SE450978B - Fokuseringssystem - Google Patents

Description

450 978 till beröring med halvledarskivan.Masken utsättes därefter för ultraviolett bestrålning för exponering av fotoresist på halvledarskivans yta. Mellanrummet mellan halvledarskivan och masken evakueras ofta för erhållande av intim beröring; atmos- färtrycket klämmer halvledarskivan och masken ihop. Sistnämnda apparat är allmänt känd såsom kontakttryckapparat. En olägen- het med kontakttryckapparater ligger däri att maskerna snabbt nöts ned och blir oanvändbara. Eftersom masktillverkningen är dyrbar, skulle det vara önskvärt att ha tillgång till ett annat förfarande som icke medför en nednötning av masken.

Med hänsyn till ovan beskrivna synpunkter har man på senare tid övergått till en teknik som betecknas som projek- tionslinjeinställning, vid vilken en bild av maskmönstret pro- jiceras på halvledarskivan genom ett optiskt system. I detta fall är maskens livslängd praktiskt taget obegränsad. En olägenhet har emellertid legat däri att halvledarskivornas storlekar har ökats och att uppgiften att konstruera optiker med förmåga att projicera en exakt bild över den större arean blir allt mera besvärlig. En annan olägenhet ligger i det i vissa maskiner använda rörliga optiska projektionssystemet för fokusering av en projicerad bild på en halvledarskiva. Det är ofta besvärligt att fokusera sådana rörliga optiska system och att kvarhålla systemet i fokusinställning. - På senare tid byggda apparater för projektionslinje- inställning har försökt att kringgå den extrema svårigheten med konstruktionen av en lins, som är i stånd att upplösa mikrometer-stora detaljer över en area av tiotals kvadrat- centimeter. En betydligt mindre area av storleksordningen en kvadratcentimeter exponeras, och exponeringen upprepas genom stegförflyttning eller avsökning av den projicerade bilden på maskmönstret över halvledarskivan.Sådana maskiner är kända såsom stegprojektorer. Hittills har alla ansträngningar att åstadkomma i praktiken godtagbara stegprojektorer givit otill- fredsställande resultat. Användning av l:l eller enhetsför- storings-projektionsoptiker har blivit allt vanligare i sådana system; fackmannen har dock fortfarande stött på problem be- 450 978 träffande ett tillräckligt korrigerat, lämpligt stort fält i sådana system. Till följd därav föreligger fortfarande ett behov av en stegprojektormaskin, som är i stånd att använda de nu tillgängliga, mindre stora fotomaskerna för direkt till- verkning av mönster på halvledarskivor och för att därigenom eliminera behovet av en stor, med multipelmönster försedd mask.

Katadioptriska linssystem för enhetsförstoring har använts på många områden. US patent 2 742 817 beskriver olika slags enhetsförstorande linser, bland dem en, i vilken en konkav sfärisk spegel kombinerades med en plankonvex lins, som är anordnad mellan spegeln och spegelns krökningsmedelpunkt.

Krökningsradien för den plankonvexa linsen valdes så, att den icke sammanföll med spegelns krökningscenter, och linsens refraktionsindex och spridningseffekt valdes så, att Petzval- summan för linsen var siffermässigt lika med spegelns krök- ning. Patentet anger att den enskilda plankonvexa linsen kan ersättas med ett kittat dubbelelement för erhållande av färg- korrektion, men att i ett sådant enkelt system betydande svårigheter uppträder vid korrektion av olika avvikelser.

Användningen av ett akromatiskt dubbelelement sades medge en placering av linsen närmare fokalplanet än vad skulle vara möjligt vid användning av en enkel plankonvex-lins. - En artikel med titeln "Unit Magnification Optical System Without Seidel Aberrations" publicerades juli 1959 i band 49, nr 7 av Journal of the Optical Society of America på sid. 713 - 716. Författaren, J. Dyson, uppgav att vid sådant val av den konkava spegelns radie och en plankonvex lins att linsens övre huvudbrännpunkt ligger på spegelns yta och att de sfäriska ytornas krökningscentra sammanfaller, den platta ytan på den plankonvexa linsen kommer att vara ett gemensamt objekt/bildplan för systemet. Det sagittala bildplanet är platt, medan den tangentiella ytan är en kurva av fjärde ord- ningen. Användningen av prismor för ledande av ljus in och ut i förhållande till linsen beskrevs även som användning av ett litet luftgap mellan prismaytan och bild/objektytan. Ett 450 978 sådant luftgap förklarades införa sfäriska och kromatiska av- vikelser av motsatt riktning mot de av linsen framkallade, så att det enligt författarens försäkran genom rätt val av gapets tjocklek och glasets typ skulle bli möjligt att korrigera båda slags avvikelser samtidigt.

En artikel med titeln "A Unit Power Telescope for Projec- tion Copying" av C.G. Wynne förekom år l969 i en bok med titeln Optical Instruments and Techniques på sid. 429 - 434.

Ett projektionssystem beskrevs för användning vid tillverkning av mikroströmkretsar genom projektionslitografi. En konkav sfärisk spegel, en konkav-konvex lins, en plankonvex lins och en stråluppdelare användes. För korrigering av linsen för såväl projektions- som inställningsvåglängder krävdes att alla sfäriska ytor var koncentriska: materialet för den konkav- konvexa linsen borde ha högre dispersion än materialet för den plankonvexa linsen; för uppnående av kromatisk korrektion av Petzval-kurvan borde linserna ha samma genomsnittliga refrak- tionsindex men olika spridningar. Användningen av ett luftgap mellan objekt/bildplanen och ytorna hos stråluppdelaren beskrevs. Författaren slog fast att "den sfäriska avvikelsen till följd av införandet av ett plan-parallellt luftrum har motsatt tecken mot den avvikelse som framkallas genom införan- det av en plan-parallell platta med högre refraktionsinde¿¿ Den sfäriska Seidel-avvikelsen hos det plan-parallella luftrummet --- kan följaktligen korrigeras genom att tillverka stráluppdelningskuben med något högre refraktionsindex än den plankonvexa linsen med vilken den är hopkittad; och genom lämpligt val av glasdispersionen kan kromatisk avvikelse korrigeras på samma gång. De högre ordningarna av sfäriska av- vikelser kan icke korrigeras, men för små luftrum är de icke korrigerade restvärdena ytterst småJ'Wynne-linsen gav för- bättrad korrektion över ett större fält; linsen var emellertid ganska skrymmande, luftgapet vid bild- och objektplanen var ganska litet och orienteringen för bild- och objektplanen gjorde linsens användning ganska opraktisk i ett stegprojek- tionssystem. En variant av Wynne-systemet visas i US patentet 450 978 3 536 38O som beskrev en lins med enhetsförstoring i vilken samtliga sfäriska ytor är koncentriska.

US patent 4 103 989 beskrev ett antal koncentriska optiska system med enhetsförstoring. Patenthavaren utgick från den av Dyson föreslagna formen för eliminering av Seidel-avvi- kelser genom ändring av linsens radie_i förhållande till spegeln; däremot bibehölls koncentriciteten hos de sfäriska ytorna. Användningen av prismor för åtskiljande av bild- och objektplanen föreslås och en sådan anordning säges vara över- lägsen den av Dyson föreslagna stråluppdelaren.

US patent 4 171 871 beskrev ytterligare ett annat slag av akromatiskt optiskt system med enhetsförstoring. I ett försök att korrigera linsen över ett mycket brett spektralområde tillät patenthavarna att de sfäriska ytorna icke var kon- centriska och använde ända upp till åtta optiska ytor och sex slags glas i ett försök att korrigera linsen vid samtliga våg- längder inom området. En total glastjocklek av omkring 110 mm användes för uppnâende av ett ganska litet korrigerat fält med en höjd av omkring 5 mm och ett luftgap av endast 0,39 mm.

Föreliggande uppfinning hänför sig till ett fokuserings- system för en halvledarskiva, exempelvis vid en apparat för projicering av en bild av ett fotomaskmönster på en halvledar- skiva med en förstoring l:l. Apparaten innefattar organ fö? fasthållande av en fotomask försedd med ett mönster mot- svarande storleken hos det önskade mönstret på halvledar- skivan. Ett belysningssystem belyser fotomaskmönstret i huvud- sak likformigt. Ett stationärt optiskt system för projektion 1:1 projicerar en bild av fotomaskens mönster på ett förut- bestämt fokalplan. Lämpliga organ, exempelvis en vakuumchuck, fasthåller halvledarskivan. Ett linjeinställningssystem steg- inställer och inriktar halvledarskivchucken på sådant sätt att märken på de enskilda brickorna på halvledarskivan sammanfal- ler med motsvarande märken på den projicerade bilden av foto- maskmönstret. Ett fluidservosystem påverkar chucken för fast- hållande av åtminstone en del av halvledarskivan i det förut- bestämda fokalplanet för det optiska projektionssystemet.

Det enhetsförstorande optiska projektionssystemet inne- 450 978 fattar en konkav sfärisk reflektionsyta, en akromatisk lins tillverkad av en kittad konkav-konvex lins och en plankonvex lins. och ett par prismor vilka uppdelar den plankonvexa linsens fält för åstadkommande av skilda objekt- och bildplan, det ena vid halvledarskivan och det andra vid fotomasken.

Kombinationen av spegel, linser och prismor är korrigerad vid två spektrallinjer för en kvicksilverlampa. Lampan drives med övernormal effekt för alstring av ett högspektrumskontinuum mellan dessa två linjer och andra delar av spektrumet är blockerade genom lämpliga filter. Det höga kontinuet säker- ställer att exponeringstiden kommer att vara tillräckligt kort även om exponeringen göres över endast en del av lampans spektrum. För erhållande av optimal korrektion sammanfaller de olika sfäriska ytornas krökningscentra icke. Rätt val av linsernas geometri och material säkerställer såväl ett stort korrigerat fält som ett tillräckligt luftgap intill bild- och objektplanen för underlättande av fotomaskens och halvledar- skivans rörelse.

Fotomasken är i förväg fast placerad i förhållande till linjeinställningssystemet, så att vid avsedd exponering av en halvledarskiva för den projicerade bilden av ett fotomask- mönster systemet redan känner till läget för passmärkena på fotomasken och är i stånd att linjeinställa dem med motsvarane de passmärken på halvledarskivan. Den projicerade bilden av passmärkena på fotomasken sprides från en speciellt förberedd halvledarskiva genom en mörkfält-inställningsöppning i det optiska projektionssystemets sfäriska spegel. Ett system av linser och inställbara masker inriktar detta spridda ljus på en fotomultiplikator-detektor, vars uteffekt anger riktig in- ställning för fotomasken. Då en konventionell halvledarskiva skall inställas i rätt läge sprides den projicerade bilden av passmärket på fotomasken genom passmärkena på halvledarskivan, och uteffekten från detektorn indikerar när de två är rätt linjeinställda för exponering.

Såsom en del av fokuseríngssystemet har vakuumchuck- plattformen tre armar som sträcker sig radiellt utåt från 450 978 7 chucken. Vid varje arm är en kolv fastsatt som kan förflyttas upp eller ned i en cylinder med hjälp av ett par i motsatt riktning verksamma diafragmor. Diafragmorna och de övre och nedre ändväggarna för cylindern begränsar övre och nedre fluidkamrar. Den nedre kammaren i varje cylinder förses med fluid vid ett förutbestämt fast tryck. Tre fluidsonder, omfat- tande var sin intill halvledarskivan anordnad munstycksöpp- ning, är anslutna till en källa av tryckfluid.Varje sond är även ansluten genom en fluidsignallinje till en motsvarande övre kammare hos tillhörande cylinder. Således är fluidtrycket i luftgapet mellan varje sond och halvledarskivan detsamma som det tryck som påverkar motsvarande övre diafragma. Trycket vid det övre diafragmat utjämnas genom det fasta trycket vid det nedre diafragmat.

Systemet arbetar för att fasthålla halvledarskivan på ett förutbestämt avstånd från munstyckena, så att halvledarskivans yta kvarhålles vid projektionssystemets fokalplan. Om luft- gapet mellan halvledarskivan och en enskild sond ändras till följd av oregelbundenheter i halvledarskivans yta eller av andra skäl, ändras även trycket som påverkar det övre diafrag- mat. Om halvledarskivan rör sig till ett läge nedanför fokalplanet, sjunker luftgapstrycket och minskas trycket i den övre kammaren. Till följd därav påverkar trycket vid det nedre diafragmat kolven och tillhörande stödarm för lyftande av chucken och återförande av halvledarskivan till dess önskade läge i fokalplanet. Om halvledarskivan höjer sig över fokal- planet och därigenom minskar luftgapet, ökar det tryck som påverkar det övre diafragmat och tvingar således kolven och stödarmen i motsatt riktning för ökning av luftgapet, till dess att halvledarskivan återförts till det önskade läget i fokalplanet. I den föredragna utföringsformen användes tre satser av kolvar och sonder för fastläggande av plana ytor som kan inställas exakt i förhållande till projektionssystemets fokalplan.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan i anslutning till ett projektionssystem.

Fig. l är en planvy av en typisk halvledarskiva med ett därpå utbildat flertal av halvledarbrickor. 450 978 Fig. 2 är en förstorad delvy av halvledarskivan enligt fig. 1 och visar halvledarbrickorna på skivan samt passmärkena på brickorna.

Fig. 3 är en schematisk perspektivvy av en stegprojektor.

Fig. 4 är en schematisk optisk framställning av stegpro- jektorns belysningssystem.

Fig. 5 är en schematisk optisk framställning av projek- tionssystemet och detektorsystemet för passmärkena hos steg- projektorn.

Fig. 6 är en förenklad planvy av halvledarskivplatt- formen hos stegprojektorn sedd utmed linjen 6-6 i fig. 15.

Fig. 7 är en delvis schematiserad delsektion av en del av halvledarskivplattformen och fokuseringssystemet sedd utmed linjen 7-7 i fig. 6.

Fig. 8 är ett flödesschema av fokuseringssystemet.

Fig. 9 är en vy framifrån av fotomasken och apparaten för fasthållande och framflyttning av fotomasken, sedd utmed linjen 9-9 i fig.l5.

Fig. 10 är en delvy framifrån av stegprojektorn med be- lysningssystemet och delar av projektionssystemet med strecka- de linjer.

Fig. ll är en delsektíon utmed linjen ll-ll i fig. 10 och visar de optiska projektions- och linjeinställningssystemen med streckade linjer.

Fig. 12 är en förenklad, förstorad, delvis perspektivisk vy av de optiska belysnings- och projektionssystemen.

Fig. 13 är en sektionerad sidovy av det optiska belys- ningssystemet, sett utmed linjen 13-l3 i fig. 15.

Fig. 14 är en delvis sektionerad sidovy utmed linjen 14- l4»i fig.l0 av det optiska projektionssystemet och delar av halvledarskivplattformen, fotomultiplikator-aggregatet och be- lysningssystemet.

Fig. 15 är en delvis sektionerad vy av de optiska belys- nings- och projektionssystemen.

Fig. 16 är en detaljerad planvy av halvledarskivplatt- formen med delar av fokuseringssystemet visade med streckade 450 978 linjer och sedd utmed linjen 16-16 i fíg. 14.

Fig. 17 är en dubbelgrafisk framställning som visar den relativa intensiteten av belysningens uteffekt och känslig- heten hos en positiv resist såsom en funktion av en våglängd mellan 400 och 450 mm.

Fig. 18 är en planvy av exponeringsområdet hos det optis- ka projektionssystemet.

Fig. 19 är en vy av fotomultiplikatorsteget med delarna isärförda.

