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WO2003012548A2 - System zum vermessen eines optischen systems, insbesondere eines objektives - Google Patents

System zum vermessen eines optischen systems, insbesondere eines objektives Download PDF

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Publication number
WO2003012548A2
WO2003012548A2 PCT/EP2002/008111 EP0208111W WO03012548A2 WO 2003012548 A2 WO2003012548 A2 WO 2003012548A2 EP 0208111 W EP0208111 W EP 0208111W WO 03012548 A2 WO03012548 A2 WO 03012548A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measuring
frame structure
upper frame
optical
measuring element
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2002/008111
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English (en)
French (fr)
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WO2003012548A3 (de
Inventor
Alexander Kohl
Hubert Holderer
Werner Lang
Hartmut Brandenburg
Johannes Rau
Bernhard Gellrich
Armin Schoeppach
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.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
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 Carl Zeiss SMT GmbH filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
Priority to JP2003517671A priority Critical patent/JP2004537058A/ja
Publication of WO2003012548A2 publication Critical patent/WO2003012548A2/de
Publication of WO2003012548A3 publication Critical patent/WO2003012548A3/de
Priority to US10/757,189 priority patent/US20040257675A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to US12/002,694 priority patent/US20080100930A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70591—Testing optical components
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/62—Optical apparatus specially adapted for adjusting optical elements during the assembly of optical systems
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70258—Projection system adjustments, e.g. adjustments during exposure or alignment during assembly of projection system

Definitions

  • the invention relates to a system for measuring an optical system, in particular an objective.
  • lens parts e.g. In semiconductor lithography, lens parts have to be set up with high absolute accuracy both in the spatial coordinates and in the angular coordinates to one another.
  • measuring devices or measuring machines with a measuring table and a measuring head, which e.g. tactile probe.
  • These measuring devices are e.g. designed as portal or column measuring machines and can make absolute location determinations with regard to a freely selectable reference point with high accuracy.
  • it becomes problematic if, in addition to an exact location determination, exact angular positions also have to be maintained.
  • Another difficulty arises when there are multiple optical axes in one lens, such as is the case with a lens in the H design.
  • Lenses of this type are assembled from several sub-groups, each with a "sub-axis" as the optical axis, the individual axes having to be set at a certain distance from one another with very high accuracy, both at an angle and with respect to the center of the individual sub-groups.
  • the assignment of the individual optical axes must be very precise.
  • the present invention has for its object to provide a system for measuring components of the type mentioned, in which a component composed of several parts or sub-groups with respect to location and angle provision is set up very precisely.
  • One of the key points of the solution according to the invention is that one does not have either a tactile measuring system or an optical measuring system to measure geometric values, i.e. lengths and angles, i.e. Positions and orientations, but according to the invention, there are two independent measuring systems, both of which act independently of one another, but access a common measuring reference.
  • a measuring device for an exact location determination with an optical measuring system, e.g. an autocollimation telescope or an interferometer, where both measuring systems have the same reference plane, i.e. referring to the same reference, it is possible to measure components precisely in terms of both location and angle determination and then mount them accordingly.
  • an optical measuring system e.g. an autocollimation telescope or an interferometer
  • the two measurement methods complement each other in an optimal combination, e.g. the measuring element with the tactile probe mainly measures lengths, flatness and shapes, whereas the optical measuring system mainly measures angles and angular positions.
  • the measuring element with the tactile probe mainly measures lengths, flatness and shapes
  • the optical measuring system mainly measures angles and angular positions.
  • Known measuring machines can be used for the mechanical measuring system with the measuring element and the tactile measuring probe.
  • Angular positions can be determined down to 0.05 angular seconds.
  • the tactile measuring accuracies can be taken from the corresponding machine data.
  • the optical measurement setup can be e.g. be firmly attached to a measuring machine.
  • the same or common reference surface is formed by the surface of the measuring table.
  • any other reference part can also be provided, such as a cube corner or an arrangement of balls that the measuring system moves to in order to get a "0" for the component to be measured. In this way, a coordinate system is practically specified next to the component to be measured, against which the component to be measured is then measured relative to it.
  • a measuring bore is provided in the measuring table in the area of the component or components to be measured, via which the measuring beams are directly or indirectly via beam deflection members, e.g. via mirrors or prisms, so that they reach the reference and measuring surfaces.
  • beam deflection members e.g. via mirrors or prisms
  • optical measuring devices can of course also be flanged to the machine if necessary.
  • reference points are used for the exact connection of the two frame structures to one another.
  • a centering collar of the lower frame structure can be provided with a reference point, while the second reference point with respect to which the first reference point is to be adjusted is arranged in the frame structure, preferably at the tip of a prism.
  • reference points can be used to precisely connect the two frame structures to one another.
  • a centering collar of the lower frame structure can be provided with a reference point, while the second reference point with respect to which the first reference point is to be adjusted is arranged in the frame structure, preferably at the tip of a prism.
  • An air bearing can be provided for easier displacement of the upper frame structure on the lower frame structure for its precise adjustment.
  • Piezoceramic elements can advantageously be provided for the displacements themselves. Of course, however, other devices for displacing the upper frame structure on the lower frame structure are also possible.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of the measuring machine according to the invention
  • Figure 2 shows two frame structures for a lens in the H design
  • Figure 3 shows the upper part of the frame structure of Figure 2 after installing a prism, a mirror group and
  • FIG. 4 shows the lower part of the frame structure according to FIG. 2 after installation of the refractive part of an objective
  • Figure 5 shows the assembly of the upper part and the lower part of the lens.
