DE3424453A1

DE3424453A1 - Ausrichtungsgeraet

Info

Publication number: DE3424453A1
Application number: DE19843424453
Authority: DE
Inventors: Naoki Machida Tokio/Tokyo Ayata
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-07-04
Filing date: 1984-07-03
Publication date: 1985-01-17
Anticipated expiration: 2004-07-04
Also published as: GB2143637A; US4713784A; GB2143637B; GB8416983D0; DE3424453C2

Description

Ausrichtungsgerät

Die Erfindung bezieht sich auf .ein Gerät für das gegenseitige Ausrichten zweier Objekte. Im einzelnen betrifft die Erfindung das Erfassen einer Richtmarke an. giner Maske oder einem Rasternetz oder einer Richtmarke an einem Halbleiterplättchen vor dem Ausrichten eines Halbleiterschaltungs-Musters auf dem Rasternetz oder der Maske mit dem Halbleiterplättchen.

Bei der Herstellung von Halbleiterschaltungen werden aufeinanderfolgend verschiedene Muster auf ein Halbleiterplättchen gedruckt, um auf diese Weise integrierte Halbleiterschaltungen zu bilden. Diese Schritte machen es erforderlich, daß das Halbleiterplättchen und die ein Muster tragende Maske gegenseitig mit hoher Genauigkeit ausgerichtet werden, damit das Muster der Maske richtig mit dem zuvor auf das Halbleiterplättchen gedruckten Muster in Obereinstimmung gebracht wird. Vor dem Ausrichten werden an der Maske und dem Halbleiterplättchen gebildete Richtmarkierungen auf fotoelektrische Weise erfaßt, um die relative Lagebeziehung zwischen diesen zu ermitteln,

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wonach dann entsprechend der Lageermittlung eine Relativbewegung, zwischen der Maske und dem Halbleiterplättchen herbeigeführt wird.

Die Richtmarkierung auf der Maske oder dem Halbleiterplättchen wird dadurch erfaßt, daß ein von der Markierung hervorgerufenes Signal einen Spitzenpegel annimmt, welcher über einem vorbestimmten Bezugspegel liegt. Bisher wurde der Bezugspegel festgelegt, so daß er abhängig von der Art des bearbeiteten Halbleiterplättchens oder der Maske zu hoch oder zu niedrig sein konnte. Derart ungeeignete Bezugspegel können den Ausfall der Richtmarkierungs-Erfassung ergeben. Es ist üblich, bei dem Ausfall der Erfassung den Bezugspegel von Hand zu ändern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ausrichtungsgerät zu schaffen, mit dem eine genaue Ausrichtung zwischen zwei Objekten erzielbar ist, wie beispielsweise zwischen einem Halbleiterplättchen und einer Maske mit einem *® Integrationsschaltungsmuster oder zwischen einer Halbleitervorrichtung und einem Werkzeug zu deren Bearbeitung.

Ferner soll mit der Erfindung ein Ausrichtungsgerät geschaffen werden, bei dem ein mit einer Markierung in Beziehung stehendes Signal selbst dann richtig aufgenommen wird, wenn es in einer von einem mit einer Richtmarkierung versehenen Objekt hervorgerufenen Signalfolge verhältnismäßig schwach ist, und bei dem danach ein Signal zum Korrigieren einer

Lageversetzung zwischen zwei Objekten erzeugt wird. 30

Dabei soll bei dem erfindungsgemäßen Ausrichtungsgerät zum richtigen Aufnehmen eines eine Markierung betreffenden Signals aus einer Folge von Signalen niedrigen Pegels ein geeigneter Schnittpegel bestimmt werden.
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Weiterhin soll bei dem erfindungsgemäßen Ausrichtungsgerät der Schnittpegel automatisch entsprechend der Stärke des richtigen Signals aus den abgegebenen Signalen verändert werden.

Ferner soll mit der Erfindung ein Ausrichtungsgerät geschaffen werden, bei dem die Wahrscheinlichkeit verringert ist, daß durch ein in die Folge der Signale eingelagertes elektrisches Störsign'al oder dergleichen das richtige Signal übersehen wird oder das Störsignal fälschlich als Richtmarkierungs-Signal aufgenommen wird.

Weiterhin soll mit der Erfindung ein Ausrichtungsgerät geschaffen werden, bei dem ein Lagekorrektursignal entspre-

chend der für die Ausrichtung erforderlichen Genauigkeit erzeugt wird und insbesondere die Anzahl von Abtastvorgängen entsprechend der erforderlichen Genauigkeit wählbar ist, so daß die für die Ausrichtung benötigte Zeitdauer

verringert werden kann.
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Ferner sollen bei dem erfindungsgemäßen AusTiehtungsgerät mehrere Vorbereitungsschritte für die Bestimmung des Schnittpegels parallel ausführbar sein, um damit die für den Betriebsvorgang benötigte Zeitdauer .zu verkürzen.

Weiterhin soll' bei dem erfindungsgemäßen Ausrichtungsgerät die Kurvenform der Folge der aufgenommenen Signale in einem Speicher gespeichert werden, damit selbst dann, wenn

der Schnittpegel ungeeignet ist, die Folge der Signale er-30

neut mit einem entsprechend der gespeicherten Information veränderten Schnittpegel aufbereitet werden kann, wodurch die Erfordernis einer zusätzlichen Messung bzw. Erfassung entfällt.

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Hierbei soll in dem erfindungsgemäßen Ausrichtungsgerät die Folge der erfaßten Signale zu digitalen Daten digitalisiert werden, die dann überlagert und gespeichert werden, g wonach die gespeicherte Information durch einen Schaltungsaufbau mit einer Vergleichsschaltung, einer Zählschaltung, einem Speicher usw. verarbeitet wird, so daß die Geschwindigkeit der Signalverarbeitung gesteigert wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Stufenbzw. Schrittfort scha Ltungs-Haskenausri chtungsgeräts, bei dem das erfindungsgemäße Ausrichtungsgerät eingesetzt wird.

Fig. 2 zeigt eine optische Anordnung, die bei einem Aüsrichtungsgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird.

Fig. 3A zeigt ein Beispiel für einen Satz von Richtmarkierungen auf einer Maske und einem Halbleiterplättchen, der bei dem Gerät gemäß dem Ausführungsbeispiel verwendet wird.

Fig. 3B zeigt ein den Richtmarkierungen gemäß Fig. 3A entsprechendes Erfassungssignal.

Fig. 3C zeigt ein von einer Synchronisierdetektorschaltung abgegebenes Synchronisiersignal.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer bei dem Ausführungsbeispiel verwendeten Lagemeßschaltung.

Fig. 5A ist ein Ablaufdiagramm, das einen Steuerungsablauf 35

Λ f »

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eines Mikroprozessors für die Steuerung der Lagemeßschaltung nach Fig. 4 veranschaulicht.

Fig. 5B ist ein Ablaufdiagramm, das Einzelheiten der Ausführung einer in Fig. 5A dargestellten ersten Messung zeigt.

Fig. 5C ist ein Ablaufdiagramm, das Einzelheiten der Ausführung einer in Fig. 5A dargestellten zweiten Messung zeigt.

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild eines Hauptteils bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild einer Lagemeßschaltung, die bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird.

Fig. 8A ist ein Ablaufdiagramm, das einen Steuerungsablauf ZU

eines Mikroprozessors für die Steuerung der Lagemeßschaltung nach Fig. 7 veranschaulicht.

Fig. 8B ist ein Ablaufdiagramm, das Einzelheiten der Ausführung einer in Fig. 8A dargestellten Messung zeigt.

Fig. 9 ist ein Blockschaltbild einer weiteren Lagemeßschaltung.

Fig.1OA ist ein Ablaufdiagramm, das einen Steuerungsablauf eines Mikroprozessors für die Steuerung der Lagemeßschaltung nach Fig. 9 veranschaulicht.

Fig.10B und 10C sind Ablaufdiagramme, die Einzelheiten der

Ausführung einer in Fig. 10A dargestellten ersten Messung zeigen.

