DE2224083C3

DE2224083C3 - Photoelektrische Positioniereinrichtung

Info

Publication number: DE2224083C3
Application number: DE2224083A
Authority: DE
Inventors: Nori Machida Tokyo Kato; Isao Tokyo Yamaguchi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1971-05-17
Filing date: 1972-05-17
Publication date: 1981-03-26
Also published as: NL7206653A; US3739247A; GB1396691A; DE2224083A1; DE2224083B2

Description

Die Erfindung betrifft eine pholoelektrische 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 priming«) 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 Positionie ren eines Halbleiterplättchens, das mit einer Photoabdeckschicht 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 Kopier lichtquelle mit dem Plättchen ausgerichtet und einge schaltet, wodurch das vorgegebene Muster der Maske auf die Photoabdeckschicht des Halbleiterplättchens übertragen wird. Dieses Verfahren verlangt beim Positionieren jedes Schaltungsplättchens ein gutes

is 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 Schaltungsplätt chens, da die mechanische Genauigkeit begrenzt ist. So kann beispielsweise beim Zurückschwenken des Mikroskops in die Beirachtungssteiiung ein geringer Fehier 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.

•to Ähnliche Positioniervorrichtung b,rd ferner aus den

US-PS 34 66 514 und 34 57 422 bekannt, bei welchen

ebenfalls die Orientierung eines M jsters 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 Aus richtung erhalten wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs I gelöst.

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

F ι g. I den Aufbau einer konventionellen Positioniereinrichtung,

F ι g. 2 die Anordnung der erfindungsgemäßen Positioniereinrichtung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild für die elektrische Schal

tung der Einrichtung nach F i g. 2.

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

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

Fig. 7, Fig. 7B bzw. Fig.8 je eine schematische

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. H 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 Fig.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 Fig. 14,

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

Fig. 17 den Aufbau des wesentlichen Teiles einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 18 eine schematische Darstellung der Lichtaufnahmefläche 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,

Fig. 22 eine bei der Einrichtung nach Fig. 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 F i g. 20 gelieferten Bezugssignale zur Phasenermittlung,

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.

Fig.29 ebenfalls eine schematische Darstellung des Positionserfassungssystems nach einer weiteren Ausführungsfoi m der Erfindung,

F i g. JO ein für das System nach F i g. 29 geeignetes Blockschaltbild der elektrischen Schaltung.

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

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

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

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

Fig.34A einen vergrößerten Teilschnitt des Musterbereiches des Plät'chens nach F i g. 33,

Fig.34B eine vergrößerte Draufsicht auf das Plättchen nach F i g. 33,

F i g. 35 das Plättchen nach F i g. 33 bei Beleuchtung durch Referenzlicht,

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

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

ίο 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 Halbleiterplättchen gemäß F i g. 44A bewegt wird.

F i g. 1 /egt ein konventionelles System zum Positionieren von Halbleiterplättchen bei d Herstellung von Halbleiter.

Ein Halbleiterplättchen 1 liegt auf einem Tisch oder Support Z dtr durch Einstellknöpfe 3, 4 und 5 in den Richtungen X und Ybewegbar ist. Über dem Support 2 ist eine Maske 6 mit einem geätztem Abschnitt 6i 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 F i g. I und 2 ist das Halbleiterplättchen. das ebenso wie das Muster äußerst klein ist, vergrößert dargestellt.

Um mit dieser Einrichtung das Halbleiterplättchen I 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 6? ir. der Maske 6 und eine Bezugsmarke Ii auf dem Halbleiterplättchen 1 fluchten. Darauf wird die Lichtquelle 7 eingeschaltet und projiziert das Muster 6i 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 F i g. 2 ist die optische Anordnung der Positioniereinrichtung gemäß der Erfindung unter Anwendung des Mustermasken-Kopie^rsystems zur Herstellung integrierter Schaltungen dargestellt. Ein Halbleiterplättchen 1' ist auf einem beweglicher. Tisch 12 gehalten, der durch Servomotoren 12Xund 12>'in den Richtungen X und Y verschiebbar ist. Das Halbleiterplättchen 11 besitzt eine glänzende Oberfläche mit einem schwarzen, kreisförmigen Feld WA, das photographisch hergestellt ist. Eine über dpm Tisch liegende Maskenplatte 16 besitzt ein Muste, 16,. das zur Übertragung eines vorgegebenen Musters auf das Haibleiterplättchen darin geformt ist, und außerdem eine kreisförmige Öffnung I62, im Durchmesser größer als der schwarze Kreis HA Es ist eine Lichtquelle 17 vorgesehen, deren Licht die Photoabdeckschicht zum Kopieren des Musters auf das zu positionierende Halbleiterplättchen durch entsprechende Wahl der Wellenlänge nicht beeinfluß!. Eine Sammellinse 18, ein halbdurchlässiger

Spiegel 19 und ein Mikroskop 20 zur Belieferung sind ähnlich Fig. I angeordnet. Eine Bildformfläche 21 des Mikroskops 20 ist am Rand mit Schlitzen 2M, 21ß. 21C" und 21 Dausgestattet.

Die Maske 16 ist unbeweglich angebracht. Das darauf befindliche Muster 16| kann durch Einschalten einer ultravioletten Lichtquelle 22 auf das llalbleiterplättchen 11 übertragen werden.

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

demäß F i g. 3 sind photoleitcnde Elemente, wie etwa photoelcktrischc Wandlerzellcn 22,4. 22ß, 22Cund 22D gegenüber den Schlitzen 2M. 2lß, 2ΙΓ und 2IÜ angeordnet. Die Ausgänge der Zellen 22/4 und 22Csind mit dem Eingang eines Differenzverstärkers 23 verbunden, während die Ausgänge der Zellen 220 und 22Oan den Eingang eines andexn Differenzverstärkers 24 angeschlossen sind. Die Ausgänge der Differenzverstärker 23 und 24 stehen mit den Servomotoren Ι2Λ bzw. 12 Kin Verbindung.

Wenn in dieser Anordnung die Lichtquelle 17 vordem 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 Halbleiterplättchcn Il an sich reflektiert, wird der durch die Öffnung I6> tretende Lichtstrahl teilweise von dem schwarzen Feld IM 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 (F i g. 4). auf optischem Wege ein Muster. Fig. 4A bezieht sich vor allem auf den Fall, wenn die Referenzöffnung I62 der festen Marke 16 mit dem schwarzen Kreis IM des Plättchens 11 genau ausgerichtet ist. Die Fig.4B, 4C und 4D zeigen Fluchtungsfehler.

Die photoclektrischen Wandlerzellen 22/4. 22Γ und 22ß bzw. 22D am Rand der Bildformplatte 21, wo die Bilder der öffnung I62 und des schwarzen Feldes IM

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zugehörigen Differenzverstärkern 23 und 24 wie oben erwähnt verbunden. Wenn nun die übereinanderliegenden Bilder nicht fluchten, wie dies beispielsweise Fi g. 4D zeigt, gelangt die resultierende Ausgangsdifferenz zwischen den photoelektrischen Wandlerzellen 22ßund22D.die den Schlitzen 21ßund 21Dzugeordnet sind, auf den Verstärker 24 und steuert den Servomotor 12X, der den Support 12 so lange in der Richtung X verschiebt, bis die Ausgangsdifferenz der beiden Zellen 22ßund 22Dgleich Null wird.

Ebenso verschiebt der Servomotor 12 Y den Support 12 solange in der Richtung Y, bis die Ausgangsdifferenz zwischen den beiden anderen photoelektrischen Wandlerzellen 22/4 und 22C gleich 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 IM 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 Fig. 5 eine Bildformfläche 121. entsprechend der Fläche 21, einen einzigen durchgehenden Schlitz 12M. Zwischen der Bildformfläche 121 und einem Spiegel 119, der dem halbdurchlässigen Spiegel 19 entspricht, sind ein Bildrotor oder ein Prisma 125, ein Antriebsmotor 126 für das Prisma 125 und ein Gleichrichter 127. an den Rotor des Motors 126 angeschlossen, vorgesehen. Der Gleichrichter 127 trägt eine Referenzpositionselektrode 127| zur Anzeige der Umdrehung des Motors 126. Kollektorelektroden Ι28ι und 128? nehmen nacheinander einen Strom der Elektrode I27i auf und führen ihm den F.ingangsansehlüssen der Phasendetcktorschaltungen 129 bzw. 130 zu. Die Ausgänge der beiden Schaltungen 129, 130 sind mit Servomotoren 112X und 112 V verbunden, die den Motoren 12Λ" und 12 V der vorherigen Ausführungsform entsprechen.

Wenn in vorliegender Ausführungsform die Lichtquelle 117 eingeschaltet wird, so werden die Bilder der Mnskrnöffniing und flrs srhwarzrn FrItIr"; im HaIhleiterplättchen auf der Bildformplatte 121 übereinander abgebildet, über einen halbdurchlässigen Spiegel 119, ein Prisma 125 und einen Spiegel 120. ebenso wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel. Wenn die beiden Bilder gemäß Fig. 4A übereinanderliegcn bzw. fluchten, erzeugt der Ausgang der Photoröhre 122,4 ein Signal l.\ von konstanter Größe (Fig. bA), wenn die übereinanderliegenden Bilder auf der ßildformflächc sich bei Hrehung des Prismas 125 drehen. Wenn die beiden Bilder, wie in Fig. 4B, C oder D gezeigt, nicht fluchten, erzeugt die Photoröhre ein Ausgangssignal gemäß Fig.6B, C oder D. Andererseits bewirkt die Drehung des Prismas 125 eine Drehung der Rcferenzclektrode 127,. |ede halbe Drehung des Prismas 125 bewirkt, daß die Kollektorelektroden 128| und 128? 90°-Phasensignale auf die entsprechenden Phesendetektorschaltungen geben, die so um 90° verschobene Phasensignale liefern und die Servomotoren H2X und 112 Y in Abhängigkeit von der Differenz dieser Signale und des Ausgangssignales U steuern, das das Fluchten der beiden übereinanderliegenden Bilder anzeigt.

Bei dieser Ausführungsform empfängt die Photoröhre über das drehbare Prisma 125 den Umfangsteil der ubereinanderiiegenden Bilder der tviaskenoiinung und der schwarzen Bezugsfläche des Halbleiterplättchens, wenn sich diese Bilder drehen. Alternativ kann man auch gemäß Fig. I3A, B und C ein Prisma mit einem Schlitz 51, eine konvergierende, faserartige Röhre in Form des Schlitzes 52 oder eine drehbare Scheibe mit einem Schlitz 53 verwenden, die jeweils über den übereinanderliegenden Bildern gedreht werden, so daß das Licht des Bildes von einer photoelektris'-hen Wandlerzelle 222A. 222B, 222Caufgenommen wird.

Wenn in diesen alternativen Fällen das Bild 216| der Maskenöffnung und das Bild 211/4 des Halbleiterplättchens, die beide auf der Bildformplatte gebildet sind, gemäß F i g. 7 konzentrisch liegen, so wird ein elektrisches Signal entsprechend der gemeinsamen Mitte Pder beiden Bilder (F i g. 7) und der Rotationsmitte des entsprechenden drehbaren Teiles gemäß F i g. 13A, B oder C erzeugt (d. h. Prisma, faserartige Konvergenzröhre oder geschlitzte Scheibe). Dies ist der Fall, weil das schwarze Feld auf dem Plättchen nicht pechschwarz ist. sondern viel heller sein kann. Wenn die Mitten P\ und P2 des Plättchenbildes 211/4 und das Bild der Maskenöffnung miteinander und mit der Rotationsachse q der Scheibe mit dem Schlitz 53 gemäß F i g. 7A fluchten, erzeugt die Drehung des

Schlitzes 5 3 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 (P 1. P2) gemäß den F i g. 7A und 7B zentriert sind, die Mitte dieser Bilder nicht immer mit dem Ro'ationszentrum q des Schlitzes 53 zusammenfallen (t-'ig. 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 1 i g. 7B erzeugt jedoch die Abtastrotation des Schlitzes 5 3 ein elektrisches Signal gemäß Fig. 6B. Dadurch wird, selbst wenn sich das Plättchen in der vorgegebenen Position befindet, ein Abwcichungssignal gemäß F i g. 6B erzeugt und kein Fluchtungssignal gemäß F i g. 6A.

Die F i g. 9 bis 12 /eigen ein Ausführungsbeispiel, das die obengenannten Nachteile vollständig vermeidet. Es wird mit einem Halbleiterplättchcn 311 mit annähernd gleichmäßig getrennten schwarzen Linien 3110 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 316, 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 Pl 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. 11 B, C und D erzeugt. Gemäß Fig. 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 Fig. 11 erfaßt, worauf die Signale zur Erzeugung der entsprechenden Servospannungen nach der Phasenlage erfaßt werden.

Da die in Fig. 11 gezeigten elektrischen Signale 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 521 öder 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 Fig. 18 gezeigt, wo der Abtastbereich der Vidikonröhre begrenzt ist auf den Abschnitt A'D' des zusammengesetzten Bildes von schwarzem Feld 51 \A des Plättchens und der Maskenöffnung 516. so daß der Abschnitt A 'D' in Übereinstimmung mit der Drehung der Spule 5210 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 llalbleiterplättchens 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 Rcferenzposition 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 K 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 Fig. 20 enthält

schwarzen Feld 31M nach außen gehen, pulsmoduliert sind wird kein Fehler gemäß Fig. 7 erzeugt, wenn die 4", 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 w wird. Fig. 14 zeigt einen Bildrotor 425 entsprechend dem drehbaren Prisma 125 nach F i g. 5 und ferner eine Vidikonröhre 4214 mit einer Ablenkungsspule 421B für die X-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 421A gelangt, so daß lediglich der Abschnitt AD des Schlitzes 53' zur Abtastung der Bilder des schwarzen Feldes 41 \A des Plättchens und der Maskenöffnung 416 das Abtasten in der Richtung χ (Fig. 15)bewirken können, wobei die Vidikonröhre ein Ausgangssignal nach F i g. 16b erzeugt Das Ausgangssignal nach Fig. 16b wird wie oben beschneben in der Phasenlage erfaßt, wenn der Schlitz 53' über das zusammengesetzte Bild des schwarzen Feldes des Plättchens und der Maskenöffnung tastet und wird dann Lichtquelle 701 angeordnet, und einen Gegenstand 703, der, wie in Fig. 21 noch genauer gezeigt, ein Glassubstrat G umfaßt mit einem lichtabfangenden, ringförmigen Teil O\ und einem lichtabfangenden kreisförmigen, daran festgemachten Teil O₀, außerdem mit η lichtabfangenden, radialen Linien 703i. gleichmäßig voneinander getrennt, die zwischen den Teilen O\ und Ob 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 5 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 5 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 Oz 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 <; 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 photoelektrisehen Detektor 711 angeordnet. Die photoelektrischer! Detektoren 709,711 und 71Γ sind gemäß F i g. 27 mit einer Steuerschaltung verbunden.

Wie Fig. 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 r> Ausgänge der photoelektrisehen Detektoren 711 und 711' gelangen zu den Steuereingängen der Phasendelektoren.

Wenn in der oben beschriebenen Anordnung die Scheibe 701 mit dem Gegenstand 703 gedreht wird, der tin radiaies Muster 7Ö3| in einer bestimmten Position tnthält, 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 5 abgebildet wird. Wenn das Zentrum Cdes radialen Musters 703i gegenüber dem Rotationslenlrum O₂ des Schlitzes 5exzentrisch ist, d. h. wenn der jo Schlitz Saus seiner Position zur Abtastung des radialen Musters 703| abweicht, so erzeugt der photoelektrische Detektor 709 ein frequenzmoduliertes Ausgangssignal gemäß F i g. 23b. Wenn das Zentrum O₂ mit dem Zentrum Czusammenfällt, so wird ein frequenzkonstan- )5 les Ausgangssignal gemäß F i g. 23a erzeugt.

Es sei angenommen, daß der Schlitz S sich mit der Drehzahl r dreht. Wenn die Zentren O₂ und C lusammenfallen, so hat die Wechselstromkomponente des Ausgangs des photoelektrisehen Detektors 709 eine 4« konstante Frequenz von nrHz. Wenn die Zentren O₂ und C voneinander abweichen, so erkennt man aus Fig.24, daß unabhängig von der konstanten Umdrehuncr«7»hl re\p<z Srhlityi»·. irlip An7ahl Hpr vnm 9rhlit7 <?

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 O₂ 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 O₂ und Coder zwischen dem Schlitz S und dem Muster der radialen Linien 703i frequenzmoduliert Andererseits verursacht die Drehung der Scheibe 707, daß die Ausgänge Xr und Yr der photoelektrisehen Detektoren 711 und 711' Signale erzeugen, die gemäß Fig.26 in einer zeitlichen Zuordnung von r Hz stehen.

Die Ausgänge der photoelektrisehen Detektoren 711 und 711' 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 Y entprechend der Größe der Abweichung zwischen Cund Ch- Die Größe dieser Ausgangsspannungen stellt die Größe der Abweichungen in den Richtungen X urol Y der rechtwinkligen Koordinaten dar, wobei die Achsen A' und Y die entsprechenden Richtungen angeben. Die Atisgangssigna!.* X und Y werden Meßgeräten zugeführt, deren Zeiger damit die Abweichungswinkel entsprechend der Komponente A" 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 5 das Muster der radialen Linien 703i exakt abtasten kann.

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

In Fig. 28 sind die Kollimatorlinsc 705 und der Spiegel 706 nach der Ausführungsform in Fig. 20 nicht vorhanden und eine Photomaske 801 mit einem radialen Linienmuster 803i wird voneinander nicht gezeigteil 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 A"und Vverschiebbar ist.

Mit Hilfe dieser Anordnung können das Muster der radialen Linien 8O3| 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 B;!dfcr~!^;~" »nc ~..r a

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 O> 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 O₂ 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 Vv?n F i g. λ<) darin, daß ein radiales Muster auf dem Plättchen und nicht auf dem kreisförmigen schwarzen Feld vorhanden ist. Gleiche Teile sind in Fig. 28 und 29 mit gleichen Bezugsziffern versehen. Ein Plättchen 818 ist mit einem radialen Muster geätzter Linien 819' i versehen. Die Anzahl dieser radialen Linien ist gleich n_a 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 m einem halbdurchlässigen Spiegel 804 übereinander gebracht und auf der Scheibe 807 am Schlitz S' fokussiert werden. Ein photoclektrischer Detektor 809 hinter dem Schlitz S' ist gemäß Fig. 30 mit dem Eingang eines Bandpaßfilters 901 für ein Signal der ι-, mittleren Frequenz nr Hz und mit dem Eingang eines Bandpaßfilters 902 für die mittlere Frequenz nor verbunden. Die Ausgänge dieser Filter wiederum sind an Begrenzer 903 bzw. 904 zur Beseitigung der variablen Amplitudenkomponenten angeschlossen. Die >n 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 Signalkompone.iie entsprechend dem iadialen Muster des Plättchens 918. Die den Mustern der radialen Linie 903t und 919' entsprechenden Signalkomponenten enthalten eine Komponente entsprechend der Abweichung zwischen dem Zentrum O₂ Ji 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 Vinden Richtungen Xund Vder 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

"* —α. Π« J -...

Abweichung des Zentrums Oi 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 V" in den Richtungen Xund Vder Abweichung zwischen Oi und C'durch den Begrenzer 904, den Frequenzdiskriminator 906 und Phasendetektoren 908, 910 unterteilt. Die Betätigungsschaltungen 915 und 916 führen die Vorgänge (X-X') und (V-Π 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 Oi 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 Zeichnui.p weggelassen. Die Abweichungen wurden durch Meßinstrumente angezeigt. Statt dessen kann man auch Braunsche Röhren verwenden, wobei die Abweichungssignale diesen Braunschen Röhren zugeführt werden und diinn die Abweichungen durch die Lage der hellen Linien anzeigen. Als weitere Alternative kann man die Signale Servoschaltungen zufuhren, 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 erkennt einen Supporltisch 1001 für Plättchen, Tangentenschrauben 1002 und 1003 zi>m 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 vergrößenen Darstellung in Fig. 34A und 34B erkennt.

Gemäß F i g. 34A ist das Referenzmuster PR mit einer Gruppe winziger Abschnitte /1, /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 ciTic gci iitgct c ι icuigncii uuci ucn gewannen ncici CiIimusterbereich ergibt, als im übrigen Berei :·\ des Plättchens(Fig. 34B).

Gemäß den Fig. 36A und B ist das Plättchen Wf aui 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 Wbesitzt außerdem vier radial nach außen gerichtete Bereiche Pi-P 4, am Umfang angeordnet. Ebenso ist das Referenzmuster 1011 auf der Photomaske 1009 am Umfang mit radial nach außen ragenden Flächen lOlli —101 I_nversehen.

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 μιτι unterliegt, so daß der Reflektorfaktor der Plättchenoberfläche bei monochromatischem Licht von einigen % bis 30% schwankt. Andererseits widerstehen die dunklen Bereiche des Referenzmusters, d. h. die winzieen. abeestuften Ab-

schnitte dem von den Stärkenumerschieden herrührenden Einfluß und halten einen Reflexionsfaktor von annähernd 10% aufrecht. Deshalb ist der Reflexionsfaktor im Oberflächenbereich des Plättchens Wf geringer als in den dunklen Bereichen des Referenzmusters, was zur Urc'iehr 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 Reflexionsfaktor im übrigen Bereich des Plättchens größer ist als im dunklen Bereich des Referenzmusters PR (vgl. F i g. 38A und 37A) und wenn der Reflexionsfaktor im übrigen Bereich des Plättchens kleiner ist als im dunklen Bereich des Referenzmusters PR (vgl. F i g. 38B und 37B).

Somit wird die Verwendung des Plättchens Wf in der Ausführungsform nach Fig. 5 der Licht-Schatten-Kontrast des Plättchens entsprechend der Stärke der Photoabdeckschicht gemäß F i g. 4OA und B umgekehrt, so daü die durch die Schlitze erzeugten elektrischen Ausgängssignale den Kurv en verlauf nach Fig. 41A und B annehmen. Die Ausgangssignale entsprechend dem Signal D nach F i g. b besitzen den Kurvenverlauf "lach Fig.41A und B und sind um 180^c 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 de" Fig. 31 und 32 soll die Erfassung des Kontrastzustandes ermöglichen. Fig. 31 zeigt eine Maske 1009 mit einem Kopier- oder Druckmuster 1010 und einem Referenzmuster 1011. einem halbdurchlässigen Spiegel 1012 über der Maske 1009. eine Kopierlichtquelle 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 gegenüberangeordnet.

F i g. 32 zeigt eine elektrische Schaltung für die Einrichtung nach Fig. 31. Diese Schaltung enhält Bandpaßfilter SPFl. SPF2 und BPF3. deren Eingänge mit den fotoelektrischen Wandlerelementen 1018 verbunden sind. Das Filter ßPFI läßt lediglich ein Signal der Frequenz f\ Hz durch, entsprechend der Anzahl Umdrehungen der drehbaren geschlitzten Platte 1017. Das Filter ÖPF2 laßt lediglich eine Signalkompo nente in der Gegend von fi Hz durch, die entstehen, wenn der rotierende Schlitz 1019 die radialen Vonprünge 10111 -1011 „ des Referenzmusters 1011 der Maske abtastet. Das Filter SPF 3 läßt lediglich eine Signalkomponente im Bereich von Λ Hz durch, die auftreten, wenn der rotierende Schlitz 1019 die radialen Vorsprünge PI-P4 am Umfang des Referenzmusters PR auf dem Plättchen Wt abtastet. Jede andere Signalkomponente wird von den Filtern BPFl—3 gesperrt. Die Schaltung enthält ferner Verstärker Ampl. Amp2, Amp3. Phasendetektoren PDl, PD2 (den Elementen 907, 909 in Fig. 30 entsprechend) als Phasendelektoren entsprechend den Phasensteuerreferenz.signalen der drehbaren, geschlitzten Platte 1017

über die photoelektrischen Wandlerelemente 1021 1023 und über Impulsformerschaltungen PFl, PF2 uni Phaseninverterschaltungen Pll, P/2, eine Differenz schaltung PF und Scheitelsensoren PSl, PS2, die au Spitzenwerte von Eingangssignalen ansprechen, dii einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten, um unabhängig vor. der Polarität der zugeführten Eingangs signale Signale liefern. PSl bewirkt außerdem eil Polaritätswechselsignal für das Flipflof» FF2, wem dessen Eingang ein in negativer Richtung ansteigende: Signal ist und eine ausreichende Größe zur Erfüllung der vorstehend genannten Bedingungen aufweist. Mai erkennt ferner Flipflops FFl-FF5, Schalt Schaltun gen S1, S3. die abhängig von der Stellung des Flipflop! FFl aus der Position von Fig.32A verschiebbar sind eine Schalt-Schaltung SZ die in Abhängigkeit von dei Stellung des Flipflops FF3 zu ihrem Kontakt I verschiebbar ist, Amplitudensteuerschaltungen LMl LM2 für die Ausgangssignale von Amp2 und Amp3 Frequenzdisknminatorschaliungen FDl. FD2, eir Bandpaßfilter BPF4 für eine Signalkomponente dei mittleren Frequenz /i. phasensensitive Detektorer PD 3. PD4. Zeitgliederschaltungen TI — T3, logische Sperr- oder Undnichtgatter IGl. IGZ IG 3 unc Odergatter LG4. ferner einen Kesetimpuls WP zui Rückstellung der Flipflops FFl-FFS und Meldelam pen LA. LB. Man erkennt ferner eine Subtrahierschal tung SCzum Subtrahieren der Eingangskomponente /ι h und eine Signale-tektorschaltung SS zur Erfassung eines Einganges und zur Abgabe eines Ausgangsimpulses auf den Stelleingang des Flipflops FF4, wenn dessen beide Eingange gleich Null sind.

Die Einrichtung arbeitet wie folgt: Ein Plättchen W/ wird so auf den Support gelegt, daß die Mitte des Referenzmusters PR des Plättchens sorgfältig um oy in der Richtung Y von der Mitte des Referenzmusters 1011 auf der Photomaske 1009 nach Fig. 4OA abweicht, worauf das Plättchen IVA von der Lichtquelle 1013 über das Filter 1014 beleuchtet wird. Die übereinanderliegenden Bilder von Referen/muster 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 Siartschalter S_n für den Supporttisch 1001 des Pljttchens wird geschlossen und betätigt die Zeitgliedschaltung Tl und steuert entsprechend den Motor My über die Schalt-Schaltung S 3 und die Motorsteuerschaltung Dy Infolgedessen bev.egt sich der Tisch 1001 in Richtung Y. Gleichzeitig, da sich das Plättchen 1017 dreht, erzeugt das photoelektrische Wandlerelcment 1018 eine Signalkomponcnte der Frequenz /i entsprechend der Größe der Abweichung /wischen dem Plättchen Wf auf dem Supporttisch 1001 und dem Referenzmusier 1011 auf di-r Maske 1009. sowie Signalkomponenten der Frequenz /j und r, entspre chend der konstanten Anzahl Umdrehungen der geschlitzten Platte 1017. Die Signale der Frequenzen f,. ft und Λ gelangen über die Bandpaßfilter BPf 1 — 1 und Ampl — 3 zu den Phasendeleklorschalliingen PDl. PD 2 und zu den Ampliludenbegren/ersc hallungen LMX. I.M2. Während der Drehung der geschlitzten 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 photoelektrischen Bewegungselemente, etwa die photoelektrischen Wandlcrelementc 1021, 1023 oder Photodioden gegenüber den entsprechenden Lichtquel-

ί5

te

Ien t020, 1022 gelangt Dadurch erzeugen bei jeder Drehung der geschlitzten Platte 1017 die entsprechenden Elemente 1021, 1023 Synchronisiersignale, die gemäß C1 und CI in F i g. 32A um 90° phasenverschoben sind.

Andererseits wird die zuvor erwähnte Signalkomponente, 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 Photomaske 1009 und der Mitte des Referenzmusters PR auf dem Plättchen Wf(F i g. 4OA bzw. F i g. 6) und eine Frequenz f\ entsprechend der Anzahl Umdrehungen der geschlitzten Platte 1017 besitzt, durch das Bandpaßfilter BPFX, 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 S3 eine Steuerspannung zum Zeitglied Γ gelangt. Wenn das Bezugsmuster auf dem Plättchen Wf und das Bezugsmuster auf der Photomaske in der K-Achse miteinander fluchten, wird die Ausgangsspannung der Phasendetektorschaltung PD 2 annähernd gleich Null. Die weitere Bewegung des Plättchens WTinder Y-Achse bewirkt, daß der Ausgang von Amp\ ein Ausgangssignal W2 der Frequenz /i entsprechend der Größe der Abweichung erzeugt. Wenn das Ausgangssignal der Phasendetektorschaltung PD 2 gleich Null geworden ist. wird ein Triggerimpuls JO WA rfon der Differenzierschaltung DF abgeleitet und damit das Flipflop FFX über den Scheitelwertsensor PS X entsprechend Amplitude und Polarität jedes Impulse- gesetzt, wie in F i g. 32B bei (3) und (4) angedeutet. Entsprechend der Phasenlage des Phasenreferenzsignales ("21 wird das Ausgangssignal der Phasendetektorschaltung PD 2 positiv oder negativ. In V ι g. 32B ist dieses Signal durch eine ausgezogene 1 inie (2) als positives Signal dargestellt.

Obige Beschreibung bezieht sich auf den Fall, daß d.iv Referrnzmustcr PR auf dem Plättchen VW«chwarz ist Wenn ilir Helligkeit des Referenzmusters größer ist als diejenige uer übrigen Hache 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 Piättchcns umgekehrt (vgl. Fig. 38B und 40B). In let/tercm fall bewirkt die Bewegung des Plättchens Wf mit in Richtung V verschobener Position, daß der Phasendetektor PD 2 ein Ausgangssignal mit negativen Vor/eichen erzeugt, wie die gestrichelte Linie W 3 in F ι g. 52B zeigt, so daß das Referenzmuster PR des Platichens Wf und das Referenzmuster 1011 der Maske in der Rivhtung V miteinander fluchten. Bei weiterer Bewegung des Pläilchens in Richtung der Achse Y wird der Ausgang des Phasendetektors PD X ein positives Signal und die Differenzierschaltung DF liefert ein Signal, das in positiver Richtung ansteigt, wenn die Ausrichtung in > Achsenrichtung erreicht ist Der nachfolgende Scheitel»ertsensor gibt kein Setzsignal auf die wie vorstehend beschrieben angeschlossene Flipflopschaltung FF2.ua das Eingangssignal für PS I in positiver Richtung ansteigt, so tiaß das Flipflop FF2 zurückgestellt bleibt (Zustand »reset«).

Heim Setzen des Flipflops FFI wird der Schaltstrom- M kreis 5 I geschlossen, der von einem Relaiskontakt in Verbindung mit der Ausgangsschaltung /um Setzen theses Flipflops verbunden ist. Durch das Setzen des Flipflops FF2 werden Signale »1« auf die Steuereingänge der Phaseninverterschaltungen PIX, PJ2 gegeben, wodurch die Eingangssignale für die Inverterschaltungen Pl 1, Pl 2 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 PI X, Pl2 gelieferten Ausgangssignale in Phase mit den zugeführten Eingangssignalen. Der Ausgang der Phaseninverterschaltung Pl 2 wird auf den 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 IV3' ähnlich dem Signal W 3 bei (2) in F i g. 32B. Der Phasendetektor PDl liefert ebenfalls ein Ausgangssignal W3 i^rlich dem Ausgang des Phasendetektors PD 2. Das bei (2) in F i g. 32B gezeigte Signal wird über die Schalt-Stromkreise 51 und 52 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 WTum eine Strecke Λ ν bewegt, wodurch das Signal Wi' ebenso wie das Signal IV3 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 F ι g. 32B zeigt, so wird die Scheitelwertdetektorschaltung PSI nicht betätigt und die Flipflops FFX. FF2 werden nicht gesetzt. Dadurch läuft der Motor My weiter. Nach Ablauf einer von der Zeitgliedschaltung Π bestimmten Zeitspanne wird über die Schaltung LGX. LGA und das Flipflop FFS die 1-ampe 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 5 2 vom Kontakt A auf den Kontakt B, worauf das exakte Positionierendes Plättchens Wf beginnt.

Ρλ das photoelektrische Wandlerelement 1018 die radidien Linien 10Hi-IOH_n am Umfang des Referenzmusters der Photomaske und die radialen Linien PX-PA am Umfang des Referenzmusters des Plättchens gleichzeitig abtastet, erzeugt das Element 1018 Alisgangssignale, die entsprechend dem Ausmaß etwa vorhandener Abweichungen zwischen dem Rotations Zentrum der drehbaren, geschlitzten Platte 1017 und den Zentren der radialen Muster PI-/'4 und 101 Ii-1011* frequenzmoduliert sind, wie oben bei F i g. 20 beschrie ben. Lediglich die Ausgangssignalkomponenien im Bereich der Frequenzen fi und /j vom Element 1018 werden über die Bandpaßfilter BPF2 und BPf 3 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 BPf 2 und BPI'-"i gelangen zu den

Frequenzdiskriminaiorschaltungen FD1 und FD 2, über Amp2—3 und die Begrenzerschaltungen LMt-Z Die Diskriminatorschaltungen FDl und FD2 erzeugen Signale entsprechend dem Grad der Frequenzabweichung der Eingangssignale von den entsprechenden Mittelfrequenzen h und /j. 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 PRdts Plättchens vom Zentrum der drehbaren, geschlitzten Platte.

Die Ausgänge /Ί und ft von FD 2 und FD 2 unterliegen der Subtraktion in der Subtrahierschaltung SC deren Ausgangssignal * als analoge Amplitude das Ausmaß der relativen Abweichung zwischen dem Zentrum des Referenzmusters 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 m F i g. 30).

Der Ausgang feder Subirahierschaiiung 5cgelangt zu den Phasendetektorschaltungen PD 3, PD 4, über das Bandpaßfilter BPF4, das den Durchgang der zu f\ zentrischen Frequenzkomponenten erlaubt. Die Phasendetektoren PD 3 und PD 4 diskriminieren ähnlich wie PDX und PD 2 zwischen ier Phasenlage der Eingangssignale in Übereinstimmung mit den Referenzphasensignalen der Phaseninverter Pll und Pl2, worauf die Phasendetektoren PD 3 und PD 4 Signale erzeugen, entsprechend der Abweichung in Richtung X bzw. in Richtung. Y. Das der Schaltstromkreis S2 bereits auf seinem Kontakt b beim Setzen des Flipflops FF3 geschaltet wurde, gelangen die Ausgänge der Phasendelektoren /Yi3 und PDA 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 ti 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 FFi nach Ablauf de>Zeit 7} nicht gesetzt sein, so wird über Z.G4und FF5die Lampe LB eingeschaltet. Wenn dagegen die Signaldetektorschaltung 55 feststellt, daß die Ausgänge von PD3, PDA den Wert Null erreicht haben, so wird dadurch das Flipflop FFA 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(SSU 552) für die elektrische Schaltung nach F i g. 32A. Die Detektorschaltung enthält Operationsverstärker OPA 1—3 Dioden D und Festwiderstände R 1. R 2 und /?3. Beim Vorhandensein eines f-'mgangssignales am Eingang l\ bilden die Operationsverstärker OPA 1 und OPA 2 eine VoII-weggleichrichterschaltung und der Operationsverstärker OPA 2 liefert einen positiven Ausgang unabhängig von der Polarität des Signales am Eingang A. Der Eingang des Operationsverstärkers OPA 3 wi^rd mit einer Vorspannung von —Δ E über 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, wenn der Ausgang von OPA2 kleiner als — ziEwird.

Wenn deshalb die Größe des dem Eingang /ι zugeführten Signales kleiner wird als — ΔΕ, erzeugt der Verstärker OPA 3 abrupt ein positives Ausgangssignal, das die Feststellung ermöglicht, daß die Größe des Eingangssignales kleiner ist als ein vorgegebener Wert. Die Schaltung 552 ist mit der Schaltung 551 identisch.

Fig.39B zeigt eine spezielle Ausführungsform der Phasendetektorschaltung PDX-PDA für die elektrische Schaltung nach Fig.32A. Die Schaltunj nach

to Fig. 39B enthält Eingangsanschlüsse /und U, Eingangsanschlüsse k und Ib für Referenzphasensteuersignale, feste Widerstände R 3, RA und R 5, eine Operationsverstärkerschaltung OPA A und einen Feldeffekttransistor FET. Ein bei (a)'m F i g. 39B gezeigtes Signal und ein bei ftyoder (^gezeigtes Steuersignal gelangen gleichzeitig £U den Eingangsanschlüssen /3 und /4. Wenn das bei (b) gezeigte Signal zugeführt wird, erzeugt der Operationsverstärker OPA A ein Ausgangssignai gemäß (d). Bei Zuführung des bei (c) gezeigten Signales liefert der Operationsverstärker OPA A ein Ausgangssignal (e).

Eine spezielle Ausführungsform für die Scheitelwertsensorschaitung PS 1 für die elektrische Schaltung nach Fig.32A ist in Fig.39C gezeigt. Sie enthält Operationsverstärkerschaltungen OPA 5—OPA 8. Widerstände Λ7-Λ14 und Dioden DX-D3. Wird dem Eingangsanschluß I₇ ein Eingangssignal W3 zugeführt, so nimmt das Ausgangssignal der Differenzierschaltung DF den Kurvenverlauf gemäß WA an und gelangt zur Scheitelwertsensorschaltung PSl. Die Schaltung umfaßt Operationsverstärker OPA 6, OPA 7, OPA 8 und arbeitet auf die gleiche Weise wie die bereits erwähnte Signaldetektorschaltung SS. Wenn der Ausgang WA' des Verstärkers OPA 7 größer ist als die Vorspannung — Δ E des Verstärkers OPA 8, erzeugt die Verstärkerschaltung OPA 8 ein Impulssignal WA", wodurch das Flipflop FFl gesetzt wird.

In der Schaltung nach F i g. 32A laufen nacheinander folgende Vorgänge ab: Wenn das Plättchen WVaui den Supporttisch 1001 gebracht ist, wobei sein Referenzmuster um by vom Refercnimustt/ 1011 auf der Photomaske 1009 wie oben erwähnt abweicht wird der Schalter So geschlossen und speist die Zeitgliedschaltung Ti 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 obgleich Null wird. Gleichzeitig wird das positive oder negative Vorzeichen des Licht-Schatten-Kontrastes zwischen dem Referenzmuster und dem übrigen Plättchen Wf 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 Signalkomponente W2 der Abtastgrundwelle entsprechend dem Wert der Abweichung in Richtung X, durch das photoelektrische Wandlerelement 1018 ermittelt, als

eo Diskriminatorsteuersignal für die Abweichung in Richtung X verwendbar ist, gibt das Flipflop fl· t ein Steuersignal auf den Phasendetektor PD 1, wodurch das Plättchen infolge der Umkehr des Kontrastes nicht in einer der Positionierrichtung entgegengesetzten Rieh tung 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 Abhändigkeit 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 /j grob positionierte Plättchen wird somit in Abhängigkeit vom frequenzmodulierten Signal fein einjustiert

Die geringere Positioniergenauigkeii p.sch 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 Reflexionsfaktors der Oberflächen von Plättchen und Maske ein Signal /Ί 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 relatiyeh Abweichung zwischen Plättchen jnd 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 Abweiehungsbereich 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 da durch benachteiligt ist, daß ein genaues Steuersignal nicht erzielbar ist, wenn die Muster der radialen Linien zur Bildung der Frequenzkomponenten h und Z₁ sich überlappen und Interferenzen erzeugen. Dadurch ist das letztere System in seinem Wirkungsbereich mehr eingeengt Die Erfindung kombiniert d^:e Vorteile beider Systeme und erzielt dadurch eine exakte Positionierung über einen großen Abweiehungsbereich.

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 (121a,} aufweist, der in radialer Richtung verläuft und der mit dem Mittelpunkt des referentiellen Musters oder des Referenzmusters als Rotation&m.ttelpunkt 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. Einrich'ing nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch das Referenzmuster ein Basisteil von annähernd Kreistorm und eine Vielzahl vom Basisteil radial nach außen verlaufender Linien aufweist und daß die Anzahl de_t radialen Linien des Basisteiles von referentiellem Muster und Referenzmuster voneinander abweicht.