  • the measuring machine consists essentially of a portal measuring machine 1 of a known type. It has a measuring table 2 as Granite block, which has a vertical measuring bore 3 with a transverse bore 4 in the lower region. An autocollimation telescope 5 or an interferometer is flanged onto the end of the transverse bore 4. A deflection mirror 6 is arranged at the point where the measuring bore 3 meets the transverse bore 4. With the aid of the deflecting mirror 6 and an additional plane mirror (not shown) which can be placed on the surface of the measuring table 2 via the measuring bore 3, the autocollimation telescope 5 (or the interferometer) can be calibrated on the surface of the measuring table 2 as a reference surface 7 become. In this way, it is possible to always reference surfaces to be measured with the autocollimation telescope 5 absolutely to the measuring surface 7. The prerequisite for this is that the flatness of the granite surface of the measuring table 2 is adapted to the required accuracy.
  • an optical measuring head e.g. a CCD camera.
  • an optical sensor can optionally also be used.
  • the lens to be assembled is inserted into an upper frame structure 8 and a lower frame structure 9.
  • the upper frame structure 8 is placed on the measuring table 2 in a first step.
  • the underside of the frame structure 8 also serves as a reference surface 22 with the same requirements for flatness as for the reference surface 7 of the measuring table 2.
  • a prism 10 is inserted into the upper frame structure 8 and at the same time a plane mirror 11 is flanged to the side.
  • the underside of the prism 10 is used as an auxiliary surface by means of the auto Limitation telescope 5 (or an interferometer) aligned (see the beam path a in Figure 1).
  • This auxiliary surface is produced in optics production with a corresponding angular accuracy compared to the front surfaces. In this way, the prism 10 is aligned within the horizontal plane with a corresponding accuracy.
  • the plane mirror 11 and the prism 10 are aligned with the autocollimation telescope 5 (see beam path b). It should be noted that an optical beam from the autocollimation telescope 5 is reflected back from the plane mirror 11. In this way, the optically effective surfaces of the prism 10 are aligned with a corresponding accuracy with respect to the reference surface 7 and the flange surface or additionally the flange surface of the plane mirror 11.
  • a measuring head 12 of the portal measuring machine is now used to control the distance between the tip of the prism 10 and the plane mirror 11.
  • a tactile measuring element 13 of the measuring head 12 is used in a known manner.
  • the measuring head 12 is correspondingly moved on the surface of the measuring table. If the distance is not correct, it will be corrected and the previous points repeated accordingly.
  • the distance between the prism 10 and the reference surface 7 is checked and, if necessary, also changed, the above-mentioned points also being repeated.
  • a plane mirror 14 is then placed on the upper frame structure 8.
  • the plane mirror 14 is aligned with the help of the autocollimation telescope (or an interferometer) on the reference surface 7 with respect to the angle (see beam path c).
  • the plane mirror 14 can be replaced by a lens or lens group 14 ' become.
  • the distance between the plane mirror 14 and the tip of the prism 10 is checked again with the aid of the measuring head 12. If the distance is not correct, it will be corrected and the last steps will be repeated.
  • the parts within the frame structure are absolute from the positions on the tip of the prism 10 and from the angles on the reference surface 7 aligned according to accuracy.
  • the height of the prism 10 is also set absolutely with respect to the reference surface 7.
  • the components to be measured in this case the upper frame structure 8, have corresponding reference collars (not shown) which can be probed accordingly with one or more tactile measuring elements 13.
  • the new measuring system which is a combined measuring technique consisting of a tactile and an optical system, is characterized by the common reference surface 7 for both measuring systems, whereby the measuring results of both methods can be compared directly and combined with one another. In this way, it is no longer necessary, as in the prior art, to switch between two measuring stations for the intended measurements with a workpiece, which inevitably results in calibration errors.
  • Another advantage of the system according to the invention are also Time savings due to the parallel operation of the two measuring systems and the elimination of any transport and implementation times between two measuring stations.
  • the expansion of the measuring machine 1 as an assembly and adjustment station is also advantageous. On the measuring machine 1, corrections can be made to the component to be measured or the parts of the component and then the corresponding changes in the location and angle of the affected parts can be determined or measured without the calibration and referencing with respect to reference surfaces or reference points both measuring systems are lost.
  • the assembly and adjustment process, including the use of both measuring systems, can be carried out iteratively and without the measuring machine having to be recalibrated.
  • the refractive part 17 is placed on the measuring table 2 with the reference surface 7.
  • the refractive part 17 of the objective to be assembled is inserted into a bore in the lower frame structure 9, parts of the refractive part 17 extending into the measuring bore 3 (see FIG. 4).
  • a further base or reference surface 15 is formed on the upper side of the lower frame structure 9.
  • the reference surface 15 is therefore located at the point at which the two frame structures 8 and 9 are assembled.
  • the assembly can also be done on the measuring machine 1.
  • the optical components in the upper frame structure 8 relate to the reference surface 22 and from the location to the tip of the prism 10. In this way it is possible to adjust the reference points of the two lens parts to one another with the required accuracy by placing the upper frame structure 8 on the lower frame structure 9 and by moving the upper frame structure 8.
  • the tip of the prism serves as a reference point 16 for the components installed in the upper frame structure 8 and a reference point 18 on a main flange or centering collar 19 of the refractive part 17 serves for the refractive part 17 of the objective installed in the lower frame structure 9.
  • the two frame structures 8 and 9 can advantageously consist of ceramic.
  • the center or the reference point 18 of the centering collar 19 forms the center of the assembly. This center is determined with the tactile measuring elements 13 when the measuring head 12 is shifted accordingly onto the measuring table 2.
  • the upper frame structure 8 is placed over the refractive part 17 previously used for measurement in the measuring bore 3, in which the other lens parts had already been installed in accordance with the location and angle.
