close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY9243

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 9243
(13) C1
(19)
(46) 2007.04.30
(12)
7
(51) G 03F 7/20,
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ПРОЕКЦИОННАЯ ЭКСПОНИРУЮЩАЯ СИСТЕМА
(21) Номер заявки: a 20040570
(22) 2004.06.23
(43) 2005.12.30
(71) Заявитель: Научно-производственное
республиканское унитарное предприятие "КБТЭМ-ОМО" (УП "КБТЭМОМО") (BY)
(72) Авторы: Агейченко Александр Степанович; Матюшков Владимир
Егорович; Тихончук Георгий Иванович (BY)
BY 9243 C1 2007.04.30
G 02B 27/18,
G 03B 27/34, 27/42
(73) Патентообладатель: Научно-производственное республиканское унитарное
предприятие "КБТЭМ-ОМО" (УП
"КБТЭМ-ОМО") (BY)
(56) US 5489966 A, 1996.
BY 2658 C1, 1999.
EP 0867775 A2, 1998.
US 5751428 A, 1998.
(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, а также устройство управления системой, отличающаяся тем, что содержит фотоэлектрический датчик измерения масштаба проекционного объектива и
положения плоскости его резкого изображения, 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 полосками постоянной ширины и с дополнительной меткой в центре, оптически связанную с приемником ее изображения и установленную относительно
него с возможностью построения изображения одного конца каждой полоски выше, а другого - ниже плоскости резкого изображения объектива, а фотоприемник со щелевой диафрагмой выполнен с возможностью аттестации с его помощью датчика измерения
масштаба проекционного объектива и положения плоскости его резкого изображения.
Фиг. 2
BY 9243 C1 2007.04.30
Изобретение относится к технологическому оборудованию для производства печатных плат высокой плотности соединений (HDI), плоскопанельных дисплеев (LCD,
OELPD, PDP), интегральных схем (IС, Bumping) 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.
Изменяется также масштаб (увеличение) объектива.
В процессе термических обработок между операциями литографии различных технологических слоев происходит некоторое изменение линейных размеров пластин. Для компенсации изменений размеров пластин и точного совмещения топологии очередного слоя
с предыдущими слоями проекционные системы экспонирования имеют механизмы изменения масштаба проекционного объектива. Например, в технологии печатных плат увеличение проекционного объектива необходимо изменять в достаточно большом диапазоне
± 1000 ppm (part per million). Поэтому масштаб проекционного объектива экспонирующей
системы необходимо не только поддерживать на заданном уровне, но и оперативно изменять при необходимости.
Для уменьшения воздействия факторов окружающей среды прецизионные установки
фотолитографии помещают в специальные камеры микроклимата, в которых поддерживается достаточно стабильная температура и влажность воздуха. Изменения атмосферного
давления обычно происходят достаточно медленно. Периодически производится измерение и учет текущих оптических параметров проекционного объектива, в том числе масштаба и положения ПЛИ.
Однако на положение плоскости лучшего изображения и на масштаб проекционного
объектива оказывают влияние не только параметры внешней среды, но также и ультрафиолетовое (УФ) излучение, проходящее через оптическую систему в процессе экспонирования. При этом часть энергии УФ экспонирующего света поглощается оптическими
компонентами объектива и воздухом. Помимо нагрева оптических компонентов и элементов конструкции объектива экспонирующим излучением происходят изменения в физикохимическом составе воздуха в объективе. Изменяется не только температура и влажность
воздуха, но также происходит фотохимическая реакция замещения кислорода воздуха на
озон. В результате изменяется показатель преломления воздуха в объективе и плоскость
резкого изображения смещается. Дрейф плоскости резкого изображения приводит к
ухудшению качества переноса изображения. Особенно это критично для широкопольных
экспонирующих систем с зеркально-линзовыми объективами, у которых, как правило,
длина хода лучей по воздушным промежуткам намного превышает ход лучей в стекле. В
некоторых случаях уход плоскости резкого изображения в несколько раз превышает глубину резкости объектива. Поэтому простая стабилизация параметров внешней среды становится недостаточной мерой. 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 новой пластины и
совмещение, в течение которого объектив релаксирует к исходному состоянию.
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
2
BY 9243 C1 2007.04.30
фоторезистами, имеющими низкую чувствительность и большую толщину, когда требуется большая доза экспонирования и, соответственно, большая световая нагрузка на объектив.
Возможны случаи, когда в процессе экспонирования одной пластины или даже каждого отдельного кадра на одной пластине необходимо корректировать положение плоскости
пластины из-за дрейфа плоскости резкого изображения объектива, вызванного поглощением УФ-излучения в объективе.
Известны устройства проекционного экспонирования [2, 4], в которых плоскость резкого изображения, масштаб и дисторсия объектива измеряется специальным фотоприемником, который расположен на столе пластин и при движении стола анализирует
изображение от специальных знаков на ретикле. После чего производится компенсация
изменений параметров объектива путем изменения давления воздуха в объективе или перемещением некоторых компонентов объектива. Предлагается также уменьшить влияние
экспонирующего света на параметры объектива заполнением воздушных промежутков в
объективе инертным газом, не имеющим полосы поглощения для экспонирующего света.
