DE3048053C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen des Vorliegens von mikroskopischen Teilchen auf einer ebenen Fläche einer Platte, die in einer ersten Richtung parallel zur Fläche vorrückt, mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines schmalen Strahles hoher Intensität monochromatischer Strahlung, einer Einrichtung zum Lenken des Strahls auf die Fläche unter einem sehr spitzen Winkel zu dieser, einer Optik, die unter einem bestimmten Winkel zur Fläche ausgerichtet ist, zum Sammeln der durch das Teilchen gestreuten Strahlung und einer mit der Optik gekoppelten Umsetzereinrichtung zur Umwandlung der durch ein Teilchen gestreuten Strahlung in ein analoges elektrisches Signal.

Bei der Herstellung mikroelektrischer Schaltungen durch Photolithographie wird der Aufbau einer Schaltung oft zuerst in eine physikalische Form wie ein Muster von dunklen Bereichen auf einer photolithographischen Maske gebracht, die gewöhnlich als Fadennetz bezeichnet wird. Das Fadennetz liegt auf dem Objektivtisch eines Strahlungsprojektors, um eine Belichtung von einer gewöhnlich verringerten Größe auf einen Substrat zu erzeugen, das seinerseits eine Schicht der Schaltung bildet. Es ist äußerst wichtig, daß das Fadennetz frei von Staub oder anderen Feststoffteilchen auf seinen beiden Flächen ist, da der Staub als ein dunkler Bereich beim Drucken der Scheibe projiziert wird. Das Vorliegen von Staub auf dem Fadennetz führt oft zu einer elektrischen Verbindung oder anderen Schaltungsveränderung, die eine Fehlfunktion der mikroelektronischen Schaltung hervorruft. Der Fehler wird gewöhnlich nicht erfaßt, bis eine Reihe von Chips hergestellt ist. Diese Schaltungen müssen als Ausschuß aussortiert werden. Die wirtschaftliche Herstellung mikroelektronischer Schaltungen hoher Qualität hängt daher direkt von der Fähigkeit ab, kleine Staubteilchen zu erfassen und auszuschließen, die auf dem Fadennetz vorhanden sein können, gerade bevor dieses auf den Objektivtisch des Projektors gelegt wird.

Bisherige Fadennetze werden vor dem Einsetzen in den Projektor von Hand in offener Umgebung überprüft. Dieses Vorgehen hat zahlreiche Nachteile. Zunächst ist viel Erfahrung und Konzentration der Person erforderlich, die das Fadennetz untersucht. Eine manuelle Untersuchung ist insbesondere für extrem kleine Staubteilchen z. B. mit einem Durchmesser von etwa 1 bis 5 µm schwierig. Wenn weiterhin durch visuelle Untersuchung ein Staubteilchen erfaßt wird, so ist es äußerst schwierig, dessen Lage zu bestimmen, um das Teilchen zu entfernen. Da schließlich die Untersuchung in einer unkontrollierten, offenen Umgebung erfolgt, kann das Fadennetz ein Staubteilchen annehmen, nachdem es untersucht wurde.

Die meisten Anwendungen einer Strahlungsstreuung zur Erfassung oder Messung von Teilchen benutzen Licht, das von in einem Fluid suspendierten Teilchen vorwärtsgestreut ist. Jedoch gibt es einige wenige Fälle mit Lichtstreuung zur Prüfung fester Flächen. So wurden verschiedene Anordnungen zur Oberflächenprüfung mittels Laserlicht und Photodetektoren bereits beschrieben (vgl. J. F. Ready in Industrial Applications of Lasers, Seiten 331-333). Eine Anordnung erfaßt das Vorliegen von Goldklümpchen auf einer keramischen Fläche mittels von den Klümpchen gestreuten Lichtes. Weiterhin gibt es eine Anordnung, bei der das Licht von Teilchen gestreut wird, die in eine dünne Flüssigkeitsschicht eingetaucht sind, die eine Oberfläche bedeckt (vgl. US-PS 37 67 306). Die Überwachung einer Glasfläche auf das Vorliegen extrem kleiner Teilchen, wie beispielsweise Staub, weist gemeinsame Probleme auf, die durch die bestehenden Anordnungen nicht angesprochen werden. Ein wesentlicher Unterschied liegt darin, daß die Oberfläche des Glas-Fadennetzes selbst vergleichsweise rauh ist und daher Licht streut. Diese durch Glas eingeführte Streuung führt zu einem allgemeinen Hintergrundrauschen, das leicht die durch ein kleines Staubteilchen eingeführte Streuung überdecken kann. Ein anderer Unterschied liegt darin, daß Staubteilchen extrem klein mit beispielsweise einem Durchmesser von 1 bis 5 µm sein können. Keine üblichen Prüf- oder Überwachungsanordnungen mit Strahlungsstreuung können Teilchen dieser Größe in einer Umgebung hohen Rauschens erfassen.

Ein anderes, der Prüfung oder Überwachung von Fadennetzen auf Staubteilchen eigenes Problem liegt darin, daß es äußerst zweckmäßig ist, eine Anordnung zu besitzen, die unempfindlich gegenüber Teilchen mit Abmessungen ist, die kleiner als ein vorbestimmter Wert sind. Keine übliche Anordnung liefert eine Messung der Teilchengröße, die insbesondere empfindlich genug ist, um zwischen extrem kleinen Teilchen zu unterscheiden, die in der Größe lediglich um 1 oder 2 µ abweichen. Die Erfassung von Staub auf einem Fadennetz ist auch kompliziert, da die Stärke der gestreuten Strahlung sich mit dem Streuwinkel und der Teilchengröße ändert, so daß es keinen besonderen Winkel gibt, der zuverlässig einem höchsten oder geringsten Grad der Streuung zugeordnet ist.

