characterized in that a defined, automatically controlled relative movement is generated between the electromagnetic radiation of the radiation source and the elements in the beam path until the output signal of the photoelectric receiver resulting from the filtered beam portion has reached a minimum.
5. The method according to claim 4, characterized in that by interposing a damping filter e.g.
Gaussian filter in front of the structure to be tested or in front of the receiver plane, the intensity distribution caused by the inhomogeneity of the electromagnetic radiation in the image plane of the correlation system is balanced.
6. Arrangement for carrying out the method according to claims 1 to 4, characterized in that a photoelectric receiver (18) is arranged in the image plane of the correlator, that on this photoelectric receiver (18) a difference generator (21), amplifier and display device (25) the existing evaluation system is connected so that an unfiltered part of the electromagnetic radiation hits a second photoelectric receiver (18 ') that a quotient generator (20) connected to the evaluation system is connected to the photoelectric receiver (18, 18'),
that at least one of the optically effective elements in the beam path between the radiation source and the filter, including the radiation source and the filter, can be moved in a defined manner and that a negative image of the cross section of the illuminating beam is arranged in front of the structure to be tested or in front of the image plane of the correlator system, which is provided as an attenuation filter.
7. Application of the method according to claims 1 to 4 for testing a lens or a lens system.
8. Application of the method according to claims 1 to 4 for testing a prism or prism system.
The invention relates to a method and an arrangement for testing structures according to the principle of optical filtering, in which electromagnetic radiation is projected via a micro-objective with a micro-hole diaphragm and a condenser onto the structure to be tested, which partially transmits the electromagnetic radiation, and via a structure to be tested consisting of at least one optical system and a correlator system consisting of an optical filter and a photoelectric receiver via an orifice plate.
Methods based on the principle of optical filtering are known which determine the quantity and quality of the defects in structures to be tested by point-by-point scanning of the structure surfaces to be tested, with either a measurement of the defect surface size or only an error display taking place. In the known method, a bundle of monochromatic electromagnetic radiation hits a partially light-permeable structural surface. The electromagnetic radiation penetrating the structure surface is focused in its focal plane by means of first correlator optics and there generates the so-called spatial frequency spectrum.
In the focal plane of the first correlator optics, a filter suitable for structural testing, e.g. a spatial frequency spectrum of a standard structure is arranged and the filtered spatial frequency spectrum of the structure to be tested is transformed back into an image plane by a second correlator optics.
The image plane of the reverse transformation is either scanned visually point by point or high-resolution photoelectric receivers are used, which carry out the objective point-by-point scanning and emit electrical signals that are proportional to the size of the defect area.
For the methods according to the prior art, the error detection limit is equal to the resolution limit of the correlator optics used or the resolution limit of the photoelectric receiver or the measuring diaphragm.
The higher the qualitative performance of the process was required, i.e. Testing in the submicrometer range, the higher the resolution, the correlator optics and photoelectric receivers were dimensioned, but the lower the quantitative performance of the method.
When using e.g. Medium resolution camera lenses, projection lenses, etc. as correlators succeed in increasing the quantitative performance of the method by capturing larger structural surface areas, but in this case the quality of the method is low.
The disadvantage of the methods according to the state of the art is that their qualitative further development on the basis of the previous measuring principles reduces productivity more and more or, while productivity remains the same, very high costs for new, high-resolution optics, for high-resolution photoelectric receivers and for computing and control electronics requires.
Another disadvantage arises from the insufficient reproducibility of the method because too many non-reproducible influences are included in the measurement.
The purpose of the invention is to enable a new measuring principle based on optical filtering.
The object of the invention is to create a method using correlator optics of medium power and conventional photoelectric receivers which combines high productivity, sensitivity and accuracy of reproducibility.
According to the invention, the object is achieved in that the cross-sectional area of the beam emerging at the measuring orifice and measured integrally in the photoelectric receiver via the measuring orifice is at least twice as large as the smallest existing partial structure of the structure to be tested and that the output signal of the photoelectric receiver is also is compared to a calibration value.
