Установка для контроля размеров элементов фотошаблонов

(22) Заявлено 30)3481 (21) 3280742/25 28 1311 М. КП. с присоединением заявки Моб 01 В 11/02 Государственный комитет СССР по Делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 23,10.82(72) Автор изобретения Е.К.Чехович Институт электроникиАН Белорусской СС(71 ) Заявитель Я КОНТРОЛЯ РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВФОТОШАБЛОНОВ 54) УСТАНОВ т Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для контроля размеров элементов фотОшаблонов.Известна установка для контроля размеров.элементов Фотошаблонов,выполненная в виде компаратора,содержащего Фотоэлектрический микроскоп, установленный на кронштейне над сто" лом и состоящий из объектива, анали- зирующей щели, фотоприемника 13.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,рас" положенный 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 5станиной и включающий последовательно расположенные источник Юзгерентного монохроматического света, первый светоделитель, линзу, точечную диафрагму и второй светоделитель, проек" ционный 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 низкуюочность контроля из-за значительных погрешностей, связанных с ошибками.определения момента визирования края элемента по среднему значению .,Фототока 4 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.Известная установка имеет такженизкую производительность, посколькувизуальная ориентация фотошаблона.по углу по двум одинаковым элементам в разных модулях требует значительных затрат времени, что существенно. снижает производительностьконтроля.. Целью изобретения является повышение точности и производительностиконтроля. 10Поставленная цель достигаетсятем, что установка для контроля размеров элементов фотошаблонов снабженаобъективом, .двухщелевой диафрагмой,двумя световодами и двумя фотоприемниками, расположенными на держателе,и интерферометром типа Маха-Цендерас оборачивающим элементом в одном изего плеч, причем объектив установленна одной оси с юстировочным каналомс возможностью установки на фокусномрасстоянии от фотошаблона, двухщелевая диафрагма. расположена в заднейфокальной плоскости объектива, световоды бвязывают щели двухщелевой диафрагмы с Фотоприемниками, а интерфе-,рометр типа Маха-Цендера установлен вфотоприемном 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 линейныхперемещений, держатель 5, механизмб 35ориентации фотошаблона,на котором помещается контролируемый фотошаблон7, фотоприемное устройства 8, состоя-,щее из объектива 9,щелевой диафрагмы 10, интерферометра 11 типа Маха рЦендера, выполненного из светоделителей 12 и 13, зеркала 14, пентапризмы 15 и выполняющего роль оборачивающего элемента в одном из плечинтерферометра, и фотоприемника 16, 45осветительный 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 23с 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 5532 и фотоприемники 33 и 34, отклоняющее зеркало 35. Преобразователи 4линейных перемещений выполнены в виде интерферометров, включающих уголковые отражатели 26, светоделители 6037 и 38 и фотоприемники 39.Механизм 6 ориентации фотошаблонапомещен на координатном столе 2, который всвою очередь, установленна станине 1. Координатный столР2 имеет две каретки не обозначены),которые перемещаются по двум взаимно перпендикулярным направлениямпо аэростатическим направляющим (навоздушной подушке), С координатным столом 2 связаны устройства 3 перемещения, приводящие в движениекаретки, и интерференционные преобразователи 4 линейных перемещений.Уголковые отражатели 36 преобразователей линейных перемещений закреплены на каретках и перемещаются вместе с ними. Светоделители 37 и 38неподвижны и связаны со станиной 1,Отклоняющее зеркало 35 установленоперед светоделителем 37, а фотоприемник 39, регистрирующий изменение ин"терференционной картины, - за светоделителем 38. Над координатным столом 2 закреплен держатель 5. Осветительный канал 17, включающий последовательно расположенные источник18 когерентного монохроматическогосвета, первый светоделитель 19,линзу 20, точечную диафрагму 21 и второй светоделитель 22, размещен подстаниной 1, Кацал 27 ориентации собъективом 28 имеет общую оптическую ось с осветительным каналом 17и установлен под координатным столом2. Вновь введенный объектив 29 за-креплен на держателе 5 на фокусномрасстоянии от контролируемого фотошаблона 7 на общей оптической осис объективом 28 (и, следовательно,сканалом 27 ориентации ), В заднейфокальной плоскости объектива 29 расположена двухщелевая диафрагма 30,щели которой связаны через световоды31.и 32 с фотоприемниками 33 и 34Проекционный канал 23, включающийпоследовательно расположенные зеркало 24, ахроматическую линзу 25 иобъектив 26, установлен под координатным столом 2 рядом с каналом 27ориентации. Фотоприемное устройство 8помещено на держателе 5 над проекционным каналом 23. Щелевая диафрагма10 установлена за объективом 9. Интерферометр 11 типа Маха-Цендера находится между щелевой диафрагмой 10и фотоприемником 16. Интерферометр11 образован, двумя светоделителями 12 и 13 зеркалом,14 и пентапризмой 15, выполняющей также роль оборачивающего элемента,. Разность ходалучей в интерферометре выбираетсякратной 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 3055 потоки за щелями равны). О необходимой ориентации фотошаблона 7 судятпо равенству токов с фотоприемников 33 и 34,Световой поток от источника 18когерентного монохроматического света амплитудно делится первым светоделителем 19 на два потока, один изкоторых попадает на линзу 20, а второй, отклоненный зеркалом 35, - впреобразователь 4 линейных перемеще Оний, Линза 20 фокусирует поток, который, пройдя точечную диафрагму21, 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 щелиточечной диафрагмы 21 на плоскостьтопологии фотошаблона 7 фокусируетизлучение ). Прошедший через фотошаблон 7 световой поток попадает через объектив 9, коллимирующий его ищелевую диафрагму 10 в интерферометр11. В соответствии с выбранной разностью хода, равной нечетному числуполуволн когерентного монохроматического излучения, интенсивность потока на выходе интерферометра 11близка к нулю, и сигнал на выходефотоприемника 16 не отсутствует.Объек.тив 29 осуществляет над функциейпропускания модуля фотошаблона 7 операцию преобразования Фурье и формирует в своей задней Фокальной плоскости, где находится двухщелевая диафрагма 30, пространственный спектрчастот. Спектр имеет крестообразнуюсформу и обладает свойством поворачиваться при развороте изображения.Через щели диафрагмы 30 проходят световые сигналы, соответствующие высоким частотам спектра. Сигналы посредством световодов 31 и 32 подаются нафотоприемники 33 и 34,При перемещении координатного стола 2 элементы рисунка фотошаблона7 последовательно перекрывают световой поток, Фокусируемый объективом26. Прохождение границы элементачерез поток вызывает последовательное 5 Оизменение интенсивности света за щелевой диафрагмой 10, расположеннойэа объективом 9, Формирующим параллельный поток. Изображение границыперемещается вдоль цели. На выходеинтерферОметра иэображения движутсянавстречу друг другу или друг отдруга). В это время величина светового потока, попадающего на фотоприемник 16, растет, В момент встречи изображений фотоприемник 16 регистрируетмаксимальный световой поток. До этогомомента совмещенных потоков не былои, следовательно, отсутствует интерференция,При дальнейшей засветкещелевой диафрагмы 10 происходит сов. 65 мещение изображений на светоделителе 13, что приводит к интерференциилучей с разностью хода, равной нечет.ному числу полуволн когерентного монохроматического излучения. Интерференция потоков дает вычитание иэинтенсивностей и, следовательно, результирующего потока, поступающегона фотоприемник 16. Полное перекрытиеизображений, соответствующеЕ полнойзасветке щелевой диафрагмы 10, уменьшает до минимума световой поток навходе фотоприемника 16 и электрический сигнал на его выходе. ЭЛектрические сигналы с фотоприемника 16имеют треугольную форму. Вершиныимпульсов. соответствуют прохождениюграницами элементов осевой линии щелевой диафрагмы 10. Таким образом,на выходе .