Проекционная экспонирующая система

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие КБТЭМ-ОМО(72) Авторы Агейченко Александр Степанович Есьман Василий Михайлович Васильев Алексей Андреевич(73) Патентообладатель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие КБТЭМ-ОМО(57) Проекционная экспонирующая система, содержащая источник экспонирующего света,координатный стол ретиклов, проекционный объектив, координатный стол пластин, объектив устройства совмещения с фотоприемником, источник неэкспонирующего света длиной волны 1 освещения знака совмещения пластины, источник света с длиной волны экспонирования для освещения дифракционного знака совмещения, расположенного на координатном столе пластин, источник света освещения знака совмещения пластины неэкспонирующим светом длиной волны 2, объектив устройства совмещения, ахроматизованный для 1, 2 и экспонирующего света, отличающаяся тем, что темнопольный кольцевой осветитель знака совмещения ретикла светом с длиной волны экспонирования расположен на каретке устройства совмещения над ретиклом, при этом знак на ретикле выполнен в виде дифракционной структуры.(56) 1. Патент РБ 16195 МПК 03 7/20,02 27/18 (прототип). Полезная модель относится к технологическому оборудованию для производства печатных плат высокой плотности соединений . Возможно также использование данной полезной модели в производстве других электронных приборов. В частности,полезная модель 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. Ближайшим прототипом предлагаемой полезной модели является проекционная экспонирующая система, представленная в патенте РБ 1. Такая проекционная экспонирующая система для переноса рисунка ретикла на пластину содержит источник экспонирующего света, координатный стол ретиклов, проекционный объектив, координатный стол пластин, объектив устройства совмещения с фотоприемником, источник неэкспонирующего света длиной волны 1 освещения знака совмещения пластины, источник света с длиной волны экспонирования освещения дифракционного знака совмещения, расположенного на координатном столе пластин, а также содержит источник света освещения знака совмещения пластины неэкспонирующим светом длиной волны 2 и источник света освещения знака совмещения ретикла с длиной волны экспонирования, расположенные на темнопольном кольцевом осветителе, а объектив устройства совмещения ахроматизован для 1, 2 и экспонирующего света. Недостатком устройства совмещения прототипа является отсутствие возможности использовать знак базирования (совмещения) на ретикле в виде дифракционной структуры. Для систем совмещения через проекционный объектив и ретикл в плоскость приемной ТВ-камеры строятся изображения одновременно двух знаков совмещения знака пластины и знака ретикла. При этом в момент первого измерения координат знаков ретикла и пластины знак совмещения ретикла может частично экранировать изображение знака совмещения пластины в плоскости ретикла. Это приводит к ошибке измеренной координаты знака пластины. После выполнения процедуры совмещения координата знака пластины и координата знака ретикла должны быть равными, то есть изображение знака пластины уже не экранируется знаком ретикла. Однако ошибка при первом измерении координаты знака пластины приводит к тому, что процесс точного совмещения требует еще одной итерации повторного измерения координат знаков совмещения и последующей коррекции положения стола пластин. Это снижает производительность экспонирующей системы. Кроме того, использование темнопольного освещения знака ретикла светом, который проходит через проекционный объектив, ограничивает диапазон углов освещения знака ретикла величиной числовой апертуры проекционного объектива. Целью полезной модели является повышение производительности экспонирующей системы за счет сокращения времени процедуры совмещения. Поставленная задача достигается тем, что проекционная экспонирующая система содержит источник экспонирующего света, координатный стол ретиклов, проекционный объектив, координатный стол пластин, объектив устройства совмещения с фотоприемником, источник неэкспонирующего света длиной волны 1 освещения знака совмещения пластины, источник света с длиной волны экспонирования для освещения дифракционного знака совмещения, расположенного на координатном столе пластин, источник света освещения знака совмещения пластины неэкспонирующим светом длиной волны 2, объектив устройства совмещения, ахроматизованный для 1, 2 и экспонирующего света, а темнопольный кольцевой осветитель знака совмещения ретикла светом с длиной волны 2 97922013.12.30 экспонирования расположен над ретиклом на каретке устройства совмещения, при этом знак на ретикле выполнен в виде дифракционной структуры. Суть полезной модели поясняется фигурами, где на фиг. 1 изображена схема проекционной экспонирующей системы и один из каналов устройства совмещения на фиг. 2 показан вариант реализации темнопольного кольцевого осветителя дифракционных знаков совмещения ретикла. Проекционная экспонирующая система (фиг. 1) содержит источник экспонирующего света 1, координатный стол ретиклов 2, проекционный объектив 3, координатный стол пластин 4, объектив 5 устройства совмещения, ахроматизованый для 1, 2 и экспонирующего света, фотоприемник - ТВ-камера 6, источник неэкспонирующего света 7 с длиной волны 1 освещения знака совмещения пластины, источник света 8 с длиной волны экспонирования для освещения дифракционного знака совмещения 9, расположенного на координатном столе пластин 4, источник света 10 освещения знака совмещения пластины неэкспонирующим светом длиной волны 12, расположенные на темнопольном кольцевом осветителе 12, кольцевой темнопольный источник света 11 освещения знака совмещения ретикла светом с длиной волны экспонирования, расположенный над ретиклом 14 на каретке с возможностью возвратно-поступательного перемещения в рабочее поле проекционного объектива 3. Темнопольный кольцевой осветитель 12 расположен в промежутке между проекционным объективом 3 и координатным столом пластин 4 с обрабатываемой пластиной 13 и с возможностью возвратно-поступательного перемещения в рабочее поле проекционного объектива 3. Темнопольный кольцевой осветитель 12 содержит три источника света источник неэкспонирующего света 7 длиной волны 11 для освещения знака совмещения пластины 13,источник света 8 для освещения дифракционного знака совмещения 9, расположенного на координатном столе пластин 4 светом с длиной волны экспонирования, источник света 10 для освещения знака совмещения пластины 13 неэкспонирующим светом длиной волны 2. Фотоприемник (ТВ-камера 6) устройства совмещения подключен к управляющей плате, которая установлена на шине управляющего компьютера (на фигурах не показаны). Проекционная экспонирующая система работает аналогично описанной в прототипе. 1. Режим автоматического измерения поправок совмещения для света совмещения с длинной волны 1 и для света совмещения с длинной волны 2 аналогичен описанному в прототипе. После загрузки ретикла 14 на координатный стол ретиклов 2 устройство совмещения,состоящее из объектива совмещения 5 с ТВ-камерой 6 и кольцевым темпонольным источником света 11, перемещается в положение наблюдения знака совмещения на ретикле 14. Координатный стол пластин 4 перемещает дифракционный знак 9 в точку рабочего поля проекционного объектива 3, сопряженную с положением знака совмещения ретикла 14. После чего включается кольцевой темнопольный источник света 11 знака совмещения ретикла экспонирующим светом. Этот свет освещает дифракционный знак совмещения ретикла 14. Свет от кольцевого темнопрольного источника света 11, проходящий через ретикл, не попадает во входную апертуру проекционного объектива 3 и не проходит через проекционный объектив 3. Дифракционный знак совмещения ретикла представляет собой двухмерную дифракционную решетку, то есть двухмерную периодическую структуру(полосы или квадраты), вытравленную в слое хрома, нанесенного на рабочую поверхность ретикла. Период решетки дифракционного знака выбирается таким, чтобы первые и вторые порядки дифракции отраженного света попадали в апертуру объектива совмещения 5. Объектив совмещения 5 строит изображение знака совмещения ретикла в плоскость ТВ-камеры 6. В памяти управляющего компьютера сохраняется координата положения 3 97922013.12.30 знака совмещения ретикла. После чего темнопольный кольцевой осветитель 12 перемещается в положение освещения дифракционного знака совмещения 9, включается свет источника света 7 кольцевого темнопольного осветителя 12, который освещает дифракционный знак совмещения 9 светом совмещения с длиной волны 1. Дифракционный знак совмещения 9 представляет собой двухмерную дифракционную решетку, то есть двухмерную периодическую структуру (полосы или квадраты), вытравленную в слое хрома,нанесенного на стекло. Период решетки дифракционного знака выбирается таким, чтобы первые и вторые порядки дифракции отраженного света, попадали в апертуру проекционного объектива 3. В качестве источников света 7, 8, 10 и 11 могут быть использованы светодиоды (фиг. 2). Проекционный объектив 3 строит изображение дифракционного знака совмещения 9 в плоскость ретикла 14. Объектив совмещения 5 перестраивает изображение дифракционного знака 9 из плоскости ретикла 14 в плоскость ТВ-камеры 6. В памяти управляющего копьютера сохраняется координата положения знака совмещения 9, освещенного светом совмещения с длиной волны 1. После этого источник света 7 выключается и включается источник света 8, который освещает дифракционный знак совмещения 9 светом с длиной волны экспонирования. Аналогичным образом, как и при освещении знака совмещения 9 светом с длиной волны 1, в плоскости приемной ТВ-камеры 6 строится изображение знака 9, но в свете с длиной волны экспонирования. В памяти управляющего компьютера сохраняется координата положения знака совмещения 9, освещенного светом с длиной волны экспонирования. После этого вычисляется разница между координатой знака 9 (пои по ) при освещении его зеленым 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 для зеленого света совмещения. Определение поправок совмещения для второго канала совмещения проводится аналогичным образом. Таким же образом (включается источник света 10) определяются поправки совмещения каждого канала совмещения для красного света совмещения с длинной волны 2 для учета в поправках совмещения хроматизма увеличения проекционного объектива 3 для красного света. Время для измерения поправок совмещения предложенным способом составляет всего несколько секунд и вся процедура может оперативно проводиться во время замены ретикла или перезагрузки пластины, то есть практически без остановки технологического процесса работы проекционной системы. Объектив совмещения 5 ахроматизован для света совмещения 1, 2 и света экспонирования. Таким образом, в плоскости фотоприемника - ТВ-камеры 6 объектив совмещения 5 строит резкое изображение дифракционного знака совмещения 9 в длине волны экспонирования, в длине волны совмещения 1, в длине волны совмещения 2, а также изображение знака совмещения ретикла в длине волны экспонирования. Использование для подсветки знака ретикла источника экспонирующего света 11 позволяет провести дополнительно измерение и учет хроматизма увеличения объектива 5 системы совмещения. В процессе этой калибровки дифракционный знак 9 на столе пластин 4 освещается вначале светом экспонирования от источника света 8. Стол пластин 4 перемещает знак 9 так, чтобы изображение знака находилось точно в центре изображения знака совмещения, предварительно развернутого по углу ретикла 14, когда изображение знака ретикла находится в поле зрения ТВ-камеры 6, но на максимальном расстоянии от оси объектива совмещения 5. При этом и знак 9, и знак на ретикле 14 освещены светом одной длины волны - светом экспонирования. После чего источник света 8 выключается, а дифракционный знак 9 освещается зеленым светом (источник света 7) и измеряется смещение координаты изображения знака по отношению к его координате при освещении 4 97922013.12.30 экспонирующим светом. Аналогично для красного света (источник света 10) измеряется смещение координаты изображения знака. Поправки на хроматизм увеличения объектива 5 для каждого цвета подсветки используются в дальнейшей работе экспонирующего устройства, что позволяет повысить точность совмещения при работе экспонирующей системы с поворотом ретикла в цикле совмещения. 2. Режим совмещения. Экспонирующий свет от источника экспонирующего света 1 перекрывается затвором дозатора (на фигурах не показан), расположенного в источнике экспонирующего света 1. Темнопольный кольцевой осветитель 12 находится в положении, когда он введен в рабочее поле проекционного объектива 3 в зону расположения знака совмещения на пластине 13. Неэкспонирующий свет с длиной волны 1 источника света 7 (или 2 источника света 10) попадает на поверхность пластины 13 в зону знака совмещения. Диффузно отразившаяся от знака совмещения пластины часть света совмещения попадает в апертуру проекционного объектива 3, который строит изображение знака совмещения пластины 13 в плоскость ретикла 14. Объектив совмещения 5 перестраивает изображение знака совмещения пластины из плоскости ретикла 14 в плоскость приемной ТВ-камеры 6. К измерянной координате знака совмещения пластины прибавляется (с нужным знаком) поправка совмещения (для 1 или 2), хранящаяся в памяти компьютера. Знак совмещения ретикла темнопольно освещается сверху - на отражение. Для освещения знака совмещения ретикла используется свет темнопольного кольцевого источника света 11 с длиной волны экспонирования также, как и в режиме определения поправок совмещения. Таким образом, в плоскости приемной ТВ-камеры 6 одновременно построены изображение знака совмещения пластины и изображение знака совмещения ретикла. Координатный стол пластин 4 перемещает пластину 13 таким образом, чтобы координата знака совмещения ретикла отличалась от координаты знака совмещения пластины на величину поправок совмещения для используемого в данный момент света совмещения (для 1 или 2). Ввиду того что изображение знака совмещения пластины в плоскости ретикла может экранироваться хромовыми участками знака совмещения ретикла, возникает дополнительная погрешность измерения координаты знака пластины. Для уменьшения степени экранирования, уменьшения площади хрома в топологии знака ретикла, знак выполнен в виде двухмерной дифракционной решетки, то есть двухмерной периодической структуры. При этом площадь экранирования изображения знака пластины уменьшается примерно в 2 раза. 3. Режим экспонирования. Ультрафиолетовое излучение от источника экспонирующего света 1 проходит через закрепленный на координатном столе ретиклов 2 ретикл 14, на котором сформирован рисунок топологии. Далее экспонирующий свет проходит через проекционный объектив 3 и попадает на фоточувствительный слой пластины 13. Предложенное техническое решение уменьшает влияние топологии знака ретикла на погрешность измерения координаты знака пластины и позволяет за меньшее число циклов совмещения обеспечить заданную точность совмещения и тем самым повышает производительность проекционной экспонирующей системы. Предложенное техническое решение для проекционной экспонирующей системы может быть использовано не только для технологической операции фотолитографии в производстве печатных плат, но и для изготовления других устройств радиоэлектроники. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6