DE2426214A1

DE2426214A1 - System alignment for checking objective - uses two diffraction gratings on both sides of system in conjugated planes

Info

Publication number: DE2426214A1
Application number: DE19742426214
Authority: DE
Inventors: Fromund Dipl Phys Hock
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1974-05-29
Filing date: 1974-05-29
Publication date: 1975-12-18

Abstract

The diffraction gratings are arranged on both sides of the optical system and in the conjugated planes according to the scale of image formation. The diffraction gratings possess a predetermined ratio of grating constants to each other. The ratio is in accordance with the nominal image characteristics of the optical system. One of the gratings is divided into two sections which either intersect in the division phase or their grating constants differ by the same plus and minus amounts from the nominal grating constants. The object raster (3) is uniformly illuminated by the light source (1) via the condenser (2).

Description

Verwendung von Rastern zum optischen Abgleich Die Anmeldung betrifft eine Anordnung zunl Prüfen oder Justieren des Abbildungsmaßtabes optischer Systeme mit Hilfe von Beugungsgittern, beispielsweise zur Objektivprüfung oder Einstellung einer vorgegebenen Vergrößerung unter Verwendung zweier im Stranlenverlauf vor und ninter dem optischen System und dem Abbildungsmaßtab entsprechenden konjugierten Ebenen angeordneten linear geteilten, ein- oder zweidimensionalen Gittern, welcne zueinander ein vorbestimmtes Gitterkonstantenverhältnis aufweisen, das in einem rationalen Verhältnis kleiner ganzer Zahlen, vorzugsweise in einem ganzzanligen VertWltni zum abbildungsmaßstab zieht Durch das Bucn "Optik aller Wellenlängen"1 Berlin 1959, S. 325 ff von R. schlage ist eine Anordnung bekannt, bei der ein beleuchtetes Objektraster vom Prüfling auf ein zweite Analysenraster abgebildet wird. Die beiden Raster sind gegeneinander um einen kleinen Winkel verdrent, so daß auf dem Analysenraster Moire-Streifen erscheinen, aus deren Verlauf auf Abbildungsfenler geschlossen werden kann. Use of grids for optical alignment The application concerns an arrangement for checking or adjusting the image scale of optical systems with the help of diffraction gratings, for example for lens testing or adjustment a given magnification using two in front of and Conjugates corresponding to the optical system and the magnification One- or two-dimensional grids arranged linearly on planes, welcne each other have a predetermined lattice constant ratio, which in a rational ratio of small integers, preferably in an integer VertWltni to the image scale draws through the book "Optics of all wavelengths" 1 Berlin 1959, p. 325 ff by R. schlage an arrangement is known in which an illuminated Object grid is mapped from the test item on a second analysis grid. The two Grids are twisted against each other by a small angle, so that on the analysis grid Moiré stripes appear, from the course of which it is possible to deduce image fields can.

Der gleiche Sachverhalt ist in der DT-AS 1 110 913 für den Sonderfall einer 1.1-Abbildung beschrieben, andere Abbildungsmaßstäbe sind nahegelegt Dies ist insbesondere auch duron die US-PS 2 406 299 nanegelegt, in der Gitterkonstantenverflältnisse entsprechend dem Abbildungsmaßstab des verwendeten optischen Systems bechrieben sind. Soflließliofl ist ein solofler Einsatz von Rastern durcn den Aufsatz "Moirétectlnik, ..." von F. Hock, Masoninenmarkt, Nr. 46, 7. Juni 1963, Würzburg, insbesondere S. 30 und Abb. 26 sowie die DT-PS 1 136 834 vorbekannt.The same situation is in DT-AS 1 110 913 for the special case a 1.1 figure described, other figure scales are suggested This In particular, US Pat. No. 2,406,299 is also laid down in the lattice constant relationships according to the imaging scale of the optical system used are. Sofllieliofl is a solo use of grids through the Article "Moirétectlnik, ..." by F. Hock, Masoninenmarkt, No. 46, June 7, 1963, Würzburg, in particular p. 30 and Fig. 26 and DT-PS 1 136 834 previously known.

Zum Abgleich sind die bekannten Anordnungen nur bedingt brauchbar; denn das Objektraster muß einerseits richtungsorientiert abgeblendet werden, darf aber zur Vermeidung von Überlappungsinterferenzen von Licnt verschiedener Wellenlänge nicht schmaler als die Gitterstreifenbreite werden. Das erfordert erhöhten Beleucntungsaufwand.The known arrangements can only be used to a limited extent for comparison; because the object grid must on the one hand be dimmed in a direction-oriented manner but to avoid overlapping interference from different wavelengths do not become narrower than the width of the grid strip. This requires increased lighting.

Bei Annäherung an den Soll-Abbildungsmaßstab und paralleler Riontung von Objektgitter und Bildgitter wird das Moirestreifensystem über das Bildfeld zu einem wolkigen Helligkeitsverlauf eines einzigen Streifenbruchteils über das gesamte Bildfeld verschmiert. Bei der Einstellung eines Winkels zwisonen Objektgitterrichtung und Bildgitterrichtung wird die Annäherung an die Sollvergrößerung durch die Winkellage der Moirestreifen relativ zu der Winkelhalbierenden zwisonen Objektgitter und Bildgitter angezeigt, was ebenfalls zu Auswerteproblemen führt.When approaching the target image scale and parallel direction from the object grating and the image grating, the moire stripe system over the image field becomes a cloudy course of brightness of a single fraction of the stripe over the entire area Field of view smeared. When setting an angle in two object grid directions and image grid direction is the approximation to the target magnification through the angular position the moiré fringes relative to the bisector between the object grating and the image grating displayed, which also leads to evaluation problems.

In beiden Fäden wird die Auswertung durcn Helligkeitsunterschliede über das Objekt bzw. Bildfeld verfälsont.In both threads, the evaluation is made by differentiating the brightness falsified over the object or image field.

Außerdem wird der Abgleich dadurch kompliziert, daß bei den Objektive für die höchsten Auflösungsanforderungen, Z.B. für die Halbleitertecnnologie, im nahen W gearbeitet wird, um die den Strukturortsfnçquenzen zugeordneten Beugungswinkel klein zu halten und um eine optimale Anpassung an das photochemische Empfindlichkeitsspektrum strukturlosen licntempfindlichen Substanzen zu erreichen.In addition, the adjustment is complicated by the fact that the lenses for the highest resolution requirements, e.g. for semiconductor technology, im near W is worked to the diffraction angles assigned to the structure locus sequences to keep them small and to optimally adapt to the photochemical sensitivity spectrum to achieve structureless licnt-sensitive substances.

Blind - mit UV-Licht erzeugte - Aufnahmereinen müssen dann ausgewertet werden1 um den optimalen Justierzustand iterativ zu erreicnen (vgl. dazu Applied Optics, Vol. 3, No.4, s. 437 ff).Blind images - generated with UV light - must then be evaluated be1 in order to iteratively achieve the optimal adjustment state (cf. Applied Optics, Vol. 3, No.4, p. 437 ff).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung mit Rastern zur Prüfung und/oder zum Abgleich anzugeben, mit der detaillierte Messungen ohne besondere Beleuchtungseinrichtungen möglich sind.The object of the invention is to provide an arrangement with grids for testing and / or to specify for comparison, with the detailed measurements without special lighting equipment possible are.