фотоприемника 16 получаюттреугольные импульсы, вершины которых соответствуют моментам сканирования границ элементов фотошаблона 7.Дифференцирующее устройство с формирователем не показаны ) позволяютсформировать короткие прямоугольныекомандные импульсы, передние фронтыкоторых соответствуют моментам визирования краев элементов.Перемещение кареток Координатногостола 2 с фотошаблоном 7 приводит кизменению разности хода в плечахпреобразователя 4 линейных перемещений. Фотоприемник 39 регистрирует изменение интерференционной картины.На его выходе следует гармоническийсигнал, период которого однозначносоответствует смещению каретки наопределенное расстояние, равное + 1 .где 1 - длина волны света, а п - чйсло отражений предметного луча от перемещающейся каретки (уголкового отражателя 36). Указанные выше сигналыинтерполируются и формируются короткие прямоугольные масштабные импульсы, имеющие цену, где т- число,на которое делится период сигналовпри интерполировании..Интервалы между командными импуль"сами заполняются масштабными импульсами, число которых определяет размеры элементов вдоль строки сканирования а при необходимости и расстояния между нимй). Одновременно преоб-.разователи 4 служат для определениякоординат элементов. Результаты измерений отображаются на табло индикации и фиксируются на быстродействую"щем цифропечатающем устройстве непоказаны ),Введение новых элементов и связейв установку для контроля фотошаблонов позволило исключить. погрешности,связанные с ошибками определения момента визирования края элемента:посреднему значению фотсгока с фотоприемника 16, с флуктуациями уровня.ограничения порогового элемента,с,внешними засветками, с флуктуациями уровня освещенности и прозрачности фотошаблона 7, с дифракционными явлениями на краях элементов, е установкой фотошаблона 7 по соответствующим элементам разных модулей, име дюжим 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. Ориентацияуказан-. 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 конт роля линейных .размеров элементов микросхем и фотошаблонов, Внедрение комплекса 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 размеровэлементов фотошаблонов, содержащая станину, координатный стол с устрой:ствами перемещений и преобразователя"ми линейных перемещений, держатель,уасположенный над координатным столом,механизм ориентации фотошаблона, фотоприемное устройство, установленноена держателе и состоящее из последовательно расположенных объектива, щелевой диафрагмы и Фотоприемника,осветительный канал, установленный подстаниной и включающий последовательнорасположенные источник когерентногомонохроматического света, первый све. тоделитель, линзу, точечную диафрагмуи второй светоделитель, проекционный15 канал, установленный под координатнымстолом и состоящий из отклоняющегозеркала, ахроматической линзы и объектива, юстировочный канал, установленный рядом с проекционным и включающийрр объектив, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения тоЧйостии производительности контроля, онаснабжена объективом, двухщелевой ди-афрагмой,. двумя световодами и двумяфотоприемниками, .расположенными надержателе, и интерферометром типаМаха-Цендера с оборачивающим элементом в одном из его плеч, причемобъективустановлен на одной оси сЗО юстировочным каналом с возможностьюустановки нафокусном расстоянииот фотошаблона, двухщелевая диафрагма расположена в задней фокальнойплоскости объектива, световодц связывают щели двухщелевой диафрагмыЗ 5 с фотоприемниками, а интерферометр,типа Маха-Яендера установлен вфотоприемном устройстве между диаФрагмой и фотоприемником.Источники информации,принятые во внимание. при экспертизе1. Контрольно-измерительные приборы фирмы "ейк"."Электронная промышленностью, 1971, Р 4, с. 105.2. Авторское свидетельство СССР У 569846, кл. Ь 01 В 11/02, 1975прототип ).968605 Составитель Л.ЛобзоваРедактор Н.Лазаренко Техред Ж.Кастелевич .орректорг С.Ше Заказ илиал ППП"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 41/66 Тираж 61 ВНИИПИ Государственнопо делам изобретЕни 3035, Москва, Ж, Р Подписо комитета СССРи открытийушская наб., д. 4/5