Проекционная экспонирующая система

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие КБТЭМ-ОМО(72) Автор Агейченко Александр Степанович(73) Патентообладатель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие КБТЭМ-ОМО(57) Проекционная экспонирующая система, содержащая источник экспонирующего излучения, координатный стол ретиклов с ретиклом, проекционный объектив, фотоприемник со щелевой диафрагмой, установленный на координатном столе пластин, выполненном с тремя приводами перемещения вдоль оптической оси объектива, фотоэлектрический датчик фокусировки, устройство управления системой, фотоэлектрический датчик измерения положения плоскости резкого изображения проекционного объектива с дополнительным объективом, отличающаяся тем, что содержит плоскую пластину со слоем люминофора,установленную в плоскости резкого изображения проекционного объектива с возможностью построения изображения одного конца каждого штриха маски датчика измерения положения плоскости резкого изображения проекционного объектива выше, а другого ниже плоскости резкого изображения проекционного объектива, а дополнительный объектив установлен между пластиной со слоем люминофора и приемником таким образом,что в плоскость приемника строится увеличенное изображение светящихся в люминофоре полос маски датчика измерения положения плоскости резкого изображения.(56) 1. Патент США 5,883,704, МПК 03 027/54 03 027/42 03 027/52. 2. Патент США 6,501,534, МПК 03 В 027/52. 3. Патент США 5,160,962, МПК 03 7/20 03 027/42. 4. Патент США 4,506,977, МПК 03 027/42 03 027/52. 5. Патент США 38,320, МПК 03 027/54 03 027/42. 6. Патент США 5,489,966, МПК 03 027/42 03 027/52. 7. Патент РБ на полезную модель 4940, МПК 02 17/00 03 027/42 (прототип). Полезная модель относится к технологическому оборудованию для производства печатных плат высокой плотности соединений , плоскопанельных дисплеев ( ), интегральных схем (, ) и т.п. В частности, изобретение касается проекционного устройства экспонирования для технологического процесса литографии, в котором используется оптический перенос рисунка ретикла (фотошаблона или маски) на фоточувствительную подложку (пластину) через проекционную оптическую систему. Качество переноса изображения в первую очередь зависит от параметров объектива проекционной экспонирующей системы. При изменении условий окружающей среды, в которой находится проекционный объектив, изменяются его оптические параметры. Так, в зависимости от температуры корпуса объектива и оптических элементов, а также температуры, давления и влажности воздуха на всем оптическом ходе лучей плоскость лучшего (резкого) изображения объектива (ПЛИ) изменяет свое положение в некотором диапазоне 1-6. Кроме того, в процессе экспонирования часть энергии ультрафиолетового (УФ) излучения поглощается оптическими компонентами проекционного объектива. Что также приводит к смещению плоскости резкого изображения проекционного объектива. Дрейф плоскости резкого изображения из-за поглощения экспонирующего излучения объективом происходит непосредственно в процессе экспонирования. Причем световая нагрузка на объектив носит неравномерный во времени характер, так как в рабочем цикле всегда присутствует время на загрузку и совмещение новой пластины, в течение которого объектив релаксирует к исходному состоянию 1. Световая нагрузка на объектив, приводящая к смещению плоскости резкого изображения, особенно негативно сказывается при работе с минимальными элементами топологии,имеющими размер, близкий к пределу разрешения объектива. А также при работе с фоторезистами, имеющими низкую чувствительность и большую толщину, когда требуется большая доза экспонирования и, соответственно, большая световая нагрузка на объектив. Ближайшим прототипом полезной модели является проекционная экспонирующая система 7, которая содержит источник экспонирующего излучения, координатный стол ретиклов с ретиклом, проекционный объектив, фотоприемник со щелевой диафрагмой,установленный на координатном столе пластин, выполненном с тремя приводами перемещения вдоль оптической оси объектива, фотоэлектрический датчик фокусировки, устройство управления системой, фотоэлектрический датчик измерения положения плоскости резкого изображения проекционного объектива, установленный на проекционном объективе с условием нахождения рабочего поля датчика вне рабочего поля системы,использующий при работе излучение экспонирующей длины волны и содержащий плоскую маску с прозрачными штрихами постоянной ширины, оптически связанную с приемником ее изображения и установленную относительно него с возможностью построения изображения одного конца каждого штриха выше, а другого - ниже плоскости резкого изображения проекционного объектива, дополнительный объектив, установленный между проекционным объективом и приемником таким образом, что в плоскость приемника строится увеличенное изображение маски датчика измерения плоскости резкого изображения, а фотоприемник со щелевой диафрагмой выполнен с возможностью аттестации с 2 60482010.02.28 его помощью фотоэлектрического датчика измерения положения плоскости резкого изображения проекционного объектива. Недостатком прототипа является низкое качество переноса изображения. Снижение качества переноса изображения вызвано неточным измерением текущей плоскости резкого изображения проекционного объектива из-за ограниченной чувствительности датчика резкого изображения, вызванной низкой (ниже, чем у проекционного объектива) апертурой дополнительного объектива со стороны приемника. Входная апертура у объектива датчика резкого изображения оптимально должна быть равна выходной апертуре проекционного объектива. Пиксел приемной ТВ-камеры имеет размеры несколько микрон, поэтому для построения изображения микронной линии оп тическое увеличение объектива датчка должно быть более 1 . Следовательно, выходная апертура объектива датчика (со стороны приемника) будет меньше, чем входная. При размещении приемника с наклоном к оптической оси в плоскости изображений объектива датчика (прототип) неизбежно увеличится погрешность измерения плоскости лучшего изображения. Глубина резкости обратно пропорциональна квадрату числовой апертуры, поэтому, при одинаковом угле наклона ТВ-приемника, размытие изображения или изменение контраста полос маски датчика (выше и ниже плоскости лучшего изображения) в плоскости изображения объектива датчика (меньшая апертура) будет меньше,чем в случае размещения наклонного ТВ-приемника в плоскости изображения проекционного объектива (большая апертура). При этом также будет ограничен диапазон измерения ухода плоскости резкого изображения проекционного объектива, так как максимум контраста изображения имеет пологие края и в обработку (для определения положения максимума) нужно брать большую зону изображения с приемника (ТВ-камеры). Эта ситуация особенно критична для случая, когда масштаб изображения проекционной системы изменяется при помощи изменения переднего отрезка объектива, то есть при помощи перемещения ретикла вдоль оптической оси проекционного объектива. Плоскость резкого изображения проекционного объектива также будет смещаться при перемещении ретикла вдоль оптической оси. В этом случае маска датчика выполнена непосредственно на ретикле и рабочий диапазон датчика резкости определен, во-первых,диапазоном изменения масштаба проекционного объектива и, во-вторых, диапазоном возможного дрейфа плоскости лучшего изображения проекционного объектива при изменении условий окружающей среды и световой нагрузки на объектив. Увеличить размытие изображения полос маски датчика при низкой апертуре (и увеличить диапазон измерения) можно увеличением угла наклона приемника, но в этом случае уменьшится чувствительность датчика, так как величина поперечного оптической оси смещения перетяжки (резкого изображения) обратно пропорциональна углу наклона приемника. Задачей полезной модели является повышение качества переноса изображения устройством экспонирования. Поставленная задача достигается тем, что проекционная экспонирующая система содержит источник экспонирующего излучения, координатный стол ретиклов с ретиклом,проекционный объектив, фотоприемник со щелевой диафрагмой, установленный на координатном столе пластин, выполненном с тремя приводами перемещения вдоль оптической оси объектива, фотоэлектрический датчик фокусировки, устройство управления системой,фотоэлектрический датчик измерения положения плоскости резкого изображения проекционного объектива с дополнительным объективом, который содержит плоскую пластину со слоем люминофора, установленную в плоскости резкого изображения проекционного объектива с возможностью построения изображения одного конца каждого штриха маски датчика измерения положения плоскости резкого изображения проекционного объектива выше, а другого - ниже плоскости резкого изображения проекционного объектива, а дополнительный объектив установлен между пластиной со слоем люминофора и приемником та 3 60482010.02.28 ким образом, что в плоскость приемника строится увеличенное изображение светящихся в люминофоре полос маски датчика измерения положения плоскости резкого изображения. Суть полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена общая схема проекционной экспонирующей системы на фиг. 2 изображена более детальная схема определения плоскости резкого изображения проекционного объектива. Проекционная экспонирующая система (фиг. 1) содержит источник экспонирующего излучения 1, координатный стол ретиклов (на фигуре не показан) с ретиклом 2, проекционный объектив 3, координатный стол пластин 4, на котором расположена пластина 5 и фотоприемник со щелевой диафрагмой 6, установленный на координатном столе пластин 4, выполненном с тремя приводами перемещения 7.1, 7.2 и 7.3 вдоль оптической оси проекционного объектива 3, статор стола пластин 8, фотоэлектрический датчик фокусировки 9.1 и 9.2, устройство управления системой 10, фотоэлектрический датчик измерения положения плоскости резкого изображения 11.1 и 11.2 проекционного объектива 3, дополнительный объектив 12, плоскую пластину 13 со слоем люминофора, установленную в плоскости 15 (фиг. 2), сопряженной с плоскостью изображения 16 проекционного объектива 3 с возможностью построения изображения одного конца каждой полосы маски фотоэлектрического датчика измерения положения плоскости резкого изображения 11.1 и 11.2 выше, а другого - ниже плоскости резкого изображения проекционного объектива 3. Проекционная экспонирующая система работает следующим образом. Работой всех двигателей, клапанов и датчиков в механизмах проекционной экспонирующей системы управляет централизованная система управления 10. На стол ретиклов загружается ретикл 2. Перед началом рабочего цикла проекционной экспонирующей системы проводится аттестация датчика 11. Аттестация проводится при помощи специальных знаков на ретикле 2, источника экспонирующего излучения 1, объектива 3,координатного стола пластин 4 и фотоприемника со щелевой диафрагмой 6. В рабочем цикле проекционной экспонирующей системы на стол пластин 4 загружается пластина 5. Координатный стол 4 перемещает пластину 5 в точку измерения знаков совмещения на пластине. После измерения координат знаков на пластине рассчитываются поправки совмещения для масштаба, разворота и сдвига каждого кадра пластины 5. Производится измерение плоскости резкого изображения проекционного объектива 3 датчиком 11.1 и 11.2. Датчиком 9.1 и 9.2 измеряется положение поверхности пластины относительно проекционного объектива 3 вдоль оптической оси объектива 3. Двигателями 7.1, 7.2, и 7.3 статор 8, стол 4 и пластина 5 перемещаются так, чтобы поверхность пластины 5 находилась точно в плоскости лучшего изображения проекционного объектива 3. Открывается затвор (на фигуре не показан) в источнике 1, и производится экспонирование первого кадра. После чего стол пластин 4 перемещает пластину 5 в точку экспонирования следующего кадра и цикл повторяется. После того, как на пластине 5 будут проэкспонированы все кадры, пластина выгружается и загружается новая. В случаях, когда масштаб изображения проекционной системы изменяется при помощи изменения переднего отрезка объектива, то есть при помощи перемещения ретикла вдоль оптической оси, для слежения за плоскостью резкого изображения ретикла необходимо маску датчика 18 выполнить непосредственно на ретикле 2 в плоскости предметов 19. Осветительная часть датчика определения плоскости резкого изображения 11.1(фиг. 1) показана на фиг. 2. Топология маски 18 датчика изготовлена непосредственно на ретикле (вне зоны рабочей топологии). Маска освещается светодиодом 20 через линзу 21 светом рабочей (экспонирующей) длины волны. Изображение штрихов маски 18 проекционный объектив 3 строит в плоскость 17, которая смещена (повернута) при помощи поворотных зеркал 22 и 23, расположенных в приемной части датчика 11, в плоскость 15. В плоскости 15 расположена наклонная пластина со слоем люминофора 13. Изображение штрихов маски 18 в ультрафиолетовом свете экспонирования люминесцирует на пластине 13 4 60482010.02.28 в видимом диапазоне. Изображение одного конца каждой полоски маски 18 находится выше,а другого конца полоски маски - ниже плоскости резкого изображения проекционного объектива 3. Изображение в люминофоре пластины 13 дополнительный объектив 12 перестраивает с увеличением в плоскость 16, где находится приемная часть ТВ-камеры 14. Маска 18 представляет собой стеклянную пластину, покрытую светоотражающим (или поглощающим) материалом. Например, с напылением слоя алюминия или хрома, в котором вытравлены участки (окна) в виде узких полос. Ширина полос топологии предметной маски 18 выбирается близкой к разрешающей способности проекционного объектива 3, с учетом увеличения дополнительного объектива 12 и размера пикселя ТВ-камеры 14. Пластина с люминофором 13 установлена под углом к сопряженной плоскости 15. Пропускающие свет полосы маски 18 ориентированы так, что один конец изображения в люминофоре каждой полосы всегда находится выше плоскости изображения 17 (и сопряженной плоскости 15), а изображение в люминофоре второго конца каждой полосы всегда находится ниже плоскости изображения 17 (и сопряженной плоскости 15). Благодаря этому в поле зрения приемника 14 (ТВ-камеры) всегда присутствует изображение участка маски 18, соответствующее плоскости резкого изображения, а также нерезкие изображения концов маски 18. Таким образом, вначале изображение полос маски 18 датчика 11.1 и 11.2 строится проекционным объективом 3 в слое люминофора наклонной к оптической оси объектива 3 стеклянной пластины 13. При этом визуализация плоскости резкого изображения проекционного объектива 3 происходит в зоне его большой выходной апертуры. Это позволяет получить выше и ниже плоскости лучшего изображения более быстрое размытие изображения (изменение контраста) полос маски 18 датчика 11.1 и 11.2 и, следовательно, обеспечить либо больший диапазон измерения при выбранном угле (прототип) наклона пластины 13 с люминофором, либо повысить чувствительность датчика уменьшением угла наклона пластины при сохранении прежнего диапазона измерения. Объектив 12 строит изображение светящихся в люминофоре полос в плоскость ТВприемника 14, расположенного к оптической оси нормально, то есть без наклона. В поле зрения ТВ-камеры 14 ширина полосы, соответствующая плоскости лучшего изображения проекционного объектива, равна ширине полосы на маске 18, умноженной на оптическое увеличение проекционного объектива 3 и увеличение объектива 12. Если в процессе работы системы экспонирования положение плоскости резкого изображения объектива 3 начнет смещаться вдоль оптической оси, то зона резкого изображения полос предметной маски 18 будет также пропорционально смещаться в поле зрения ТВ-приемника 14. Измерив координату участка резкого изображения полосы маски 18 в поле зрения ТВприемника 14, можно определить текущее положение плоскости резкого изображения проекционного объектива 3. Предложенное техническое решение позволяет повысить качество переноса изображения устройством экспонирования за счет повышения точности измерения плоскости резкого изображения проекционного объектива при одновременном сохранении диапазона слежения за плоскостью резкого изображения проекционного объектива. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6