Aus IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 16, No. 6, November 1973, Seiten 1964 bis 1966 ist eine Vorrichtung zum Erfassen des Vorliegens von mikroskopischen Teilchen auf einem ebenen Halbleitersubstrat bekannt, bei dem vier in einer Linie konvergierende Lichtstrahlen unter einem sehr spitzen Winkel auf die zu untersuchende Fläche gelenkt werden. Das von in der beleuchteten Linie vorliegenden Teilchen reflektierte Licht wird über einen Umlenkspiegel in eine Optik geworfen und dann von einem Detektor registriert.

Auch bei dieser bekannten Anordnung besteht das bereits oben angesprochene Problem, nämlich, daß bei mikroskopisch kleinen Teilchen die Intensität des von dem Teilchen gestreuten Lichts nicht nur von dessen Größe abhängt, sondern auch von dem Winkel unter dem die gestreute Strahlung detektiert wird, so daß ein zur Größe des Teilchens eindeutig zuordenbares Signal nicht erhalten werden kann. Ein weiteres grundsätzliches Problem besteht darin, daß das von dem Teilchen herrührende Signal im Hintergrundrauschen untergeht, wenn das Teilchen gerade eine solche Größe hat, daß die Intensität des gestreuten Lichts unter dem Beobachtungswinkel im Bereich eines Minimums liegt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der vorausgesetzten Art zu schaffen, die mikroskopisch kleine Teilchen unterschiedlicher Größe zuverlässig detektiert und ein von der Größe des detektierten Teilchens abhängiges Ausgangssignal abgibt.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen des Vorliegens von mikroskopischen Teilchen auf einer ebenen Fläche wie beispielsweise einer Seite der oben genannten Fadennetzplatte, umfaßt eine Einrichtung zum Erzeugen eines schmalen Strahles hoher Intensität monochromatischer Strahlung, vorzugsweise einem Laser, und eine Einrichtung zum Lenken des Strahls auf die Fläche unter einem sehr spitzen Winkel zu dieser, die durch entsprechende optische Elemente gebildet wird. Der schmale Strahl hoher Intensität wird unter einem sehr spitzen Winkel, vorzugsweise einem Streifwinkel von etwa 0,5° gemessen von der Fläche, auf diese gerichtet. Das von auf der Fläche befindlichen Teilchen gestreute Licht wird von einer Optik gesammelt, deren optische Achse unter einem bestimmten Winkel zur Fläche ausgerichtet ist, vorzugsweise im Bereich von 60° bis 160°. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Optik einerseits eine hohe Auflösung und andererseits eine so große numerische Apertur auf, daß die durch die Optik aufgenommene vom Teilchen gestreute Strahlung proportional zur Größe des Teilchens ist. Vorzugsweise liegt die numerische Apertur im Bereich von 0,15 bis 0,20, was bedeutet, daß die Optik gestreute Strahlung in einem Kegel aufnimmt, dessen Kegel-Halbwinkel für fokussierte Strahlen etwa 10° entspricht. Der spitze Einfallswinkel gegenüber der Fläche führt zusammen mit den genannten Eigenschaften der Optik zu einem sehr guten Rauschabstand.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsmaterial der Erfindung ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß das Vorliegen von mikroskopischen Teilchen auf zwei einander gegenüberliegenden Flächen einer Platte detektiert wird. Dazu ist ein Strahlteiler vorgesehen, der den erzeugten Strahl hoher Intensität in zwei Teilstrahlen mit ungefähr gleicher Stärke aufspaltet, sowie eine weitere Einrichtung, um den zweiten Strahl wiederum unter einem sehr spitzen Winkel auf die zweite Fläche der Platte zu lenken. Die von Teilchen auf der zweiten Fläche gestreute Strahlung wird von einer weiteren Optik gesammelt, die ebenfalls eine hohe Auflösung und eine so große numerische Apertur aufweist, daß die durch das Teilchen gestreute und von der Optik aufgenommene Strahlung proportional zur Größe des Teilchens ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht einer automatischen Staub-Detektoranordnung,

Fig. 2 eine Draufsicht der Detektoranordnung der Fig. 1,

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Detektoranordnung einschließlich der zugeordneten elektronischen Schaltung,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Zylinderlinsen- Triplets, das in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist und zum Sammeln von Licht dient, das von einem Teilchen gestreut ist,

Fig. 5 eine Vorderansicht des ersten Elements des Triplets der Fig. 4,

Fig. 6 eine Draufsicht eines in den Fig. 1 und 2 gezeigten Faseroptik-Licht-Konzentrators,

Fig. 7 einen Schnitt 7-7 des in Fig. 6 gezeigten Licht-Konzentrators,

Fig. 8 ein Blockschaltbild der Ansteuerschaltung für den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Abtastspiegel,

Fig. 9 ein Blockschaltbild der Schaltung, die das Signal von einer der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Photoelektronen-Vervielfacherröhren verarbeitet, und einer Hochspannungsversorgung für die Röhre,

