ITTO940989A1 - Dispositivo per la manipolazione di un fascio di radiazione di un sin- crotone - Google Patents

Dispositivo per la manipolazione di un fascio di radiazione di un sin- crotone Download PDF

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Abstract

Con un dispositivo per la manipolazione del fascio di radiazioni di un sincrotrone si intende rendere disponibili, per i diversi casi di applicazione della litografia in profondità a raggi X, le proprietà del fascio di radiazioni nelle condizioni sotto vuoto, adatte in particolare al regime di scansione.L'invenzione riguarda l'impiego di apparecchiature di irradiazione per la litografia in profondità a raggi X, che vengono utilizzate per la fabbricazione di elementi costruttivi nella tecnica dei micro - sistemi secondo una tecnologia divenuta nota con la denominazione di procedimento LIGA (litografia con radiazioni di sincrotrone, tecnica di formatura galvanica con resine sintetiche).

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:
"Dispositivo per la manipolazione di un fascio di radiazioni di un sincrotrone",
DESCRIZIONE
L'invenzione riguarda un dispositivo per la manipolazione di un fascio di radiazioni di un sincrotrone, in particolare per apparecchiature di irradiazione destinate alla litografia in profondità a raggi X, che in una camera sotto vuoto contengono un tavolo di supporto per l'alloggiamento di un oggetto da sottoporre ad irradiazione, spostabile mediante un movimento a scansione nei confronti del fascio di radiazioni di un sincrotrone, che attraverso una finestra entra nella suddetta camera sotto vuoto.
Siffatti dispositivi di irradiazione possono essere impiegati per la fabbricazione di elementi costruttivi nella tecnica dei micro-sistemi, secondo una tecnologia divenuta nota sotto il nome di procedimento LIGA (Litografia con radiazioni di sincrotrone, tecnica di formatura galvanica con resine sintetiche) (LIGA process, Microelectron. Eng. 4, (1986), pgg. 35 ÷ 56).
In questo procedimento, durante la fase di litografia in profondità a raggi X, uno strato di resina protettiva (resist) viene esposto direttamente ad una radiazione di sincrotrone mediante proiezione d'ombra attraverso una maschera a raggi X, ed a tale scopo la maschera a raggi X e lo strato di resina protettiva, applicato su un substrato, sono fissati su un tavolo porta-oggetti, che è spostabile con un movimento a scansione, relativamente al fascio di radiazioni del sincrotrone, le cui dimensioni tipiche sono pari a circa 100 mm nella direzione orizzontale, ed a circa 5 mm nella direzione verticale.
Per l'azione delle radiazioni nelle aree non ombreggiate, la struttura dello strato di resina protettiva si altera in modo tale per cui, in un successivo processo di sviluppo, le superfici esposte possono essere rimosse per dissoluzione dallo strato di resina protettiva.
Poiché il fascio di radiazioni del sincrotrone presenta delle proprietà sostanzialmente costanti nelle sue dimensioni e nelle sue proprietà spettrali, per la molteplicità dei diversi casi d'applicazione si rendono necessarie delle modificazioni, che debbono essere apportate nelle condizioni sotto vuoto, e produrre scarsi effetti perturbatori nei processi di esposizione.
Cosi in particolare si debbono escludere i fenomeni di sovra-esposizione, manifestantisi nei punti d'inversione del movimento a scansione.
L'invenzione ha pertanto lo scopo di realizzare determinate proprietà del fascio di radiazioni, nelle condizioni sotto vuoto, adattate ai rispettivi casi di applicazione per la litografia in profondità a raggi X, in particolare al regime di scansione.
In base all'invenzione, tale compito viene assolto mediante un dispositivo per la manipolazione di un fascio di radiazioni di un sincrotrone, destinato in particolare ad apparecchiature di irradiazione per la litografia in profondità a raggi X, che in una camera sotto vuoto contengono un tavolo per l'alloggiamento di un oggetto da sottoporre ad irradiazione, spostabile mediante un movimento a scansione nei confronti di un fascio di radiazioni di un sincrotrone, che attraverso una finestra entra nella camera sotto vuoto, per il fatto che accanto ad una camera di filtrazione, che è anteposta alla camera sotto vuoto, e che contiene dei filtri inseribili sul percorso del fascio di radiazioni del sincrotrone, tra il tavolo porta-oggetti e la finestra sono provviste delle coppie di diaframmi spostabili l'uno rispetto all'altro, e di tali coppie è associata al movimento a scansione quella per la quale la direzione di possibile spostamento reciproco dei diaframmi coincide con lo stesso movimento a scansione.
