DE3889556T2 - Hochauflösendes automatisches elektronisches Brennpunktkorrekturuntersystem für Elektronenstrahllithographie. - Google Patents

Hochauflösendes automatisches elektronisches Brennpunktkorrekturuntersystem für Elektronenstrahllithographie.

Info

Publication number
DE3889556T2
DE3889556T2 DE3889556T DE3889556T DE3889556T2 DE 3889556 T2 DE3889556 T2 DE 3889556T2 DE 3889556 T DE3889556 T DE 3889556T DE 3889556 T DE3889556 T DE 3889556T DE 3889556 T2 DE3889556 T2 DE 3889556T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
signal
output signal
signal processing
output
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE3889556T
Other languages
English (en)
Other versions
DE3889556D1 (de
Inventor
Thomas Kevin Collopy
Donald Fuller Haire
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Application granted granted Critical
Publication of DE3889556D1 publication Critical patent/DE3889556D1/de
Publication of DE3889556T2 publication Critical patent/DE3889556T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28Systems for automatic generation of focusing signals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/304Controlling tubes by information coming from the objects or from the beam, e.g. correction signals
    • H01J37/3045Object or beam position registration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)
  • Focusing (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

    Hintergrund der Erfindung 1. Technisches Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft die Elektronenstrahllithographie und insbesondere ein Korrektursystem zur Eliminierung der Auswirkungen der Höhenunterschiede der Wafer- oder Maskenoberfläche. Solche Unterschiede bewirken eine Verschlechterung der Fokussierung (Bildqualität), eine Vergrößerung der Abweichungen und eine Drehung (nicht vorgesehenes Beschreiben).
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Das mit "Automatic Focus and Deflection Correction in E-Beam System Using Optical Target Height Measurements" betitelte US- Patent 4 468 565 von Blair et al beschreibt ein bekanntes Autofokussierungssystem. Der besondere Teil dieses Systems, der durch diese Erfindung verbessert wurde, ist das elektronische Teilsystem für die Autofokussierung. Der Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht der EP-A-83 413.
  • Fig. 1 zeigt die Schnittstelle des optischen Teilsystems zwischen der Optik des Systems und dem elektronischen Teilsystem. Das optische System umfaßt im wesentlichen Einrichtungen zur Übertragung von Lichtstrahlen, die speziell an die besonderen Bedingungen einer Belichtungseinrichtung für Elektronenstrahlen angepaßt sind. Das in Fig. 1 gezeigte optische System genügt den Anforderungen der Elektronenstrahltechnik.
  • Mittels der Lichtquelle wird das Bild eines Spaltes auf der Oberfläche des Objektes abgebildet. Dieses Bild des Spaltes wird durch die in Fig. 1 gezeigte Optik vom Objekt reflektiert und auf dem Umsetzer für Lichtstrahlen, d. h. auf einem lichtempfindlichen Sensor, abgebildet. Dieser lichtempfindliche Sensor wandelt das Bild in ein Bildsignal um. Dieses Bildsignal wird von der Elektronik für die Autofokussierung verarbeitet, um die Höhe des Objektes zu bestimmen. Wie in Fig. 1 gezeigt, bewirken Veränderungen der Z-Koordinate der Objektoberfläche 15 um einen positiven oder negativen Betrag Delta z, daß sich die Abbildung 16 des Spaltes vertikal von der Position 9 zu der Position 9' verschiebt. Diese Korrelation zwischen der linearen Positionsverschiebung des Bildsignals auf dein Sensor in Abhängigkeit von der Höhenveränderung ermöglicht die Messung der Höhe des Objektes.
  • Das elektronische Teilsystem der Autofokussierung des genannten Patentes verwendet das typische Bildausgangssignal der Diodenmatrix 28 aus Fig. 3 als Eingangssignal. Fig. 2 zeigt dieses Ausgangssignal. Das Ausgangssignal der Diodenmatrix 28 weist einen oberen Umschaltpegel auf, der durch einen Komparator 37 festgelegt wird, um zu bestimmen, welche der Dioden N1, N2, ... Nn (es sind n-Dioden vorhanden) der Matrix 28 der Vorderflanke und welche der Hinterflanke des Lichtstrahles entspricht. Die Diode N1 kann beispielsweise der Vorderflanke entsprechen, während die Diode N2 der Hinterflanke entspricht. Das elektronische Teilsystein benutzt das Ausgangssignal der Diodenmatrix und wandelt, wie in Fig. 2 gezeigt, dieses Ausgangssignal in Signale um, die für die Korrektur des Brennpunkts und der Ablenkung des Elektronenstrahls benötigt werden. Darüber hinaus wird der Pegel des Sensorsignals durch das elektronische Teilsystem aus Fig. 3 so eingestellt, daß sich verändernde Bedingungen wie ein Verändern der Reflektivität der Objektoberfläche ausgeglichen werden.
  • Bezugnehmend auf Fig. 3 wird im folgenden das bekannte Teilsystem der Elektronik für die Autofokussierung ausführlicher beschrieben. Das in Fig. 2 gezeigte Bildausgangssignal der in Fig. 3 gezeigten Diodenmatrix 28 wird zunächst einem Differenzverstärker 32 und dann einem Steuerwiderstand 33 für die Einstellung des Verstärkungsfaktors zugeführt. Ein Nullinien-Regelkorrektursignal wird dann in der Addiererschaltung 34 des Verstärkers 35 zu dem Bildsignal addiert.
  • Die Nullinienregelung 36 ist für die Korrektur der Gleichspannungsdrift der Verstärker 32 erforderlich, die das Ergebnis einer hohen Gleichspannungsverstärkung ist, die zur Verstärkung des schwachen Diodensignals notwendig ist, um dieses auf einen Pegel anzuheben, der mit den in Fig. 3 gezeigten Komparator 37 verarbeitet werden kann. Das erhaltene Bildausgangssignal 38 ist dann mit dem in Fig. 2 gezeigten identisch, wobei der Umschaltpegel in einem Komparator 37 benutzt wird, um zu bestimmen, welche Diode (N1) der Vorderflanke des Lichtstrahls entspricht und welche Diode (N2) der Hinterflanke des Lichtstrahls entspricht, der in Fig. 2 gezeigt ist.
  • Das System in Fig. 3 verwendet Logikschaltungen 39, die einerseits das Ausgangssignal des Komparators 37 und andererseits das Ausgangssignal des Taktgebers 40 empfangen, um eine Anzahl Zählimpulse zu erzeugen, die gleich der Anzahl der Dioden ist, die sich zwischen dem Anfang der Diodenmatrix 28 und der Mitte des Lichtstrahls befinden. Eine Ausgangsstufe 41 empfängt den Zählimpuls zusammen mit einem Rücksetz-Signal und einem Abtast-Signal.
  • Die Ausgangsstufe 41 führt mehrere Funktionen aus. Zunächst setzt sie die serielle Zählimpulsfolge der Logikschaltungen 39 in ein Wort in Form eines parallelen Ausgangssignals um, daß einem nicht gezeigten Steuercomputer zugeführt wird. Die Ausgangsstufe enthält auch einen Digital-Analog-Wandler, der ein analoges Ausgangssignal erzeugt, das unmittelbar zur Brennpunkt korrektur des Elektronenstrahls verwendet wird. Diese beiden Ausgangssignale sind in Fig. 3 gezeigt.