  • the upper frame structure 8 is also placed on the lower frame structure 9.
  • the reference surface 22 of the upper frame structure 8 is shifted accordingly on the reference surface 15 of the lower frame structure until the reference point 16 lies exactly at the pre-calculated location (opposite or) with respect to the reference point 18.
  • optical axes for both components were referenced perpendicular to the reference surfaces 7 and 22, so that it can be moved along the reference surface 15 without the reference of the optical axis being lost.
  • the upper frame structure 8 After placing the upper frame structure 8 on the lower frame structure 9, it is only necessary to align the two reference points 16 and 18 with one another. For this purpose, the upper frame structure 8 is correspondingly moved on the lower frame structure 9 until the tolerance range is reached.
  • the reference surface 7 of the measuring table 2 serves as footprint. While the distances bi and b 2 are determined with the measuring machine 1, the angular positions are checked and set with the optical measuring system via the autocollimation telescope 5.
  • the assembly can of course also take place at a different location.
  • the two lens parts or the upper frame structure 8 are connected to the lower frame structure 9, with which the lens is assembled.
  • the connection can be made in any way, e.g. through screw connections.
  • an air cushion can be generated by air bearings 20 between the two parts.
  • the air bearings 20 are only shown in principle in FIG. In this way, the upper part or the frame structure 8 can be moved on the lower frame structure 9 with very little friction.
  • sensors and actuators e.g. Piezomanipulators 21 then make it possible to precisely adjust the upper frame structure 8.
  • the signal of the measuring element 13, which scans the tip of the prism 10 with the reference point 16 can be used as an input signal for a computer-assisted control of the piezo manipulators 21.
  • the outer surfaces of the frame structure ie the upper frame structure 8 and the lower frame structure 9, are manufactured extremely precisely in order to to create file interfaces for the subgroups of the lens. It is also about the angle ⁇ between the outer surfaces and the flatness of the outer surfaces, in particular the lower outer surface or reference surface 22 of the upper frame structure 8 and the upper surface of the frame structure 9, which forms the reference surface 15.
  • the outer surfaces of the frame structures 8 and 9 can be machined flat / polished relatively easily, very flat and with very small angular tolerances.
  • the plane interference surfaces created in this way allow the components to be centered, in particular the adjustment of the upper structure 8 with respect to the lower structure 9 by a correspondingly exact displacement.
  • An additional radial centering interface surface is generally no longer required.
  • the mirror group 11 During assembly of the lens, the mirror group 11 'must also be positioned extremely precisely along the associated interface surface of the upper frame structure 8.
  • a lifting table 23 with piezo elements which result in very sensitive changes in length of the lifting table 23 when electrified.
  • the lifting table 23 is designed in such a way that when piezo elements (not shown) are activated, a movability in the screwing plane of the mirror group 11 on the outer surface or interface surface of the upper frame structure 8 is generated in accordance with the direction of action represented by the arrow 24.
  • the interface surfaces are to be manufactured particularly precisely, particularly with regard to their flatness and their angular orientation. In this way it is achieved that there is no longer a need to measure in two angles or these angles no longer have to be set, since they are already manufactured.
  • the lifting table 23 can thus as an independent device of the measuring machine 1 and ensures a corresponding alignment of the mirror group 11 '.

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Abstract

Ein System zum Vermessen eines optischen Systems, insbesondere eines Objektives, ist mit einer Messmaschine versehen, die wenigstens ein Messglied für Ortsbestimmungen und wenigstens ein Messglied für Winkelbestimmungen aufweist, wobei für das ortsbestimmende Messglied und das winkelbestimmende Messglied wenigstens eine gemeinsame Referenzfläche vorgesehen ist.

Description

System zum Vermessen eines optischen Systems, insbesondere eines Objektives
Die Erfindung betrifft ein System zum Vermessen eines opti- sehen Systems, insbesondere eines Objektives.
Insbesondere beim Zusammenbau des Objektives, z.B. in der Halbleiter-Lithographie, müssen Objektivteile mit hoher absoluter Genauigkeit sowohl in den Ortskoordinaten als auch in den Winkelkoordinaten zueinander eingerichtet werden.
Bekannt sind hierfür Meßgeräte bzw. Meßmaschinen mit einem Meßtisch und einem Meßkopf, der z.B. taktile Meßtaster aufweist. Diese Meßgeräte sind z.B. als Portal- oder Ständermeß- maschinen ausgeführt und können absolute Ortsbestimmungen bezüglich eines frei wählbaren Referenzpunktes mit hoher Genauigkeit vornehmen. Problematisch wird es jedoch, wenn zusätzlich zu einer exakten Ortsbestimmung auch noch genaue Winkellagen eingehalten werden müssen. Eine weitere Schwierigkeit tritt auf, wenn bei einem Objektiv mehrere optische Achsen vorhanden sind, wie dies z.B. bei einem Objektiv im H-Design der Fall ist. Objektive dieser Art werden aus mehreren Untergruppen mit jeweils einer "Unterachse" als optische Achse zusammengebaut, wobei die einzelnen Achsen sowohl im Winkel als auch bezüglich des Zentrums der einzelnen Untergruppen in einem bestimmten Abstand zueinander mit sehr hoher Genauigkeit gestellt werden müssen. Insbesondere die Zuordnung der einzelnen optischen Achsen muß sehr genau erfolgen.
