FR2482719A1

FR2482719A1 - Appareil de detection de poussieres microscopiques sur des surfaces sans poli optique

Info

Publication number: FR2482719A1
Application number: FR8022586A
Authority: FR
Inventors: Lance Mc Vay
Original assignee: GCA Corp
Current assignee: GCA Corp
Priority date: 1980-05-16
Filing date: 1980-10-22
Publication date: 1981-11-20
Also published as: GB2076962A; FR2482719B1; GB2076962B; JPH0143901B2; US4402607A; DE3048053C2; JPS578435A; DE3048053A1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL DE DETECTION DE LA PRESENCE DE MATIERES PARTICULAIRES SUR UNE SURFACE PLANE. ELLE SE RAPPORTE A UN APPAREIL DANS LEQUEL AU MOINS UN DISPOSITIF OPTIQUE 38 RECOIT LA LUMIERE DIFFUSEE PAR LES PARTICULES SE TROUVANT A LA SURFACE D'UN OBJET A ANALYSER, LE DISPOSITIF OPTIQUE 38 AYANT UN GUIDE DE LUMIERE 42 A FIBRES OPTIQUES ET UN OBJECTIF 40 FORME DE LENTILLES CYLINDRIQUES, LA LUMIERE RASSEMBLEE PARVENANT SUR UN PHOTOMULTIPLICATEUR 44. LA LUMIERE D'UN LASER 22 EST DIRIGEE EN INCIDENCE RASANTE SUR LES DEUX FACES DE L'OBJET A EXAMINER. APPLICATION A LA DETECTION DE LA PRESENCE DE PARTICULES SUR LES CACHES UTILISES POUR LA FABRICATION DES CIRCUITS INTEGRES.

Description

La présente invention concerne de façon géné-

rale les appareils de balayage électro-optique et plus

précisément un appareil qui met en oeuvre des rayons la-

ser diffusés pour la détection, la mesure et la locali-

sation de minuscules particules de poussière sur les

surfaces d'une plaque de réticule.

Au cours de la fabrication de circuitsmicro-

électroniquespar photolithographie, le dessin d'un cir-

cuit est souvent d'abord réduit sous une forme physique correspondant à un dessin de zones sombres sur un cache

photolithographique parfois appelé "réticule". Le réti-

cule est disposé sur la platine d'un projecteur qui as-

sure une exposition, habituellement avec réduction de di-

mension, sur une plaquette, l'exposition provoquant à son tour la formation d'une couche du circuit. Il est très important que le réticule ne porte pas de poussière ou d'autres matières particulaires sur ses deux faces puisque la poussière est projetée sous forme de zones

sombres lors de l'impression sur la plaquette. La pré-

sence de poussière sur le réticule provoque souvent la

formation d'une connexion électrique ou une autre modi-

fication du circuit qui provoque un défaut de fonction-

nement du circuit électronique. L'erreur n'est pas nor-

malement détectée tant qu'un jeu de circuits paillettes n'a pas été fabriqué. Ces circuits doivent alors être jetés. La production rentable de circuits électroniques avec une qualité élevée dépend donc directement de la possibilité de la détection et de l'élimination des minuscules particules de poussière qui peuvent être présentes sur le réticule juste avant sa mise en position

sur la platine optique du projecteur.

On a déjà inspecté les réticules afin de dé-

terminer la présence de poussière, avant la mise en place dans le projecteur, par inspection manuelle à

l'air libre. Cette opération présente de nombreux in-

convénients. D'abord,-il faut une expérience relative-

ment grandeet une concentration importante de la personne

qui inspecte le réticule. L'inspection manuelle est sur-

tout difficile dans le cas des particules de poussière extrêmement petites, par exemple dont le diamètre est

d'environ 1 à 5 microns. Ensuite, si l'inspection vi-

suelle détecte une particule de poussière, la détermination

précise de l'emplacement en vue de son enlèvement est dif-

ficile. Troisièmement, comme l'inspection est effectuée dans un milieu non contrôlé, c'est-à-dire à l'air libre, le réticule peut recevoir une particule de poussière

après son inspection.

La plupart des applications de la diffusion et de la dispersion des radiations à la détection ou la

mesure de particules mettent en oeuvre la lumière dif-

fusée vers l'avant par des particules en suspension dans un fluide. Cependant, dans quelques cas, des techniques

de diffusion de la lumière ont été utilisées pour l'exa-

men de surfaces solides. Par exemple, l'article de

J.F. Ready, Industrial Applications of Lasers, p. 331-

333 décrit plusieurs systèmes d'inspection de surfaces

mettant en oeuvre la lumière d'un laser et des photo-

détecteurs. L'un des appareils détecte la présence de nodules d'or sur une surface céramique à l'aide de la

lumière diffusée par les nodules. Le brevet des Etats-

Unis d'Amérique n0 3 767 306 décrit un autre appareil dans lequel la lumière est diffusée par les particules immergées dans une mince couche de liquide recouvrant la surface. L'inspection d'une surface de verre afin que la présence de particules extrêmement petites, par

exemple de poussière, soit déterminée, pose cepen-

dant des problèmes particuliers qui ne sont pas résolus par les appareils connus. Une différence importante est

que la surface du réticule de verre est elle-même re-

lativement rugueuse et diffuse donc la lumière. Cette diffusion provoquée par le verre crée un bruit de fond général qui peut facilement dépasser la lumière diffusée