Для компенсации температурных изменений оптических параметров объектива предлагается также использовать линзы из разных материалов: кварца и флюорита.
Описанные устройства не позволяют полностью устранить влияние экспонирующего
света на параметры объектива и весьма дороги в реализации и эксплуатации установки.
Ближайшим прототипом настоящего изобретения является проекционное экспонирующее устройство [1], которое содержит источник экспонирующего излучения, осветительную систему, координатный стол ретиклов с ретиклом, проекционный объектив,
координатный стол пластин с установленным на нем плоским зеркалом, приводом стола
пластин вдоль оптической оси проекционного объектива, фотоэлектрический датчик для
измерения положения поверхности пластины в направлении оси проекционного объектива, устройство для изменения расстояния между поверхностью пластины и проекционной
оптической системой, фотоэлектрический датчик определения плоскости резкого изображения объектива.
Недостатком прототипа является снижение качества переноса изображения с течением
времени после очередного измерения плоскости резкого изображения объектива, а также
потерю производительности экспонирующего устройства из-за необходимости периодической остановки рабочего цикла для измерения текущей плоскости резкого изображения
объектива.
Задачей изобретения является повышение качества переноса изображения, повышение
точности совмещения и производительности устройства 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
и фотоэлектрический датчик измерения масштаба проекционного объектива и положения
плоскости его резкого изображения, 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 полосками постоянной ширины и с дополнительной меткой в центре, оптически связанную с приемником ее изображения и установленную относительно него с
возможностью построения изображения одного конца каждой полоски выше, а другой ниже плоскости резкого изображения объектива, а фотоприемник со щелевой диафрагмой
выполнен с возможностью аттестации с его помощью датчика измерения масштаба проекционного объектива и положения плоскости его резкого изображения.
Суть изобретения поясняется чертежами, где:
3
BY 9243 C1 2007.04.30
на фиг. 1 изображена общая схема проекционной экспонирующей системы;
на фиг. 2 изображена общая схема дополнительного датчика определения плоскости
резкого изображения.
Проекционная экспонирующая система (фиг. 1) содержит источник экспонирующего
излучения 1, координатный стол ретиклов (на чертеже не показан) с ретиклом 2, проекционный объектив 3, координатный стол пластин 4, на котором расположена пластина 5, фотоприемник со щелевой диафрагмой 6, установленный на координатном столе пластин 4,
выполненном с тремя приводами 7.1, 7.2 и 7.3, перемещающими статор 8 стола пластин
вдоль оптической оси проекционного объектива 3, фотоэлектрический датчик фокусировки 9 (состоящий из частей 9.1 и 9.2), устройство управления системой 10, фотоэлектрический датчик измерения масштаба проекционного объектива 3 и положения плоскости его
резкого изображения 11 (состоящий из частей 11.1 и 11.2), установленный на проекционном объективе 3 с условием нахождения рабочего поля датчика 11 вне рабочего поля системы, использующий при работе излучение экспонирующей длины волны, система также
содержит поворотные зеркала 12 и 13 (фиг. 2) и плоскую маску 14 с прозрачными полосками постоянной ширины и с дополнительной меткой в центре (на чертеже не показано),
оптически связанную с приемником ее изображения и установленную относительно него с
возможностью построения изображения одного конца каждой полоски выше, а другой ниже плоскости резкого изображения проекционного объектива 3, а фотоприемник со щелевой диафрагмой 6 выполнен с возможностью аттестации с его помощью датчика измерения масштаба объектива и положения плоскости его резкого изображения 11.
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. Измеряется текущий масштаб объектива 3 датчиком 11; если необходимо, устанавливается новый масштаб объектива 3. Координатный стол 4 перемещает пластину 5 в точку
экспонирования первого кадра.
Производится измерение плоскости резкого изображения проекционного объектива 3
датчиком 11. Датчиком 9 измеряется положение поверхности пластины относительно
проекционного объектива 3 вдоль оптической его оси. Двигателями 7 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 чертеже 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.
Фотоэлектрический датчик измерения масштаба проекционного объектива и положения плоскости его резкого изображения 11 работает следующим образом.
При помощи зеркала 12 (фиг. 2) небольшой участок плоскости предметов 18 (плоскость
топологии на ретикле) поворачивается относительно оси объектива 3 примерно на 90 градусов в повернутую сопряженную предметную плоскость 18'. При помощи зеркала 13 участок
плоскости изображения 19 (поверхность пластины) поворачивается относительно оси объектива 3 также на 90 градусов в повернутую сопряженную плоскость изображения 19'.
4
BY 9243 C1 2007.04.30
Зеркала 12 и 13 (фиг. 2) расположены в периферийной зоне полного поля проекционного объектива 3, где они не экранируют рабочее поле объектива 3 и не создают помех
обычной работе устройства экспонирования.
В сопряженной плоскости предметов 18' находится предметная маска 14, которая равномерно освещается светом рабочей (экспонирующей) длины волны экспонирующей системы от светодиода 15 при помощи линзы 16. Для освещения предметной маски кроме
светодиода можно также использовать часть света от источника экспонирующего излучения 1. Благодаря тому, что свет, используемый для работы датчика 11, не попадает на пластину 5 со светочувствительным слоем, в датчике 11 можно использовать свет именно с
длиной волны экспонирования, которая является лучшей длиной волны относительно
хроматической аберрации проекционного объектива 3. Проекционный объектив 3 строит
изображение маски 14 в сопряженную плоскость изображений 19'. В плоскости 19', где
построено изображение маски, находится приемная часть ТВ камеры 17.
Предметная маска 14 (фиг. 2) установлена под углом к сопряженной плоскости предметов 18'. Пропускающие свет полосы маски 14 ориентированы по отношению к углу наклона маски так, что один конец каждой полосы всегда находится дальше от объектива 3,
чем сопряженная плоскость предметов 18' (выше плоскости предметов 18). Второй конец
каждой полосы всегда находится ближе к объективу 3, чем сопряженная плоскость предметов 18' (ниже плоскости предметов 18). Благодаря этому в поле зрения приемника 17
(ТВ камеры) всегда присутствует изображение участка маски 14, который был расположен точно в предметной плоскости и его изображение находится в плоскости резкого изображения, а также изображение концов маски 14, которые находятся выше и ниже
предметной плоскости.
В поле зрения ТВ камеры 17 изображение по всей длине полосы неизбежно исказится:
изображение краев маски 14, которые находятся выше или ниже предметной плоскости (и
глубины резкости объектива), будет размытым и расширенным. В средней части, в плоскости лучшего изображения, изображение полос маски 14 будет резким. В этом месте ширина полосы будет минимальна и соответствовать ширине полосы на маске 14,
умноженной на оптическое увеличение проекционного объектива 3.
Если в процессе работы системы экспонирования положение плоскости резкого изображения объектива 3 начнет смещаться вдоль оптической оси, то зона резкого изображения полос предметной маски 14 будет также пропорционально смещаться в поле зрения
ТВ приемника 17. Величина этого смещения будет равна:
Асм = Ф/sin α,
где Асм - величина смещения, измеренная ТВ камерой датчика,
Ф - реальное смещение плоскости лучшего изображения вдоль оси объектива,
α - угол наклона предметной маски 14 относительно сопряженной плоскости предметов 18'.
Измерив координату участка резкого изображения полосы маски 14 в поле зрения ТВ
приемника 17 можно определить текущее положение плоскости резкого изображения проекционного объектива 3.
Изображение любой точки предметной плоскости, которая не находится точно на оси
объектива, при изменении масштаба объектива смещается в плоскости изображения на
некоторую величину относительно оси объектива. Величина смещения изображения конкретной точки предметной плоскости пропорциональна расстоянию от этой точки до оси
объектива.
Для измерения масштаба объектива 3 в центре маски датчика 14 изготовлен дополнительный знак, например в виде креста. Изображение этого знака при изменении масштаба
проекционного объектива 3 будет смещаться в поле зрения приемной ТВ камеры 17. Ось
датчика 11 и положение центра креста на маске 14, спроецированные в плоскость предметов 18, находятся на расстоянии R от оси объектива 3. При изменении масштаба объекти5
BY 9243 C1 2007.04.30
ва 3 изображение центрального креста маски 14 сместится в плоскости ТВ приемника 17
на величину ∆, равную:
∆ = R × ∆M × М/cos α,
где R - расстояние от оси креста на маске 14 датчика 11 до оси 24 объектива 3,
∆M - величина изменения масштаба объектива 3,
М - масштаб (или увеличение) объектива 3, численно равный отношению линейного
размера изображения к линейному размеру предмета,
α - угол наклона предметной маски 14 относительно сопряженной плоскости предметов 18'.
Измерив координату изображения оси креста маски 14 в поле зрения ТВ приемника
17, определяют текущий масштаб проекционного объектива 3.
Предложенное техническое решение позволяет повысить качество переноса изображения проекционной экспонирующей системы за счет возможности оперативного слежения за плоскостью резкого изображения объектива, повысить точность совмещения
проекционной экспонирующей системы за счет возможности оперативного слежения за
масштабом проекционного объектива, повысить производительность проекционной экспонирующей системы за счет исключения времени на периодические остановки рабочего
цикла для измерения текущей плоскости резкого изображения и текущего масштаба проекционного объектива.
Источники информации:
1. Патент США 5489966, МПК G 03B 027/52; G 03B 027/70; G 03B 027/42 (прототип).
2. Патент США 5883704, МПК G 03B 027/54; G 03B 027/42; G 03B 027/52.
3. Патент США 4506977, МПК G.03B 027/42; G 03B 027/52.
4. Патент США 5581324, МПК G.03B 027/42; G 03B 027/52.
Фиг. 1
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
101 Кб
Теги
by9243, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа