Установка для контроля фотошаблонов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

З51, G 01 в11./02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР 1

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ „- " К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3469845/25-28 (22) 15. 07.82 (46) 15.11.83, Бюл, и 42 (72) Е. К. Чехович, 6. Г, Буров, И, И. Лакоза и А.Л.Старков (71) Институт электроники АН Белорусской ССР (53) 531 ° 715.27(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

I1 569846, кл. 0 Ol В 11/02, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

lt 968605, кл. G 01 В 11/02, 1981 (прототип), (54)(57) УСТАНОВКА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФОТОШАБЛОНОВ, содержащая станину, координатный стол с устройствами перемещений и с преобразователями линейных перемещений, держатель, расположенный над координатным столом, механизм ориентации фотошаблона, фотоприемное устройство, установленное на держателе и состоящее из последовательно расположенных объектива, щелевой диафрагмы и фотоприемника, два световода и два фотоприемника, закрепленные попарно на держателе, осветительный канал, расположенный под станиной и включающий последовательно установленные источник когерентного монохроматического света, .

„„SU„„1054678 А светоделитель, линзу, точечную диафрагму, вторую линзу и второй светоделитель, фокусирующий канал,. установленный под координатным столом и состоящий иэ объектива и механизма фокусировки, юстировочный канал, расположенный под координатным столом и включающий последовательно установленные отклоняющее зеркало и объ. ектив, устройство. измерения величи" ны расфокусировки, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения точности контроля, она снабжена двумя дополнительными фотоприемниками, разделительной системой, состоящей из прямоугольной. отражательной В призмы и двух зеркал, параллельных отражающим граням этой призмы, приводом вращения отклоняющего зеркала и поворотным столиком, дополнительные фотоприемники установлены в дер- Я жателе над зеркалами разделительной системы, поворотный столик расположен на станине под фокусирующим каналом, юстировочный канал, второй Сл светоделитель осветительного канала «ВЬ и устройство измерения величины рас- фф фокусировки установлены на поворот- акЯ ном столике, а световоды расположе- (© ны по разные стороны фотоприемного устройства.

1- 46

Изобретение относится к измери- . тельной технике и может быть использовано, в частности для контроля размеров элементов шаГлоное.

Известна установка для контроля фотошаблоное, содержащая станину, координатный стол с преобразователями линейных перемещений и устройствами перемещений, механизм ориентации фотошаблонов, осветительный канал, закрепленный под; станиной на кронштейне, проекционный канал, держатель, расположенный на 1 координатным столом, на одном конце которого установлено фотоприемное устройство, включающее объектив, щелевую диафрагму и фотоприемник, а на другом — оку.пярная головка визуального тубуса, гибкий элемент, соединяющий осветительный канал с проекционным. Визуальный тубус выполнен в виде перископа и размещен под станиной так, что его объектив является общим объективом проекционного канала и находится на одной оси с фотоприемным устройством (.1

Однако значительные погрешности указанной установки, связанные с ошибками определения момента визирования края элемента по среднему значению фототока с фотоприемника с флуктуациями уровня ограничения порогового элемента, с внешними засветками, с флуктуациями уровня освещенности и прозрачности фотошаблона, с неточностями угловой ориентации, вызванными визуальной установкой фотошаблона по соответствующим элементам разных модулей, имеющим свои погрешности, не позволяют обеспечить высокую точность контроля.

Кроме того, визуальная ориентация фотошаблона по углу по двум одинаковым элементам е разных модулях требует значительных затрат времени, что существенно снижает производительность контроля °

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является установка для контроля фотошаблонов, содержащая станину, координатный стол с устройствами перемещений и с преобразователями линейных перемещений, держатель, расположенный над координатным столом, механизм ориентации фотошаблона, фотоприемное устройство, установленное на держателе и состоящее из последовательно расположенных объектива, щелевой диаic

20 фрагмы и фотоприемника, два светоеода и два фотоприемника, закрепленные попарно на держателе, осветительный канал, расположенный под станиной и включающий последовательно установленные источник когерентного монохроматического света, светоделитель, линзу, точечную диафрагму, вторую линзу и второй светоделитель, фокусирующий канал, установленный под координатным столом и состоящий из объектива и механизма фокусировки, юстировочный канал, расположенный под координатным столом и включающий последовательно установленные .отключающее зеркало и объектив, устройство измерения величины расфокусировки.

Светоеоды и устройство измерения ве личины расфокусировки расположены в юстировочном канале 2 g

Данная установка имеет низкую точность контроля, обусловленную погрешностями, связанными с колоколообраз25 ностью вершин треугольных импульсов, соответствующих границам элементов, вызванными расфокусировкой изображений и дифракцией на щелевой диафрагме фотоприемного устройства, с непараллельностью изображений границ элементов щелевой диафрагмы, с микронероеностями границ, с аберрациями оптической системы фотоприемного устройства, с многократными отражениями лучей в фотошаблоне, попадающих за35 тем в фотоприемное устройство, с ошибками угловой ориентации, вызванными определением требуемого положе ния контролируемого изделия по равен40 стеу сигналов с фотоприемников и возникающими из-за флуктуаций сигналов с фотоприемников, смещений пространственного спектра относительно двухщепевой диафрагмы, незначительных наклонов фотошаблона и механизма ориентации, достаточно большой ширины изображения пространственного спектра. При этом в процессе контроля фотошаблонов на установке могут

50 возникать сбои вследствие того, что при измерениях отсутствует информация о сканировании в определенный момент времени элементов (дефектов) или промежутков между ними.

Цель изобретения « повышение точности контроля, Поставленная цель достигается тем, что е установке для контроля. фотошаблонов, содержащей станину, 105467

3 координатный стол с уст ройствами перемещений и с преобразователями линейных перемещений, держатель, расположенный над координатным столом, механизм ориентации фотошаблона, фотоприемное устройство, установленное на держателе и состоящее из последовательно-расположенных объектива, щелевой диафрагмы и фотоприемника, два световода и два фото- 1р приемника, закрепленные попарно на держателе, осветительный канал, расположенный под станиной и включающий последовательно установленные источ- ник когерентного монохроматического света, светоделитель, линзу и второй светоделитель, фокусирующий канал установленный под координатным столом и состоящий из объектива и механизма фокусировки, юстировочный канал, расположенный под координатным столом и включающий последовательно установленные отклоняющее зеркало и объектив, устройство измерения величины расфокусироаки, снабжена двумя дополнительными фотоприемниками, разделительной системой, состоящей из прямоугольной отражательной призмы и двух зеркал, параллельных отраающим граням этой призмы, приводом Зр ращения отклоняющего зеркала и пооротным столиком, дополнительные отоприемники установлены в держателе над зеркалами разделительной системы, поворотный столик расположен

35 на станине под фокусирующим каналом, юстировочный канал, второй светоделитель осветительного канала и устройство измерения величины расфокусировки установлены на поворотном столике, а световоды расположены по разные стороны фотоприемного устройства.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемой установки

45 для контроля фотошаблонов.

Установка содержит станину 1, координатный стол 2 с устройствами 3 перемещений и с преобразователями 4 линейных перемещений, держатель 5, механизм 6 ориентации, на котором

5Р помещается контролируемый фотошаблон 7, фотоприемное устройство 8, состоящее из объектива 9, щелевой диафрагмы 10 и фотоприемника 11, световоды 12 и 13, фотоприемники 14-17, осветительный канал 18, состоящий из источника 19 когерентного монохроматического света (лазера), пер8 4 аого светоделителя 20, линзы 21, точечной диафрагмы 22, второй линзы

23 и второго саетодегителя 24, поворотный столик 25, фокусирующий канал 26 с объективом 27 и механизмом

28 фокусировки, юстировочный канал

29 с отклоняющим зеркалом 30, объективом 31, разделительной системой

32 из прямоугольной отражательной призмы 33 и двух зеркал 34 и 35, привод 36 вращения отклоняющего зеркала 30, устройство 37 измерения величины расфокусироаки. Преобразователи

4-линейных перемещений выполнены в аиде интерферометров с фотоэлектрическим выходом, включающих уголковые отражатели 38, светоделители 39 и 40, фотоприемник 41 и зеркало 42.