Zum allgemeinen Stand der Technik wird auf die US 6,195,213 Bl verwiesen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zum Vermessen von Bauteilen der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der ein aus mehreren Teilen bzw. Untergruppen zusammengesetztes Bauteil hinsichtlich Orts- und Winkel- bestimmung sehr genau eingerichtet ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Einer der Kernpunkte der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß man nicht wie bisher entweder ein taktiles Meßsystem oder optisches Meßsystem hat, um geometrische Werte zu vermessen, also Längen und Winkel, d.h. Positionen und Orien- tierungen, sondern erfindungsgemäß liegen zwei unabhängige Meßsysteme vor, die beide unabhängig voneinander agieren, jedoch auf eine gemeinsame Meßreferenz zugreifen.
Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, zwei unter- schiedliche Meßreferenzen zu bilden und dann die beiden Teilreferenzen zu einer gemeinsamen rechnerischen Gesamtreferenz zusammenzufassen. Mit anderen Worten, man hat zwei Nullpositionen und kalibriert dann die beiden Nullpositionen gegenseitig, um daraus eine rechnerische Gesamtreferenz zu bilden. Dies kann z.B. durch zwei voneinander unabhängig operierende Meßtaster erfolgen, die jeweils ihren Koordinatenursprung von einer Kugel holen.
Insgesamt ist auf diese Weise eine 6-Freiheitsgrad-Referenz gegeben mit einem Koordinatensystem in x, y und z-Richtung und mit drei Raumwinkeln.
Durch die erfindungsgemäße Kombination eines Meßgerätes für eine exakte Ortsbestimmung mit einem optischen Meßsystem, z.B. einem Autokollimationsfernrohr oder einem Interferome- ter, wobei beide Meßsysteme die gleiche Bezugsebene haben, d.h. auf die gleiche Referenz bezogen werden, ist es möglich, Bauteile exakt sowohl bezüglich Orts- als auch Winkelbestimmung zu vermessen und dann entsprechend zu montieren.
Es wird damit insbesondere möglich, beide Meßsysteme gleich- zeitig, nacheinander oder auch im Wechsel zu benützen und zwar ohne, daß das zu messende Bauteil in seiner Lage verändert werden muß .
Die beiden Meßverfahren ergänzen sich in einer optimalen Verknüpfung, da z.B. das Meßglied mit dem taktilen Meßtaster vorwiegend Längen, Ebenheiten und Formen mißt, hingegen das optische Meßsystem hauptsächlich Winkel und Winkelpositionen. Für das mechanische Meßsystem mit dem Meßglied und dem takti- len Meßtaster lassen sich bekannte Meßmaschinen verwenden.
Da das optische Meßsystem wesentlich genauer als das taktile Meßsystem ist, kann auf diese Weise das gesamte Meßsystem genauer arbeiten. Winkelpositionen können bis 0,05- Winkelsekunden genau ermittelt werden. Die taktilen Meßgenauigkeiten können aus den entsprechenden Maschinendaten entnommen werden.
Der optische Meßaufbau kann in einer konstruktiven Ausgestal- tung z.B. fest an einer Meßmaschine befestigt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die gleiche bzw. gemeinsame Referenzfläche durch die Oberfläche des Meßtisches gebildet.
Anstelle der Verwendung der Oberfläche des Meßtisches als gemeinsame Referenzfläche kann selbstverständlich auch ein separates Strukturteil hierfür verwendet werden, das z.B. auf den Meßtisch aufgesetzt ist, wobei man dann eine Fläche des Strukturteiles als Referenz verwendet. Hierfür ist z.B. eine Keramikstruktur geeignet, deren Oberfläche noch präziser ist als die Oberfläche eines Meßtisches, der im allgemeinen aus Granit besteht. In einem derartigen Fall ist die aufgesetzte Keramikstruktur die Referenz und bezüglich dieser Fläche wird ein Bauteil vermessen oder justiert, wozu dieses z.B. entsprechend angebaut wird. Alternativ dazu kann auch irgendein anderes Referenzteil vorgesehen werden, wie z.B. eine Würfelecke oder eine Anordnung von Kugeln, die das Meßsystem anfährt, um für das zu vermes- sende Bauteil eine "0" zu holen. Auf diese Weise wird praktisch ein Koordinatensystem neben dem zu vermessenden Bauteil vorgegeben, gegenüber welchem dann relativ dazu das zu vermessende Bauteil gemessen wird.
In einer konstruktiv sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dabei vorgesehen, -daß in dem Meßtisch im Bereich des oder der zu vermessenden Bauteile eine Meßbohrung vorgesehen ist, über die die Meßstrahlen direkt oder indirekt über Strahlumlenkglieder, z.B. über Spiegel oder Prismen, einge- leitet werden, damit sie zu den Referenz- und Meßflächen gelangen. Anstelle von Einfräsungen oder Bohrungen in der Meßmaschine, können selbstverständlich im Bedarfsfall auch optische Meßgeräte an die Maschine angeflanscht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß zum exakten Verbinden der beiden Rahmenstrukturen miteinander Referenzpunkte verwendet werden. Dabei kann ein Zentrierbund der unteren Rahmenstruktur mit einem Referenzpunkt versehen sein, während der zweite Refe- renzpunkt gegenüber dem der erste Referenzpunkt justiert werden soll, in der Rahmenstruktur angeordnet ist, vorzugsweise an der Spitze eines Prismas.
Zum exakten Verbinden der beiden Rahmenstrukturen miteinander können auf diese Weise Referenzpunkte verwendet werden. Dabei kann ein Zentrierbund der unteren Rahmenstruktur mit einem Referenzpunkt versehen sein, während der zweite Referenzpunkt gegenüber dem der erste Referenzpunkt justiert werden soll, in der Rahmenstruktur angeordnet ist, vorzugsweise an der Spitze eines Prismas. Zur leichteren Verschiebung der oberen Rahmenstruktur auf der unteren Rahmenstruktur zu dessen präzisen Justierung kann ein Luftlager vorgesehen sein.