Risulta vantaggioso che per l'inserzione dei filtri sul percorso del fascio di radiazioni del sincrotrone siano provvisti degli apparati cambia-flitro, ove su una flangia a tenuta di vuoto, applicabile alla camera di filtrazione, mediante colonnette filettate è fissato un cilindro pneumatico, ed attraverso una tiranteria, che si estende all'interno di una bussola di guida e di un soffietto a membrana, il movimento di tale cilindro viene trasmesso ad un'asta di spinta, alla quale è fissato un supporto del filtro.
Il supporto del filtro può essere costituito da due elementi a telaio, i quali sono provvisti di una apertura conformata come foro oblungo, ed adattata alla sezione trasversale del fascio di radiazioni del sincrotrone.
Convenientemente, una delle coppie di diaframmi spostabili l'uno rispetto all'altro è parte componente di una prima unità di delimitazione delle radiazioni, limitante in senso orizzontale il fascio di radiazioni del sincrotrone. Per ciascuno dei diaframmi spostabili l'uno rispetto all'altro, mediante elementi di ritegno su una piastra di montaggio sono disposti una rotaia di guida in posizione rigida ed un’asta filettata girevole, sulla quale una madrevite assicurata contro la rotazione porta uno dei diafranoni. Per il posizionamento dei diaframmi, si utilizzano degli organi sensori fissati sulla piastra di montaggio.
L'altra coppia di diaframmi spostabili l'uno rispetto all’altro dovrebbe essere parte componente di una seconda unità di delimitazione delle radiazioni, limitante in senso verticale il fascio di radiazioni del sincrotrone, nel quale lo spostamento dei diaframmi viene realizzato mediante elementi di azionamento, che corrispondono sostanzialmente a quelli utilizzati per i diaframmi, e che sono fissati alla parte mobile del tavolo porta-oggetti.
Contemporaneamente ad una selezione spettrale, il dispositivo secondo l'invenzione realizza una delimitazione dei bordi del fascio di radiazioni del sincrotrone, combinata con una esclusione delle sovra-esposizioni in corrispondenza dei punti di inversione del tavolo porta-oggetti.
L'invenzione viene illustrata in modo più particolareggiato nel seguito, sulla base dei disegni schematico. Sono mostrati:
nella Figura 1, una apparecchiatura di irradiazione per litografia in profondità a raggi X;
nella Figura 2, un apparato cambia-filtro per una camera di filtrazione;
nella Figura 3, una camera di filtrazione adatta all'impiego in una apparecchiatura di irradiazione;
nella Figura 4, una unità di delimitazione delle radiazioni, agente in senso orizzontale, nella vista in direzione opposta a quella di provenienza delle radiazioni;
nella Figura 5, una vista dall'alto della unità di delimitazione delle radiazioni, mostrata in Figura 4, e nella Figura 6, una unità di delimitazione delle radiazioni, agente in senso verticale, nella vista secondo la direzione di provenienza delle radiazioni.
Nella apparecchiatura di irradiazione, rappresentata in forma molto semplificata nella Figura 1, un tubo 1 per un fascio 2 di radiazioni del sincrotrone, nel quale è inserita una camera 3 di filtrazione, sbocca attraverso una finestra 4 in una camera 5 sotto vuoto, utilizzata come camera di lavoro.
La camera 5 sotto vuoto contiene un tavolo portaoggetti 6, azionato dall'esterno, che produce lo spostamento di una maschera 7 di raggi X e di uno strato 8 di resina protettiva, sensibile ai raggi X, in un movimento di scansione verticale nei confronti del fascio 2 di radiazioni. Tra la finestra 4 ed il tavolo porta-oggetti 6 sono disposte delle unità 9, 10 di delimitazione delle radiazioni, illustrate in modo più particolareggiato nelle Figure 4, 5 e 6.
Nell'apparato cambia-filtro mostrato in Figura 2, destinato all'impiego in una camera 3 di filtrazione, che nella Figura 3 è rappresentata più chiaramente che in Figura 1, su una flangia 11 a tenuta di vuoto è fissato, mediante apposite colonnette filettate 12, il cilindro pneumatico 13 di un apparato di azionamento pneumatico. Mediante una erogazione facoltativa di aria compressa ad una apposita entrata superiore 14 e ad un'altra entrata inferiore 15, il cilindro pneumatico 13 produce il movimento traslatorio di un cilindro operatore situato all'interno.
Questa erogazione di aria compressa può essere governata elettricamente mediante adatti elementi elettropneumatici. Mediante una tiranteria 16, il movimento viene trasmesso al lato superiore della flangia 11 a tenuta di vuoto. La suddetta tiranteria 16 prosegue all'interno di una bussola 17 di guida e di un soffietto 18 a membrana. La stessa tiranteria è collegata in modo fisso con un lato 19 del soffietto 18 a membrana, chiuso a tenuta di vuoto. La periferia esterna dell'altro lato 20 dello stesso soffietto 18 a membrana è fissato a tenuta di vuoto con la suddetta flangia 11.
Le disuniformità fra la traslazione definita dal movimento del cilindro operatore, situato all'interno del cilindro pneumatico 13, e la traslazione definita dal movimento della tiranteria 16, nella bussola 17 di guida, vengono compensate mediante un adatto sistema di accoppiamento all'interno della suddetta tiranteria 16.
Sul lato inferiore 19 del soffietto 18 a membrana è fissata una unità comprendente un'asta 21 di spinta, un morsetto 22 ed organo 23 di supporto del filtro che, in corrispondenza ad una manovra eseguita con il cilindro pneumatico 13, compie un movimento traslatorio. L'organo 23 di supporto del filtro può essere svincolato o fissato all'asta 21 di spinta mediante un allentamento od un serraggio del morsetto 22. Cora'è mostrato nella Figura 3, l'organo 23 di supporto del filtro comprende due elementi 24 e 25 a telaio. Ciascuno di questi elementi 24, 25 a telaio presenta una apertura 26 a forma di foro oblungo. Dopo l'allentamento delle viti, fra gli elementi 24, 25 a telaio si può inserire un materiale filtrante a forma di pellicola o lamina, che viene serrato con le viti suddette.
Com'è mostrato nella Figura 3, la camera 3 di filtrazione, realizzata come elemento a T od a croce, contiene un certo numero (per esempio cinque) dei suddetti apparati carabia-filtro, indicati con 27. La camera 3 di filtrazione è disposta nel tubo 1 per il fascio 2 di radiazioni del sincrotrone, in modo che, in corrispondenza alla posizione superiore del cilindro operatore di un organo di azionamento pneumatico, l'organo 23 di supporto del filtro con il materiale filtrante si trovi al di fuori del percorso del fascio 2 di radiazioni del sincrotrone, mentre in corrispondenza all'altra posizione del cilindro operatore il suddetto organo 23 di supporto del filtro è posizionato in modo che il suddetto fascio 2 di radiazioni del sincrotrone venga influenzato dal materiale filtrante.
L'apertura 26 a forma di foro oblungo è configurata in modo che, nella posizione in cui il materiale filtrante non risulta inserito sul percorso del fascio di radiazioni.
l'intera radiazione proveniente dal sincrotrone oltrepassi l'organo di supporto del filtro. Mediante un sistema di comando elettro-pneumatico, il cambio del filtro può avvenire in modo automatico, senza immissione d'aria nella camera 3 di filtrazione.
Nella unità 9 di delimitazione delle radiazioni, che secondo le Figure 4 e 5 è costituita da una coppia di diaframmi 28, 29 spostabili in senso orizzontale l'uno rispetto all'altro, mediante appositi elementi 31 di ritegno su una piastra 30 di montaggio sono disposti una rotaia 32 di guida in posizione rigida ed un'asta filettata girevole 33. Su questa asta filettata 33 è montata una madrevite 34, alla quale è fissato il diaframma 28, che per effetto di una rotazione dell’asta filettata 33, prodotta mediante un gruppo motore 35, può essere posizionato lateralmente in modo analogo alla madrevite 34. Questa madrevite 34 è assicurata contro la rotazione mediante un organo 36 di accoppiamento sulla rotaia 32 di guida. Attraverso adatti organi sensori 37, è possibile effettuare in modo automatico l'aggiustamento ed il comando del diaframma 28.
Mentre il diaframma 28 rispetto al fascio 2 di radiazioni del sincrotrone è disposto in modo che, partendo dal lato destro della figura, una porzione qualsiasi della radiazione stessa possa essere assorbita dal suddetto diaframma 28, con l'altro diaframma 29, i cui elementi di azionamento corrispondono a quelli del diaframma 28, e per maggiore chiarezza di rappresentazione non sono stati provvisti di numeri di riferimento, si effettua una delimitazione del fascio 2 di radiazioni del sincrotrone iniziando dal lato sinistro. Con questi due diaframmi 28, 29 è possibile selezionare, dal fascio 2 di radiazioni del sincrotrone, una porzione di larghezza variabile.
Com'è stato qui descritto, i movimenti possono essere prodotti per via automatica mediante un sistema di comando elettrico, oppure in forma semplificata mediante manovre manuali.
Nella Figura 6 è rappresentata l'unità 10 di delimitazione delle radiazioni, avente una coppia di diaframmi 38, 39 spostabili l'uno rispetto all'altro, i cui movimenti traslatori vengono prodotti mediante elementi di azionamento, che corrispondono a quelli descritti per i diaframmi 28, 29. Per effetto della configurazione costruttiva, viene garantita una possibilità di regolazione indipendente, tanto fra le unità 9 e 10 di delimitazione delle radiazioni, quanto fra i diaframmi 28 e 29 ed i diaframmi 38 e 39.