  • Die Höhenwerte, die an den Computer und an den Treiber der Brennpunkt-Spule der Elektronenstrahlanordnung gesendet werden, werden periodisch aktualisiert, wenn an den Strobe- und Rücksetz-Leitungen Impulse anliegen.
  • Fig. 3 zeigt ein Eingangssignal zu den Logikschaltungen 39 in Form eines "Computer"-C-Zyklusses. Dies Eingangssignal zeigt an, daß sich das Elektronenstrahlsystem in einem Modus befindet, in dem sich der Tisch bewegt, und daß sich das System in einem Betriebszustand befindet, in dem eine Aktualisierung der Ausgangssignale für die Autofokussierung stattfinden kann. In dem Modus, in dem sich der Tisch bewegt, wird weder ein Schreiben noch eine Aufzeichnung der Systemdaten vorgenommen, sondern eine mechanische Einstellung bezüglich des Werkstücks, die eine Aktualisierung der Ausgangssignale für die Autofokussierung ermöglicht. Dementsprechend wird unter Verwendung des C-Zyklus-Eingangssignals in den Logikschaltungen 39 eine Aktualisierung zu dem Zeitpunkt der Signalverarbeitung vorgenommen, zu dem keine wesentliche Einwirkung auf den Elektronenstrahl stattfindet.
  • Fig. 3 zeigt eine Amplitudenregelung 42, die entsprechende Eingangssignale vom Taktgeber und Zähler 40 und der Nullinienregelung 36 empfängt. Die Amplitudenregelung 42 wird benutzt, um die Wirkung verschiedener Fotolacke und unterschiedlicher Reflektion aufgrund verschiedener Fotolacke und verschiedener Strukturen auf den Wafern auszugleichen. Die Amplitudenregelung 42 wird auch benutzt, um die Drift des Ausgangssignals der LED-Matrix und die Drift des Verstärkungsfaktors auszugleichen. Ferner benutzt man die Amplitudenregelung um das Ausgangssignal der Diode mit der stärksten Lichteinstrahlung zu messen und um zu bestimmen, ob dieses Signal die richtige Amplitude aufweist. Ist das Ausgangssignal zu klein, so erhöht die Amplitudenregelung 42 die Zeitdauer zwischen den Startimpulsen, die der Diodenmatrix 28 zugeführt werden. Eine Erhöhung der Zeitdauer zwischen den Startimpulsen ermöglicht den Dioden in der Matrix 28 den Empfang von Lichtstrahlen über einen längeren Zeitabschnitt hinweg, so daß diese beim Auslesen ein größeres Signal aufweisen. Ist das Signal andererseits zu groß, so wird die Zeitdauer zwischen den Startimpulsen erniedrigt, was zu einer Erniedrigung der Ausgangsamplituden führt. Wenn die Amplitudenregelung 42 kein Signal detektiert, wird ein Ausgangssignal an die Ausgangsstufe 41 abgegeben, das anzeigt, daß kein Wafer vorhanden ist. Als Folge davon schaltet die Ausgangsstufe auf die vorprogrammierten Voreinstellungswerte um, die in den Vorwählschalter 43 gespeichert sind.
  • Wie in Fig. 3 gezeigt, liefert die Ausgangsstufe 41 ein digitales Ausgangssignal an die Steuereinheit des Computers. Das Ausgangssignal, das beschrieben wird, entspricht der gemessenen Höhe des Chips. Der Computer benutzt dann diesen Wert, um Korrekturwerte für die Vergrößerung und Drehung der magnetischen Ablenkung zu berechnen und einzugeben, die der während des nicht aufgezeichneten Auslesens gemessenen Höhe entspricht.
  • Wie in Fig. 3 gezeigt ist, liefert die Ausgangsstufe 41 auch ein analoges Signal, das unmittelbar und automatisch benutzt wird, um den Brennpunkt des Elektronenstrahls für die verschiedene Höhen jedes einzelnen Chips auf dem Wafer einzustellen.
  • Die mit dem bekannten elektronischen Teilsystem für die Autofokussierung erreichte Auflösung wird durch die benutzten Schaltungen des Signalverarbeitungsteils begrenzt. Erstens ist es mit der Signalverarbeitungsschaltung, die zum Auslesen des Umsetzers für die Lichtstrahlen benutzt wird, nicht möglich, einen Rauschabstand zu erzielen, der für den Betrieb bei dieser Auflösung gebraucht wird.
  • Zweitens ist es mit dem Verfahren, das in einem Teilsystem der bekannten Patentanmeldung zur Bestimmung der Höhe benutzt wird, das die Korrekturwerte für den Brennpunkt, die Vergrößerung und Drehung erzeugt, theoretisch nicht möglich, eine Auflösung unterhalb von 1 Mikron zu erzielen. Das Teilsystem bestimmt die Höhe des Objektes auf der Basis der Vorderflanken und der Hinterflanken des Bildsignals. Das Bildsignal wird von den Auslesesignalen diskreter Fotodioden im lichtempfindlichen Sensor erzeugt. Da die Vorderflanken und die Hinterflanke des Bildsignals diskrete Stufen aufweisen, besteht nicht die Möglichkeit zur Interpolation zwischen Dioden. Da der Abstand zwischen den Dioden einer Höhenveränderung von einem Mikron entspricht, ist es unmöglich, eine Auflösung zu erhalten, die größer als 1 Mikron ist.
  • Drittens ist es mit der Amplitudenregelung für das Bildsignal, die bei der bekannten Patentanmeldung benutzt wird, nicht möglich, die Genauigkeit zu erhalten, die erforderlich ist, um mit dieser Auflösung zu arbeiten. In der Amplitudenregelung des bekannten Patents werden digitale Verfahren verwendet, die bewirken, daß immer dann wenn der Sensor ausgelesen wird, Änderungen in der Amplitude des Ausgangssignals des Sensors vorgenommen werden müssen, wobei diese stetigen Amplitudenänderungen des Ausgangssignals des Sensors es unmöglich machen, mit einer höheren Auflösung zu arbeiten.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Das Problem, das mit der vorliegenden Erfindung gelöst werden soll, besteht darin, die Auflösung eines elektronischen Signalverarbeitungssystems für ein Autofokussierungssystems mit einem optischen Teilsystem mit einer linearen Matrix von lichtempfindlichen Dioden zu verbessern, wobei diese Matrix einen optischen Impuls empfängt, dessen Position bezüglich der ersten Diode der Matrix von der Position der Oberfläche eines Objektes abhängig ist, die in den Brennpunkt einer Anlage für Elektronenstrahllithographie gebracht werden muß. Das elektronische Signalverarbeitungssystem ist ausgestattet mit:
  • Signalverarbeitungsmitteln für das Verstärken und anschließende Glätten des Ausgangssignals der Diodenmatrix;
  • einer Schaltung für die automatische Amplitudenregelung, die an die Signalverarbeitungsmittel angeschlossen ist und von diesen das Ausgangssignal empfängt, damit ein Korrektur-Ausgangssignal geliefert werden kann, das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsmittel zu stabilisieren, und
  • Positionsbestimmungsmittel zur Bestimmung der Position des Mittelpunkts des optischen Impulses bezüglich der ersten Diode aus dem Ausgangssignal der lichtempfindlichen Diodenmatrix, wobei die Positionsbestimmungsmittel mit den Signalverarbeitungsmitteln und mit der Schaltung für die automatische Amplitudenregelung verbunden sind und ein analoges Ausgangssignal erzeugen, das der Position des Mittelpunkts entspricht und Mitteln für die Brennpunktkorrektur der Elektronenstrahlanlage zugeführt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Signalverarbeitungsmittel so angeordnet, daß sie das Ausgangssignal der lichtempfindlichen Diodenmatrix über einen Strom-Spannungs-Wandler empfangen, wobei die Schaltung für die automatische Amplitudenregelung eine analoge Steuerungsschaltung ist, die das Korrektur-Ausgangssignal nach jedem Paar aufeinanderfolgender Ausgangssignale der diskreten lichtempfindlichen Diodenmatrix erzeugt und eines Zeitgebers zuführt, welche die Steuerung eines elektronischen Signalverarbeitungssystems so einstellt, daß die Amplitude des Ausgangssignals der Diodenmatrix gesteuert werden kann, und wobei das Ortsbestimmungsmittel Interpolationsmittel enthält, welche die Position des Mittelpunkts durch Interpolation der Ausgangssignale eines Paares aufeinanderfolgender Ausgangssignale der lichtempfindlichen Diodenmatrix (22; 44) im Vergleich mit der Hälfte des integrierten, vorausgehenden Ausgangssignals der lichtempfindlichen Matrix bestimmen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die das optische System zeigt, das zur Messung der Z-Koordinate der Oberfläche benutzt wird, und an welches das elektronische Teilsystem angeschlossen wird.
