Проекционная экспонирующая система

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие КБТЭМ-ОМО(72) Авторы Аваков Сергей Мирзоевич Агейченко Александр Степанович Васильев Алексей Андреевич Гуревич Элла Семеновна Есьман Василий Михайлович(73) Патентообладатель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие КБТЭМ-ОМО(57) Проекционная экспонирующая система, содержащая оптически связанные источник экспонирующего света, координатный стол ретиклов, проекционный объектив, координатный стол пластин, а также устройство совмещения изображений знаков совмещения пластины и ретикла, содержащее светлопольные осветители знаков совмещения пластины и ретикла неэкспонирующим светом заданных длин волн 1 и 2 соответственно, темнопольный кольцевой осветитель с источником света длиной волны 1 для освещения знака совмещения пластины, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в рабочее поле проекционного объектива, объектив устройства совмещения, ахроматизованный для длин волн 1 и 2, и фотоприемник, отличающаяся тем, что темнопольный кольцевой осветитель содержит источник света с длиной волны экспонирования для освещения дифракционного знака совмещения пластины на координатном столе, а объектив устройства совмещения ахроматизован для экспонирующего света для возможности одновременного построения в плоскости фотоприемника резкого изображения знаков совмещения на всех рабочих длинах волн. 12219 1 2009.08.30 Данное изобретение относится к технологическому оборудованию для производства печатных плат высокой плотности соединений . Возможно также использование данного изобретения в производстве других электронных приборов. В частности, изобретение касается проекционного устройства экспонирования для технологического процесса литографии, в котором используется оптический перенос рисунка ретикла (фотошаблона) на покрытую фоточувствительным слоем подложку через проекционную оптическую систему. При этом важно точно совмещать рисунок каждого нового технологического слоя с рисунками предыдущих слоев. Аналогом устройства совмещения через ретикл и проекционный объектив можно считать патент США 1. Описанная в нем экспонирующая система содержит, как минимум,один оптический элемент коррекции для компенсации хроматической аберрации проекционного объектива для неэкспонирующего света совмещения. Ближайшим прототипом предлагаемого изобретения является проекционная экспонирующая система, представленная в патенте РБ 2. Такая проекционная экспонирующая система для переноса рисунка ретикла на пластину содержит источник экспонирующего света, координатный стол ретиклов, проекционный объектив, координатный стол пластин, устройство совмещения, содержащее светлопольный осветитель знака совмещения пластины неэкспонирующим светом, объектив совмещения и фотоприемник, темнопольный кольцевой осветитель для освещения знака совмещения пластины неэкспонирующим светом с длиной волны 1, светлопольный осветитель для освещения знака совмещения ретикла светом с длиной волны 2. Для компенсации осевой хроматической аберрации проекционного объектива для света совмещения с длиной волны 1, объектив устройства совмещения имеет такую величину осевой хроматической аберрации для 1 и 2, которая равна по величине осевой хроматической аберрации проекционного объектива для света экспонирования и неэкспонирующего света совмещения 1,при этом 1 больше длины волны экспонирующего света. Недостатками устройства совмещения прототипа являются высокая погрешность совмещения и низкая производительность. Задачей изобретения является повышение точности совмещения топологических слоев и производительности экспонирующей системы. Поставленная задача достигается тем, что проекционная экспонирующая система содержит оптически связанные источник экспонирующего света, координатный стол ретиклов,проекционный объектив, координатный стол пластин, а также устройство совмещения изображений знаков совмещения пластины и ретикла, содержащее светлопольные осветители знаков совмещения пластины и ретикла неэкспонирующим светом заданных длин волн 1 и 2 соответственно, темнопольный кольцевой осветитель с источником света длиной волны 1 для освещения знака совмещения пластины, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в рабочее поле проекционного объектива,объектив устройства совмещения, ахроматизованный для длин волн 1 и 2, и фотоприемник, при этом темнопольный кольцевой осветитель содержит источник света с длиной волны экспонирования для освещения дифракционного знака совмещения пластины на координатном столе, а объектив устройства совмещения ахроматизирован для экспонирующего света для возможности одновременного построения в плоскости фотоприемника резкого изображения знаков совмещения на всех рабочих длинах волн. Устройство совмещения для проекционной экспонирующей системы состоит из двух идентичных каналов, позволяющих одновременно измерять два знака совмещения на ретикле и на пластине. Суть изобретения поясняется чертежом, где изображена схема одного из каналов устройства совмещения для проекционной экспонирующей системы. Проекционная экспонирующая система содержит источник экспонирующего света 1 стол ретиклов 2 с ретиклом 3 проекционный объектив 4, состоящий из линзы 5, призмы 6,линзы 7, группы линз 8 и сферического зеркала 9 координатный стол пластин 10 с пластиной 11 устройство совмещения, состоящее из объектива совмещения 12 с ТВ приемником 13, темнопольного кольцевого осветителя 14 и светлопольного осветителя 15. 2 12219 1 2009.08.30 Темнопольный кольцевой осветитель 14 для освещения знака совмещения пластины неэкспонирующим светом с длиной волны 1 расположен в промежутке между проекционным объективом 4 и обрабатываемой пластиной 11 с возможностью возвратно-поступательного перемещения в рабочее поле проекционного объектива 4. Светлопольный осветитель 15 устройства совмещения содержит источник света 16 для освещения знаков на пластине 11 неэкспонирующим светом с длиной волны 1, второй источник света 17, расположенный с возможностью освещения знака совмещения на ретикле 3 светом с длиной волны 2, группы линз 18 и двояковогнутую линзу 9, одна сторона которой является сферическим зеркалом 9 проекционного объектива 4. Объектив совмещения 12 состоит из склеенных линз 19 и 20, зеркала 21 и апертурной диафрагмы 22. Приемная ТВ камера 13 устройства совмещения подключена к управляющей плате, которая установлена на шине управляющего компьютера (на рисунке не показаны). Темнопольный кольцевой осветитель 14 для освещения знака совмещения пластины 11 неэкспонирующим светом длиной волны 1 содержит источник света 23 с длиной волны экспонирования для освещения дифракционного знака совмещения 24, расположенного на координатном столе пластин 10. Проекционная экспонирующая система работает следующим образом. 1. В режиме автоматического измерения поправок совмещения. После загрузки ретикла 3 на стол ретиклов 2 устройство совмещения, состоящее из объектива совмещения 12 с ТВ приемником 13, перемещается в положение наблюдения знака совмещения на ретикле 3. Координатный стол пластин 10 перемещает дифракционный знак 24 в точку рабочего поля проекционного объектива 4, сопряженную с положением знака совмещения ретикла 3. Темнопольный кольцевой осветитель 14 перемещается в положение освещения дифракционного знака 24. После этого включается осветитель знака совмещения ретикла 17 светом с длиной волны 2. Этот свет последовательно проходит через группу линз 18 осветителя 15, двояковогнутую линзу 9, зеркало 9, линзы 8,отражается от поверхности призмы 6, проходит через линзу 5 и освещает на просвет знак совмещения ретикла 3. Объектив совмещения 12 строит изображение знака совмещения ретикла 3 в плоскость приемника 13. В памяти управляющего копьютера сохраняется координата положения знака совмещения ретикла 3. После этого включается свет кольцевого осветителя 14, который освещает дифракционный знак совмещения 24 светом совмещения с длиной волны 1. Период решетки дифракционного знака выбирается таким, чтобы первые и вторые порядки дифракции от света, падающего под определенным углом из темнопольного кольцевого осветителя 14 с длиной волны 1 на дифракционный знак 24,попадали в апертуру проекционного объектива 4. Отраженный от дифракционного знака 24 свет проходит объектив 4, который строит изображение дифракционного знака 24 в плоскости ретикла 3 и поступает в объектив совмещения 12. Объектив 12 перестраивает изображение дифракционного знака 24 из плоскости ретикла 3 в плоскость