Установка для контроля фотошаблонов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК1054678 п 9) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ И. Ла елор и о СССР77.СССР81 тельст /02, 1 льство 102, 1аМай ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТСССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт электронской ССР(прототип),(54).(57) устАноВКА для контРоля фо- ТОВАБЛОНОВ, 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, . светоделитель, линзу, точечную диафрагму, вторую линзу и второй светоделитель, фокусирующий канал, установленный под координатным столом исостоящий иэ объектива и механизмафокусировки, юстировоцный канал, рас.положенный под координатным столоми включающий последовательно установленные отклоняющее зеркало и объектив, устройство. измерения велици"ны расфокусировки, о т л и ц а ю "щ а я с я тем, что, с целью повышения точности контроля, она снабженадвумя дополнительными фотоприемниками, разделительной системой, состоящей из прямоугольной. отражательнойпризмы и двух зеркал, параллельныхотражающим граням этой призмы, приводом вращения отклоняющего зеркалаи поворотным столиком, дополнительные фотоприемники установлены в держателе над зеркалами разделительнойсистемы, поворотный столик расположен на станине под Фокусирующим каналом,юстировочный канал, второйсветоделитель осветительного каналаи устройство измерения величины расфокусировки установлены на поворотном столике, а световоды расположены по разные стороны Фотоприемногоустройства.Изобретение относится к измери- .тельной технике и может быть использовано, в частности для контроляразмеров элементов шаГлонов,Известна установка для контроляФотошаблонов, содержащая станину,координатный стол с преобразователя.ми линейных перемещений и устройствами перемещений, механизм ориентации фотошаблонов, осветительный канал, закрепленный под; станиной накронштейне, проекционный канал, держатель, расположенный на 1 координатным столом, на одном конце которогоустановлено 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, чтоего объектив является общим объективом проекционного канала и находитсяна одной оси с фотоприемным устройством .1Однако значительные погрешностиуказанной установки, связанные сошибками определения момента визирования края элемента по среднему знацению Фототока с фотоприемникасфлуктуациями уровня ограницения порогового элемента, с внешними засветками, с флуктуациями уровня освещенности и прозрачности фотошаблона, снеточностями угловой ориентации, вызванными визуальной установкой Фотошаблона по соответствующим элементамразных модулей, имеющим свои погрешности, не позволяют обеспечить высокую точность контроля.Кроме того, визуальная ориентацияфотошаблона по углу по двум одинаковым элементам в разных модулях требует значительных затрат времени,что существенно снижает производительность контроляНаиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяустановка для контроля фотошаблонов,содержащая станину, координатныйстол с устройствами перемещений ис преобразователями линейных перемещений, держатель, расположенный надкоординатным столом, механизм ориентации фотошаблона, Фотоприемное устройство, установленное на держателеи состоящее из последовательно расположенных объектива, щелевой диа 10 15 20 Фрагмы и Фотоприемника, два световода и два Фотоприемника, закрепленные попарно на держателе, осветительный канал, расположенный под станиной и включающий последовательноустановленные источник когерентногомонохроматического света, светоделитель, линзу, точечную диафрагму, вторую линзу и второй светоделитель,фокусирующий канал, установленныйпод координатным столом и состоящийиз объектива и механизма Фокусировки,юстировочный канал, расположенный подкоординатным столом и включающий последовательно установленные .отключаю.щее зеркало и объектив, устройствоизмерения величины расфокусировки.