  • Fig. 2 ist ein Diagramm, welches das Bildausgangssignal einer bekannten Diodenmatrix in Abhängigkeit von der Zeit zeigt, nachdem dieses durch das elektronische Teilsystem verarbeitet worden ist.
  • Fig. 3 ist ein Blockschaltbild des bekannten elektronischen Teilsystems für die Autofokussierung.
  • Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines elektronischen Teilsystems für die Autofokussierung gemäß dieser Erfindung.
  • Fig. 5 ist das Schaltbild der Steuerung der entfernten Bildsignalschaltung des elektronischen Teilsystems für die Autofokussierung.
  • Fig. 6 ist ein Blockschaltbild der entfernten Bildsignalschaltung des elektronischen Teilsystems für die Autofokussierung aus Fig. 4.
  • Fig. 7 ist ein Diagramm, das elektrische Signale zeigt, die im Signalverarbeitungsabschnitt des elektronischen Teilsystems für die Autofokussierung aus Fig. 4 verwendet werden.
  • Fig. 8 ist ein Blockschaltbild des Signalverarbeitungsabschnitts des elektronischen Teilsystems für die Autofokussierung.
  • Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Steuerungssignale im Signalverarbeitungsabschnitt des elektronischen Teilsystems für die Autofokussierung zeigt.
  • Fig. 10 ist ein Blockschaltbild des Abschnitts für die Höhenbestimmung im elektronischen Teilsystem für die Autofokussierung.
  • Fig. 11 ist ein Diagramm der Steuersignale im Abschnitt für die Höhenbestimmung im elektronischen Teilsystem für die Autofokussierung.
  • Fig. 12 ist ein Blockschaltbild der digitalen Ausgangsstufe des elektronischen Teilsystems für die Autofokussierung.
  • Fig. 13 ist ein Blockschaltbild der Schaltung für die automatische Amplitudenregelung des elektronischen Teilsystems für die Autofokussierung.
  • Fig. 14 ist ein Diagramm, das die Steuerungssignale in der Schaltung für die automatische Amplitudenregelung des elektronischen Teilsystems für die Autofokussierung zeigt.
  • Fig. 15 ist ein Blockschaltbild des Zeitgebers des elektronischen Teilsystems für die Autofokussierung.
  • Die bereits genannten und andere Ziele, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierteren Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung hervorgehen.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform Darstellung der Erfindung
  • Beschrieben wird ein elektronisches Teilsystem, das in einem hochauflösendem automatischen System zur Brennpunktkorrektur für die Elektronenstrahllithographie verwendet wird. Das System zur automatischen Brennpunktkorrektur ist so aufgebaut, daß es die Höhe des Objektes so bestimmt, daß Fehler infolge von Veränderungen in der Höhe des Objektes auf ein Minimum reduziert werden. Das elektronische Teilsystem wird zur Erzeugung eines oder mehrerer Ausgangssignale verwendet, die der Höhe des Objektes entsprechen. Die Höhe des Objektes wird aus einem Signal bestimmt, das am Ausgang eines lichtempfindlichen Sensors abgetastet wird. Dieses elektronische Teilsystem weist eine Auflösung auf, die viermal höher als die aus dem Stand der Technik bekannte Auflösung ist. Die wesentlichen Elemente dieser Erfindung, die notwendig sind, um einen Faktor von 4 bei der Verbesserung der Auflösung zu erhalten, sind die Auflösung der Höhenbestimmungsschaltung, die Stabilität und Genauigkeit der Schaltung für die automatische Amplitudenregelung und der Rauschabstand des Sensorsignals am Eingang der Höhenbestimmungsschaltung.
  • Das Schlüsselmerkmal der Höhenbestimmungsschaltung ist deren Fähigkeit, zwischen den Ausgangssignalen einzelner Fotodioden des lichtempfindlichen Sensors zu interpolieren. Die Höhenbestimmungsschaltung ist vorgesehen, um die mittlere Fläche des Signals des lichtempfindlichen Sensors und anschließend den Ort dieser mittleren Fläche relativ zum Anfangspunkt der Ausleseanordnung des lichtempfindlichen Sensors zu bestimmen. Die Höhenbestimmungsschaltung führt das im folgenden beschriebene Verfahren aus, um dies erreichen.
  • Das erste Signal eines Paares von ausgelesenen Ausgangssignalen des Sensors wird integriert, um die Fläche des Signals des lichtempfindlichen Sensors zu bestimmen. Dieser Wert wird dann durch 2 geteilt, um ein Referenzsignal zu erzeugen, dessen Größe den Mittelwert der Fläche des Signals des lichtempfindlichen Sensors darstellt. Während das zweite Signal des Paares der ausgelesenen Ausgangssignale des Sensors integriert wird, wird das Ergebnis der Integration mit dem Mittelwert der Fläche verglichen, der vom zuvor ausgelesenen Ausgangssignal des Sensors erzeugt worden ist. Wenn der Wert der zweiten Integration gleich dem Mittelwert der Fläche ist, so hat man den Ort der mittleren Fläche bestimmt. Dieser Ort stellt die Höhe des Objektes dar.
  • Dieses Verfahren zur Höhenbestimmung ermöglicht eine Interpolation zwischen Signalen, die von einzelnen Fotodioden des lichtempfindlichen Sensors erzeugt worden sind, weil es die Ergebnisse zweier analoger Integrationen vergleicht, die linear und nicht diskret sind. Die Fähigkeit, zwischen von Fotodioden erzeugten Signalen zu interpolieren, eliminiert den Abstand der Fotodioden als den bestimmenden Faktor in der Auflösung des elektronischen Teilsystems für die Autofokussierung. Die Auflösung des Teilsystems wird dann durch den Rauschabstand am Eingang der Höhenbestimmungsschaltung und die Stabilität und Genauigkeit der Schaltung für die automatische Amplitudenregelung begrenzt. Die Auflösung der bekannten Einrichtung wird durch den Abstand der Fotodioden und durch den Rauschabstand begrenzt.
