Способ контроля плоскостности поверхности пластины Советский патент 1992 года по МПК G01B11/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для оценки плоскостности поверхности полированных и маскированных пластин, используемых для прецизионных изделий, например фотошаблонных заготовок (ФШЗ).

К стеклянным пластинам для фотошаблонов предъявляются высокие требования по качеству поверхности и ее плоскостности. Градиент плоскостности пластин высшей группы не должен превышать 0,15-0,35 мкм/см.

В то же время в условиях массового производства ФШЗ возникает необходимость разработки способа экспресс-контроля плоскостности стеклянных заготовок, позволяющего не только в короткие сроки

оценить величины плоскостности поверхности пластины, но и разбраковывать контролируемые пластины по группам, соответствующим определенному диапазону плоскостности.

Одновременно с этим, в связи с повышением степени интеграции микросхем и их сложности, введением новой номенклатуры изделий электронной техники, в частности устройства отображения информации на жидких кристаллах, наблюдается тенденция к увеличению габаритных размеров стеклянных заготовок и снижению их толщины. Для контроля плоскостности пластин существует целый ряд известных способов: механических, пневматических, оптических. Однако все эти способы не в состоянии обеспечить необходимую точность контроаis

м

hO

ля плоскостности ( ±0,5 мкм) для обеспечения высокой производительности операции контроля (до 300 пласт./ч). Особенно это становится затруднительным при контроле крупногабаритных пластин, градиент неплоскостности которых меняется от 0,15 мкм/см до 1,5 мкм/см.

Кроме того, во всех известных способах контролируемая пластина в процессе контроля устанавливается горизонтально или наклонно. Причем для того, чтобы не было повреждения поверхности пластины в рабочей зоне (поверхность пластины за исключением 6-7 мм от ее края),опоры, на которые она укладывается, располагают у края пластины за пределами рабочей зоны. Пластина под действием собственного веса испытывает значительные изгибающие деформации. Например, для пластин размером мм толщиной 2,5 мм прогиб достигает 6 мкм, а для пластин размером 178x178 мм толщиной 2,5 мм прогиб достигает 10,5 мкм. Это приводит к снижению результатов измерения и ухудшает точность операции.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, включающий горизонтальное размещение контролируемой пластины на предметном столикб, снабженном возможностью перемещения в горизонтальной плоскости в двух направлениях, освещение лучом света поверхности пластины под некоторым углом, близким к 90°, прием отраженных лучей с помощью световодов, передачу их на фотоприемники, на которых любое отклонение лучей от принятого нормального положения в ту или иную сторону свидетельствует об отклонении поверхности от плоскостности, и далее передачу с выхода фотоприемников на выходы блока обработки, где по разности углов отражения судят о степени отклонения от плоскостности в данной точке поверхности.

Этот способ обладает существенными недостатками.

1. Низкая точность контроля отклонений поверхности от плоскостности, составляющая ± 1 мкм, связанная с отсутствием сравнения в процессе контроля с эталонной поверхностью, в результате чего не устраняются ошибки неточности базирования контролируемой пластины, а также с малым углом падения луча на пластину (близким к нулю), при котором коэффициент отражения при освещении прозрачной стеклянной пластины равен всего лишь 4,5:5,0% и возникает дополнительная погрешность за счет отражения преломленных лучей от других (неконтролируемых) поверхностей.

2.Низкая производительность операции контроля, которая связана с тем, что луч в каждый момент времени контролирует отклонения плоскостности в одной элементарной площадке и для определения отклонения от плоскостности всей пластины необходимо постепенное перемещение координатного столика с пластиной по двум координатам, что значительно увеличивает

0 время контроля.

3.Искажение результатов измерения величины плоскостности пластин, находящихся в процессе измерения в горизонтальном положении за счет прогиба пластины в

5 случае, если опоры под пластину расположены по краям пластины за пределами рабочей зоны. Если же опоры расположены в пределах рабочей зоны, то за счет контактов пластины с поверхностью опор предметно0 го столика возникают дополнительные дефекты поверхности пластины в виде царапин и ласин.

Целью изобретения является повышение точности и производительности спосо5 ба контроля неплоскостности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля плоскостности поверхности пластины, заключающемуся в том, что размещают контролируемую пла0 стину на предметном столике, установленном с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, освещают лучом света поверхность пластины и определяют плоскостность поверхности пластины, уста5 навливают на предметном столике эталонную пластину П-образной формы на одну из ее боковых сторон перпендикулярно поверхности столика, размещают в вырезе эталонной пластины в одной плоскости с ней

0 контролируемую пластину, освещение проводят по крайней мере четырьмя параллельно расположенными один под другим лучами света с углом падения 40-80° так, что крайние лучи направлены на поверхность эталонной

5 пластины, а внутренние на поверхность контролируемой пластины.

На чертеже представлена принципиальная схема способа.