Световоды и устройство измерения величины расфокусировки расположены вюстировочном канале2Данная установка имеет низкую точность контроля, обусловленную погрешностями, связанными с колоколообраз 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 микроне- ровностями границ, с аберрациями оптической системы фотоприемного устройства, с многократными отражениями лучей в Фотошаблоне, попадающих затем в Фотоприемное устройство, с ошибками угловой ориентации, вызванными определением требуемого положения контролируемого изделия по равен ству сигналов с Фотоприемников и возникающими из-за Флуктуаций сигналов с фотоприемников, смещений пространственного спектра относительно двухщвпевой диафрагмы, незначительных наклонов Фотошаблона и механизма ориентации, достаточно большой ширины изображения пространственного спектра. При этом в процессе контроля Фотошаблонов на установке могут 50возникать сбои вследствие того, что при измерениях отсутствует информация о сканировании в определенный момент времени элементов (дефектов) или промежутков между ними.Цель изобретенияповышение точности контроля.Поставленная цель достигаетсятем, что в установке для контроля.Фотошаблонов, содержащей станину,10567 3 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 фото О приемника, закрепленные попарно на держателе, осветительный канал, расположенный под станиной и включающий последовательно установленные источник когерентного монохроматического света, светоделитель, линзу и второй светоделитель, Фокусирующий какал 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 расфокусировки, снабжена дву мя дополнительными фотоприемниками, разделительной системой, состоящей из прямоугольной отражательной призмы и двух зеркал, параллельных отраающим граням этой призмы, приводом ращения отклоняющего зеркала и пооротным столиком, дополнительные отоприемники установлены в держателе над зеркалами разделительной системы, поворотный столик расположен35 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 установки45 для контроля Фотошаблонов,Установка содержит станину 1, координатный стол 2 с устройствами 3 перемещений и с преобразователями ч линейных перемещений, держатель 5, механизм 6 ориентации, на котором50 помещается контролируемый фотошаблон 7, фотоприемное устройство 8, состоящее из объектива 9, щелевой диафрагмы 10 и фотоприемника 11, световоды 12 и 13, фотоприемники 11-17,осветительный канал 18, состоящий из источника 19 когерентного моно- хроматического света (лазера), пер 8 4вого светоделителя 20, линзы 21, точечной диафрагмы 22, второй линзы 23 и второго светодегителя 21, 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 3 ч и 35, привод 36 вращения отклоняющего зеркала 30, устройство 37 измерения величины расфокусировки. Преобразователилинейных перемещений выполнены в виде интерферометров с Фотоэлектрическим выходом, включающих уголковые отражатели 38, светоделители 39 и 10, фотоприемник 41 и зеркало ч 2.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 ч линейных перемещений, Уголковые отражатели 38 преобразователей ч линейных перемещений закреплены на каретках и перемещаются вместе с ними Светоделители 39, 0 неподвижныи связаны со станиной 1. Зеркало 12 установлено перед светоделителем 10, а фотоприемник ч 1, 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 2, 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 приз. мы 33 и двух зеркал 3 ч и 35, Привод36 вращения закреплен на поворотном столике 25 и связан с поворотным зеркалом 30. Устройство 37 измерения величины расфокусировки и вторф светоделитель 24 осветительного канала 5 18 также закреплены на поворотном столике 25, Дополнительные Фотоприемники 14 и 15 закреплены на держателе 5 соответственно над зеркалами 3" 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. Свето- воды 12 и 13 помещены рядом с фотоприемным устройством 8 по разные его , стороны, фотоприемники 16 и 17 закреплены соответственно у выходов световодов 12 и 13, 20Предлагаемая установка работает следующим образом.Перед измерениями осуществляюториентацию фотошаблона 7 по углу пу тем его разворота с механизмом 6 ориентации. Угол ориентации задается соответствующим разворотом поворотного столика 25 с размещенными на нем юсти.ровочным каналом 29, приводом 36 вра- З 0 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 отзаданного угла, 0 необходимой ориентации фотошаблона 750 судят по одновременному получению сигналов с фотоприемников 14 и 15,Световой поток от источника 19когерентного монохроматического света амплитудно делится светоделителем 20 на два потока, один из которых попадает на линзу 21 а второй, отклоненный зеркалом 42, - в интерференционный преобразователь 4 линейныхперемещений. Линза 21 Фокусирует поток в плоскости точечной диафрагмы22, который, пройдя ее, расширяетсялинзой 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, Прошедщий через фотошаблон 7 световой поток попадает черезобъектив 9 и щелевую диафрагму 10 наФотоприемник 11. Световой поток, дифрагировавший на границах элементовтопологии Фотошаблона 7, попадаетв световоды 12 и 13 и через нихна фотоприемники 16 и 17.