  • Die Schaltung für die automatische Amplitudenregelung ist erforderlich, um die Amplitude des Signals des lichtempfindlichen Sensors über nacheinander ausgelesene Signale des lichtempfindlichen Sensors aufrechtzuerhalten. Es ist vorgesehen, jedes zweite ausgelesene Signal des lichtempfindlichen Sensors zu verarbeiten, um Paare von Sensorsignalen gleicher Amplitude zu erzeugen. Es ist vorgesehen, das Ausgangssignal des Sensors mit linearen Amplitudenkorrekturen zu versehen, und nicht mit einer auf einem diskreten Inkrement beruhenden Einstellung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Fähigkeit, lineare Einstellungen der Amplituden vornehmen zu können, ermöglicht schnelle und genaue Einstellungen der Signalamplitude für große Abweichungen in der Lichtintensität. Diese kurze Ansprechzeit ist erforderlich, um die Genauigkeit der Höhenbestimmungsschaltung aufrechtzuerhalten.
  • Wie aus Fig. 1 ersichtlich, verschiebt sich die Position des Scheitelwertes des Bildsignals nach rechts oder nach links, wie es die Bezugszeichen 26 und 27 in Fig. 1 verdeutlichen, wenn sich die Höhe des Objektes nach oben oder nach unten bewegt, wie es die Bezugszeichen 9 und 9' andeuten. Die Elektronik des Teilsystems ist so konstruiert, daß die Position des Scheitelwerts des Bildsignals detektiert werden kann.
  • Wie bei dem bekannten System enthält das elektronische Teilsystem den lichtempfindlichen Sensor und die Teilsystemelektronik, wie in Fig. 4 gezeigt. Ein Umsetzer 44 für Lichtstrahlen, der eine in Fig. 6 gezeigte entfernte Bildsignalschaltung mit der in Fig. 5 gezeigten Steuerung für die Bildsignalschaltung aufweist, ist mit seinem Ausgang mit dem Teilsystem 45 für die Signalverarbeitung innerhalb des Autofokussierungssystems 59 verbunden. Das in Fig. 8 detailliert dargestellte Teilsystem 45 der Signalverarbeitung ist mit Eingängen für ein Teilsystem 47 für die Höhenbestimmung und für eine Schaltung 46 für die automatische Amplitudenregelung ausgestattet. Es empfängt Steuerungs-Eingangssignale von einem Zeitgeber 48. Das in Fig. 10 detailliert dargestellte Teilsystem 47 für die Höhenbestimmung liefert, wie im Detail in Fig. 12 zu sehen, ein Eingangssignal an die digitale Ausgangsstufe 55, die ihrerseits Eingangssignale an die analoge Ausgangsstufe 56 und Einrichtungen außerhalb des Autofokussierungssystems liefert, um ein der Höhe entsprechendes digitales Datenwort an den Computer 57 zu liefern. Die analoge Ausgangsstufe liefert ein Ausgangssignal vom Autofokussierungssystem an die Eingangsschaltung 58 für die dynamische Einstellung des Brennpunkts des Elektronenstrahlsystems. Die Schaltung 46 für die automatische Amplitudenregelung, die in Fig. 13 detailliert dargestellt ist, weist einen Ausgang auf, der mit dem Zeitgeber verbunden ist, und empfängt Steuerungs-Eingangssignale vom Zeitgeber. Der Zeitgeber 48 liefert ein Ausgangssignal an das Teilsystem 47 für die Höhenbestimmung.
  • ZEITGEBER, ENTFERNTE BILDSIGNALSCHALTUNG UND TEILSYSTEME DER SIGNALVERARBEITUNG
  • Der in Fig. 5 gezeigte lichtempfindliche Sensor enthält eine Zeile aus 512 Fotodioden 51 und die notwendige Umschalteinrichtung 52 für das sequentielle Auslesen der Dioden 51. Ein Startimpuls 53, der einen Ausleseschritt startet, und eine Folge von Taktimpulsen 54, von denen jeder das Auslesen einer entsprechenden einzelnen Diode 51 steuert, bilden die Eingangssignale des Sensors. Das Ausgangssignal des Sensors 44 aus Fig. 4 ist ein Bildsignal, daß die Position des auftreffenden Lichtstrahls relativ zur Position der Diodenzeile zeigt. Das Ausgangssignal des lichtempfindlichen Sensors wird durch die Signalverarbeitungsschaltung 47 im elektronischen Teilsystems verarbeitet, das zur Verstärkung und Glättung des Ausgangssignals des lichtempfindlichen Sensors 44 dient.
  • Wie in Fig. 6 gezeigt, sind das Bildausgangssignal 61 und Hilfsausgangssignal 64 des lichtempfindlichen Sensor 60, Ströme, von denen jeder in eine Spannung umgewandelt wird, wobei Ladeverschiebungs-Strom-Spannungswandler 62 und 65 verwendet werden. Die Ausgangssignale der Strom-Spannungswandler 62 und 65 bestehen aus einer Folge von Spannungsspitzen 71, die in Fig. 7 dargestellt sind. Jede Spannungsspitze 71 stellt das Ausgangssignal einer der 512 Fotodioden innerhalb des Sensors 60 dar. Diese Folge von Spannungsspitzen 71 wird durch Verstärker 63 und 66, wie in Fig. 6 gezeigt, verstärkt und über Leitungen 83 und 82, wie im Zusammenhang mit Fig. 8 gezeigt, der Elektronik des Teilsystems zugeführt. Der Sensor erzeugt ein Bildsignal, das der auf den Sensor auftreffende Lichtstrahl und das Rauschen des Umschaltvorgangs am Sensor verursachen, und ein Hilfssignal, das lediglich das Rauschen des Sensors ist. Die Elektronik des Teilsystems empfängt das Bildsignal und das Hilfssignal am Eingang eines Differenzverstärkers 81, den Fig. 8 zeigt.
  • Dieses Signalverarbeitungsverfahren unterscheidet sich von bekannten Verfahren durch die Technik, einen Ladeverschiebungs- Strom-Spannungswandler zu benutzen. Der Ladeverschiebungs-Strom- Spannungswandler benutzt einen Kondensator, um das Stromsignal des lichtempfindlichen Sensors in ein Spannungssignal am Ausgang eines Verstärkers umzuwandeln. Diese Technik erhöht die Amplitude des am Eingang der Elektronik des Teilsystems vorhandenen Ausgangssignal im Vergleich zu Ausgangssignalen bekannter Einrichtungen. Dieser erhöhte Signalpegel führt zu einer Erhöhung des Rauschabstandes des Systems. Dieser erhöhte Rauschabstand ist erforderlich, um eine erhöhte Auflösung zu erhalten. Die erhöhte Signalamplitude verringert auch die im Teilsystem erforderliche Verstärkung und beseitigt das Erfordernis, eine Nullinienregelung 36, wie in Fig. 3 gezeigt, einzusetzen.
  • Die Ausgangssignale der Strom-Spannungswandler 62 und 65 werden durch die Verstärker 63 bzw. 66 geleitet, damit ein Bildsignal 83 und ein Hilfssignal 82 als Eingangssignale 83 und 82 einem Differenzverstärker 85, wie in Fig. 8 gezeigt, zugeführt werden können. Der Differenzverstärker 81 subtrahiert das Hilfssignal 82 vom Bildsignal 83. Dadurch wird das Rauschen des Sensors aus dem Bildsignal entfernt.
  • Das Ausgangssignal dieses Differenzverstärkers 81 ist das Eingangssignal der nächsten Signalverarbeitungsstufe, d. h. des Integrators 84 und des Abtast- und Halteglieds 85 (auch Glättungsschaltung genannt). Die Glättungsschaltung ist für die Glättung der 512 Scheitelwerte des Ausgangssignals des Sensors vorgesehen. Dieses Glätten wurde früher durch einen Verstärker bewerkstelligt, der nur eine begrenzte Bandbreite besaß. Diese Begrenzung der Bandbreite war am Ausgang des Verstärkers für die Sensorsignale vorhanden. Diese Begrenzung der Bandbreite führte zu einer Verzerrung der Form des Bildsignalausgangs. Da bei bekannten Systemen die Höhe aufgrund der Vorderflanken und der Hinterflanken des Bildsignals bestimmt wurde, verursachte jede Verzerrung dieser Flanken einen absoluten Fehler bei der Höhenmessung.
  • Die erfindungsgemäße Glättungsschaltung ist so entworfen, daß sie die kritischen Abschnitte des Bildsignals nicht verzerrt. Durch den Glättungsprozeß werden die 512 Spannungsspitzen des Lichtsensor-Ausgangssignals 71, wie in Fig. 7 gezeigt, in ein Treppenspannungssignal als Bildausgangssignal 72 umgewandelt. Das Bildausgangssignal 72 ähnelt bereits bekannten Signalen, ist jedoch verzerrungsfrei.
  • Die in Fig. 8 gezeigte Glättungsschaltung enthält einen Integrator 84, ein Abtast- und Halteglied 85 und eine Rücksetz-Steuerung 86 für den Integrator. Die Glättung erhält man durch Integrieren der Spannungsspitzen 91 aus Fig. 9, Aufrechterhalten des Ausgangssignal 93 des Integrators 84 mit dem Abtast- und Halteglied 85 und anschließendes Zurücksetzen des Integrators für die nächste Spannungsspitze. Fig. 9 zeigt das Steuersignal 95 für das Zurücksetzen des Integrators und das Steuersignal 94 für das Abtast- und Halteglied. Nachdem das Bildsignal soweit verarbeitet worden ist, daß ein Bildausgangssignal 92 und ein Bildausgangsimpuls 72, wie in Fig. 7 gezeigt, anliegen, wird es über Leitung 88 der Schaltung 47 für die Höhenbestimmung aus Fig. 10 und über Leitung 132 der Schaltung 46 aus Fig. 13 für die Amplitudenregelung des Bildausgangssignal zugeführt. Diese Glättungsschaltung verursacht keine anderen als die beabsichtigten Verzerrungen des Bildsignals.
  • DAS TEILSYSTEM FÜR DIE HÖHENBESTIMMUNG
  • Ein im Vergleich mit dem Stand der Technik wesentliches Merkmal bildet das Verfahren, das zur Bestimmung der Höhe des Objektes benutzt wird. Dieses Verfahren ermöglicht eine höhere Auflösung als jene, die physikalisch mit der bekannten Methode zur Höhenbestimmung möglich war. Es sei daran erinnert, daß die Höhenbestimmung dadurch erhalten wird, daß der Mittelpunkt des Bildsignals bezüglich der ersten Diode in der Zeile der 512 Dioden des lichtempfindlichen Sensors geortet wird (vgl. die Erläuterungen zu den Figuren 1 bis 3). Der Mittelpunkt des Bildsignals kann als derjenige Punkt des Signals definiert werden, bei dem die Hälfte der Fläche innerhalb des detektierten Umfangs des Signals links vom Mittelpunkt und die andere Hälfte rechts vom Mittelpunkt liegt. Hierzu werden im System Signalverarbeitungstechniken verwendet, die diesen Mittelpunkt aufgrund der Auswertung der Fläche des Bildsignals orten.
  • Die Fläche unterhalb des Bildausgangssignals wird während des ersten Ausleseschritts eines Paares von Ausleseschritten des Sensors erhalten. Die Zahl, welche die Fläche unterhalb des ersten Bildausgangssignals darstellt, wird durch 2 geteilt. Während die Fläche des zweiten Bildsignals aufaddiert wird, wird ein Vergleich zwischen dieser und des halben Wertes der Fläche des vorausgehenden Bildsignals ausgeführt. Wenn die Fläche des aktuellen Bildausgangssignals gleich der Hälfte der Fläche des vorausgegangenen Signals ist, hat man den Mittelpunkt des Bildausgangssignals gefunden.
  • Dieses Verfahren zur Höhenbestimmung, das auf der Bestimmung der Fläche unterhalb des Bildausgangssignals beruht, ermöglicht eine Interpolation zwischen Spannungswerten, welche die Dioden des lichtempfindlichen Sensors liefern. Die Interpolation zwischen Dioden ist deshalb möglich, weil sich die Fläche unterhalb der Kurve eher stetig als um diskrete Beträge verändert. Es sind diese diskreten Veränderungen, die verhindern, daß das in den Fig. 1 bis 3 gezeigte System eine höhere Auflösung liefert. Die Interpolation begründet die Fähigkeit, das Auflösungsvermögen des Teilsystems der Autofokussierungselektronik zu erhöhen.
  • Die Höhenbestimmungsschaltung aus Fig. 10 enthält einen Integrator 101, einen Steuereingang 102 für das Zurücksetzen des Integrators, ein Abtast- und Halteglied 103, eine Steuerleitung 105 für das Abtast- und Halteglied, ein UND-Gatter 106, eine Leitung 107 für das Taktsignal und einen Komparator 104. Zu Beginn jedes Ausleseschrittes des lichtempfindlichen Sensors beträgt die Spannung am Ausgang 112 des Integrators null Volt. Danach integriert der Integrator das Bildausgangssignal 111. Während wechselnder Ausleseschritte des lichtempfindlichen Sensors wird das Ausgangssignal des Integrators 112 im Abtast- und Halteglied 103 gespeichert. Das Ausgangssignal des Integrators ist ebenfalls eines der Eingangssignale des Komparators 104. Das Ausgangssignal des Abtast- und Halteglieds 113 wird durch zwei geteilt und stellt das andere Eingangssignal des Komparators dar. Der Integrator wird dann zurückgesetzt und für das nächste Bildausgangssignal vorbereitet. Wenn der Wert der zweiten Integration eines Paares von Integrationen gleich der Hälfte des Wertes der ersten Integration eines Paares von Integrationen ist, schaltet der Komparator auf den Zustand 114. Dieses Schalten der Zustände findet in der Mitte des Bildausgangssignals statt.
  • Der Mittelpunkt des Bildausgangssignals entspricht der Koordinate des auf den Sensor auftreffenden Lichtstrahls. Diese Koordinate ist direkt proportional der Höhe des Objektes. Das Umschalten am Ausgang 114 des Komparators hält den Mittelpunkt des Bildausgangssignals zeitlich fest. Das aktuelle digitale Datenwort für die Höhe wird dadurch erzeugt, daß der Eingang eines Zählers 121 für Taktimpulse 116 freigegeben wird, ein Ausleseschritt des Sensors eingeleitet wird, und Taktimpulse 116 verhindert werden, sobald der Komparator seinen Zustand ändert. Das Ausgangssignal dieses Zählers 121 entspricht der Höhe des Objektes. Das Ausgangssignal wird in einem Zwischenspeicher 122 nach dem zweiten Ausgangssignal eines Paares von Bildausgangssignalen gespeichert und anschließend dem Computer und der Steuerschaltung 2 für die Einstellung des Brennpunkts zugeführt.