An advantageous solution to the problem results from the fact that part of the electromagnetic radiation generated by the radiation source is transmitted unfiltered to a photoelectric
Receiver is projected and that the output signal of the difference generator is linked to the output signal resulting from the unfiltered electromagnetic radiation via a quotient generator, the output signal of which is used to indicate an error that between the electromagnetic radiation of the radiation source and the elements in the beam path as long as a defined, automatically controlled Relative movement is generated until the output signal of the photoelectric receiver resulting from the filtered beam component has reached a minimum and that by interposing an attenuation filter or Gaussian filter in front of the structure to be tested or in front of the receiver plane, the intensity distribution caused by the inhomogeneity of the electromagnetic radiation in the image plane of the Correlator system is balanced.
An arrangement for carrying out the method according to the invention is provided in that a photoelectric receiver (18) is arranged in the image plane of the correlator, that an evaluation system consisting of difference generator, amplifier and display device is connected to this photoelectric receiver, so that an unfiltered part of the electromagnetic radiation encounters a second photoelectric receiver that a quotient generator connected to the evaluation system is connected to the photoelectric receiver,
that at least one of the optically effective elements in the beam path between the radiation source and the filter, including the radiation source and the filter, can be moved in a defined manner and that a negative image of the cross section of the illuminating beam is arranged in front of the structure to be tested or in front of the image plane of the correlator system, which is provided as an attenuation filter. The structure to be tested can be a lens system, a prism or a prism system.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment:
A laser 1 sends a primary radiation 1 'in a known manner via a modulator 2, a micro objective 3 with a micro-hole diaphragm 4, a condenser optics 5 as well as via a fixed mirror 6 and a mirror 8 movable by means of an adjustment element 7 onto a partially translucent structural surface 10 to be tested, according to the invention, a Gaussian filter 9 arranged in front of the structure surface 10 compensates for the intensity distribution in the laser beam cross section.
The primary radiation 1 'diffracted at the structure surface 10 hits the objective 11 of a correlator 12 and the filter 13, e.g. corresponds to a photographic recording of the spatial frequency spectrum of a standard structure 10 and which suppresses the diffracted primary radiation 1 'apart from the radiation caused by errors.
The error-related radiation passes through an objective 11 'of the correlator 12, via a variable measuring aperture 14 with a diameter of at least twice the size of the smallest test structure, via an objective 15 and via a diffuser 16 and a light shaft 17 to a locally integrally measuring photoelectric receiver 18th
This receiver 18 makes it possible, according to the invention, to objectively examine larger structural areas as a unit - for example for percentage errors.
A secondary radiation 1 ″ of the laser 1 is projected via a modulator 2 ′ and micro-optics 3 ′ onto a photoelectric receiver 18 ′. Its electrical output signal 19 ′ hits an electronic quotient generator 20.
The output signal 19 of the photoelectric receiver 18 passes an electronic switching system 21 and a differentiator 23 before it reaches the quotient generator 20.
In the switching system 21 controlled by the clock generator 24, the input of a control circuit 22 for adjusting the magnetostrictive element 7 and thus the mirror 8, the signal 19 is broken down into control pulses 19 "; 19" '.
When the signal 19, which is proportional to the radiation caused by the error, has reached a minimum by adjusting the element 7, the control process is ended. The adjusted state of the arrangement is thus reproducibly optimized.
In the differentiator 23, the difference is formed between the signal 19, which originates from a structure to be tested 10 and a signal 19 "" of a standard structure serving as a calibration value, which in the above-described device appears before the signal 19 analogously to this, however, by arranging the standard structure Place of the structure to be tested 10 was received and stored.
Due to the integrally measuring photoelectric receiver, the evaluation criterion is the overall condition of the structure.
If the structural surface 10 to be checked is free of defects, no signal comes from the differentiator 23. The output signal of the difference generator 23 is linked in the quotient generator 20 with the signal 19 'of the photoelectric receiver 18'.
The combination of the signal 19 of the primary radiation 1 'with the signal 19' of the secondary radiation 1 ″ prevents intensity fluctuations of the laser from being reflected in the measurement result.
The same can be achieved by masking out a part of the unfiltered primary radiation and combining its electrical signal with the electrical signal of the filtered beam part.
It is also possible to alternately project both beam parts onto a common photoelectric receiver and link them to one another according to the example.
The output signal of the quotient generator is used for error display 25.