Устройство для автоматической ориентации топологических структур элементов микроэлектроники Советский патент 1987 года по МПК G01B21/00 

и диэлектрика при условии, что угол падения светового потока на тополо™ гическую структуру равен углу Брюс- тера. Растр 5 установлен таким образом, что в случае идеальной фокусировки (расположении структуры 7 в направлении Vg) его автоколлимационные изображения, созданные соответственно обыкновенным и необыкновенным лучами и регистрируемые фотоприемники 13 и 14, позволяют получить с выИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизированного контроля и ориентации топологических структур элементов микроэлектроники.

Цель изобретения - повышенне 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 функциональная схема устройства.

1

Устройство содержит источник 1 когерентного монохроматического све- та, коллиматор 2, первое полупрозрачное зеркало 3, втррое полупрозрачное зеркало 4, штриховой растр 5, объектив 6, проецирующий изображение, растра в плоскость топологической структуры 7, расположенной на столе 8, модулятор 9 с приводом 10, микрообъектив 115 плоскопараллельную пластину 12 из одноосного кристалла, первый и второй фотоприемнйки 13 и 14, установленные на двух каналах обработки сигналов-соответственно, каждый из которых состоит из фильтра 15 (16), схемы бинарных дискрз-шинаторов 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,V

хода схемы 30 анализа нулевой сигнал дефокусировки на двигатель 32. При смещении непрозрачных структур, имеющих заданную топологию рисунков, осуществляется модуляция по апертуре светового потока при переходе от металла к диэлектрику и наоборот, что позволяет с высокой точностью определять границу их раздела и тем самым осуществлять ориентацию топологических структур элементов микроэлектроники. 1ш

s

0

5

0

5

схему 30 анализа, схему 31 управления электроприводом 32 механизма 33 осевого Vo перемещения топологических структур, глухое

зеркало 34, Установленное под углом

90°- Ч стр

„ к оптической оси полупрозрачного зерк ала 4, третье полупрозрачное зеркало 35, первую и вторую линзы 36 и 37, третий фотоприемник 38, усилитель 39, дифракционную решетку 40, третью линзу 41, четвер- тьй фотоприемник 42, усилитель 43, фильтры 44 и 45, детекторы 46 и 47, фазочувствительный 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 света расширяется коллиматором 2 и направляется на штриховой растр 5, ориентация штрихов которого совпадает с вектором Е электрического поля линейно поляризованного монохроматического света. Штриховой растр слу- 5сит для повьшгения надежности работы | стройства при работе с регулярными дибо оптически однородными поверхностями структур. Растр 5 установ- лен таким образом, что в случае иде- зльной фокусировки (расположении структуры 7 в направлении V.) его автоколлимационные изображения, созданные соответственно обыкновенным

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 плоскопараллельную 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 е , 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 промоду- лированным необыкновенной и обыкно- венной волнам, поступают на фильтры 15 и 16, выделяющие первую гармо- ническзто составляющую, амплитуда которого связана с текущим положение вдоль оси топологической структуры 7. Сигналы с выходом фильтров 15

С выхода бинарных дискриминато- 40 ров 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

и 16 поступают на сигнальные входы

-т ,„ 45 памяти аналогично однополосовому кор- бинарных дискриминаторов 17 и 18, на

вторые входы которых подаются сигналы с выходов генератора 29 полустробов, при этом сигнал, соответствующий первбй гармонической составляющей, попа гп числения ожидаемых их значении на

дает в следящий строб каждого из ка- и „, по„.,.,о „.. orsoрелятору.

Оценки векторов состояния используются в цифровых фильтрах для вып-ом интервале. Данные вектора прогнозов, представляющие собой прогнозируемые значения центра сигнала, поступают на входы генератора 29 по- с лустробов и к ним привязываются центры следящих стробов, подаваемых на бинарные дискриминаторы 17, 18 на сигнальные входы которых поступают сигналы от фотоприемников 13 и 14.

налов 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 п-му моменту, содержат оценки данных векторов в предыдущий (п-1)Момент на основании (п-1)-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 сигнаЛ 1, 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. После уменьшения рассогласования до величины, при которой сигналы ошибок изменяют свой знак от интервала к интервалу, сигналы управления не вырабатьюаются и дальнейшие сдвиги временных последовательностей весовых коэффициентов прекращаются.

С выхода бинарных дискриминато- ров 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 кор-

релятору.

Оценки векторов состояния используются в цифровых фильтрах для вы„, по„.,.,о „.. orsoп-ом интервале. Данные вектора прогнозов, представляющие собой прогнозируемые значения центра сигнала, поступают на входы генератора 29 по- лустробов 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 сое- - тояния текущих сигналов посредством суммирования их с векторами про- В результате в цифровых

гнозов

фильтрах формируются новые оценки

векторов состояния. Сигналы с выховительного детектора 48, на первый вход которого поступают опорные сигналы с генератора 49 onopHtJx напряжений, запускаемого схемой 30. Сигнал с выхода детектора 48 поступает в схему 50 управления механизмом 51 подачи топологических структур в радиальном направлении Vp. Синхронное наложение промодулированньк сигнадов фильтров 27 и 28 поступают в лов фотоприемников в схеме 49 обесму 30 анализа, где происходит сравнение сигналов и далее в схему 31, формирующую управляющие сигналы на реверсивный двигатель электропривода 32 механизма 33 перемещения структуры 7 в осевом направлении V , При равенстве сигналов, снимаемых с фотоприемников j выходной сигнал схемы 31 управления равен нулю, что соответствует точной ориентации структуры. сли 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 V.

(ее фокусировка) определяется при помощи изображения растра 5, построенного обыкновеиньм о и необыкновенным е лучами одновременно в одной и той же точке фокусируемой поверхности структуры.

Одновременно полупрозрачное зеркало 4, установленное под углом 45° к оптической оси устройства, глухое зеркало 34 и линза 36 направляют часть светового потока, угол падения которого составляет 56 40 на структуру 7, а вектор злектрического поля поляризованного монохр оматического 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 ре- щетку 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 фазочувст

34906

вительного детектора 48, на первый вход которого поступают опорные сигналы с генератора 49 onopHtJx напряжений, запускаемого схемой 30. Сигнал с выхода детектора 48 поступает в схему 50 управления механизмом 51 подачи топологических структур в радиальном направлении Vp. Синхронное наложение промодулированньк сигна5

0

0

печивает формирование командных и масштабирующих импульсов, чем обеспечивается увязка линейных перемещений структуры с интенсивностью отраженного от нее светового потока. В основе работы устройства используется явление обращения в нуль коэффициента отражения при угле падения поляризованного светового потока, равном arctg n.(yron Брюстера). Так, если вектор злектрического поля поляризованного света лежит в плоскости падения, а угол падения равен углу Брюстера, то интенсивность 5 отраженной от диэлектрика волны будет близка к нулю, в то время, как при отражении света от металла уменьшения интенсивности отраженной волны не происходит.

Таким образом, при смещении непрозрачных структур, имеющих заданную топологию рисунков и расположенных в потоке линейно поляризованного света, осуществляется модуляция по апертуре потока света при переходе от метсшла к диэлектрику и наоборот, что позволяет с высокой степенью точности определять границу их раздела и тем самым ос уществлять ориентацию топологических струк тур элементов микроэлектроники в условиях про- ; изводства.

Формула изобретения

5

Устройство для автоматической ориентации топологических структур элементов микроэлектроники, содержащее источник когерентного монохрома0 тического света, установленные последовательно по ходу светового луча коллиматор, объектив, фотоприемник и последовательно связанные с ним электрическую схему управления и ме ханизм ориентации структур, состоящий из механизмов осевого и радиального перемещения структуры, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности и произво5

0

дительности ориентации как прозрачных, так и непрозрачных структур, оно снабжено установленными за коллиматором последовательно по ходу светового луча первым и вторым полупрозрачными зеркалами, размещенными под углом 45° к оптической оси объектива и предназначенными для создания первого и второго дополнительных параллельных световых потоков, штриховым растром, размещенным таким образом, что ориентация его штрихов совпадает с вектором электрического поля монохроматического света, оптически связанными и установленными по ходу первого дополнительного светового потока модулятором со связанным с ним электроприводом, микрообъективом, плоскопараллельной пласW

15

выход соединен с входом схемы упра ления осевым перемещением структуры генератором опорных напряжений, вход которого соединен с вторым вы дом схемы анализа, фазочувствитель- ным д.тектором, первый вход которо соединен с выходом генератора опорных напряжений, а выход - с входом схемы управления радиальным перемещением структуры, третьим непрозрач ным зеркалом, установленным по ходу второго дополнительного светового потока под углом (90- 4)12 к нему и предназначенным для отклонения светового потока таким образом, чт вектор напряженности электрического поля светового потока ориентирован перпендикулярно плоскости топологической структуры, четвертым полутинкой из одноосного кристалла, пред-2 - прозрачным зеркалом, установленным

назначенной для разделения первого светового потока на два луча, один из которых необыкновенный, а другой обыкновенньм, вторым и третьим фото- приемниками, оптически связанными с необыкновенным и обыкновенным лучами соответственно, соединенными входами соответственно с вторым и третьим фотоприемниками, первым и вторым каналами обработки сигнала, каждый из которых состоит из соединенных последовательно фильтра, бинарного дискриминатора, линии задержки, умножителя и цифрового фильтра, а также соединенных последовательно регистра па-35 линзой и четвертым фотоприемником, мяти, выход которого соединен с входом бинарного дискриминатора, и блока весовых коэффициентов, выход которого подключен к второму входу умножителя, генератором полустробов, 0 первый и второй входы которого соединены с вторыми входами цифровых фильтров первого и второго каналов обработки сигналов соответственно, а выходы подключены к вторым входам 5 бинарных дискриминаторов первого и второго каналов обработки сигналов соответственно, схемой анализа, два входа которой соединены с выходами цифровых фильтров первого и второго 50 каналов обработки сигналов, первый

последовательно соединенными усилителем, вход которого соединен с вы- |ходом четвертого фотоприемника, четвертым фильтром, детектором, вы ход которого подключен к,второму входу фазочувствительного детектор третьей линзой, установленной по х ду светового потока, отраженного о топологической структуры и оптичес связанной с первым фотоприемникам, пятым фильтром, вход которого соед нен с выходом первого фотоприемник и вторым детектором, вход Которого соединен с выходом пятого фильтра, ;а выход подключен к третьему входу фазочувствительного детектора.

-ВНИИПИ Заказ 370/41 .Тираж 678

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5

выход соединен с входом схемы управления осевым перемещением структуры, генератором опорных напряжений, вход которого соединен с вторым выходом схемы анализа, фазочувствитель- ным д.тектором, первый вход которого соединен с выходом генератора опорных напряжений, а выход - с входом схемы управления радиальным перемещением структуры, третьим непрозрачным зеркалом, установленным по ходу второго дополнительного светового потока под углом (90- 4)12 к нему и предназначенным для отклонения светового потока таким образом, что вектор напряженности электрического поля светового потока ориентирован перпендикулярно плоскости топологической структуры, четвертым полу - прозрачным зеркалом, установленным

5

0

по ходу отклоненного третьим зеркалом светового потока и предназначенным для разделения светового потока на падающий, на топологическую структуру под углом Брюстера и третий дополнительньй свето.рые потоки, первой линзой, установленной по ходу падающего на топологическую структуру светового потока и предназначенной для его фокусировки, установленными последовательно по ходу третьего дополнительного светового потока и оптически связанными дифракционной решеткой, второй

линзой и четвертым фотоприемником,

последовательно соединенными усилителем, вход которого соединен с вы- |ходом четвертого фотоприемника, четвертым фильтром, детектором, выход которого подключен к,второму входу фазочувствительного детектора, третьей линзой, установленной по ходу светового потока, отраженного от топологической структуры и оптически связанной с первым фотоприемникам, пятым фильтром, вход которого соединен с выходом первого фотоприемника и вторым детектором, вход Которого соединен с выходом пятого фильтра, ;а выход подключен к третьему входу фазочувствительного детектора.

Подписное

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для автоматизированного контроля и ориентации топологических структур. Цель изобретения - повьше- ние точности и производительности ориентации как- прозрачных, так и непрозрачных структур за счет свойства линейно поляризованного света при отражении его от металла и диэлектрика. В работе устройства используются свойства линейна поляризованного света при отражении его от металла (Л 1 4;