  • Die Amplitudenregelung 3 aus Fig. 4 wird so gesteuert, daß sie zwischen dem Paar von Bildausgangssignalen, die zur Positionsbestimmung des auf dem Sensor auftreffenden Lichtstrahls verwendet werden, nicht in Betrieb ist. Deshalb weisen die Bildausgangssignale die gleiche Höhe und die gleiche Fläche auf. Diese Technik, Paare von Bildausgangssignalen der gleichen Fläche zu bilden, beseitigt die Schaltung für die Amplitudenregelung als Fehlerquelle bei der Positionsbestimmung des auf den Sensor auftreffenden Lichtstrahls. Dies ist ebenfalls ein Merkmal dieser Erfindung, das bei dem in Fig. 1 bis 3 gezeigten System nicht vorhanden ist.
  • TEILSYSTEM FÜR DIE AUTOMATISCHE AMPLITUDENREGELUNG
  • Das Bilden von Paaren von Bildsignalen für die Höhenmessung reduziert die Empfindlichkeit dieses Systems bezüglich der Signalamplitude wesentlich. Trotzdem ist ein bestimmter Minimalwert der Signalamplitude erforderlich, um den nötigen Rauschabstand bei der Signalverarbeitung zu erzielen. Ferner muß die Signalamplitude sehr stabil aufrechterhalten werden, um die notwendige Stabilität der endgültigen Ausgangssignale dieses Systems zu erzielen. Deshalb ist anstelle der digitalen Hilfsregelung des in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Systems eine analoge Amplitudenregelung 43 erforderlich. Dadurch ist es mit dem elektronischen Teilsystem möglich, genau und präzise die Höhe des Bildausgangssignals bei Veränderungen der LED-Intensität oder der Reflektion des Objektes einzustellen. Die digitale Bauweise des in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Systems bewirkte, daß die Höhe des Bildausgangssignals zwischen zwei Höhenwerten schwankten. Diese Schwankung verhinderte eine Höhenmessung des Objektes mit der Genauigkeit, die mit dem vorliegenden elektronischen Teilsystem für die Autofokussierung möglich war. Diese Regelungstechnik beseitigt die Schwankung. Die Regelung ist auch erforderlich, um das Paar von Bildausgangssignalen zu erzeugen, die für die Höhenbestimmungsschaltung gebraucht werden.
  • Die Höhe des Bildausgangssignals ist proportional zur Zeitdauer zwischen den Ausleseschritten des Sensors. Durch das Einstellen der Zeitdauer von Ausleseschritten kann die Amplitude des Bildausgangssignals eingestellt werden. In der Amplitudenregelung wird die folgende analoge Technik verwendet, um die Amplitude des Bildausgangssignals einzustellen.
  • Die Regelung benutzt analoge Multiplikation um das Verhältnis der gewünschten Amplitude und der Amplitude des aktuellen Bildausgangssignals zu berechnen. Das Verhältnis der Höhen wird dann mit einem Spannungssignal multipliziert, das der Zeitdauer zwischen den Ausleseschritten entspricht. Das erzeugte Spannungssignal ersetzt das vorausgegangene Ausgangssignal, daß der Zeitdauer zwischen zwei Ausleseschritten entsprach. Die Zeitdauer zwischen den Ausleseschritten wird nun unter Verwendung dieses Signalpegels eingestellt. Dieser Signalpegel erzeugt ein Signal, das im Gegensatz zu der bekannten Technik, bei der eine digitalisierte Näherung für die Höhe erzeugt wurde, die exakte Höhe darstellt.
  • Ein weiteres Schlüsselmerkmal dieser Regelung besteht darin, daß falls keine Einstellung erforderlich ist, das Verhältnis der aktuellen Amplitude des Bildsignals und der gewünschten Amplitude gleich 1 ist und eine Einstellung nicht auszuführen ist. In dem bekannten System wurde eine digitalisierende Technik verwendet, die auch dann eine Höhenänderung bewirkte, wenn eine solche nicht nötig war. Das Signal, das die Zeitdauer zwischen den Ausleseschritten bestimmt, kann sich nur bei jedem zweiten Bildsignal verändern, so daß Paare von Bildausgangssignalen der gleichen Amplitude und Fläche gebildet werden.
  • Die Amplitudenregelung wird dazu verwendet, die Höhe des Scheitels des Bildsignals auf 7,5 Volt zu halten. Die Regelung ist deshalb erforderlich, weil die Intensität des auf den Sensor auftreffenden Lichtstrahls und damit die Amplitude des Ausgangssignals des Sensors veränderlich ist. Diese Veränderungen der Strahlungsintensität werden durch Veränderungen der Reflektion des Objektes verursacht.
  • Die Amplitudenregelung beinhaltet eine Scheitelwertdetektor- Schaltung 87, die über Leitung 132 mit dem analogen Multiplizierer 131 verbunden ist, zwei Abtast- und Halteglieder 140 und 141, einen Sägezahngenerator 139 und zwei Komparatoren 137 und 142.
  • Der Scheitelwertdetektor 87 erfaßt den Scheitel des Bildausgangssignals 72, und dessen Ausgangssignal 73 ist eines der Eingangssignale des analogen Multiplizierers 131. Das andere Eingangssignal des Multiplizierers ist ein 7,5-Volt-Referenzsignal 133. Das dritte Eingangssignal 134 des Multiplizierers ist eine Spannung, die der Integrationszeit (der Zeitdauer zwischen Ausleseschritten des Sensors) des letzten Bildausgangssignals entspricht. Der analoge Multiplizierer liefert eine Spannung 135, die gleich 7,5 Volt geteilt durch die Spannung des Scheitelwertdetektors und multipliziert init der vorausgegangenen Spannung der Integrationszeit ist. Diese Spannung ist die Spannung der Integrationszeit. Diese Spannung wird in einem der Abtast- und Halteglieder 140 festgehalten und ist eines der Eingangssignale 136 des Komparators 137. Das zweite Eingangssignal des Komparators 138 ist das Ausgangssignal des Sägezahngenerators 139, der mit der Ausgabe seines Sägezahns am Ende des Ausleseschrittes des Sensors beginnt.
  • Der Sägezahngenerator 139 erzeugt auf Leitung 138 ein Sägezahn-Ausgangssignal 146 und die Spannung auf 138 beträgt zunächst 0 Volt und steigt dann linear bis zu dem Zeitpunkt an, zu dem das Ausgangssignal die Spannung für die Integratioszeit auf Leitung 136 erreicht, die vom Abtast- und Halteglied I 140 ausgegeben wird. Sobald die Sägezahn-Ausgangsspannung 146 gleich der Spannung für die Integrationszeit ist, verändert der Komparator 137 seinen Zustand. Der Zustandswechsel erzeugt ein ROM-Startsignal 142, das bewirkt, daß der Zeitgeber seine Taktfolge startet. Ein Teil der Taktfolgen ist ein Sägezahn-Rücksetzsignal 148, das den Sägezahngenerator 139 zurücksetzt, und ein anderer Teil triggert einen Ausleseschritt des lichtempfindlichen Sensors.