Fig. 10 ein Blockschaltbild der Schaltung zum Vergleichen des Ausgangssignales einer der Photoelektronen-Vervielfacherröhren mit einem vorbestimmten Signalwert entsprechend einer bekannten Teilchengröße, und

Fig. 11 eine Kurve für die Stärke des von einem Teilchen gestreuten Lichtes in Abhängigkeit vom Streuwinkel.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen die Vorrichtung 12 zum automatischen Erfassen kleiner Teilchen, wie beispielsweise Staub, die auf einer relativ großen, flachen Oberfläche zurückbleiben. Die Vorrichtung ist insbesondere zum Überwachen oder Untersuchen einer photographischen Glasplatte 14 geeignet; die allgemein als Fadennetz bezeichnet wird, das bei der Herstellung mikroelektronischer Schaltungen verwendet wird. Das Fadennetz hat ein Muster dunkler Bereiche, die durch eine dünne (beispielsweise 0,6 µm dicke) Schicht aus Chrom gebildet sind, das auf einer ihrer Seiten aufgetragen oder abgeschieden ist. Typische Abmessungen für ein Fadennetz sind 127 mm · 127 mm · 2,29 mm. Der Projektionsbildbereich dieses Fadennetzes, das das Chrommuster umfaßt, beträgt etwa 105²mm². Ein wichtiges Merkmal des Fadennetzes liegt darin, daß die Glasflächen selbst sowie das dunkle Chrommuster Licht streuen.

Die Vorrichtung 12 umfaßt eine Luftplatte 16, in deren oberer Seite ein Kanal oder eine Spur 18 ausgeführt ist. Die Spur 18 leitet die Glasplatte 14 durch die Vorrichtung und auf den Objektivtisch eines (nicht gezeigten) Stufen- und Wiederholprojektors, wo das Fadennetz verwendet wird, um eine Scheibe zu belichten. Luftdüsen (nicht gezeigt), die an der Luftplatte 16 befestigt sind, liefern ein Luftkissen und einen Antrieb für das Fadennetz, wenn es sich durch die Spur 18 bewegt. Die Geschwindigkeit des Fadennetz-Vorschubes ist im wesentlichen konstant. Ein Pfeil 20 zeigt die Vorschubrichtung des Fadennetzes von der Spur 18 auf dem Objektivtisch an.

Jede Seite des Fadennetzes wird über einen im allgemeinen rechteckförmigen Abtastbereich mit einem schmalen, starken Strahl 24 monochromatischer Strahlung bestrahlt. Dieser Strahl wird z. B. durch einen Laser 22 erzeugt und kann eine Wellenlänge von beispielsweise 630 nm (sichtbares Licht) haben. Der Strahl zeichnet sich durch eine kleine Winkeldivergenz aus und hat z. B. eine Breite am Abtastbereich 19 von etwa 0,5 mm oder weniger, gemessen zwischen den halben Höchstwerten des Strahlstärkeprofiles. Der Strahl hoher Stärke ist wichtig, um einen guten Rauschabstand zu erzeugen, wenn er von einem Staubteilchen gestreut wird, das auf einer Oberseite 14a oder einer Unterseite 14b der Glasplatte 14 liegt. Ein beispielhafter Wert für die Strahlstärke ist 0,1 W/mm².

Optische Elemente, die den Strahl 24 vom Laser 22 auf den Fadennetz-Abtastbereich lenken, umfassen einen ersten Umlenkspiegel 26, einen zweiten Umlenkspiegel 28, eine optische Ablenkeinrichtung 30 einschließlich eines schwingenden Abtastspiegels 30a, einen Strahlteiler 32, einen dritten Umlenkspiegel 34 und ein Doppelreflexionsprisma 36. Der Umlenkspiegel 26 richtet den Strahl von einer Aufwärts- Richtung bei dessen Austritt aus dem Laser in eine waagrechte Richtung zum zweiten Umlenkspiegel 28 zurück, der seinerseits den Strahl waagrecht auf den Abtastspiegel 30a der Ablenkeinrichtung 30 reflektiert. Der Abtastspiegel 30a ist unter 45° bezüglich der waagrechten Ebene des Strahlenganges geneigt, der durch die Umlenkspiegel 26 und 28 bestimmt ist, um den Strahl nach oben zum Strahlteiler 32 zu richten. Der Abtastspiegel 30a schwingt in einer Weise, die den Strahl fächerähnlich ablenkt, wie dies am besten aus Fig. 2 zu ersehen ist. Der Strahlteiler 32 ist ein herkömmlicher kubischer Teiler, der den einfallenden Strahl in einen oberen Abtaststrahl 24a und einen unteren Abtaststrahl 24b von im wesentlichen gleicher Stärke teilt. Der obere Abtaststrahl 24a schreitet nach oben durch eine Öffnung in der Luftplatte 16 zum dritten Umlenkspiegel 34 fort, der den Strahl auf die Oberseite 14a des Fadennetzes richtet. Der untere Abtaststrahl 24b, der durch den Strahlteiler 32 reflektiert ist, breitet sich entlang einer im wesentlichen waagrechten Strecke zum Prisma 30 aus, wo er nach innen zweimal an von einem Prisma 36 austretenden Seiten 36a und 36b auf die untere Seite 14b des Fadennetzes reflektiert wird.

