Координатное устройство для проекционной печати Советский патент 1985 года по МПК G03B27/32 

Изобретение относится к фотолито графическому оборудованию для произ водства изделий микроэлектроники, конкретно к устройствам ориентации оригинала при изготовлении полупроводниковых приборов методом проекци онной печати. Известна установка совмещения и мультипликации изображений на полупроводниковой пластине, содержащая установленные на основании проекционную оптическую систему с объективом, координатный стол с держателем полупроводниковой пластины и механи мом ее ориентации, фотодатчики и электрическую схему управления lj . Координатный стол с держателем полупроводниковой пластины и механи мом ее ориентации и Аотодатчики коо динатного стола образуют координатное устройство для точной ориентации пластины по отношению к координатным осям. Недостатком этого координатного устройства является сложность конструкции координатного стола. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство в системе проекционной печа ти Координатное устройство этой системы содержит координатный стол с фотопластиной, установленный с возможностью перемещения на непод вижном основании по взаимно перпенди кулярным направлениям и с возможностью поворота относительно его объектов, установленные на держателе, жестко закрепленном на основании дифракционные решетки, оптически связанные с анализирующими головками датчиков перемещения, в состав которых входят осветители, фотоприемные блоки и вторые дифракционные решетки. В известном устройстве датчики перемещения обеспечивают контроль перемещения координатного стола по углу и вдоль координатных осей, используя преобразование механического перемещения анализирующей головки р перемещение муаровых полос, образованных двумя оптически связанными дифракционными решетками. Перемещения координатного стола меньше, чем величина постояннной датчика, зависящей от шага нарезки штрихов дифракционной решетки, осуществляются с помощью специальныхj электронных схем интерполяторов, ра102ботоспособность которых зависит от фазового сдвига между выходными сигналами датчиков перемещения, задаваемого выставлением необходимого шага муаровых полос, причем шаг муаровых полос зависит от угла скрещения между штрихами взаимодействующих дифракционных решеток. При первоначальной настройке шаг муаровых полос устанавливается путем разворота на требуемый угол штрихов одной из решеток относительно штрихов другой решетки (разворот производится вокруг оси, перпендикулярной плоскости штрихов). Однако при ориентации фотопластины угловой разворот координатного стола производится тоже вокруг оси, перпендикулярной плоскости штрихов дифракционных решеток и, следовательно, приводит к изменению угла между бтрихами, установленного при первЬначальной настройке датчика. При этом происходит изменение шага муаровых полос, а значит и изменение первоначально установленного фазового сдвига между выходными сигналами датчиков перемещения. Допустимая величина изменения фазового сдвига, а следовательно, и шага полос зависит от требований к интерполяции периода сигналов датчика перемещения чем выше требуемая чувствительность к перемещению, тем меньше допускается изменение величины фазового сдвига. Таким образом, повышение чувствительности систем контроля перемещений кординатного стола приводит в конечном счете, к уменьшению допустимого диапазона угловых разворотов координатного стола, что практически исключает возможность его использования для ориентации фотопластин, так как основным требованием, предъявляемым к координатному столу является достижение максимальной чувствительности к перемещениям и точности. Целью изобретения является расширение диапазона контролируемых угловых перемещений координатного стола. Эта цель достигается тем, что координатное устройство, содержащее координатный стол с фотопластиной, установленный с возможностью перемещения на неподвижном основании по взаимно перпендикулярным направлениям и с возможностью поворота относительно его, объектив, установленный на

держателе, жестко закрепленном на основании, и оптически сопряженные осветители, дифракционные решетки и фотоприемные блоки, снабжено тремя уголковыми отражателями, каждый из которых установлен на соответствующем торце держателя и оптически сопряжен через соответствующую дифракционную решетку, установленную на координатном столе и выполненную прозрачной с соответствующим осветителем и фотоприемным блоком, установленными на основании, при этом штрихи дифракционных решеток ориентированы перпендикулярно плоскости перемещения координатного CTorta.

На фиг, 1 схематически показано предлагаемое координатное устройство на фиг. 2 - ход лучей в одном из датчиков перемещения, вид сбоку; на фиг, 3 - ход лучей, вид сверху.

Координатное устройство содержит координатный стол 1 с установленными на нем прозрачными одномерньми дифракционными решетками 2, 3, 4, уголковые отражатели 5, 6, 7, фотоприенные блоки 8, 9, 10 и осветители 11, 12, 13. Координатный стол 1 несет фотопластину 1А и имеет возможность перемещаться вдоль координатных осей X, У и поворачиваться по углу на рабочей поверхности основания 15, Отражатели 5, 6, 7, установленные на торцах держателя 16, проекционного объектива 17, оптически связаны через соответствующие дифракционные решетки 2, 3, 4с осветителями 11, 12, 13. Отражатель 6, решетка 3 с осветителем 12 и фотоприемным блоком 9 образуют датчик перемещения координатного стола 1 вдоль оси X., Отражатель 5, дифракционная решетка 2, овентиль Ни фотоприемный блок 8 образуют первый датчик перемещения вдоль оси У, а отражатель 7, решетка 4, осветитель 13 и фотоприемный блок 10 образуют второй датчик перем щения вдоль оси У, Координатные оси задаются биссектрисами двугранных углов отражателей 5, 6, 7. В данном случае (Лиг. 1) биссектрисы отражателей 5 и 7 лежат на одной прямей Задают координатную ось X, а биссектриса отражателя 6 перпендикулярна оси X и задает координатную ось У, Закрепление отражателей 5, 6, 7 на держателе 16 проекционного объектива 17 существенно уменьшает погрешности

координатного устройства, обусловленные смещением оптической оси объектива 17 из-за температурных и других деформаций основания 14,

Принцип работы датчиков перемещения иллюстрируется на примере датчика, образованного уголковым отражателем 7, дифракционной решеткой 4, осветителем 13 и фотоприемным блоком 10. Параллельный пучок света 18 осветителя 13, проходя сквозь решетку 4, дифрагирует не ней, в результате чего после плоскости штрихов 19 решетки 4 образуется набор параллельных пучков света, идущих под углами fim к направлению падения исходного пучка света 18;

а . т

(1), /5т arc sin тгдеd - шаг штрихов решетки 4;

- длина волны излучения осветителя 13;

i,2- порядок дифракции Для работы из дифрагированных пучков используется одна пара пучков k-ro порядка дифракции - пучки 20 и .1. Пучки света 20 и 1 падают на отражатель 7, возвращаются на решетку 4. Двугранный угол «г между зеркальными гранями уголкового отражателя 7 равен

k-x

(2)

сС и - 2- arc sin

Проходя сквозь решетку 4, пучки 22 и 23 дифрагируют на ней, образуя два набора пучков света, аналогичных тому, котдрый образовался из пучка 18 при прохождейии им решетки 4, В наборах дифрагированных пучков пучок 24 образован в результате дифракции Г1учка 22, а пучок 25 - в результате дифракции пучка 23. Пучки 24 и 25 взаимно интерферируют, образуя муаровые полосы (на черт, не показаны), направление движения которых зависит от направления перемещения решетки 4 относительно биссектрисы 26 угла К уголкового отражателя 7. Перемещение

решетки 4 в направлении, перпендикулярном биссектрисе .6, вызывает- перемещение муаровых полос (на черт, не показаны), а при перемещении решетки 4/вдоль |биссектисы 26 смеще- ния муаровых полос (не доказаны) не происходит . Сле..льно, биссектриса 26 угла ей уголкового отражателя 7 определяет координатную ось датчика перемещения. Фотоприемный блок Ю, преобразует изменение освещенности, вызванное движением муаровых полос, э электрические сигналы

и sin 2«i|

U sin (21 +(j;), (3)

где - перемещение решетки 4 в направлении, перпендикулярном биссектрисе 26 угj ла отражателя 7j ТГ постоянная датчика перемещения ;

d - шаг штрихов решетки; ff - фазовый сдвиг.

Требуемый фазовый сдвиг If между сигналами датчика (обычно 90 эл. градусов) задается путем выставления определенного шага Т муаровых интерференционных полос. В свою очередь, шаг Т муаровых полос определяется углом 0 между ребром 27 двугранного угла отражателя 7 и проекцией штрихов решетки 4 на плоскости, содержащую ребро 27 и перпендикзлярную биссектрисе 26.

Координатное устройство работает следующим образом.

После загрузки фотопластины 14 на координатный стол 1 производится ее ориентация относительно координатных осей X, У устройства.

Для этого приводом разворота (на черт, не показан) координатный стол 1 поворачивается на рабочей поверхности основания 15 на требуемый угол . Затем соответствующими приводами (на черт, не показаны) производится перемещение по заданной программе стола 1 на плоскости 15 вдоль координатных осей X и У. Контроль за разворотами стола 1 и его перемещениями вдоль координатных осей осуществляется датчиком перемещения X (отражатель 6, решетка 3, осветитель 12 и фотоприемный блок 9), датчиком перемещения У| (отражатель 5, решетка 2, осветитель 11 и фотоприемный блок 8) и датчиком перемещения У (отража5 тель 7, решетка 4, осветитель 13 и i фотоприемный блок 10). При этом Лотоприемные блоки 9, 8 и 10 датчиков перемещения X, У| и У соответственно вырабатывают сигналы

51п21 |-, cosQ-u sin 2(f-| , С05 2ff-- t ОС- С- .

sin2ft- ;, cosai y-,(4)

где X - перемещение стола 1 в

направлении, перпендикулярном биссектрисе отражателя 6; , У - перемещение стола 1 в

направлении, перпендику0лярном биссектрисам отражателей 5 и 7 соответственно.

Перемещения, отсчитываемые датчиками X, У и yg, полностью определя5 ют положение стола 1 на плоскости 15. Перемещение .его вдоль координатной оси X соответствует перемещению, отсчитанному по датчику X, перемещение вдоль координатной оси У равно полу0 сумме перемещений, отсчитанных по дат чикам У, и У, а угловой разворот стола 1 пропорционален полуразности перемещений, отсчитанных по датчикам У, и yg.

Достоинством координатного устройства является малая зависимость шага муаровых полос датчиков перемещения от угловых разворотов координатного стола.

Q Существенное расширение, диапазона допустимых угловых разворотов к-оординатного стола оказалось возможным благодаря расположению плоскостей штрихов дифракционных решеток парал лельно оси разворота, при котором влияние разворота на угол между реб-ром уголкового отражателя и штрихами соответствующей дифракционной решетки незначительно.

иг.2

КООРдаНАТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОЕКЦИОННОЙ ПЕЧАТИ, содержащее координатный стол с фотопластиной, установленный с вЬзможностью перемещения на неподвижном основании по взаимно перпендикулярным направлениям и с возможностью поворота относи t тельно него, объектив, установленный на держателе, жестко закрепленном на основании, и оптически сопряженные осветители, дифракционные решетки и фотоприемные блоки, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона контролируемых угловых перемещений координатного стола, оно снабжено тремя уголковыми отражателями, каждый из которых установлен на соответствующем торце держателя и оптически сопряжен через соответствующую дифракционную решетку, установленную на координатном столе и i выполненную прозрачной, с соответствзпощими осветителем и фотоприемным (П блоком, установленными на основании, при этом штрихи дифракционных решеток ориентированы перендикулярно плоскости перемещения координатного стола.

U2.S