  • Die Amplitude des Ausgangssignals des Sensors ist direkt proportional zur Länge der Zeitdauer der Lichteinstrahlung vor dem Ausleseschritt. Eine Verlängerung der Zeit zwischen Ausleseschritten führt zu einem Anwachsen des Bildausgangssignals 72 aus Fig. 7 und eine Verkürzung der Zeit zwischen Ausleseschritten führt zu einem Schrumpfen des Bildausgangssignals 72. Deshalb wird die Amplitude des Bildausgangssignals durch die Zeitdauer gesteuert, welche die Spannung 146 des Sägezahngenerators benötigt, um auf die Spannung für die Integrationszeit auf Leitung 136 anzusteigen. Wenn der Scheitelwert des Bildausgangssignals 7,5 Volt übersteigt, wird das Ausgangssignal 135 des Multiplizierers 131 erniedrigt, so daß der Sägezahngenerator 139 weniger Zeit benötigt, um den niedrigeren Spannungspegel 136 für die Integrationszeit zu erreichen. Genau der umgekehrte Vorgang findet statt, wenn der Scheitelwert des Bildausgangssignals unter 7,5 Volt fällt.
  • Die infolge der Integrationszeit erreichte Spannung auf Leitung 136, die am Ausgang des Multiplizierers 131 anliegt, wird im Abtastund Halteglied 190 aufrechterhalten. Das Ausgangssignal 136 des Abtast- und Halteglied 140 kann sich nur bei jedem zweiten Ausleseschritt verändern. Dadurch werden Paare von Bildausgangssignalen mit gleichem Scheitelwert und somit mit gleicher Fläche erzeugt. Dieses duale Auslesesystem bewirkt, daß die Höhenbestimmungsschaltung die automatische Amplitudenregelung nicht beeinflußt.
  • Nach dem ersten Signal eines Paares von Auslesesignalen wird die infolge der Integrationszeit erreichte Spannung auf Leitung 136 vom ersten Abtast- und Halteglied 140 zum Ausgang des zweiten Abtast- und Halteglieds 141 weitergeleitet und wird so zur alten, infolge der Integrationszeit erreichten Spannung 134. Unter Verwendung des Scheitelwerts des zweiten Signals eines Paares von Auslesesignalen wird eine Integrationszeit durch den Multiplizierer 131 erzeugt. Am Ende der beide Ausleseschritte wird die infolge der Integrationszeit erreichte Spannung 135 an den Ausgang des ersten Abtast- und Halteglieds 140 weitergeleitet. Dieser Spannungspegel bestimmt die Höhe der nächsten beiden Auslesesignale des Sensors.
  • Der zweite Komparator 142 wird zur Erzeugung des Startimpulses 142 des Zeitgebers benutzt, wenn die auf den Sensor auftreffende Lichtintensität zu niedrig ist. Wenn eine längere Zeit zwischen Ausleseschritten des Sensors als ein voreingestellter Betrag auf Leitung 143 erforderlich ist, erzeugt der zweite Komparator 142 einen ROM-Startimpuls 147 für der Zeitgeber.
  • Aufgrund der Methoden, die zur Bestimmung der Höhe des Objektes bei höherer Auflösung benutzt worden sind, erwies sich ein Verfahren zur Erzeugung der notwendigen Steuerimpulse als erforderlich. Der Taktgeber ist ein System mit einem EPROM. Alle Steuerimpulse für das elektronische Teilsystem und den entfernten Sensor werden durch den Zeitgeber 44 aus Fig. 4 erzeugt. Der Zeitgeber erzeugt Steuerimpulse für den Sensor 45, die automatische Amplitudenregelung 46, die Höhenbestimmungsschaltung 46 und die Signalverarbeitungsschaltung 47.
  • Der Zeitgeber aus Fig. 15 setzt sich aus einem 12-Bit-Zähler 151, einem EPROM 152, zwei Zwischenspeichern und einer digitalen monostabilen Schaltung zusammen. Der ROM-Startimpuls 147, der von der Amplitudenregelung 144 auf Leitung 145, wie in Fig. 13 gezeigt, ausgegeben wird, startet den Vorgang des Aufwärtszählens des Zählers 151. Die Ausgänge des Zählers 153 sind mit den sequentiellen Adressleitungen des EPROM-Bausteins 152 verbunden. Die acht Datenleitungen der EPROM-Schaltung bilden Takt- und Steuerleitungen. Der EPROM gibt einen Befehl zum Stoppen des Zählers aus, wenn die Sequenz vollständig ist. Der EPROM ist für die Ausgabe der richtigen Taktsignale bei jeder Änderung des Zählerstandes programmiert. Eine digitale monostabile Schaltung bewirkt, daß ein Startimpuls 147, wie in Fig. 14 gezeigt, erst erfolgt, nachdem der EPROM die einzelnen Impulse seiner Impulsfolge abgegeben hat.
  • Zusammenfassung
  • Durch die Erfindung des elektronischen Teilsystems für die Autofokussierung ist die Auflösung des Autofokussierungssystems auf 0,25 Mikron erhöht worden. Diese erhöhte Auflösung ermöglicht eine höhere Genauigkeit bei Schreibvorgängen in der Elektronenstrahllithographie. Die Erfindung weist die im folgenden genannten Verbesserungen gegenüber bekannter Systeme auf.
  • 1. Rauschabstände, die eine hohe Genauigkeit der Elektronenstrahllithographie ermöglichen.
  • 2. Eine Technik zur Höhenbestimmung, die sich der Interpolation bedient, um die notwendige Auflösung zu erzielen.
  • 3. Eine Amplitudenregelungstechnik, die sich selbst als Fehlerquelle für die Technik zur Höhenbestimmung ausschaltet;
  • 4. Die Erfindung verbessert die Auflösung eines Systems mit einem optischen Wandler von einer Auflösung von 1 Mikron auf 0,25 Mikron. Die hier beschriebene Signalverarbeitung würde ein System mit einem optischen Wandler und mit einer höheren Auflösung um den Faktor 4 verbessern, beispielsweise von 0,5 Mikron auf 0,25 Mikron. Diese 4-fache Verbesserung wird durch diese Erfindung gewährleistet.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Diese Erfindung kann bei Herstellungsverfahren angewandt werden und erweist sich bei der Herstellung von elektronische Chips für Datenverarbeitungsanlagen wie Großrechner als nützlich.