Die schmalen, sehr starken Abtaststrahlen 24a und 24b treffen jeweils auf die Seiten oder Flächen des Fadennetzes unter einem extrem kleinen Winkel, gemessen von der beobachteten Oberfläche, auffallen. Dieser Beobachtungs- oder Überwachungswinkel hat sich als äußerst wichtig erwiesen, um einen guten Rauschabstand bei der Erfassung kleiner Teilchen mit einem hohen Rauschhintergrund zu liefern. D. h., die Vorrichtung 12 ist so ausgelegt, daß Staubteilchen mit einem Durchmesser von 1 bis 5 µm erfaßbar sind. In bestehenden Vorrichtungen dieser Art, bei denen das abfragende Licht auf die Fläche unter einem viel größeren Einfallswinkel gerichtet ist, überdeckt der durch das von der Fläche selbst gestreute Licht erzeugte Rauschpegel das Signal, das durch das Licht erzeugt wird, das von kleinen Staubteilchen gestreut ist, die auf der Oberfläche zurückbleiben.

Die Ablenkeinrichtung 30, hat einen Spiegel 30a, der mit einer Frequenz von etwa 50 Hz schwingt. Die Schwingungsamplitude ist ausreichend, um den Strahl seitlich in einer Richtung im allgemeinen senkrecht zur Vorschubrichtung 20 des Fadennetzes über dem Projektionsbildbereich abzutasten, der photolithographisch wiedergegeben werden soll. Für ein Fadennetz mit insbesondere 127²/mm² tastet daher der Strahl seitlich über das Fadennetz mit einer Entfernung von etwa 105 mm. Infolge des Überwachungs-Einfallwinkels des Strahles bestrahlt der Strahl einen Seitenbereich des Fadennetzes, der sich in Längsrichtung (in der Richtung 20) für etwa 5 cm ausbreitet, wobei die genaue Länge von dem Überwachungswinkel und der Strahlbreite abhängt. Diese bestrahlte Fläche ist der Abtastbereich der Seiten 14a und 14b.

Der Strahlteiler 32 ist von der unteren Seite der Luftplatte 16 beabstandet, so daß der untere Abtaststrahl 24b, der vom Strahlteiler zum Prisma 36 reflektiert ist, unter der Platte liegende (nicht gezeigte) Luftkissenkomponenten vermeidet. Das Strahlteiler 32 liefert einen "Mitnehmerschenkel" im Strahlengang, der den Abtaststrahl 24b so anhebt, daß er waagrecht verläuft und auf die Unterseite 14b unter den oben erwähnten Einfallswinkel gerichtet ist. Es sei auch darauf hingewiesen, daß infolge der Aufspaltung des Strahles durch den Abtastspiegel vor dessen Eintritt in den Strahlteiler 32 der obere und der untere Abtaststrahl 24a und 24b seitlich über dem Fadennetz abgetastet werden.

Zwei elektrooptische Lichtsammeleinheiten 38 sind symmetrisch um die Abtastbereiche auf entgegengesetzten Seiten der Glasplatte 14 vorgesehen. Jede Lichtsammeleinheit 38 umfaßt eine Optik 40, vorzugsweise ein Multiplett von Zylinderlinsen, die eine hervorragende Auflösung in den Abtastbereichen und eine große numerische Apertur haben. In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform umfaßt jede Optik 40 ein Triplet, wie dies in Einzelheiten in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Die Optik 40 kann schmale Beobachtungsfelder 19 auflösen, die in den Abtastbereichen der Seiten 14a und 14b liegen. Die Beobachtungsfelder 19 erstrecken sich jeweils seitlich über den Projektionsbildbereich auf der Fadenkreuzfläche (insbesondere 105 mm) und longitudinal über etwa 0,5 mm. Die Optik 40 sammelt und überträgt gestreutes Licht von einem Beobachtungsfeld 19 zu einer im wesentlichen rechteckförmigen Bildebene. Faseroptik-Konzentrator-Einheiten 42 übertragen jeweils das gesammelte Licht von der Bildebene zu einer Photoelektronen-Vervielfacherröhre 44.

Wichtig ist ferner, daß jede Optik 40 ihre optischen Hauptachsen bezüglich des zugeordneten Beobachtungsfeldes 19 unter einem Winkel ausgerichtet aufweisen, der den Rauschabstand erhöht. Die Lichtsammeleinheiten 38 sammeln vorzugsweise unter einem Winkel Φ bezüglich der Vorwärtsrichtung der Bewegung des Fadennetzes mit einem Wert im Bereich von 60° bis 160° gestreutes Licht. D. h., es hat sich gezeigt, daß ein Sammelwinkel von etwa 120°, wie dargestellt, merklich den Rauschabstand für kleine Staubteilchen verbessert, die von der Glas-Fadennetzfläche gestreut sind.