приемной ТВ камеры 13. В памяти управляющего компьютера сохраняется координата положения знака 24, освещенного светом совмещения с длиной волны 1. Аналогичным образом, как и при освещении знака 24 светом с длиной волны 1, в плоскости приемной ТВ камеры строится изображение знака 24, но в свете с длиной волны экспонирования. В памяти управляющего компьютера сохраняется координата положения знака 24, освещенного светом с длиной волны экспонирования. После этого вычисляется разница между координатой знака 24 (пои по ) при освещении его светом совмещения 1 и светом экспонирования. Эта разница и представляет собой поправку совмещения для данного канала устройства совмещения и данного расположения знака совмещения в рабочем поле проекционного объектива 4. Определение поправок совмещения для второго канала проводится аналогичным образом. Таким образом, в плоскости приемника 13 объектив совмещения 12 строит резкое изображение дифракционного знака совмещения 24 в длине волны экспонирования, изображе 3 12219 1 2009.08.30 ние дифракционного знака совмещения 24 в длине волны совмещения 1 и изображение знака совмещения ретикла в длине волны 2. Это позволяет в автоматическом режиме определять поправки совмещения проекционной экспонирующей системы. 2. В режиме экспонирования. Ультрафиолетовое излучение от источника экспонирующего света 1 проходит через закрепленный на столе 2 ретикл 3, на котором сформирован рисунок топологии. Далее экспонирующий свет проходит через проекционный объектив 4 и попадает на фоточувствительный слой пластины 11. 3. В режиме совмещения. Экспонирующий свет от источника 1 перекрывается затвором дозатора (на чертеже не показан), расположенного в источнике экспонирующего света 1. Темнопольный кольцевой осветитель 14 находится в положении, когда он введен в рабочее поле проекционного объектива 4 в зону расположения знака совмещения на пластине. Неэкспонирующий свет с длиной волны 1 от темнопольного кольцевого осветителя 14 попадает на поверхность пластины 11 в зону знака совмещения. Диффузно отразившаяся от знака совмещения пластины часть света совмещения попадает в апертуру проекционного объектива 4 и в объектив совмещения 12. В объективе совмещения 12 свет от знака совмещения пластины 1 попадает в приемную ТВ камеру 13. Проекционный объектив 4 строит изображение знака совмещения пластины в плоскость расположения ретикла 3. Объектив совмещения 12 перестраивает изображение знака совмещения пластины из плоскости ретикла в плоскость приемной ТВ камеры 13. К измеренной координате знака совмещения пластины прибавляется (с нужным знаком) поправка совмещения, хранящаяся в памяти компьютера. Знак совмещения ретикла освещается снизу - на просвет. Для освещения знака совмещения ретикла используется свет от источника 17 осветителя 15 с длиной волны 2. Свет для освещения знаков на ретикле светом 2 от источника света 17 попадает на поверхность ретикла 3 в зону знака совмещения ретикла. Далее свет проходит через ретикл 3 и попадает в объектив совмещения 12. В объективе совмещения 12 свет освещения знака совмещения ретикла с длиной волны 2 попадает в приемную ТВ камеру 13. Таким образом, в плоскости приемной ТВ камеры 13 одновременно построены изображение знака совмещения пластины и изображение знака совмещения ретикла. Координатный стол пластин 10 перемещает пластину 11 таким образом, чтобы координата знака совмещения ретикла отличалась от координаты знака совмещения пластины на величину поправок совмещения. Предложенное техническое решение позволяет повысить точность совмещения устройства экспонирования за счет автоматического измерения поправок совмещения, а также позволяет повысить производительность устройства экспонирования за счет устранения необходимости периодической остановки технологического процесса для проведения тестового экспонирования с целью определения поправок совмещения. Предложенное техническое решение проекционной системы совмещения может быть использовано не только для технологической операции фотолитографии в производстве печатных плат, но и для изготовления других устройств радиоэлектроники. Источники информации 1. Патент США 5100237 А, 1992. 2. Патент РБ 8951, 2007 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4