Fig.10D ist ein Ablaufdiagramm, das Einzelheiten der Ausführung einer in Fig. 10A dargestellten zweiten Messung zeigt.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausrichtungs- und Belichtungsgerät, das mit einer Lagemeßschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgestattet ist. Eine Maske 1 mit einem Muster einer integrierten Schaltung, einer Masken-_1K Richtmarkierung und Masken/Halbleiterplättchen-Richtmarkierungen wird auf einem Maskenträger 2 festgehalten, der die Maske 1 abstützt und sie in einer Ebene versetzt und dreht. Das Muster der Maske 1 wird optisch über eine Verkleinerungs-Projektionslinse 3 auf ein Halbleiterplättchen

4 projiziert, das eine fotoempfindliche Schicht, Masken/

Halbleiterplättchen-Richtmarkierungen und Halbleiterplättchen-Richtmarkierungen hat. Das Halbleiterplättchen 4 ist auf einem Halbleiterplättchenträger 5 festgelegt, der das Halbleiterplättchen 4 abstützt und es in einer Ebene ver-

„_ setzt und dreht. Ferner ist der Halbleiterplättchenträger 25

5 zwischen einer Belichtungsstellung, bei der er innerhalb eines Projektionsfelds der Verkleinerungs-Projektionslinse 3 steht, und einer Station für die Ausrichtung des Halbleiterplättchens durch Fernsehübertragung bewegbar. Diese Station weist ein Aufnahmeobjektiv 6, eine Bildaufnahmeröhre

7 bzw. ein gleichartiges Festkörper-Bildaufnahmeelement und

ein Fernseh-Sichtgerät 8 für die Beobachtung auf. Für eine zusätzliche Beobachtung ist eine Binokulareinheit 9 vorgesehen, die die Betrachtung der Oberfläche des Halbleiterplättchens 4 über die Projektionslinse 3 ermöglicht. Das 35

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Ausrichtungs- und Belichtungsgerät weist ferner eine obere Einheit 10 auf, die ein optisches Beleuchtungssystem für das Sammeln von mittels einer Lichtquelle 10a erzeugtem Masken-Beleuchtungslicht und ein Meßsystem für das gegenseitige Ausrichten der Maske 1 und des Halbleiterplattchens 4 enthält. Der Halbleiterplättchenträger 5 empfängt an einer vorbestimmten Stelle ein mittels einer nicht gezeigten Plättchenzuführvorrichtung zugeführtes Plättchen und befördert das Halbleiterplättchen 4 zu der Fernseh-Plättchenausrichtungs-Station in der Weise, daß die Richtmarkierung auf dem Halbleiterplättchen innerhalb des Bildfelds des Objektivs 6 liegt. Die Genauigkeit der Einstellung bei diesem Schritt hängt von der Genauigkeit einer mechanischen Ausrichtung ab; das Bildfeld des Objektivs 6 hat einen Durchmesser von ungefähr 1 bis 2 mm. Die Richtmarkierung in diesem Bildfeld wird mittels der Bildaufnahmeröhre 7 erfaßt, wobei die Lage der Markierung an Koordinaten mit einer Vorlage hierfür in der Form einer Plättchenausrichtungs-Bezugsmarkierung ermittelt wird, die in-, nerhalb eines optischen Systems für die Fernseh-Plättchenausrichtung gebildet ist, welches nachfolgend beschrieben wird. Eine Strecke bzw. ein Abstand zwischen der Fernseh-Plättchenausrichtungs-Bezugsmarkierung und einer Ermitt- , lungsstelle in dem Feld des optischen Projektionssystems b

für die automatische Ausrichtung wird auf genaue Weise derart vorausbestimmt, daß die Strecke, über die das Halbleiterplättchen aus der Plättchenausrichtungs-Station zu der Stelle für die automatische Ausrichtung bewegt wird, ent-

sprechend der Koordinatenlage der Plättchenausrichtungs-30

Markierung festgelegt ist.

Der Fehler bei der Lageermittlung in der Fernseh-Plättchenausrichtungs-Station beträgt nicht mehr als +^ 5 pm. Der

Gesamtfehler einschließlich des Fehlers, der während der 35

Bewegung des Plättchenträgers aus der Plättchenausrichtungs-

Station zu der Masken/Plättchen-Ausrichtungsstation auftreten könnte, liegt in der Größenordnung von +_ 10}im. Daher muß die Feinausrichtung in der Masken/Plättchen-Ausrichtungsstation nur innerhalb eines Bereichs von ungefähr +_ 10 ^m ausgeführt werden, der kleiner als 1/100 des Bildfelds eines herkömmlichen Ausrichtungssystems ist. Dies ermöglicht es, das Ausrichten unter einer höheren Geschwindigkeit als bei herkömmlichen Systemen auszuführen.

Die Fig. 2 zeigt ein optisches System für das Ausrichtungsund Belichtungsgerät gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einem Zustand, bei dem das optische System Erfassungssignale ergibt, die die Richtmarkierungen auf der

, _ Maske 1 und den Halbleiterplättchen 4 darstellen. Die dar-15

gestellte Maske 1, die Verkleinerungs-Projektionslinse 3, das Halbleiterplättchen 4 und der Halbleiterplättchenträger 5 entsprechen den in Fig. 1 gezeigten Elementen. Die Projektionslinse 3 ist zur Vereinfachung schematisch dargestellt. An festliegenden Stellen wie beispielsweise einem Objektivtubus oder einem Teil des Geräterahmens sind Maskenausrichtungs-Markierungen 11 und 11' gebildet.

Die Maske 1 hat an jeder von mit 20 und 20' bezeichneten

Stellen eine Richtmarkierung, die gemäß der Darstellung in 25

Fig. 3A die Form von Linien oder Schlitzen 75 und 76 haben, welche in Bezug auf eine Abtastlinie 60 einen Winkel von 45° einnehmen. Dementsprechend hat das Halbleiterplättchen 4 an jeder von mit 21 und 21' bezeichneten Stellen eine

Richtmarkierung, die gemäß Fig. 3A die Form von Linien oder 30

Schlitzen 71, 72, 73 und 74 hat, welche sich in Bezug auf die Abtastlinie 60 unter einem Winkel von 45 erstrecken. Üblicherweise erfolgt die Lageausrichtung aufgrund von Signalen, die durch ein linkes sowie ein rechtes optisches

System geliefert werden.
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Wenn zwischen der Maske 1 und dem Halbleiterplättchen 4 ein optisches Projektionssystem angebracht ist, das nicht ein Projektionssystem mit der Vergrößerung 1 ist, werden g die Richtmarkierungen auf der Maske 1 und dem Halbleiterplättchen 4 derart dimensioniert, daß sie bei der Projektion zu der jeweils anderen Markierung in den beiden Richtungen über das Projektionssystem die gleiche Größe haben. Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Verkleinerungs-Pro-.Q jektionslinse 3 verwendet wird, ist der durch das Teilen der Dimensionen der Masken-Richtmarkierungen durch diejenigen der Halbleiterplättchen-Richtmarkierungen erzielte Wert gleich dem Vergrößerungsfaktor bzw. der Verkleinerung der Verkleinerungs-Projektionslinse 3.

Nach Fig. 2 weist das optische System eine Laserstrahlenquelle 22 und eine Strahlenablenkvorrichtung 23 in der Form eines akustisch-optischen Elements oder dergleichen auf. Die Strahlenablenkvorrichtung 23 dient dazu, entsprechend externen Wechselsignalen die Strahlenrichtung horizontal und vertikal zu ändern. Die Strahlen werden dann über konvergierende zylindrische Linsen 24 und 25 geleitet, die so angeordnet sind, daß ihre Mantellinien zueinander senkrecht stehen. Die zylindrischen Linsen 24 und 25 bewirken,

daß der Querschnitt des Laserstrahlenbündels zu einem Li-25

nien-Querschnitt umgewandelt wird. Hinter den zylindrischen Linsen 24 und 25 sind jeweils Trapeziod-Prismen 26 und 27 angebracht, die dazu dienen, die jeweils mittels der Strahlenablenkvorrichtung 23 vertikal abgelenkten Strahlen in

der Gegenrichtung abzulenken. Ferner ist ein Polygonalspie-30

gel 28 vorgesehen, der um eine Achse 29 drehbar ist.

Von der Laserstrahlenquelle 22 abgegebene Laserstrahlen 50 nehmen in Abhängigkeit von dem Zustand der Strahlenablenkvorrichtung 23 einen der folgenden drei optischen Wege ein: 35

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Einen ersten Weg für ein Spaltquerschnitt-Strahlenbündel 30a, der über die zylindrische Linse 24 und das Prisma verläuft, einen zweiten Weg für ein Spaltquerschnitt-Strahlenbündel 30b, der über die zylindrische Linse 25 und das Prisma 27 verläuft, und einen dritten Weg für ein Punktquerschnitt-Strahlenbündel 30c, der geradeaus verläuft. Die Strahlen konvergieren unabhängig von dem durchlaufenen Weg immer an einer Stelle 31 auf der Oberfläche des PoIy-

_ gonalspiegels 28. Das System enthält ferner eine f-0-Linse 32, Zwischenlinsen 33 und 34, einen Strahlenteiler-Spiegel 35 für das Aufteilen des optischen Wegs und einen Halbspiegel 36, der Strahlen zu einem optischen Beobachtungssystem mit einer Linse 37 und einem Okkular 38 richtet, welche die

Oberfläche des Halbleiterplättchens 4 in der Entfernung Ib

"Unendlich" abbilden. Ein Halbspiegel 39 dient dazu, für die Beobachtung Licht aus einem Beobachtungs-Beleuchtungssystem mit einer Lampe 41 und eine Kondensorlinse 40 einzuleiten. Ein weiterer Halbspiegel 42 dient dazu, die Strahlen in ein fotoelektrisches Aufnahmesystem zu leiten, das einen Spiegel 43, eine Linse 44, ein Raumfrequenz-Filter 45 und eine Kondensorlinse 46 enthält. Dieses System enthält ferner einen Fotodetektor 47 für die Aufnahme eines Signals, das ein Richtmuster bzw. eine Richtmarkierung darstellt,

eine Linse 57 und einen Fotodetektor 58 für die Erfassung 25

eines Synchronisiersignals. Weiterhin sind Vollreflexions-Spiegel 48, 49, 50 und 51, ein Prisma 52 und ein Mikroskop-Objektiv 53 vorgesehen. Die Maske 1 ist mit einem Maskenausrichtungs-Muster 54 versehen.

Vorstehend wurde anhand der Fig. 2 nur der linke Teil des optischen Systems beschrieben, da der rechte Teil symmetrisch hierzu ist. Zur Vereinfachung wuide die Erläuterung dadurch erübrigt, daß entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch unter Zusatz eines Apostrophen

bezeichnet wurden.

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Die f-0-Linse 32 und die Zwischenlinsen 33 und 34 werden so angeordnet, daß der Ursprungspunkt der Ablenkung mittels des Polygonalspiegels 28 in einer Pupille 56 einer Blende c 55 des Objektivs 53 abgebildet wird. Daher überstreichen die Laserstrahlen die Maske 1 und das Halbleiterplättchen 4 in Übereinstimmung mit dem Umlauf des Polygonalspiegels.

Bei dem optischen Objektiv-System sind das Objektiv 53, die Blende 55, der Spiegel 51 und das Prisma 52 mittels einer nicht gezeigten Stellvorrichtung in X- und Y-Richtung bewegbar, so daß für die Maske 1 und das Halbleiterplättchen 4 die Stelle zur Beobachtung oder Messung verändert werden kann. Wenn sich beispielsweise bei der Bewegung in der X-Richtung der Spiegel 51 in der durch einen Pfeil A dargestellten Richtung bewegt, bewegen sich das Objektiv 53 und die Blende 55 gleichfalls in der Richtung des Pfeils A, während sich das Prisma 52 zwar auch in der gleichen Richtung, jedoch nur um die halbe Strecke der Be_on wegung des Spiegels 51 bewegt, um die Länge des optischen Wegs immer konstant zu halten. Andererseits bewegt sich bei der Bewegung in der Y-Richtung das gesamte optische System für die Beobachtung und die Lagemessung in. der Y-. Richtung (senkrecht zur Zeichnungsebene).

Gemäß Fig. 3A fallen Abtaststrahlen 61, die über den optischen Weg 30a durch die zylindrische Linse 24 hindurch verlaufen, in der Weise ein, daß sie eine Beleuchtungsfläche in der Form einer Linie bilden, die sich bezüglich

der Abtastlinie 60 unter einem Winkel von 45°, nämlich 30

parallel zu den Markierungen 71, 72 und 75 erstreckt. Gemäß Fig. 3B werden durch die Abtastung mit diesen Strahlen von den Fotodetektoren 47 und 47' Signale S71, S75 und S72 abgegeben. Diese sich ergebenden Signale S71, S75 und S72 entsprechen jeweils den Markierungen 71, 75 bzw. 72. Selbst

wenn sich auf der abgetasteten Fläche ein feines Staubteilchen befindet, ist dessen Einwirkung weitaus geringer als bei einer Abtastung mit einem punktförmigen Strahlenbündel,

c so daß das Staubteilchen praktisch nicht erfaßt wird.

Andererseits fallen Abtaststrahlen 62, die über den optischen Weg 30b durch die zylindrische Linse 25 hindurch verlaufen, in der Weise ein, daß sie eine Beleuchtungslinie

-₀ bilden, welche sich in Bezug auf die Abtastlinie 60 unter einem Winkel von -45 (Θ) erstreckt, so daß sie parallel zu den Markierungen 73, 74 und 76 verläuft. Die entsprechenden Erfassungssignale sind in der Fig. 3B mit S73, S76 und S74 bezeichnet. Eine Lageabweichung oder Versetzung zwischen der Maske 1 und dem Halbleiterplät.tchen 4 kann da-

durch ermittelt werden, daß die Intervalle bzw. Abstände zwischen den Erfassungssignalen S71, S75, S72, S73, S76 und S74 gemessen werden. Wenn die Maske und das Halbleiterplättchen richtig ausgerichtet sind, sind die Intervalle bzw. Abstände gleich.

Es ist hier hinzuzufügen, daß in den US-PS 4 167 677 und 4 199 219 automatische Ausrichtungssysteme vorgeschlagen sind.

Im vorstehenden wurde auf kurze Weise anhand der Fig. 2, 3A, 3B und 3C eine Ausrichtung zwischen der Richtmarkierung 20 auf der Maske 1 und der Richtmarkierung 21 auf dem Halbleiterplättchen 4 erläutert.

Als nächstes wird eine Richtmarkierungs-Lagemeßschaltung beschrieben, die bei einem Ausrichtungs-und Belichtungsgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eingesetzt werden kann. Die Fig. 4 ist ein Blockschaltbild der

Lagemeßschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 35

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Die schon beschriebenen Fotodetektoren 47 und 47' dienen dazu, das die Richtmarkierung darstellende Lichtsignal in ein elektrisches Signal umzusetzen. Die Fotodetektoren 58 und 58' setzen die Laserstrahlen, die die Maske 1 und das Halbleiterplättchen 4 überstreichen, in ein elektrisches Signal um, um damit die Zeit der Abtastung zu erfassen. Eine Synchronisierdetektorschaltung 100 bewirkt das binäre Digitalisieren und die Kurven-Nachformung der Ausgangssig- - _ nale der Fotodetektoren 58 und 58' und die Abgabe eines in Fig. 3C gezeigten Synchronisiersignals 101 sowie eines Steuersignals 103. Entsprechend dem Steuersignal 103 führt ein Analogschalter 102 einen Schaltvorgang aus, wobei die Ausgangssignale der Fotodetektoren 47 und 47' zusammengesetzt werden (die Fig. 3B zeigt die Ausgangssignale des

Fotodetektors 47). Ein Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler 104 setzt unter einer vorbestimmten Zeitsteuerung den Pegel des analogen Signals aus dem Analogschalter 102 in ein digitales Signal mit der Länge von 8 Bits um. Ein Zwischenspeicher speichert zeitweilig das digitale Signal aus dem A/D-Wandler

104. Der A/D-Wandler 104 und der Zwischenspeicher 105 werden durch (nicht dargestellte) Zeitsteuersignale gesteuert, die von einem nachfolgend beschriebenen Steuer/Zeitgebergenerator 114 erzeugt werden.

Ein Datenwähler 107 nimmt das Ausgangssignal eines Puffers 112 und das Ausgangssignal des Zwischenspeichers 105 auf und gibt eines der Ausgangssignale entsprechend einem Wählsignal 108 ab, das von dem Steuer/Zeitgebergenerator 114 erzeugt wird. Der Puffer 112 ist an eine Datensamrnelleitung

122 eines nicht gezeigten Mikroprozessors angeschlossen. Mit 109 ist ein Schreib/Lesespeicher für 8 Bits in 24 Bytes bezeichnet, der mittels eines nachstehend als R/W-Signal bezeichneten Lese/Schreib-Signals und eines nachstehend als ADR-Signal bezeichneten Adressensignals gesteuert wird,

die von einem Datenwähler 110 abgegeben werden. Der Speicher

109 speichert die von dem Datenwähler 107 abgegebenen Daten an vorbestimmten Adressen und ermöglicht das Auslesen der Daten- Die Ausgangssignale R/W und ADR des Daten-Wählers 110 sind entweder Ausgangssignale R/W und ADR aus dem Steuer/Zeitgebergenerator 114 oder Ausgangssignale R/W und ADR des Mikroprozessors, die über eine Adressen/ Steuersammelleitung 123 eingegeben werden. Die Wahl zwischen diesen Ausgangssignalen erfolgt durch ein Wählsignal 111, das von dem Steuer/Zeitgebergenerator 114 abgegeben wird.

Ein digitaler Vergleicher 106 vergleicht die von dem Zwischenspeicher 105 abgegebenen Daten mit den aus dem Speicher 109 ausgelesenen Daten und gibt das Vergleichsergebnis an den Steuer/Zeitgebergenerator 114 ab. Entsprechend einem Ausgangssignal 116 des digitalen Vergleichers 106, dem Synchronisiersignal 101 aus der Synchronisierdetektorschaltung 100 und einem über die Datensammelleitung 122 eingegebenen Ausgabedatensignal aus dem Mikroprozessor steuert der Steuer/Zeitgebergenerator 114 die beschriebenen Datenwähler 107 und 110 sowie einen Datenwähler 117 und einen Zähler 119, die nachfolgend beschrieben werden. Der Zähler 119 ist ein 16-Bit-Zähler und wird hinsichtlich

seiner Zählfunktion durch ein über eine Signalleitung 120 25

aus dem Steuer/Zeitgebergenerator 114 eingegebenes Löschsignal und durch ein Zählungseinschaltsignal gesteuert. Durch Ausgangssignale R/W und ADR des Datenwählers 117 wird ein Schreib/Lesespeicher 121 für 16 Bits in 24 Worten so gesteuert, daß der Zählstand des Zähleis 119 in einer ge-

eigneten Adresse eingeschrieben wird oder die eingespeicherten Daten ausgelesen werden. Die Ausgangssignale R/W und ADR des Datenwählers 117 sind entweder Ausgangssignale R/W und ADR des Steuer/Zeitgebergenerators 114 oder Ausgangssignale R/W und ADR des Mikroprozessors, die über die

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Adressen/Steuersammelleitung 123 eingegeben werden. Die Wahl zwischen den Ausgangssignalen erfolgt mittels eines Wählsignals 118, das von dem Steuer/Zeitgebergenerator 114 abgegeben wird. Die Ausgangssignale des Speichers 109 und des Speichers 121 werden jeweils über einen Puffer 113 bzw. einem Puffer 115 an die Datensammelleitung 122 abgegeben. Auf diese Weise kann der Mikroprozessor die in diesen Speichern gespeicherten Daten auslesen.

Es werden nun die Funktionsvorgänge der Lagemeßschaltung bei diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Fig. 5A ist ein Ablaufdiagramm, das die Steuerungsablauffolge des Mikroprozessors für die Steuerung der in Fig. 4 gezeigten Lagemeßschaltung zeigt. Die Fig. 5B ist ein Ablaufdiagramm,

*5 das Einzelheiten eines Teils der Ablauffolge gemäß Fig. 5A, nämlich einer ersten Messung zeigt. Die erste Messung erfolgt nicht unter der Steuerung durch den Mikroprozessor, sondern wird mittels der Schaltungsausstattung ausgeführt. Auf gleichartige Weise ist die Fig. 5C ein Ablaufdiagramm, das Einzelheiten eines anderen Teils der in Fig. 5A gezeigten Ablauffolge, nämlich einer zweiten Messung zeigt. Die zweite Messung wird gleichfalls nicht durch den Mikroprozessor gesteuert, sondern mittels der Schaltungsausstattung ausgeführt. Hierbei ist als erste Messung eine Messung für

²^ das Erfassen von Spitzenwerten der die Richtmarkierungen darstellenden Erfassungssignale bezeichnet, während als zweite Messung eire Messung von Impulsabständen zwischen den Richtmarkierungs-Erfassungssignalen aufgrund eines Bezugs-Schnittpegels bezeichnet ist, welcher unter Berücksichtigung der Ergebnisse der ersten Messung bestimmt worden ist. Dies wird nachfolgend erläutert.

Zuerst wird bei einem Schritt 501 der Speicher 109 gelöscht.' Der Mikroprozessor steuert das System derart, daß der Steuer/Zeitgebergenerator 114 an den Datenwähler 110 das

Wählsignal 111 und an den Datenwähler 107 das Wählsignal 108 anlegt. Im Ansprechen hierauf wählt der Datenwähler 110 die Adressen/Steuersammelleitung 123 des Mikroprozesg sors an, während der Datenwähler 107 über den Puffer 112' die Datensammelleitung 122 anwählt. Der Speicher 109 wird durch den Mikroprozessor direkt derart angesteuert, daß in alle Speicherbereiche des Speichers 109 "0" eingeschrieben wird, wodurch der Speicher gelöscht wird.

Danach wird bei einem Schritt 502 eine erste Meßart eingestellt. Diese Einstellung erfolgt dadurch, daß der Speicher 109 aus der Steuerung durch den Mikroprozessor gelöst und in die Steuerung durch den Steuer/Zeitgebergenerator

114 geschaltet wird. D.h., der Mikroprozessor steuert den 15

Steuer/Zeitgebergenerator 114 derart, daß der Datenwähler 107 das Ausgangssignal des Zwischenspeichers 105 wählt und der Datenwähler 110 die Signale R/W und ADR aus dem Steuer/ Zeitgebergenerator 114 wählt.

Nach dem Abschluß der Einstellung befiehlt der Mikroprozessor bei einem Schritt 503 dem Steuer/Zeitgebergenerator 114 die Ausführung der ersten Messung. Der Meßvorgang erfolgt nicht unter der Steuerung durch den Mikroprozessor,

sondern wird mittels der Schaltungsausstattung, nämlich 25

unter der Steuerung durch den Steuer/Zeitgebergenerator 114 ausgeführt. Auf den Abschluß der Messung hin meldet der Steuer/Zeitgebergenerator 114 den Abschluß automatisch dem Mikroprozessor.

Der Ablauf der ersten Messung unter der Steuerung durch den Steuer/Zeitgebergenerator 114 wird ausführlicher anhand der Fig. SB erläutert.

Auf den Befehl zum Beginnen der ersten Messung hin wird 35

bei einem Schritt 521 ein nicht gezeigter, in dem Steuer/

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Zeitgebergenerator 114 angeordneter Adressenzähler für den Speicher 109 gelöscht, so daß der Zähler auf die Adresse "0" eingestellt wird und damit für die Erzeugung des Syn-,-chronisiersignals 101 (Fig. 5C) bei einem Schritt 522 vorbereitet wird. Kenn die Vorderflanke des Synchronisiersignals erfaßt wird, beginnt der Steuer/Zeitgebergenerator 114 das Ausgangssignal 116 des digitalen Vergleichers 106 zu überwachen. Falls der von dem Zwischenspeicher 105 abgege-

-₀ beney nachfolgend als A bezeichnete Datenwert größer als der aus einer vorbestimmten Adresse des Speichers 109 ausgelesene, nachfolgend als B bezeichnete Datenwert ist, nämlich A >B gilt, stuft entsprechend dem Ausgangssignal 116 des digitalen Vergleichers 106, das dieses Vergleichsergeb-

,_ nis angibt, der Steuer/Zeitgebergenerator 114 den Adressenzähler für den Speicher 109 um "1" auf. Zugleich werden bei einem Schritt 524 das Signal ADR und das Signal R/W (.Einschreibesignal) für die Adresse dem Speicher 109 zugeführt, so daß in den Speicher 109 der von dem Zwischenspeicher 105

_nf\ abgegebene Datenwert eingeschrieben wird. Dieser Vergleich 20

(Schritt 523) und dieses Einschreiben in den Speicher (Schritt 524) werden bei jeder Datenausgabe aus dem Zwischenspeicher 105 bis zum Ende des Synchronisiersignals 101 wiederholt (Schritt 525). Der Inhalt des Speichers 109, der zu Beginn "0" war, wird jedesmal dann, wenn ein Daten-

wert ermittelt wird, der größer als der gespeicherte Datenwert ist, auf diesen größeren Datenwert geändert. Der Adressenzähler für den Speicher 109 ist ein 23-Notations-Zähler bzw. ein Zähler mit 23 Ausgabewerten, wobei aufeinanderfolgend der durch den Adressenzähler angegebene Daten-

wert in dem Speicher durch den größeren Datenwert ersetzt wird, so daß auf den Abschluß des Abtastvorgangs hin 24 größere Datenwerte einschließlich Maximalwerten in dem Speicher 109 gespeichert sind.

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Wenn bei dem Schritt 525 das Ende des Synchronisiersignals nämlich das Fn de des Richtmarkicrunps-Abtastvorgnnc;? ermittelt wird, gibt die Steuer/Zeitgeberschaltung 114 an den Mikroprozessor ein Endsignal ab (Schritt 526). Dies stellt die Beendigung der ersten Messung dar.

Im Ansprechen auf das Endsignal für die erste Messung schreitet der Mikroprozessor zu einem nächsten Schritt 505

-₀ gemäß Fig. 5A weiter. Der Mikroprozessor steuert den Steuer/Zeitgebergenerator 114 so, daß der Speicher 109 auf die Steuerung durch den Mikroprozessor geschaltet wird. Der Mikroprozessor liest die 24 Spitzendatenwerte aus dem Speicher 109 aus und bildet hieraus einen Mittelwert, aus

._ dem der Mikroprozessor einen Schnittpegel berechnet iSchritte 505 und 506). Im allgemeinen ist es vorteilhaft, wenn der Schnittpegel 20 bis 5OS des Mittelwerts der Spitzendatenwerte beträgt. Der auf diese Weise erzielte Schnittpegel wird in eine vorbestimmte Adresse des Speichers 109

eingeschrieben (Schritt 507).
20

Danach wird eine zweite Meßart für die zweite Messung eingestellt (Schritt 508). Auf gleichartige Weise wie bei dem Einstellen der ersten Messung wird der Speicher 109 von

der Steuerung durch den Mikroprozessor weggeschaltet und 25

in die Steuerung durch den Steuer/Zeitgebergenerator 114 geschaltet. Auf den Abschluß der Einstellung hin befiehlt der Mikroprozessor dem Steuer/Zeitgebergenerator 114 die Ausführung der zweiten Messung, um damit die zweite Messung

zu beginnen (Schritt 509). Entsprechend den Befehlen wird 30

ein nicht gezeigter, in dem Steuer/Zeitgebergenerator 114 angeordneter Adressenzähler für den Speicher 121 gelöscht (Schritt 530).

Der Ablauf der zweiten Messung wird ausführlicher anhand 35

der Fig. 5C erläutert. Wenn bei dem Schritt 509 das Be-

-23- DE 4065

fehlssignal für das Beginnen der Messung erzeugt wird, beginnt der Steuer/Zeitgebergenerator 114 die Vorderflanke des Synchronisiersignals zu ermitteln. Wenn die Vorderflanke ermittelt wird, beginnt der Meßvorgang.

Während der zweiten. Messung wird der Datenwert des Richtmarkierungs-Erfassungssignals mit dem in dem Speicher 109 gespeicherten Schnittpegel verglichen, um den Zeitpunkt zu ermitteln, an dem der Schnittpegel überschritten wird.

Dabei wird durch den digitalen Vergleicher 106 der von dem Zwischenspeicher 105 abgegebene, nachstehend als C bezeichnete Datenwert mit dem aus dem Speicher 109 ausgelesenen, nachfolgend als D bezeichneten Schnittpegel-Datenwert yer-

*5 glichen. Die vorstehend genannte Überschreitung wird zu dem Zeitpunkt erfaßt, an dem als Vergleichsergebnis der Zustand C^D auf den Zustand OD oder der Zustand C > D auf den Zustand Ci= D wechselt. Dies entspricht der Erfassung, der Vorderflanke und der Rückflanke des Vergleichssignals in der Schaltungsanordnung.

Die Zeit der Überschreitung wird durch das Zählen von Zeit'-' taktimpulsen ermittelt, die in dem Steuer/Zeitgebergenerator 114 erzeugt werden. Der Beginn des Zählens ist die Vo.rderflanke des Synchronisiersignals 101, von der an der Zähler 119 die Zeittaktimpulse zählt. Kenn bei einem Schritt 532 eine Änderung des Ergebnisses des Vergleichs der Datenwerte C und D ermittelt wird, gibt der Steuer/Zeitgebergenerator 114 bei einem Schritt 533 ein Schreibsignal an den Speicher 121 ab. Der zu diesem Zeitpunkt in den Speicher eingeschriebene Datenwert ist das Ausgangssignal des Zählers 119, so daß er der Zeitdauer von dem Beginn des Synchronisiersignals an entspricht. Dieser Datenwert ist somit der Zeitabstand-Datenwert, der dem in Fig. 3C mit T71 bezeichneten entspricht. Wenn der Datenwert in den Speicher 121

-24- DE 406S

eingeschrieben ist, wird bei einem Schritt 554 der nicht gezeigte Adressenzähler für diesen Speicher aufgestuft. Diese Vorgänge werden bis zu dem bei einem Schritt 535 erc mittelten Ende des Synchronisiersignals wiederholt. Auf diese Weise werden in den Speicher 121 von der Adresse "0"

an die Datenwerte T71, T71¹, T75, T75' (nach Fig. 3C)

eingespeichert. Wenn das Synchronisiersignal und damit auch der Abtastvorgang endet, ist die zweite Messung abgeschlossen, so daß bei einem Schritt 536 ein Endsignal erzeugt wird.

Gemäß Fig. 5A wird das Ende der Messung bei einem Schritt 510 ermittelt, wonach bei einem Schritt 511 der Mikroprozessor den Speicher 121 für das Auslesen der Daten aus dielb

sem anwählt. Auf diese Weise werden die Intervalle bzw. Abstände zwischen den in Fig. 3 gezeigten Markierungen gemessen.

Die Fig. 6 zeigt eine Schaltung für das Addieren mehrerer benachbarter Abfragedaten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die in Fig. 6 gezeigte Schaltung kann den Zwischenspeicher 105 nach Fig. 4 ersetzen. Die Schaltung nach Fig. 6 bewirkt eine Kurvenform-Glättung, so daß aus

dem Richtmarkierungs-Erfassungssignal Störsignale ausge-25

schieden werden. Die Kurvenform des Erfassungssignals ist

allgemein dem in Fig. 3B gezeigten ähnlich, enthält jedoch tatsächlich Störsignale. Im einzelnen enthält eine Grundlinie SB in der Praxis Stromversorgungs-Störsignale, Laser-Störsignale oder dergleichen, so daß sie nicht flach 30

bzw. eben ist. Ferner steigt das Signal nicht monoton von der Grundlinie SB weg bis zu dem Spitzenwert des Signals wie beispielsweise S71 an, sondern ist mit einigen Störsignalen überlagert.

Gemäß der Darstellung in Fig. 6, die ein Blockschaltbild der Schaltung für das Unterdrücken der vorstehend beschriebenen Störsignale ist, weist die Schaltung Zwischenspeicher 132, 133 und 134 und Addierer 135 und 136 auf. Die Funktionsweise wird nachstehend beschrieben. Die mittels des A/D-Wandlers 104 (Fig. 4) digitalisierten Daten werden in den ersten Zwischenspeicher 132 eingegeben. Das Ausgangssignal des ersten Zwischenspeichers 132 wird von einem Ein-

jQ gang A₁ des ersten Addierers 136 sowie von dem Eingang des zweiten Zwischenspeichers 133 aufgenommen. Gleichermaßen wird das Ausgangssignal des zweiten Zwischenspeichers 133 von einem Eingang A~ des Addierers 135 und dem Eingang des dritten Zwischenspeichers 134 aufgenommen. Das Ausgangs- signal des dritten Zwischenspeichers 134 wird an einen Eingang B- des zweiten Addierers 135 angelegt. Ein Ausgangssignal Y- des zweiten Addierers 135 wird von dem ersten Addierer 136 aufgenommen, der ein Ausgangssignal Y. abgibt, welches von dem digitalen Vergleicher 106 aufgenommen wird. Die Zwischenspeicher 132, 133 und 134 werden mittels eines gemeinsamen Taktsignals und auch mit einem Taktzyklus betrieben, der gleich demjenigen der Umsetzungszeit des A/D-Wandlers 104 ist, obwohl die Phase verschieden sein kann. Aus diesem Grund werden die von dem A/D-Kandler 104 abgegebenen Daten aufeinanderfolgend in den ersten Zwischen-

Speicher 132, den zweiten Zwischenspeicher 153 und den dritten Zwischenspeicher 134 übertragen.

406

Tabelle 1

iAUSGANGSSIGNALE	TAKT ZYKLUS TN	TN+1	TN+2
A/D-Wandler 104	DN	DN+1	DN+2
1. Zwischenspeicher 132	DN-1	DN	DN+ 1
2. Zwischenspeicher 133	DN-2	DN-I	DN
3. Zwischenspeicher 134	DN-3	DN-2	DN-1
1. Addierer 136	DN-1 + DN-2 + DN-3	DN + DN-1 + DN-2	DN+1 + DN + DN-I

Die Tabelle 1 zeigt zur Erläuterung der Funktionsweise der Schaltung nach Fig. 6 den-Durchlauf der Daten gemäß dem Taktzyklus. Gemäß der Tabelle wird bei einem Taktzyklus TN von dem A/D-^Wandler 104 ein Datenwert DN abgegeben. Aus dem ersten Zwischenspeicher 132, den zweiten Zwischenspeieher 133 und d.em dritten Zwischenspeicher 154 werden jeweils die Datenwerte DN-I, DN-2 bzw. DN-3 abgegeben. Hierbei sind DN-1 ein Datenwert, der bei einem Taktzyklus TN-I erzielt wird, welcher dem, Taktzyklus TN unmittelbar vorangeht, DN-2 ein Datenwert, qer bei einem Taktzyklus TN-2 erzielt wird, der dem Taktzyklus TN-I unmittelbar vorangeht,

und DN-3 ein Datenwert, der bei einem Taktzyklus TN-3 erzielt wird, der dem Taktzyklus TN-2 unmittelbar \'orangeht. Daher ist das Ausgangssignal Y. des ersten Addierers 156 c die Summe der Datenwerte DN-I, DN-2 und DN-3. Bei dem nächsten Taktzyklus ist das Ausgangssignal die Summe der Datenwerte DN, DN-1 und DN-2; bei dem nachfolgenden Taktzyklus ist das Ausgangssignal die Summe der Datenwerte DN+1, DN und DN-I. Daher wird selbst dann, wenn der in dem -₀ Taktzyklus TN erzielte Datenwert DN zufällig ein Störsignal AD enthält und tatsächlich ein Datenwert DN¹ = DN'+ AD ist, der sich ergebende Datenwert durch die benachbarten Daten DN+1 und DN-1 beeinflußt bzw. qualifiziert, was zur Folge hat, daß eine mögliche fehlerhafte Funktion des Vergleichers

._ 106 verhindert wird.
Ib

Es wurde zwar eine Addition unter Verwendung von drei Datenwerten beschrieben, jedoch besteht hinsichtlich der Anzahl zu addierender Datenwerte keine Einschränkung.

Die Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei mit 47, 47', 48 und 48 * die Fotodetektoren sind, die bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die

Schaltungsteile 100, 102 und 104 sowie die Signale 101 und 25

103 sind die gleichen wie die vorangehend anhand der gleichen Bezugszeichen beschriebenen.

Ein Addierer 150 hat einen Eingang A für 8 Bits, einen Ein-

gang B für 16 Bits und einen Ausgang Y für 16 Bits. Der 30

Addierer 150 dient dazu, von dem Zwischenspeicher 150 abgegebene Daten A mit den von einem Zwischenspeicher 153 abgegebenen Daten B zu addieren und das Ergebnis einem Zwischenspeicher 151 zuzuführen. Ein.Schreib/Lesespeicher

152 mit 4 k Worten zu 16 Bits wird hinsichtlich des Adres-35

sierens, des Lesens und des Schreibens durch Ausgangssignale (Y₀ und Y₁ bzw. R/W und ADR) eines Datenwählers 154 gesteuert. Das Ausgangssignal des Speichers 152 wird in

g dem Zwischenspeicher 153 eingegeben, dessen Ausgangssignal von dem Eingang B des Addierers 150 aufgenommen wird.

Der Eingang und der Ausgang des Speichers 152 sind jeweils über Puffer 157 bzw. 158 mit der Datensammelleitung 122 des (nicht gezeigten) Mikroprozessors verbunden.

Der Datenwähler 154 gibt Ausgangssignale R/W und ADR ab, die entweder Ausgangssignale R/W und ADR einer Steuerschaltung 155 oder Ausgangssignale R/W und ADR sind, welche aus dem Mikroprozessor über die Adressen/Steuersammelleitung

132 zugeführt werden. Die Wahl zwischen den Ausgangssignalen erfolgt mittels eines von der Steuerschaltung 155 abgegebenen Wählsignals 156. Das Wählsignal 156 wird durch den Mikroprozessor gesteuert.

Es wird nun die Funktionsweise bei diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Fig. 8A ist ein Ablaufdiagramm, das den Funktionsablauf des Mikroprozessors für die Steuerung der in Fig. 7 gezeigten Lagemeßschaltung veranschaulicht.

Die Fig. 8B ist ein Ablaufdiagramm, das Einzelheiten eines 25.

Teils der Ablauffolge nach Fig. 8A, nämlich eines Meßvorgangs zeigt. Die Messung erfolgt nicht unter der Steuerung durch den Mikroprozessor, sondern wird mittels der Schaltungsausstattung ausgeführt. Bei dem Funktionablauf wird

zuerst der Speicher 152 gelöscht (Schritt 550). Der Mikro-30

prozessor steuert die Steuerschaltung 155 in der Weise, daß diese an den Datenwähler 154 das Wählsignal 156 abgibt. Hierdurch wählt der Datenwähler 154 die Adressen/Steuersammelleitung 132 des Mikroprozessors an. Damit wird der Speicher 152 direkt durch den Mikroprozessor derart gesteuert, daß durch das Einschreiben von "0" alle Speicher-

bereiche des Speichers 152 gelöscht werden..

Bei einem Schritt 551 wird ein Meßstartbefehl an die Steueren schaltung 155 abgegeben, wodurch dieser für das Beenden der Messung bei einem Schritt 552 vorbereitet wird. Die Messung erfolgt nicht unter der Steuerung durch den Mikroprozessor, sondern unter der Steuerung durch die Steuerschaltung 155 der Schaltungsausstattung.

. .

Anhand der Fig. 8B wird nun der Meßvorgang erläutert. Bei einem Schritt 560 wird nach dem Beginn der Messung bei dem Schritt 551 ein nicht gezeigter, in der Steuerschaltung angeordneter Adressenzähler gelöscht.

Wenn bei einem Schritt 561 ein Synchronisiersignal erfaßt wird, wird bei einem Schritt 562 der Datenwert aus dem Speicher an der Adresse ausgelesen, die wegen des Löschens "0" ist, während zugleich entsprechend einem ersten Abfragesignal das Lichtsignal nach der Umsetzung in das elek- . trische Signal mittels des A/D-Wandlers 104 digitalisiert, wird. Diese beiden Datenwerte' werden gleichzeitig über die Zwischenspeicher 105 bzw. 153 bei einem Schritt 563 von dem Addierer 150 aufgenommen und addiert. Die Summe wird über den Zwischenspeicher 151 in den Speicher 152 eingeschrieben (Schritt 564), wonach der Adressenzähler für den Speicher 152 bei einem Schritt 565 um "1" aufgestuft wird.

Die bei dem nächsten Zeitsignal digitalisierten Lichtsignale werden entsprechend den Befehlen aus dem Adressenzähler an der Adresse "1" des Speichers 152 gespeichert.

Diese Vorgänge werden wiederholt, was zur Folge hat, daß die jeweiligen digitalen Daten für die Lichtsignale einer

Abtastung aufeinanderfolgend an den vorbestimmten Adressen gespeichert werden. Diese Vorgänge werden bis zum Ende des Synchronisiersignals fortgesetzt (Schritte 562 bis 567). Die Adresse "4k" und die Anzahl der Worte des Speichers werden aufgrund der Länge des Synchronisiersignals und des Abfrageintervalls des A/D-Wandlers 104 in der Weise vorbestimmt, daß vor dem Ende des Synchronisiersignals die Daten nicht in Adressen eingespeichert werden, die "4095" ("4k") übersteigen.

Die Abtastung wird wiederholt, bis ihre Anzahl eines vorbestimmte Anzahl erreicht (Schritte 560 bis 567). Die Anzahl der Abtastvorgänge wird gemäß der geforderten Genauigkeit festgelegt. Der Zusammenhang zwischen der'geforderten 15

Genauigkeit und der Anzahl der Abtastvorgänge ist in der japanischen Patentanmeldung 208765/1982 dargelegt. Wenn die Sollanzahl von Messungen abgeschlossen ist, gibt die Steuerschaltung 155 bei einem Schritt 568 an den Mikroprozessor

ein Endsignal ab, womit die Messung beendet wird. Zum Ab-20

Schluß der Messung enthält der Speicher 152 digitale Daten, die eine Kurvenform darstellen, welche der Summe der abgetasteten Anzahl von Kurvenformen entspricht, die jeweils den in Fig. 3B gezeigten entsprechen. Gemäß Fig. 8A ruft

nach dem Abschluß der Messung der Mikroprozessor bei einer. 25

Schritt 553 den Speicher 152 ab, wobei er Spitzenwertdaten in dem Speicher 152 heraussucht und aus diesen bei einem Schritt 554 einen Schnittpegel berechnet. Danach werden die Daten in dem Speicher 152 mit dem Schnittpegel verglichen. Die Vergleichsergebnisse werden wiederum in den Speicher 152 eingeschrieben, und zwar beispielsweise in der Form eines Datenwerts "0", wenn der Datenwert im Speicher kleiner als der Schnittpegel ist, und eines Datenwerts "1", wenn der Datenwert in dem Speicher größer als der Schnittpegel

ist. Die Vergleichsvorgänge werden von der Adresse "0" bis 35

zu der Adresse "4095" ausgeführt. Darauffolgend werden bei einem Schritt 556 diejenigen Adressen gesucht, an denen die gespeicherten Daten von "0" auf "1" oder von "1" auf p- "0" wechseln. Die ermittelten Adressen entsprechen der Erfassung des Lichtsignals, nämlich den Zeitpunkten T71, T71', T75, T75' usw. Durch das Berechnen der Abstände zwischen den Markierungen aus den auf die vorstehend beschriebene Weise ermittelten Adressen können die Abstände zwischen den Markierungen ermittelt werden (Schritt 557).

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird bei diesen Ausführungsbeispielen der Erfindung der Schnitt.pegel automatisch entsprechend den Spitzenwerten der tatsächlichen ,_ Richtmarkierungs-Signale bestimmt. Daher wird ein mögliches Übersehen eines Richtmarkierungs-Signals verhindert, w.ährend es zugleich nicht erforderlich ist, den Schnittpegel von Hand zu verändern. Weiterhin kann die Anzahl der Abtastvorgänge für die Messung entsprechend der erforderlichen Genauigkeit der Lageeinstellung gewählt werden, wodurch die Betriebsvorgänge nutzvoller werden.

Die Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Elementen mit entsprechenden

Funktionen wie die Elemente der Ausführungsbeispiele gemäß 25

den Fig. 4 und 7 die gleichen Bezugszeichen zugeordnet. Der Datenwähler 107 nach Fig. 4 wählt jedoch entweder das Ausgangssignal des Puffers 112 oder das Ausgangssignal des Zwischenspeichers 105, wogegen bei diesem Ausführungsbei-

spiel dieser Datenwähler entweder das Ausgangssignal des 30

Puffers 112 oder das Aüsgangssignal des Zwischenspeichers

153 wählt. Ferner wird zwar nach Fig. 7 der Datenwähler

154 durch das Wählsignal 156 der Steuerschaltung 155 gesteuert, während es bei diesem Ausführungsbeispiel nach

Fig. 9 durch das Ausgangssignal des Steuer/Zeitgebergene-35

rators 114 gesteuert wird.

Die Fig. 10A ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerungsablauffolge des Mikroprozessors für die Steuerung der Lagemeßschaltung nach Fig. 9 zeigt. Die Fig. 1OB und 10C sind g Ablaufdiagramme, die Einzelheiten der Ausführung einer in Fig. 10A dargestellten ersten Messung zeigen. Die Ausführung der ersten Messung erfolgt nicht unter der Steuerung durch den Mikroprozessor, sondern mittels der Schaltungsausstattung. Auf gleichartige Weise ist die Fig. 10D ein Ablaufdiagramm, das Einzelheiten der Ausführung einer in Fig. 10A dargestellten zweiten Messung zeigt. Die zweite Messung wird gleichfalls nicht unter der Steuerung durch den Mikroprozessor, sondern mittels der Schaltungsausstattung ausgeführt. Hierbei ist die erste Messung der Prozess zur Überlagerung bzw. Addierung der digitalisierten Licht-

signale und der gleichzeitige Prozess zur Ermittlung von Spitzenwerten. Als zweite Messung ist die Messung der Impulsabstände zwischen den Richtmarkierungs-Erfassungssignalen bezeichnet, wobei ein Bezugs-Schnittpegel herangezogen wird, der aus den mittels der ersten Messung erfass-20

ten Spitzenwerten erhalten wird.

Bei dem Betriebsablauf werden bei einem Schritt 501 die Speicher 109 und 152 gelöscht. Danach wird eine Meßart eingestellt (Schritt 502). Der Mikroprozessor steuert hierbei 25

den Steuer/Zeitgebergenerator 114 in der Weise, daß der Datenwähler 107 das Ausgangssignal des Zwischenspeichers 153 wählt und der Datenwähler 110 die aus dem Steuer/Zeitgebergenerator 114 zugeführten Signale ADR und R/W wählt.

Ferner steuert der Mikroprozessor die Steuer/Zeitgeberschaltung 114 in der Weise, daß der Speicher 152 das Ausgangssignal des Zwischenspeichers 151 wählt und der Datenwähler 154 die aus dem Steuer/Zeitgebergenerator 114 zugeführten Signale ADR und R/W wählt.

Auf den Abschluß der Einstellung hin befiehlt der Mikroprozessor dem Steuer/Zeitgebergenerator 114 den Beginn der ersten Messung, so daß damit die Messung beginnt (Schritt 503 und Schritt 551). Die Ablauffolge bei der ersten Messung ist in den Fig. 10B und 10C gezeigt. Gemäß Fig. 10B' wird nach dem Beginn der Messung bei. einem Schritt 560 ein nicht gezeigter, in dem Steuer/Zeitgebergenerator 114 angeordneter Adressenzähler für den Speicher 152 gelöscht. Danach wird auf die anhand der Fig. 8B beschriebene Weise ein Addiervorgang herbeigeführt.

Wenn eine vorbestimmte Anzahl von Messungen abgeschlossen ist, gibt bei einem Schritt 568 der Steuer/Zeitgebergenerator 114 an den Mikroprozessor ein Endsignal ab, womit, die

Messung abgeschlossen wird. Zum Abschluß der Messung enthält der Speicher 152 die digitalen Daten, welche die Kurvenform darstellen, die der Summe der abgetasteten' Kurvenformen entspricht, die jeweils der in Fig. 3B gezeigten entsprechen.

Der Spitzenwert-Erfassungsprozess, der gleichzeitig mit dem Addierprozess ausgeführt wird, wird anhand des in Fig. IOC gezeigten Ablaufdiagramms erläutert.

Wenn der Mikroprozessor das Startsignal für die erste Messung abgibt, wird ein nicht gezeigter, in dem Steuer/Zeitgebergenerator 114 angeordneter Adressenzähler für den Speicher 109 gelöscht, so daß der Zähler auf die Adresse

"0" eingestellt wird (Schritt 521). Auf diese Weise wird 30

der Speicher für die Ermittlung des Synchronisiersignals 101 (Fig. 3C) bei einem Schritt 522 vorbereitet. Auf die Ermittlung der Vorderflanke des Synchronisiersignals 101 hin beginnt der Steuer/Zeitgebergenerator 114 das Ausgangssignal 116 des Vergleichers 106 zu überwachen. Wenn der

· -

von dem Zwischenspeicher 153 abgegebene, nachstehend als A bezeichnete Datenwert größer als der aus einer Adresse des Speichers 109 ausgelesene, nachstehend als B bezeich-

g nete Datenwert ist, nämlich A> B gilt, stuft im Ansprechen auf das Ausgangssignal 116 des digitalen Vergleichers 106, das dieses Vergleichsergebnis darstellt, der Steuer/. Zeitgebergenerator 114 den Adressenzähler für den Speicher 109 um "1" auf. Zugleich werden an den Speicher 109 für diese Adresse die Signale ADR und R/W abgegeben, so daß in den Speicher 109 die von dem Zwischenspeicher 153 abgegebenen Daten eingeschrieben werden (Schritt 524). Der Vergleich (Schritt 523) und das Einschreiben in den Speicher (Schritt 524) werden bei jedem Ausgeben der addierten Da-

,_ ten aus dem Zwischenspeicher 105 wiederholt, bis das Svn-

.

chronisiersignal 101 endet (Schritt 525). Daher wird der Inhalt des Speichers 109, der zu Beginn "0" war, bei jeder Erfassung eines Datenwerts, der größer als der Datenwert in dem Speicher ist, auf den größeren Datenwert geändert.

Der Adressenzähler für den Speicher 109 ist ein Zähler mit 20

"23"-Notation bzw. 23 Werten. Falls ein Datenwert größer als der an der durch den Adressenzähler angegebenen Adresse in dem Speicher gespeicherte Datenwert ist, wird der Datenwert in dem Speicher ausgetauscht. Zum Abschluß der

Abtastung sind 24 größere Datenwerte einschließlich des 25

Maximums in dem Speicher 109 gespeichert.

Wenn bei dem Schritt 525 das Ende des Synchronisiersignals 101 ermittelt wird (nämlich der Abschluß der Abtastung für die Richtmarkierungen), führt der Steuer/Zeitgebergenerator 114 dem Mikroprozessor das Endsignal zu. Dadurch wird die erste Messung beendet (Schritt 526).

Nach Fig. 10A schreitet nach dem Empfang des Endsignals für

die erste Messung der Mikroprozessor zu einem nächsten 35

Schritt 505 weiter. Hierbei steuert der Mikroprozessor den

Steuer/Zeitgebergenerator 114 in der Weise, daß der Speicher 109 auf die Steuerung durch den Mikroprozessor geschaltet wird.

Der Mikroprozessor liest aus dem Speicher 109 die 24 Spitzenwert-Daten aus und berechnet aus dem Mittelwert einen Schnittpegel (Schritte 505 und 506). Im allgemeinen beträgt der Schnittpegel ungefähr 20 bis 50S des Mittelwerts der Spitzenwert-Daten. Der auf diese Weise erzielte Schnittpegel wird in jede der Adressen des Speichers 109 eingeschrieben (Schritt 507).

Darauffolgend wird eine zweite Meßart eingestellt (Schritt

,_ 508). Gleichermaßen wie bei dem Einstellen der ersten Meß-15

art werden die Speicher 109 und 152 aus der Steuerung durch den Mikroprozessor gelöst und auf die Steuerung durch den Steuer/Zeitgebergenerator 114 geschaltet. Nachdem die Einstellung abgeschlossen ist, führt der Mikroprozessor dem Steuer/Zeitgebergenerator 114 Startbefehle für die zweite Messung zu, wodurch die Messung eingeleitet wird (Schritt 509).

Der Ablauf der zweiten Messung wird nun anhand der Fig. 1 ÖD

erläutert. Auf die Erzeugung der Meßstartbefehle bei dem 25

Schritt 509 hin leitet der Steuer/Zeitgebergenerator 114 die Ermittlung des Synchronisiersignals 101 ein (Schritt. 531), auf dessen Ermittlung hin die Meßvorgänge ausgeführt werden. Ferner wird entsprechend den Meßstartbefehlen der

nicht gezeigte Adressenzähler für den Speicher 121 in dem 30

Steuer/Zeitgebergenerator 114 gelöscht (Schritt 550). Während der zweiten Messung werden die in dem Speicher 152 gespeicherten addierten Daten mit dem in dem Speicher 109 eingestellten Schnittpegel verglichen, um zu ermitteln, wann

der Schnittpegel überschritten wird. 35

-36- DE 4065 3 4 2 A 4 5

Für eine jede Adresse werden durch den digitalen Vergleicher 106 die über den Zwischenspeicher 153 aus dem Speicher 152 abgegebenen, nachstehend als C bezeichneten addierte ten Daten mit den aus dem Speicher 109 ausgelesenen, nachstehend als D bezeichneten Schnittpegel-Daten verglichen. Das vorstehend genannte Überschreiten des Schnittpegels bedeutet, daß eine Änderung von C^D auf C >■ D oder eine Änderung von C ~> D auf C .Ξξ D vorliegt. Dies entspricht der ,Q Erfassung der Vorderflanke und der Rückflanke des Signals, das in der Schaltung als Ergebnis des vorstehend beschriebenen Vergleichs erzielt wird.

Die Zeit, während der der Schnittpegel überschritten ist, kann durch das Zählen von Zeittaktimpulsen bestimmt werden, die in dem Steuer/Zeitgebergenerator 114 erzeugt werden. Im einzelnen werden die Zeittaktimpulse mittels des Zählers 119 von dem Beginn des Auslesens aus dem Speicher 152 an gezählt. Wenn bei einem Schritt 532 eine Änderung des Zustands C Z> D erfaßt wird, gibt bei einem Schritt 553 der

Steuer/Zeitgebergenerator 114 an den Speicher 121 ein Schreibsignal ab. Der dabei in den Speicher 121 eingeschriebene Datenwert ist das Ausgangssignal des Zählers 119 und entspricht der von dem Auslesen des Speichers 152 an ge-

_o_ messenen Zeit. Ferner entspricht der Datenwert dem in Fig. 25

3C mit T71 bezeichneten Zeitabstand-Datenwert.

Gemäß der vorstehenden Erläuterung dieses Ausführungsbeispiels werden das Addieren und die Spitzenwerterfassung

gemäß Fig. 10C gleichzeitig während des Schritts 551 für 30

die erste Messung ausgeführt. Alternativ ist es jedoch möglich, während der ersten Messung nur das Addieren auszuführen, wonach dann nach dem Abschluß der Messung der Mikroprozessor bei dem Schritt 505 den Speicher 152 abfragt und

die Spitzenwert-Daten im Speicher 152 sucht sowie bei dem 35

Schritt 506 aus den Spitzenwertdaten den Schnittpegel be-

rechnet, wonach bei dem Schritt 507 der erzielte Schnittpegel in den Speicher 152 eingeschrieben wird.

Ferner wurde das Ausführungsbeispiel als ein solches mit einer Lagemeßschaltung beschrieben, bei der ein Addiervorgang vorgesehen ist. Es ist jedoch auch möglich, den Addiervorgang nicht vorzusehen, nämlich in den Lagemeßschaltungen die Lage aufgrund von Lichtsignal-Daten zu ermitteln, die durch eine einzige Abtastung erzielt werden.

Ein Ausrichtungsgerät enthält eine Beleuchtungsquelle zum Beleuchten eines mit einer Markierung versehenen Objekts, einen Fotoempfänger für die Aufnahme des von dem Objekt

,_ reflektierten Lichts, einen Wandler zum Digitalisieren des 15

Ausgangssignalpegels des Fotoempfängers, eine Schaltung zum Bestimmen eines Schnittpegels aufgrund der mittels des Wandlers digitalisierten Daten, eine Einrichtung zum Vergleichen der digitalisierten Daten mit dem Schnittpegel in

der Weise, daß ein die Markierung betreffendes Signal he-20

rausgezogen wird, und zum Ermitteln des Abstands zwischen

der Markierung und einer Bezugsmarkierung sowi,© eine Einrichtung, die zwischen dem mit der Markierung versehenen Objekt und einem mit der Bezugsmarkierung versehenen Objekt eine Relativbewegung herbeiführt, um eine gegenseiti-25

ge Ausrichtung der Objekte zu erzielen.

Claims

TlEDTKE - BüHLING - KtfWE? GfcOBfe O:.;. ?SÄS

Q_ Γ* ' .ti' "--' * *--* ' Dipl.-Ing. H.Tiedtke

ftLLMANN - UIRAMS * CITRUIF

Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne

• - Dipl.-Ing. R Grupe

r> ι ο / / C O Dipl.-Ing. B. Pellmann

O 4 Z 4 k Ό O Dipl.-Ing. K. Grams

Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 2024 8000 München 2

Tel.: 089-5396 53 Telex: 5-24 845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Münch

3. Juli 1984 '' DE 4065

Patentansprüche

θ·

/. Gerät zum Ausrichten eines mit einer Markierung versehenen Objekts mit einem Objekt, das eine Bezugsmarkierung . hat, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinrichtung (22 bis 29) zum Beleuchten des mit der Markierung versehenen Objekts, eine Aufnahmeeinrichtung (47, 47') zum Erfassen der Markierung des Objekts, eine Wandlereinrichtung (104, 105; 104, 132 bis 136) zum Umsetzen des Pegels eines Ausgangssignals der Aufnahmeeinrichtung in ein digitales Signal, eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Schnittpegels aus von der Wandlereinrichtung abgegebenen Daten, eine Vergleichseinrichtung (106, 114, 119, 121) zum Vergleichen der von der Wandlereinrichtung abgegebenen digitalen Daten mit dem Schnittpegel und zum Ermitteln des Abstands zwischen der Bezugsmarkierung und der Markierung und eine Stelleinrichtung, die gemäß dem ermittelten Abstand eine Relativbewegung zwischen den mit der Markierung versehenen Objekt und dem mit der Bezugsmarkierung versehenen Objekt herbeiführt, um die Objekte gegenseitig auszurichten.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung (47, 47') und die Wandlereinrichtung (104, 105) ihre Funktionen mehrfach ausführen und daß die BeStimmungs· einrichtung die durch die mehrfache Funktionsausführung erzielten digitalen Daten überlagert.

A/25

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung (109) zum Speichern eines Ausgangssignals der Wandlereinrichtung (104, 105) und/oder eines Ausgangssignals der Schnittpegel-Bestimmungseinrichtung.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittpegel-Bestimmungseinrichtung eine Einrichtung zum Erfassen eines Spitzenwerts aus den digitalen Daten aufweist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung (109) zum Speichern eines Ausgangssignals der Wandlereinrichtung (104, 105) und eine Steuereinrichtung (114), die gleichzeitig das Einschreiben in die Speichereinrichtung und die Erfassung eines Spitzenwerts der digitalen Daten in der Schnittpegel-Bestimmung se in richtung herbeiführt.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtung (104, 132 bis 136) benachbarte Komponenten der digitalen Daten addiert.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß von den Objekten das eine eine Maske (1)

²^ mit einem Muster für eine integrierte Schaltung und das andere ein Halbleiterplättchen (4) ist und daß die Beleuchtungseinrichtung (22 bis 29) Laserstrahlen (30) für das Abtasten der Maske und des Halbleiterplättchens abgibt.

8. Gerät zum Ausrichten von Objekten mit jeweiligen Markierungen, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinrichtung (22 bis 29) zum Beleuchten der Objekte, eine Lichtempfangseinrichtung (47, 47') zum Empfangen des von den Objekten reflektierten Lichts, eine Digitalisiereinrichtung (104)

zum Digitalisieren des Pegels von Ausgangssignalen der Lichtempfangsvorrichtung, eine Oberlagerungseinrichtung (150) zum Überlagern von durch mehrere Betriebsvorgänge der Lichtempfangseinrichtung erzielten digitalisierten Daten, eine erste Speichereinrichtung (152) zum Speichern der digitalisierten Daten oder der überlagerten Daten, eine Spitzenwert-Erfassungseinrichtung zum Ermitteln eines Spitzenwerts aus den überlagerten Daten, eine Schnittpegel-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Schnittpegels aus dem mittels der Spitzenwert-Erfassungseinrichtung ermittelten Spitzenwert, eine zweite Speichereinrichtung (109) zum Speichern des mittels der Spitzenwert-Erfassungseinrichtung ermittelten Spitzenwerts oder des mittels der Schnittpegel-Bestimmungseinrichtung bestimmten Schnittpegels, eine Vergleichseinrichtung (106, 114, 119, 121) zum Vergleichen der digitalisierten Daten oder der überlagerten Daten mit dem Schnittpegel und zum Ermitteln des Abstands zwischen den Markierungen der Objekte und eine Versetzungseinrichtung zum gegenseitigen Ausrichten der Objekte ent- ^ sprechend dem ermittelten Abstand.

9. Gerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Ausbildung als Masken-Ausrichtgerät. ■

^° 10. Gerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß von den Objekten eines eine Maske (1) ist und das andere ein Halbleiterplättchen (4) ist.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (114), die das gleichzeitige Ausführen des Einschreibens in die erste Speichereinrichtung (152) und der Ermittlung des Spitzenwerts herbeiführt.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (132 bis 136) zum Addieren benachbarter Komponenten der digitalisierten Daten.