Механизм 6 ориентации фотошаблона

7 помещен на координатном столе 2, который в свою очередь установлен на ,станине 1. Координатный стол 2 имеет две каретки (на чертеже не показаны), которые помещаются по двум взаимно перпендикулярным направлениям на аэростатических направляющих (на воздушной подушке). С координатным столом 2 связаны устройства 3 перемеще= ний, приводящие в движение каретки, и интерференционные преобразователи

4 линейных перемещений. Уголковые отражатели 38 преобразователей 4 линейных перемещений закреплены на каретках и перемещаются вместе с ними

Светоделители 39, 40 неподвижны и связаны со станиной 1. Зеркало 42 установлено перед светоделителем 40, а фотоприемник 41, регистрирующий изменение интерференционной картины,за светоделителем 39. Над координатным столом 2 закреплен держатель 5.

Осветительный канал 18, включающий последовательно расположенные источник 19 когерентного монохроматического света, светоделительный элемент 20, линзу 21, точечную диафрагму 22, вторую линзу 23 и второй светоделительный элемент 24, размещен под станиной 1. Фокусирующий канал

26 с объективом 27 и механизмом 28 фокусировки помещен под координатным столом 2. Поворотный столик 25 установлен .на станине 1 под фокусирующим каналом 26, К)стировочный канал

29 включает последовательно установленные отклоняющее зеркало 30, объектив 31, разделительную систему 32 из прямоугольной отражательной призмы 33 и двух зеркал 34 и 35. Привод

1054678

36 вращения закреплен на поворотном столике 25 и связан с поворотным зеркалом 30. Устройство 37 измерения величины расфокусировки и втор ф светоделитель 24 осветительного канала

18 также закреплены на поворотном столике 25. Дополнительные фотоприемники 14 и 15 закреплены на держателе 5 соответственно над зеркалами

34 и 35. Фотоприемное устройство 8 помещено на держателе 5 над фокусирующим каналом 26. Объектив 9, щелевая диафрагма 10 и фотоприемник 11 фотоприемного устройства 8 расположены на нем последовательно. Световоды 12 и 13 помещены рядом с фотоприемным устройством 8 по разные егс, стороны. Фотоприемники 16 и 17 закреплены соответственно у выходов световодов 12 и 13. 20

Предлагаемая установка работает следующим образом °

Перед измерениями осуществляют ориентацию фотошаблона 7 по углу пу- 25 тем его разворота с механизмом 6 ориентации. Угол ориентации задается соответствующим разворотом поворотного столика 25 с размещенными на нем юстировочным каналом 29, приводом 36 вра- 30 щения отклоняющего зеркала 30, свето,делителем 24 и устройством 37 измерения величины расфокусировки. В процессе ориентации отклоняющее зеркало

30 отклоняет световой поток по углу.

Объектив 31 фокусирует его. Прямо.угольная призма 33 разделяет сходящийся поток на два потока, каждый иэ которых направляется зеркалами 34 и

35 на поверхность фотошаблона 7 (в зону марки - полосы, параллельной одной из координатных осей топологии фотошаблона 7). Два сфокусированных потока сканируют марку фотошаблона 7, . Световые потоки, дифрагировавшие на 45 границе марки, попадают в фотоприемники 14 и 15. Временное несовпадение импульсов с фотоприемников 14 и 15 пропорционально отклонению положения фотошаблона 7 от заданного угла. О необходимой ориентации фотошаблона 7

50 судят по одновременному получению сигналов с фотоприемников 14 и 15.

Световой поток от источника 19 > когерентного монохроматического света амплитудно делится светоделителем

20 на два потока, один иэ которых попадает на линзу 21, а второй, отклоненный зеркалом 42, - в интерференционный преобразователь 4 линейных перемещений. Линза 21 фокусирует поток в плоскости точечной диаФрагмы

22, который, пройдя ее, расширяется линзой 23 и амплитудно делится светоделителем 24. Один из потоков попадает в фокусирующий канал 26, а второй - в юстировочный канал 29. Объектив 27 фокусирующего канала 26 фокусирует излучение на плоскость фотошаблона 7. Прошедший через фотошаблон 7 световой поток попадает через объектив 9 и щелевую диафрагму 10 на

Фотоприемник 11. Световой поток, дифрагировавший на границах элементов топологии фотошаблона 7, попадает в световоды 12 и 13 и через нихна фотоприемники 16 и 17.

В процессе контроля осуществляется автоматическая фокчсировка светового излучения на поверхность фотошаблона 7. Световой поток, отраженный от стекла фотошаблона 7, попадает назад в объектив 27 и направляется светоделителем 24 в устройство. 7 измерения величины расфокусировки.устройство 37 измерения величины расфокусировки вырабатывает сигналы, амплитуда которых пропорциональна отклонению от фокусного состояния объектива 27, а их полярность определяет знак отклонения. Эти сигналы управляют работой механизма 28 фокусировки, который меняет положение объектива 27 и поддерживает фокусировку излучения постоянной, При перемещении кареток координатного стола 2 элементы рисунка фотошаблона 7 последовательно перекрывают световой поток, фокусируемый объективом 27. Перекрытие элементом светового потока вызывает изменение интенсивности света эа щелевой диафрагмой 10, в результате чего на выходе фотоприемника 11 формируется трапецеидальный электрический сигнал. При сканировании границ элементов световой поток дифрагирует на границах и распространяется не в объектив 9, а к световодам 12 или 13 в зависимости от того, какая сканируется граница элемента. фотоприемники 16 и 17, установленные на выходах световодов

12 и 13, преобразовывают сигналы в электрические. Электрические сигналы имеют форму, близкую к треугольной, причем вершины их соответствуют сканированию центром светового пятна границ элементов. Таким образом, рей

1054678 гистрация дифрагированного излучения на элементах топологии позволяет получить короткие треугольные импульсы, вершины которых соответствуют моментам сканирования границ элементов фотошаблона 7 без какой либо дополнительной обработки сигналов. Дифференцирующее устройство с формирователем (на чертеже не показаны) позволяют сформировать короткие прямоугольные импульсы, передние фронты которых соответствуют моментам сканирования краев элементов. Трапецеидальные сигналы с фотоприемника 11 служат для управления процессом измерения и, в частности, для определения сканируются элементы топологии или промежут. ки между ними.

Перемещение кареток координатного стола 2 с фотошаблоном 7 приводит к изменению разности хода в плечах интерференционного преобразователя 7 линейных перемещений. Фотоприемиик

41 регистрирует изменение интерференционной картины. С его выхода по-, лучают гармонический сигнал, период которого однозначно соответствует смещению каретки на определенное рас стояние. Сигналы. с преобразователя 7 линейных перемещений интерполируются и формируются короткие прямоугольные импульсы.

Интервалы между командными импульсами дополняются масштабными импульсами, число которых определяет размеры элементов вдоль строки сканирования. Одновременно интерференционные преобразователи 4 линейных перемещений служат для определения координат элементов. Результаты измерений фиксируются на быстродействующем устройстве и отображаются на экране дисплея (на чертеже не показаны).

Введение новых элементов и связей в предлагаемую установку повышает. точносТь контроля за счет исключения погрешностей, связанных с колоколообразностью вершин треугольных импульсов, соответствующих. границам элементов, вызванной расфокусировкой изображений и .дифракцией на щелевой диафрагме фотоприемного устройства, с непараллельностью изображений границ элементов щелевой диафрагмы, с

10 микронеровностями границ, с аберра" циями оптической системы фотоприемного устройства, с многократными от. ражениями лучей в фотошаблоне, попадающих затем в фотоприемное устройство, с ошибками угловой ориентации, вызванными определением требуемого положения контролируемого изделия по равенству амплитуд сигналов с фотоприемников„ Погрешности исключают20 ся вследствие формирования треугольных импульсов, вершины которых соответствуют моментам сканирования границ элементов, путем фотоэлектрического преобразования светового пото2Ç ка, дифрагировавшего на краях элементов фотошаблона, а также за счет ориентации фотошаблона по временному совпадению сигналов с фотоприемников канала юстировки.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет контролировать топологию фотошаблонов с более высокой точностью и может найти широкое применение в контроле топологии плос35 ко-параллельных обьектов. Она входит в состав комплекса автоматического контроля линейных размеров эле-: ментов микросхем и фотошаблонов.

Внедрение указанного комплекса поз40 воляет оперативно и с более высокой точностью осуществлять контроль в ходе технологического процесса, что приводит к росту процента выхода годных изделий, сокращению времени на4> стройки оборудования, числа единиц контрольного оборудования и. контролеров и т.д.

10546Я

Составитель Л. Лобзова

Редактор M. Келемеш Техред М.Кузьма Корректор H. Яцола

Заказ 9086/46 Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.; д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4