close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16195

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.08.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 16195
(13) C1
(19)
G 03F 7/20
G 02B 27/18
(2006.01)
(2006.01)
ПРОЕКЦИОННАЯ ЭКСПОНИРУЮЩАЯ СИСТЕМА
(21) Номер заявки: a 20100648
(22) 2010.04.30
(43) 2011.12.30
(71) Заявитель: Научно-производственное
республиканское унитарное предприятие "КБТЭМ-ОМО" (BY)
(72) Автор: Агейченко Александр Степанович (BY)
(73) Патентообладатель: Научно-производственное республиканское унитарное
предприятие "КБТЭМ-ОМО" (BY)
(56) BY 12219 C1, 2009.
BY 8951 C1, 2007.
JP 9306814 A, 1997.
EP 393775 A, 1990.
US 5371570 A, 1994.
BY 16195 C1 2012.08.30
(57)
Проекционная экспонирующая система, содержащая оптически связанные источник
экспонирующего света, координатный стол ретиклов, проекционный объектив, координатный стол пластин, объектив устройства совмещения с фотоприемником, темнопольный
кольцевой осветитель, выполненный с источником неэкспонирующего света с длиной
волны λ1 для освещения знака совмещения пластины и источником света с длиной волны
экспонирования для освещения дифракционного знака совмещения, расположенного
Фиг. 1
BY 16195 C1 2012.08.30
на координатном столе пластин; источник неэкспонирующего света с длиной волны λ2,
причем объектив устройства совмещения ахроматизован для длин волн λ1, λ2 и экспонирующего света, отличающаяся тем, что темнопольный кольцевой осветитель содержит
дополнительный источник света с длиной волны экспонирования для освещения знака
совмещения ретикла, а источник неэкспонирующего света с длиной волны λ2 расположен
на темнопольном кольцевом осветителе и выполнен с возможностью освещения знака
совмещения пластины.
Данное изобретение относится к технологическому оборудованию для производства
печатных плат высокой плотности соединений (HDI). 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.
Ближайшим прототипом предлагаемого изобретения 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, устройство совмещения, содержащее светлопольный осветитель знака совмещения пластины неэкспонирующим светом, темнопольный
кольцевой осветитель с источником света с длиной волны λ1 для освещения знака совмещения пластины неэкспонирующим светом, светлопольный осветитель устройства совмещения с возможностью освещения знака совмещения ретикла светом с длиной волны λ2,
объектив устройства совмещения ахроматизованный для λ1 и λ2, фотоприемник, при этом
темнопольный кольцевой осветитель дополнительно содержит источник света с длиной
волны экспонирования для освещения дифракционного знака совмещения, расположенного на координатном столе пластин, а объектив устройства совмещения также ахроматизован и для экспонирующего света.
Недостатком устройства совмещения прототипа является узкий спектр света совмещения, который не позволяет работать с различными типами фоторезистов, и отсутствие
возможности оперативного измерения хроматизма увеличения у объектива устройства
совмещения.
Забота о защите окружающей среды побудила Европейский союз по ограничению использования опасных веществ рекомендовать не использовать галогеносодержащие материалы, в частности паяльные маски (Solder Mask), в электронной промышленности уже с
2006 года [2].
Помимо изменения спектральной чувствительности новых, не содержащих галогенов
фоторезистов (паяльных масок) в ультрафиолетовой области экспонирования, изменился
также спектр поглощения/пропускания резиста в видимой области спектра, который используется в работе системы совмещения. Традиционные паяльные маски имеют хорошую прозрачность для зеленого света, который традиционно использовался для системы
совмещения.
Новые типы паяльной маски малопрозрачны для зеленого света. Поэтому контраст
изображения знака совмещения в зеленом свете недостаточен для автоматического обнаружения знака. Освещение знака совмещения красным светом позволяет получить приемлемый контраст.
В настоящее время наряду с новыми, свободными от галогенов материалами, в массовом производстве продолжается использование и традиционных типов паяльных масок.
2
BY 16195 C1 2012.08.30
Поэтому производители экспонирующих систем вынуждены обеспечивать работоспособность оборудования для всех типов паяльных масок и варьировать спектр освещения знаков совмещения в процессе работы.
Однако объектив системы совмещения у прототипа не ахроматизован для красного
света (с учетом осевого хроматизма проекционного объектива для красного света), поэтому изображение знака совмещения в красном свете в плоскости приемной ТВ-камеры системы совмещения будет не резким, что увеличит погрешность совмещения.
В системах совмещения, работающих через проекционный объектив, для получения в
плоскости приемника резкого изображения знака совмещения в красном свете необходимо дополнительно ахроматизовать оптику датчика и для света этой длины волны.
Таким образом, в прототипе для подсветки знаков совмещения пластины используется
длина волны λ1 (зеленый свет), для подсветки знаков ретикла используется длина волны
λ2 (инфракрасный), для измерения поправок совмещения длина волны экспонирования λ3 (405 нм), а дополнительный спектр совмещения с длиной волны красного света λ4 будет уже четвертой точкой, которая также должна находиться на параболе осевого хроматизма объектива совмещения.
Рассчитать хроматическую параболу по четырем заданным точкам, ввиду ограниченного сортамента дисперсий оптического стекла, практически невозможно.
Поэтому для реализации возможности освещать знаки совмещения пластины и зеленым и красным светом, при сохранении функции автоматического измерения систематических поправок совмещения экспонирующей системы, предлагается для подсветки
знаков ретикла использовать не инфракрасный свет, а длину волны экспонирующего света, который также используется для измерения поправок совмещения. Это сократит число
заданных точек ахроматизации до трех, что позволит рассчитать требуемый осевой хроматизм объектива системы совмещения для света экспонирования и двух разных спектров
подсветки знаков совмещения пластин.
Кроме того, использование для подсветки знака ретикла экспонирующего света повысит точность совмещения, так как появляется возможность измерять и учитывать хроматизм увеличения не только проекционного объектива (как у прототипа), но и учитывать
хроматизм увеличения объектива устройства совмещения.
В процессе базирования ретикла, знак совмещения ретикла располагается примерно в
центре рабочего поля системы совмещения. Однако в процессе работы, когда экспонируемая пластина загружена с угловым разворотом, диапазона вращения стола пластин недостаточно для компенсации разворота пластины на столе ввиду ограниченного рабочего
диапазона интерферометров обратной связи по углу (примерно, шесть угловых минут). В
этом случае совмещение изображения ретикла с пластиной производится при помощи углового разворота ретикла. При этом знаки совмещения ретикла смещаются с центра рабочего поля системы совмещения.
У объектива системы совмещения (как и у проекционного объектива) существует
хроматизм увеличения. Поэтому положение изображения знака совмещения для красного
и зеленого света в плоскости приемника будет зависеть не только от координаты знака
совмещения на пластине, но также и от угла разворота ретикла, то есть от расстояния
между изображением знака совмещения и осью объектива совмещения. Другими словами,
когда знак находится не точно на оси объектива совмещения, измеренная координата знака совмещения будет дополнительно зависеть от длины волны света освещения.
Задачей изобретения является реализация возможности работы проекционной экспонирующей системы с различными типами фоторезистов путем использования для подсветки
знаков совмещения пластины двух различных длин волн и возможность автоматического
измерения систематических поправок совмещения, учитывающих хроматизм увеличения
объектива совмещения.
3
BY 16195 C1 2012.08.30
Поставленная задача достигается тем, что проекционная экспонирующая система содержит оптически связанные источник экспонирующего света, координатный стол ретиклов,
проекционный объектив, координатный стол пластин, объектив устройства совмещения с
фотоприемником, темнопольный кольцевой осветитель, выполненный с источником неэкспонирующего света с длиной волны λ1 для освещения знака совмещения пластины и
источником света с длиной волны экспонирования для освещения дифракционного знака
совмещения, расположенного на координатном столе пластин; источник неэкспонирующего света с длиной волны λ2, причем объектив устройства совмещения ахроматизован
для длин волн λ1, λ2 и экспонирующего света, при этом темнопольный кольцевой осветитель содержит дополнительный источник света с длиной волны экспонирования для
освещения знака совмещения ретикла, а источник неэкспонирующего света с длиной волны λ2 расположен на темнопольном кольцевом осветителе и выполнен с возможностью
освещения знака совмещения пластины.
Суть изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображена схема проекционной экспонирующей системы и один из каналов
устройства совмещения;
на фиг. 2 показан вариант реализации темнопольного кольцевого осветителя знаков
совмещения пластины, осветителя знаков совмещения ретикла и осветителя для измерения поправок совмещения;
на фиг. 3 показан вариант ахроматизации (компенсации осевой хроматической абберации) объектива системы совмещения для λ1, λ2 и экспонирующего света.
Проекционная экспонирующая система (фиг. 1) содержит источник экспонирующего
света 1; координатный стол ретиклов 2, проекционный объектив 3, стол пластин 4; объектив
устройства совмещения 5, ахроматизованый для λ1, λ2 и экспонирующего света, фотоприемник 6, источник неэкспонирующего света 7 с длиной волны λ1 освещения знака совмещения пластины 13, 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 λ2 и источник света 11 освещения знака совмещения ретикла светом с длиной
волны экспонирования, расположенные на темнопольном кольцевом осветителе 12.
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 4 источника света: источник 7 неэкспонирующего света длиной волны λ1 для освещения знака совмещения пластины 13,
источник 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
λ2, источник света 11 для освещения через проекционный объектив 3 знака совмещения,
расположенного на ретикле 14 светом с длиной волны экспонирования.
Фотоприемник (ТВ-камера) 6 устройства совмещения подключен к управляющей плате Frame Grabber, которая установлена на шине управляющего компьютера (на рисунке не
показаны).
Проекционная экспонирующая система работает следующим образом.
1. Режим автоматического измерения поправок совмещения для света совмещения с
длиной волны λ1 и для света совмещения с длиной волны λ2 аналогичен описанному в
прототипе.
После загрузки ретикла 14 на координатный стол ретиклов 2 устройство совмещения,
состоящее из объектива совмещения 5 с ТВ-фотоприемником 6 и темнопольного кольце4
BY 16195 C1 2012.08.30
вого осветителя 12, 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. Темнопольный кольцевой осветитель 12 премещается в положение освещения дифракционного знака 9, после чего включается источник света 11 знака совмещения ретикла экспонирующим светом. Этот свет проходит через проекционный объектив 3 и
освещает на просвет знак совмещения ретикла 14. Объектив совмещения 5 строит изображение знака совмещения ретикла в плоскость приемника 6. В памяти управляющего
компьютера сохраняется координата положения знака совмещения ретикла. После этого
включается свет источника 7 кольцевого осветителя 12, который освещает дифракционный знак совмещения 9 светом совмещения с длиной волны λ1. 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 темнопольного кольцевого
осветителя 12 могут быть использованы светодиоды (фиг. 2).
Проекционный объектив 3 строит изображение дифракционного знака 9 в плоскость
ретикла 14. Объектив совмещения 5 перестраивает изображение дифракционного знака 9
из плоскости ретикла 14 в плоскость приемной ТВ-камеры 6. В памяти управляющего
компьютера сохраняется координата положения знака 9, освещенного светом совмещения
с длиной волны λ1.
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 9 светом с длиной волны λ1, 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 9, освещенного светом с длиной волны экспонирования. После этого
вычисляется разница между координатой знака 9 (по X и по Y) при освещении его зеленым светом совмещения λ1 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 длиной волны λ2 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 λ1, λ2 и света экспонирования. Комбинация радиусов линз и материала стекол с различной дисперсией (сверхтяжелый флинт и флюорит) позволяет построить объектив системы совмещения, у
которого для различных длин волн плоскость резкого изображения имеет форму параболы
(фиг. 3). Пересечение одной ветви параболы с осью длин волн (нулевой осевой хроматизм) выбирается для света экспонирования (405 нм). Изображение знака совмещения
пластины в свете λ1 смещено на 700 мкм выше плоскости ретикла вдоль оптической оси
из-за осевой хроматической аберрации проекционного объектива 3. Для компенсации это5
BY 16195 C1 2012.08.30
го смещения, для света совмещения λ1 объектив совмещения 5 имеет точно такую же величину осевой хроматической аберрации - 700 мкм (фиг. 3).
Изображение знака совмещения пластины в свете λ2 смещено на 1300 мкм выше
плоскости ретикла вдоль оптической оси из-за осевой хроматической аберрации проекционного объектива 3. Для компенсации этого смещения, для света совмещения λ2 объектив
совмещения 5 имеет точно такую же величину осевой хроматической аберрации 1300 мкм (фиг. 3).
Таким образом, в плоскости фотоприемника 6 объектив совмещения 5 строит резкое
изображение дифракционного знака совмещения 9 в длине волны экспонирования, в
длине волны совмещения λ1, в длине волны совмещения λ2, а также изображение знака
совмещения ретикла в длине волны экспонирования.
Использование для подсветки знака ретикла источника экспонирующего света 11
(фиг. 1) 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 8. Стол пластин
4 перемещает знак 9, чтобы изображение знака находилось точно в центре изображения
знака совмещения, предварительно развернутого по углу ретикла 14, когда изображение
знака ретикла находится в поле зрения фотоприемника 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 7) и измеряется смещение
координаты изображения знака по отношению к его координате при освещении экспонирующим светом. Аналогично для красного света (источник 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. В режиме совмещения.
Экспонирующий свет от источника 1 перекрывается затвором дозатора (на чертеже 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 λ1 источника 7 (или λ2 источника 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 измеренной координате знака
совмещения пластины прибавляется (с нужным знаком) поправка совмещения (для λ1 или
λ2), хранящаяся в памяти компьютера.
Знак совмещения ретикла темнопольно освещается снизу - "на просвет". Для освещения знака совмещения ретикла используется свет от источника 11 темнопольного кольцевого осветителя 12 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 λ1 или λ2).
6
BY 16195 C1 2012.08.30
3. В режиме экспонирования.
Ультрафиолетовое излучение от источника экспонирующего света 1 проходит через
закрепленный на столе 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 позволяет обеспечивать работоспособность
устройства экспонирования для всех типов паяльных масок и варьировать спектр освещения знаков совмещения в процессе работы, а также обеспечивает возможность автоматического измерения систематических поправок совмещения, учитывающих хроматизм
увеличения объектива совмещения проекционной экспонирующей системы.
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 РБ 12219, опубл. 2009.04.30 (прототип).
2. EU Directive 2002/95/EC, Restriction on Hazardous Substances (RoHS) in electrical and
electronic equipment (2003).
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
261 Кб
Теги
патент, by16195
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа