DE2224083B2

DE2224083B2 - Photoelektrische Positioniereinrichtung

Info

Publication number: DE2224083B2
Application number: DE2224083A
Authority: DE
Inventors: Nori Machida Tokio Kato; Isao Tokio Yamaguchi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1971-05-17
Filing date: 1972-05-17
Publication date: 1980-08-07
Also published as: NL7206653A; DE2224083A1; US3739247A; DE2224083C3; GB1396691A

Description

Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Positioniereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Positioniereinrichtung ist aus der US-PS 34 97 705 bekannt.

Bei der Herstellung von Transistoren, integrierten Schaltungen (IS) oder anderen Halbleiterelementen, insbesondere bei Musterdruck bzw. -kopieren (»Pattern printing«) derartiger Elemente, müssen die Halbleiterpellets bzw. die Schaltungsplättchen exakt positioniert werden. Dieses exakte Positionieren derart winziger Teile, etwa von Halbleitern oder dergleichen, ist jedoch selbst für geschickte Arbeitskräfte äußerst mühsam und erfordert eine sehr hohe Geschicklichkeit und längere, praktische Erfahrung.

Das genaue Positionieren von Halbleiterplättchen oder anderen winzigen Gegenständen erfolgt üblicherweise unter Verwendung eines Mikroskops, wobei der Gegenstand in den Sichtbereich des Mikroskops gebracht und unter Beobachtung durch das Mikroskop in die gewünschte Lage geschoben wird. Als Beispiel soll die Herstellung von IS-Elementen, insbesondere das Kopieren oder Drucken eines bestimmten Musters auf ein Halbleiterplättchen, das Substrat einer IS, im folgenden näher beschrieben werden. Zum Positionieren eines Haibieiterpiättchens, das mii einer Piiuiuabdeckschicht versehen ist, gegenüber einer Maske mit dem zu kopierenden Muster, bringt die Bedienungsperson das Plättchen auf einen Support oder Tisch und in den Sichtbereich oder das Gesichtsfeld des Mikroskops und verschiebt durch Betätigen von Einstellscheiben von Hand den Support so lange, bis eine Bezugsmarke auf dem Schaltungsplättchen mit einer Bezugsmarke der Maske fluchtet Dann wird das Mikroskop vom Schaltungsplättchen weggeschwenkt und eine Kopierlichtquelle mit dem Plättchen ausgerichtet und eingeschaltet, wodurch das vorgegebene Muster der Maske auf die Photoabdeckschicht des Haibieiterpiättchens übertragen wird. Dieses Verfahren verlangt beim Positionieren jedes Schaltungsplättchens ein gutes Augenmaß der Bedienungsperson und bildet somit einen kritischen Engpaß beim Positionieren. Eine weitere Schwierigkeit besteht in der exakten Einstellung des Mikroskops in einer bestimmten Lage über dem Support beim Positionieren jedes Schaltungsplättchens, da die mechanische Genauigkeit begrenzt ist So kann beispielsweise beim Zurückschwenken des Mikroskops in die Betrachtungsstellung ein geringer Fehler eintreten und die optische Achse des Mikroskops ebenso geringfügig abweichen lassen, was bereits zu erheblichen Schwierigkeiten beim wiederholten Einstellen der Schaltungsplättchen auf eine bestimmte Bezugsposition führt.

Aus der DE-OS 19 19 991 ist bereits eine Vorrichtung zur automatischen Ausrichtung von zwei aufeinander einzujustierenden Objekten bekannt, bei welcher die Ausrichtung der Objekte, beispielsweise mit Strukturen versehener Platten, mit Hilfe von lichtelektrischen Meßvorrichtungen erfolgt. Bei der bekannten Anordnung werden zwei Meßsysteme verwendet, mittels welcher einander zugeordnete justiermarken beider Objekte erfaßt und zueinander ausgerichtet werden. Die Ausrichtung der Platten erfolgt dabei in Richtung definierter kartesischer Koordinaten x, y und des Drehwinkels.

Ähnliche Positioniervorrichtung sind ferner aus den US-PS 34 66 514 und 34 57 422 bekannt, bei welchen ebenfalls die Orientierung eines Musters gegenüber den Koordinatenachsen einer Bezugsebene erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positioniereinrichtung der eingangs genannten Art, bei welcher das auszurichtende referentielle Muster sowie das Referenzmuster rotationssymmetrisch ausgebildet sind, derart auszubilden, daß eine zufriedenstellende Auflösung in Rotationsrichtung zur selbsttätigen Ausrichtung erhalten wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Zur ausführlichen Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen. Darin zeigt

F i g. 1 den Aufbau einer konventionellen Positioniereinrichtung,

F i g. 2 die Anordnung der erfindungsgemäßen Positioniereinrichtung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild für die elektrische Schaltung der Einrichtung nach Fig. 2,

F i g. 4 die Arbeitsweise der Einrichtung nach F i g. 2,
F i g. 5 eine schematische Darstellung der gesamten Positioniereinrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

<>5 F i g. 6 zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung gemäß F i g. 5 den Kurvenverlauf der Ausgangssignale,

F i g. 7, Fig. 7B bzw. ί i g. S je eine M-iieinäiische

Ansicht der optisch überlagerten Bilder, zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung nach F i g. 5,

Fig.9 bzw. Fig. 10 eine modifizierte Form des schwarzen Feldes eines Halbleiterplättchens, das bei der Einrichtung nach Fig.5 verwendet wurde, und die optisch übereinanderliegenden Bilder dieses schwarzen Feldes und des Bezugsmusters der Maske,

F i g. 11 die Form der Ausgangssignale bei Anwendung des Plättchens nach F i g. 9 in der Einrichtung nach Fig. 5,

Fig. 12 ein Blockschaltbild der elektrischen Schaltung der Einrichtung gemäß F i g. 5 für das Plättchen nach F i g. 9,

F i g. 13 verschiedene alternative Abtasteinrichtungen für die Einrichtung nach F i g. 5,

Fig. 14 eine schematische Darstellung des wesentlichen Teiles einer modifizierten Positioniereinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 15 eine Darstellung zur Erläuterung des Abtastbereiches einer Vidikonröhre der Einrichtung nach F ig. 14,

Fig. 16(a) bzw. (b) die Abtastspannung und den erfaßten Kurvenverlauf der Vidikonröhre in der Einrichtung nach F i g. 14,

F i g. 17 den Aufbau des wesentlichen Teiles einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 18 eine schematische Darstellung der Li htaufnahmefläche der Vidikonröhre der Einrichtung nach Fig. 17,

F i g. 19 einen Ausschnitt einer weiteren Modifikation der erfindungsgemäßen Positioniereinrichtung,

Fig.20 eine schematische Ansicht der gesamten Anordnung des Positionserfassungssystemes nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 21 ein bei der Einrichtung nach Fig. 20 anwendbares Muster radialer Linien,

F i g. 22 eine bei der Einrichtung nach F i g. 20 anwendbare Form des Abtastschlitzes,

F i g. 23(a) bzw. (b) die Kurvenform der Ausgangssignale des Systems nach F i g. 20,

F i g. 24 die Funktion des Systems nach F i g. 20,

F i g. 25 die Kurvenform der Ausgangssignale für die Funktion gemäß F i g. 24,

F i g. 26 die Kurvenform der vom System nach Fig.20 gelieferten Bezugssignale zur Phanenermittlung,

F i g. 27 ein Blockschaltbild zum System nach F i g. 20,

Fig. 28 die schematische Anordnung des Positionerfassungssystems nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 29 ebenfalls eine schematische Darstellung des Positionserfassungssystems nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 30 ein für das System nach Fig.29 geeignetes Blockschaltbild der elektrischen Schaltung,

Fig. 31 wieder die Anordnung des Positionserfassungssystems einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 32A ein Blockschaltbild einer für das System nach F i g. 31 geeigneten Steuerschaltung,

Fig. 32B den Kurvenverlauf verschiedener Arbeitssignale der Schaltung nach F i g. 32A,

Fig. 33 eine Draufsicht auf ein beim System nach I" i g. 31 anwendbares Halbleiterplättchen,

Fig. 34A einen vergrößerten Teilschnitt des Musterbereiches des Plättchens nach F i g. 33,

Fig. 34B eine vergrößerte Draufsicht auf das F i g. 35 das Plättchen nach F i g. 33 bei Beleuchtung durch Referenzlicht,

F i g. 36A bzw. B einen vergrößerten Teilschnitt bzw. eine Vorderansicht der Photoabdeckschicht auf dem Plättchen,

F i g. 37A bzw. B je eine vergrößerte Draufsicht auf das Referenzmuster bei Beleuchtung der Photoabdeckschicht gemäß den F i g. 36A und B durch Heferenzlicht, F i g. 38A bzw. B Draufsichten auf das Plättchen bei Beleuchtung durch Referenzlicht,

F i g. 39A, B bzw. C verschiedene Schaltungsteile der Schaltung nach F i g. 32A,

Fig.4OA bzw. B bis Fig.43A bzw. B verschiedene Zustände bei der photoelektrischen Abtastung,
Fig.44A in schematischer Ansicht die Art und Weise der Bewegung des Halbleiterplättchens in einer Richtung und

F i g. 44B die Kurvenform des Abtastausganges, wenn das Halbleiterplätichen gemäß F i g. 44A bewegt wird. Fig. 1 zeigt ein konventionelles System zum Positionieren von Halbleiterplättchen bei der Herstellung von Halbleiter.

Ein Halbleiterplättchen 1 liegt auf einem Tisch oder

Support 2, der durch Einstellknöpfe 3, 4 und 5 in den

2* Richtungen λ" und Kbewegbar ist. Über dem Support 2 ist eine Maske 6 mit einem geätztem Abschnitt 6|

angeordnet. Über der Maske 6 befindet sich eine Lichtquelle, z. B. eine Lampe 7. Zwischen Maske und Lichtquelle sind eine Sammellinse 8 und ein halbdurchlässiger Spiegel 9. Ein Betrachtungsmikroskop 10 ist angedeutet.

In den Fig. 1 und 2 ist das Halbleiterplättchen, das ebenso wie das Muster äußerst klein ist, vergrößert dargestellt.

Um mit dieser Einrichtung das Halbleiterplättchen 1 in eine bestimmte Lage zu bringen, kann die Bedienungsperson die Einstellknöpfe 3,4,5 am Support 2 betätigen und den Tisch 2 verschieben, während sie durch das Mikroskop 10 beobachtet, ob eine Bezugsmarke 62 in der Maske 6 und eine Bezugsmarke Ii auf dem Halbleiterplättchen 1 fluchten. Darauf wird die Lichtquelle 7 eingeschaltet und projiziert das Muster 61 der Maske 6 auf die Fläche des Halbleiterplättchens 1, wodurch das Muster auf die lichtempfindliche Schicht des Plättchens übertragen wird.

Diese Einstellung des Halbleiterplättchens in eine bestimmte Lage verlangt bei jedem Positionieren eine exakte, visuelle Arbeit der Bedienungsperson und stellt dadurch einen erheblichen Engpaß der Produktion dar. In Fi g. 2 ist die optische Anordnung der Positioniereinrichtung gemäß der Erfindung unter Anwendung des Mustermasken-Kopiersystems zur Herstellung integrierter Schaltungen dargestellt. Ein Halbleiterplättchen 11 ist auf einem beweglichen Tisch 12 gehalten, der durch Servomotoren 12X und 12 Y in den Richtungen X und Y verschiebbar ist. Das Halbleiterplättchen 11 besitzt eine glänzende Oberfläche mit einem schwarzen, kreisförmigen Feld 114, das photographisch hergestellt ist. Eine über dem Tisch liegende Maskenplatte 16 besitzt ein Muster I61, das zur Übertragung eines vorgegebenen Musters auf das Halbleiterplättchen darin geformt ist, und außerdem eine kreisförmige öffnung I62, im Durchmesser größer als der schwarze Kreis 114. Es ist eine Lichtquelle 17 vorgesehen, deren b5 Licht die Photoabdeckschicht zum Kopieren des Musters auf das zu positionierende Halbleiterplättchen durch entsprechende Wahl der Wellenlänge nicht beeinflußt. Eine Sammellinse !8 ein halbdii

Spiegel 19 und ein Mikroskop 20 zur Bildlieferung sind ähnlich F i g. 1 angeordnet. Eine Bildformfläche 21 des Mikroskops 20 ist am Rand mit Schlitzen 21A 21B, 21C und 21D ausgestattet.

Die Maske 16 ist unbeweglich angebracht. Das darauf befindliche Muster 16| kann durch Einschalten einer ultravioletten Lichtquelle 22 auf das Halbleiterplättchen

11 übertragen werden.

Das Kopieren oder Übertragen des Musters 16| erfolgt auf eine Photoabdeckschicht auf einer isolierenden Schicht aus Siliziumdioxyd (S1O2), die auf das Plättchen gleichförmig aufgebracht ist. Dieses Kopieren ist als Photoätzung bekannt.

Gemäß F i g. 3 sind photoleitende Elemente, wie etwa photoelektrische Wandlerzellen 224,22ß, 22Cund 22O gegenüber den Schlitzen 21A, 21B, 21C und 21D angeordnet. Die Ausgänge der Zellen 22/4 und 22Csind mit dem Eingang eines Differenzverstärkers 23 verbunden, während die Ausgänge der Zellen 22B und 22Dan den Eingang eines anderen Differenzverstärkers 24 angeschlossen sind. Die Ausgänge der Differenzverstärker 23 und 24 stehen mit den Servomotoren 12λ" bzw. 12 Yin Verbindung.

Wenn in dieser Anordnung die Lichtquelle 17 vor dem Kopieren eingeschaltet wird, so passiert das von der Sammellinse 18 gebündelte Licht die öffnung I62 der Maske 16 zum schwarzen Feld des Halbleiterplättchens 11. Da das Halbleiterplättchen 11 an sich reflektiert, wird der durch die öffnung I62 tretende Lichtstrahl teilweise von dem schwarzen Feld HA absorbiert und das übrige Licht wird vom anderen Teil des Plättchens reflektiert. Infolgedessen entsteht auf der Bildformplatte 21 über den halbdurchlässigen Spiegel 19 und das Mikroskop 20, entsprechend der Lage des Halbleiterplättchens 11 (Fig.4), auf optischem Wege ein Muster. F i g. 4A bezieht sich vor allem auf den Fall, wenn die Referenzöffnung I62 der festen Maske 16 mit dem schwarzen Kreis 11/4 des Plättchens 11 genau ausgerichtet ist. Die Fig.4B, 4C und 4D zeigen Fluchtungsfehler.

Die photoeiektrischen Wandlerzellen 22Λ 22C und 22S bzw. 22£> am Rand der Bildformplatte 21, wo die Bilder der öffnung I62 und des schwarzen Feldes IM des Plättchens übereinander erscheinen, sind mit den zugehörigen Differenzverstärkern 23 und 24 wie oben erwähnt verbunden. Wenn nun die übereinanderliegenden Bilder nicht fluchten, wie dies beispielsweise F i g. 4D zeigt, gelangt die resultierende Ausgangsdifferenz zwischen den photoelektrischen Wandierzellen 22ßund 22D, die den Schlitzen 21 Bund 21Dzugeordnet sind, auf den Verstärker 24 und steuert den Servomotor 12A^-, der den Support 12 so lange in der Richtung X verschiebt, bis die Ausgangsdifferenz der beiden Zellen 22ßund22£>gleich Null wird.

Ebenso verschiebt der Servomotor 12 V den Support

12 solange in der Richtung Y, bis die Ausgangsdifferenz zwischen den beiden anderen photoelektrischen Wandlerzellen 22/4 und 22Cgleich Null wird. Der Support 12 gelangt schließlich in eine Stellung gemäß Fig.4A, in der die Öffnung I62 der Maske 16 und das schwarze Feld 11/4 des Plättchens 11 fluchten. Danach kann die Lichtquelle 17 abgeschaltet und die ultraviolette Lichtquelle 22 zum Kopieren des Musters I61 der Maske 16 auf das Plättchen 11 eingeschaltet werden.

F i g. 5 zeigt eine modifizierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positioniereinrichtung, die sich in dem das photoelektrische Licht aufnehmenden Abschnitt von der Einrichtung nach den Fig. 2 und 3

unterscheidet. Insbesondere besitzt gemäß F i g. 5 ein« Bildformfläche 121, entsprechend der Fläche 21, einer einzigen durchgehenden Schlitz 121A Zwischen de Bildformfläche 121 und einem Spiegel 119, der den halbdurchlässigen Spiegel 19 entspricht, sind eir Bildrotor oder ein Prisma 125, ein Antriebsmotor 12< für das Prisma 125 und ein Gleichrichter 127, an der Rotor des Motors 126 angeschlossen, vorgesehen. De Gleichrichter 127 trägt eine Referenzpositionselektrod« 127| zur Anzeige der Umdrehung des Motors 126 Kollektorelektroden 128] und I282 nehmen nacheinan der einen Strom der Elektrode 127i auf und führen ihn den Eingangsanschlüssen der Phasendetektorschaltun gen 129 bzw. 130 zu. Die Ausgänge der beidei Schaltungen 129,130 sind mit Servomotoren 112.Y uns 112Y verbunden, die den Motoren 12X und t2Y de vorherigen Ausführungsform entsprechen.

Wenn in vorliegender Ausführungsform die Licht quelle 117 eingeschaltet wird, so werden die Bilder de Maskenöffnung und des schwarzen Feldes im Halb leiterplättchen auf der Bildformplatte 121 übereinande abgebildet, über einen halbdurchlässigen Spiegel 119 ein Prisma 125 und einen Spiegel 120, ebenso wie bein vorherigen Ausführungsbeispiel. Wenn die beidei Bilder gemäß Fig.4A übereinanderliegen bzw. fluch ten, erzeugt der Ausgang der Photoröhre 122/4 eil Signal L\ von konstanter Größe (Fig. 6A), wenn di< übereinanderliegenden Bilder auf der Bildformfläch sich bei Drehung des Prismas 125 drehen. Wenn di< beiden Bilder, wie in Fig.4B, C oder D gezeigt, nich fluchten, erzeugt die Photoröhre ein Ausgangssigna gemäß Fig.6B, C oder D. Andererseits bewirkt di< Drehung des Prismas 125 eine Drehung der Referenz elektrode 127j. Jede halbe Drehung des Prismas YO. bewirkt, daß die Kollektorelektroden 128i und 128 90°-Phasensignale auf die entsprechenden Phasende tektorschaltungen geben, die so um 90° verschoben« Phasensignale liefern und die Servomotoren 1 YlX um 112 Y in Abhängigkeit von der Differenz dieser Signali und des Ausgangssignales L\ steuern, das das Fluchtei der beiden übereinanderliegenden Bilder anzeigt.

Bei dieser Ausführungsform empfängt die Photoröh re über das drehbare Prisma 125 den Umfangsteil de übereinanderliegenden Bilder der Maskenöffnung unc der schwarzen Bezugsfläche des Halbleiterplättchens wenn sich diese Bilder drehen. Alternativ kann mai auch gemäß Fig. 13A, B und C ein Prisma mit einen Schlitz Sl, eine konvergierende, faserartige Röhre ii Form des Schlitzes 52 oder eine drehbare Scheibe mi einem Schlitz 53 verwenden, die jeweils über de übereinanderliegenden Bildern gedreht werden, so da das Licht des Bildes von einer photoelektrische Wandlerzelle 222Λ, 222S, 222Caufgenommen wird.

Wenn in diesen alternativen Fällen das Bild 216i de Maskenöffnung und das Bild 211/4 des Halbleiterplätt chens, die beide auf der Bildformplatte gebildet sine gemäß F i g. 7 konzentrisch liegen, so wird eil elektrisches Signal entsprechend der gemeinsame Mitte Pder beiden Bilder (F i g. 7) und der Rotationsmit te des entsprechenden drehbaren Teiles gemä Fig. 13A, B oder C erzeugt (d.h. Prisma, faserartig Konvergenzröhre oder geschlitzte Scheibe). Dies ist de Fall, weil das schwarze Feld auf dem Plättchen nich pechschwarz ist, sondern viel heller sein kann. Wenn dii Mitten Pl und P2 des Plättchenbildes 211/4 und da Bild der Maskenöffnung miteinander und mit de Rotationsachse q der Scheibe mit dem Schlitz S: gemäß F i g. 7A fluchten, erzeugt die Drehung de

Schlitzes 53 ein elektrisches Signal gemäß Fig.6A, wodurch die Tatsache bestätigt wird, daß das Plättchen sich in der vorgegebenen Lage befindet.

Andererseits muß, trotz der Tatsache, daß die Bilder der Maskenöffnung und des schwarzen Feldes des Plättchens bei P(Pi, P2) gemäß den Fig. 7A und 7B zentriert sind, die Mitte dieser Bilder nicht immer mit dem Rotationszentrum q des Schlitzes S3 zusammenfallen (Fig. 7B. In diesem Fall steht die gegenseitige Lage von Maskenöffnung und Plättchen in den F i g. 7A und B in einem bestimmten Verhältnis. Im Fall nach F i g. 7B erzeugt jedoch die Abtastrotation des Schlitzes S3 ein elektrisches Signal gemäß Fig.6B. Dadurch wird, selbst wenn sich das Plättchen in der vorgegebenen Position befindet, ein Abweichungssigna! gemäß Fig.6B erzeugt und kein Fluchtungssignal gemäß Fig.6A.

Die F i g. 9 bis 12 zeigen ein Ausführungsbeispiel, das die obengenannten Nachteile vollständig vermeidet. Es wird mit einem Halbleiterplättchen 311 mit annähernd gleichmäßig getrennten schwarzen Linien 31IS gearbeitet, die radial um den äußeren Umfang des schwarzen Kreises angeordnet sind. Die Anwendung dieses Plättchens 311 liefert ein Muster gemäß Fig. 10, wenn das Bild der öffnung 316t in der Maske 316 und das Bild des schwarzen Kreises im Plättchen 311 übereinandergebracht sind. Deshalb werden, wenn in der Ausführungsform nach F i g. 5 das Plättchen 311 zur Abtastung des Schlitzes verwendet wird, elektrische Signale entsprechend der Abweichung zwischen der Mitte Pi des schwarzen Feldes des Plättchens und der Mitte P2 der Maskenöffnung erzeugt, d. h. ein elektrisches Signal gemäß F i g. 11A, wenn die beiden Mitten zusammenfallen. Bei zunehmender Abweichung der beiden Mitten werden elektrische Signale gemäß den F i g. 11B, C und D erzeugt. Gemäß F i g. 12 gehen diese Signale über ein Bandpaßfilter und einen Detektor 331 und 332 zu den Servomotoren nach Fig.5, dabei im allgemeinen als Abweichungssignale gemäß F i g. 11 erfaßt, worauf die Signale zur Erzeugung der entsprechenden Servospannungen nach der Phasenlage erfaßt werden.

Da die in F i g. 11 gezeigten elektrischen Signale durch die radialen schwarzen Linien 31 tß, die vom schwarzen Feld 31IA nach außen gehen, pulsmoduliert sind wird kein Fehler gemäß F i g. 7 erzeugt, wenn die Photozelle das Licht vom schwarzen Feld aufnimmt.

Die vorhergehenden Ausführungsbeispiele wurden im Zusammenhang mit Photozellen, wie etwa Photoröhren, beschrieben, wogegen in den Fig. 14 und 17 von Bildröhren, etwa einem Vidikon, Gebrauch gemacht so wird. Fig. 14 zeigt einen Bildrotor 425 entsprechend dem drehbaren Prisma 125 nach Fi g. 5 und ferner eine Vidikonröhre 421/4 mit einer Ablenkungsspule 421B für die ^-Richtung, mit einer Schaltung 421C zur Erzeugung einer Ablenkspannung verbunden. Die Vidikonröhre 421 ist so ausgeführt, daß eine sägezahnförmige Steuerspannung gemäß Fig. 16a von der Generatorschaltung 421C zur Ablenkspule 421B der Vidikonröhre 421Λ gelangt, so daß lediglich der Abschnitt AD des Schlitzes S3' zur Abtastung der Bilder des schwarzen Feldes 411Λ des Plättchens und der Maskenöffnung 416 das Abtasten in der Richtung χ (F i g. 15) bewirken können, wobei die Vidikonröhre ein Ausgangssignal nach Fig. 16b erzeugt. Das Ausgangssignal nach Fig. 16b wird wie oben beschrieben in der Phasenlage erfaßt, wenn der Schlitz S3' über das zusammengesetzte Bild des schwarzen Feldes des Plättchens und der Maskenöffnung tastet, und wird dann als Servospannung den Servomotoren zugeführt, zur Bewegung des Plättchensupports auf dieselbe Weise, wie bei der Ausführungsform nach F i g. 5 beschrieben.

Fig. 17 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der der Bildrotor vermieden wird und die Ablenkspule 521B der Vidikonröhre von einem Motor 526 mit den Bildern des schwarzen Feldes des Plättchens und der Maskenöffnung, in der Vidikonröhre übereinander gelagert, gedreht wird. Eine weitere Alternative ist in F i g. 18 gezeigt, wo der Abtastbereich der Vidikonröhre begrenzt ist auf den Abschnitt /4'D'des zusammengesetzten Bildes von schwarzem Feld 511/4 des Plättchens und der Maskenöffnung 516, so daß der Abschnitt A¹D' in Übereinstimmung mit der Drehung der Spule 521B drehend abgetastet werden kann, so daß das Ausgangssignal des Vidikons ein dem Ausgang der Photozelle 121Λ gemäß F i g. 5 ähnliches elektrisches Signal liefert.

Die vorhergehenden Ausführungsformen wurden in erster Linie als Anwendungsbeispiele zur Einstellung eines Halbleiterplättchens in einer bestimmten Position beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Positionsjustierungen beschränkt. Ebenso ist die Erfindung nicht nur zum Positionieren von Gegenständen, wie Halbleiterplättchen, geeignet, sondern ist beispielsweise auch zum Positionieren eines Gegenstandes 611 verwendbar, der bezüglich einer Maskenöffnung 616 in einer Referenzposition ausgeschnitten ist.

Bei den vorhergehenden Ausführungsformen ist nur ein einziges schwarzes Feld im Plättchen vorgesehen und dementsprechend eine einzige öffnung in der Maske vorhanden. Bei einem weiteren Satz aus schwarzen Feld und öffnung kann man die Positionsausrichtung zwischen Plättchen und Maske an zwei Punkten durchführen. In diesem Fall kann einer.der beiden Sätze aus schwarzen Feldern und Maskenöffnungen verwendet werden zur Positionsjustierung in den Richtungen X und Y, während der andere Satz zur Positionsjustierung hinsichtlich der relativen Neigung zwischen Plättchen und Maske verwendbar ist, so daß man eine höhere Genauigkeit der Positionseinstellung erhält.