produite par une petite particule de poussière. Une au-

tre différence est due au fait que des particules de poussière peuvent avoir des dimensions très petites, par

exemple un diamètre de 1 à 5 microns. Aucun appareil con-

nu d'inspection mettant en oeuvre la diffusion des ra-

diations ne permet la détection de particules de cette dimension en présence de bruit élevé. Un autre problème propre à l'inspection des réticules en vue de la détermination des particules de poussière est qu'il est très souhaitable que l'appareil ne soit pas sensible aux particules ayant des dimensions inférieures à une certaine valeur prédéterminée. Aucun appareil connu ne permet la mesure de la dimension des

particules, surtout dans le cas d'un appareil suffi-

samment sensible pour qu'il fasse la distinction entre

des particules extrêmement petites de dimension ne va-"

riant que d'un ou deux microns. La détection de poussière

sur un réticule est aussi compliquée parce que l'inten-

sité du rayonnement diffusé varie en fonction de l'angle de diffusion et de la dimension des particules si bien qu'il n'y a pas d'angle particulier associé de façon

fiable à une diffusion maximale ou minimale.

L'invention concerne donc un appareil de dé-

tection automatique de minuscules particules telles que la poussière, sur une surface plane de grande étendue mais sans polioptique, par exemple une plaque de verre

portant un réticule, avec une grande fiabilité.

Elle concerne aussi un tel appareil qui peut être réglé afin qu'il détecte les seules particules

ayant au moins une dimension prédéterminée.

Elle concerne aussi un appareil de détection

des particules de poussière ayant les avantages indi-

qués précédemment et qui permet aussi l'identification de l'emplacement d'une particule de poussière détectée

sur la plaque.

Elle concerne aussi un appareil ayant les avan-

tages indiqués précédemment et qui permet l'examen simul-

tané des deux faces d'une plaque.

Elle concerne aussi un tel appareil de détec-

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tion de particules de poussière ayant les avantages indiqués et qui permet l'inspection d'une plaque de

réticule juste avant sa mise en position sur la pla-

tine d'un projecteur.

Elle concerne aussi un appareil ayant les

avantages indiqués et qui peut être utilisée en atmos-

phère contrôlée afin que les possibilités de contamina-

tion de la plaque après inspection soient réduites.

Un appareil automatique de détection de par-

ticules microscopiques, par exemple de poussière, sur une surface plane de grande étendue et non polie, par

exemple la face d'une plaque portant un réticule, com-

porte selon l'invention un laser et des éléments optiques associés qui dirigent un faisceau de radiations étroit et de forte intensité sur la surface étudiée, avec un angle très petit, de-préférence en incidence rasante d'environ 0,50, mesuré par rapport à la surface. La plaque avance en direction "longitudinale" coplanaire à

-la surface étudiée. Dans un mode de réalisation avanta-

geux, un miroir oscillant ou une structure équivalente

balaie le faisceau d'irradiation sur la plaque en direc-

tion sensiblement transversale à la direction d'avance.

Les éléments optiques qui dirigent le faisceau du laser sur la plaque comportent de préférence un répartiteur de faisceau qui le divise en deux faisceaux ('intensités

pratiquement égales qui éclairent les faces oppo-

sées de la plaque.

Un système optique collecte les rayons diffusés

par les particules de poussière qui se trouvent sur cha-

cune des faces de la plaque. Dans un mode de réalisation

avantageux, le système optique comporte plusieurs len-

tilles cylindriques (multiplet) ayant un axe optique

faisant un angle compris entre 60 et 160 avec la direc-

tion d'avance. Le système optique se caractérise par une grande ouverture numérique, de préférence comprise entre

0,15. et 0,20, et une résolution élevée à la face du ré-

ticule afin que le signal de bruit de fond dû à la dis-

persion par la surface, associé à un grand champ de vi-

sion, soit minimal. En d'autres termes, le système op-

tique accepte un cône de radiations diffusées par une particule avec un demi-angle au sommet d'environ 100 (pour les rayons focalisés). L'incidence rasante du

faisceau, en coopération avec le système optique collec-

teur,permet l'obtention d'un bon rapport signal/bruit.

Les axes longitudinaux des lentilles cylindri-

ques sont alignés sur un champ de vision de forme géné-

rale rectangulaire, sur la plaque. Les lentilles cylindri-

ques focalisent les rayons diffusés sur un concentrateur

à optique de fibres formé par un faisceau de fibres op-

tiques. Les extrémités de réception de lumière des fi-

bres sont disposées suivant une configuration "linéaire" de forme générale rectangulaire dans le plan image du

système optique comprenant les lentilles cylindriques.

Les fibres ont de préférence une orientation aléatoire.

Leurs extrémités de sortie sont bien tassées sous forme

d'un point ou d'une tache qui dirige les radiations col-

lectées sur un détecteur. Celui-ci crée un signal élec-

trique proportionnel à l'intensité des radiations qu'il reçoit à partir du concentrateur. La diffusion accrue due à la présence d'une particule de poussière à la surface de la plaque provoque une augmentation de l'intensité du rayonnement diffusé et en conséquence une augmentation

de l'amplitude du signal électrique produit par le dé-

tecteur. Le signal est à peu près proportionnel à la section de la particule de poussière qui provoque la

diffusion. En outre, dans un mode de réalisation avan-

tageux, l'appareil comprend un circuit électronique de détection qui n'est sensible qu'aux signaux électriques provenant du détecteur avec une valeur prédéterminée au moins si bien qu'une discrimination automatique de la taille des particules de poussière auquel l'appareil est sensible est assurée. Le circuit peut aussi corréler

l'avance de la plaque et le balayage du faisceau au si-

gnal de sortie du détecteur afin qu'une particule détectée 2i;82719

sur la plaque soit localisée.