Föredragen utföringsform Allmänt Pig. 3 och 10 visar perspektiv- resp. sidovyer av steg- projektormaskinen enligt uppfinningen. En hylla 3 uppbär ett inställningssystem 79 för halvledarskivan, innefattande en chuck 32, som visas i fig. 6 - 8, 10, 12, 14 och 16. Nedanför hyllan 3 finns ett utrymme 4 för upptagande av effektkällor och en dator (ej visade). Ovanför hyllan 3 finns belysninge- systemet 34, projektionssystemet 50, en automatisk mörkfält- inställningsanordníng 60 och en katodstrålrörsindikator 5 för övervakning av inställningsanordningen 60.

Under driften anordnas en fotomask 20, som visas i fig. 9 och 12 - 15, mellan belysningssystemet 34 och projektions; systemet 50. Linjeinställningsanordningen 60 reglerar rörelsen hos inställningssystemet 79 för halvledarskivan för inställ- ning av brickorna 12 på en halvledarskiva 10, visat i fig.l och 2, i ett läge motsvarande den projicerade bilden av mönstret på fotomasken 20. Ett fokuseringssystem 100, som visas i fig. 6 - 8, 10, ll, 14 och 16, kvarhåller den projice- rade bilden av fotomaskmönstret i optimal fokus på halvledar- skivan. Utgångseffekten hos belysningssystemet 34 ökas för framkallning av de friliggande (icke-bildpåverkade) områdena på brickorna 12. Efter exponeringen förflyttas inställnings~ anordningen för halvledarskivan stegvis för inställning av en annan del på halvledarskivan 10 i linje och i fokus med den projicerade fotomaskbilden. 450 978 10 Halvledarskiva Pig. 1 och 2 visar en halvledarskiva 10 försedd med ett flertal brickor 12 anordnade i rader och kolumner. Varje bricka 12 har ett par passmärken 14, 16 vid närgränsande eller motsatta hörn på brickan. Märkena 14 och 16 kan ha formen av små " +"-tecken. Såsom kommer att beskrivas närmare längre fram, användes märkena 14 och 16 för inställning av brickorna i linje med den projicerade bilden av fotomaskmönstret.

Fotomask Stegmaskinen 2 innefattar även en i fig. 9 och 12 - 15 visad fotomask. Fotomasken 20 är monterad i en ram 22 och har ettflertalmönster24anordnadei.enradinomramen.Ramen22 är i sin tur anordnad mellan ett par mot motsatta håll öppna fotomaskstyrningar 26. En (icke visad) hinna täcker fotomasken 20. En hinna är ett tunt, genomskinligt membran som avskärmar fotomaskens yta mot damm och andra föroreningar. Hinnan fast- hålles i ramen 22 på ett förutbestämt avstånd från mönstrens 24 yta, så att den projicerade fotomaskbilden är praktiskt taget opåverkad av vid hinnan häftande föroreningar.

Varje mönster 24 har ett par passmärken 28 och 30 vid närgränsande eller motstående hörn på mönstret på liknande sätt som märkena 14 och 16 på brickorna 12. Märkena 14 och 16 på varje enskild bricka inställes i linje med märkena 28 resp: 30 på fotomaskens 20 projicerade bilder, innan fotomaskbilden kopieras på varje enskild bricka.

Inställning av halvledarskivans läge Fasthållningsorgan, exempelvis en vakuumchuck 32, som visas i fig. 6 - 8, 10 - 12, 14, 15 och 16, är anordnade nedanför projektionssystemet 50. Chucken 32 är rörlig i rät vinkel i två koordinatriktningar, exempelvis X- och Y-rikt- ningarna, för inställning av ett av märkena 14, 16 på brickor- na 12 i linje med ett av märkena 28, 30 på de projicerade bil- derna av fotomasken 20. Chucken är även roterbar i det plan som definieras genom riktningarna X och Y för inställning av 450 978 ll det andra märket 14, 16 på brickorna 12 i linje med det andra av märkena 28, 30 på de projicerade bilderna av fotomasken 20.

Chuck 32 är även rörlig i vertikal led för erhållande av opti- mal fokusering av de projicerade bilderna på brickorna 12, såsom kommer att förklaras längre frann Chucken 32 är på sin övre yta försedd med ett flertal koncentriska smala polerade ytor 302, som visas i fig. 8. Relativt breda spår 303 skiljer ytorna 302 för sådan inpassning av halvledarskivan 20 att den vilar i huvudsak platt på ytorna 302, såsom kommer att beskri- vas i det följande.

Belysning Ett belysningssystem 34 för fotomasken, som visas i fig. 3 - 5, 10 - 15 och 19, innefattar en ljuskälla 35, exempelvis en kvicksilverlampa med en kort ljusbåge dimensionerad till 200 W. Kvicksilverlampan drives vid 500 W under halvledarski- vans exponering och hålles vid en beredskapseffekt av 100 W under linjeinställning och andra processer. Således uppgår den genomsnittliga effektförbrukningen hos lampan under en typisk stegframflyttningsprocedur för halvledarskivan till omkring 200 W.

En elliptisk reflektor 36 fokuserar ljusbågsbilden från lampan på ena änden av ett ljusrör 40. En dikroisk spegel 3] reflekterar endast ett utvalt våglängdsband av ljuset, varige- nom de infraröda och ultravioletta delarna av lampans spektrum hindras från att nå fram till fotomasken. Halvsfäriska linser 38, 39 är fastkittade vid motsatta ändar av ljusröret 40 och bidrar till att leda ljuset in i och ut ur röret 40 samt att skydda dess ändytor. Det från ljusröret 40 avgående ljuset passerar genom linsen 39 och en slutarstator 43 med en rörlig slutare 44 samt en lins- och spegelanordning 47 för belysning av fotomasken 20.

Det är ljusröretš 40 uppgift att verkningsfullt omvandla den icke likformiga intensitetsfördelningen av ljuset vid den mot lampan vända änden i en likformig ljusfördelning vid den mot Eotomasken vända änden. Interna reflektioner inom 450 978 12 ljusröret är i huvudsak förlustfria. Det inkommande ljuset viks och integreras vid varje invändig reflektion, varigenom brister i likformigheten minskas. En huvudfördel med ljusröret 40 ligger däri att bristande linjeinställning av lampan eller ljuskällan 35 endast minskar den totalt utgående intensiteten utan att i nämnvärd grad påverka dess likformighet.

Optisk projektion Inställningsslutare Efter en förutbestämd exponering som kontrolleras av en (icke visad) detektor belägen nära belysningssystemets 34 utgång, minskas lampeffekten till 100 W, samtidigt som slutaren 44 flyttas in i öppningsplanet. En liten del av ljuset från källan 35 passerar genom en korsformad öppning 45 i slutaren 44 och belyser märkena 28, 30 på fotomasken 20. Ett dielektriskt högpassfilter (ej visat) täcker öppningen 45 för att förhindra en exponering av halvledarskivan genom g- och h- linjerna under linjeinställningen. På vissa nivåer för halv- ledarskivan kan det vara nödvändigt att använda kvicksilver-g- linjen för förbättring av linjeinställningssignalen. I detta fall kan det visas att det relativa exponeringsvärdet för den intensitet som når fram till halvledarskivan uppgår till 2 % under normal exponering.

Bredbandbelysning Vid 500 W har uteffektintensiteten från belysnings- systemet 34 mellan 400 och 450 nm uppmätts vid 0,5 W/cmz.

Såsom framgår av fig. 17 kännetecknas denna spektrumsfördel- ning genom ett högt kontinuum med kraftiga linjer vid 405 nm och 436 nm. Vid den i fíg. 17 visade sensitivíteten hos den positiva resisten uppnås omkring en tredubbel minskning i exponeringstid vid användning av hela 400 - 450 nm bandet jäm- fört med användning av endast 436 nm linjen. Bredbandbelys- ningen minskar dessutom effekterna från stående vågor, vilket medför förbättrad kontroll av linjebredden vid oxideringssteg. 45Û 978 13 Enhetsförstoringslins Det i fig. 3 - 5, ll - 15 och 19 visade optiska projek- tionssystemet 50 projicerar en bild, som till storlek och form är identisk med fotomaskmönstret 24 (dvs. utan förstoring eller förminskning) på ett förutbestämt fokalplan. Projek- tionssystemet 50 innefattar två komponenter, nämligen en sfärisk spegel 52 med en främre yta av 10,16 cm och ett hop- kittat akromatprisma-aggregat 54. Aggregatet 54 innefattar ett hopkittat konkav-konvex-element 53 och ett plankonvex-element 55 vilka korrigerar varje astigmatism hos den konkava spegeln 52 vid 1:1 för kvicksilver-g- och -h-linjerna. Ett par prismor 56, 57 utgör delar av den optiska strukturen och skiljer foto- maskmönsterplanet R från halvledarskivans bildplan W, såsom visas i fig. 5. För erhållande av tillräckligt spelrum mellan vakuumchucken 32 och fotomasken 20 är den optiska axeln 51 snedställd 15 grader från horisontalen, varigenom fotomasken 20 placeras vid 30 grader mot X-Y-planet för vakuumchuckens 32 rörelse. Ljus som passerar genom mönstret 24 reflekteras såle- des av prismat 56 genom linserna 55, 53 på spegeln 52, till- baka genom linserna 53, 55 och prismat.57 och på en av vakuum- chucken 32 uppburen halvledarskiva 10.

Spegeln 52 innefattar en konisk öppning 58, som är en del av linjeinställningssystemet 60. Automatisk linjeinställning för varje bricka med den projicerade fotomaskbilden åstad- kommes genom projektionssystemet 50 med användande av ett slags mörkfältsavbildning för alstring av en linjeinställ- ningssignal. Konstruktionen för projektionssystemet 50 förenk- las genom att halvledarskivan är oberoende inställbar för åstadkommande av rätt fokusering, varigenom de optiska elementen kan förbli stillastående.

Såsom visas i fíg. 5 är spegeln 52 och det sammansatta akromatprisma-aggregatet 54 symmetriskt anordnade kring den optiska axeln 51. Objektplanet eller fotomaskmönsterplanet R ligger på ena sidan om axeln 51 och bildplanet eller halv- ledarskivplanet W ligger på motsatta sidan. Projektionssyste- met W ligger på motsatta sidan. Projektionssystemet 50 beskri- 450 978 14 ves lämpligast med hänvisning till nedanstående tabell I.

Fackmannen kommer att förstå att tabellen beskriver det optiska systemet med hänsyn till optiska ytor och material genom vilka ljus passerar utmed ena halvan av den optiska banan. Kolumn 1 identifierar de på varandra följande ytorna. I kolumn 2 anges tjockleksvärden i millimeter material bakom ytan.I kolumn Banges geometriska data och i kolumn 4 mate- rial. Materialen för ytorna B, C, D (prismorna 56 eller 57, det plankonvexa elementet 55 resp. det konkav-konvexa elementet 53) identifieras genom de namn som användes av Schott Company, en välkänd leverantör av optiskt glas. Fack- mannen inser att de sfäriska ytorna är icke koncentriska, vilket innebär att deras krökningscentra icke sammanfaller.

Härigenom medges en högre grad av bildkorrektion än vad som skulle vara möjligt med koncentrisk anordning.

TABELL I l 2 3 4 Yta Tjocklek Krökningsradie Material i mm i mm A 1,79 00 (plan) AIR B 26,80 cv (plan) LAKN7 c 10,02 35,00 ' KFs D 37,60 74,95 SF2 E 189,37 264,00 AIR Som fackmannen vet är Schott-materialet LAKN7 ett tätt lantankronglas; Schott-materialet KF6 är ett lätt flintglas; Schott SF2 är ett tätt flintglas.

Prismorna 56, 57 har ett flertal funktioner. Spetsvinkeln G för båda prismorna 56, 57 uppgår till 750; de motstående lika stora innervinklarna ß har ett värde av 52,50. Jämför fig. 15. Prismorna 56, 57 leder ljus in i och ut ur projek- 450 978 15 tionssystemet 50. Dessutom är prismorna så beskaffade att ett luftgap av 1,78 mm bildas mellan ytan 56a och fotomasken 20 samt mellan ytan 57a och halvledarskivan 10. Ett sådant luft- gap erfordras för de nödvändiga mekaniska spelrummen för för- flyttning av halvledarskivan 10 och fotomasken 20 in i och ut ur halvledarskivplanet W respektive fotomaskens mönsterplan R.

Luftgapet är tillräckligt stort för att dammpartiklar med en storlek upp till 200 pm icke ogynnsamt påverkar systemet.

Sådana partiklar kommer icke att fokuseras i ett luftgap av 1,78 mm. Det är den unika kombinationen av prismamaterial och vinkelform som verkningsfullt leder ljuset genom systemet 50 och åstadkommer det stora luftgapet.

Ytterligare en fördel av det optiska systemet 50 ligger däri att samtliga optiska linselement 53, 55, 56, 57 är till~ verkade av föredragna glassorter. Sådana glassorter tillverkas lättare och mera likformigt än andra glassorter.

Linstillverkning Tre av de tio optiska ytorna är sfäriska, och två av dessa kräver en tillverkning till ett bättre värde än L /10.

Ytorna A och B är planpolerade till L /4. Prismadiagonalerna 56d och 57d måste ha ett noggrannhetsvärde av X,/20 för att hålla förvrängningen från lins till lins vid minsta möjliga värde. Självinställningssystemet 60 kan användas för inställ- ning av den konkava spegeln 52 i förhållande till prisma- aggregatet 54 genom inställning på färgnollvärde på elementens 55, 53 sidor. Vid denna inställningsprocedur är decentrerings- toleransen för det plankonvexa elementet 55 och det konkav- konvexa elementet 53 stor i förhållande till de flesta kon- struktionskraven, nämligen omkring 125 ynn Fastkittning av prismorna 56, S7 till elementets 53 plana sida kräver viss om- sorg för att undvika strålvinjettering nära bildfältets kanter.

Optiktransmission Optiska överdrag är anbringade på luft-glasytorna A och D 450 978 16 för upprätthållande av felreflektioner och spökbilder vid ett värde mindre än l % av maximal exponering. Detta åstadkommes med ett enskilt överdrag med en tjocklek av L /4 av MgF2 på glas-luftytorna.Pâ grund av prismakonstruktionen inträffar total invändig reflektion vid samtliga strålníngsvinklar, vilket eliminerar kravet på metalliska eller dielektriska överdrag på prismadiagonalerna 56d, 57d som skulle medföra polarisering och fasstörningar med möjliga ogynnsamma effekter på bildkvaliteten. Den konkava spegeln 52 är överdragen med skyddat aluminium med omkring 90 % reflektivitet från 500 - 600 nm. Med hänsyn tagen till absorption och ytreflektioner uppgår den genomsnittliga överföringen genom projektions- linsen till 80 % i resistsensitivitetens spektralband av 400 - 450 nm.