Per effetto del loro fissaggio alla parte mobile del tavolo porta-oggetti 6, realizzato attraverso gli elementi di azionamento, i due diaframmi 38, 39 si muovono con il tavolo medesimo, per cui un cambiamento di posizione del diaframma 38 in una qualsiasi prima posizione del tavolo porta-oggetti 6, ed un cambiamento di posizione del diaframma 39 in una qualsiasi seconda posizione dello stesso tavolo porta-oggetti 6 determinano un assorbimento dell'intera intensità del fascio 3 di radiazioni del sincrotrone.
Per la realizzazione di un disegno con il processo litografico in profondità a raggi X, le due posizioni del tavolo porta-oggetti 6 possono essere i punti inferiore e superiore di un movimento a scansione continuo, per cui si evita una sovra-esposizione dello strato 8 di resina protettiva in queste zone, e viene nettamente delimitato il campo soggetto all'esposizione.
Inoltre con la coppia di diaframmi 38, 39, spostabili l'uno rispetto all'altro in senso verticale, risulta possibile anche una qualsiasi definizione di un campo di esposizione dello strato 8 di resina protettiva, sensibile ai raggi X, delimitato in senso verticale.
In modo analogo a quanto avviene per la coppia di diaframmi 28, 29, spostabili l'uno rispetto all'altro in senso orizzontale, il movimento può essere realizzato in modo automatico mediante un sistema elettrico di comando, oppure in forma semplificata mediante manovre manuali attraverso sistemi semplificati.

Claims (6)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per la manipolazione di un fascio di radiazioni di un sincrotrone, in particolare per apparecchiature di irradiazione destinate alla litografia in profondità a raggi X, che in una camera sotto vuoto contengono un tavolo di supporto per l’alloggiamento di un oggetto da sottoporre ad irradiazione, spostabile mediante un movimento a scansione nei confronti del fascio di radiazioni di un sincrotrone, che attraverso una finestra entra nella suddetta camera sotto vuoto, caratterizzato dal fatto che accanto ad una camera (3) di filtrazione, che è anteposta alla camera (5) sotto vuoto, e che contiene dei filtri inseribili sul percorso del fascio (2) di radiazioni del sincrotrone, tra il tavolo porta-oggetti (6) e la finestra (4) sono provviste delle coppie di diaframmi (28, 29, 38, 39) spostabili l'uno rispetto all'altro, e di tali coppie è associata al movimento a scansione quella per la quale la direzione di possibile spostamento reciproco dei diaframmi coincide con lo stesso movimento a scansione.
  2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che per l'inserzione dei filtri sul percorso del fascio (2) di radiazioni del sincrotrone sono provvisti degli apparati cambia-filtro (27), ove su una flangia (11) a tenuta di vuoto, applicabile alla camera di filtrazione, mediante colonnette filettate (12) è fissato un cilindro pneumatico (13), ed attraverso una tiranteria (16), che si estende all'interno di una bussola (17) di guida e di un soffietto (18) a membrana, il movimento di tale cilindro viene trasmesso ad un'asta (21) di spinta, alla quale è fissato un supporto (23) del filtro.
  3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che l'organo (23) di supporto del filtro è costituito da due elementi (24, 25) a telaio, i quali sono provvisti di una apertura (26) conformata come foro oblungo, adattata alla sezione trasversale del fascio (2) di radiazioni del sincrotrone.
  4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che una delle coppie di diaframmi (28, 29) spostabili l'uno rispetto all'altro è parte componente di una prima unità (9) di delimitazione delle radiazioni, limitante in senso orizzontale il fascio (2) di radiazioni del sincrotrone.
  5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che nella unità (9) di delimitazione delle radiazioni, per ciascuno dei diaframmi (28, 29) spostabili l'uno rispetto all'altro, mediante elementi (31) di ritegno su una piastra (30) di montaggio sono disposti una rotaia (32) di guida in posizione rigida ed un'asta filettata girevole (33), sulla quale una madrevite (34) assicurata contro la rotazione porta uno dei diaframmi (28, 29), e per il posizionamento dei diaframmi (28, 29) si utilizzano degli organi sensori (37) fissati sulla piastra (30) di montaggio.
  6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'altra coppia di diaframmi (38, 39) spostabili l'uno rispetto all'altro è parte componente di una seconda unità (10) di delimitazione delle radiazioni, limitante in senso verticale il fascio (2) di radiazioni del sincrotrone, nel quale lo spostamento dei diaframmi (38, 39) viene realizzato mediante elementi di azionamento, che corrispondono sostanzialmente a quelli utilizzati per i diaframmi (28, 29), e che sono fissati alla parte mobile del tavolo porta-oggetti (6).
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