Eine weitere Ausführungsform nach F i g. 20 enthält eine Lichtquelle 701, eine Streuplatte 702, vor der Lichtquelle 701 angeordnet, und einen Gegenstand 703, der, wie in Fig. 21 noch genauer gezeigt, ein Glassubstrat C umfaßt mit einem lichtabfangenden, ringförmigen Teil O\ und einem lichtabfangenden kreisförmigen, daran festgemachten Teil Qo, außerdem mit η lichtabfangenden, radialen Linien 7O3|, gleichmäßig voneinander getrennt, die zwischen den Teilen Oi und Oo vom Zentrum C nach außen laufen. Außerdem sind vorhanden ein halbdurchlässiger Spiegel 704, eine Kollimatorlinse 705, ein Spiegel 706 und eine drehbare, geschlitzte Scheibe 707, wie besonders in Fig.22 gezeigt, ein transparentes Substrat 707i mit einer daran festgemachten undurchsichtigen Platte 707₂ umfaßt. Die undurchsichtige Platte 7072 enthält einen Schlitz S und einen abgeschnittenen oder transparenten Abschnitt A, der über ca. 180° dem Rotationszentrum Oi der Scheibe 707 gegenüber liegt

Eine faserartige Konvergenzröhre 708 ist an der Scheibe 707 seitlich gegenüber dem Schlitz S befestigt. Die Konvergenzröhre 708 ist so gekrümmt, daß ihre Achse teilweise mit dem Rotationszentrum der Scheibe 707 zusammenfällt Die freie Stirnfläche der Röhre 708 ist mit einem photoelektrischen Detektor, etwa einer Photodiode versehen. An der Scheibe 707 ist im Rotationszentrum O2 eine Welle angebracht, die von

einem nicht gezeigten Motor zusammen mit der faserartigen Konvergenzröhre gedreht wird. Eine Lichtquelle oder Lampe 710 und ein photoelektrischer Detektor 711 sind neben einem Umfangsteil der Scheibe 707 so angeordnet, daß diese dazwischen liegt. Gemäß ϊ F i g. 22 sind eine Lampe 710' und ein photoelektrischer Detektor 71Γ am Umfang der Scheibe 707 um 90° phasenverschoben gegen die Lampe 710 und den photoelektrischen Detektor 711 angeordnet. Die photoelektrischen Detektoren 709, 711 und 71Γ sind gemäß F i g. 27 mit einer Steuerschaltung verbunden.

Wie F i g. 27 zeigt, enthält die Steuerschaltung einen Begrenzer 712, einen Frequenzdiskriminator 713, Phasendetektoren 714 und 715 und mit den Detektoren 714 bzw. 715 verbundene Meßgeräte 716 und 717. Die Ausgänge der photoelektrischen Detektoren 711 und 711' gelangen zu den Steuereingängen der Phasendetektoren.

Wenn in der oben beschriebenen Anordnung die Scheibe 701 mit dem Gegenstand 703 gedreht wird, der ein radiales Muster 703i in einer bestimmten Position enthält, erzeugt das von der Lampe 701 beleuchtete Muster einen parallelen Lichtstrahl durch den halbdurchlässigen Spiegel 704 und die Linse 705. Das Licht wird vom Spiegel 706 reflektiert und geht durch die Linse 705 und den halbdurchlässigen Spiegel 704 zur Scheibe 707, so daß das Bild des radialen Musters 703i über dem Schlitz S abgebildet wird. Wenn das Zentrum C des radialen Musters 703i gegenüber dem Rotationszentrum Ch. des Schlitzes Sexzentrisch ist, d. h. wenn der Schlitz Saus seiner Position zur Abtastung des radialen Musters 703i abweicht, so erzeugt der photoelektrische Detektor 709 ein frequenzmoduliertes Ausgangssignal gemäß F i g. 23b. Wenn das Zentrum Oi mit dem Zentrum Czusammenfällt, so wird ein frequenzkonstantes Ausgangssignal gemäß F i g. 23a erzeugt.

Es sei angenommen, daß der Schlitz S sich mit der Drehzahl r dreht. Wenn die Zentren Oi und C zusammenfallen, so hat die Wechselstromkomponente des Ausgangs des photoelektrischen Detektors 709 eine konstante Frequenz von nr Hz. Wenn die Zentren Oi und C voneinander abweichen, so erkennt man aus Fig.24, daß unabhängig von der konstanten Umdrehungszahl rdes Schlitzes S die Anzahl der vom Schlitz S pro Zeiteinheit überstrichenen radialen Linien größer ist im Bereich a der Scheibe und kleiner im Bereich b, mit Ausnahme des dazwischenliegenden Bereiches c, in dem die Anzahl der radialen Linien gleich derjenigen ist, wenn die Zentren Oi und C zusammenfallen. Das Ausgangssignal besitzt infolgedessen den Kurvenverlauf gemäß Fig.25. Dieser Kurvenverlauf umfaßt eine Zwischenfrequenz 'Bereich c) von nr Hz und ist durch ein Signal mit einer Grundwelle von r Hz entsprechend der Abweichung zwischen Oi und Coder zwischen dem Schlitz 5 und dem Muster der radialen Linien 703i frequenzmoduliert. Andererseits verursacht die Drehung der Scheibe 707, daß die Ausgänge Xr und Yr der photoelektrischen Detektoren 711 und 71Γ Signale erzeugen, die gemäß Fig.26 in einer zeitlichen Zuordnung von r Hz stehen. M

Die Ausgänge der photoelektrischen Detektoren 711 und 71Γ stellen die Phasenlage der Scheibe 707 dar und werden auf die Phasendetektoren 714 bzw. 715 gegeben. Die Detektoren 714 und 715 erzeugen infolgedessen Ausgangsgleichspannungen X und V entprechend der Größe der Abweichung zwischen Cund Ch. Die Größe dieser Ausgangsspannungen stellt die Größe der Abweichungen in den Richtungen X und Y der rechtwinkligen Koordinaten dar, wobei die Achsen X und Y die entsprechenden Richtungen angeben. Die Ausgangssignale X und Y werden Meßgeräten zugeführt, deren Zeiger damit die Abweichungswinkel entsprechend der Komponente X und Y der Abweichung angeben. Man kann somit durch Verschieben des Artikels 703 unter Beobachtung der Instrumentenzeiger verschieben, bis die Zeiger die Abweichung Null ergeben. Der Gegenstand 703 kann somit in einer bestimmten Stellung positioniert werden, in der der Schlitz S das Muster der radialen Linien 703i exakt abtasten kann.

F i g. 28 erläutert die Anwendung der oben beschriebenen Anordnung in einer Kopier- oder Übertragungseinrichtung für IS-Masken.

In Fig. 28 sind die Kollimatorlinse 705 und der Spiegel 706 nach der Ausführungsform in Fig. 20 nicht vorhanden und eine Photomaske 80S mit einem radialen Linienmuster 803i wird voneinander nicht gezeigten Lichtquelle beleuchtet. Eine Linse 805, ein halbdurchlässiger Spiegel 804 und eine Linse 805' ersetzen die genannte Kollimatorlinse 705 und den Spiegel 706. Ein gegenüber der Maske 801 zu positionierendes IS-Plättchen 818 ist gegenüber dem Spiegel 804 angeordnet. Das Plättchen 818 besitzt ein kreisförmiges schwarzes Feld 819 auf seiner Oberfläche. Das schwarze Feld 819 umfaßt eine Anzahl sich schneidender, geätzter Linien, die einen kreisförmigen Außenumfang begrenzen, so daß auf dieses Feld fallendes Licht unregelmäßig reflektiert wird, so daß praktisch kein reflektiertes Licht, sondern ein optisch schwarzes Feld entsteht.

Ein auf das Halbleiterplättchen 818 zu kopierendes Muster kann auf der Photomaske 801 gebildet sein und eine Einrichtung zum Übertragen des Musters auf das Plättchen 818 kann getrennt vorgesehen werden. Das Plättchen 818 ruht auf einem Support 820, der durch manuell bedienbare Knöpfe 821 und 822 in den Richtungen Xund Yverschiebbar ist.

Mit Hilfe dieser Anordnung können das Muster der radialen Linien 803i auf der Photomaske 801 und das kreisförmige schwarze Feld 819 auf dem Plättchen 818 durch den halbdurchlässigen Spiegel 804 optisch übereinander gebracht werden. Die so überlagerten Bilder können durch die Bildformlinse 805' auf der Scheibe 807 gebildet werden, so daß die radialen Linien 803i und die Umfangskante des kreisförmigen schwarzen Feldes 819 über dem Schlitz 5'auf der Scheibe 807 liegen. Wenn dann die Scheibe 807 gedreht wird, nehmen die Instrumente 716 und 717 entsprechend der Größe der Abweichung zwischen dem Zentrum Oi der Scheibe 807 und dem Zentrum Cder Maske 801, d.h. dem Ausmaß der Abweichung zwischen dem Schlitz S' und dem Muster der radialen Linien 803i, bestimmte Abweichungswinkel ein, wie bereits beim vorherigen Ausführungsbeispiel beschrieben, und zeigen dadurch die Größe der Abweichung an. Durch derartiges Verändern der Position der Maske 801, daß die Zeiger der Instrumente Null anzeigen, kann man diese Maske 801 gegenüber dem Zentrum Oi der Scheibe 807, d. h. der Bezugsposition in eine bestimmte Position bringen, wobei das radiale Linienmuster auf der Maske genau in eine bestimmte Lage gegenüber dem Schlitz S'gebracht ist Man kann den Tisch 820 durch nicht gezeigte, getrennte Servoeinrichtungen bewegen und das Plättchen 818 gegenüber der Maske 801 positionieren.

Bei der Ausführungsform nach Fig.29 erfolgt das Positionieren des Plättchens in Fig.28 vollständig photoelektrisch. Diese Ausführungsform unterscheidet

sich von F i g. 20 darin, daß ein radiales Muster auf dem Plättchen und nicht auf dem kreisförmigen schwarzen Feld vorhanden ist. Gleiche Teile sind in F i g. 28 und 29 mit gleichen Bezugsziffern versehen. Ein Plättchen 818 ist mit einem radialen Muster geätzter Linien 819' versehen. Die Anzahl dieser radialen Linien ist gleich no gewählt, im Unterschied zu η der radialen Linien auf einer Photomaske 801. Das Muster der radialen Linien 803i auf der Photomaske 801 und das Muster der radialen Linien 819' auf dem Plättchen 818 können auf in einem halbdurchlässigen Spiegel 804 übereinander gebracht und auf der Scheibe 807 am Schlitz S' fokussiert werden. Ein photoelektrischer Detektor 809 hinter dem Schlitz 5' ist gemäß Fig. 30 mit dem Eingang eines Bandpaßfilters 901 für ein Signal der minieren Frequenz nr Hz und mit dem Eingang eines Bandpaßfilters 902 für die mittlere Frequenz n_or verbunden. Die Ausgänge dieser Filter wiederum sind an Begrenzer 903 bzw. 904 zur Beseitigung der variablen Amplitudenkomponenten angeschlossen. Die Ausgänge der Begrenzer 903 und 904 liegen an Frequenzdiskriminatoren 905 bzw. 906, die wiederum mit Phasendetektoren 907,909 und 908,910 verbunden sind, die auch an Meßinstrumente 911 bis 914 und an Subtrahierschaltungen 915 und 916 angeschlossen sind.

Wenn die Scheibe 807 gedreht wird und der Ausgang des photoelektrischen Detektors 809 die Filter 901 und 902 passiert, erzeugt der Ausgang des Filters 901 eine Signalkomponente entsprechend dem radialen Muster auf der Photomaske 801. Der Ausgang des Filters 902 erzeugt eine Signalkomponente entsprechend dem radialen Muster des Plättchens 918. Die den Mustern der radialen Linie 903i und 919' entsprechenden Signalkomponenten enthalten eine Komponente entsprechend der Abweichung zwischen dem Zentrum Ch der Scheibe 907 und dem Zentrum C des radialen Musters 903. Die Ausgänge der Frequenzdiskriminatoren 905 und der Phasendetektoren 907, 909 stellen Komponenten X"und Ym den Richtungen X und Kder zuvor erwähnten Abweichung wie im Falle nach F i g. 20 dar. Andererseits enthält der Ausgang des Filters 902 eine Signalkomponente entsprechend dem radialen Muster 819. Diese Signalkomponente wiederum enthält eine Komponente entsprechend der Größe der Abweichung des Zentrums Ch der sich drehenden Scheibe 807 von dem Zentrum C des radialen Musters 819' auf dem Plättchen 818. Der Ausgang des Filters 902 wird in die Komponenten X' und Y' in den Richtungen Xwnd Vder Abweichung zwischen Ch und C'durch den Begrenzer 904, den Frequenzdiskriminator 906 und so Phasendetektoren 908, 910 unterteilt Die Betätigungsschaltungen 915 und 916 führen die Vorgänge (X-X') und (Y-Y')aus. Wenn X-X' = AT"und Y-Y' = Y", dann sind X" und Y" die Komponenten in den Richtungen X und Y der Abweichung zwischen dem Zentrum C der Maske und dem Zentrum C" des Plättchens 818 gemessen mit dem Rotationszentrum Ch. der Scheibe 907 als fester, absoluter Bezugspunkt Wenn man somit die Meßgeräte mit den Ausgängen der Betätigungsschaltungen 915 und 916 in der Weise nach Fig.27 verbindet und den Tisch für das Plättchen so einstellt, daß die Zeiger der Meßinstrumente die Abweichung Null anzeigen, kann man das Plättchen 918 gegenüber der Maske 901 in die gewünschte Position bringen.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen wurden die Einrichtungen für Verbindung, Anordnung, Druck bzw. Kopieren, was nach dem Positionieren eines Gegenstandes, etwa eines Plättchens oder dergleichen erfolgt, zur einfacheren Erläuterung in der Zeichnung weggelassen. Die Abweichungen wurden durch Meßinstrumente angezeigt. Statt dessen kann man auch Braunsche Röhren verwenden, wobei die Abweichungssignale diesen Braunschen Röhren zugeführt werden und dann die Abweichungen Jurch die Lage der hellen Linien anzeigen. Als weitere Alternative kann man die Signale Servoschaltungen zuführen, deren Ausgänge Servomotoren zum automatischen Verschieben und Einstellen eines Gegenstandes in eine gewünschte Position steuern.

Die F i g. 31 und 32 zeigen eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung für eine Positioniereinrichtung für Halbleiterelemente in einer Kopier-, Druckoder Übertragungseinrichtung für Elemente integrierter Schaltungen. Man erkeiitil einen Supporitisch 1001 für Plättchen, Tangentenschrauben 1002 und 1003 zum Verschieben der Seitenkanten des Supporttisches 1001, feste Rahmen 1004, auf die Tangentenschrauben 1002 und 1003 gepaßt, angetriebene Zahnräder 1006, am äußeren Ende der Tangentenschrauben 1002 und 1003 festgemacht, angetriebene Zahnräder 1007 und 1008, auf die Antriebswellen von Motoren MY und M montiert, die mit angetriebenen Zahnrädern 1005 und 1006 kämmen. Ein Halbleiterplättchen Wf ruht auf dem Supporttisch. Das Plättchen Wf besitzt ein kreisförmiges Umfangsmuster PR, das eine Gruppe von winzigen rechteckigen Stufen aufweist, die durch Ätzen auf der Oberfläche des Plättchens hergestellt wurden, wie man aus der vergrößerten Darstellung in Fig. 34A und 34B erkennt.

Gemäß F i g. 34A ist das Referenzmuster PR mit einer Gruppe winziger Abschnitte A, /2, /3 in der abgestuften Form auf dem Plättchen Wf durch Ätzung versehen, wobei jeder mit einer rechtwinkligen Schicht aus S1O2 bedeckt ist so daß bei Beleuchtung des Plättchens Wf von oben die Seitenwände der abgestuften, winzigen Abschnitte das Licht seitlich reflektieren, während die anderen Bereiche des Plättchens das Licht nur nach oben reflektieren können. Dadurch sieht man bei Betrachtung des beleuchteten Plättchens von oben das Referenzmuster mit geringerer Helligkeit in den winzigen, rechtwinkligen, abgestuften Abschnitten, was eine geringere Helligkeit über den gesamten Referenzmusterbereich ergibt, als im übrigen Bereich des Plättchens (F ig. 34B).

Gemäß den Fig.36A und B ist das Plättchen IV/auf der Oberseite mit Photoabdeckschichten RL und RL' beschichtet Diese Photoabdeckschichten werden üblicherweise beim Druck oder Kopieren von Mustern zur IS-Herstellung verwendet. Das Referenzmuster PR auf dem Plättchen Wfbesitzt außerdem vier radial nach außen gerichtete Bereiche PI — P4, am Umfang angeordnet Ebenso ist das Referenzmuster 1011 auf der Photomaske 1009 am Umfang mit radial nach außen ragenden Flächen 10111 —101 I_n versehen.

Bei Herstellung des Plättchens Wf aus Si oder ähnlichem Material kann der Licht-Schatten-Kontrast zwischen dem Bezugsmusterbereich und dem übrigen Plättchen abhängig von der Stärke der Photoabdeckschicht RL umgekehrt werden. Dies ist der Fall, da die Stärke der Photoabdeckschicht RL bei der Herstellung integrierter Schaltungen üblicherweise einen Fehler in der Größenordnung von 100 μΐη unterliegt, so daß der Reflektorfaklor der Plättchenoberfläche bei monochromatischem Licht von einigen % bis 30% schwankt. Andererseits widerstehen die dunklen Bereiche des Referenzmusters, d.h. die winzigen, abgestuften Ab-

schnitte dem von den Stärkenunterschieden herrührenden Einfluß und halten einen Reflektionsfaktor von annähernd 10% aufrecht. Deshalb ist der Reflektionsfaktor im Oberflächenbereich des Plättchens Wf geringer als in den dunklen Bereichen des Referenzmusters, was zur Umkehr des Licht-Schatten-Kontrastes zwischen diesen führen kann.

Dieser Zustand ist in Fig.38A und B gezeigt. Der Licht-Schatten-Kontrast wird umgekehrt, wenn der Reflektionsfaktor im übrigen Bereich des Plättchens größer ist als im dunklen Bereich des Referenzmusters PR (vgl. F i g. 38A und 37A) und wenn der Reflektionsfaktor im übrigen Bereich des Plättchens kleiner ist als im dunklen Bereich des Referenzmusters PR (vgl. Fig.38Bund37B).

Somit wird die Verwendung des Plättchens Win der Ausführungsform nach F i g. 5 der Licht-Schatten-Kontrast des Plättchens entsprechend der Stärke der Photoabdeckschicht gemäß Fi g. 4OA und B umgekehrt, so daß die durch die Schlitze erzeugten elektrischen Ausgangssignale den Kurvenverlauf nach F i g. 41A und B annehmen. Die Ausgangssignale entsprechend dem Signal D nach F i g. 6 besitzen den Kurvenverlauf nach Fig.41A und B und sind um 180° in der Phase verschoben. Das Positionieren des Plättchens ohne Ermittlung des Kontrastzustandes des Plättchens Wf wäre deshalb unmöglich, wollte man das Positionieren nicht von Hand vornehmen. Die Ausführungsform nach den Fig.31 und 32 soll die Erfassung des Kontrastzustandes ermöglichen. F i g. 31 zeigt eine Maske 1009 mit einem Kopier- oder Druckmuster 1010 und einem Referenzmuster 1011, einem halbdurchlässigen Spiegel 1012 über der Maske 1009, eine Kopierlichtquelie 1013, einem Filter 1014 zum Abfangen von Wellenlängen des Lichts, die die Photoabdeckschichten sensibilisieren, und drehbar angeordnet zwischen der Lichtquelle 1013 und dem Spiegel 1012, eine Bildformlinse 1015, einen festen Spiegel 1016, eine drehbare geschlitzte Platte 1012 entsprechend dem erwähnten drehbaren Schlitz 807, ein photoelektrisches Wandlerelement 1018 zur Aufnahme von Licht, das durch einen Schlitz 1019 in der drehbaren geschlitzten Platte 1017 geht, und zwei Sätze Lichtquellen und photoelektrische Wandlerelemente 1020, 1021, 1022, 1024 zur Ermittlung der Phase der geschlitzten Platte, zwischen der geschlitzten Platte, dieser gegenüber angeordnet.

F i g. 32 zeigt eine elektrische Schaltung für die Einrichtung nach Fig.31. Diese Schaltung enhäli Bandpaßfilter SPFl, BPF2 und BPFX deren Eingange mit den fotoelektrischen Wandlerelementen 1018 verbunden sind. Das Filter BPFX läßt lediglich ein Signal der Frequenz f\ Hz durch, entsprechend der Anzahl Umdrehungen der drehbaren geschlitzten Platte 1017. Das Filter BPF2 läßt lediglich eine Signalkomponente in der Gegend von fj Hz durch, die entstehen, wenn der rotierende Schlitz 1019 die radialen Vorsprünge 1011t —101 !„des Referenzmusters 1011 der Maske abtastet. Das Filter ÖPF3 läßt lediglich eine Signalkomponente im Bereich von /3 Hz durch, die auftreten, wenn der rotierende Schlitz 1019 die radialen Vorsprünge PI — PA am Umfang des Referenzmusters PR auf dem Plättchen Wf abtastet. Jede andere Signalkomponente wird von den Filtern BPFi-3 gesperrt. Die Schaltung enthält ferner Verstärker Amp\, Amp2, Amp3, Phasendetektoren PDI, PD2 (den Elementen 907, 909 in F i g. 30 entsprechend) als Phasendetektoren entsprechend den Phasensteuerreferenzsignalen der drehbaren, geschlitzten Platte 1017 über die photoelektrischen Wandlerelemente 1021, 1023 und über Impulsformerschaltungen PFl, PF2 und Phaseninverterschaltungen PIi, PI2, eine Differenzschaltung DF und Scheitelsensoren PSl, PS2, die auf Spitzenwerte von Eingangssignalen ansprechen, die einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten, und unabhängig von der Polarität der zugeführten Eingangssignale Signale liefern. PSl bewirkt außerdem ein Polaritätswechselsignal für das Flipflop FF2, wenn dessen Eingang ein in negativer Richtung ansteigendes Signal ist und eine ausreichende Größe zur Erfüllung der vorstehend genannten Bedingungen aufweist Man erkennt ferner Flipflops FFl-FF5, Schalt-Schaltungen S1, S3, die abhängig von der Stellung des Flipflops FF1 aus der Position von F i g. 32A verschiebbar sind, eine Schalt-Schaltung S 2, die in Abhängigkeit von der Stellung des Flipflops FF3 zu ihrem Kontakt b verschiebbar ist, Amplitudensteuerschaltungen LMl, LM 2 für die Ausgangssignale von Amp 2 und Amp 3, Frequenzdiskriminatorschaltungen FDl, FD 2, ein Bandpaßfilter BPF4 für eine Signalkomponente der mittleren Frequenz /j, phasensensitive Detektoren PD3, PDA, Ze tgliederschaltungen TX — T3, logische Sperr- oder Undnichtgatter /Gl, IG 2, /G 3 und Odergatter LG A, ferner einen Resetimpuls RP zur Rückstellung der Flipflops FFl-FF5 und Meldelampen LA. LB. Man erkennt ferner eine Subtrahierschaltung SCzum Subtrahieren der Eingangskomponente /Ί, /2 und eine Signaldetektorschaltung SS zur Erfassung

JO eines Einganges und zur Abgabe eines Ausgangsimpulses auf den Stelleingang des Flipflops FF4, wenn dessen beide Eingänge gleich Null sind.

Die Einrichtung arbeitet wie folgt: Ein Plättchen IV/ wird so auf den Support gelegt, daß die Mitte des Referenzmusters PR des Plättcnens sorgfältig um dy in der Richtung Y\on der Mitte des Referenzmusters 1011 auf der Photomaske 1009 nach Fig.4OA abweicht, worauf das Plättchen Wf von der Lichtquelle 1013 über das Filter 1014 beleuchtet wird. Die übereinanderliegenden Bilder von Referenzmuster PR des Plättchens und der Maske gelangen durch den halbdurchlässigen Spiegel 1012 über den Spiegel 1016 und den rotierenden Schlitz 1017 auf das photoelektrische Wandlerelement 1018. Der Startschalter Sb für den Supporttisch 1001 des Plättchens wird geschlossen und betätigt die Zeitgliedschaltung 7*1 und steuert entsprechend den Motor My über die Schalt-Schaltung S3 und die Motorsteuerschaltung Dy. Infolgedessen bewegt sich der Tisch 1001 in Richtung V. Gleichzeitig, da sich das Plättchen 1017 dreht, erzeugt das photoelektrische Wandlerelement 1018 eine Signalkomponente der Frequenz f\ entsprechend der Größe der Abweichung zwischen dem Plättchen VW auf dem Supporttisch 1001 und dem Referenzmuster 1011 auf der Maske 1009, sowie Signalkomponenten der Frequenz /j und /3 entsprechend der konstanten Anzahl Umdrehungen der geschlitzten Platte 1017. Die Signale der Frequenzen f\, /2 und /3 gelangen über die Bandpaßfilter flPFl —3 und Amp 1—3 zu den Phasendetektorschaltungen PDl

f>o PD 2 und zu den Amplitudenbegrenzerschaltungen Z.M1, LM2. Während der Drehung der geschlitzter Platte 1017 fängt deren am Umfang ausgeschnittener über 180° reichender Abschnitt nacheinander liegt der um 90° phasenverschobenen Lichtquellen 1020, 1022

·>■> ein, so daß dieses Licht nacheinander auf die photoeiektrischen Bewegungselemente, etwa die photoelektrischen Wandlerelemente 1021, 1023 odei Photodioden gegenüber den entsprechenden Lichtquel

len 1020, 1022 gelangt Dadurch erzeugen bei jeder Drehung der geschlitzten Platte 1017 die entsprechenden Elemente 1021, 1023 Synchronisiersignale, die gemäß C1 und Cl in F i g. 32A um 90° phasenverschoben sind.

Andererseits wird die zuvor erwähnte Signalkomponenie, die von dem photoelektrischen Wandlerelement 1018 erzeugt wird und eine Amplitude entsprechend der Größe der Abweichung zwischen der Mitte des kreisförmigen Referenzmusters 1011 auf der Photomas- ίο ke 1009 und der Mitte des Referenzmusters PR auf dem Plättchen VW(F i g. 4OA bzw. F i g. 6) und eine Frequenz /i entsprechend der Anzahl Umdrehungen der geschlitzten Platte 1017 besitzt, durch das Bandpaßfilter BPFi, Amp 1 und die Phasendetektorschaltung PD 2 verarbeitet und auf die Differenzierschaltung DFgegeben.

Der nach dem Schließen des Schalters So den Supporttisch 1001 in der V-Achse antreibende Motor My bewegt das Plättchen Wf weiter in der gleichen Richtung, da über den Schalter 5 3 eine Steuerspannung zum Zeitglied T gelangt. Wenn das Bezugsmuster auf dem Plättchen Wf und das Bezugsmuster auf der Photomaske in der V-Achse miteinander fluchten, wird die Ausgangsspannung der Phasendetektorschaltung PD 2 annähernd gleich Null. Die weitere Bewegung des Plättchens Wt"in der y-Achse bewirkt, daß der Ausgang von Amp 1 ein Ausgangssignal W2 der Frequenz /i entsprechend der Größe der Abweichung erzeugt. Wenn das Ausgangssignal der Phasendetektorschaltung PD2 gleich Null geworden ist, wird ein Triggerimpuls WA von der Differenzierschaltung DF abgeleitet und damit das Flipflop FFl über den Scheitelwertsensor PSi entsprechend Amplitude und Polarität jedes Impulses gesetzt, wie in Fig.32B bei (3) und (4) angedeutet. Entsprechend der Phasenlage des Phasenreferenzsignales C21 wird das Ausgangssignal der Phasendetektorschaltung PD2 positiv oder negativ. In F i g. 32B ist dieses Signal durch eine ausgezogene Linie (2) als positives Signal dargestellt.

Obige Beschreibung bezieht sich auf den Fall, daß das Referenzmuster PR auf dem Plättchen Wf schwarz ist. Wenn die Helligkeit des Referenzmusters größer ist als diejenige der übrigen Fläche des Plättchens in Abhängigkeit von der Stärke der Photoabdeckschicht auf dem Plättchen, wird der Kontrast auf dem Plättchen zwischen dem Referenzmuster und dem Rest des Plättchens umgekehrt (vgl. Fig. 38B und 40B). In letzterem Fall bewirkt die Bewegung des Plättchens Wf mit in Richtung Y verschobener Position, daß der Phasendetektor PD 2 ein Ausgangssignal mit negativen Vorzeichen erzeugt, wie die gestrichelte Linie W3 in Fig.32B zeigt, so daß das Referenzmuster PR des Plättchens WTund das Referenzmuster 1011 der Maske in der Richtung Y miteinander fluchten. Bei weiterer Bewegung des Plättchens in Richtung der Achse Y wird der Ausgang des Phasendetektors PD1 ein positives Signal und die Differenzierschaltung DF liefert ein Signal, das in positiver Richtung ansteigt, wenn die Ausrichtung in V-Achsenrichtung erreicht ist. Der nachfolgende Scheitelwertsensor gibt kein Setzsignal auf die wie vorstehend beschrieben angeschlossene Flipflopschaltung FF2, da das Eingangssignal für PS 1 in positiver Richtung ansteigt, so daß das Flipflop FF2 zurückgestellt bleibt (Zustand »reset«).

Beim Setzen des Flipflops FFl wird der Schaltstrom- (>■; kreis 51 geschlossen, der von einem Relaiskontakt in Verbindung mit der Ausgangsschaltung zum Setzen dieses Flipflops verbunden ist. Durch das Setzen des Flipflops FF2 werden Signale »1« auf die Steuereingänge der Phaseninverterschaltungen PIi, PI2 gegeben, wodurch die Eingangssignale für die Inverierschaltungen PI1, PI2 um 180° verschoben werden, so daß ihre Signale wie bei CIl und C21 in Fig. 38A gezeigt dagegen um 180° phasenverschoben sind. Wenn dagegen das Flipflop FF2 nicht gesetzt wird, sondern zurückgestellt bleibt, so sind die von den Phaseninverterschaltungen PIi, PI2 gelieferten Ausgangssignale in Phase mit den zugeführten Eingangssignalen. Der Ausgang der Phaseninverterschaltung PI2 wird auf ien Synchronisiereingang der Phasendetektorschaltung PD 2 gegeben, wodurch ein Phasenreferenzsignal derart difiniert wird, daß der Ausgang des Phasendetektors PD 2 eine Polarität annimmt entsprechend der Abweichung in Richtung Y, d. h. ein Signal W3' ähnlich dem Signal W3 bei (2) in F i g. 32B. Der Phasendetektor PD1 liefert ebenfalls ein Ausgangssignal W3 ähnlich dem Ausgang des Phasendetektors PD2. Das bei (2) in Fig.32B gezeigte Signal wird über die Schalt-Stromkreise Sl und S 2 auf den Eingangsanschluß der Steuerschaltung Dx des Motors Mx gegeben, der dadurch Speisespannung erhält, in positiver Richtung angetrieben wird und den Supporttisch 1001 in modifizierter Richtung bewegt. Durch diese Bewegung des Supporttrisches wird das darauf liegende Plättchen Wf um eine Strecke öx bewegt, wodurch das Signal W3' ebenso wie das Signal W3 bei (2) in F i g. 32B den Wert Null annimmt, dadurch den Ausgang der Motorsteuerschaltung Dx aufhebt und den Motor Mx abschaltet.

Durch den oben beschriebenen Vorgang werden das Referenzmuster des Plättchens Wf und das Referenzmuster der Photomaske grob justiert.

Wenn der Kontrast zwischen dem Referenzmuster PR und dem übrigen Halbleiterplättchen Wf nicht so groß ist und der Ausgang von PD 2 einen kleinen Wert besitzt, wie das Minimum der strichpunktierten Kurve (2) in Fig. 32B zeigt, so wird die Scheitelwertdetektorschaltung PSi nicht betätigt und die Flipflops FFl, FF2 werden nicht gesetzt. Dadurch läuft der Motor My weiter. Nach Ablauf einer von der Zeitgliedschaltung Ti bestimmten Zeitspanne wird über die Schaltung LGi, LG 4 und das Flipflop FF5 die Lampe LB eingeschaltet, die anzeigt, daß das auf dem Support befindliche Plättchen nicht positioniert werden kann. Nach dem Schließen des Schaltstromkreises 51 beginnt die Zeitgliedschaltung T2 mit der Zeitzählung. Nach dem Setzen des Flipflops FF3 schaltet der Schaltstromkreis S 2 vom Kontakt A auf den Kontakt B, worauf das exakte Positionieren des Plättchens Wf beginnt.

Da das photoelektrische Wandlerelement 1018 die radialen Linien !Olli —101I_n am Umfang des Referenzmusters der Photorr iiske und die radialen Linien Pi-PA am Umfang des Referenzmusters des Plättchens gleichzeitig abtastet, erzeugt das Element 1018 Ausgangssignale, die entsprechend dem Ausmaß etwa vorhandener Abweichungen zwischen dem Rotationszentrum der drehbaren, geschlitzten Platte 1017 und den Zentren der radialen Muster Pi-P4 und 10Hi-IOIl_n frequenzmoduliert sind, wie oben bei F i g. 20 beschrieben. Lediglich die Ausgangssignalkomponenten im Bereich der Frequenzen /j und /3 vom Element 1018 werden über die Bandpaßfilter BPF2 und BPF3 ausgewählt. Die Bandbreite dieser Filter ist so gewählt, daß die genannten Signalfrequenzkomponenten, die entsprechend dem Ausmaß der Abweichungen frequenzmoduliert sind, passieren können. Die Ausgänge der Filter BPFl und BPF3 gelangen zu den

Frequensdiskriminatorschaltungen FD1 und FD 2, über Amp 2—3 und die Begrenzerschaltungen LM1—2. Die Diskriminatorschaltungen FDl und FD 2 erzeugen Signale entsprechend dem Grad der Frequenzabweichung der Eingangssignale von den entsprechenden Mittelfrequenzen h und /3. Die Größe dieser beiden Signale repräsentiert das Ausmaß der Abweichung des Zentrums des Referenzmusters 1011 der Photomaske vom Zentrum der drehbaren geschlitzten Platte und das Ausmaß der Abweichung des Zentrums des Referenzmusters PR des Plättchens vom Zentrum der drehbaren, geschlitzten Platte.

Die Ausgänge /1 und /·> von FD 2 und FD 2 unterliegen der Subtraktion in der Subtrahierschaltung SC, deren Ausgangssignal /b als analoge Amplitude das Ausmaß der relativen Abweichung zwischen dem Zentrum des Referenzmusteis PR des Plättchens und dem Referenzmuster 1011 der Maske angibt, gemessen vom Zentrum der geschlitzten Platte 1017 als Bezugspunkt. (Diese Abweichung entspricht dem Ausgang der Betätigungsschaltung 915 in F i g. 30).

Der Ausgang k der Subtrahierschaltung Sc gelangt zu den Phasendetektorschaltungen PD 3, PD 4, über das Bandpaßfilter BPF4, das den Durchgang der zu /i zentrischen Frequenzkomponenten erlaubt. Die Phasendetektoren PD 3 und PD 4 diskriminieren ähnlich wie PDi und PD 2 zwischen der Phasenlage der Eingangssignale in Übereinstimmung mit den Referenzphasensignalen der Phaseninverter PIi und PI2, worauf die Phasendetektoren PD 3 und PD 4 Signale erzeugen, entsprechend der Abweichung in Richtung X bzw. in Richtung Y. Das der Schaltstromkreis S 2 bereits auf seinem Kontakt b beim Setzen des Flipflops FF3 geschaltet wurde, gelangen die Ausgänge der Phasendetektoren PD 3 und PD 4 über den Schaltstromkreis 53 zu den Motorsteuerschaltungen Dx bzw. Dy, die dann die Motoren Mx und My entsprechend Größe und Richtung der zugeführten Signale speisen. Nach einer Zeitspanne I₂ beendet die Zeitgliedschaltung T₂ die Zeitzählung. In der Zwischenzeit wird das Plättchen Wf in Richtung X bewegt, bis die Abweichung in dieser Richtung gleich Null wird, worauf das Flipflop FF3 gesetzt wird. Sollte das Flipflop FF3 nach Ablauf der Zeit T₂ nicht gesetzt sein, so wird über LG 4 und FF5 die Lampe LB eingeschaltet. Wenn dagegen die Signaldetektorschaltung SS feststellt, daß die Ausgänge von PD3, PD4 den Wert Null erreicht haben, so wird dadurch das Flipflop FF4 gesetzt und die Lampe LA eingeschaltet, die den Abschluß des Positioniervorganges für das Plättchen anzeigt, wie bei (10) in Fig. 32B angedeutet.

Fig.39A zeigt eine spezielle Ausführungsform der Signaldetektorschaltung SS(SSi, 552) für die elektrische Schaltung nach Fig. 32A. Die Detektorschaltung enthält Operationsverstärker OPA 1—3 Dioden D und Festwiderstände Ri, R 2 und R 3. Beim Vorhandensein eines Eingangssignales am Eingang /1 bilden die Operationsverstärker ΟΡΛ 1 und OPA 2 eine Vollweggleichrichterschaltung und der Operationsverstärker OPA 2 liefert einen positiven Ausgang unabhängig von der Polarität des Signales am Eingang /1. Der F.ingang des Operationsverstärkers OPA 3 wird mit einer Vorspannung von —ΔΓüber den Widerstand /?3 gespeist. Der Ausgang von OPA 3 ist so variabel, daß er negativ wird, wenn die Verstärkung des Verstärkers OPA 1 groß ist und so lang wie der Verstärker OPA 2 seinen Ausgang liefert und daß er abrupt positiv wird,

ο U _ Λ F «./ir/·!

Wenn deshalb die Größe des dem Eingang I\ zugeführten Signales kleiner wird als — Δ Ε erzeugt der Verstärker OPA 3 abrupt ein positives Ausgangssignal, das die Feststellung ermöglicht, daß die Größe des Eingangssignal kleiner ist als ein vorgegebener Wert Die Schaltung 552 ist mit der Schaltung SS1 identisch.

Fig.39B zeigt eine spezielle Ausführungsform der Phasendetektorschaltung PDl- PD 4 für die elektrische Schaltung nach Fig.32A. Die Schaltung nach Fig.39B enthält Eingangsanschlüsse /und A, Eingangsanschlüsse /5 und k für Referenzphasensteuersignale, feste Widerstände R 3, R 4 und R 5, eine Operationsverstärkerschaltung OPA 4 und einen Feldeffekttransistor FET. Ein bei (a) in F i g. 39B gezeigtes Signal und ein bei (ty oder ^gezeigtes Steuersignal gelangen gleichzeitig zu den Eingangsanschlüssen I₃ und U. Wenn das bei (b) gezeigte Signal zugeführt wird, erzeugt der Operationsverstärker OPA 4 ein Ausgangssignal gemäß (d). Bei Zuführung des bei (c) gezeigten Signales liefert der Operationsverstärker OPA 4 ein Ausgangssignal (e).

Eine spezielle Ausführungsform für die Scheitelwertsensorschaltung P51 für die elektrische Schaltung nach Fig. 32A ist in Fig. 39C gezeigt. Sie enthält Operationsverstärkerschaltungen OPA 5-OPA 8, Widerstände R7-Ri4 und Dioden Dl —D3. Wird dem Eingangsanschluß /7 ein Eingangssignal Wi zugeführt, so nimmt d?s Ausgangssignal der Differenzierschaltung DF den Kurvenverlauf gemäß W4 an und gelangt zur Scheitelwertsensorschaltung P51. Die Schaltung um-

JO faßt Operationsverstärker OPA 6, OPA 7, OPA 8 und arbeitet auf die gleiche Weise wie die bereits erwähnte Signaldetektorschaltung 55. Wenn der Ausgang W4' des Verstärkers OPA 7 größer ist als die Vorspannung —Δ E des Verstärkers OPA 8, erzeugt die Verstärkerschaltung OPA 8 ein Impulssignal W4", wodurch das Flipflop FF1 gesetzt wird.

In der Schaltung nach F i g. 32A laufen nacheinander folgende Vorgänge ab: Wenn das Plättchen VVTauf den Supporttisch 1001 gebracht ist, wobei sein Referenzmuster um dy vom Referenzmusler 1011 auf der Photomaske 1009 wie oben erwähnt abweicht, wird der Schalter Sb geschlossen und speist die Zeitgliedschaltung Π für die Zeitzählung. Der Supporttisch des Plättchens wird etwas in Richtung Y bewegt, bis sie abhängig von der Erfassung der Richtung von Änderung und Größe des Signales abgestoppt wird, wenn oygleich Null wird. Gleichzeitig wird das positive oder negative Vorzeichen des Licht-Schatten-Kontrastes zwischen dem Referenzmuster und dem übrigen Plättchen VVT erfaßt. Im Normalfall, d. h. wenn das Referenzmuster des Plättchens schwarz ist und der Rest hell, wird das Flipflop FF2 gesetzt. Wenn dagegen der Kontrast umgekehrt ist, bleibt das Flipflop FF2 zurückgestellt, wodurch der Kontrast des Referenzmusters des Plättchens durch die Stellung des Flipflops FF2 gespeichert wird. Damit die Größe der Signalkomponcnte W2 der Abtastgrundwelle entsprechend dem Wert der Abweichung in Richtung X, durch das photoelektrische Wandlerelement 1018 ermittelt, als

bo Diskriminatorsteuersignal für die Abweichung in Richtung X verwendbar ist, gibt das Flipflop FFl ein Steuersignal auf den l'hasendetektor PD 1, wodurch das Plättchen infolge der Umkehr des Kontrastes nicht in einer der Positionicrrichtung entgegengesetzten Richtung bewegt wird. Das Plättchen wird abhängig von Größe und Phasenlage des Signales f\ grob positioniert. Darauf wird das Plättchen gegenüber der Maske etwas weiterbewegt, in Abhäruligkeii vom frequenzmodulier-

ten Signal, bewirkt durch die radialen Linien des Referenzmusters PR und das Referenzmuster 1011 entsprechend der dazwischen vorhandenen Abweichung. Das zunächst entsprechend dem Signal f\ grob positionierte Plättchen wird somit in Abhängigkeit vom frequenzniodulierten Signal fein einjustiert

Die geringere Positioniergenauigkeit nach Größe und Phasenlage des Signales /i rührt von dem Umstand her, daß die Beleuchtungslampe 1013 in den Intensität schwankt und daß bei Beleuchtung des Plättchens Wf und der Maske 1009 durch diese Lampe 1013 die Teildifferenz des Reflektionsfaktors der Oberflächen von Plättchen und Maske ein Signal f\ erzeugen kann, entsprechend einer falschen Abweichung, vermischt mit dem richtigen Signal, wodurch eine größere Positioniergenauigkeit behindert wird. Andererseits besitzt das Frequenzmodulationssystem den Nachteil eines begrenzten Erfassungsbereiches, so daß es vorteilhaft ist, es zur Kompensation dieses Nachteiles mit dem Amplitudenmodulationssystem zu kombinieren. Die Frequenzänderung frequenzmodulierter Signale steht in exaktem Zusammenhang mit der relativen Abweichung zwischen Plättchen und Maske, so daß man hierdurch sehr wirksame Signale für eine Positionierung mit hoher Genauigkeit erhält

Die Methode mit der Amplitude der Grundfrequenzkomponente ist insofern wesentlich, als sie über einen großen Abweichungsbereich wirksam ist, bis zu dem Fall, in dem die Muster von Plättchen und Maske tangentialen Kontakt haben, d. h. bis zur Summe ihrer Radien, während das Frequenzmodulationssystem dadurch benachteiligt ist, daß ein genaues Steuersignal nicht erzielbar ist, wenn die Muster der radialen Linien zur Bildung der Frequenzkomponenten f₂ und h sich überlappen und Interferenzen erzeugen. Dadurch ist das letztere System in seinem Wirkungsbereich mehr eingeengt. Die Erfindung kombiniert die Vorteile beider Systeme und erzielt dadurch eine exakte Positionierung über einen großen Abweichungsbereich.

Hierzu 14 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Photoelektrische Positioniereinrichtung, bei welcher ein rotationssymmetrisches referentielles, auf einer Maske gebildetes Muster und ein rotationssymmetrisches Bezugsmuster, das auf einem gegenüber der Maske beweglichen HaIbleiterplättchen angeordnet ist, von einem photoelektrischen Wandler abgetastet werden, um das Ausmaß der Verschiebung zwischen Maske und Halbleiterplättchen zu ermitteln, wonach abhängig von dieser Abweichung zumindest einer der aus Maske und Halbleiterplättchen bestehenden Teile verschoben werden, um eine Ausrichtung zwischen Maske und Halbleiterplättchen zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, daß der photoelektrische Wandler (119, 125, 120, 121, 122) einen dünnen Schlitz (12Ia^ aufweist, der in radialer Richtung verläuft und der mit dem Mittelpunkt des referentiellen Musters oder des Referenzmusters als Rotationsmittelpunkt eine relative Rotation ausführt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß referentielles Muster und Referenzmuster in der Form ähnlich und praktisch kreisförmig sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das referentielle Muster einen Basisteil von annähernd Kreisform und eine Vielzahl vom Basisteil radial nach außen verlaufender Linien aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch das Referenzmuster ein Basisteil von annähernd Kreisform und eine Vielzahl vom Basisteil radial nach außen verlaufender Linien aufweist und daß die Anzahl der radialen Linien des Basisteiles von referentiellem Muster und Referenzmuster voneinander abweicht.