На горизонтальный предметный столик

0 1, снабженный приводом 2, устанавливается вертикально эталонная П-образная пластина 3, внутри которой устанавливается контролируемая пластина 4, таким образом, что они находятся в одной плоскости, осве5 щаемой по крайней мере четырьмя источниками 5 света, с углом падения, равным 40-80°, отраженные лучи 6 падают на блок фотоприемников 7, причем крайние источ- йики света направлены на поверхности эталонной пластины.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Установка контролируемой пластины в вырезе П-образной эталонной пластины в одной оптической плоскости с ней и одновременное освещение их поверхностей по крайней мере четырьмя параллельно расположенными один под другим лучами света с углом падения 40-80° так, что крайние два луча направлены на поверхности эталонной пластинь существенно повышает точность измерения плоскостности (до ±0,5-0,3 мкм) за счет, как показали экспериментальные данные, наличия двух опорных лучей (сверху и снизу), осуществляющих постоянное сравнение в процессе контроля с двумя эталон- ными поверхностями, что исключает влияние на результат контроля ошибок, связанных с погрешностями базирования пластины и погрешностями механического ее перемещения в процессе измерения, а также за счет того, что при указанном угле падения лучей на контролируемую пластину (которая может быть прозрачной и с нанесенной маской - маскированная) обеспечивается необходимый коэффициент отражения, что устраняет дополнительные погрешности измерения, возникающие за счет отражения преломленных лучей от других (неконтролируемых) поверхностей (от поверхностей, находящихся за контролируемой поверхностью). Одновременно с этим возрастает производительность способа контроля плоскостности пластин за счет одноразовой настройки лучей на контролируемую и эталонную поверхности и исключения необходимости перемещения ее в процессе контроля попеременно (или одновременно) в двух направлениях.

Кроме того, вертикальная установка контролируемой пластины в процессе контроля устраняет изгибающие деформации в ней, в результате чего отсутствует прогиб пластины во время контроля, а следовательно, и не искажаются результаты измерения плоскостности пластины. Освещение пластины лучами света с углом падения менее 40° снижает точность контроля плоскостности за счет уменьшения коэффициента отражения, в результате чего увеличивается искажение результатов измерения дополнительными погрешностями, возникающими от лучей, отраженных от поверхностей, находящихся за контролируемой поверхностью.

Освещение пластины лучами света с углом падения более 80° снижает точность контроля плоскостности, вследствие того, что уменьшается возможность выявления малых по протяженности отклонений от

плоскостности пластины, так как при этом угол между лучом и пластиной составляет менее 10° и луч может пройти по касательной к отклонению профиля пластины, т.е.

дефект плоскостности при этом экранируется.

Пример 1. Способ контроля плоскостности поверхности пластины осуществляют следующим образом на установке

0 контроля плоскостности ЭМ-6049.

В этой установке имеется П-образная эталонная пластина, которая установлена на одну из боковых сторон и плотно закреплена на каретке, имеющей возможность пе5 ремещения в горизонтальной плоскости в направлении вертикальной части эталонной пластины с помощью онокоординатного линейного шагового двигателя. Светодиоды в количестве 9 шт. установлены параллельно

0 один под другим вдоль вертикальной перекладины П-образной пластины и закреплены в оптическом блоке таким образом, что угол падения их лучей на контролируемую и эталонную пластины регулируется и состав5 ляет 40-80°, а крайний верхний и крайний нижний диоды закреплены на высоте, соответствующей верхней и нижней поверхностям эталонной пластины, а средние диоды направлены на внутреннюю полость лла0 стины, где устанавливается контролируемая пластина,и расположены между собой на равном расстоянии, соответствующем 22-25 мм.

Лучи светодиода, направленные на кон5 тролируемую и эталонную пластины, проходят через линзу, маску и объектив, а отраженные лучи, пройдя через склеенную линзу, попадают на блок фотоприемных линеек. С фотоприемных линеек сигналы про0 ходят последовательно блок обработки сигналов, блок вычисления, ЭВМ, блок управления, блок усилителей мощности, после чего выдается информация о состоянии плоскостности пластины. В установке предус5 мотрен разворот пластин на 180°.

Стеклянные пластины размерами 153 х153 мм, толщиной 2,0-3,0 мм, прошедшие все стадии механической обработки, 15-сту- пенчатой ультразвуковой отмывки и контро0 ля на наличие дефектов, в количестве 2400 шт. в партии поступают на операцию контроля плоскостности на указанную установку (ЭМ-6049) для определения плоскостности указанным способом.

5

Контролируемая пластина устанавливается вертикально на один из торцов так, что контролируемая поверхность находится в одной плоскости с эталонной пластиной (предусмотрено в установке).

В исходном положении начала измерения лучи света от семи центральных диодов и двух крайних (верхнего и нижнего) падают под углом 50° на вертикальную часть эталонной пластины, считывают исходную ин- формацию, от которой будет в дальнейшем производиться отсчет.

