DD240824A3 - Verfahren und vorrichtung zur justierung von zwei ebenen zueinander - Google Patents

Abstract

Patentanspruch 1: Verfahren zur Justierung von zwei Ebenen zueinander, von denen wenigstens eine transparent ist ,dadurch gekennzeichnet, dass die zu justierenden beiden Flächen ein Fizeau-Interferometer bilden, welches entweder mit weißem Licht bestrahlt und das ausgehende Licht spektral zerlegt und beobachtet oder welches mit dem an einem zweiten Referenz-Interferometeretalon reflektierten Licht bestrahlt wird und die dabei entstehenden Überlagerungsstreifen als Justierkriterium dienen. Fig.1-2

Description

Uberlagerungsstreifen als Justierkntenum herangezogen werden

Zweckmaßigerweisewird zur Beurteilung des Justierzustandes nach spektraler Zerlegung das Spektrum mit einem Etalonraster im Moire verglichen

In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens werden die Spektren dreier am Rande der beiden Flachen liegenden, vorzugsweise um 120° versetzten Bereiche übereinander auf dem Spalt eines Spektroskops erzeugt und alle drei Kanäle auf gleiche Streifenzahl eingestellt

Die optische Verbindung zwischen dem Fizeau-Interferometer einerseits und dem Spektroskop oder dem Interferometeretalon andererseits wird zweckmäßig durch Lichtleitkabel hergestellt

Wird nach der zweiten Verfahrensvariante gearbeitet, werden die Uberlagerungsstreifen vorteilhaft mit einem Spektroskop beobachtet

Zur Vorjustierung kann auch monochromatisches Licht benutzt werden

Der Spektralbereich wird zweckmaßigerweise entsprechend den Empfindlichkeitslucken der zu justierenden lichtempfindlichen Grenzflachen eingeschränkt

Zur Durchfuhrung der ersten Verfahrensvanante wird eine Vorrichtung verwendet, die erfindungsgemaß in nachstehend beschriebener Weise aufgebaut ist

Einer Weißlichtquelle sind ein Kondensor und ein Strahlenteiler nachgeordnet In dem einen Teilstrahlengang des Strahlentellers liegen eine Blende und ein Kollimator, in dessen parallelem Strahlengang sich die zu justierenden, einen Teil des Lichtes reflektierenden Flachen eines Fizeau-Interferometers befinden In dem anderen Teilstrahlengang des Strahlentellers ist ein die zu justierenden Flachen auf eine Bildebene scharf abbildendes Objektiv angeordnet In drei zueinander versetzten kleinen Flachenbereichen der genannten Bildebene befinden sich die Eingange dreier Lichtleitkabel, deren Ausgange übereinander auf dem Spalt eines Spektroskops angeordnet sind

Auf diese Weise sind durch die Lichtleitkabel drei ubereinanderhegende Informationskanale realisiert, die im Spektroskop drei zur Beobachtung oder zum Vergleich mit einem Raster heranzuziehende getrennt periodisch unterbrochene Spektren ergeben Zur Duchfuhrung der zweiten Verfahrensvariante wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die ein zweites Referenz-Interferometeretalon enthalt

Einer Weißlichtquelle sind eine Blende und ein Strahlenteiler nachgeordnet In dem einen Teilstrahlengang des Strahlentellers hegt ein Kollimator, in dessen parallelem Strahlengang sich ein das Licht teilweise reflektierendes Referenz-Etalon befindet In dem anderen Teilstrahlengang des Strahlenteilers ist eine Blende angeordnet, hinter der der Eingang eines Lichtleitkabels liegt, dessen Ausgang auf eine Blende gerichtet ist, hinter der sich ein weiterer Strahlenteiler befindet In dem einen Teilstrahlengang dieses Strahlentellers hegt ein Kollimator, in dessen parallelem Strahlengang sich die zu justierenden, einen Teil des Lichtes reflektierenden Flachen befinden In dem anderen Teilstrahlengang des letztgenannten Strahlenteiler sind eine Blende und ein Objektiv angeordnet

Dem Objektiv ist ein Spektroskop nachgeschaltet, in dessen Spalt die zu justierenden Flachen abgebildet und in dessen Spektralebene die Uberlagerungsstreifen beobachtet werden können Sind diese sichtbar und auf maximalen Abstand eingestellt, so wird das Spektroskop entfernt und die endgültige Justierung durch Einstellung auf den kontrastreichsten Streifen bei visueller Beobachtung vorgenommen Selbstverständlich kann statt des Lichtleitkabelszwischen den beiden Strahlentellern auch ein anderes geeignetes optisches Übertragungssystem eingesetzt sein und statt des Spektroskops eine andere spezielle Beobachtungseinrichtung zum Betrachten der Interferenzerscheinung im Fizeau-Interfemmeter verwendet werden Die Reflexionsgrad am Referenz-Etalon ist beliebig wahlbar

In beiden Vorrichtungen können die Strahlenteiler durch Spiegel oder Umlenkprismen in Kombination mit schwach schiefer Beleuchtung realisiert sein, derart, daß Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengang in den Fizeau-Interferometern raumlich getrennt hegen

Bei der durch die vorbeschriebenen Merkmale gekennzeichneten Erfindung werden zur Justierung der jeweils einander gegenüberliegenden Ebenen Fizeau-Interferenzen eingesetzt, wobei die Grenzflachen der zu justierenden Korper einen reellen Keil bilden Durch Hinzufugen einer Beleuchtungs- und Beobachtungseinrichtung wird diese Anordnung zu einem Fizeau-Interferometer ergänzt Durch die Verwendung monochromatischen Lichtes ist auf diese Weise eine Paralleljustierung von zwei Ebenen ohne weiteres möglich

Zur reproduzierbaren Einstellung des Abstandes zwischen den beiden parallelen Ebenen ist es notig, von der Monochromasie der Lichtquelle abzugehen Hier sind zwei Falle zu unterscheiden In einem Fall hegen sehr geringe Abstande zwischen der Hologramm- und Bildebene vor Im anderen Fall sind beliebige Abstande einzustellen Bei geringen Abstanden zwischen den zu justierenden Flachen kann die erste Verfahrensvariante benutzt werden Das Licht einer intensiven Weißlichtquelle wird zur Beleuchtung des reellen Keils im Fizeau-Interferometer benutzt Wird das reflektierte Licht spektral untersucht, so stellt man fest, daß eine diskrete Zahl von Wellenlangen im Spektrum fehlt Man erhalt ein periodisch unterbrochenes Spektrum, an Hand dessen man bereits im Prinzip die Dicke bestimmen konnte Bei der technischen Durchfuhrung wird jedoch folgendermaßen vorgegangen

Im Bildraum des reellen Keihnterferometers werden in drei kleinen Flachenbereichen die Intensitäten mit Lichtleitkabeln abgenommen und auf den Eintnttsspalt eines Spektroskops gegeben Dann erhalt man drei verschiedene von den jeweiligen Dicken abhangige Spektren Die Justierung auf parallelen Schnitt ist erreicht, wenn die Spektren identisch sind Die Justierung erfolgt in diesem Falle zweckmaßigerweise mit Hilfe einer Dreipunktjustierung, die in Nahe der angetasteten Flachenbereiche ihre Auflagepunkte hat Die Einstellung auf eine bestimmte Dicke ist dabei in folgender Weise möglich Bei der Hologrammaufnahme wird das Spektralbild photographiert und das hart kopierte Spektrogramm in der Bildebene repositioniert Dann treten bei Dejustagen gegenüber dem ursprünglichen Zustand Moirestreifen im Spektrum auf Die Anordnung ist justiert, wenn die Moirestreifen in allen drei Kanälen verschwinden An die Stelle der harten Kopie kann auch ein an sich beliebiges Raster angepaßter Grundfrequenz treten Dann wird auf gleiche Moireerscheinung in den drei Kanälen justiert

Fur den Fall beliebiger Abstande zwischen den zu justierenden Flachen kommt zweckmäßig die zweite Verfahrensvariantejn Betracht, da die Auflosung lichtstarker Spektroskope nicht ausreichend ist Sie kann auch bei geringen Abstanden angewendet werden

Dabei beleuchtet das Licht einer intensiven Weißlichtquelle ein Fabry-Perot-Etalon mit geringem Verspiegelungsgrad. Das reflektierte Licht wird zur Beleuchtung des aus den zu justierenden Grenzflächen bestehenden Keilinterferometers benutzt. Dann treten bei gleichen Dicken in beiden Interferometem Überlagerungsstreifen im weißen Licht auf. Die Justierung ist beendet, wenn im Kontrastmaximum der Weißlichtinterferenzen paralleler Schnitt erreicht ist. Zur Erleichterung der Justierung kann wiederum ein Spektroskop eingesetzt werden. Bei voneinander abweichenden Dicken in den beiden Interferometem treten im Spektrum Moirestreifen auf. Sie müssen durch Angleichung des zu justierenden Interferometers an die Etaiondicke zum Verschwinden gebracht werden. Zur Vorjustage des Keilwinkels wird vorteilhafterweise monochromatisches Licht verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren weist wesentliche Vorteile auf. Durch die Anwendung von Interferenzmethoden zur Justierung kann die optische Grenzgenauigkeit erreicht werden. Für die Beobachtung der Interferenzen sind abbildende Systeme mit kleinen Aperturen anwendbar, wodurch der Abstand zwischen der Beobachtungseinrichtung und der Meßstelle beliebig und daher optimal wählbar ist. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die gleichzeitige Justierung von Abstand und Winkel zwischen den Grenzflächen auf einfache Weise, da als Justierkriterium die Einstellung auf Interferenzkontrast bzw. das Verschwinden von Moirestreifen dient. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Prüfung berührungsfrei erfolgt und daß bei der Messung keine mechanische Einwirkung auf die Grenzflächen erfolgt. Das Verfahren ist auch anwendbar, wenn eine der Grenzflächen lichtundurchlässig ist, wie es z. B. bei der Mikroschaltkreiskopie vorkommt. Die Anpassungsfähigkeit des Verfahrens ist durch die Verwirklichung beliebiger Abstände zwischen den Grenzflächen gegeben. Insbesondere für kleine Abstände ist dieses Verfahren vorteilhaft anzuwenden und stellt z. B. nach dem hier beschriebenen Stand der Technik die einzige Justiermethode dar, die für die holographische Abbildung von detailreichen und sehr feinen Strukturen geeignet ist. Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Justierung kleiner Ebenenabstände, Fig. 2: eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Justierung beliebiger Abstände.

In Fig. 1 fällt das Licht einer intensiven Weißlichtquelle 1 über einen Kondensator 2 und einen teildurchlässigen Spiegel 3 auf eine Blende 4. Ein Kollimator 5 richtet das Licht parallel und beleuchtet das Fizeau-Keilinterferometer 6. Das Licht wird teilweise reflektiert und verläuft über Kollimator 5, Blende 4 und den teildurchlässigen Spiegel 3 auf das Objektiv 7. Dieses bildet die beiden Platten 6 auf die Ebene 8 ab. Drei Lichtleitkabel 9 leiten das Licht auf den Eintrittsspalt 10 eines lichtstarken Spektroskops. Ein spektroskopisches System 11 sorgt für die Wellenlängenzerlegung in der Ebene 12. Dort erscheinen übereinander die Interferenzbilder (Müller'sche Streifen) der drei Flächenbereiche Pi, P₂ und P₃. Diese können entweder visuell durch Justierung der Platten 6 einander angeglichen werden oder mit Hilfe eines Hilfsrasters, welches die gleiche mittlere Frequenz wie das Müller'sche Interferenzbild hat. Das Raster fungiert dann als Etalon, demgegenüber die Justierung relativiert ist. In Fig. 2 fällt das Licht einer intensiven Weißlichtquelle 13 auf eine Blende 14 und einen teildurchlässigen Spiegel 15, an dem das Licht auf den Kollimator 16 abgelenkt wird und das parallele Licht danach das Referenz-Etalon 17 beleuchtet. Dort wird ein Teil reflektiert und verläuft über den Kollimator 16 und den teildurchlässigen Spiegel 15 auf eine Blende 18, die störende Reflexe beseitigt. Ein Lichtleitkabel 19 lenkt das Licht auf eine Blende 20 und einen teildurchlässigen Spiegel 21. Von dort verläuft das Licht über den Kollimator 22 auf die zu justierenden Platten 23. Dort wird ein Teil des Lichtes reflektiert und über denKollimator 22 und den teildurchlässigen Spiegel 21 auf die Blende 24 gelenkt. Von einem Objektiv 25 wird die durch die Platten 23 gegebene Flächenkombination auf den Eintrittsspalt des Spektroskops 26 abgebildet. Dieses wird zur Beobachtung der Überlagerungsstreifen benutzt.

Sind diese sichtbar und auf maximalen Abstand eingestellt, so wird das Spektroskop entfernt und die endgültige Justierung durch Einstellung auf den kontrastreichsten Streifen bei visueller Beobachtung vorgenommen. Der Spektralbereich des weißen Lichtes wird so durch Filter eingeschränkt, daß lichtempfindliche Schichten mit diesen Anordnungen justierbar sind.

Claims (11)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zur Justierung von zwei Ebenen zueinander, von denen wenigstens eine transparent ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zu justierenden beiden Flächen ein Fizeau-Interferometer bilden, welches entweder mit weißem Licht bestrahlt und das ausgehende Licht spektral zerlegt und beobachtet oder welches mit dem an einem zweiten Referenz-Interferometeretalon reflektierten Licht bestrahlt wird und die dabei entstehenden Überlagerungsstreifen als Justierkriterium dienen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beurteilung des Justierzustandes nach spektraler Zerlegung das Spektrum mit einem Raster im Moire verglichen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spektren dreier am Rande der beiden Flächen liegenden, um 120° versetzten Bereiche übereinander auf dem Spalt eines Spektroskops erzeugt und alle drei Kanäle auf gleiche Streifenzahl eingestellt werden·.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Verbindung zwischen dem Fizeauinterferometer einerseits und dem Spektroskop oder dem Interferometeretalon andererseits durch Lichtleitkabel hergestellt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungsstreifen mit einem Spektroskop beobachtet werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorjustierung auch monochromatisches Licht benutzt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spektralbereich entsprechend den Empfindlichkeitslücken der lichtempfindlichen Grenzflächen eingeschränkt wird.
8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer Weißlichtquelle (1) ein Kondensator (2) und ein Strahlenteiler (3) nachgeordnet sind, ferner in dem einen Teilstrahlengang des Strahlenteilers (3) eine Blende (4) und ein Kollimator (5) liegen, im parallelen Strahlengang des Kollimators (5) sich die zu justierenden, einen Teil des Lichtes reflektierenden Flächen eines Fizeau-Interferometers befinden, und in dem anderen Teilstrahlengang des Strahlenteilers (3) ein die Flächen (6) auf eine Bildebene (8) scharf abbildendes Objektiv (7) angeordnet ist, daß sich in der Bildebene (8) in drei zueinander versetzten kleinen Flächenbereichen (P₁, P₂, P₃) der Eingang dreier Lichtleitkabel (9) befindet, deren Ausgänge übereinander auf dem Spalt (10) eines Spektroskops (11) angeordnet sind.
9. 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß einer Weißlichtquelle (13) eine Blende (14) und ein Strahlenteiler (15) nachgeordnet sind, in dem einen Teilstrahlengang des Strahlenteilers (15) ein Kollimator (16) liegt, in dessen parallelen Strahlengang sich ein das Licht teilweise reflektierendes Referenz-Etalon (17) befindet, und in dem anderen Teisstrahlengang des Strahlenteilers (15) eine Blende (18) angeordnet ist, hinter der der Eingang eines Lichtleitkabels (19) liegt, dessen Ausgang auf eine Blende (20) gerichtet ist, hinter der sich ein weiterer Strahlenteiler (21) befindet, daß ferner in dem einen Teilstrahlengang dieses Strahlenteilers (21) ein Kollimator (22) liegt, in dessen parallelem Strahlengang sich die zu justierenden, einen Teil des Lichtes reflektierenden Flächen (23) befinden, und in dem anderen Teilstrahlengang des Strahlenteilers (21) eine Blende (24) und ein Objektiv (25) angeordnet sind und dem Objektiv (25) wahlweise ein Spektroskop (26) nachgeschaltet ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsgrad am Referenz-Etalon beliebig wählbar ist.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlenteiler durch Spiegel oder Umlenkprismen in Kombination mit schwach schiefer Beleuchtung realisiert sind, derart, daß Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengang in den Fizeau-Interferometern räumlich getrennt liegen.

    Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

    Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Justierung von zwei Ebenen zueinander. Ein derartiges Verfahren ist vor allem für die Kopie besonderer feinstrukturierter Objekte von Bedeutung. So tritt bei der Kopie von Mikroschaltkreisen oder Skalen das Problem auf, das zu belichtende Objekt möglichst genau zu fokussieren.

    In der Holographie ist das Objekt in einem bestimmten Abstand vom Hologramm zu positionieren. Da das Hologramm zur Entwicklung bewegt werden muß und das Objekt gegen die zu belichtende Schicht ausgetauscht wird, ist es notwendig, eine bestimmte Ebene im Raum wiederzufinden.

    Es ist bekannt, die Kontrolle der Einstellung einer Bildebene oder allgemein einer Ebene mittels geometrisch-optischer Verfahren vorzunehmen.

    Dabei wird die begrenzte optische Schärfentiefe hochaperturiger Mikroobjektive zur Scharfstellung ausgenutzt. Die Schärfentiefe der Objektive ist bei der Kopie von sehr feinen Details, die an der Auflösungsgrenze liegen, zur Scharfstellung jedoch nur bedingt geeignet. Bekanntlich ist der Bereich, in dem das Objekt scharf erscheint, größer als die kleinste lateral auflösbare Struktur. Nimmt man z. B. Strukturen kleiner als die Auflösungsgrenze dieser Objektive an, so reicht die geometrischoptische Lösung nicht mehr aus.

    Da die Abbildungen sehr feiner Strukturen, d.h. von Strukturen im pm-Bereich, mittels Holographie auf großen Feldern möglich erscheint und die Schärfentiefe dem Quadrat von 1: Apertur proportional ist, werden andere als geometrisch-optische Methoden benötigt. Hinzu kommt ein wesentlicher Unterschied zwischen der Projektionslithographie mit Spezialobjektiven und mittels Holographie. Im ersten Fall ist das Objektiv selbst als Meßmittel einsetzbar. In der Holographie ist das im allgemeinen nicht möglich. Die Justierung wird dann besonders schwierig, wenn das zu belichtende Objekt undurchsichtig ist, wie es z. B. bei Sifizium-Platten oder bei Ätzvorlagen zutrifft. In diesem Fall ist es auch unmöglich, eine Kontrolle der Bildebene von der Rückseite her vorzunehmen. Bei der Mikroschaltkreiskopie dürften aber gerade derartige Schichtträger besonders interessant sein. Zweck der Erfindung ist es, z. B. die reproduzierbare Justage von Objektiv-Hologramm bei der Aufnahme des Hologramms und die Justage Hologramm-Bildebene bei der Rekonstruktion zu ermöglichen.

    Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Justierung zweier Ebenen zueinander mit höchster Präzision zu ermöglichen und außerdem im zweiten Schritt den Justierzustand des ersten zu reproduzieren.

    Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die zu justierenden beiden Flächen ein Fizeau-Interferometer bilden, welches entweder mit weißem Licht bestrahlt und das ausgehende Licht spektral zerlegt und beobachtet wird, oder aber mit dem an einem zweiten Referenz-Interferometeretalon reflektierten Licht bestrahlt wird und dann die dabei entstehenden