Раздел 10 Установки совмещения и экспонирования
Установки бывают: контактной и проекционной фотопечати. Установки контактной фотопечати применяются в тех случаях, когда к разрешающей способности и качеству получаемых на пластинах рисунков предъявляют сравнительно низкие требования.
Существенный недостаток - быстрый износ фотошаблонов из-за контакта с п/п.
Чем сложнее структура м/с тем меньше дефектов должно быть на фотошаблоне, а также фотошаблоны из-за сложности рисунков быстрее выходят из строя и изготовление их довольно долгое. Установка ЭМ-576 служит как для контактной фотопечати (экспонирования), так и для фотопечати с зазором, может эксплуатироваться автономно или в линии фотолитографии и состоит из стола
Компоновочная схема эм-576
1 - кассета
2,9 - пневмолоток
3 - позиция предварительной ориентации
4 - планка
5,6 - ролик
7 - калибратор
8 - вакуумный подложкодержатель
10 - приёмная кассета
Блочная схема эм-576
1 - Узел автоматической загрузки-выгрузки
2 - Микроскоп совмещения
3 - Осветитель
4 - Пульт задачи цикла работы установки
5 - Блок электро-пневматики
6 - Манипулятор
7 – Стол
Механизм выравнивания поверхности подложки и фотошаблона
Трение лишь между сегментом и гнездом в виде полусферы исключает смещение подложки при переключении воздуха и вакуума - разворот незначительный с тремя самоустанавливающимися фиксирующимися опорами
Конструкция сложна и долго внедряется но обеспечивает надёжную фиксацию.
Для уменьшения износа фотошаблона выравнивание поверхности подложки ведут не по всей её поверхности, а лишь по периферийной части. Для этого между подложкой и фотошаблоном вводят калибратор.
После предварительной ориентации п/п перемещается с устройством ориентации до упора в калибратор. Поднятая полупроводниковая пластина удерживается на калибраторе вакуумом. Подвижная каретка позволяет калибратору перемещаться кривошипом и шатуном по направлению в зону совмещения. Положение каретки контролируется датчиком.
Механизм вертикального подъёма
Служит для подъёма или опускания стола с целью создания плотного контакта и заданного зазора с фотошаблоном. Основным элементом задающим зазор является кулачок, имеющий срез в виде горизонтальных площадок, образованных между п/п и ф/ш размеры зазора (от 6 до 50 мкм), каждое положение кулачка контролируется датчиками.
Манипулятор служит для точного перемещения по взаимно перпендикулярным осям X и У.
Шаблонодержатель предназначен для установки фотошаблона (закрепления), некоторого перемещения во взаимно перпендикулярных направлениях и поворота на угол +/-.
Блок экспонирования
В качестве источника осветителя используется ртутно-кварцевая лампа (ДРШ-350) излучение которой рефлектором направляется на зеркало и далее в блок линзовых растров.
1 - лампа
2 - рефлектор
3,5-зеркало
4 - линзовые растры
6 - фотоприёмник
7 - микроскоп
8 - конденсор
Фотоприёмник служит для контроля дозы экспонирующего излучения. Производительность teкcn=5c=160
Ø 60, 75,100, h = от 0,4 +1,0 мм.
Неравномерность освещённости рабочего поля ф/ш Ø 0 75,100 5-7%.
Усилитель от 12В, лампа 11В, э/д ДПМ 24В, Ф/Д 5В,
Оборудование для проекционной фотолитографии.
Основные параметры установок проекционной ф/л - размер минимального элемента, рабочее поле
экспонирования, диаметр обрабатываемых подложек - непосредственно зависят от оптических
характеристик проекционной системы. Важнейшим элементом проекционной системы является объектив. Объектив должен иметь минимальную аберрацию, высокую разрешающую способность, большое рабочее поле, обеспечивать по всему полю постоянный масштаб увеличения и разрешения. В установках с масштабом проецирования 1:1 применяют высокоразрешающие объективы с небольшим рабочим полем. Экспонирование всей поверхности подложки в таких установках проводят методом мультиплицирования. В установках с переносом на подложку уменьшенного изображения топологии шаблона (М5:1; 10:1) применяется только метод шаговой мультипликации изображения. Автоматическая установка совмещения и мультипликации модели ЭМ-584 предназначен для проекционного помодульного переноса в масштабе 10:1 изображений промежуточных фотооригиналов (ПФО) на подложку. Подложка после предварительной ориентации по базовому срезу поступает на вакуумный подложкодержатель координатного стола.
Точная ориентация производится на координатном столе относительно измерительного шаблона.
Фотоэлектрический микроскоп фиксирует совмещение реперных знаков на подложке и проецируемых на неё через объектив знаков на измерительном шаблоне.
В момент совмещения знаков микроскоп даёт сигнал координатной измерительной системе для отсчёта и запоминания координат знаков.
После точной ориентации измеряются координаты всех пяти - девяти реперных знаков подложки. По результатам измерения мини ЭВМ рассчитывает и запоминает коэффициенты масштабных искажений в участках подложки. Коэффициенты неортогональности осей X и У, задаваемых знаками. Это позволяет учесть возможность деформации подложки.
1 - блок освещения
2 - корпус
3 - блок совмещения
4 - окуляр
5 - плита
6 - тумба
7 - пульт управления
8 - блок автоматической загрузки
9 - стойка управления
10-дисплей
Блок освещения 1 установлен на корпусе 2, внутри которого размещены основные элементы оптической системы: датчик положения ПФО и измерительного шаблона, фотоэлектрический микроскоп, входящие в блок совмещения 3, а также датчик фокусировки. Окуляр 4 используется при контроле наличия реперных знаков в поле зрения микроскопа. Основанием установки является тумба 6, на которую через промежуточные виброопоры установлена плита 5. На плите закреплен привод механизма фокусировки, перемещений координатного стола с подложкой в вертикальном положении, и портал с держателем объектива - все эти механизмы закрыты кожухами. На переднем торце плиты 5 размещены: пульт управления 7 и блок автоматической загрузки подложки 8.
Привод подъема стола.
1 - электродвигатель
2 - червячный редуктор
3 - шток
4 - кулачок
5 - рычаг
6 - шарнир
7 - шарнирная опора
8 - статор координатного стола
Координатный стол установки выполнен на базе линейного шагового двигателя (ЛШД), принцип действия основан на непосредственном преобразовании электромагнитной энергии в поступательное перемещение индуктора, размещенного на магнитновоздушной подвеске над плоской плитой статора.
Схема этапов работы ЛШД
1,2,3,4 - Зубья
5 – Обмотка возвуждения
6 - магнитопровод обмотки А
7 - постонный магнит
8 - Обмотка возвуждения
9 - магнитопровод обмотки В
Схема датчика координатной измерительной системы
10 - лазерный луч
11 - выходной пучок
12, 13, 14 - светоделительные зеркала
15 линзы
16 - растры
I - вспомогательный канал
II, III — рабочий канал
Координатная измерительная система контролирует положение координатного стола с подложкой относительно проекционного объектива. Для этого производится преобразование механических перемещений стола в электрические сигналы, которые используются для управлением приводом стола. Система включает в себя два канала преобразования перемещений по оси У и один канал по оси X, что позволяет контролировать также угловой разворот стола 2. Все три преобразователя перемещений построены идентично, каждый из них содержит лазерный излучатель, прозрачную дифракционную решётку, уголковый отражатель, закреплённый на держателе объектива 3, датчик 6, зеркало 5. В среднем датчике используется также отклоняющие зеркала 8.
Луч He-Ne лазера после телескопического расширителя 9 проходит сквозь отверстие датчика 6 и под углом 42' к горизонтальной плоскости падает на дифракционную решётку 1. Дифракция лазерного луча на решётке приводит к появлению нескольких максимумов освещённости, расходящихся под разными углами φ к направлению падения лазерного луча. Эти углы могут быть рассчитаны по формуле sin Y=mλ/d. Где λ=0,63 мкм - длинна волны He-Ne лазера, d - шаг дифракционной решётки, m=0,1,2 порядок дифракции. Так при d= 4 мкм для используемого лазерного излучения максимум нулевого порядка лежит на направление лазерного луча, максимумы 1,2 порядков составляют с этим направлением углы 9 и 18° соответственно.
Пучки расходящиеся под углом 9° отражаются от зеркальных поверхностей угловых отражателей 4, закреплённых на неподвижном держателе объектива, и возвращаются на дифракционную решётку. После повторной дифракции пучков снова образуется несколько дифракционных максимумов, расходящихся под разными углами относительно падающих на решётку пучков. Максимумы 1 -го порядка каждого из этих пучков распространяется вдоль направления падающего на решётку лазерного луча 10, при этом они накладываются друг на друга, формируя единый выходной пучок 11, этот пучок идёт под углом 42* к горизонтальной плоскости и составляет угол 1°24' с подающим лучом 10. Поскольку формирующие пучок 11 лучи когерентны они интерферируют между собой, образуя систему интерференционных полос максимальной и минимальной освещённости. Светоделительные зеркала 12,13,14 направляют пучок 11 на линзу 15 вспомогательного (I) и двух рабочих(II и III) каналов датчика 6. Линзы 15 фокусируют пучок на светочувствительных площадках фотодиодов датчика. В каналах II и III перед линзами установлены растры 16. Они выполнены в виде наборов прозрачных и непрозрачных линий одинаковой ширины с шагом 1 мм, установленных параллельно интерференционным полосам пучка 11. При смещении интерференционных полос поперёк растров происходит модуляция светового потока, попадающего в фотоприёмник. Это приводит к появлению синусоидальной переменной составляющей в сигнале фотоприёмника. Для контроля направления перемещения стола переменные составляющие должны иметь фазовый сдвиг, равный 90°. Такой сдвиг обеспечивается за счёт смещения растра, установленного в канале III в направлении, перпендикулярном направлению штрихов. При настройке системы ширину интерференционных полос можно регулировать разворотом уголкового отражателя 4.