D'autres caractéristiques et avantages de

l'invention ressortiront mieux de la description qui va

suivre, faite en référence aux dessins annexés sur les-

quels:

- la figure 1 est une élévation latérale sim-

plifiée d'un appareil de détection automatique de pous-

sière selon l'invention; - la figure 2 est une vue en plan de l'appareil de détection de la figure 1; - la figure 3 est un diagramme synoptique de

l'appareil de détection des figures 1 et 2, avec le cir-

cuit électronique associé;

- la figure 4 est une élévation latérale dé-

taillée du triplet à lentilles cylindriques représenté sur les figures 1 et 2 et utilisé pour la condensation de la lumière diffusée par les particules; - la figure 5 est une élévation frontale du premier élément du triplet représenté sur la figure 4

- la figure 6 est une vue en plan d'un con-

centrateur de lumière à optique de fibres représenté sur les figures 1 et 2; - la figure 7a représente le concentrateur de lumière de la figure 6 suivant les flèches 7 alors que la figure 7b est un agrandissement d'une petite partie 7b de la figure 7a; - la figure 8 est un diagramme synoptique du circuit de pilotage du miroir de balayage des figures 1 et 2; - la figure 9 est un diagramme synoptique du

circuit qui traite le signal provenant d'un tube photo-

multiplicateur des figures 1 et 2 et d'une alimentation à haute tension de ce tube - la figure 10 est un diagramme synoptique du circuit de comparaison du signal de sortie de l'un des tubes photomultiplicateurs- à des valeurs prédéterminées

de signaux correspondant à des dimensions connues de par-

ticules; et - la figure 1l est un graphique représentant la variation de l'intensité de la lumière diffusée par une

particule, en ordonnées, en fonction de l'angle de diffu-

sion, porté en abscisses. Les figures 1 à 3 représentent un appareil 12 selon l'invention destiné à détecter automatiquement les

particules minuscules telles que de la poussière qui re-

posent sur une surface plane relativement étendue. L'ap-

pareil est particulièrement utile pour l'inspection d'une plaque 14 de verre formant cliché photographique parfois appelé réticule, utilisée dans la fabrication des circuits microélectroniques. Le réticule porte un dessin de zones sombres formé par une couche mince (par exemple de

0,6 micron) de chrome déposée sur l'une de ses faces.

Un réticule a par exemple des dimensions de 127 x 127 x 2,29 mm. La zone de projection d'image de ce réticule, comprenant le dessin de chrome, est sous

forme d'un carré d'environ 105 mm de côté. Une caracté-

ristique importante du réticule est que les faces elles-

mêmes'de la plaque de verre et le dessin sombre de chro-

me diffusent la lumière.

L'appareil 12 de détection comporte une pla-

que 16 de support pneumatique ayant un canal ou une voie 18 formé à sa face supérieure. Ce canal 18 guide le réticule 14 dans l'appareil de détection et vers la platine d'un projecteur (non représenté) d'avance à répétition dans lequel le réticule est utilisé pour l'exposition d'une plaquette. Des buses de soufflage

d'air (non représentées) montées dans la plaque 16 as-

surent à la fois la formation d'un support pneumatique et la propulsion du réticule lorsqu'il se déplace dans

le canal 18. La vitesse d'avance du réticule est pra-

tiquement constante. La flèche 20 indique la direction d'avance du réticule du canal 18 à la platine. Un avantage important de l'invention est que le réticule est inspecté afin que la présence de particules de poussière soit déterminée en un point très proche du

centre de la platine, à une distance de l'ordre de 15 cm.

Chaque face du réticule est éclairée dans une région sensiblement rectangulaire de balayage par un faisceau étroit et très intense 24 de radiations mono- chromatiques. Ce faisceau est de préférence créé par un laser 22 et peut avoir une longueur d'onde qui est par exemple de 630 nm (lumière visible). Le faisceau se caractérise par une faible divergence angulaire et il

a de préférence une largeur, dans la région 19 de ba-

layage, d'environ 0,5 mm ou moins, mesurée entre les points ayant une intensité moitié du maximum, dans le profil d'intensité du faisceau. L'intensité élevée du

faisceau est importante pour l'obtention d'un bon rap-

port signal/bruit lorsque la lumière est diffusée par une particule de poussière qui se trouve à la face supérieure 14a ou à la face inférieure 14b du réticule 14. Une valeur recommandée pour l'intensité du faisceau est de 0,1 W/mm

Des éléments optiques qui dirigent le fais-

ceau 24 du laser 22 sur la région de balayage du réti-

cule comportent un premier miroir 26, un second miroir 28, un dispositif 30 de balayage optique comportant un miroir oscillant 30a de balayage, un répartiteur 32 de

faisceau, un troisième miroir 34 et un prisme 36 as-

surant une double réflexion. Le miroir 26 renvoie le

faisceau d'une direction verticale vers le haut, lors-

qu'il quitte le laser, en direction horizontale vers le

second miroir 28 qui renvoie alors le faisceau horizon-

talement sur le miroir 30a de balayage du dispositif 30. Le miroir 30a de balayage est incliné à 450 par

rapport au plan horizontal du trajet du faisceau déter-

miné par lesmirbirs26 et 28 afin que le faisceau soit dirigé vers le haut, vers le répartiteur 32. Le miroir du dispositif de balayage oscille afin que le faisceau assure un balayage en éventail comme indiqué clairement sur la figure 2.Le répartiteur 32 de faisceau est de préférence d'un type classique cubique qui divise le faisceau incident en un faisceau supérieur 24a et un faisceau inférieur 24b de balayage, ayant pratiquement des intensités égales. Le faisceau 24a remonte par une ouverture de la plaque 16 vers le troisième miroir 34 qui renvoie le faisceau sur la face supérieure 14a du réticule. Le faisceau inférieur 24b, réfléchi-par le répartiteur 32, progresse suivant un trajet horizontal vers le prisme 36 au niveau duquel il est réfléchi intérieurement deux fois sur les faces 36a et 36b et ressort du prisme 36 vers la face inférieure 14b du réticule. Bien que le système optique qui transmet le faisceau (portant la référence générale 25 sur la figure

3) puisse être très différent quant à ses éléments cons-

tituants et à la configuration géométrique du faisceau, une caractéristique importante de l'invention est que les

faisceaux étroits et très intenses 24a et 24b de balaya-

ge frappent chacun une face du réticule sous un angle d'incidence extrêmement faible, mesuré par rapport à la

surface inspectée. On constate que cet angle d'inspec-

tion est extrêmement important pour l'obtention d'un bon rapport signal/bruit au cours de la détection de

petites particules en présence d'un bruit de fond impor-

tant. Plus précisément, l'appareil 12 est destiné à dé-

tecter les particules de poussière ayant un diamètre

aussi faible que 1 à 5 microns. Dans les appareils con-

nus de balayage dans lesquels la lumière d'interrogation est dirigée vers la surface, avec un angle d'incidence bien supérieur, le niveau de bruit créé par la lumière diffusée par la surface elle-même dépasserait de façon considérable le signal créé par la lumière diffusée par les petites particules de poussière reposant sur la surface. Le dispositif 30 de balayage optique qui peut être du type vendu par General Scanning, Inc. sous la référence G 115, a un miroir 30a qui oscille à une fréquence de 50 Hz environ. L'amplitude d'oscillation est suffisante pour que le faisceau balaie latéralement en direction sensiblement perpendiculaire à la direction

d'avance 20 du réticule sur la région de l'image de pro-

jection qui est reproduite photolithographiquement. Dans le cas d'un exemple de réticule carré de 127 mm de côté, le faisceau balaie donc latéralement le réticule

sur une distance d'environ 105 mm. Etant donné l'inci-

dence rasante du faisceau d'inspection, ce dernier éclai-

re une surface du réticule disposée longitudinalement (dans la région 20) sur environ 5 cm, la longueur exacte dépendant de l'angle d'inspection et de la largeur du faisceau. Cette région irradiée constitue la région de

balayage des faces 14a et 14b.

Le répartiteur 32 de faisceau est placé à distance de la face inférieure de la plaque 16 si bien

que le faisceau inférieur 24b réfléchi par le réparti-

teur vers le prisme 36 évite les éléments du support

pneumatique (non représenté) placés sous la plaque.

Le prisme-36 constitue un dispositif de décalage la-

téral du faisceau qui élève le faisceau 24b afin qu'il soit horizontal et soit dirigé sur-la face 14b

du réticule, avec l'angle précité d'incidence rasante.

Il faut noter que, comme le faisceau est déplacé en éventail par le miroir du dispositif de balayage avant

son entrée dans le répartiteur 32, les faisceaux supé-

rieur et inférieur 24a et 24b sont balayés latéralement

sur le réticule.

Deux ensembles collecteurs de lumière de type électro-optique 38 sont disposés symétriquement autour des régions de balayage des faces opposées du réticule 14. Chaque ensemble 38 comporte un système collecteur

de lumière et relais, de préférence un multiplet compre-

nant des lentilles cylindriques 40, ayant une excellente résolution dans les régions de balayage et une grande

ouverture numérique. Dans le mode de réalisation avan-

tageux représenté, chaque multiplet 40 est un triplet comme représenté en détail sur les figures 4 et 5. De

préférence, le système optique 40 donne une bonne ré-

solution dans des champs étroits de vision 19 qui se trouvent dans les régions de balayage des faces l4a et 14b. Ces champs de vision 19 sont disposés chacun laté-

ralement au-dessus de la surface de l'image de projec-

tion sur la surface du réticule (avec une dimension qui est par exemple de 105 mm) et longitudinalement sur 0,5 mm environ. Ce système optique collecte la lumière diffusée provenant d'une région 19 de détection et la

retransmet vers un plan image sensiblement rectangulaire.

Des concentrateurs 42 à fibres optiques transmettent chacun la lumière collectée dans le plan image vers un

tubephotomultiplicateur 44.

Une autre caractéristique importante de l'in-

vention est que les systèmes optiques 40 ont leurs axes optiques principaux alignés sur le champ associé de vision 19 avec un angle qui améliore le rapport signal/

bruit. Les ensembles 38 collectent de préférence la lu-

mière diffusée suivant un angle e par rapport à la di-

rection d'avance du réticule, cet angle étant compris entre 60 et 1600. Plus précisément, on constate qu'un

angle collecteur d'environ 1200, comme représenté, amé-

liore notablement le rapport signal/bruit dans le cas de minuscules particules de poussière qui diffusent la

lumière depuis la surface d'un réticule de verre.

