Документ описывает полезную модель проекционной экспонирующей системы, предназначенной для технологического процесса литографии. Основное внимание уделено повышению точности совмещения топологических слоев путем мониторинга тепловых искажений, возникающих у ретикла и проекционного объектива. Инновация заключается в использовании дополнительных осветителей для освещения специальных знаков на ретикле, что позволяет более точно измерять координаты изображения и компенсировать изменения масштаба в ходе экспонирования.

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 7278
(13) U
(46) 2011.06.30
(51) МПК
G 02B 17/00
G 03B 27/42
(2006.01)
(2006.01)
(54) ПРОЕКЦИОННАЯ ЭКСПОНИРУЮЩАЯ СИСТЕМА
(21) Номер заявки: u 20100898
(22) 2010.10.26
(71) Заявитель: Научно-производственное
республиканское унитарное пред-
приятие "КБТЭМ-ОМО" (BY)
(72) Авторы: Агейченко Александр Степа-
нович; Есьман Василий Михайлович;
Васильев Алексей Андреевич (BY)
(73) Патентообладатель: Научно-производ-
ственное республиканское унитарное
предприятие "КБТЭМ-ОМО" (BY)
(57)
Проекционная экспонирующая система содержит источник экспонирующего излуче-
ния, 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 дат-
чик фокусировки, устройство управления системой, фотоэлектрический датчик измерения
положения плоскости резкого изображения проекционного объектива, установленный на
проекционном объективе, отличающаяся тем, что содержит дополнительные осветители
для освещения экспонирующим светом специальных знаков, расположенных на ретикле
вне зоны экспонируемой топологии, с возможностью измерения координат центра изоб-
ражений специальных знаков фотоприемником со щелевой диафрагмой, причем тополо-
гия каждого знака выполнена в виде взаимно ортогональных апериодически расположен-
ных узких щелей, а топология маски щелевой диафрагмы фотоприемника соответствует
топологии дополнительных знаков с учетом масштаба проекционного объектива.
Фиг. 1
BY7278U2011.06.30

2. BY 7278 U 2011.06.30
2
(56)
1. Патент США, МПК G 03F 7/20; G 03B 027/42; G 03B 027/52.
2. Патент США, МПК G 03F 7/20; G 03B 027/42; G 03B 027/54; G 03B 027/72.
3. Патент США, МПК G 03F 7/20; G 03F 009/00.
4. Патент США, МПК H 04N 9/27; H 04N 9/16; H 04N 009/27.
5. Патент США, МПК G 03F 9/00; G 03B 027/52; G 03B 027/70; G 03B 027/42.
6. Патент США, МПК G 03F 7/20; G 03B 027/52.
7. Патент США, МПК G 03F 9/00; G 01B 011/00; G 01N 021/86.
8. Патент США, МПК G 03F 7/20; G 03F 009/00.
9. Патент РБ 4940 (прототип).
Полезная модель относится к технологическому оборудованию для производства пе-
чатных плат высокой плотности соединений (HDI), плоско панельных дисплеев (LCD,
OELPD, PDP), интегральных схем (IC, 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.
Стремление к уменьшению размеров транзисторов предъявляет постоянно возраста-
ющие требования к погрешности совмещения топологических слоев. В процессе экспони-
рования часть энергии поглощается в ретикле, что приводит к его нагреву. Несмотря на
использование в качестве материала ретикла кварцевого стекла с низким температурным
коэффициентом линейного расширения (ТКЛР) в пределах 0,4-0,5⋅10-6
/град, экстремально
высокие требования к точности масштаба изображения при переносе топологии ретикла
на полупроводниковую пластину, вынуждают разработчиков экспонирующих систем учи-
тывать текущую температуру ретикла [1-3, 8].
В широкоформатных системах экспонирования, например в степперах для подложек
микросхем передовой упаковки методом перевернутого чипа, где минимальный элемент
топологии составляет 5-10 мкм, проблема измерения текущей температуры ретикла (тер-
мического искажения топологии ретикла) также актуальна. Дело в том, что стремление к
снижению конечной стоимости изделий, вынуждает изготовителей подложек микросхем
передовой упаковки использовать в технологии массового производства ретиклы, изго-
товленные из щелочного стекла, которое на порядок дешевле кварца. Однако ТКЛР у
стекла на порядок выше, чем у кварца. Кроме того, масштаб оптического увеличения у
широкоформатных систем экспонирования, как правило, единичный (а не с уменьшением
в 4-10 крат, как в кремниевой технологии). Поэтому величина тепловых искажений топо-
логии ретикла перенесется на пластину один к одному, что приводит к дополнительной
погрешности совмещения. Так, при размере рабочего поля проекционного объектива
200 мм, нагрев ретикла из щелочного стекла с ТКЛР 7·10-6
/град всего на 5° приведет к из-
менению масштаба топологии в пределах кадра на 7 мкм и при однократном объективе
вызовет дополнительную ошибку совмещения на краях кадра в 3,5 мкм.
В процессе экспонирования, помимо ретикла, часть энергии поглощается оптическими
элементами (линзами) проекционного объектива, что приводит к их нагреву и, как след-
ствие, к уходу плоскости резкого изображения объектива, а также к изменению масштаба
переноса изображения [4-8].
Поэтому для точного переноса изображения в процессе работы проекционной экспо-
нирующей системы необходимо следить за тепловыми искажениями ретикла и компенси-
ровать эти изменения коррекцией масштаба проекционного объектива. У аналогичной
системы [8] два знака на ретикле измеряются относительно двух знаков на держателе ре-
тикла. Тепловые искажения ретикла будут заметны как взаимное смещение между парами
знаков на ретикле относительно знаков на держателе ретикла. Недостатком данного во-

3. BY 7278 U 2011.06.30
3
площения является то, что не учитывается текущий масштаб проекционного объектива, а
помимо тепловых изменений масштаба ретикла, масштаб (оптическое увеличение) проек-
ционного объектива также зависит от условий окружающей среды и величины поглощен-
ной энергии во время экспонирования.
Ближайшим прототипом настоящей полезной модели является проекционная экспо-
нирующая система [9], которая содержит источник экспонирующего излучения, коорди-
натный стол ретиклов с ретиклом, проекционный объектив, фотоприемник со щелевой
диафрагмой, установленный на координатном столе пластин, выполненном с тремя при-
водами перемещения вдоль оптической оси объектива, фотоэлектрический датчик фоку-
сировки, устройство управления системой, фотоэлектрический датчик измерения
положения плоскости резкого изображения и масштаба проекционного объектива, уста-
новленный на проекционном объективе.
Недостатком прототипа является снижение точности совмещения топологических
слоев из-за теплового изменения текущего масштаба топологии на ретикле.
Целью полезной модели является повышение точности совмещения проекционной
экспонирующей системы за счет слежения за масштабом ретикла и масштабом проекци-
онного объектива в процессе экспонирования.
Поставленная задача достигается тем, что экспонирующая система содержит источник
экспонирующего излучения, координатный стол ретиклов с ретиклом, проекционный объ-
ектив, фотоприемник со щелевой диафрагмой, установленный на координатном столе
пластин, выполненном с тремя приводами перемещения вдоль оптической оси объектива,
фотоэлектрический датчик фокусировки, устройство управления системой, фотоэлектри-
ческий датчик измерения положения плоскости резкого изображения проекционного объ-
ектива, установленный на проекционном объективе, а также содержит дополнительные
осветители для освещения экспонирующим светом специальных знаков, расположенных
на ретикле вне зоны экспонируемой топологии, с возможностью измерения координат
изображений специальных знаков фотоприемником со щелевой диафрагмой, расположен-
ной на столе пластин, причем топология каждого знака выполнена в виде взаимно ортого-
нальных апериодически расположенных узких щелей, а топология маски щелевой
диафрагмы фотоприемника соответствует топологии дополнительных знаков с учетом
масштаба проекционного объектива.
Суть полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображена общая схема проекционной экспонирующей системы;
на фиг. 2 изображена схема расположения специальных знаков на ретикле относи-
тельно экспонируемой топологии;
на фиг. 3 изображена возможная топология специальных знаков.
Проекционная экспонирующая система (фиг. 1) содержит источник экспонирующего
излучения 1, координатный стол ретиклов (на чертеже не показан) с ретиклом 2, проекци-
онный объектив 3, координатный стол пластин 4, на котором расположена пластина 5, фо-
топриемник 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 фокусиров-
ки 9 (состоящий из частей 9.1 и 9.2), устройство управления системой 10, фотоэлектриче-
ский датчик измерения положения плоскости резкого изображения 11 (состоящий из
частей 11.1 и 11.2), установленный на проекционном объективе 3 и дополнительные осве-
тители 12, для освещения экспонирующим светом специальных знаков 13 (фиг. 2), распо-
ложенных на ретикле 2 вне зоны экспонируемой топологии 14.
Проекционная экспонирующая система работает следующим образом.
На стол ретиклов загружается ретикл 2. Перед началом рабочего цикла проекционной
экспонирующей системы проводится калибровка датчика 11. Калибровка проводится при
помощи специальных знаков на ретикле 2, источника экспонирующего излучения 1, объ-

4. BY 7278 U 2011.06.30
4
ектива 3, координатного стола пластин 4 и фотоприемника со щелевой диафрагмой 6, как
описано в [9].
В рабочем цикле проекционной экспонирующей системы на стол пластин 4 загружа-
ется пластина 5. Координатный стол 4 перемещает пластину 5 в точку измерения знаков
совмещения на пластине. Датчики совмещения могут быть различного типа: работающие
через проекционный объектив 3 (TTL), или, так называемые, внеосевые, работающие не
через объектив 3 (на схеме не показаны). После измерения координат знаков на пластине,
рассчитываются поправки совмещения для масштаба, разворота и сдвига каждого кадра
пластины 5. Производится измерение плоскости резкого изображения проекционного объ-
ектива 3 датчиком 11. Датчиком 9 измеряется положение поверхности пластины относи-
тельно проекционного объектива 3 вдоль оптической оси объектива 3. Двигателями 7
статор 8, стол 4 и пластина 5 перемещаются так, чтобы поверхность пластины 5 находи-
лась в плоскости лучшего изображения проекционного объектива 3. Открывается затвор
(на чертеже не показан) в источнике 1 и производится экспонирование первого кадра. По-
сле чего стол пластин 4 перемещает пластину 5 в точку экспонирования следующего кад-
ра и цикл повторяется. После того как на пластине 5 будут проэкспонированы все кадры,
пластина выгружается и загружается новая. Работой всех двигателей, клапанов и датчиков
в механизмах проекционной экспонирующей системы управляет централизованная систе-
ма управления 10.
Для расчета поправок совмещения необходимо знать масштаб пластины, который вы-
числяется после измерения координат не менее двух знаков совмещения, расположенных
на пластине 5, а также необходимо знать текущий масштаб изображения топологии 14 ре-
тикла 2 в плоскости экспонирования (с учетом текущего масштаба ретикла 2 и масштаба
проекционного объектива 3).
Измерение реального масштаба изображения топологии 14 ретикла 2 в плоскости экс-
понирования проводят перед началом рабочего цикла. Для этого специальные знаки 13
(фиг. 2), расположенные на ретикле 2 вне зоны экспонируемой топологии 14 (например,
на линии знаков 15 базирования ретикла 2), освещаются дополнительными осветителями
12 (фиг. 1), расположенные в промежутке между источником экспонирующего излучения
1 и ретиклом 2, светом с длиной волны экспонирования. В качестве осветителей 12 можно
использовать светодиоды. Проекционный объектив 3 перестраивает изображение специ-
альных знаков 13 в плоскость экспонирования (пластины 5 и фотоприемника со щелевой
диафрагмой 6) благодаря тому, что специальные знаки 13 освещаются дополнительными
осветителями 12 светом с длиной волны экспонирования. После чего, приемником 6 изме-
ряется координата изображения каждого знака 13 (по координатам X и Y). Это возможно
благодаря тому, что топология маски щелевой диафрагмы фотоприемника 6 соответствует
топологии специальных знаков 13 с учетом масштаба проекционного объектива 3. Изме-
рение координаты изображения знака 13 происходит путем фотометрирования воздушно-
го изображения знака 13 фотоприемником со щелевой диафрагмой 6 при движении стола
4 в направлении измеряемой координаты. Вычислив расстояние между изображениями
знаков 13 в плоскости экспонирования, можно рассчитать и масштаб изображения экспо-
нируемой топологии 14. При этом одновременно учитывается и текущий масштаб соб-
ственно ретикла 2 и текущий масштаб проекционного объектива 3. Количество
специальных знаков 13 на ретикле 2 должно быть не менее двух. Возможная топология
специального знака 13 представлена на фиг. 3. Количество дополнительных осветителей
12 соответствует количеству специальных знаков 13.
Измеренный таким образом текущий масштаб изображения топологии 14 ретикла 2 в
плоскости экспонирования с учетом текущего масштаба ретикла 2 и масштаба проекци-
онного объектива 3 используется для расчета поправок совмещения каждого кадра. Кроме
того, измерение координат специальных знаков на ретикле позволяет учитывать возмож-
ное смещение ретикла относительно держателя на столе ретиклов в процессе многократ-

5. BY 7278 U 2011.06.30
5
ных циклов его нагрева и остывания. Это особенно важно при использовании вне осевой
системы совмещения.
Периодичность проведения процедуры по измерению текущего масштаба (и положе-
ния) изображения топологии зависит от световой нагрузки на ретикл и проекционный
объектив: площади прозрачных участков топологии на ретикле, материала ретикла, чув-
ствительности используемого резиста.
Предложенное техническое решение позволяет повысить точность совмещения про-
екционной экспонирующей системы за счет слежения за масштабом ретикла и масштабом
проекционного объектива в процессе экспонирования.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.