Gegenstand der Anmeldung ist daher eine Anordnung der eingangs genannten Art, die sicn dadurch auszeichnet, daß mindestens eines der Gitter in mindestens zwei Teilflächen zerlegt ist, die sicfl entweder'in der Teilungsphase unterscheiden oder deren Gitterkonstanten von der Sollgitterkonstanten um-gleiche Beträge nach plus und minus differieren. Eine solche Anordnung kann Gitter aufweisen, deren TeiLflächen in Begrenzungslinien aneinander grenzen, die mit der Teilungsricntung Winkel von 0° oder 900 einschließen. Außerdem kann eine solche Anordnung wechselweise aus Phasen- und/oder Amplitudengittern bestehen.The subject of the application is therefore an arrangement of the types mentioned at the beginning Kind, which is characterized by the fact that at least one of the grids is in at least is divided into two partial areas, which differ either'in the division phase or their lattice constants from the nominal lattice constant by equal amounts plus and minus differ. Such an arrangement can have grids, the partial surfaces of which adjoin each other in boundary lines which, with the dividing direction, are at an angle of Include 0 ° or 900. In addition, such an arrangement can alternately consist of phase and / or amplitude grids exist.

Vorteilhaft sind die Strukturelemente der Gitterebenen oder der Träger des an zweiter Stelle vom Abbildungslicht getroffenen Gitters duron das Abbildungslicnt zur Abstrahlung eines Wellenlängenbereicnes stimulierbar, der nicht mit dem Wellenlängenbereich des Abbildungslichtes übereinstimmt. Dem Bildfeld, d.h. also dem zweiten Gitter, sind licntelektriscne Empfänger nachzuordnen, deren Signalverhältnis zur Beurteilung des Zustandes des abbildenden Systems ausgewertet wird. Es ist also zur Eliminierung von Ausleucfltungsscäwankungen über das Objekt bzw.The structural elements of the lattice levels or the carriers are advantageous of the grating struck in the second place by the imaging light through the imaging light can be stimulated to emit a wavelength range that does not match the wavelength range of the picture light coincides. The image field, i.e. the second grid, licntelektriscne receivers are to be assigned, their signal ratio for assessment the state of the imaging system is evaluated. So it is for elimination of illumination fluctuations over the object or

Bildfeld und zur leichteren Auswertbarkeit von Streifengeradneit oder -ricatung mindestens eines der beiden Raster in mindestens zwei Teilfelder zu zerlegen, die gegeneinander in der Teilungsphase um nicht 3600 gegeneinander versonoben oder in der Teilungsfrequenz um gleicne Beträge gegenüber der Sollfrequenz verschoben sind. Die Auswertung der Objektiveigenscnaften wird mit Hilfe von Halbschatteneffekten auf das Helligkeitsverhältnis aneinanderstoender Teilfelder vorgenommen.Image field and for easier evaluation of stripe straightness or -ricatung to divide at least one of the two grids into at least two subfields, which are not displaced against each other in the division phase by 3600 or shifted in the division frequency by the same amounts compared to the reference frequency are. The evaluation of the lens properties is carried out with help from Penumbra effects on the brightness ratio of colliding subfields performed.

Die neue Anordnung ist in den Zeichnungen sonematison dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 schematison den Aufbau der neuen Einricntung; Fig. 2 und 3 mögliche Gitterausführungen.The new arrangement is shown in the drawings sonematison and described below. They show: Fig. 1 schematison the structure of the new Furnishing; Fig. 2 and 3 possible grid designs.

In Fig. 1 wird das Objektraster 3 mit einer, vorzugsweise UV-abstrahlenden, Licht erzeugenden Quelle 1 durch den Kondensor 2 gleichmäßig ausgeleuchtet. Das zu prüfende optische System 4, dessen Abbildungseigenschaft gegebenenfalls mittels einer fehlerfreien Linse 4a ergänzt wird, bildet das Raster 3 auf ein Analysenraster 5 ab, welches durch das Licht der Quelle 1 zum Selbstleucnten anregbare Markierungen aufweist oder dessen Träger aus selbstleuchtendem, zur Abstrahlung leicht auswertbaren Llontes anregbaren, Material gefertigt ist. Durch die selbstleuchtenden Eigenschaften dieses Rasters 5 sind sogar bei unsichtbarer (UV-, IR-) Beleucntung den Abbildungseigenschaften der Optik 4 entsprechende Moire-Streifen in der Ebene des Rasters 5 sichtbar. Der Verlauf dieser Streifen läßt exakte Rticksonlüsse auf den augenblickhohen Zustand des optischen Systems zu, und man kann - falls erwünscht - unter Beobachtung dieser Streifen Korrokturen am optisonen System vornehmen.In Fig. 1, the object grid 3 is provided with a, preferably UV-emitting, Light-generating source 1 is evenly illuminated by the condenser 2. That optical system to be tested 4, whose imaging property, if necessary, by means of a flawless lens 4a is added, the grid 3 forms on an analysis grid 5 from which markings that can be stimulated to self-illuminate by the light of the source 1 or its carrier made of self-luminous, easily evaluable for radiation Llontes stimulable, material is made. Due to the self-luminous properties this grid 5 are even with invisible (UV, IR) lighting the imaging properties the optics 4 corresponding moire strips in the plane of the grid 5 visible. Of the The course of these stripes gives an exact feedback on the current state of affairs of the optical system, and you can - if desired - while observing it Correct the strips on the optison system.

Die Prüfung des optischen Systems kann auch mit entspreohend untersoniedlicn geteilten Rastern durchgeführt werden, wie sie in den Figuren 2 und 3 gezeigt sind.The inspection of the optical system can also be carried out accordingly divided rasters are carried out, as shown in Figures 2 and 3.

Das in Fig. 2 gezeigte Raster besteht aus zwei Teilen, die aneinanderliegend gleiche Gitterkonstante aufweisen, während bei den Teilen des Rasters nach Fig. 3 die Gitterkonstanten unterschiedlich sind. Bei Rastern mit abschnitteweise nach plus und minus verschobenen Gitterkonstanten von Gittern, die gegenüber dem zweiten Gitter verdreht sind, schwankt die Streifenrichtung in den Abschnitten, falls die Gitterkonstantendifferenz nach plus und minus nicht gleich ist, so daß eine unsymmetrische Sägezahnlinie entsteht.The grid shown in Fig. 2 consists of two parts, which are adjacent have the same grid constant, while the parts of the grid according to Fig. 3 the lattice constants are different. For grids with section by section plus and minus shifted lattice constants of bars opposite the second grid are twisted, the stripe direction varies in the sections if the lattice constant difference after plus and minus is not equal, so that an asymmetrical sawtooth line is created.

Selbstverständlicn ist es möglich, dem Analysenraster fotoelektrische Empfänger in solcher Anzahl und Anordnung nachzuschalten, daß ihre Ausgangssignale die gewünschte Aussage überßie Eigenschaften des gemessenen optischen Systems repräsentieren.It is of course possible to add photoelectric Receiver to be connected downstream in such a number and arrangement that their output signals represent the desired statement about the properties of the measured optical system.

Claims

Expectations

$ Ai. Device for adjusting optical systems, for example for checking the lens or setting a predetermined magnification, using two, on both sides of the optical system and corresponding in the imaging scale Conjugate planes arranged diffraction gratings, which to each other a predetermined Have grating constant ratio that matches the target imaging properties of the optisohen System corresponds, characterized in that at least one of the grids in at least two sub-areas is divided, which differ either in the division phase or their lattice constants from the nominal lattice constant by equal amounts plus and minus differ.

2. Device according to claim 1, characterized in that the partial areas adjoin each other in boundary lines which are at an angle of Include 0 ° or 900.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that one grating is a phase grating, while the second grating is an amplitude grating is.

4. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that both grids are amplitude grids.

5. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that both grids are phase grids.

6, device according to claims 1 to 4, characterized in that that structural elements or the carrier of the second hit by the imaging light Grating can be stimulated by the imaging light to separate a wavelength range which does not coincide with the wavelength range of the imaging light.

7. Device according to claims 1 to 6, characterized in that that the image field are arranged downstream of photoelectric receivers, their. Signal ratio is evaluated to assess the state of the imaging system.