Wichtig ist ferner, daß sich jede Optik 40 durch eine große numerische Apertur vorzugsweise im Bereich von 0,15 bis 0,20 auszeichnet. D. h., die Zylinderlinsensysteme ziehen sich über einen kegelförmigen Halbwinkel von etwa 10° für fokussierte Strahlen hin, wenn von einem Teilchen in einem Beobachtungsfeld 19 aus beobachtet wird. Diese große numerische Apertur ist wichtig, um die Lichtsammlung über einem beträchtlich weiten Winkelbereich im Objektraum zu integrieren. Die Bedeutung dieser großen numerischen Apertur wird am besten aus der Fig. 11 verständlich, die eine typische Kurve der Stärke des von zwei kleinen Teilchen gestreuten Lichtes abhängig vom Streuwinkel R darstellt, wobei 0° ein vollständig vorwärts gestreutes Licht und 180° ein vollständig rückwärts gestreutes Licht angeben. Eine Kurve 11a zeigt ein Stärkemuster für ein relative großes Teilchen. Eine Kurve 11b zeigt ein vergleichbares Muster für Licht, das von einem wesentlich kleineren Teilchen gestreut ist. Im allgemeinen hat mit kleineren Teilchen die Änderung der Stärke mit dem Winkel eine geringere Frequenz und eine kleinere Amplitude. Wenn eine Anordnung Licht bei lediglich einem Streuwinkel sammelt, soll in jedem Fall der Erfassungswinkel mit einem Mindestwert des Stärkemusters übereinstimmen, und daher kann das Teilchen eine Erfassung vermeiden. Wenn jedoch das gestreute Licht über einem Winkelbereich gesammelt wird, dann werden Fluktuationen oder Schwankungen in der Stärke aufgrund von Änderungen des Streuwinkels ausgemittelt. Es ist auch von Bedeutung, daß die Optik 40 das Licht von einem ausnahmsweise großen (105 mm weiten) Beobachtungsfeld sammelt, obwohl das "momentan" durch den schmalen Strahl zu jedem Zeitpunkt beleuchtete Beobachtungsfeld wesentlich geringer ist. Dieses große Beobachtungsfeld wird durch die Verwendung der Zylinderlinsen teilweise bewirkt.

In den Fig. 4 und 5 umfaßt die Optik 40 ein erstes Linsenelement 40a, ein zweites Linsenelement 40b und ein drittes Linsenelement 40c mit einer Blende 46 zwischen dem ersten und dem zweiten Element. Jede der Linsenelemente 40a, 40b und 40c ist zylinderförmig und hat eine Längsachse, die sich wenigstens über die Breite des Beobachtungsfeldes 19 und weiterhin über die beiden seitlichen Enden des zugeordneten Beobachtungsfeldes 19 um einen ausreichenden Abstand erstreckt, um einen konischen Halbwinkel von 10° zu umspanen, wenn von einem Punkt an der Kante des Fadennetz-Bildbereiches aus beobachtet wird. Die Linsenelemente 40a, 40b und 40c bestehen z. B. aus Glas mit einem Brechungsindex von etwa 2,44. Jedes Linsenelement hat eine entlang seiner Längsachse gemessene Länge von etwa 135 mm und eine Höhe von etwa 10 mm. Das erste Linsenelement 40a ist ein konvergierendes Element mit einer planaren oder ebenen ersten Fläche und einer zweiten Fläche mit einem Krümmungsradius von 8,91 mm. Das ebenfalls als Sammellinse gestaltete zweite Linsenelement 40b ist vom ersten Linsenelement 40a um 1 mm beabstandet. Das Linsenelement 40b hat eine konvex gekrümmte erste Fläche mit einem Krümmungsradius von etwa 8,91 mm und eine planare oder ebene zweite Fläche. Das dritte Linsenelement 40c ist ein divergierendes oder streuendes Element mit einer konkaven ersten Fläche eines Krümmungsradius von 14,21 mm und einer planaren oder ebenen zweiten Fläche. Die Ränder des zweiten und des dritten Linsenelementes berühren einander. Die erste Fläche des Linsenelements 40a ist etwa 13 mm vom Beobachtungsfeld 19 angeordnet. Jedes der Linsenelemente 40a, 40b und 40c hat eine entlang der optischen Hauptachse gemessene Höchstdicke von etwa 3,5 mm. Die Optik 40 weist eine Bildebene auf, die etwa 9,15 mm hinter der zweiten Fläche des Linsenelements 40c liegt.

Jede Faseroptik-Konzentrator-Einheit 42 umfaßt ein allgemein fächerförmiges Gehäuse 48, das eine große Anzahl feiner optischer Fasern 50 umschließt, die jeweils ein erstes Ende 50a (vgl. Fig. 7) haben, das in der Bildebene der Optik 40 liegt und durch die Linse gesammeltes gestreutes Licht empfangen kann. Alle Fasern 50 sind überzogen, um wirksam das am ersten Ende 50a gesammelte Licht zu einem Ausgangsende 50b zu übertragen. Die Fasern am ersten Ende 50a sind im allgemeinen entlang einer Linie angeordnet, die sich über die Länge des Zylinderlinsen- Triplets erstreckt und senkrecht um einen ausreichenden Abstand verläuft, damit entlang den Fasern 50 im wesentlichen das gesamte auf die zugeordnete Optik 40 einfallende Licht gesammelt und übertragen wird. In einer Ausführungsform haben die Fasern einen Durchmesser von etwa 0,05 mm, und sie sind an ihren ersten Enden 50a (vgl. Fig. 7) 10 mm tief gestapelt. Die Fasern sind beliebig ausgerichtet und in vier oder fünf Bündel gruppiert, bevor sie in einer dicht gepackten "Lichtfleck"-Emissionskonfiguration befestigt sind, die die Kathode einer Photoelektronen-Vervielfacherröhre 44 bestrahlt. Benachbarte Enden 50a oder 50b der Fasern sind im allgemeinen parallel und quadratisch bezüglich der Achse der Faser. Die Faseroptik-Konzentrator-Einheit 42 liefert eine wirksame Vorrichtung für eine "Linien-Fleck"-Übertragung des Licht-Ausgangssignales der zugeordneten Optik 40.