В процессе контроля осуществляется автоматическая Фокусировка свето;вого излучения на поверхность фотошаблона 7. Световой поток, отраженный от стекла Фотошаблона 7, попадает назад в объектив 27 и направляется светоделителем 24 в устройство 7измерения величины расфокусировки.устройство 37 измерения величины расфокусировки вырабатывает сигналы, амп"литуда которых пропорциональна отклонению от Фокусного состояния объектива 27, а их полярность определяетзнак 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. Перекрытиеэлементом светового потока вызывает изменение интенсивности света за щелевой диафраг.мой 10, в результате чего на выходефотоприемника 11 формируется трапецеидальный электрический сигнал, Присканировании границ элементов световой поток дифрагирует на границах ираспространяется не в объектив 9, ак световодам 12 или 13 в зависимостиот того, какая сканируется границаэлемента. фотоприемники 16 и 17,установленные на выходах световодов12 и 13, преобразовывают сигналы вэлектрические. Электрические сигналыимеют форму, близкую к треугольной,причем вершины их соответствуют сканированию центромсветового пятнаграниц элементов, Таким образом, ре- йгистрация дифрагированного излученияна элементах топологии позволяет получить короткие треугольные импульсы,вершины которых соответствуют моментам сканирования границ элементов Фотошаблона 7 без какойлибо дополнительной обработки сигналов, Дифференцирующее устройство с Формирователем(на чертеже не показаны) позволяютсформировать короткие прямоугольныеимпульсы, передние фронты которыхсоответствуют моментам сканированиякраев элементов. Трапецеидальные сиг.налы с фотоприемника 11 служат дляуправления процессом измерения и, вчастности, для определения сканируются элементы топологии или промежутки между ними.Перемещение кареток координатногостола 2 с фотошаблоном 7 приводит кизменению разности хода в плечах интерференционного преобразователя 7линейных перемещений. Фотоприемиик41 регистрирует изменение интерференционной картины. С его выхода по-,лучают гармонический сигнал, периодкоторого однозначно соответствуетсмещению каретки на определенное расстояние. Сигналы. с преобразователя 7линейных перемещений интерполируютсяи формируются короткие прямоугольныеимпульсы,Интервалы между командными импульсами дополняются масштабными импульсами, число которых определяет раз" меры 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 исключенияпогрешностей, связанных с колоколообразностью вершин треугольных импульсов, соответствующих, границамэлементов, вызванной расфокусировкойизображений и .дифракцией на щелевойдиафрагме Фотоприемного устройства,с непараллельностью изображений границ элементов щелевой диафрагмы, с О микронеровностями границ, с аберра"циями оптической системы Фотоприемного устройства, с многократными отражениями лучей в фотошаблоне попадающих затем в фотоприемное устрой ство, С ошибками угловой ориентации,вызванными определением требуемогоположения контролируемого изделияпо равенству амплитуд сигналов с Фотоприемников Погрешности исключают ся вследствие формирования треугольных импульсов, вершины которых соответствуют моментам сканирования границ элементов, путем фотоэлектрического преобразования светового потог 5 ка, дифрагировавшего на краях элементов Фотошаблона, а также за счеториентации Фотошаблона по временномусовпадению сигналов с Фотоприемников канала юстировки.Таким образом, предлагаемая установка позволяет контролировать топологию Фотошаблонов с более высокойточностью и может найти широкое применение в контроле топологии плоско-параллельных обьектов. Она входит в состав комплекса автоматического контроля линейных размеров элементов микросхем и фотошаблонов.Внедрение указанного комплекса поз О воляет оперативно и с более высокойточностью осуществлять контроль входе технологического процесса, чтоприводит к росту процента выхода годных изделий, сокращению времени на стройки оборудования, числа единицконтрольного оборудования и. контролеров и т.д.10 Я 6 УЯ еда кто еле аз 9086 ПП "Патент",о л Составитель Л.Техред М.Кузык ив т/Й 6 Тираж 602 ВНИИПИ Государственног по делам изобретени 113035, Москва, Ж, Ра