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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Prozessfehlern
bei der Herstellung eines computergenerierten Hologramms (CGH).
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Als
sogenannte synthetische oder computergenerierte Hologramme (CGH)
werden Hologramme (Beugungsgitter) bezeichnet, bei denen die Beugungsstrukturen
in der Hologrammebene im Gegensatz zum traditionellen Ansatz nicht
optisch hergestellt, sondern mittels eines Ausgabegerätes (beispielsweise
Maskenschreiber) auf einem Trägersubstrat
(beispielsweise einer Quarzplatte) erzeugt werden. Es werden dabei
Hologramme von nicht reellen, computerberechneten Objekten bzw.
Objektbildern hergestellt, die im Computer als mathematische Beschreibung
vorliegen.
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Obwohl
die Möglichkeiten
zur Berechnung computergenerierter Hologramme sehr vielschichtig sind,
beinhaltet der Prozess zur Erstellung von CGHs im wesentlichen die
folgenden Schritte, wobei
- 1. Gegebener Prüfling für Messaufbau
- 2. Berechnung des optischen Designs mit Computerprogramm
– Ort der
Hologramm (CGH) – Ebene
im Prüfaufbau
und
– Phasenänderung
= Phasenfunktion in der CGH – Ebene
- 3. Umwandlung der Phasenfunktion in ein Liniengitter
- 4. Schreiben (beispielsweise Maskenschreiber)
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CGHs
werden unter anderem in Prüfaufbauten
zur interferometrischen Vermessung von Oberflächen eingesetzt. Oftmals kommt
hier dem CGH die Aufgabe der Umwandlung einer ankommenden Wellenfront
in eine ausgehende Prüfwelle
zu. Ungenauigkeiten bei der Herstellung des CGH können zu
Fehlern in der generierten Prüfwellenfront
führen,
welche wiederum zu Messfehlern führen
können.
Aus diesem Grund ist es bedeutsam, eventuelle Fehler bei der Herstellung
des CGH zu erkennen und mittels einer Kalibrierung zu kompensieren.
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Die
Genauigkeit der Wirkung von computergenerierten Hologrammen hängt jedoch
unter anderem von der absoluten Genauigkeit der Elemente des generierten
Musters bezüglich
seiner Sollposition ab. Abweichungen von der Sollposition können durch vielfältige Ursachen
entstehen. Beispielsweise kann ein Maßstabsfehler beim Schreiben
des CGH-Musters in Folge von Temperatur oder ungenauer Maßverkörperung
erzeugt werden. Ebenso können
lokale Fehler beim Schreiben des CGH-Musters in Folge von Maschinenfehlern
oder Temperaturdrifts entstehen. Ebenso kann ein weiterer Fehler
beim Kopieren des CGHs auf ein neues Substrat verursacht werden. Alle
diese Abweichungen bzw. Fehler können
eine fehlerhafte optische Wirkung des computergenerierten Hologramms
bewirken.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Bestimmung und Kalibrierung von Prozessfehlern zu schaffen, mit
dem Schreibfehler bzw. Prozessfehler bei der Herstellung eines computergenerierten
Hologramms erkannt und korrigiert werden können.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß werden
zur Bestimmung von Prozessfehlern bei der Herstellung eines computergenerierten
Hologramms (CGH) Marken bzw. spezielle Muster in das zu fertigende
CGH implementiert. Diese Marken eignen sich zur Bestimmung von Registrierfehlern,
welche im Verlauf des Fertigungsprozesses des CGHs auftreten, wie
beispielsweise der Maßstabsfehler,
lokale Fehler oder auch Fehler beim Kopieren des CGHs . Mit Hilfe
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird eine Kalibrierung des computergenerierten Hologramms vorgenommen,
um die Genauigkeit des computergenerierten Hologramms zu verbessern.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass ein CGH-Muster und die Marken gleichzeitig ausgegeben
werden.
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Der
wesentlichste Vorteil beim gleichzeitigen Schreiben bzw. Ausgeben
des CGH-Musters und der Marken ist, dass auf diese Weise immer Informationen über den
augenblicklichen Schreibzustand bzw. der momentanen Schreibposition
des CGH-Musters vorliegen. Somit kann eine Kontrolle über den Schreibzustand
des CGH-Musters erfolgen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen
sein, dass die Marken als geometrische Strukturen, insbesondere Kreuze,
Ringe, Kreise oder Vierecke, ausgeführt werden.
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Die
Ausführung
der Marken beispielsweise als Kreuze ist dahingehend von Vorteil,
da diese leicht erkennbare und detektierbare Merkmale in einem Gitter
sind. In einem computergenerierten Hologramm können somit repräsentative
Punkte geschaffen werden, mit denen Schreibfehler bzw. Prozessfehler
gemessen bzw. ermittelt werden können.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigt.
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1 eine
prinzipmäßige Darstellung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
in einem Flussdiagramm;
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2 eine
prinzipmäßige Darstellung
von Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Marke;
und
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3a und 3b prinzipmäßige Darstellungen
von Anordnungen der erfindungsgemäßen Marken in einem computergenerierten
Hologramm.
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1 zeigt
ein Verfahren zur Bestimmung von Prozessfehlern mit Hilfe eines
Flussdiagramms. Ein computergeneriertes Hologramm 1, welches
in den 3a und 3b näher dargestellt ist,
wird dabei auf einem Ausgabegerät,
einem sogenannten Bildmustergenerator (pattern generator), ausgegeben.
Der Bildmustergenerator ist beispielsweise ein Maskenschreiber für die Mikrolithographie (E-beam-Schreiber
oder Laserplotter). Zuerst wird jedoch ein CGH-Design elektronisch
mittels eines Computerprogramms erzeugt und durch eine Phasenfunktion
beschrieben. Zusätzlich
wird die Ausbildung und Lage von Marken 2 (in den 3a und 3b näher dargestellt),
auch Registriermarken genannt, innerhalb des computergenerierten
Hologramms 1 definiert. Die nun vorliegenden Daten zur Beschreibung
des computergenerierten Hologramms 1, beispielsweise die
Phasenfunktion oder auch eine Radienliste, werden in Belichtungsdaten
für den
Bildmustergenerator umgesetzt. Zusätzlich zur Generierung der
Schreib- bzw. Belichtungsdaten des computergenerierten Hologramms 1 werden
auch die Daten für
die Registriermarken 2 in gleicher Weise so umgesetzt,
dass sie vom Bildmustergenerator in Belichtungsdaten umgesetzt werden.
Auf diese Weise liegen nun aufbereitete Daten vor, mit denen das Schreiben
sowohl des CGH-Designs als auch der Registriermarken 2 durchgeführt wird.
Das Schreiben des CGH-Designs wie auch der Registriermarken 2 erfolgt
in einem gemeinsamen Schreibvorgang des Bildmustergenerators, so
dass das CGH-Design und die Registriermarken 2 praktisch
zeitgleich geschrieben werden. Dies ist dahingehend von besonderem Vorteil,
da die Marken 2 Repräsentant
der momentanen Schreibposition sind und somit der augenblickliche
Schreibzustand des computergenerierten Hologramms 1 ermittelt
und kontrolliert werden kann. Nach dem Schreiben der CGH-Struktur
und der Registriermarken 2 und dem anschließenden Entwickeln
des belichteten Lackes ist das zu schreibende Muster erstmalig strukturiert.
Ab diesem Zeitpunkt oder aber nach folgenden Prozessschritten können mittels
einer geeigneten Messmaschine, wie beispielsweise der Messmaschine
LMS IPRO von der Firma Leica Microsystems Wetzlar GmbH, die Positionen
der Registriermarken 2 auf dem geschriebenen computergenerierten
Hologramm 1 gemessen und mit zuvor dokumentierten Sollwerten
bzw. Sollpositionen der Registriermarken 2 verglichen werden.
Die Differenz zwischen den Istwerten und den Sollwerten der Position
der Registriermarken 2 wird danach in einen korrespondierenden
Fehler des computergenerierten Hologramms 1 umgerechnet
und für
eine Kalibrierung des computergenerierten Hologramms 1 verwendet.
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Nach
dem Schreiben bzw. Ausgeben des CGH-Designs sowie der Registriermarken 2 können je
nach Anwendung noch weitere Arbeitsschritte zur Herstellung bzw.
Fertigstellung des computergenerierten Hologramms 1 folgen.
Dies sind beispielsweise Prozesse zum Übertragen der Lackstruktur
in eine Chromstruktur mittels Ätzen.
Auf diese Weise wird eine Chrom- auf Quarz-Maske erhalten, welche als Amplituden-CGH
eingesetzt werden kann.
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Des
weiteren kann unter Verwendung der so vorliegenden Chrom- auf Quarz- Maske
weiter in das Quarz geätzt
werden. Hierbei wirkt der Chrom als Schutzmaske. Nach Erreichen
der gewünschten Ätztiefe
im Quarz kann das bisher als Maske wirkende Chrom vom Substrat entfernt
werden. Es verbleibt die strukturierte Quarz- in Quarz- Maske, welche
als Phasen-CGH eingesetzt werden kann.
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Weiterhin
können
Beschichtungsprozesse, weitere Ätzprozesse
sowie auch Prozesse zum Kopieren der auf dem Bildmustergenerator
geschriebenen Maske auf ein neues Substrat durchgeführt werden.
Diese derartigen Prozesse, speziell das Kopieren, können zu
lokalen oder globalen Positionsfehlern bzw. Verzeichnungsfehlern
des CGH-Designs und damit auch der Registriermarken 2 führen.
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Zur
Kontrolle der sich an das Schreiben anschließenden möglichen Prozesse wird wiederum eine
Vermessung der Lage bzw. Position der Registriermarken 2 durchgeführt. Auch
hier erfolgt wieder der Vergleich der gemessenen Istwerte zu den
Sollwerten der Position der Registriermarken 2, die Bestimmung
der Differenzen sowie auch die Bestimmung der korrespondierenden
Fehler für
eine Kalibrierung des computergenerierten Hologramms 1. Nach
diesen Prozessen kann eine Quarz-in-Quarz-Maske bzw. ein Phasen-CGH
erzeugt werden. Derartig erzeugte computergenerier te Hologramme 1 werden
in Transmission oder auch in Reflexion eingesetzt.
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Eine
alternative Möglichkeit
beim Schreiben des CGHs 1 ist dadurch gegeben, dass die
Daten des computergenerierten Hologramms 1 nicht zeitgleich,
sondern sequentiell nacheinander auf dem gleichen oder auch auf
einem anderen Bildmustergenerator geschrieben werden. Ebenso ist
es möglich, dass
die Messung der Registriermarken 2 nach jedem Fertigungsschritt,
nach nur ausgewählten
Fertigungsschritten oder vor oder nach dem letzten Fertigungsschritt
des CGHs 1 durchgeführt
wird.
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In
jedem Fall werden die gemessenen Positionen der Registriermarken 2 des
finalen CGH 1 mit den Sollpositionen verglichen. Die so
ermittelten Differenzen repräsentieren
die Registrierfehler des CGHs 1 an der betreffenden Position
des CGHs 1. Aus den Registrierfehlern wird mittels Interpolation/Extrapolation/Anfitten/Glätten/Spline-Interpolation
oder ähnliche
Verfahren eine zweidimensionale Verteilung der Registrierfehler über der
gesamten CGH-Fläche
berechnet. Diese Registrierfehler im finalen CGH 1 werden
mittels Optik-Rechnung in korrespondierende Änderungen der Phasenfunktion (damit
= Phasenfehler) umgerechnet. Mit den so ermittelten Phasenfehlern
wird der Messaufbau, in welchem das CGH 1 eingesetzt wird,
kalibriert.
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In 2 sind
verschiedene Ausführungsformen
dargestellt, welche eine Registriermarke 2 aufweisen kann.
Die Registriermarken 2 können jegliche geometrische
Strukturen, welche leicht erkennbar und detektierbar in einem Gitter
vorliegen, sein. Als besonders geeignet haben sich Kreuze (a), Vierecke mit
Aussparung (b), Vierecke (c), Vollkreise (d), Kreisringe (e) oder
auch eine Form wie fünf
Augen eines Würfels
(f) herausgestellt. Die Ausgestaltung der Strukturen kann selbstverständlich variieren.
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In
den 3a und 3b sind
zwei mögliche
Anordnungen der Registriermarken 2 in einem computergenerierten
Hologramm 1 dargestellt. 3a zeigt
eine Anordnung der Registriermarken 2 in einem kartesischen
Gitter. Die Registriermarken 2 liegen dabei auf achsparallelen
Gitterlinien, die voneinander gleich weit entfernt sind. Dabei entspricht eine
Zelle 3 in diesem Gitter einem Würfel bzw. einem Quadrat, auf
das mit einem einfachen Index (x, y, z) zugegriffen werden kann.
Jede Zelle 3 des kartesischen Gitters stellt einen Nutzbereich
des computergenerierten Hologramms 1 dar.
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In 3b sind
die Registriermarken 2 in einem speziellen Polarkoordinatensystem
(R/φ-Gitter) dargestellt,
wobei R die radiale Koordinate und φ die Winkelkoordinate ist.
Die Registriermarken 2 sind somit auf Achsstrahlen angeordnet.
Bereiche 4 zwischen den Achsstrahlen stellen wiederum Nutzbereiche
des computergenerierten Hologramms 1 dar. Des weiteren
kann auch eine Anordnung der Registriermarken 2 in einem
unregelmäßigen Gitter
oder in einem Gitter variabler Dichte, beispielsweise gemäß einer
geometrischen Reihe, erfolgen. Ebenso können die Registriermarken 2 auch
beliebig in einem Gitter angeordnet sein, wobei für jede Registriermarke 2 die
Sollposition bekannt und dokumentiert sein muss.
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Die
Registriermarken 2 können
auch in einer alternativen Ausführung
als Phasenstrukturen ausgeführt
werden. Hierbei handelt es sich um Strukturen, welche als profilierte
Strukturen generiert werden und bei denen sich die Amplitude und
der Ort der Struktur messen lässt.
Phasenobjekte bzw. Phasenstrukturen besitzen die Eigenschaft, dass
sie bei einer Interferogrammauswertung erkennbar sind und demzufolge
auch bezüglich
ihrer Lage vermessen werden können.
Die Interferenz des direkten und des gebeugten Lichtes in der Zwischenbildebene
erfolgt hierbei in der Weise, dass die Phasenstrukturen auch im
Bild als solche erscheinen. Sie weisen also keinen Kontrast gegenüber ihrer
Umgebung auf. Wird jedoch in einem derartigen ungestörten Strahlengang eingegriffen,
so erfolgt die Interferenz der am Bildaufbau beteiligten Beugungsordnungen
mit jeweils anderen Amplituden und Phasen, wobei die Phasenstrukturen
wie Amplitu denstrukturen erscheinen können und somit erkennbar werden.