Claims (2)

1. Elektronisches Signalverarbeitungssystem für ein automatisches Autofokussierungssystem (59) mit einem optischen Teilsystem, das eine lineare Matrix von Dioden eines lichtempfindlichen Sensors (28; 44) aufweist, das einen optischen Impuls empfängt, wobei die Position des optischen Impulses bezüglich der ersten Diode der Matrix (28; 44) mit der Position der Fläche (15) eines Objektes in Beziehung steht, das in den Brennpunkt einer Vorrichtung einer Elektronenstrahllithographie gebracht werden muß, wobei das elektronische Signalverarbeitungssystem ausgestattet ist mit:
Signalverarbeitungsmitteln (45) zum Verstärken und anschließenden Glätten der Ausgangssignale der Diodenmatrix (28; 44);
einer automatischen Amplitudenregelungs-Schaltung (46), die an die Signalverarbeitungsmittel (45) angeschlossen ist und von diesen ein Ausgangssignal empfängt, damit ein Korrektur-Ausgangssignal geliefert werden kann, um das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsmittel (45) zu stabilisieren, und
Positionsbestimmungsmittel (47, 55, 56) zur Bestimmung der Position des Mittelpunkts des optischen Impulses bezüglich der ersten Diode aus dem Ausgangssignal der Diodenmatrix (22; 44) des lichtempfindlichen Sensors, wobei Positionsbestimmungsmittel (47, 55, 56), mit den Signalverarbeitungsmitteln (45) und mit der automatischen Amplitudenregelungs-Schaltung (46; 48) verbunden ist und ein analoges Ausgangssignal erzeugt, das der Position des Mittelpunkts entspricht und Mitteln (58) für die Brennpunktkorrektur der Elektronenstrahlanlage zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Signalverarbeitungsmittel (45) so angeordnet sind, daß sie das Ausgangssignal der Diodenmatrix (22; 44) des lichtempfindlichen Sensors über einen Strom-Spannungswandler (62; 65) empfangen, daß die automatische Amplitudenregelungs-Schaltung (46) eine analoge Steuerungsschaltung (46) ist, die ein Korrektur-Ausgangssignal, nach jedem Paar sequentieller Ausgangssignale der diskret angeordneten Dioden (28; 44) des lichtempfindlichen Sensor zeigt und einem Zeitgeber (48) zuführt, der die Steuerung des elektronischen Signalverarbeitungssystems so einstellt, daß die Amplitude des Ausgangssignals der Matrix (28; 24) gesteuert werden kann und daß die Positionsbestimmungsmittel (47, 55, 56) Interpolationsmittel (103, 104, 106) enthalten, welche die Position des Mittelpunkts durch Interpolation der integrierten Ausgangssignale eines Paares aufeinanderfolgender Ausgangssignale der Diodenmatrix (22; 44) des lichtempfindlichen Sensors im Vergleich mit der Hälfte des zuvor integrierten Ausgangssignals der Matrix (22, 24) des lichtempfindlichen Sensors bestimmen.
2. System nach Anspruch 1, bei dem die Signalverarbeitungsmittel einen Integrator (84) und ein Abtast- und Halteglied (85) zum Glätten der Signale des Strom-Spannungswandlers (62; 65) enthalten.
DE3889556T 1987-02-20 1988-01-12 Hochauflösendes automatisches elektronisches Brennpunktkorrekturuntersystem für Elektronenstrahllithographie. Expired - Fee Related DE3889556T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/017,114 US4821196A (en) 1987-02-20 1987-02-20 High resolution automatic focus correction electronic subsystem for E-beam lithography

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3889556D1 DE3889556D1 (de) 1994-06-23
DE3889556T2 true DE3889556T2 (de) 1994-11-10

Family

ID=21780802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE3889556T Expired - Fee Related DE3889556T2 (de) 1987-02-20 1988-01-12 Hochauflösendes automatisches elektronisches Brennpunktkorrekturuntersystem für Elektronenstrahllithographie.

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4821196A (de)
EP (1) EP0279172B1 (de)
JP (1) JPH06103658B2 (de)
DE (1) DE3889556T2 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3036081B2 (ja) * 1990-12-01 2000-04-24 株式会社日立製作所 電子線描画装置及び方法、及びその試料面高さ測定装置
JP3216474B2 (ja) * 1995-03-30 2001-10-09 株式会社日立製作所 走査型電子顕微鏡
US6335532B1 (en) * 1998-02-27 2002-01-01 Hitachi, Ltd. Convergent charged particle beam apparatus and inspection method using same
JP2009124024A (ja) * 2007-11-16 2009-06-04 Nuflare Technology Inc 電子線描画装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4070117A (en) * 1972-06-12 1978-01-24 Kasper Instruments, Inc. Apparatus for the automatic alignment of two superimposed objects, e.g. a semiconductor wafer and mask
JPS5212577A (en) * 1975-07-21 1977-01-31 Nippon Kogaku Kk <Nikon> Automatic location device
JPS55108628A (en) * 1979-02-13 1980-08-21 Asahi Optical Co Ltd Focus detector of camera
JPS6058793B2 (ja) * 1980-03-24 1985-12-21 日電アネルバ株式会社 プラズマ分光監視装置
FR2504281A1 (fr) * 1981-04-16 1982-10-22 Euromask Appareil de projection a dispositif de mise au point
US4468565A (en) * 1981-12-31 1984-08-28 International Business Machines Corporation Automatic focus and deflection correction in E-beam system using optical target height measurements
US4568861A (en) * 1983-06-27 1986-02-04 International Business Machines Corporation Method and apparatus for controlling alignment and brightness of an electron beam

Also Published As

Publication number Publication date
JPS63207130A (ja) 1988-08-26
EP0279172A3 (en) 1990-09-05
DE3889556D1 (de) 1994-06-23
JPH06103658B2 (ja) 1994-12-14
US4821196A (en) 1989-04-11
EP0279172A2 (de) 1988-08-24
EP0279172B1 (de) 1994-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3024716C2 (de) Digitales Längen- oder Winkelmeßsystem
DE69311039T2 (de) Verfahren zur Positionsermittlung
DE2810501C3 (de) Vorrichtung zur Ermittlung der Scharfeinstellung eines optischen Gerätes auf ein Objekt
DE3884337T2 (de) Gerät zur automatischen Kontrolle des Vergrösserungsfaktors in einem Rasterelektronenmikroskop.
DE2814265C3 (de) Vorrichtung zum automatischen Nachführen der Einstellung eines Mikroskops
EP0085951B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung von Messgrössen
DE69023592T2 (de) Verfahren zur Korrektur des Astigmatismus eines Strahles dessen Querschnittsform veränderbar ist.
DE3640159C2 (de)
DE3613209A1 (de) Optische oberflaechenprofil-messeinrichtung
EP1207372B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Konditionierung eines periodischen Analogsignals
DE3433697A1 (de) Automatische scharfeinstelleinrichtung
DE3417385C2 (de)
DE69118596T2 (de) Wellenform-Beobachtungssystem, insbesondere für optische Zeitbereichreflektometer
DE3889556T2 (de) Hochauflösendes automatisches elektronisches Brennpunktkorrekturuntersystem für Elektronenstrahllithographie.
EP1156299B1 (de) Messumformer für potentiometrische Positionssensoren und Verfahren zur Parametrierung
DE69310651T2 (de) Verfahren zum Feststellen der Nullpunkte von Positionsgebern
DE19837440C2 (de) Analog/Digital-Wandlervorrichtung und Regelvorrichtung für einen Gradientenverstärker
DE69314562T2 (de) Positionsermittlungseinrichtung
DE3142152C2 (de) Vorrichtung zum automatischen Abgleich der Kennlinie einer Ablenkeinheit
DE3744076C2 (de) Verfahren und Schaltung zur Schwarzwertregelung eines Videosignals
DE2838121C3 (de)
DE2931274C2 (de) Schaltungsanordnung zur Fokussierungsermittlung bei einer Kamera
EP1510790B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer Lichtquelle eines Positionsmessgerätes
DE3883968T2 (de) Optischer Verschiebungsmessapparat.
DE2745881C2 (de) Steuerschaltung zur Ablenkung eines Elektronenstrahls

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee