Устройство для проекционного совмещения и мультипликации изображений Советский патент 1985 года по МПК G03F1/02 

Изобретение относится к технологическому оборудованию интегральных схем для операций фотолитографии, конкретно - к оборудованию для проекционного совмещения и мультипликации изображения промежуточного фото оригинала на полупроводниковой фото пластине. Известно устройство совмещения и мультипликации изображений фотооригиналов, содержащее оптическую систему с объективом, координатный сто с держателем фотопластины и датчик совмещения с дополнительным объекти вом, оптическая ось которого параллельна оптической оси объектива проекционной системы ij. В плоскости изображений дополнительного объектива установлена анализирующая маска, оптически связанная с осветителем маски и фотоприём ииком датчика совмещения. Дополнительный объектив проецирует изображение знаков совмещения фотопластины в плоскость анализирующей маски. Излучение с выхода анализирующей маски поступает в фотоприемник, эле трическкй сигнал которого несет информахщю о взаимном положении знаков совмещения фотопластины и анали зйрующей маски. Недостатком устройства является то, что при температурных в механических деформациях основания и злементов крепления объектов изменяется взаимное расположение проекционного и дополнительного объективов, а это приводит к снижению точности совмещения. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство проек1щонного совмещени}} и мультипликадаи изображений фотооригинадов, содержащее координатньй стол с установленной на нем фотопластиной, на которой выполнень зна ки совме цения, оптическую систему с проекционным объективом, устройство смены и базирования, выполненное в авде связанного с автонс ньн4 праводом держателя фотооригинала и датчика его базирования, оптически сопряженного с реперными знаками фотооригинала, а также двухкоординатный да чик совмещения фотооригинала с фотопластиной, вкJвoчaющий идёнтичшде оптические каналы, каждый из которых состоит из осветителя, анализирующей маски, оптически сопряженной со. знаком совмещения посредством проекционного объектива, и фотопрйемный узел и устройство управления, связанное с устройствомсмены и базирования, датчиком совмещения и координатным столом. Механизм смены и базирования перемещает требуемый фотооригинал из держателя на рабочую позицию - в предметное поле объектива - и базирует его по сигналам датчика базирования (когда фотооригинал находится на рабочей позиции, датчик базирования оптически связан с реперными знаками, нанесенными на поверхности фотооригинала) . Анализирующие маски Датчика совмещения изготовлены также на поверхности фотооригина-. ла (за пределами основного рисунка). Специальный источник света освещает знаки совмещения фотопластины, и объектив проецирует их изображение на анализирующие маски. Излучение, прошедшее сквозь анализирующие маски, поступает на фотоприемники, электрические сигналы которых несут информацию о взаимном положении знаков совмещения фотопластины и анализирующих масок. Чтобы в процессе совмещения не происходило экспонирование фоточувствительного слоя пластины, освещение знаков совмещения производится неактиничным светом, т.е. светом такого спектрального состава, к которому фотослой пластины нечувствителен. Чтобы максимально использовать рабочее поле объектива для проекционной печати, анализирунище маски располагают на краю поля объектива. Недостатком устройс тва является невысокая точность совмещения, рвязанная с тем, что во-первых, анализирутощие маски датчика совмещения находятся в одной плоскости с рисунком фотооригивала, а освещаются светом другой длины вОлны, отличной от длины волны осветителя проекционной системы. Объективj в то же время, должен резко изображать в плоскости фотопластины как рисзшок, фотооригинала, так и анализирующие маски. И ля того, чтобы обеспечить это требование, проек онный объектив должен быть рассчитан для работы в двух спектральных диапазонах длин волн: в диапазоне работы датч1аса совмещеия и в диапазоне работы проекционной системы, что ухудшает его разрешающую способность И; соотвбтственно снижает точность совмещения. Во-вторых, в спектральном диапазоне длин волн датчика совмещения объектив не должен иметь аберраций, вызванных хроматизмом увеличения, в противном случае точность совмещения будет зависеть от спектрального состава излучения отраженного фотопластиной (который меняется в процессе технологической обработки пластины в связи с покрытием ее поверхности различными материалами). Поскольку анализир,ующие маски датчика совмещения .расположены тла краю рабочего поля объектива, обеспечить указанные вьше требования у проекционных высокоразреюающих объективов, как правило. не удается, в результате.чего точность совмещения снижается. Целью изобретения является повышение точности. Указанная цель достигается тем, что в устройство совмещения и мультипликации изображений, содержащее координатный стол с установленной н нем фотопластиной, на которой выполнены знаки совмещения, оптическую систему с проекционным объективом, устройство смены и базирования, выполненное в виде связанного с автономным приводом держателя фотооритинала и датчика его базирования, оптически сопряженного с реперными зн ками фотооригинала, а также двухкоо динатный датчик совмещения фотоориг нала с фотопластиной j включаняций идентичные оптические каналы, кажды из которых состоит-из осветителя, анализирующей маски, оптически сопр женной со знаком совмещения посредс вом проекционного объектива, и фото приемный узел а также устройство уп равления, связанное с устройством смены и базирования, датчиком совме щения и координатным столом, введен установленная на держателе базирующая пластина с выполненными на ней реперными знаками, идентичными репе ным знакам фотооригинала, при этом анализирующие маски расположены йа базирующей пластине, реперные знаки которой оптически сопряж.ены с датчи ком базирования. На фиг,1 показан общий вид устро ства; на фиг.2 и фиг,3 - взаимное расположение изображения анализирую щей маски и знака совмещения соответственно по координтам X и У; на фиг.4 - выходной сигнал одного из фотоприемников датчика совмещения. Устройство содержит координатный стол 1 с фотопластиной 2, 11меющей знаки совмещения 3, проекционную систему, состоящую из объектива 4 и осветителя 5, механизм смены и базирования, состоящий из каретки 6, привода 7 перемещения каретки 6 и приводов базир.ования 8,9,10 каретки 6, датчик базирования I1, базирующую пластину 12 с реперными знаками 13, на которой установлены анализирующие маски 14 и 15, светоделительные кубики 16 и 17 и зеркала 18 и 19, осветители 20 и 21, фотоприемники 22 и 23, устройство управления 24, связанное с осветителем 5 проекционной системы, приводами 7,8,9 и 10 механизма смены и базирования, датчиком базирования 11, осветителями 20 и 21, фотоприемниками 22 и 23 и координатным столом 1. В данном устройстве каретка 6 выполняет функцию держателя фотооригиналов 25, на ней расположены базирующая пластина 12 и фотооригиналы 25 (показан только один фотооригинал 25 с реперными знаками 26j . Анализирующие маски 14 и 15, осветители 20 и 21 и фотоприемники 22 и 23 образуют датчик совмещения, а светоделительные кубики 16 и 17 и зеркала 18 и 19 обеспечивают оптическую связь между упомянутыми элементами датчика совмещения и объективом 4 проекционной системы. . Каретка 6 в данном устройстве может занимать два фиксированных положения относительно оптической оси объектива 4, В одном ее положении на рабочем позиции - в предметном рабочем поле объектива 4 - находится фотооригинал 25, при этом реперные знаки 26 фотооригинала 25 оптически связаны с датчиком базирования И. В другом положении каретки на рабочей позиции находится базирующая пластина 12, при этом ее реперные знаки 13 оптически связаны сдатчиком-базирования 11, а анализирующие маски 14 и 15 - с объективом 4, осветителями 20 и 21 и фотоприёмниками 22 и 23. Устройство работает следующим образом.

Фотопластина 2 загружается на координатный стол 1 , а привод 7 перемещает каретку 6 в положение, при котором на рабочем позиции оказьгоаются базирующая пластина 12, а ее реперные знаки 13 оптически связаны с датчиком базирования 11, вырабатывающим сигналы ошибки положения знаков 13 по координатам Х,У и углу. Сигналы датчика базирования 11 поступают в устройство управления 24, которое вырабатывает сигналы управления приводами базирования 8,9 и 10. Исполнительные механизмы этих приводов устанавливают каретку 6 так, чтобы свести к нулю сигналы датчика базирования 11, т.е. обеспечивают точное базирование пластины 12, а значит и анализирующих масок 14 и. 1.5, относительно оптической оси объектива 4. При этой излучение осветителей 20 и 21 попадает на зеркала 18 и 19, соответственно, и направляется ими на анализирующие маски 15 и 14, а осветитель 5 проекционной системы выключается. Объектив 4 проецирует изображения анализирующих масок 14 и 5 на поверхность фотопластишл 2. Описанные операции подготавливают устройство к режиму совмещения. Само совмещение заключается в определение координат знаков совмещения 3 фотопластины 2 относительно положения анализирующих масок J4 и J5. Процесс измерения координат знаков совмещения 3 производится следующим образом: координатный стол 1 с фотопластиной 2 перемещается так, что знак совмещения 3 фотопластины 2 устанавливается относительно изображе НИИ 27 и 28 анализир щих масок 14 и 15. В данном устройстве каждая анализирующая маска 14,15 выполнена в ввде щели в непрозрачном экране, поэтому изображения 27 и 28 анализирующих масок на фотопластине 2 представляют собой светящиеся полосы на темном фоне, при этом изображение одной маски ориентировано вдоль оси X, а другой - вдоль оси У перемещения координатного стола. После этого координатный стол 1 перемещается вдоль оси X так, что знак совмещения 3 пересекает изображения маски 27. Обычно знаки совмещения на полупроводниковой пластине делают еветорассеивающими, поэтому величина светового потока, отраженного пластиной 2, зависит от взаимного положения знака совмещения 3 и изображений масок 27 и 28.

Изменение положения знака совмещения 3 относительно изображений масок 27 и 28 при перемещении координатного стола 1 вдоль оси X приводит к изменению только светового потока отраженного фотопластиной 2 от изображения маски 27. Этот поток поступает в объектив 4 и направляется им на светоделительный кубик 16, который посылает часть потока на фотоприемник 22. Электрический сигнал фотоприемника 22 изменяется пропорционально изменению отраженного светового потока. Выходной сигнал фотоприемника 22 поступает в устройство управления 24, которое производит анализ сигнала 29 и фиксирует координату X положения стола 1, в которой этот сигнал имеет минимальную величину 30, т.е. координату, в которой точно совмещены знак совмещения 3 и изображение маски 27.

После этого координатный стол 1 с фотопластиной 2 перемещается вдоль оси У. При этом происходит изменение светового потока, отраженного фото.пластиной 2 от изображения маски 28. Отраженный световой поток через объектив 4 и светоделительньй кубик 17 поступает на фотоприемник 23, выходной сигнал которого, аналогичный сигналу 29, поступает в устройство управления 24, которое фиксирует положение координатного стола 1 по оси У, соответствующее точному Совмещению знака совмещения 3 и изображения маски 28.

В результате выполнения указанных операций измеряются координаты знака совмещения 3 относительно изображения масок 27 и 28, положение которых определено положением анализирующих масок 14 и 15 относительно оптичес-. кой оси объектива 4. Аналогично измеряются координаты остальных совмещения 3 фотопластины 2.

После измерения координат знаков совмещения 3, привод 7 перемещает каретку 6 так, что на рабочей позиции помещается фотооригинал 25, а его реперные знаки 26 оптически связаны с датчиком базирования I 1. По сигналам датчика базирования 1 устройство управления 24 приводами базирования 8. 9, и 10 обеспечивает

точную установку на рабочей позиций фотооригинала 25 относительно оптической оси объектива 4. Эти операции подготавливают устройство к режиму мультипликации изображения фотооригинала 25. После этого, устройство управления 24, управляя осветителем 5 проекционной системы и задавая соответствующие перемещения координатному столу 1, обеспечивают перенос изображения фотооригйнала 25 на фотопластину 2 (мультипликацию изобра жения фотооригинала 25 на фотопластине 2), так что эти изображения занимают строго определенные положения относительно знаков совмещения 3

Таким образом, устройство последовательно работает в двух режимах: режиме измерения координат знаков совмещения фотопластины и в режиме мультипликации изображения фотооригйнала на фотопластине.

При этом, результаты измерения координат знаков совмещения фотопластины 2 учитьшаются при задании координат положения изображений фотооригинала на фотопластине 2 в режиме мультипликации. Использование результатов измерения при мультипликации изображения Сказалось возможным благодаря тому, что положение на рабочей, позиции анализирующих масок l4 и 15 определяется тем

же датчиком базирования I1, который определяет и положение на этой позиции фотооригинала. Связь анализирующих масок 14 и 15с датчиком базирования 11 осуществляется посредством базирующей пластины 1, на которой установлены маски 14 и 15 и которая имеет реперные знаки базирования, аналогичные реперным знакам фотооригинала..

Возможность перестройки устройства на два режима работы позволяет получить высокую точность совмещения, не предъявляя высоких требований к проекционному объективу. Поскольку при работе устройства в режиме измерения координат знаков совмещения анализирующие маски не обязательно помещать в ту же плоскость, что и плоскость рисунка фотооригинйла, они могут быть расположены в плоскости, соответствующей рабочей длине осветителей датчика совмещения 20 и 21,

поэтому исчезает необходимость строгой ахроматизации проекционного объектива на два спектральных диапазона длин волн. Анализирующие маски 14 и 15 могут быть расположены в центре рабочего поля проекционного объектива 4, что существенно снижает требования к хроматизму увеличения объектива, позволяя, тем не менее, получить высокую точность совмещения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОЕКЦИОННОГО СОВМаЦЕНИЯ И МУЛЬТВДЛИКАЦИИ ИЗОБтРАЖЕНЙЙ, содержащее координатный стол с установленной ka нем фотопластиной, на которой вьшоянены знаки совмещения оптичёскзж) систему с проекционным объективом, устройство смены и базирования, выполненное в вице связанного с автономным приводом держателя фотооригинала и датчи га его Фазирования, оптически сопряженного с репёрньми знаками фотооригинала , а также двухкоординатный датчик совмещения фотооригинала с фотопластиной, вклйча1рщйй идентичные оптические каналы, каждый из которых состоит из осветителя, анализирующей маски, оптически сЪпряженной со знаком совмещения посредством проекционного объектива, и фотоприемный узел, а также устройство управления, связанное с устройством смены и базирования, датчиком совмещения и координатным столом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введена устайовленная на держателе базирующая репер- 3 пластина с вьтолненными на ней 1/Л ными знаками, идентичными реперным 1- W знакам фотооригинала, при -этом ана лизирующие наскй расположены на ба1 | зирующей пластине, penepmte знаки которой оптически сопряжены с дйтчи- ком базирования. 00 00 on INS