In der Fig. 3 hat die Vorrichtung 12 auch verschiedene elektronische Komponenten, wie beispielsweise eine Abtaster-Ansteuerschaltung 51, eine Analog-Signal- Verarbeitungsschaltung 52 und eine Signalvergleicherschaltung 54. Abtaster-Ansteuerschaltung 51 erzeugt ein Ausgangssignal, das die optische Ablenkeinrichtung 30 bei der gewünschten Frequenz und Schwingungsamplitude ansteuert. Die Abtaster-Ansteuerschaltung 51 erzeugt auch ein Logik-Ausgangssignal 72. Ein Minicomputer 98 verwendet dieses Logik-Signal, um die Lage des Abtastspiegels und damit die seitliche Stellung des abtastenden Strahles als Funktion der Zeit zu liefern. Jede Photoelektronen-Vervielfacherröhre 44 setzt das auf sie von den Ausgangsenden 50b der Lichtkonzentratoreinheit einfallende Licht in ein elektrisches Analog-Signal um, das im wesentlichen proportional zur Lichtstärke ist. Die Analog-Signal-Verarbeitungsschaltung 52 setzt dann dieses Analog-Signal vom Photoelektronen-Vervielfacher in ein Spannungssignal um, das für eine Bewertung durch die Signal-Vergleicher- Schaltung 54 geeignet ist.

Die Signal-Vergleicher-Schaltung 54 hat wenigstens einen oder auch vier einstellbare und vorbestimmte Spannungspegel, von denen jeder einer gegebenen Teilchengröße entspricht. Abhängig davon, ob das Signal einen vorbestimmten Pegel überschreitet oder nicht, erzeugt der Signal-Vergleicher ein Digital-Ausgangssignal, das das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Teilchens dieser Größe anzeigt. Dieses Digital-Signal kann an einer Einheit von einer Vielzahl von Signalmeldeeinheiten liegen; es kann auch am Minicomputer 98, der zusätzlich zum Steuern einer geeigneten Signalmeldeeinheit auch das Vorliegen eines Teilchens mit dem Logik-Ausgangssignal der Abtaster-Ansteuerschaltung 51 in Beziehung bringt, um die seitliche Lage des Teilchens auf dem Fadennetz zu bestimmen. Eine Information über die longitudinale Lage eines erfaßten Teilchens wird aus Signalen bestimmt, die durch die Vorder- und Rückkanten des Fadennetzes erzeugt sind, wenn dieses durch das Detektorsystem verläuft. D. h., diese Kanten erzeugen extrem hohe Grade eines rückgestreuten Lichtes, die die Vorrichtung 12 als eine extrem große Anzahl von Teilchen interpretiert, die in einer einzigen Abtastung vorhanden sind. Diese Situation "zahlreicher Teilchen" wird durch den Computer als eine der Kanten interpretiert oder ausgewertet. Da das Fadennetz mit einer konstanten Geschwindigkeit vorrückt und die Zeit bekannt ist, in der die Vorder- und die Rückkante unter der Detektoranordnung verlaufen, kann die longitudinale Lage oder Stellung eines Teilchens sofort berechnet werden.

Fig. 8 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild der elektronischen Schaltung für die Abtaster-Ansteuerung. Eine Schmitt-Trigger-Schaltung 56 erzeugt ein Rechteck- Ausgangssignal 58. Eine Breiten-Einstell-Schaltung 60 erlaubt eine Einstellung der Zeitdauer der Impuls-Ausgangssignale der Schmitt-Triggers-Schaltung 56. Das Ausgangssignal 58 liegt an einem Integrierer 62, der ein Ausgangssignal 64 mit einem Sägezahnverlauf erzeugt. Dieses Signal liegt dann an einem Ansteuerglied 66, das im wesentlichen ein Leistungsverstärker ist, der die Stärke des Signales erhöht. Das Ausgangssignal des Ansteuergliedes 66 liegt über eine Leitung 68 an der Ablenkeinrichtung 30. Die seitliche Kipp- oder Durchlaufbreite wird so durch die Breiten-Einstell-Schaltung 60 gesteuert, und sie kann durch eine Versetzungs- Einstell-Schaltung 57 verschoben werden. Eine Abschalt- Signal-Schaltung 70 liefert eine elektronische Ein/Aus- Steuerung für das Ansteuerglied 66. Dies ermöglicht ein geeignetes Verfahren zum Anhalten der Ablenkeinrichtung 30. Dies ist beispielsweise wünschenswert, wenn das Fadennetz den optischen Projektions-Objektivtisch erreicht, da dann durch den Abtaster-Motor erzeugte Schwingungen die lithographischen Prozesse stören können.

Das Logik-Ausgangssignal 72 schaltet in "wahr" (O V), wenn das seitliche Durchlaufen des Strahles zuerst in den Projektionsbildbereich eintritt, und es schaltet in "falsch" (+5V), wenn der Strahl zuerst den Bildbereich verläßt. Dieses Logik-Signal wird erzeugt, indem das Abtaster-Signal auf der Leitung 68 durch eine Gleichstrom-Vorstufe 74 und einen Nullachsen- Vergleicher 76 geschickt wird. Wann immer das Abtaster-Signal größer als ± 0 V ist, erzeugt der Vergleicher 76 ein "wahres" Logik-Signal. Der Übergang des Logik-Ausgangsignales 72 von "falsch" in "wahr" wird eingestellt, um mit dem seitlichen Durchlaufen der zuerst in den Bildbereich eintritt, indem eine Versetzungs-Einstellung 78 ausgerichtet wird.

Fig. 9 zeigt in Einzelheiten die Analog-Signal-Verarbeitungsschaltung 52, die einer der Lichtsammeleinheiten 38 zugeordnet ist. Diese Schaltung hat daher zwei unabhängige Schaltungen der in Fig. 9 gezeigten Art, die jeweils einer der Lichtsammeleinheiten 38 zugeordnet ist. Das Ausgangssignal der Photoelektronen-Vervielfacherröhre 44 liegt an einem Ladungs/Spannungs-Umsetzer- und Tiefpaßfilter- Netzwerk 80. Das Tiefpaßfilter schließt sehr hochfrequentes Rauschen aus dem Ausgangsspannungssignal des Photovervielfachers aus. Das Ausgangssignal des Netzwerkes 80 liegt dann an einem Bandpaßfilter, das alle Signale ausfiltert, die nicht in einen vorbestimmten Bereich der Signalimpuls-Breiten fallen. Das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 82 wird dann in einen Verstärker 84 mit einer Verstärkungsfaktor-Steuerung 85 gespeist. Die Signalverarbeitungs- Elektronik hat auch eine Hochspannungseinstellung 86 und einen Spannungsregler 88, der die Eingangsspannung in die Hochspannungsversorgung für die zugeordnete Photoelektronen-Vervielfacherröhre steuert.

Fig. 10 zeigt in Einzelheiten eine Hälfte der Signal- Vergleicher-Schaltung 54, die einer der Lichtsammel-Einheiten 38 zugeordnet ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 84 liegt an einer Gleichstrom-Sperrstufe 90 und einem Nieder- Versetzungs-Puffer 92, das verhindert, daß die Ausgangsspannung ausreichend negativ wird, um nachteilhaft das Betriebsverhalten einer folgenden Vergleicher-Schaltung 94 zu beeinflussen. Das Ausgangssignal des Puffers liegt an vier Vergleichern, von denen jeder das Analog-Ausgangssignal der Photoelektronen-Vervielfacherröhre mit einem vorbestimmten Spannungspegel vergleicht, der einer vorbestimmten Teilchengröße entspricht. Ein Vergleicher-Einstellglied 96 für jeden der vier Vergleicher stellt diese vier Schwellenwert- oder Unterscheidungspegel ein. Werte für diese Schwellenwerte entsprechen Teilchen mit Durchmessern von 5, 10, 20 und 40 µm. Das Vorliegen verschiedener Vergleicher liefert eine unmittelbare Information hinsichtlich der Teilchengröße sowie eine Information, ob ein Teilchen einer ausreichenden Größe vorliegt oder nicht, um den Vergleicher mit dem geringsten Wert anzusteuern oder auszulösen. Das Ausgangssignal der vier Vergleicher ist ein Digital-Signal, das an einem Bus für den Minicomputer 98 liegt. Der Minicomputer 98 kann seinerseits eine Vielzahl von Steuerungs- und Verarbeitungsfunktionen erzeugen, wie beispielsweise ein Signal auslösen, um eine Alarmeinrichtung oder einen Zähler anzuregen, oder um das Vorliegen eines Teilchens mit dem Logik-Ausgangssignal der Abtaster-Schaltung in Beziehung zu bringen, so daß eine Anzeige für die seitliche Stellung eines erfaßten Teilchens auf dem Fadennetz gegeben wird. Wenn, wie oben erläutert wurde, der Minicomputer auch programmiert ist, um ein Lesen einer großen Anzahl von Teilchen in einer einzigen Abtastung als eine Vorder- oder Rückflanke des Fadennetzes auszuwerten, so kann er auch eine angenäherte Längsstellung für das Teilchen auf dem Fadennetz berechnen. Selbstverständlich kann der Minicomputer auch komplizierte Funktionen ausführen, wie beispielsweise eine Analyse für die Verteilung der Teilchengröße.

Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht eine äußerst zuverlässige zur Erfassung extrem kleiner Staubteilchen, die auf einer großen Fläche zurückbleiben, die selbst Licht streut. Die Anordnung arbeitet automatisch und erfaßt nicht nur Teilchen über einer oder mehreren vorbestimmten Größen; sie kann jedoch auch eine Information über die Lage eines erfaßten Teilchens auf der Oberfläche liefern. Die Vorrichtung erlaubt eine Überwachung oder Prüfung eines Fadennetzes an einem Punkt sehr nahe beim Objektivtisch eines Stufen- und Wiederhol-Projektors. Auch können der gesamte Erfassungsbereich und optische Belichtungsbereich in einer kontrollierten Umgebung beibehalten werden, wie beispielsweise in einem Vakuum oder einer reinen Atmosphäre eines hochgefilterten Gases.

Beispielsweise kann die Strahl-Optik, die den Übergang der Strahlung vom Laser zur Fadennetz-Platte steuert, weit verändert werden mit z. B. zwei Lasern, von denen jeder der Überwachung einer Seite der Platte zugeordnet ist, oder mit einem in der Richtung quer zur Vorschubrichtung der Platte ausgerichteten Strahl. Bei dieser zuletzt beschriebenen Anordnung können die Lichtsammeleinheiten 38 über dem Beobachtungsfeld eher als der Strahl abgetastet werden. Eine herkömmliche Anordnung zum Abtasten des Beobachtungsfeldes ist eine bewegliche Öffnung vor Optik 40. In ähnlicher Weise sind Abänderungen der Elektronik- Schaltungen zum Ansteuern eines Abtastspiegels oder zum Verarbeiten und Bewerten des Ausgangssignales von der Photoelektronen-Vervielfacherröhre möglich.

Es kann in bestimmten Anwendungen möglich sein, einen besseren Rauschabstand zu erzielen, indem entweder einfallende polarisierte Strahlung oder lediglich eine Polarisation der gestreuten Strahlung (mittels eines Polarisators) gesammelt wird oder indem beides durchgeführt wird anstelle der eben beschriebenen unpolarisierten Strahlung. Auch kann jedes Teilchen auf der Platte mehrere Male abgetastet werden, und zwar jedesmal mit einer unterschiedlichen Polarisationsgeometrie, indem herkömmliche elektrooptische Polarisationsbausteine verwendet werden.

Claims (17)

1. Vorrichtung zum Erfassen des Vorliegens von mikroskopischen Teilchen auf einer ebenen Fläche einer Platte, die in einer ersten Richtung parallel zur Fläche vorrückt, mit

• - einer Einrichtung zum Erzeugen eines schmalen Strahles hoher Intensität monochromatischer Strahlung,
• - einer Einrichtung zum Lenken des Strahls auf die Fläche unter einem sehr spitzen Winkel zu dieser,
• - einer Optik, die unter einem bestimmten Winkel zur Fläche ausgerichtet ist, zum Sammeln der durch das Teilchen gestreuten Strahlung,
• - einer mit der Optik gekoppelten Umsetzereinrichtung zur Umwandlung der durch ein Teilchen gestreuten Strahlung in ein analoges elektrisches Signal,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Optik (40) eine hohe Auflösung und eine so große numerische Apertur aufweist, daß die durch die Optik (40) aufgenommene, vom Teilchen gestreute Strahlung proportional zur Größe des Teilchens ist,
• - daß die Umsetzereinrichtung (44) das elektrische Signal mit einer Amplitude entsprechend der Stärke der von der Optik (40) aufgenommenen Strahlung erzeugt, und
• - daß eine Filtereinrichtung (80, 82) zum Ausfiltern von Rauschen aufgrund von Streuung der Strahlung an der Oberfläche (14a) aus dem von der Umsetzereinrichtung (44) erzeugten, elektrischen Signal vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ablenkeinrichtung (30) zum Ablenken des Strahles (24) seitlich über das Beobachtungsfeld quer zur ersten Richtung.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen elektronischen Wandler, der aus dem von der Umsetzereinrichtung erzeugten elektrischen analogen Signal ein Digitalsignal ableitet.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler einen Vergleicher aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik (40) zur Auflösung von Teilchen im Beobachtungsfeld mit einem Durchmesser im Bereich von 1 bis 5 µm ausgelegt ist, und daß die Optik (40) eine numerische Apertur im Bereich von 0,15 bis 0,20 aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik (40) ein Multiplett von Zylinderlinsen aufweist, deren Längsachsen mit der Ablenkrichtung ausgerichtet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzereinrichtung (44) eine Photoelektronen-Vervielfacherröhre aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik (40) einen Faser-Optik-Lichtleiter zur Übertragung der gestreuten Strahlung von der Bildebene der Linsen zur Photoelektronen-Vervielfacherröhre aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel, unter dem die Optik (40) zur Fläche ausgerichtet ist, im Bereich von 60° bis 160° zur ersten Richtung liegt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der sehr spitze Winkel 0,5° beträgt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, gekennzeichnet durch eine Koordinierungseinrichtung (51, 52, 98) zum Koordinieren der Abtasteinrichtung und der Detektoreinrichtung zum Bestimmen der Lage des Teilchens auf der Fläche.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinierungseinrichtung ein Signal, das der Erfassung zahlreicher Teilchen entspricht, bei der Abtastung als die Vorder- oder Rückkante der Fläche auswertet.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Detektieren von mikroskopischen Teilchen auf einer zweiten, zur ersten Fläche parallelen Fläche der Platte

• - einen Strahlteiler (32) zum Aufspalten des Strahles (24) in zwei Abtaststrahlen (24a, 24b) gleicher Stärke,
• - eine weitere Einrichtung zum Lenken des zweiten Abtaststrahls auf die zweite Fläche unter einem sehr spitzen Winkel zu dieser,
• - eine weitere Ablenkeinrichtung zum Ablenken des zweiten Abtaststrahls seitlich über das Beobachtungsfeld quer zur ersten Richtung, und
• - eine weitere Optik (40), die unter einem bestimmten Winkel zur zweiten Fläche ausgerichtet ist, zum Sammeln der von einem Teilchen gestreuten Strahlung, wobei die Optik eine hohe Auflösung und eine so große numerische Apertur aufweist, daß die durch das Teilchen gestreute und von der Optik aufgenommene Strahlung proportional zur Größe des Teilchens ist, vorgesehen sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung polarisiert ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik Mittel zum Erfassen gestreuter Strahlung mit einer vorbestimmten Polarisation hat.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik ein großes Beobachtungsfeld in der Abtastrichtung hat.