Установка для контроля размеров элементов фотошаблонов Советский патент 1982 года по МПК G01B11/02 

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ

1

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 компара:тора,содержащего фотоэлектрический микроскоп,; установленный на кронштейне над ст;о-|. лом и состоящий из объектива, анализирующей щели, фотрприемника 1.

В установке для визирования края элемента фотошаблона требуется позиционирование стола, а из-за невыоо-.

-КОЙ частоты сканирования и, следовательно, низкой скорости перемещения стола с объектом снижена производительность контроля, что и является недбст/iTKOM установки,

Наиболее близкой к изобре.тению по технической сущности является установка для контроля размеров эле- ментов -фотошаблонов, содержащая станину, координатный стол с устройствами перемещений и преобразователями

.линейных перемещений, держатель,расположенный над координатным столом, механизм ориентации фотошаблона,фотоприемное устройство, установленное на держателе и состоящее из посФОТОШАБЛОНОВ

2

Следовательно расположенных объектива, щелевой диафрагмы и фотоприемника,осветительный канал, установленный под станиной и включающий последовательно расположенные источник jftjrepeHTного монохроматического света, первый светоделитель, линзу, точечную диафрагму и второй светоделитель, проекционный канал, установленный под

10 координатным столом и состоящий из отклоняющего зеркала, ахроматической линзы и объектива, юстировочный канал, установленный рядом с проекционным и включающий объектив 2.

ts

Известная установка имеет низкую точность контроля из-за значитель- йых -погрешностей, связанных с ошибками. определения момента визирования края элемента по среднему значению

2Э .фототокас 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 ориен1тации, вызванными визуальной установкой фотолаблона по соответствующим элементам разных модулей, имею30щим свои погрешности. Известная установка имеет также низкую производительность, поскольк визуальная ориентация фотошаблона .по углу по двум одинаковым элементам в разных модулях требует значительных затрат времени, что существенно снижает производительность контроля. . Целью изобретения является повышение точности и производительности контроля.. Поставленная цель достигается тем, что установка для контроля раз меров элементов фотошаблонов снабже объективом,-двухщелевой диафрагмой, двумя световодами и двумя фотоприем никами, расположенными на держателе и интерферометром типа Маха-Цендера с оборачивающим элементном в одном и его плеч, причем объектив установлен на одной оси с юстировочным каналом с возможностью установки на фокусном расстоянии от фотошаблона, двухщелевая диафрагма расположена в задней фокальной плоскости объектива, свето воды Ьвязьшают щели двухщелевой диаф рагмы с фотоприемниками, а интерферометр типа Маха-Цендера установлен фртоприемном устройстве между диафрагмой и-фотоприемником. На чертеже приведена принципиальная схема установки для контроля раз меров элементов фотошаблонов. Установка содержит станину 1, коо динатный стол 2 с устройствами 3 пер мещения и преобразователями 4 линейн перемещений, держатель 5, механизм6 ориентации фотошаблона,на котором по мещается контролируемый фотошаблон 7, фотоприемное устройство 8, состоя щее из объектива 9, щелевой диафрагмы 10, интерферометра 11 типа МахаЦендера, выполненного из светоделителей 12 и 13, зеркала 14-, пентапризмы.15 и выполняющего роль оборачивающего элемента в одном из плеч интерферометра, и фотоприемника 16, осветительный канал 17, который состоит из источника 18 когерентного мо нохроматического света (лазера ), пер вого светоделителя 19, линзы 20, точечной диафрагмы 21 и второго светоделителя 22, проекционный канал 23 с 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 32 и фотоприемники 33 и 34, отклоняю щее зеркало 35. Преобразователи 4 линейных перемещений выполнены в виде интерферометров, включающих уголко&ые отражатели 26, светоделители 37 и 38 и фотоприемники 39. Механизм 6 ориентации фотошаблона помещен на координатном столе 2, который, в свою очередь, установлен на станине 1. Координатный стол 2 имеет две каретки (не обозначены), которые перемещаются по двум взаимно перпендикулярным направлениям по аэростатическим направляющим (на воздушной подушке). С координатным столом 2 связаны устройства 3 перемещения , приводящие в движение каретки,,и интерференционные преоб разователи 4 линейных перемещений. Уголковые отражатели 36 преобразователей линейных перемещений Зс1креплены на каретках и перемещаются вместе с ними. Светоделители 37 и 38 неподвижны и связаны со станиной 1. Отклоняющее зеркало 35 установлено перед светоделителем 37, а фотоприем-, ник 39, регистрирующий изменение интерференционной картины, - за светоделителем 38. Над координатным столом 2 закреплен держатель 5. Осветительный канал 17, включающий последовательно расположенные источник 18 когерентного монохроматического света, первый светоделитель 19,линзу 20, точечную диафрагму 21 и второй светоделитель 22, размещен под станиной 1. Какал 27 ориентации С объективом 28 имеет общую оптическую ось с осветительным каналом 17 и установлен под координатным столом 2. Вновь введенный объектив 29 закреплен на держателе 5 на фокусном расстоянии от контролируемого фотошаблона 7 на общей оптической оси с объективом 28 (и, следовательно,с каналом 27 ориентации ). В задней фокальной плоскости объектива 29 расположена двухщелевая диафрагма 30, щели которой связаны через световоды 31.и 32 с фотоприемниками 33 и 34 Проекционный канал 23, включающий последовательно расположенные зеркало 24, ахроматическую лянзУ 25 и объектив 26, установлен под координатным столом 2 рядом с каналом 27 ориентации. Фотоприемное устройство 8 помещено на держателе 5 над проекционным каналом 23. Щелевая диафрагма 10установлена за объективом9. Интерферометр 11 типа Маха-Цендера на- ходится между щелевой диафрагмой 10 и фотоприемником 16. Интерферометр 11образован.двумя светоделителями 12 и 13, ...зеркалом. 14 и пентаприз- мой 15, выполняющей также роль оборачивающего элемента.. Разность хода лучей в интерферометре выбирается кратной нечетному числу полуволн светового излучения. Установка работает следующим образом. Перед измерениями осуществляют ориентацию фотошаблона 7 по углу путем его разворота механизмом б ориентации. При точной ориен тации соответствующие частоты спектра проходят через щели двухщелевой диафрагмы 30 Ч потоки за щелями равны). О необходимой ориентации фотошаблона 7 судят по равенству токов с фотоприемников 33 и 34. Световой поток от источника 18 когерентного монохроматического света амплитудно делится первым светоделителем 19 на два потока, один из которых попадает на линзу 20, а второй, отклоненный зеркалом 35, - в преобразователь 4 линейных перемещений. Линза 20 фокусирует поток, который, пройдя точечную диафрагму 21, амплитудно делится вторым светоделителем 22 на два потока, один из которых попадает в проекционный канал 23, а второй - в канал 27 ориентации. Объектив 26 проекционного канала проецирует изображение щели точечной диафрагмы 21 на плоскость топологии фотошаблона 7 (фокусирует излучение). Прошедший через фото- . шаблон 7 световой поток попадает через объектив 9, коллимирующий его и щелевую диафрагму 10 в интерферометр 11, В соответствии с выбранной разностью хода, равной нечетному числу полуволн когерентного монохроматического излучения, интенсивность потока на выходе интерферометра 11 близка к нулю, и сигнал на выходе фотоприемника 16 не отсутствует.Объе тив 29 осуществляет над функцией пропускания модуля фотошаблона 7 опе рацию преобразования Фурье и формиру ет в своей задней фокальной плоскости, где находится двухщелевая диафрагма 30, пространственный спектр частот. Спектр имеет крестообразную форму и обладаЪт свойством поворачиваться при развороте изображения. Через щели диафрагмы 30 проходят све товые сигналы, соответствующие высоким частотам спектра. Сигналы посред ством световодов 31 и 32 подаются на фотоприемникй 33 и 34. При перемещении координатного сто ла 2 элементы рисунка фотошаблона 7 последовательно перекрывают световой поток, фокусируемый объективом 26. Прохождение границы элемента через поток вызывает последовательно изменение интенсивности света за щелевой диафрагмой 10, расположенной за объективом 9, формирующим параллельный поток. Изображение границы перемещается вдоль щели. На выходе интерферометра изображения движутся навстречу друг другу (или друг от друга). В это время величина светово го потока, попадающего на фотоприемник 16,. растет. В момент встречи изо ражений фотоприемник 16 регистрирует максимальный световой поток. До этог момента совмещенных потоков не было и, следовательно, отсутствует интерференция. При дальнейшей засветке щелевой диафрагмы 10 происходит совмещение изображений на светоделителе 13, что приводит к интерференции лучей с разностью хода, равной .нечет ному числу полуволн когерентного монохроматического излучения. Интерференция -потоков дает вычитание из интенсивностей и, следовательно, результирующего потока, поступающего на фотоприемник 16. Полное перекрытие изображений, соответствующее полной засветке щелевой диафрагмы 10, уменьшает до минимума световой поток на входе фотоприемника 16 и электрический сигнал на его выходе. Электрические сигналы с фотоприемника 16 . имеют треугольную форму. Вершины импульсов соответствуют прохождению границами элементов осевой линии щелевой диафрагмы 10. Таким образом, на выходе фотоприемника 16 получают треугольные импульсы, вершины которых соответствуют моментам сканирования границ элементов фотошаблона 7. Дифференцирующее устройство с формирователем (ае показаны) позволяют сформировать короткие прямоугольные командные импульсы, передние фронты которых соответствуют моментам визирования краев элементов. Перемещение кареток координатного стола 2 с фотошаблоном 7 приводит к изменению разности хода в плечах преобразователя 4 линейных перемещений. Фотоприемник 39 регистрирует изменение интерференционной картины. На его выходе следует гармонический сигнал, период которого однозначно соответствует смещению каретки на определенное расстояние, равное . где А - длина волны света, an- число отражений предметного луча от перемещающейся каретки (уголкового отражателя 36). Указанные выше сигналы интерполируются и формируются.короткие прямоугольные масштабные импульсы, имеющие цену , где tn-число, на которое делится период сигналов при интерполировании. Интервалы между командными импульсами заполняются масштабными импульсами , число которых определяет размеры элементов вдоль строки сканирования (а при необходимости и расстояния между ними). Одновременно преобразователи 4 служат для определения координат элементов. Результаты измереной отображаются на табло индикации и фиксируются на быстродействующем цифропечатающем устройстве (не показаны ). Введение новых элементов и связей в установку для контроля фотошаблонов позволило исключить .погрешности, связанные с ошибками определения момента визирования края элемента по среднему 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, с установкой фотошаблона 7 по соответств ;ющим элементам разных модулей, име лотдим свои погрешности. Погрешности искл1рчены в связи с тем, что формируются короткие треугольные импульсы, вершины которых соответствую моментам сканирования границ элементов, а угловая ориентация фотсмаабло- на 7 осуществляется по равенству сиг налов с фотоприемников 33 и 34, свидетельствующему о точной ориентации спектра фотошаблона 7, и, следовател но, его самого относительно двухщеле вой диафрагмы 30. Ориентацияуказанным путем существенно снизила затра времени на ее.осуществление, и следо вательно, повысила производительност контроля. Таким образом предлагаемая установка позволяет контролировать элементы фотошаблонов с более высокой точностью в 2-3 раза) и прризводительностью (в 1,5 - 2 раза). Установка для контроля размеров фотошаблона может найти широкое применение в контроле топологий плоскопараллельных объектов. Она войдет в состав комплекса автоматического Кон роля линейных ;размеров. элемеЛов мик росхем и фотошаблонов. Внедрение ком плекса позволит оперативно и с более высокой точностью осуществлять контроль в ходе технологического процесса , что приведет к росту процента йцхода годных изделий, сокращению времени настройки оборудования,числа единиц контрольного оборудования и jконтролеров,, и т,д. Формула изобретения Установка для контроля размеров элементов фотошаблонов, содержащая станину, /координатный стол с устрой:ствами перемещений и 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,осветительный , установленный под станиной и включающий последовательно расположенные источник когерентного монохроматического света, первый светоделитель , линзу, точечную диафрагму и второй светоделитель, проекционный канал, установленный под координатным столом и состоящий из отклоняющего зеркала, ахроматической линзы и объектива, юстировочный канал, установленный рядом с проекционным и включающий объектив, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и производительности контроля, она снабжена объективом, двухщелевой днп афрагмой, двумя световодами и двумя фотоприемниками, .расположенными на держателе, и интерферометром типа Маха-Цендера с оборачивающим элемен Ьм в одном из его плеч, причем объектив.1 установлен на одной оси с юстировочным каналом с. возможностью установки нафокусном, расстоянии от фотошаблона, двухщелевая диафрагма расположена в задней фокальной плоскости оеЗъектива, световоды связывают щели двухщелевой диафрагмы с фотоприемниками, а интерферометр .типа Маха-Цевд;ера. установлен в фртоприемном устройстве между диафрагмой и фотоприемником. информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Контрольно-измерительные приборы фирмы Lei tz. Электронная промышленность , 1971, 4, с. 105. 2.Авторское свидетельство СССР 569846, кл. ft 01 В 11/02, 1975 Чпрототип).