Två-våglängderskorrektur De konstruktionsbetingande prestanda av ett praktiskt utfört projektionssystem 50 sammanfattas i tabell II. Ett Strehl-förhållande av 1,0 betecknar en perfekt lins, vars prestanda begränsas endast av fabrikationsfel och fokus- avvikelse. Strehl-förhållandet maximeras vid två våglängder över en specificerad fälthöjd. Konstruktionen optimerades vid kvicksilver-g- och -h-linjerna (436 nm resp. 405 nm), varvid uppnåddes ett minimalt Strehl-förhållande av 0,99 över en fältradie av 16,8 mm. Den kvarstående astigmatismen ligger inom i 0,65 pm av fokalplanet, vilket svarar mot ett vågfrontfel från topp till topp över öppningen av X /15. 450 978 17 TABELL II Linsprestanda Öppningstal 0,30 Fälthöjd 16,8 mm Korrigerat bandpass 400 - 450 nm Inställningsbandpass 400 - 600 nm Strehl-förhållande > 0,99 Minsta användbara linjebredd 0,80 m Fokuseringsdjup (1 pm linjer) < 3,5 m Telecentricitet 1,0 mrad Upplösning och fokaldjup Det uppskattas att ett fokusdjup av 4,8Äpm erfordras för att hålla linjebreddkontrollen vid ett värde bättre än 0,125 pm. Denna uppskattning utgår från en partialkoherens av o'= 0,4, som uppnås genom användandet av en f/4 illuminator med en f/1,6 projektionslins. Den uppskattade linjebreddvaria- tionen baseras på en variation i 40 % i verklig resistexpo- nering till följd av ändringar i halvledarskivans reflektivitet och topografi. Efter avdragning av den kvarstå- ende astigmatismen blir det användbara fokuseringsdjupet 3,5 pm. Den minimala geometri som kan uppnås vid tillverk- ningen uppskattas till 0,8 pm, baserad på ett fokusdjup av l put Huruvida denna upplösning uppnås är följaktligen beroen- de på den underliggande topografin och reflektiviteten i sam- band med en given nivå på halvledarskivan.

Telecentrering En viktig synpunkt vid konstruktionen av ett projektor- system med en förstoring 1:1 är kravet att anordna telecentre- ringsstopp vid fotomaskmönsterplanet R och halvledarskivans bildplan W. När detta krav har uppfyllts kommer strålar som inträder parallellt med den optiska axeln på fotomasksidan att utträda parallellt på halvledarskivsidan. Härigenom säkerstäl- les att något fel i den projicerade bildens storlek icke orsa- 450 978 18 kas av små ändringar i de samordnade planen. Såsom visas i tabel II avviker projektionssystemet 50 endast 1 mrad från perfekt telecentrering. Till följd därav kan det axiella läget för fotomasken 20 variera så mycket som i 0,005l cm, varvid förstoringsfelet ändå kommer att vara mindre än 0,05 pm över hela exponeringsytan.

Värmegradienter En annan faktor till vilken hänsyn måste tas vid detta slags linser är försämringen av bildkvaliteten på grund av ab- sorption av strålningen nära ultraviolett-området inom lins- elementen. Detta problem har varit särskilt besvärligt i linser avsedda att arbeta inon\365 nm området.Vid rätt val av glassorterna som användes i prisma-aggregatet 54 och fullstän- dig eliminering av våglängder nedanför 400 nm genom belys- ningssystemet 34 kan de optiska effekterna på grund av absorp- tionen elimineras praktiskt taget helt.

En datorsimulering av i det konkav-konvexa elementet 53 alstrade värmegradienter utfördes med användande av tillverka- rens värden för absorption och termisk ledningsförmåga i glaset. Det maximala tidsutjämnade flödet genom fotomasken uppskattades till 200 mW/cm2 vid framstegning av en expo- nering per sekund. I det värsta fallet av ett klart fotomask- mönster med en yta av 1,5 cmz gav datorsimuleringen en maximal temperaturgradient av 0,07°C/cm inom linsen 53. Uppskatt- ningar av ohomogeniteten i refraktionsindexet, som härleddes från de simulerade temperaturprofilerna, översteg aldrig l.5x1O_6, vilket är jämförbart med de bästa tillgängliga skurna optiska ämnena.

Exponeringsarea ________________ Exponeringsarean som visas i fig. 18 har en cirkulär om- krets med en radie av 16,3 mm och en korda av 5,5 mm från centrum. För säkerställande av likformig upplösning ända ut i exponeringsareans hörn har omkretsradien medvetet valts 0,5 mm mindre än den aktuella fälthöjden H, varigenom en säkerhets- 450 978 19 marginal för fabrikationsfel och fotomaskens placering erhål- les. Den begränsning som betingas av kordan säkerställer klar genomgång genom prismorna av samtliga strålar som utgår från fotomaskfältets nedre kant. Såsom visas i fig. 18, är den största area som medges vid ovan angivna begränsningar lOxlO mm. Figuren visar även den största uppnåeliga bildkvoten av 3:1 motsvarande en exponeringsarea av 7x2l mm. Användaren kan välja bland ett kontinuerligt urval av bildkvoter mellan dessa två extremvärden, varvid den totala arean per exponering sträcker sig från 1 cm2 till något under 1,5 cmz.

Att välja större areor kan innebära en betydande minsk- ning av antalet exponeringssteg som erfordras för att täcka en halvledarskiva av 10,16 cm. Exempelvis kommer en 2x8 brick- anordning med en delning av 0,262x0,35l cm att passa in i exponeringsarean med måtten 2x2l mm, varvid det krävs 51 steg för att täcka en 10,16 cm halvledarskiva. Om delningen ändra- des till 0,40lx0,457 cm skulle man kunna inpassa en 2x4 upp- sättning i en 8xl8,3 mm exponeringsarea, varvid endast 48 steg erfordras för att täcka en lO,l6 cm halvledarskiva. Vid båda exemplen skulle mer än 90 exponeringar erfordras för en 10,16 cm halvledarskiva med fältdiametrar av 14-14,5 mm som är till- gängliga med nu vanliga lO:l projektionslinser.

Fotomaskinställning Fotomasken 20 innefattade i en praktisk utföringsform en L.E. 30 AR Cr platta 21 med måtten 7,62 cm x 12,7 cm x 0,28 cm, två fotomaskstyrningar 26 och en ram 22 med därvid fastsatt hinna. Fotomaskplattan innefattade fyra lX-mönsterfält 24 med passmärken 28, 30 i varje fälts hörn. Två större inställnings- nycklar anordnades vid fotomaskens ändar för att möjliggöra lägesinställning för fotomaskens ram, och tre passmärken anordnades för möjliggörande av lägesinställning för fotomask- styrningen (ej visade i fig. 9). Styrningarna och den hinnan uppbärande ramen fastsattes med klisterämnen.

De olika passmärkena och -nycklarna för fotomasken kan alstras på plattan 21, vanligtvis med en elektronstrål- 450 978 20 mönstergenerator, samtidigt med att mönsterfälten alstras för erhållande av den nödvändiga inställningsnoggrannheten. I praktiken har tre fullständiga serier av mönsterfält och pass- märken och -nycklar antecknats på 2,45 cm avstånd tvärs över en patta med måtten 12,7 cm x 12,7 cm. En sådan platta kan kringvridas 900 och dess mönster kan jämföras i en automatisk kontrollmaskin för att medge urval av den bästa raden. Stora (ej visade) klara fönster kan anordnas upptill och nedtill samt till vänster och till höger för att underlätta inställ- ning av den hinnan uppbärande ramen 22 över den bästa raden av mönster. Ramen kan påklistras med en matris-skuren, dubbel- sidigt vidhäftande ring. Sådana fönster medger kontroll av förbindelsen.

Sedan hinnan fastsatts, skäres plattan till i rätt stor- lek i en lämplig glasskärningsfixtur, varvid försiktighet iakttas för att skydda den ömtåliga hinnan. Plattan placeras därefter i en fixtur som fastklämmer styrningarna 26 i rätt läge i förhållande till passmärkena för inställning av foto- maskstyrningarna. Styrningarna 26 limmas fast i detta läge.

Omsorgsfull placering av styrningarna 26 säkerställer att in- ställningsmekanismen hos stegningsmaskinen ligger inom sitt arbetsområde. Jämför fig. 8, l4 och 19. Inställningsnycklarna på fotomasken 20 är företrädesvis anordnade på ett standard-X- avstånd från en utvald origopunkt, så att maskinen kan avsöka nycklarnas bild genom korsmaskerna i inställningssystemet 60 genom förflyttning av fotomasken 20 utmed fotomaskbanan och avkänning av det ställe där fotomasken 20 måste placeras så att passmärkena 28, 30 vill framträda i korsmaskerna 68, 69 vid avsökning av en halvledarskiva. Inställningsnycklarna på fotomasken 20 är företrädesvis anordnade på standard-Y-avstånd från samma origopunkt (4500 & 3500 pm, till vänster resp. höger), så att maskinen kan avsöka nycklarnas bild genom kors- maskerna 68, 69 hos inställningssystemet 60 genom förflyttning av bilden med det lutande fönstret 64 i inställningssystemet.

Jämför fig. l9. Maskinen kommer då att "veta" hur mycket fönstret måste snedställas för att passmärkena 28, 30 skall 450 978 21 vara synliga i korsmaskerna vid avsökning av en halvledar- skiva. Lutningsgraden kan varieras något för varje fotomask- mönster i och för kompensering av små fel vid montering av fotomaskstyrningarna 26 på fotomaskplattan 21.

Matterad skiva För att framställa en bild vid korsmaskerna 68, 69 till- hörande inställningssystemet 60 i ett mörkfält-avbildnings- system användes en speciell anordning, kallad "matterad skiva", för spridning av ljuset från den projicerade bilden av inställningsnycklarna på fotomasken tillbaka in i den mörka centreringskonen. Den matterade skivan består av en blank skiva med ett 0,1 pm tjockt skikt av odlad kiseldioxid för utjämning av värmekoefficienten, åtföljt av ett ljim tjockt skikt av förångat aluminium för bildande av en spegel med en ytbeläggning av ett l pm tjockt skikt av tidigare icke i flytande tillstånd befintlig kiseldioxid, som påföres genom kemisk ångavsättning för åstadkommande av ljusspridningen.

Effekten liknar den hos en pärlduk med den skillnaden att kornstorleken i ytterskiktet är en storleksordning mindre än den projicerade bilden av inställningsnycklarna. Detta bidrar till att ett fotomultiplikatorrör 66 i inställningssystemet 60 tillföres en mjuk signal. En sådan signal är nödvändig därför att halvledarskivan 10 avsökes under den projicerade bilden, då fotomasken 20 förflyttas utmed fotomaskplattformen 92.

Automatiskt mörkfält-inställningssystem Inställningssystemet 60 innefattar de nödvändiga optiska och mekaniska delarna som gör det möjligt för stegmaskinen att inställa sig själv för fotomaskmönster med olika storlek och för fel vid fotomaskens hopsättning. Jämför fig. 5, 10, ll, 14 och 19. Om man börjar vid den sfäriska spegeln 52, så passerar ljus som blivit spritt in i den mörka centralkonen genom den matterade skivan eller ett passmärke genom öppningen S8 som bildade den mörka konen. Ljusstrålen fokuseras delvis genom en 147 mmf akromatisk lins 62 och avböjes uppåt mot rör 66 genom 450 978 22 en avböjningsspegel 63.

Strålen passerar genom ett snedställt fönster 64 som refraktivt förskjuter bilden i Y-riktningen, då det snedställs genom en datorstyrd fönstermotor 65. Strålen passerar därefter vid sidan om mittpunkten genom en 200 mmf plankonvex lins 67 för att slutligen fokuseras i planet för ett par korsmasker 68, 69. Passagen utanför mittpunkten innebär en korrektur för färgförskjutning som införes då återgångsstrålen passerade vid sidan om mittpunkten genom akromat-prisma-aggregatet 54.

Innan den når fram till korsmaskerna 68, 69 passerar strålen genom en av tre öppningar 70, 71, 72 i en slutare 73, som manövreras av en datorstyrd slutarmotor 74.Slutaren 73 kan inställas så, att de högra eller vänstra öppningarna 70, 71 alternativt är inriktade mot fotomaskens passmärken 28, 30 eller tillkommande inställningsmärken på fotomasken eller tidigare beskrivna nycklar. Slutaren 73 kan även inställas så, att den större öppningen 72 ger fri sikt på båda slags märken på samma gång. Den härigenom uppnådda effekten består i att skillnaden i inställningsfel vid inställning av halvledarski- vor delas upp. Den stora öppningen 72 är utrustad med ett 50 % neutral-täthetsfilter för upprätthållande av konstant signal- styrka vid röret 66.

Ljusstrålen fokuseras vid korsmaskerna 68, 69. Kors: maskerna har till uppgift att blanda bort allt ljus som kommer från den mörka konen så när som på ett litet område kring ett passmärke eller en nyckel. Maskerna 68, 69 är monterade i tvärslider 75 som styres genom en (ej visad) rak kant och förflyttas med lika avstånd isär genom en kil 76 som drives av en motor 77. Datorn kan således välja det korrekta avståndet för en given sats av passmärken eller nycklar.

Bortom korsmaskerna börjar strålen att spridas, så att en 38 mmf lins 78 är anordnad att samla strålarna i tillräcklig utsträckning för att träffa på målkatoden i fotomultiplikator- röret 66. Detta rör omvandlar ljusstrålens intensitet i en elektrisk signal som förstärkes och sändes till en dator, i vilken råsignalen modifieras genom en noll-undertrycknings- 450 978 23 krets samt förstärkningsgrad-inställning för erhållande av den signal som operatören kan avläsa på CRT-indikatorn 5. Genom en toppdetektorkrets och en spänningsdelare väljer datorn en provpunkt. Då en optisk bild avsökes, upptäckas toppen och signalen går till provpunkten. Datorn samlar ett lägesprov från det laser-styrda steget. En avsökning i motsatta rikt- ningar släcker ut fas- (tidsfördröjnings-) fel, så att datorn kan ta det enkla mellanvärdet såsom läget för en inställnings- faktor. Om granskning av slutresultaten indikerar ett stadigt fel, kan användaren införa en kompenserande förskjutning i datorns programmering. öppningen 58 bildar en mörk kon eller ett mörkt fält, i vilket ljus, som sprides genom ett av brickpassmärkena 14, 16, utan vidare detekteras genom röret 66. Då den projicerade bilden av ett av fotomaskens passmärken 28, 30 föres till överlagringsläge med ett av brickmärkena 14, l6, passerar ljus som sprides från mönsterkanterna på brickmärket genom den centrala öppningen 58 i spegeln 52, såsom schematiskt visas i fig. 5. Sådant spritt ljus överföres genom linsen 62, förbi spegeln 63 och genom öppningen 70 i slutaren 73 för detektering genom fotomultiplikatorröret 66, som på konventio- nellt sätt är anordnat att omvandla mottaget ljus i en motsva- rande produktion av elektroner på förstärkningsbasis. Vid denna teknik erhålles ett högt signal/brus-förhållande, så att inställningsnoggrannheten är ganska okänslig för bristande fokusering. Uteffekten från röret 66 visas på CRT 5. Signalens vågform liknar en parabel, då ett av passmärkena 14, 16 avsöks utmed en given axel medan det belyses.

Såsom visas i fig. lO, ll, 14 och 16, är chucken 32 anordnad på en plattform 79, som uppbäres på luftlager på väl känt sätt. Motorerna 80 (fíg. 10), 81 (fig. ll) och 82 (fig. 16) är samordnade med plattformen 79. Motorerna 80 och 81 är kopplade till plattformen 79 för dess förflyttning på konven- tionellt sätt i riktningarna för X- och Y-koordinaterna.

Motorn 82 är kopplad till plattformen 79 genom en drivskruv 83 för kringvridning av plattformen kring en vertikal axel som 45Û 978 24 sträcker sig genom chuckens 32 centrum.

En (icke visad) dator behandlar de av röret 66 alstrade signalerna för bestämmande av det relativa sammanfallandet av varje märke 14 på brickan 12 med den projicerade bilden av märket 28 på fotomasken 20. Datorn använder dessa signaler för drift av motorerna 80 och 81 för förflyttning av plattformen 79 i X- resp. Y-riktningarna i och för inställning av märkets 28 avbildning direkt på märket 14. Sedan halvledarskivan 10 inställts, kan dess läge anslutningsvis exakt övervakas genom någon lämplig anordning, exempelvis ett ( ej visat) laser- interferometersystem. Ett sådant system matar hela tiden datorn med signaler som är representativa för ändringen i plattformens 79 läge.

Sedan noggrann lägesinställning uppnåtts mellan märkena 14 och bilden av märket 28, startar datorn motorn 74 för kringvridning av slutaren 73. Slutaren 73 rör sig till ett läge där öppningen 71 är anordnad för observation av märket 16 på brickan 12 i och för bestämning av dess lägesöverensstäm- melse med den projicerade bilden av fotomasken 20. Datorn startar därefter motorn 82 för vridning av plattformen 79 kring chuckens 32 centrum, till dess att märket 16 sammanj faller med den projicerade bilden av märket 30.

Inställningarna i X- och Y-riktningarna genom motorerna 80 och 81 och i den polära riktningen genom motorn 82 kan fortsättas, till dess att inställning erhålles samtidigt mellan märkena 14 och 16 och de projicerade bilderna av märkena 28, 30. Då sådan samtidig inställning inträffar, öppnas slutaren 44 och tillföres källan 35 full effekt för exponering av brickan 12 för den projicerade bilden av mönstren 24 på fotomasken 20. Brickan 12 behandlas därefter (med en apparatur som icke utgör en del av föreliggande upp- finning) för alstring av elektriska strömkretsar i enlighet med denna bild.

Mönstret 24 på fotomasken 20 kan reproduceras på ett flertal olika brickor 12 på halvledarskivan 10. En sådan reproduktion sker under datorns styrning. Innan en sådan re- 450 978 25 produktion äger rum, återställes emellertid chucken 32 så, att märkena 14 och 16 på följande bricka sammanfaller med de pro- jicerade bilderna av märkena 28 och 30 på fotomasken 20. Denna förnyade inställning genomföres på ovan beskrivet sätt.

Fotomaskens manövrering Såsom tidigare beskrivits, utgöres fotomasken 20 av ett genomskinligt glassubstrat eller en platta 21, på vilken ett flertal mönster 24 är anordnade. Sedan ett av mönstren 24 reproducerats på ett visst antal brickor 12 i enlighet med de av datorn levererade styrningarna, kan fotomasken 20 fram- flyttas till följande mönster genom en skjutstång 25 och en vinkelhävarmsmekanism 27, som temporärt kopplar fotomasken till X/Y-plattformen 79. Jämför fig. 9, 10, 12, 14 och 15.

Fotomaskstyrningarna 26 är förspända genom en fjäderbelastad rulle 91, så att de anligger mot ett lagrings- och inställ- ningselement 92 för fotomasken som schematiskt visas i fig. 9.

Elementet 92 har en slät rak lageryta på vilken styrningarna 26 kan förflyttas. Genom denna anordning inställes fotomaskens 20 placering i en riktning. Fotomasken kan korrekt placeras och framflyttas i den därtill vinkelräta riktningen genom en skjutstång 25 som har två på litet inbördes avstånd belägna stift 226, 227. Det framförvarande stiftet 226 anligger mot kanten av en styrning 26. Det andra stiftet 227 ingriper i ett urtag i fotomaskstyrningen 26. En schematiskt i fig. 10 visad vinkelhävarmsmekanism 27 eller någon annan lämplig mekanism kopplar vid behov skjutstången 25 till plattformen 79 för förflyttning av fotomasken 20 från det ena mönstret till det följande.

Den reglerade framflyttningen av fotomasken 20 över ett avstånd motsvarande avståndet mellan mönstren 24 underlättas genom anordnandet av ett par på inbördes avstånd belägna rullar 94, som är fjäderbelastade för anliggning mot foto- masken 20. Genom denna konstruktion för framflyttning av foto- masken underlättas användningen av test-fotomaskmönster under tryckningsprocessen.Under fotomaskens 20 förflyttning från 450 978 26 ett mönster till följande tillföres tryckluft genom öppningar- na 96 nedanför fotomasken 20 för förflyttning av fotomasken till ingrepp med rullarna 94. Vid fotomaskens 20 förflyttning till följande mönster 24 avbryts flödet av tryckluft genom öppningarna 96 och tillföres ett vakuum vid öppningarna.

Härigenom placeras fotomasken 20 mot stödytorna 98, så att mönstren 24 befinner sig i ett fast och korrekt läge i den optiska banan.

Fokuseringssystemet - Konstruktion Ett fokuseringssystem 100, som visas i fig. 6 - 8, 10, ll, 14 och 16 håller den projicerade bilden av mönstren 24 på fotomasken 20 i fokus på brickan 12. Systemet 100 innefattar ett hus 101 för projektionssystemet 50 och ett block 102 som sträcker sig nedåt från huset 101. Bottenytan 103 på blocket 102 sträcker sig ovanför chuckens 32 övre yta. Tre pneumatiska sondledningar l04a, b, c sträcker sig nedåt genom blocket 102 till bottenytan 103, såsom visas i fig.6, 7,8 och 16.Sond- linjerna l04a, b, c är i förbindelse med en tryckledning 106, som utgår från en källa 108 för tryckfluid, exempelvis torrt kväve eller ren, torr tryckluft.

Fokuseringssystemet 100 innefattar ett övre armkorsaggre- gat 201 och ett nedre armkorsaggregat 202. Det nedre aggre; gatet har tre radiala armar 202a, b, c för uppbärande av var sitt aggregat ll0a, b, c bestående av en servocylinder och en kolv. Kolven lll i varje aggregat 110 är ansluten till chuckens 32 sockel 33 genom en arm l24a, b,<:på det övra arm- korset 201. Varje arm 124 i det övre armkorset är ansluten till motsvarande arm 202a, b, c i det nedre armkorset genom ett av tre böjliga delar ll2a, b, c som medger axiell och för- hindrar i sidled riktad rörelse. De tre kolvarna lll fast- lägger tre punkter som erfordras för bestämmande av ett plan, som är parallellt med planet för halvledarskivan 10.

Såsom visas i fig.7, innefattar sockeln 33 ett hus 304, i vilket en kolv 305 pressas uppåt mot spärrkulor 306 med hjälp av ett flertal fjädrar 307, som påverkar en fjäderplatta 450 978 27 308. En axel 309 uppbär chucken 33 på kolven 305. Ej visade mikroströmställare påverkas av plattan 308 för avstängning av X/Y-stegframflyttningsfasen, ifall kolven 305 tillfälligt slås bort från spärrkulorna 306. Det nedre armkorset 202 uppbäres för vridning över korta bågar genom förspända V-lager 113 på plattformens 79 översida. En 200-stegsmotor 82 driver en 80- delad skruv med en vandrande mutter 116 i fast förbindelse med armkorset 202 vid en radie av 15,88 cm. Denna koppling åstad- kommer en teoretisk upplösning av 0,1 pm vid varje ände av en bild av maximalt 2l mm.

Chucken 32 har ett totalt vertikalt rörelseområde av 0,227 cm och plattformen 79 har en rörlighet av 15,88 x 30,48 cm, vilket gör det möjligt för chucken att ladda och urladda sig själv och att lyftas ovanför halvledarskivans bildplan W i och för kontakt med förhandsinställnings-mikroströmställare (ej visade). En tvåstegs-vakuumkälla 310 medger glidning av halvledarskivan 10 på chucken 32 vid laddningsstationen under lätt vakuum för plattare "invridning" på chucken, varefter förhandsinställnings-mikroströmställarna kan föras i beröring med halvledarskivan vid fullt vakuum utan glidning.

Koncentriska spår 303 mellan smala slipade ytor 302 på chuckens 32 yta medger avsättning av små partiklar, då halv- ledarskivan vrides på vid laddningsstationen. Partiklarna skrapas loss från halvledarskivans 10 undersida och faller ned i spåren 303. Företrädesvis är spåren 303 betydligt bredare än ytorna 302.

Tryckfluidum införes i ledningarna l04a, b, c genom led- ningen l06 från källan 108. Luften flyter genom ledningarna l04a, b, c till blockets 102 botten och utmatas genom mun- styckena l03a, b och c. Luft flyter genom mellanrummet mellan bottenytan 103 och chuckens 32 överdel. Detta luftflöde bildar ett luftlager mellan blocket 102 och chucken 32 och håller blocket och chucken på inbördes avstånd.Detta avstånd är av storleksordningen några få tusendels millimeter, exempelvis 0,076 mm.

Cylinder- och kolvaggregaten ll0a, b och c är anordnade 450 978 28 på lika stora avstånd kring chuckens omkrets. Eftersom de olika komponenterna för varje aggregat är identiska, användes i följande beskrivning hänvisningsbeteckníngarna utan bok- stavsbeteckningar såvida detta icke är nödvändigt för att skilja det ena aggregatet från ett annat. Kolvarna lll är anslutna till chucken 32 genom var sin styva arm 124. Chuckens 32 vertikala läge intill en kolv 111 är följaktligen beroende av tillhörande arms 124 vertikala läge. Övre änden av varje aggregat 110 är ansluten till en tryckledning 105 som är i flödesförbindelse med en sondledning 104. Ledningen 105 är i förbindelse med en övre kammare 117 som upptill begränsas av en täckplatta 118 och nedtill genom ett elastiskt element eller membran 119 i ingrepp med kolven lll och bestående av ett lämpligt material, exempelvis gummi.

Membranet 119 fasthålles i sträckt läge i kammaren 117 genom inklämning mellan täckplattan 118 och aggregatets 110 cylinder 120. Membranet 119 är i ingrepp med kolven 111, som är verti- kalt rörlig. Varje kolv lll är förbunden med en radiellt utskjutande arm 124, som är vertikalt glidbar i ett spår 126 genom cylinderns 120 sida. Böjningselementet 112 är i sin tur fastsatt vid ena änden vid armen 124 och vid den andra änden vid den nedre korsarmen 202.

Ett elastiskt element eller membran 130 av lämpligt mate; rial, exempelvis gummi. är i ingrepp med kolvens lll undersida och fasthålles i sträckt läge i den nedre kammaren 131 genom inklämning mellan cylindern 120 och armkorsaggregatets 202 övre yta. Kammaren 131 är företrädesvis belastad med ett fast tryck, exempelvis 7,039 kg/m2, eller hälften av trycket i källan 108, genom en tryckledning 132.

Fokuseringssystemet Fig. 8 åskådliggör schematiskt hur fluidum från källan 108 regleras av en tryckregulator 133 för alstring av ett exakt utgångstryck, normalt 14,078 kg/m2. Regulatorn kan inställas till andra tryck genom en precisionsstegmotor 134.

En trevägs-elektroventil 135 är anordnad att avstänga luft- 450 978 29 tillförseln till ledningarna l04 för att förhindra en utblås- ning av partiklar (damm) ur chucken 32, då någon halvledar- skiva icke är närvarande. Nålventiler 136 styr fluidens flöde till munstyckena (sonderna) 103. Nålventiler 136 är inställda att åstadkomma samma fluidumtryck i luftgapet som i den nedre kammaren 131. De nedre kamrarna 131 hålles vid ett förut- bestämt fast tryck, normalt 7,039 kg/m2, genom ledningen 137, en tryckregulator 138 och matarledningarna 132. Tryckled- ningarna 105 åstadkommer flödesförbindelse mellan de övre kamrarna 117 och trycket i luftgapet Z intill tillhörande mun- stycke 103. En elektroventil 139 i varje tryckledning 105 gör det möjligt för datorn att hålla den övre kammaren 117 vid ett givet tryck innan halvledarskivans kant stegförflyttas från läget under sonden. Luftgapet Z kommer att alstra ett givet rmottryck såsom en funktion av flödeshastigheten. Således kommer en ändring i den övre regulatorns 133 inställning sam- tidigt att ändra gapet Z hos samtliga tre munstycken 103.

Stegmotorn 134 styr regulatorn 133 och drives själv av datorn för att möjliggöra inledande fokusinställningar.

Varje tryckledning 105 mottager luft vid samma tryck som det i ledningen 104 rådande. Då lufttrycket i ledningarna 104 och 103 ökar, exempelvis till följd av en minskning i luft- gapet Z, då en halvledarskiva 10 placerats på chucken 32¿ alstras ett ökat tryck i kammaren 117. Detta tryck utövas ned- åt mot membranet 119, så att kolven lll och armen 124 i mot- svarande utsträckning förflyttas nedåt mot den kraft som ut- övas av trycket i den nedre kammaren l3l som påverkar det nedre membranet 130, som verkar såsom återföringsfjäder. Den därvid uppträdande rörelsen nedåt hos armen 124 alstrar en motsvarande rörelse nedåt hos chucken 32.

Då chucken 32 rör sig nedåt, vidgas luftgapet Z. Detta avlastar lufttrycket i ledningen 104, så att luftens tryck i ledningen regleras in vid ett i huvudsak konstant värde. Såsom framgår av ovanstående beskrivning, flyttas chucken 32 fram och åter individuellt av vart och ett av kolv- och cylinder- aggregaten 110 i en riktning på tvären mot X-Y-planet för 450 978 30 chuckens rörelse. På detta sätt regleras gapet mellan blocket 102 och en på chucken 32 placerad halvledarskiva för upprätt- hållande av brickan 12 på skivan i fokus med den projicerade bilden av mönstret 24 på fotomasken 20.

Industriell användbarhet Uppfinningen är särskilt värdefull i mikrolitografi- system. Fackmannen inser emellertid att framför allt det optiska projektíonssystemet har andra användningsområden, exempelvis reproduktion av biofilm och filmremsor. Optikfack- mannen torde även vara medveten om många andra tillämpningar, där en förstoring lzl erfordras.

Claims (3)

1. 450 978 31 PATENTKRAV l. Fokuseringssystem för en halvledarskiva, k ä n n e - t e c k n a t av organ (100) för förflyttning av en halv- ledarskiva (10) genom ett flertal parallella plan innefattande ett fokalplan, organ (103) för alstring av en fluidumtrycksig- nal som är representativ för halvledarskivans (10) avstånd från fokalplanet, och mellan alstringsorganen (103) och för- flyttningsorganen inkopplade organ för igångsättning av för- flyttningsorganen i och för minskning av avståndet mellan halvledarskivan (10) och fokalplanet och därigenom åstadkom- mande av optimal inställning av halvledarskivan (10) i fokal- planet.

2. Fokuseringssystem enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av åtminstone tre alstringsorgan (lO3), vilka innefattar var sin källa för tryckfluidum och en utmatningsöppning för käl- lan, varvid varje utmatningsöppning är belägen i ett med fokalplanet parallellt plan, åtminstone tre förflyttningsorgan i samverkan med var sitt motsvarande alstringsorgan, och åt- minstone tre igångsättningsorgan inkopplade mellan var sitt av alstringsorganen och förflyttningsorganen för överförande av en trycksignal från källan till förflyttningsorganen, varige; nom halvledarskivan samtidigt förflyttas och fasthålles i optimal fokus under inverkan av trycksignalens överförande till förflyttningsorganen.

3. Fokuseringssystem enligt krav l för fasthållande av en halvledarskiva (10) i fokalplanet för en projicerad bild, k ä n n e t e c k n a t av åtminstone tre fluidumsonder (103) med var sin utmatningsöppning i ett med fokalplanet parallellt plan, organ för utmatning av en fluidumström genom var och en av dessa öppningar och mot en halvledarskiva (l0L chuckorgan (32) för fasthållande av halvledarskivan (IOL organ (100) för förflyttning av chuckorganen (32) och en därpå placerad halvledarskiva (10) till lägen parallellt med fokal- 1 450 978 32 planet, vilka förflyttníngsorgan innefattar åtminstone tre kolvorgan (lll), vilka alla är kopplade till chuckorganen (32) och är i flödesförbindelse med var sin av sonderna (103) för förflyttning av chuckorganen (32) i beroende av det mottryck som utvecklas mellan sonden (lO3) och halvledarskivan (10).