Une autre caractéristique importante de l'in-

vention est que chaque triplet 40 comprenant des lentil-

les cylindriques a une ouverture numérique élevée, de préférence comprise entre 0,15 et 0,20. En d'autres termes, les systèmes optiques 40, lorsqu'ils sont vus par une particule qui se trouve dans un champ de vision, sous-tendent un angle dont la moitié est sensiblement égale à 10 (rayon focalisé). Cette grande ouverture

numérique est importante pour l'intégration de la lu-

mière collectée dans un domaine angulaire relativement

large dans l'espace objet. On comprend mieux l'impor-

tance de cette grande ouverture numérique en référence à

la figure il qui estun graphique reprsentant la varia-

tion de l'intensité lumineuse diffusée par deux petites

particules, en ordonnées, en fonction de l'angle de dif-

fusion e, 00 représentant la lumière diffusée totalement vers l'avant et 1800 celle qui est diffusée totalement vers l'arrière. La courbe lla correspond à un exemple de variation d'intensité observée avec une particule relativement grosse. La courbe llb correspond à un comportement comparable pour la lumière diffusée par une particule nettement plus petite. En général, dans le cas des petites particules, la variation de l'intensité avec l'angle a une fréquence'réduite et une plus grande amplitude. Cependant, dans tous les cas, lorsqu'un ensemblecollecte la lumière suivant un angle

de diffusion seulement, l'angle de détection peut -

coïncider avec un minimum de la courbe d'intensité si

bien que la particule peut ne pas être détectée. Ce-

pendant, si la lumière diffusée est collectée dans

toute une plage angulaire, les fluctuations de l'inten-

sité dues aux variations de^l'angle de diffusion sont

moyennées. Il est aussi important que les systèmes op-

tiques 40 collectent la lumière provenant d'un champ de vision exceptionnellement large (105 mm) même si le champ de vision "instantané" éclairé par le faisceau

étroit à un moment quelconque est nettement plus petit.

Ce grand champ de vision est obtenu en partie à l'aide

*de lentilles cylindriques.

Comme indiqué sur les figures 4 et 5, chaque triplet 40 comprenant des lentilles cylindriques comporte une première lentille 40a, une seconde lentille 40b et une troisième 40c, avec un diaphragme 46 placé entre la

première et la seconde lentille. Chacune des trois len-

tilles 40a, 40b et 40c est cylindrique et a un axe longitudinal qui s'étend de préférence au moins sur toute

la largeur du champ de vision 19 et qui dépasse de pré-

férence les deux extrémités latérales du champ associé

de vision 19 d'une distance suffisante pour qu'un demi-

angle au sommet de 100 soit sous-tendu lors de l'obser-

vation à partir d'un point qui se trouve au bord de la région du réticule qui correspond à l'image. A titre illustratif et non limitatif, les lentilles 40a, 40b

et 40c sont de préférence formées de verre dont l'indi-

ce de réfraction est d'environ 2,44. Chaque lentille a une longueur, mesurée suivant son axe longitudinal, qui

est de 135 mm environ et une hauteur de 10 mm environ.

La première lentille 40a est convergente et a une pre-

mière surface plane et une seconde surface dont le rayon de courbure est égal à 8,91 mm. La lentille 40b est aussi convergente et placée à 1 mm de la lentille a. La lentille 40b a une première surface à courbure convexe dont le rayon de courbure est d'environ 8,91 mm et une seconde surface plane. La lentille 40c est un élément divergent ayant une première surface concave dont le rayon de courbure est égal à 14,21 mm et une seconde surface plane. Les périphéries de la seconde et de la troisième lentille sont en contact. La première surface de la lentille 40a est disposéeà 13 mm environ du champ de vision 19. Chacune dés lentilles 40a, 40b et 40c a une épaisseur maximale, mesurée le long de l'axe optique principal de 3,5 mm environ. L'optique

40 a un plan image qui se trouve à 9,15 mm environ au-

delà de la seconde surface de la lentille 40c.

Chaque concentrateur 42 à fibres optiques comprend un boîtier 48 en éventail qui entoure une masse de fines fibres optiques 50 ayant chacune une première extrémité 50a (représentée plus clairement sur la figure

7b) dans le plan image du triplet 40 à lentille cylin-

drique et elle reçoit la lumière diffusée et collectée par ce triplet. Chacune des fibres 50 est revêtue afin qu'elle transmette efficacement la lumière collectée à l'extrémité 50a vers une extrémité 50b de sortie. Les extrémités 50a des fibres forment un arrangement disposé suivant une ligne qui est parallèle à la longueur du

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triplet, et elles sont disposées verticalement sur une

hauteur suffisante pour qu'elles collectent et transmet-

tentle long des fibres 50 pratiquement la totalité de la

lumière parvenant sur le système optique associé 40.

Dans un mode de réalisation avantageux, les fibres ont - un diamètre d'environ 0,05 mm et elles sont empilées à raison d'une dizaine environ aux extrémités d'entrée 50a (comme représenté sur la figure 7b). Les fibres ont de préférence une orientation aléatoire et sont groupées

en 4 ou 5 faisceaux avant d'être fixées avec une confi-

guration d'émission très tassée, suivant un point ou une tache qui éclaire la cathode du tube photomultiplicateur 40. Les extrémités des fibres qui sont adjacentes 50a et 50b sont parallèles et sont perpendiculaires à l'axe

de la fibre. L'ensemble 42 constitue un dispositif ef- ficace de transformation de la ligne de lumière trans-

mise par le système optique associé 40 en un point.

Comme indiqué sur la figure 3, l'appareil 12

de détection comporte aussi différents composants êlec-

troniques tels qu'un circuit 51 de pilotage de dispositifs

de balayage, un circuit 52 de traitement de signaux ana-

logiques et un circuit 54 comparateur de signaux. Le

circuit 51 crée un signal de sortie qui pilote le dis-

positif 30 de balayage à la fréquence et avec l'ampli-

tude voulues d'oscillation. Le circuit 51 crée aussi

un signal logique 72 de sortie (figure 8). Un mini-

ordinateur 98 utilisele signal logique pour indiquer l'emplacement du miroir de balayage et en conséquence la position latérale du faisceau de balayage en fonction du temps. Chaque photomultiplicateur 44 transforme la lumière qu'il reçoit à partir des extrémités 50b du concentrateur en un signal électrique analogique qui

est pratiquement proportionnel à l'intensité de la lumière.

Le circuit 52 de traitement de signaux analogiques trans-

forme ce signal analogique du photomultiplicateur en une tension qui peut être évaluée par le circuit comparateur 54.

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Le circuit comparateur 54 a au moins un ni-

veau de tension et de préférence quatre niveaux de ten-

sion, réglables et prédéterminés, correspondant chacun à une dimension donnée de particules. Suivant que le signal dépasse ou non un niveau prédéterminé, le compa- rateur crée un signal numérique de sortie qui indique la présence ou l'absence d'une particule de la dimension correspondante. Ce signal numérique peut être transmis à divers dispositifs de signalisation mais il parvient de

préférence au mini-ordinateur 98 qui, en plus de la com-

mande d'un dispositif convenable de signalisation, assure aussi la corrélation de la présence d'une particule avec

le signal logique de sortie du circuit 51 afin qu'il dé-

termine la position latérale de la particule sur le ré-

ticule. L'information concernant la position longitudinale

d'une particule détectée est déterminée à partir de si-

gnaux créés par les bords antérieur et postérieur du ré-

ticule lors du passage de celui-ci dans l'appareil de détection. Plus précisément, ces bords provoquent la création de lumière rétrodiffusée extrêmement importante et l'appareil 12 l'interprète comme un nombre extrêmement

grand de particules présentes dans un seul balayage.

Cette situation de nombreuses particules est inter-

prétée par l'ordinateur comme représentant l'un des bords.

Comme le réticule avance à vitesse constante et comme les moments o les bords antérieur et postérieur passent sous l'appareil de détection sont connus, la position

longitudinale d'une partie peut être facilement cal-

culée.

La figure 8 est un diagramme synoptique sim-

plifié du circuit électronique 15 de pilotage du dispo-

sitif de balayage. Le circuit 56 formant une bascule de Schmitt crée une onde rectangulaire 58. Un circuit 60 de réglage de largeur permet le réglage de la durée des

impulsions de la bascule 56. Le signal 58 de:sortie par-

vient à un intégrateur 62 qui crée un signal 64 de sor-

tie en dents de scie. Ce signal parvient alors à un cir-

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cuit 66 de pilotage qui est essentiellement un amplifi-

cateur de puissance qui augmente l'intensité du signal.

Le signal de sortie du circuit de pilotage est transmis

par la ligne 68 au dispositif 30 de balayage. La lar-

geur de balayage latéral est ainsi réglée par le dis- positif 60 de réglage de largeur d'impulsion et elle

peut être décalée à l'aide d'un dispositif 57 de ré-

glage de. décalage. Un circuit 70 transmettant un si-

gnal de non validation assure la commande électronique par tout ou rien du circuit 66 de pilotage. De cette manière, le dispositif 30 de balayage peut être arrêté suivant un procédé commode. Cette caractéristique est souhaitable par exemple lorsque le réticule atteint la platine de projection puisque les vibrations créées

par le moteur du dispositif de-balayage peuvent per-

turber les opérations lithographiques.

Le signal logique 72 de sortie passe à un pre-

mier état (0 V) lorsque le balayage latéral du faisceau parvient d'abord sur la région de l'image de projection et passe à un second état (+5 V) lorsque le faisceau commence à quitter cette région de l'image. Ce signal

logique est créé par transmission du signal 68 du dis-

positif de balayage dans un étage 74 destiné à suppri-

mer les courants continus et dans un comparateur 76 d'axe 0. Chaque fois que le signal du dispositif de balayage dépasse 0 V, le comparateur 76 crée un signal logique ayant le premier niveau. La transition du signal

logique 72 entre le second et le premier niveau est ré-

glée afin qu'elle coïncide avec le balayage latéral du faisceau lorsqu'il pénètre initialement dans la région de l'image, par alignement d'un circuit 78 de réglage de décalage. La figure 9 représente plus en détail le circuit 52 de traitement de signaux analogiques associé; à l'un des ensembles 38 collecteurs de lumière. Le circuit 52 a donc deux circuits indépendants du type représenté

sur la figure 9, associés chacun à l'un des ensembles 38.

Le signal de sortie du tube photomultiplicateur 44 est

transmis à un circuit 80 formant convertisseur charge-

tension et filtre passe-bas. Le filtre passe-bas élimine le bruit à très haute fréquence de la tension de sortie du photomultiplicateur. Le signal de sortie du circuit

est alors transmis à un filtre passe-bande qui re-

tire tous les signaux qui ne sont pas compris dans une plage déterminée de largeur d'impulsion. Le signal de sortie du filtre passe-bande 82 est alors appliqué à un amplificateur 84 muni d'un dispositif 85 de réglage de gain. Le circuit électronique de traitement de signaux comprend aussi un circuit 86 de réglage de tension élevée et un régulateur 88 de tension qui règle la tension

d'entrée de l'alimentation à haute tension du tube pho-

tomultiplicateur associé.

La figure 10 représente plus en détail la

moitié du circuit comparateur 54 associé à l'un des en-

sembles détecteurs 38. Le signal de sortie de l'amplifi-

cateur 84 parvient à un étage 90 destiné à arrêter les

courants continus et à un circuit tampon 92 à faible dé-

calage qui empêche le signal de sortie de passer à une valeur suffisamment négative pour que le fonctionnement d'un circuit comparateur suivant 94 soit affecté de façon nuisible. Le signal de sortie du circuit tampon parvient de préférence à quatre comparateurs assurant chacun la

comparaison du signal analogique de sortie du tube photo-

multiplicateur à un niveau prédéterminé de tension qui

correspond à une dimension prédéterminée de particules.

Un circuit 96 de réglage de comparateur, associé à cha-

cun des quatre comparateurs, fixe ces quatre niveaux de seuil ou de discrimination. Des exemples de valeurs pour

ces seuils correspondent à des particules dont les dia-

mètres sont de 5, 10, 20 et 40 microns. L'existence de plusieurs comparateurs assure la transmission immédiate d'une information concernant la dimension des particules ainsi que d'une information indiquant si une particule qui a une dimension suffisante pour déclencher le comparateur de plus faible valeur est présente ou non. Le signal de

sortie des quatre comparateurs est sous forme d'un si-

gnal numérique qui parvient à un bus du mini-ordinateur

98. Ce dernier peut remplir diverses fonctions de com-

mande et de traitement, par exemple la transmission d'un signal destiné à exciter un compteur ou un dispositif

d'alarme, ou la corrélation de la présence d'une parti-

cule avec le signal logique du sortie du circuit de balayage afin qu'il donne une indication sur la position

latérale de la particule détectée sur le réticule. Com-

me indiqué précédemment, si le mini-ordinateur est aussi programmé afin qu'il interprète la lecture d'un grand nombre de particules au cours d'un seul balayage comme la présence du bord antérieur ou postérieur du réticule,

il peut aussi calculer une position longitudinale appro-

ximative de la particule sur le réticule. Comme le sa-

vent les hommes du métier, le mini-ordinateur peut aussi exécuter des opérations plus élaborées, par exemple une

aalyse de la distribution des dimensions des particules.

Ainsi, l'invention concerne un appareil très fiable de détection de particules extrêmement petites de poussière reposant sur une surface de grande étendue qui diffuse elle-même la lumière. L'appareil est automatique et non seulement détecte des particules dépassant une ou plusieurs dimensions prédéterminées mais donne aussi une information sur l'emplacement d'une particule détectée

sur la surface. L'appareil permet l'inspection d'un ré-

ticule très près de la platine d'un projecteur à avance répétée. En outre, la surface de détection et la surface d'exposition optique peuvent être maintenues dans leur ensemble en atmosphère contrôlée, par exemple sous vide ou en atmosphère propre formée par un gaz ayant subi un

filtrage poussé.

Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. Par exemple, le système optique d'irradiation qui assure la transmission du faisceau du laser jusqu'à la plaque du réticule,. peut être très modifié, avec par exemple utilisation de deux lasers associés chacun à l'inspection de l'une des faces de la plaque ou le fais-

ceau d'inspection peut être orienté en direction per-

pendiculaire à la direction d'avance de la plaque. Dans ce dernier montage, les ensembles détecteurs 38 peuvent assurer un balayage de tout le champ de vision, à la place du faisceau. Un arrangement connu pour le balayage du champ de vision met en oeuvre une ouverture mobile placée devant l'optique 40. De manière analogue, les

hommes du métier peuvent facilement réaliser divers cir-

cuits électroniques de pilotage d'un miroir de balayage ou de traitement et d'évaluation du signal de sortie du

tube photomultiplicateur.

En outre, bien qu'on ait décrit l'invention en référence à un faisceau de radiations non polarisées, on peut obtenir, dans certaines applications, un rapport signal/bruit meilleur soit par utilisation de radiations

incidentes polarisées, soit par collecte de la seule lu-

mière diffusée ayant une certaine polarisation (à l'aide

d'un polariseur), soit par utilisation de ces deux tech-

niques. En outre, chaque particule qui se trouve sur la plaque peut être balayée plusieurs fois,- chaque fois, avec une configuration différente de polarisation, par mise en oeuvre d'éléments électro-optiques classiques

de polarisation.

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Claims

REVENDICATIONS

1. Appareil de détection de la présence de ma-

tière particulaire microscopique sur une face sensible-

ment plane, avançant daYns une première direction qui est sensiblement coplanaire à ladite surface, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend

un dispositif (22) destiné à former un fais-

ceau étroit de radiations monochromatiques de forte in-

tensité,

un dispositif (26-36) destiné à diriger les ra-

diations sur la surface avec un angle très aigu, mesuré par rapport à la surface, et un dispositif optique (38) orienté afin qu'il fasse un angle avec ladite surface et qu'il collecte les radiations provenant du faisceau et qui sont diffusées par la matière particulaire, le dispositif optique (38)

ayant une résolution élevée dans le champ de vision for-

mé sur la surface et ayant une grande ouverture numérique, les radiations diffusées par les particules

et reçues par le dispositif optique (38) étant sensible-

ment proportionnelles à la dimension de la matière par-

ticulaire.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé

en ce qu'il comprend un dispositif (30) de balayage la-

téral du faisceau dans le champ de vision en direction

sensiblement transversale à la première direction.

3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif (44) couplé au dispositif optique (38) et destiné à transformer les radiations diffusées par la matière particulaire en un signal électrique analogique dont l'amplitude correspond

à l'intensité des radiations collectées.

4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif électronique (52, 54) destiné à transformer le signal analogique en

un signal numérique.

5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé

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en ce que le dispositif de transformation (52, 54) com-

porte un comparateur (54).

6. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif électronique destiné à retirer du signal par filtrage le bruit dû à la dif-

fusion des radiations par ladite surface.

7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé

en ce que ledit angle très aigu est de l'ordre de 0,50.

8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (32) destiné à diviser le faisceau de radiations en deux faisceaux séparés de balayage (24a, 24b) dirigés chacun sur l'une des deux

faces opposées, formant ledit angle très aigu.

9. Appareil de détection automatique de très pe-

tites particules ayant au moins une dimension prédéter-

minée sur l'une des deux faces sensiblement parallèles d'un réticule qui avance dans une première direction qui

est sensiblement coplanaire avec les faces, ledit appa-

reil étant caractérisé en ce qu'il comprend

une source lumineuse laser (22) qui crée un.

faisceau étroit de lumière monochromatique très intense ayant une petite divergence angulaire,

un dispositif (32) destiné à diviser le fais-

ceau en deux faisceaux ayant des intensités sensiblement égales,

un dispositif (34, 36) destiné à diriger cha-

cun des faisceaux divisés sur une région de balayage de l'une des faces associée avec un angle très aigu, mesuré par rapport à ces faces,

un dispositif (30) balayant chacun des fais-

ceaux latéralement sur la région de balayage en direc-

tion sensiblement transversale à la première direction,-

et un dispositif optique (38) faisant un angle avec lesdites faces et destiné à collecter la lumière provenant des faisceaux divisés et qui est diffusée par les particules se trouvant dans le champ de vision à

21,82719

l'intérieur des régions de balayage, le dispositif op-

tique ayant une résolution élevée dans lesdits champs de vision et ayant une grande ouverture numérique, la lumière diffusée par les particules et reçue par le dispositif optique (38) étant sensible-

ment proportionnelle à la dimension de la matière parti-

culaire.

10. Appareil selon l'une des revendications 1 et

2, caractérisé en ce que ledit angle du dispositif op-

tique est compris entre 60 et 1600, mesuré par rapport

à ladite première direction.

11. Appareil selon l'une des revendications 1 et

9, caractérisé en ce que l'ouverture numérique est com-

prise entre 0,15 et 0,20, et le dispostiif optique (38) permet la résolution de particules adjacentes ayant un diamètre compris entre 1 et 5 microns dans lesdits champs

de vision.

12. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif (44) couplé au

dispositif optique (38) et destiné à transformer la lu-

mière diffusée par la matière particulaire en un signal électrique dont l'amplitude correspond à l'intensité de

la lumière collectée.

13. Appareil selon l'une des revendications 3 et

12, caractérisé en ce que le dispositif de transformation

(44) est un tube photomultiplicateur.

14. Appareil selon l'une des revendications 2 et

9, caractérisé en ce que le dispositif optique (38) com-

prend un multiplet formé par plusieurs lentilles cylin-

driques (40a, 40b, 40c) dont les axes longitudinaux sont

sensiblement alignés sur la direction de balayage.

15. Appareil selon l'une des revendications 9 et

11, caractérisé en ce que le dispositif optique (38) comporte en outre un guide (42) de lumière à optique de

fibres qui transmet la lumière du plan image des len-

tilles vers le tube photomultiplicateur (44).

16. Appareil selon la revendication 12, caractérisé

2Iî82719

en ce qu'il comprend en outre un comparateur électroni-

que (54) co(mmandé par ledit signal électrique. -

17. Appareil selon l'une des revendications 3 et

12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispo-

sitif destiné à coordonner le dispositif de balayage et le dispositif de détection afin que la position de la

matière particulaire sur la surface soit déterminée.

18. Appareil selon la revendication 17, caractérisé

en ce que le dispositif de coordination comporte. un dis-

positif destiné à interpréter la détection de nombreuses particules au cours du balayage comme représentant le

bord antérieur ou postérieur de la surface.

19. Appareil selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que les radiations

sont polarisées.

20. Appareil selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que le dispositif optique (38) comporte un dispositif destiné à détecter

les radiations diffusées avec une polarisation prédé-

terminée.

21. Appareil selon la revendication 19, caractérisé

en ce que le dispositif optique a un grand champ de vi-

sion dans la direction de balayage.