Für die Verschiebungen selbst können in vorteilhafter Weise piezokeramische Elemente vorgesehen sein. Selbstverständlich sind jedoch auch noch andere Einrichtungen zur Verschiebung der oberen Rahmenstruktur auf der unteren Rahmenstruktur möglich.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind aus den übrigen Unteransprüchen ersichtlich.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Meß- maschine;
Figur 2 zwei Rahmenstrukturen für ein Objektiv im H-Design;
Figur 3 das obere Teil der Rahmenstruktur nach Figur 2 nach Einbau eines Prismas, einer Spiegelgruppe und von
Linsen;
Figur 4 den unteren Teil der Rahmenstruktur nach der Figur 2 nach Einbau des refraktiven Teiles eines Objekti- ves, und
Figur 5 den Zusammenbau des oberen Teiles und des unteren Teiles des Objektives.
Die Meßmaschine besteht im wesentlichen aus einer Portalmeßmaschine 1 bekannter Bauart. Sie weist einen Meßtisch 2 als Granitblock auf, der eine vertikale Meßbohrung 3 mit einer Querbohrung 4 im unteren Bereich aufweist. Am Ende der Querbohrung 4 ist ein Autokollimationsfernrohr 5 oder ein Inter- ferometer angeflanscht. An der Stelle, an der sich die Meß- bohrung 3 mit der Querbohrung 4 trifft, ist ein Umlenkspiegel 6 angeordnet. Mit Hilfe des Umlenkspiegels 6 und eines zusätzlichen Planspiegels (nicht dargestellt) , der auf die Oberfläche des Meßtisches 2 über die Meßbohrung 3 gelegt werden kann, kann das Autokollimationsfernrohr 5 (oder das In- terferometer) auf die Oberfläche des Meßtisches 2 als Referenzfläche 7 eingeeicht werden. Auf diese Weise ist man in der Lage mit dem Autokollimationsfernrohr 5 zu vermessende Flächen stets absolut zu der Meßfläche 7 zu referenzieren. Voraussetzung hierfür ist, daß die Ebenheit der Granitober- fläche des Meßtisches 2 an die geforderte Genauigkeit angepaßt ist.
Durch das Autokollimationsfernrohr 5 oder ein Interferometer wird die Abbildung in Verbindung mit einem optischen Meßkopf, z.B. einer CCD-Kamera durchgeführt. Anstelle eines optischen Meßkopfes kann gegebenenfalls auch ein optischer Sensor verwendet werden.
Wie aus der Figur 2 ersichtlich ist, wird das zusammenzuset- zende Objektiv in eine obere Rahmenstruktur 8 und eine untere Rahmenstruktur 9 eingesetzt.
Zum Zusammenbau bzw. zum Einbau der optischen Teile des Objektives wird in einem ersten Schritt die obere Rahmenstruk- tur 8 auf den Meßtisch 2 aufgesetzt. Die Unterseite der Rahmenstruktur 8 dient ebenfalls als Referenzfläche 22 mit den gleichen Anforderungen an die Ebenheit wie die an die Referenzfläche 7 des Meßtisches 2. In die obere Rahmenstruktur 8 wird ein Prisma 10 eingesetzt und gleichzeitig wird ein Plan- spiegel 11 seitlich angeflanscht. Anschließend wird die Unterseite des Prismas 10 als Hilfsfläche mittels des Autokol- limationsfernrohres 5 (oder eines Interferometers) ausgerichtet (siehe hierzu den Strahlengang a in Figur 1) . Diese Hilfsfläche wird in der Optikfertigung mit einer entsprechenden Winkelgenauigkeit gegenüber den vorderen Flächen herge- stellt. Auf diese Weise ist das Prisma 10 innerhalb der horizontalen Ebene mit einer entsprechenden Genauigkeit ausgerichtet.
Anschließend werden der Planspiegel 11 und das Prisma 10 mit dem Autokollimationsfernrohr 5 ausgerichtet (siehe Strahlengang b) . Dabei ist zu beachten, daß ein optischer Strahl vom Autokollimationsfernrohr 5 ausgehend vom Planspiegel 11 in sich zurückreflektiert wird. Auf diese Weise sind die optisch wirksamen Flächen des Prismas 10 bezüglich der Referenzfläche 7 und der Anflanschfläche bzw. zusätzlich noch die Anflanschfläche des Planspiegels 11 mit einer entsprechenden Genauigkeit ausgerichtet.
Ein Meßkopf 12 der Portalmeßmaschine wird nun benutzt, um den Abstand der Spitze des Prismas 10 zum Planspiegel 11 zu kontrollieren. Hierzu dient in bekannter Weise ein taktiles Meßglied 13 des Meßkopfes 12. Zur Messung mit dem Meßglied 13 wird der Meßkopf 12 entsprechend auf der Oberfläche des Meßtisches verschoben. Falls der Abstand nicht stimmt, wird die- ser korrigiert, wobei die vorangegangenen Punkte entsprechend wiederholt werden. Zusätzlich wird der Abstand des Prismas 10 zur Referenzfläche 7 kontrolliert, und wenn nötig ebenfalls geändert, wobei sich ebenfalls die vorstehend genannten Punkte wiederholen.
Anschließend wird ein Planspiegel 14 auf die obere Rahmenstruktur 8 aufgelegt. Der Planspiegel 14 wird mit Hilfe des Autokollimationsfernrohrs (oder einem Interferometer) auf die Referenzfläche 7 bezüglich des Winkels ausgerichtet (siehe Strahlengang c) . Beim Zusammenbau des Objektives kann der Planspiegel 14 durch eine Linse oder Linsengruppe 14' ersetzt werden. Abschließend wird mit Hilfe des Meßkopfes 12 der Abstand des Planspiegels 14 zur Spitze des Prismas 10 nochmals kontrolliert. Falls der Abstand nicht stimmt, wird dieser korrigiert, wobei die zuletzt genannten Schritte wiederholt werden.
Nach diesen Meßschritten sind die Teile innerhalb der Rahmenstruktur, insbesondere der Planspiegel 11, der selbstverständlich später auch durch eine Spiegelgruppe mit Linsen er- setzt werden kann, von den Positionen her auf die Spitze des Prismas 10 und von den Winkeln her auf die Referenzfläche 7 absolut entsprechend der Genauigkeit ausgerichtet. Gleichzeitig ist auch die Höhe des Prismas 10 absolut bezüglich der Referenzfläche 7 eingestellt. Wie ersichtlich, ist es ög- lieh, mit dem vorstehend beschriebenen Meßsystem die Teile , des zu vermessenden Bauteils, nämlich in diesem Fall die obere Rahmenstruktur 8 eines Objektives, sowohl im Ort als auch im Winkel absolut mit hoher Genauigkeit auf ein und derselben Meßmaschine gleichzeitig zu vermessen bzw. einzurichten.
In bekannter Weise haben die zu vermessenden Bauteile, in diesem Fall die obere Rahmenstruktur 8, entsprechende Referenzbünde (nicht dargestellt) , die man mit ein oder mehreren taktilen Meßgliedern 13 entsprechend antasten kann.
Das neue Meßsystem, welches eine kombinierte Meßtechnik aus taktilem und optischem System ist, zeichnet sich durch die gemeinsame Referenzfläche 7 für beide Meßsysteme aus, wodurch die Meßergebnisse beider Verfahren direkt verglichen und it- einander kombiniert werden können. Auf diese Weise ist es nicht mehr erforderlich, wie beim Stand der Technik, für die vorgesehenen Messungen mit einem Werkstück zwischen zwei Meßplätzen zu wechseln, wodurch sich zwangsläufig Kalibrierfehler ergeben.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systemes sind auch Zeitgewinne durch das parallele Arbeiten der beiden Meßsysteme und durch Wegfall jeglicher Transport- und Umsetzungszeiten zwischen zwei Meßplätzen.
Durch die Benutzung der Oberfläche des Meßtisches 2 als Referenzfläche 7 für beide Meßsysteme können keine systematischen Kalibrierfehler auftreten.
Von Vorteil ist auch die Erweiterung der Meßmaschine 1 als Montage- und Justageplatz. Auf der Meßmaschine 1 können Korrekturen an dem zu vermessenden Bauteil oder den Teilen des Bauteiles vorgenommen werden und dann sofort die entsprechenden Änderungen im Ort und im Winkel der betroffenen Teile bestimmt bzw. vermessen werden, ohne daß die Kalibrierung und die Referenzierung bezüglich Referenzflächen oder Referenzpunkten bei beiden Meßsystemen verloren gehen. Der Montage- und Justageprozeß, inklusive der Anwendung beider Meßsysteme, kann iterativ erfolgen und zwar ohne daß die Meßmaschine neu kalibriert werden muß.
Zum Einbau des refraktiven Teiles 17 in die untere Rahmenstruktur 9 wird diese auf den Meßtisch 2 mit der Referenzfläche 7 aufgesetzt. Der refraktive Teil 17 des zusammenzusetzenden Objektives wird hierzu in eine Bohrung der unteren Rahmenstruktur 9 eingesetzt, wobei sich Teile des refraktiven Teiles 17 in die Meßbohrung 3 erstrecken (siehe Figur 4).
Nachfolgend wird der Zusammenbau eines Objektives, das mit seinen Teilen in die obere Rahmenstruktur 8 und in die untere Rahmenstruktur 9 eingebaut worden ist, beschrieben. Voraussetzung ist dabei, daß die Positionen und Winkel der einzelnen Bauteile entsprechend exakt stimmen. Hierzu wird eine weitere Basis bzw. Referenzfläche 15 auf der Oberseite der unteren Rahmenstruktur 9 gebildet. Die Referenzfläche 15 be- findet sich somit an der Stelle, an der die beiden Rahmenstrukturen 8 und 9 zusammengebaut werden. Der Zusammenbau kann dabei ebenfalls auf der Meßmaschine 1 erfolgen. Wie vorstehend erläutert, sind dabei die optischen Bauteile in der oberen Rahmenstruktur 8 auf die Referenzfläche 22 und vom Ort her auf die Spitze des Prismas 10 bezogen. Auf diese Weise ist es möglich durch Aufsetzen der oberen Rahmenstruktur 8 auf die untere Rahmenstruktur 9 und durch Verschieben der oberen Rahmenstruktur 8 Referenzpunkte der beiden Objektivteile zueinander in der erforderlichen Genauigkeit zu justieren. Für die in die obere Rahmenstruktur 8 eingebauten Bauteile dient die Spitze des Prismas als Referenzpunkt 16 und für das in die untere Rahmenstruktur 9 eingebauten refraktiven Teil 17 des Objektives dient ein Referenzpunkt 18 an einem Hauptflansch bzw. Zentrierbund 19 des refraktiven Teiles 17.
Die beiden Rahmenstrukturen 8 und 9 können in vorteilhafter Weise aus Keramik bestehen. Gleiches gilt auch für den Hauptflansch bzw. Zentrierbund 19. Das Zentrum bzw. der Referenzpunkt 18 des Zentrierbundes 19 bildet das Zentrum der Baugruppe. Dieses Zentrum wird mit den taktilen Meßgliedern 13 bei einem entsprechenden Verschieben des Meßkopfes 12 auf den Meßtisch 2 ermittelt. Sobald auf diese Weise das Zentrum der Baugruppe gefunden worden ist, wird über das vorher zur Vermessung in der Meßbohrung 3 eingesetzte refraktive Teil 17, die obere Rahmenstruktur 8 gesetzt, in der bereits die anderen Objektivteile orts- und winkelgerecht eingebaut worden waren. Dabei wird auch die obere Rahmenstruktur 8 auf die untere Rahmenstruktur 9 aufgesetzt.
Zur genauen Justage wird die Referenzfläche 22 der oberen Rahmenstruktur 8 entsprechend auf der Referenzfläche 15 der unteren Rahmenstruktur solange verschoben, bis der Referenzpunkt 16 exakt an den vorausberechneten Ort (gegenüber bzw.) bezüglich dem Referenzpunkt 18 liegt.
Wichtig ist, daß bei beiden Bauteilen die optischen Achsen senkrecht zu den Referenzflächen 7 und 22 referenziert wurden, so daß entlang der Referenzfläche 15 verschoben werden kann, ohne daß die Referenzierung der optischen Achse verloren geht.
Nach dem Aufsetzen der oberen Rahmenstruktur 8 auf die untere Rahmenstruktur 9 ist es lediglich noch erforderlich, die beiden Referenzpunkte 16 und 18 aufeinander auszurichten. Hierzu wird die obere Rahmenstruktur 8 entsprechend auf der unteren Rahmenstruktur 9 solange verschoben, bis der Toleranzbereich erreicht wird.
Entscheidend ist dabei, daß eine Referenzierung auf die Referenzfläche 7 des Meßtisches 2 erfolgt, womit sich die obere Rahmenstruktur 8 auf der Referenzfläche 15 der unteren Rahmenstruktur 9 verschieben läßt, ohne daß die vorangegangene Referenzierung bzw. Justierung verändert wird. Eine Voraussetzung hierfür ist dabei auch,' daß die Winkel vorher eingestellt worden sind. Bei der Ortsverschiebung der oberen Rah- enstruktur 8 auf der unteren Rahmenstruktur 9, um die Referenzpunkte 16 und 18 zueinander einzurichten, werden die Winkel nicht mehr verändert. Dies bedeutet, daß damit auch die optischen Achsen exakt stimmen.
Anstelle eines Zusammenbaus eines Objektives aus zwei Bauteilen, nämlich der oberen Rahmenstruktur 8 und der unteren Rahmenstruktur 9 ist selbstverständlich auch eine Aufteilung auf noch mehr Untergruppen im Rahmen der Erfindung möglich.
Grundsätzlich sind drei Referenzebenen bzw. Referenzflächen vorhanden, nämlich als Referenzfläche 7 die Oberfläche des Meßtisches 2, die Referenzfläche 22 an der Unterseite der oberen Rahmenstruktur 8 und die Referenzfläche 15 auf der Oberseite der unteren Rahmenstruktur 9. Die Referenzfläche 7 des Meßtisches 2 dient dabei als Basisfläche. Während mit der Meßmaschine 1 die Abstände bi und b2 bestimmt werden, werden mit dem optischen Meßsystem über das Autokollimationsfernrohr 5 die Winkellagen kontrolliert und eingestellt .
Anstelle eines Zusammenbaus von Oberteil und Unterteil des Objektives auf dem Meßtisch 2 kann selbstverständlich der Zusammenbau auch an einer anderen Stelle erfolgen.
Nach einer exakten Justage der beiden Referenzpunkte 16 und 18 zueinander werden die beiden Objektivteile bzw. wird die obere Rahmenstruktur 8 mit der unteren Rahmenstruktur 9 verbunden, womit das Objektiv zusammengebaut ist. Die Verbindung kann auf beliebige Weise, z.B. durch Verschraubungen erfol- gen.
Damit beim Zusammenfügen der oberen Rahmenstruktur 8 mit der unteren Rahmenstruktur 9 entsprechend der Figur 5 bei der Verschiebung auf der Referenzfläche 15 eine sehr exakte und reibungsarme Verschiebung durchgeführt werden kann, kann zwischen den beiden Teilen ein Luftpolster durch Luftlager 20 erzeugt werden. In der Figur 5 sind die Luftlager 20 nur prinzipmäßig eingezeichnet. Auf diese Weise läßt sich das Oberteil bzw. die Rahmenstruktur 8 sehr reibungsarm auf der unteren Rahmenstruktur 9 verschieben. Mit Sensoren und Aktua- toren, z.B. Piezomanipulatoren 21 ist es dann möglich, die obere Rahmenstruktur 8 exakt einzujustieren. Bei der Montage kann das Signal des Meßgliedes 13, der die Spitze des Prismas 10 mit dem Referenzpunkt 16 abtastet, als Eingangssignal für eine computerunterstützte Ansteuerung der Piezomanipulatoren 21 benutzt werden.
Für eine sehr genaue Justierung und Positionierung des Objektives ist es erforderlich, daß eine äußerst präzise Fertigung der Außenflächen der Rahmenstruktur, d.h. der oberen Rahmenstruktur 8 und der unteren Rahmenstruktur 9, erfolgt, um ex- akte Interface-Flächen für die Untergruppen des Objektives zu schaffen. Dabei geht es auch um den Winkel α zwischen den Außenflächen und der Ebenheit der Außenflächen, insbesondere der unteren Außenfläche bzw. Referenzfläche 22 der oberen Rahmenstruktur 8 und der oberen Fläche der Rahmenstruktur 9, die die Referenzfläche 15 bildet.
Durch z.B. Planläppen/Polieren lassen sich die Außenflächen der Rahmenstrukturen 8 und 9 relativ einfach sehr eben und mit sehr kleinen Winkeltoleranzen bearbeiten. Die auf diese Weise geschaffenen planen Interferenzflächen erlauben die Zentrierung der Komponenten, insbesondere der Justierung der oberen Struktur 8 gegenüber der unteren Struktur 9 durch ein entsprechend exaktes Verschieben. Eine zusätzliche radiale zentrierende Interface-Fläche ist im allgemeinen nicht mehr erforderlich .
Während der Montage des Objektives muß auch die Spiegelgruppe 11' entlang der dazugehörigen Interface-Fläche der oberen Rahmenstruktur 8 äußerst genau positioniert werden. Hierzu dient ein Hubtisch 23 mit Piezoelementen, welche bei einer Elektrifizierung sehr feinfühlige Längenänderungen des Hubtisches 23 ergeben. Der Hubtisch 23 ist dabei so ausgelegt, daß bei Aktivierung von nicht dargestellten Piezo-Elementen eine Verfahrbarkeit in der- Anschraubebene der Spiegelgruppe 11 an der Außenfläche bzw. Interface-Fläche der oberen Rahmenstruktur 8 gemäß der durch den Pfeil 24 dargestellten Wirkrichtung erzeugt wird.
Die Interface-Flächen sind besonders genau zu fertigen, insbesondere bezüglich ihrer Ebenheit und ihrer Winkelorientierung. Auf diese Weise wird erreicht, daß in zwei Winkeln nicht mehr gemessen werden muß bzw. diese Winkel nicht mehr eingestellt werden müssen, da sie bereits gefertigt sind.
Der Hubtisch 23 kann somit als eigenständige Einrichtung zu der Meßmaschine 1 ausgebildet sein und sorgt für eine entsprechende Ausrichtung der Spiegelgruppe 11'.

Claims

Patentansprüche
1. System zum Vermessen eines optischen Systems, insbesondere eines Objektivs, mit einer Meßmaschine (1), die wenigstens mit einem Meßglied (13) für Ortsbestimmungen und wenigstens mit einem Meßglied (5) für Winkelbestimmungen versehen ist, wobei für das ortsbestimmende Meßglied (13) und das winkelbestimmende Meßglied (5) wenigstens eine gemeinsame Referenzfläche vorgesehen ist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ortsbestimmende Meßglied (13) taktile Meßtaster aufweist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das winkelbestimmende Meßglied ein Autokollimationsfernrohr (5) oder ein Interferometer aufweist.
4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das taktile Meßsystem mit einem Meßtisch (2) und ei- nem Meßkopf (12), der wenigstens ein Meßglied (13) aufweist, versehen ist und daß das optische Meßsystem eine Lichtstrahlenquelle, ein System zur Strahlformung, ein System zur Abbildung und mindestens einen optischen Meßkopf aufweist.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Referenz durch die Oberfläche des Meßtisches (2) , durch die zu vermessenden Bauteile oder Baugruppen selbst oder durch ein zusätzliches Re- ferenzteil gebildet wird.
6. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Meßtisch (2) im Bereich der zu vermessenden Bauteile
(8,9) eine Meßbohrung (3)' vorgesehen ist, über die die Meßstrahlen direkt oder indirekt über Strahlumlenkglieder (6) eingeleitet werden.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Objektiv als Baugruppe dieses aus wenigstens zwei Rahmenstrukturen (8,9) gebildet werden.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine untere Rahmenstruktur (9) mit einer Referenzfläche (15) versehen ist, auf die ein optisches Teilsystem, z.B. der refraktive Teil (17) des Objektives (19) , welches mit mindestens einer Referenzfläche, z.B. einem Zentrierbund (19), versehen ist, aufgesetzt ist.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzflächen des Teilsystems einen Referenzpunkt (18) bilden, der gegenüber einem Referenzpunkt (16) in der oberen Rahmenstruktur (8) justiert wird.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzpunkt (16) in der oberen Rahmenstruktur (8) durch die Spitze eines Prismas (10) gebildet wird.
11. System nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebung der oberen Rahmenstruktur (8) auf der unteren Rahmenstruktur (9) Luftlager (20) vorgesehen sind.
12. System nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebung der oberen Rahmenstruktur (8) auf der unteren Rahmenstruktur (9) feinstellende Ele- mente, insbesondere piezokeramische Elemente, Lorenzmotoren, Stellschrauben o.a. (21) vorgesehen sind.
13. System nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Interfaceflächen der beiden Rahmenstruktu- ren (8,9) durch außenliegende Flächen gebildet werden.
14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Interfaceflächen durch Planläppen/Polieren, Schleifen o.a. für eine hohe Winkelgenauigkeit und Ebenheit geschaffen werden.
15. System nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßtisch (2) mit einem Hubtisch (23) versehen ist, durch den ein an die obere Rahmenstruktur
(8) angeflanschtes Teilsystem (11'), z.B. einer Spiegel- gruppe, entlang der Befestigungsebene des Teilsystems (11') an der oberen Rahmenstruktur (8) verschiebbar ist.
16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubtisch (23) mit piezokeramischen Elementen (11), Lo- renzmotoren, Stellschrauben o.a. zur Verstellung des Hubtisches (23) versehen ist.
17. Objektiv, das gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 16 zusammengebaut ist zur Herstellung von Halbleiter- chips in einem lithographischen Abbildungsprozeß.
18. Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem System nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16 justiert ist.
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