После этого каретку вместе с эталонной и контролируемой пластинами перемещают в горизонтальной плоскости при сохране- нии угла падения лучей. При этом верхний и нижний лучи соответственно освещают поверхности (расположенные одна сверху, другая снизу) эталонной пластины, а все ос- . тальные лучи освещают контролируемую пластину.

Отраженные от поверхностей лучи попадают на блок фотоприемных линеек. При этом через каждые 10-12 мм движения каретки происходит считывание и обработка полученных сигналов с фотоприемных линеек. После контроля одной стороны пластины она переворачивается с помощью механизма переворота на 180° и контролируется вторая ее сторона. По результатам контроля пластины разбраковываются на заданные группы по величине отклонения от плоскостности. При этом отклонение от плоскостности поверхности пластин высшей группы составляет не более 2 мкм. После контроля выделяются пластины высшей группы (до 2 мкм), которые могут быть использованы для работы на фотоповторителе. На эти пластины наносится маскирующий слой, потом слой фоторези- ста и эти пластины поступают на изготовление эталонных фотошаблонов. При этом, как известно, при изготовлении эталонных фотошаблонов с микронными и субмикронными элементами требуется с высокой точ- ностью поддерживать фокусировку объектива, для чего непрерывно корректируется расстояние от выходного зрачка объ- ектива до поверхности пластины (автоматическая подфокусировка). Напри- мер, в фотоповторителе проводится контроль положения фокальной плоскости с точностью ± 0,5 мкм. При этом плоскостность используемых пластин с нанесенными покрытиями является серьезным технологическим ограничителем. Если в указанной партии заготовок высшей группы имеются пластины, отклонения от плоскостности которых превышают2 мкм, то в этом случае фотоповторитель, настроенный на должную неплоскостность, не срабатывает и указанные пластины выбраковываются. Готовые фотошаблоны контролируются на уход размеров. В случае, если отклонение от плоскостности заготовок превышает допустимую величину, готовый шаблон забраковывается по уходу размеров. При этом процент пластин, отбракованных по плоскостности на фотоповторителе, составляет 0,45%, процент готовых фотошаблонов, забракованных по уходу размеров, составляет 0,26%. А процент выхода годных шаблонов (по уходу размеров) составляет 99,29%.

Пример 2. Операцию контроля осуществляют на той же установке контроля плоскостности (ЭМ-6049). Стеклянные пластины размерами 153x153 мм, прошедшие все стадии механической обработки, 15- ступенчатой ультразвуковой отмывки, контроля на наличие дефектов, в количестве 2400 шт. в партии поступают на операцию контроля плоскостности на указанную установку. Отобранные пластины высшей группы отправляются на операцию нанесения маскирующего слоя, после которой снова подвергаются операции контроля плоскостности на установке ЭМ-6049 (поскольку плоскостность пластин после операции маскирования может измениться).

После этого на вновь отобранные пластины высшей группы в количестве 2400 шт. в партии (отклонение от плоскостности до 2 мкм) наносится слой фоторезиста и они поступают на изготовление эталонных фотошаблонов.

Если в указанной партии имеются пластины с отклонением от плоскостности более 2 мкм, то они забраковываются на фотоповторителе, а готовые фотошаблоны контролируются по уходу размеров.

Если отклонение от плоскостности пластины превышает допустимое, шаблон забраковывается. При этом процент пластин, отбракованных по плоскостности на фотоповторителе, составляет0,54%. Процент готовых фотошаблонов, забракованных по уходу размеров, составляет 0,36%, а процент выхода годных шаблонов (по уходу размеров) составляет 99,1 %.

Формула изобретения Способ контроля плоскостности поверхности пластины, заключающийся в том, что размещают контролируемую пластину на предметном столике, установленном с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, освещают лучом света поверхность пластины и определяют плоскостность поверхности пластины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности контроля, устанавливают на предметном столике эталонную пластину П-образной формы на одну из ее боковых сторон перпендикулярно поверхности столика, размещают в вырезе

эталонной пластины в одной плоскости с ней контролируемую пластину, освещение производят по крайней мере четырьмя параллельно расположенными один под другим лучами света с углом падения 40-80° так, что крайние лучи направлены на поверхность эталонной пластины, а внутренние на поверхность контролируемой пластины.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оценки плоскостности поверхности пластины. Цель изобретения - повышение точности и производительности контроля за счет исключения ошибки неточности базирования контролируемой пластины и возможности определения отклонения от плоскостности всей пластины. Контроль плоскостности поверхности пластины включает выполнение эталонной пластины П-об- разной формы, установку ее на предметном столике на одну из боковых сторон перпендикулярно его поверхности, установку внутри нее в одной плоскости контролируемой пластины и освещение поверхностей пластин по крайней мере четырьмя параллельно расположенными один под другим лучами света с углом падения 40-80° так, что крайние лучи направлены на эталонную пластину, а остальные - на контролируемую. сл с