Установка для контроля размеров элементов фотошаблонов

 

О П И С А,Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ. Союз Советскик

Социалистических

Республик

К АВТОИ:КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено ЗОД481 (2f) 3280742/25-28 )$1) М. ICtl. с присоединением заявки ¹С 01 в 11/02

Государственный комитет

С.СС P по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 231082. Бюллетень № 39

РИ УДК 531. 715. 27 (088.8).

Дата опубликования описания 23.10.82 (72) Автор. изобретения

Е.К.Чехович (71) Заявитель

Институт электроники AH Белорусской CCP (54) УСТАНОВКА ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ

ФОТОШАБЛОНОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для контроля размеров элементов фотОшаблонов. . Известна установка для контроля раэМеров.элементов фотошаблонов,выполненная в виде компаратора,содержащего Фотоэлектрический микроскоп, установленный на кронштейне над сто-, I лом и состоящий из объектива, анали- зирующей щели, фотоприемника (1).

В установке для визирования края элемента фотошаблона требуется позиционирование стола, а из-за невысо-. . кой частоты сканирования и, следо вательно, низкой скорости перемещения стола с объектом снижена производительность контроля, что и является недостатком установки..

Наиболее. близкой к изобретению по технической сущности является установка для контроля размеров элементов фотошаблонов, содержащая станину, координатный стол с устройствами перемещений и преобразователями .линейных перемещений, держатель,расположенный над координатным столом, механизм ориентации фотошаблона,фотоприемное устройство, установленное на держателе и состоящее из пос,ледовательно расположенных объектива, Мелевой диафрагмы и фотоприемника,осветительный канал, установленный под

5 станиной и включающий последовательно расположенные источник Фзгерентного монохроматического света, первый светоделитель, линзу, точечную диафрагму и второй светоделитель, проекционный канал, установленный под координатным столом и состоящий из отклоняющего зеркала, ахроматической линзы и объектива, юстировочный канал, установленный рядом с проекционным и включающий объектив (2).

Известная установка имеет низхую точность контроля из-за значительных погрешностей, связанных 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 дифракционными явлениями на краю элементов,.с неточностями угловой ориен тации, вызванными визуальной установкой фотошаблона по соответствующим элементам разных модулей, имеющим свои погрешности.

968605

Известная установка имеет также низкую производительность, поскольку визуальная ориентация фотошаблона .по углу по двум одинаковым элементам в разных модулях требует значительных затрат времени, что сущест- 5 венно. снижает производительность контроля. . Целью изобретения является повышение точности и производительности контроля. 10

Поставленная цель достигается тем, что установка для контроля размеров элементов фотошаблонов снабжена объективом, .двухщелевой диафрагмой, двумя световодами и двумя фотоприемниками, расположенными на держателе, и интерферометром типа Маха-Цендера с оборачивающим элементом в одном из

его плеч, причем объектив установлен на одной оси с юстировочным каналом с возможностью устанонки на фокусном расстоянии от фотошаблона, двухщелевая диафрагма расположена в задней фокальной плоскости объектива, световоды бвязывают щели двухщелевой диафрагмы с фотоприемниками, а интерфе-, рометр типа Маха-Цендера установлен в фотоприемном устройстве между диафрагмой и.фотоприемником.

На чертеже приведена принципиальная схема установки для контроля размеров элементов фотошаблонов.

Установка содержит станину 1, координатный стол 2 с устройствами 3 перемещения и преобразователями 4 линейных перемещений, держатель 5, механизм б 35 ориентации фотошаблона,на котором помещается контролируемый фотошаблон

7, фотоприемное устройства 8, состоя-, щее из объектива 9, щелевой .диафрагмы 10, интерферометра 11 типа Маха- 4р

Цендера, выполненного из светоделителей 12 и 13, зеркала 14, пентапризмы 15 и выполняющего роль оборачивающего элемента в одном из плеч интерферометра, и фотоприемника 16, 45 осветительный канал 17, который состоит из источника 18 когерентного мо" нохроматического света (лазера ), первого светоделителя 19, линзы 20, точечной диафрагмы 21 и второго светоделителя 22, проекционный канал 23 с отклоняющим зеркалом 24, ахроматической линзой 25 и объективом 26, канал 27 ориентации с объективом 28, вновь введенные объектив 29, двухщелевая диафрагма 30, световоды 31 и 55

32 и фотоприемники 33 и 34, отклоняющее зеркало 35. Преобразователи 4 линейных перемещений выполнены в виде интерферометров, включающих уголковые отражатели 26, светоделители 60

37 и 38 и фотоприемники 39.

Механизм б ориентации фотошаблона помещен на координатном столе 2, который в свою очередь, установлен на станине 1. Координатный стол

2 имеет две каретки (не обозначены), которые перемещаются по двум взаимно перпендикулярным направлениям по аэростатическим направляющим (на воздушной подушке). С координатным столом 2 снязаны устройства 3 перемещения, приводящие в движение каретки, и интерференционные преоб разователи 4 линейных перемещений.

Уголковые отражатели 36 преобразователей линейных перемещений закреплены на каретках и перемещаются вместе с ними. Светоделители 37 и 38 неподвижны и связаны со станиной 1.

Отклоняющее зеркало 35 установлено перед светоделителем 37, а фотоприем-. ник 39, регистрирующий изменение ин" терференционной картины, — за светоделителем 38. Над координатным столом 2 закреплен держатель 5. Осветительный канал 17, включающий последовательно расположенные источник

18 когерентного монохроматического света, первый светоделитель 19,линзу 20, точечную диафрагму 21 и второй светоделитель 22, размещен под станиной 1. Канал 27 ориентации с объективом 28 имеет общую оптическую ось с осветительным каналом 17 и установлен под координатным столом

2. Вновь введенный объектив 29 за- креплен на держателе 5 на фокусном расстоянии от контролируемого фотошаблона 7 на общей оптической оси с объективом 28 (и, следовательно,с каналом 27 ориентации ). В задней фокальной плоскости объектива 29 расположена днухщелевая диафрагма 30, щели которой связаны через снетоноды

31.и 32 с фотоприемниками 33 и 34

Проекционный канал 23, нключающий последовательно расположенные зеркало 24, ахроматическую линзу 25 и объектив 26, установлен под координатным столом 2 рядом с каналом 27 ориентации. Фотоприемное устройство 8 помещено на держателе 5 над проекционным каналом 23. Целевая диафрагма

10 установлена за объективом 9. Интерферометр 11 типа Маха-Цендера находится между щелевой диафрагмой 10 и фотоприемником 16. Интерферометр

11 образован. двумя светоделителями 12 и 13,,зеркалом,14 и пентапризмой 15, выполняющей также роль оборачивающего элемента,. Разность хода лучей н интерферометре выбирается кратной нечетному числу полуволн светового излучения.

Установка работает следующйм образом.

Перед измерениями осуществляют ориентацию фотошаблона 7 по углу путем его разворота механизмом б ориентации. При точной ориентации соответствующие частоты спектра проходят через щели двухщелевой диафрагмы 30

968605

55 (потоки за щелями равны). О необходимой ориентации фотошаблона 7 судят по равенству токов с фотоприемников 33 и 34.

Световой поток от источника 18 когерентного монохроматического све- 5 та амплитудно делится первым светоделителем 19 на два потока, один из которых попадает на линзу 20, а второй, отклоненный зеркалом 35, — в преобразователь 4 линейных перемеще- 19 ний. Линза 20 фокусирует поток, который, пройдя точечную диафрагму

21, амплитудно делится вторым светоделителем 22 на два потока, один иэ, которых попадаеТ в проекционный канал 23, а второй — в канал 27 ориентации. Объектив 26 проекционного канала проецирует изображение щели точечной диафрагмы 21 на плоскость топологии фотошаблона 7 (фокусирует излучение ). Прошедший через фотошаблон 7 световой поток попадает через объектив 9, коллимирующий его и щелевую диафрагму 10 в интерферометр

11. В соответствии с выбранной разностью хода, равной нечетному числу полуволн когерентного монохроматического излучения, интенсивность по.— тока на выходе интерферометра 11 близка к нулю, и сигнал на выходе фотоприемника 16 не отсутствует.Объектив 29 осуществляет над функцией пропускания модуля фотошаблона 7 операцию преобразования Фурье и формирует в своей задней фокальной плоскости, где находится двухщелевая диаф- З5 рагма 30, пространственный спектр частот. Спектр имеет крестообразную с форму и обладает свойством поворачиваться при развороте изображения.

Через щели диафрагмы 30 проходят све- 40 товые сигналы, соответствующие высоким частотам спектра. Сигналы посредством световодов 31 и 32 подаются на фотоприемники 33 и 34, При перемещении координатного сто- 45 ла 2 элементы рисунка фотошаблона

7 последовательно перекрывают световой поток, фокусируемый объективом

26. Прохождение границы элемента через поток вызывает последовательное 50 изменение интенсивности света за щелевой диафрагмой 10, расположенной эа объективом 9, формирующим параллельный поток. Изображение границы перемещается вдоль цели. На выходе интерферОметра иэображения движутся навстречу друг другу (или друг от друга). В это время величина светового потока, попадающего на фотоприемник 16, растет. B момент встречи изображений фотоприемник 16 регистрирует максимальный световой поток. До этого момента совмещенных потоков не было и, следовательно, отсутствует интерференция. При дальнейшей засветке щелевой диафрагмы 10 происходит сов» мещение изображений на светоделителе 13, что приводит к интерференции лучей с разностью хода, равной нечетному числу полуволн когерентного монохроматического излучения. Интерференция .потоков дает вычитание иэ интенсивностей и, следовательно, результирующего потока, поступающего на фотоприемник 16. Полное перекрытие изображений, соответствующеЕ полной засветке щелевой диафрагмы 10, уменьшает до минимума световой поток на входе фотоприемника 16 и электрический сигнал на его выходе. ЭЛектрические сигналы с фотоприемника 16 имеют треугольную форму. Вершины импульсов. соответствуют прохождению границами элементов осевой линии щелевой диафрагмы 10. Таким образом, на выходе .фотоприемника 16 получают треугольные импульсы, вершины которых соответствуют моментам сканирования границ элементов фотошаблона 7.

Дифференцирующее устройство с формирователем (не показаны ) позволяют сформировать короткие прямоугольные командные импульсы, передние фронты которых соответствуют моментам визирования краев элементов.

Перемещение кареток Координатного стола 2 с фотошаблоном 7 приводит к. изменению разности хода в плечах преобразователя 4 линейных перемещений. Фотоприемник 39 регистрирует изменение интерференционной картины.

На его выходе следует гармонический сигнал, период которого однозначно соответствует смещению каретки на определенное расстояние, равное +1 . где А — длина волны света, à » — чйсло отражений предметного луча от перемещающейся каретки (уголкового отражателя 36). Указанные выше сигналы интерполируются и формируются короткие прямоугольные масштабные импульсы, имеющие цену „, где tn- число, )1 на которое делится период сигналов при интерполировании. .Интервалы между командными импульсами заполняются масштабными импульсами, число которых определяет размеры элементов вдоль строки сканирования (а при необходимости и расстояния между нимй). Одновременно преоб-разователи 4 служат для определения координат элементов. Результаты измерений отображаются на табло индикации и фиксируются на быстродействую" щем цифропечатающем устройстве (не показаны ).

Введение новых элементов и связей в установку для контроля фотошаблонов позволило исключить. погрешности, связанные с ошибками определения момента визирования края элемента:по среднему значению фотсгока с фотоприемника .16, с флуктуациями уровня ограничения порогового элемента, с

968605

Формула изобретения

45,внешними засветками, с флуктуациями уровня освещенности и прозрачности фотошаблона 7, с дифракционными явлениями на краях элементов, е установкой фотошаблона 7 по соответствуницим элементам разных модулей, име ннцим свои погрешности. Погрешности исключены в связи с тем, что: формируются короткие треугольные импульсы, вершины которых соответствую . моментам сканирования границ элементов, а угловая ориентация фотошабло» на 7 осуществляется по равенству сигналов с фотоприемников 33 и 34, свидетельствующему о точной ориентации . спектра фотошаблона 7, и, следовательно, его самого относительно двухщелевой диафрагмы 30. Ориентация указан-. ным путем существенно снизила затраты времени на ее осуществление, и следовательно, повысила производительность контроля.

Таким образом предлагаемая установка позволяет контролировать элементы фотошаблонов с более высокой точностью (в 2-3 раза) и произво- дительностью (в 1,5 - 2 раза).

Установка для контроля размеров фотошаблона может найти широкое применение в контроле-тОпологии плоско-. параллельных объектов. Она войдет в состав комплекса автоматического fcoHT роля линейных .размеров элементов микросхе, и фотошаблонов. Внедрение ком.плекса позволит оперативно и с более высокой точностью осуществлять контроль в ходе технологического про- цесса, что приведет к росту процента выхода годных изделий, сокращению времени настройки оборудования, числа единиц контрольного оборудования И . контролеров и т.д..Установка для контроля размеров элементов фотошаблонов, содержащая станину, координатный стол с .устрой«

:ствами перемещений и преобразователями линейных перемещений, держатель, .расположенный над координатным столом, механизм ориентации фотошаблона, фотоприемное устройство, установленное на держателе и состоящее из последовательно расположенных объектива, ще. левой диафрагмы и фотоприемника,осветительный кайал, установленный под станиной и включаниций последовательно расположенные источник когерентного монохроматического света, первый све. тоделитель, линзу, точечную диафрагму и второй светоделитель, проекционный

15 канал, установленный под координатным столом и состоящий из отклоняющего зеркала, ахроматической линзы и объек тива, юстировочный канал, установленный рядом с проекционным и включающий рр объектив, отличающаяся тем, что, с целью повышения тоЧйости и производительности контроля, она снабжена объективом, двухщелевой ди-„ афрагмой,. двумя световодами и двумя фотоприемниками, .расположенными на держателе, и интерферометром типа

Маха-Цендера с оборачивающим элементом в одном из его плеч, причем объектив установлен на одной оси с

З0 юстировочным каналом с возможностью установки на фокусном расстоянии от фотошаблона, двухщелевая диафрагма расположена в задней фокальной плоскости объектива, световодц связывают щели двухщелевой диафрагмы

З с фотоприемниками, а интерферометр

«типа Маха-Яендера установлен в фотоприемном устройстве между диафрагмой и фотоприемником.

ИстоМники информации, принятые во внимание. при экспертизе

1. Контрольно-измерительные приборы фирмы "Leitz"."Ýëåêòðîííàÿ промышленность", 1971, Р 4, с. 105.

2. Авторское свидетельство СССР

569846, кл. 0,01 В 11/02, 1975 (прототип ).

Составитель Л.Лобзова

Редактор Н.Лазаренко Техред Ж.Кастелевич ;.орректор .т. С.Шекмар

Заказ 8141/66 Тираж 614 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