Устройство для автоматической ориентации топологических структур элементов микроэлектроники

А 1 РЕ 04 601 В 21/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ СВ ЛЬСТ Митк ции измя./Под ищкеви 4, с, МАТИЧЕКИХ СТРУ ред. а. - 26-1 КОЙ ТУР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Средства автоматизаний контроля и управлениВ.А. Пипиповича, Н.Н. АнМ.: Наука и техника 198(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТООРИЕНТАЦИИ ТОПОЛОГИЧЕСЭЛЕМЕНТОВ МИКРОЭЛЕКТРОН(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизированного контроля и ориентации топологическихструктур. Цель изобретения - повышение точности и производительностиориентации как прозрачных, так и непрозрачных структур за счет свойствалинейно поляризованного света приотражении его от металла и диэлектрика. В работе устройства используютсясвойства линейно поляризованногосвета при отражении его от металла1293490 и диэлектрика при условии, что уголпадения светового потока на топологическую структуру равен углу Брюстера. Растр 5 установлен таким образом, что в случае идеальной Фокусировки (расположении структуры 7 в направлении Ч ) его автоколлимационныеиэображения, созданные соответственно обыкновенным и необыкновеннымлучами и регистрируемые фотоприемники 13 и 14, позволяют получить с выИзобретение относится к измерительной технике и может быть испольэовано для автоматизированного контроля и ориентации топологических структур элементов микроэлектроники.Цель изобретения - повышение точности и производительности ориентации как прозрачных, так и непрозрачных структур за счет свойства линейно поляризованного света при отражении его от металла и диэлектрика, если угол падения светового потока на топологическую структуру равен углу Брюстера.На чертеже изображена функциональ ная схема устройства,3 Устройство содержит источник 1 когерентного монохроматического света, коллиматор 2, первое полупрозрачное зеркало 3, втррое полупрозрачное зеркало 4, штриховой растр 5, объектив б, проецирующий изображение раст ра в плоскость топологической структуры 7, расположенной на столе 8, модулятор 9 с приводом 10, микрообьектив 11, плоскопараллельную пластину 12 из одноосного кристалла, первый и второй Фотоприемники 13 и 14, установленные на двух каналах обработки сигналов соответственно, каждый из которых состоит из фильтра 15 (16), схемы бинарных дискриминаторов 17 (18), линии 19 (20) задержки, регистра 21 (22) памяти, блока 23 (24) весовых коэффициентов, умножителя 25 (26), цифрового фильтра 27 (28), а также генератор 29 полустробов,хода схемы 30 анализа нулевой сигналдефокусировки на двигатель 32. Присмещении непрозрачных структур, имею"щих заданную топологию рисунков, осуществляется модуляция по апертуресветового потока при переходе от металла к диэлектрику и наоборот, чтопозволяет с высокой точностью определятьграницу их раздела и тем самымосуществлять ориентацию топологическихструктур элементов микроэлектроники.1 ил. схему 30 анализа, схему 31 управления электроприводом 32 механизма 33 осевого Ч перемещения топологических структур, глухое зеркало 34, установленное под углом 90- Чстр2к оптической оси полупрозрачного зеркала 4, третье полупрозрачное зеркало 35, первую и вторую линзы 36 и 37, третий фотоприемник 38, усилитель 39, дифракционную решетку 40, третью линзу 41, четвертый фотоприемник 42, усилитель 43, фильтры 44 и 45, детекторы 46 и 47, Фаэочувствительный детектор 48, генератор 49 опорных напряжений, схему 50 управления механизмом 51 подачи топологических структур в радиальном направлении.Устройство работает следующим образом. Световой поток от источника когерентного монохроматического светарасширяется коллиматором 2 и направляется на штриховой растр 5, ориентация штрихов которого совпадает свектором Е электрического поля линейно поляризованного монохроматического света. Штриховой растр служит для повышения надежности работы устройства при работе с регулярнымидибо оптически однородными поверхностями структур. Растр 5 установ 35 лен таким образом, что в случае идеальной фокусировки (расположении структуры 7 в направлении Ч ) его автоколлимационные изображения, созданные соответственно обыкновенным3490 10 15 20 25 40 45 50 55 3 129 и необыкновенным лучами, и регистрируемые фотоприемниками 13 и 14 позволяют получить с выхода схемы анализа нулевой сигнал дефокусировки на двигатель 32.Объектив 6 проецирует изображение растра 5 в плоскости установки структуры 7. Отраженный от структуры 7 световой поток направляется полупрозрачным зеркалом 3 в плоскость установки модулятора 9 и далее микрообъективом 11 на фотоприемники 13 и 14, проходя при этом плоско- параллельную пластину 12 из оптически одноосного кристалла, оптическая ось которого наклонена к плоскости пластины, а проекция оптической оси пластины на плоскость, перпендикулярную оптической оси системы параллельна (перпендикулярна) вектору Е электрического поля поляризованного света.В результате прохождения светового луча через пластину 12 происходит его расщепление на два луча - обыкновенный с.,и необыкновенный а, которые распространяются в различных направлениях с различной фазовой скоростью и поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях.В результате этого необыкновенная е и обыкновенная о волны разделяются в пространстве и поступают на соответствующие фотоприемники 13 и 14. Электрические сигналы с Фотоприемников, соответствующие промодулированным необыкновенной и обыкно- . венной волнам, поступают на Фильтры 15 и 16, выделяющие первую гармоническую составляющую, амплитуда которого связана с текущим положением вдоль оси топологической структуры 7. Сигналы с выходом фильтров 15 и 16 поступают на сигнальные входы бинарных дискриминаторов 17 и 18, на вторые входы которых подаются сигналы с выходов генератора 29 полустробов, при этом сигнал, соответствующий первбй гармонической составляющей, попадает в следящий строб каждого из каналов обработки, в то время как другие составляющие оказываются за пределами и на работу устройства влияния не оказывают. Векторы параметров положения структуры, компонентами которых служат скорость (либо ускорение) изменения амплитуды первой гармонической составляющей к и-му моменту, содержат оценки данных векторов в предыдущий (и)-момент на основании (и)-го предшествующих измерений. Операция, осуществляемая схемами бинарных дискриминаторов 17 и 18, эквивалентна нормировке временных интервалов сигналов, заменяются их центральными элементами фиксированных значений, что позволяет реализовать помехоустойчивое слежение за любым из них.При использовании нелинейных дискриминаторов (релейного типа) имеет место возрастание погрешности оценок из-за затягивания переходного процесса и, вследствие этого, неполной отработки больших начальных рассогласований. Поэтому для исключения этого недостатка сигналы поступают в регистры 21 и 22 памяти, с выходов которых снимаются сигнаЛы, соответствующие одновременно нескольким последовательным интервалам.Эти сигналы поступают затем в блоки 23 и 24, где они сравниваются между собой и при обнаружении преобладания ошибок того или иного знака вызывают появление сигналов управления,сдвигающих временные последовательности весовых коэффициентов. Послеуменьшения рассогласования до величины, при которой сигналы ошибокизменяют свой знак от интервала к интервалу, сигналы управления не вырабатываются и дальнейшие сдвиги временных последовательностей весовыхкоэффициентов прекращаются. С выхода бинарных дискриминаторов сигналы поступают в линии 19 и 20 задержки и далее в умножители 25 и 26, где они умножаются на весовые коэффициенты, формируемые блоками 23 и 24 при помощи регистров 21 и 22 памяти аналогично однополосовому коррелятору.Оценки векторов состояния используются в цифровых фильтрах для вычисления ожидаемых их значений на и-ом интервале. Данные вектора прогнозов, представляющие собой прогнозируемые значения центра сигнала, поступают на входы генератора 29 полустробов и к ним "привязываются" центры следящих стробов, подаваемых на бинарные дискриминаторы 17, 18 на сигнальные входы которых поступают сигналы от Фотоприемников 13 и 14.Сигналы,с выходов умножителей 25 и 26 поступают в схемы цифровых фильтров 27, где они используются для определения оценок векторов состояния текущих сигналов посредством суммирования их с векторами "прогнозов". В результате в цифровых фильтрах формируются новые оценки векторов состояния. Сигналы с выходов Фильтров 27 и 28 поступают в схему 30 анализа, где происходит сравнение сигналов и далее в схему 31, формирующую управляющие сигналы на реверсивный двигатель электропривода 32 механизма 33 перемещения структу ры 7 в осевом направлении Ч, . При равенстве сигналов, снимаемых с фотоприемников, выходной сигнал схемы 31 управления равен нулю, что соответствует точной ориентации струк турыЕсли выходной сигнал схемы 31 управления отличен от нуля, то цикл повторяется в соответствии с заданной программой.Величина сигнала выхода схемы 30, равная нулю, соответствует положению топологической структуры при идеальной фокусировке. Положение структуры в осевом направлении Ч (ее фокусировка) определяется при 30 помощи изображения растра 5, построенного обыкновенным а и необыкновенным е лучами одновременно в одной и той же точке Фокусируемой поверхности структуры, 35 Одновременно полупрозрачное зер- кало 4, установленное под углом 45 к оптической оси устройства, глухое зеркало 34 и линза 36 направляют 40 часть светового потока, угол паденияокоторого составляет 56 40 на структуру 7, а вектор электрического полн поляризованного монохроматического света ориентирован параллельно плоскости структуры 7. Световой поток отразившись от топологической структуры 7,фокусируется линзой 37 в плоскости установки фотоприемника. 38. Часть светового потока отразившись от полупрозрачного зеркала 35, расположенного между глухим зеркалом 34 и линзой 36, через дифракционную решетку 40 и Фокусирующую линзу 41 поступает на фотоприемник 42, Сигналы с выходов фотоприемников 38 и 42 через усилители 39, 43, фильтры 44, 45 и детекторы 46 и 47 поступают на соответствующие входы фазочувствительного детектора 48, на первыйвход которого поступают опорные сигналы с генератора 49 опорных напряжений, запускаемого схемой 30. Сигнал с выхода детектора 48 поступаетв схему 50 управления механизмом 51подачи топологических структур в радиальном направлении Ч. Синхронноеналожение промодулированных сигналов фотоприемников в схеме 49 обеспечивает Формирование командных имасштабирующих импульсов, чем обеспечивается увязка линейных перемещений структуры с интенсивностьюотраженного от нее светового потока, В основе работы устройства используется явление обращения в нулькоэффициента отражения при угле падения поляризованного светового потока, равном агсцп (угол Брюстера).Так, если вектор электрического поля поляризованного света лежит вплоскости падения, а угол падения ра.вен углу Брюстера, то интенсивностьотраженной от диэлектрика волны будет близка к нулю, в то время, какпри отражении света от металла уменьшения интенсивности отраженной волныне происходит,Таким образом, при смещении непрозрачных структур, имеющих заданную топологию рисунков и расположенных в потоке линейно поляризованногосвета, осуществляется модуляция поапертуре потока света при переходеот металла к диэлектрику и наоборот,что позволяет с высокой степеньюточности определять границу их раздела и тем самым осуществлять ориентацию топологических структур элементов микроэлектроники в условиях производства,Формула изобретенияУстройство для автоматической ориентации топологических структур элементов микроэлектроники, содержащее источник когерентного монохроматического света, установленные последовательно по ходу светового луча коллиматор, объектив, фото риемник и последовательно связанные с ним электрическую схему управления и механизм ориентации структур, состоящий из механизмов осевого и радиального перемещения структуры, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и произво1293490 678 Подписное Произв,-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 дительности ориентации как прозрачных, так и непрозрачных структур,оно снабжено установленными за коллиматором последовательно по ходу светового луча первым и вторым полупрозрачными зеркалами, размещенными подуглом 45 к оптической оси объектива и предназначенными для созданияпервого и второго дополнительныхпараллельных световых потоков, штри- Оховым растром, размещенным такимобразом, что ориентация его штриховсовпадает с вектором электрическогополя монохроматического света, оптически связанными и установленнымипо ходу первого дополнительного светового потока модулятором со связанным с ним электроприводом, микрообъективом, плоскопараллельной пластинкой из одноосного кристалла, пред Оназначенной для разделения первогосветового потока на два луча, одиниз которых необыкновенный, а другойобыкновенный, вторым и третьим фотопрйемниками оптически связанными снеобыкновенным и обыкновенным лучамисоответственно, соединенными входами соответственно с вторым и третьимфотоприемниками, первым и вторым каналами обработки сигнала, каждый изкоторых состоит из соединенных последовательно фильтра, бинарного дискриминатора, линии задержки, умножителя и цифрового Фильтра, а также соединенных последовательно регистра памяти, выход которого соединен с входом бинарного дискриминатора, и блока весовых коэффициентов, выход которого подключен к второму входу умножителя, генератором полустробов, 40первый и второй входы которого соединены с вторыми входами цифровыхфильтров первого и второго каналовобработки сигналов соответственно,а выходы подключены к вторым входам 45бинарных дискриминаторов первого ивторого каналов обработки сигналовсоответственно, схемой анализа, двавхода которой соединены с выходамицифровых фильтров первого и второго 50каналов обработки сигналов, первый ВНИИПИ Заказ 370/41 тиРаж выход соединен с входом схемы управления осевым перемещением структуры,генератором опорных напряжений,вход которого соединен с вторым выходом схемы анализа, фазочувствительным д".тектором, первый вход которогосоединен с выходом генератора опорных напряжений, а выход - с входомсхемы управления радиальным перемещением структуры, третьим непрозрачным зеркалом, установленным по ходувторого дополнительного световогопотока под углом (90-)/2 к немуи предназначенным для отклонениясветового потока таким образом чтовектор напряженности электрическогополя светового потока ориентированперпендикулярно плоскости топологической структуры, четвертым полупрозрачным зеркалом, установленнымпо ходу отклоненного третьим зеркалом светового потока и предназначенным для разделения световогопотока на падающий, на топологическую структуру под углом Брюстера итретий дополнительный световые потоки, первой линзой, установленнойпо ходу падающего на топологическуюструктуру светового потока и предназначенной для его фокусировки,установленными последовательно походу третьего дополнительного светового потока и оптически связанными дифракционной решеткой, второйлинзой и четвертым фотоприемником,последовательно соединенными усилителем, вход которого соединен с выходом четвертого фотоприемника,четвертым фильтром, детектором, вы"ход которого подключен к,второмувходу фазочувствительного детектора,третьей линзой, установленной по ходу светового потока, отраженного оттопологической структуры и оптическисвязанной с первым фотоприемником,пятым фильтром, вход которого соединен с выходом первого Фотоприемникаи вторым детектором, вход которогосоединен с выходом пятого Фильтра,