Устройство автоматической фокусировки

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие КБТЭМ-ОМО(72) Авторы Есьман Василий Михайлович Окорок Анатолий Григорьевич Стасевич Михаил Николаевич(73) Патентообладатель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие КБТЭМ-ОМО(57) Устройство автоматической фокусировки, содержащее координатный стол, проекционный объектив, осветительную систему, состоящую из источника излучения, конденсора и линзы, фотоприемник, электронный блок определения вертикального положения подложки и блок управления координатным столом, отличающееся тем, что устройство автоматической фокусировки содержит маску, установленную за конденсором с возможностью построения ее изображения на подложку и, после отражения от нее, на фотоприемник, и две апертурные диафрагмы, одна из которых установлена за маской, а вторая - перед фотоприемником, а источник излучения осветительной системы выполнен на основе светодиодного излучателя с длиной волны инфракрасного диапазона, причем угол падения лучей, строящих изображение маски на поверхности подложки, составляет 83-85. Полезная модель относится к области технологического оборудования, в частности к устройствам автоматической фокусировки для фокусирования проекционного объектива на поверхность контролируемых подложек, полупроводниковых пластин или фотошаблонов. В современных фотолитографических установках, таких как мультипликаторы и генераторы изображений, разрешающая способность оптических проекционных систем должна быть равна или меньше размера минимального элемента формируемой топологии. Разрешающая способность оптических систем контрольно-измерительного оборудования также определяется размером минимального контролируемого элемента. Разрешающая способность оптических систем прямо пропорциональна длине волны источника излучения и обратно пропорциональна числовой апертуре объектива (/). Чтобы уменьшить разрешающую способность, необходимо уменьшать длину волны источника и увеличивать апертуру. Однако такая коротковолновая с высокой числовой апертурой оптическая система обладает небольшой глубиной резкости, так как глубина резкости пропорциональна длине волны источника излучения и обратно пропорциональна квадрату числовой апертуры /. Вследствие этого, для поддержания постоянным расстояния между подложкой и объективом оптической системы, в установках необходимым является устройство автоматической фокусировки, которое должно работать с минимальными погрешностями, как по чистым без топологии подложкам, так и по подложкам с топологией и различными технологическими слоями. Известно устройство автоматической фокусировки 1, которое работает по методу отражения от подложки сфокусированной точки и разделения ее на два дифференциальных фотоприемника, один из которых установлен перед фокусом линзы в первом световом тракте, а второй - за фокусом линзы во втором световом тракте, и вычисляется разность/сумма сигналов, полученных от двух фотоприемников. Недостатком аналога является низкая точность работы по топологическому рисунку и технологическим слоям подложки. Ближайшим прототипом является устройство автоматической фокусировки, которое включает координатный стол, удерживающий подложку, проекционный объектив, располагающийся над поверхностью подложки, оптико-осветительную систему, которая освещает поверхность подложки сфокусированным световым пучком, идущим под углом на подложку, и фотоприемник, который детектирует отраженный от поверхности подложки свет. Устройство автоматической фокусировки содержит также схему определения положения подложки, которая по сигналу, полученному с фотоприемника, определяет вертикальное положение поверхности подложки, схему коррекции, которая контролирует данный сигнал определения положения в режиме реального времени и корректирует разницу, превышающую допустимое изменение формы поверхности подложки, и схему управления координатным столом, которая управляет отработкой плоскости подложки на основании скорректированного сигнала положения 2. Описанное в прототипе устройство автоматической фокусировки обладает несколько меньшей чувствительностью к топологическому рисунку и технологическим слоям подложки по сравнению с аналогом, но его точность недостаточна для современного технологического и контрольного оборудования. Использование в прототипе в качестве излучателя лазера с монохроматическим когерентным излучением приводит к интерференции пучков в пленках технологических слоев,2 63022010.06.30 снижению их мощности, искажению формы и, как следствие, к погрешности отсчета фокусировки. Целью полезной модели является повышение точности работы устройства автоматической фокусировки за счет снижения влияния топологии и технологических слоев на погрешность отсчета плоскости фокусировки. Поставленная задача достигается тем, что устройство автоматической фокусировки содержит координатный стол, проекционный объектив, осветительную систему, состоящую из источника излучения, конденсора и линзы, фотоприемник, электронный блок определения вертикального положения подложки, блок управления координатным столом,маску, установленную за конденсором с возможностью построения ее изображения на подложку и, после отражения от нее, на фотоприемник, две апертурные диафрагмы, одна из которых установлена за маской, а вторая - перед фотоприемником, при этом источник излучения осветительной системы выполнен на основе светодиодного излучателя с длиной волны инфракрасного диапазона, причем угол , под которым лучи, строящие изображение маски, падают на поверхность подложки, составляет 83-85. Суть полезной модели поясняется чертежом, где приведено устройство автоматической фокусировки. Устройство автоматической фокусировки содержит координатный стол 7, удерживающий подложку 9, проекционный объектив 8, осветительную систему, состоящую из светодиодного излучателя 1 с длиной волны инфракрасного диапазона, конденсора 2, маску 3 и две апертурные диафрагмы 4 и 4, одна из которых 4 установлена за маской 3, а вторая 4 - перед фотоприемником 10, линзы 5 и 5, зеркала 6 и 6, блок определения вертикального положения подложки 11, блок управления координатным столом 12. Маска 3 установлена за конденсором 2 с возможностью построения ее изображения на подложку 9 и, после отражения изображения маски 3 от подложки 9, на фотоприемник 10, а угол ,под которым лучи, строящие изображение маски 3, падают на поверхность подложки 9,составляет 83-85. Устройство автоматической фокусировки работает следующим образом светодиодный излучатель 1 конденсором 2 изображается в плоскость апертурной диафрагмы 4, которая расположена в плоскости переднего фокуса линзы 5. Такое построение осветительной системы позволяет перестраивать изображение маски 3 линзой 5 в плоскость подложки 9 с телецентричностью главных лучей, что исключает изменение масштаба изображения маски 3 на фотоприемнике 10 при смещении подложки 9 по вертикали. Угол , под которым линза 5 и зеркало 6 направляют лучи, строящие изображение маски 3 на подложку 9, выбирается максимально допустимым конструкцией установки и может составлять 83-85, что обеспечивает минимальное рассеивание излучения на топологии, максимальное отражение от верхней поверхности технологических пленок и, как следствие, минимальную погрешность фокусировки. Уменьшить рассеивание излучения на топологии и погрешность фокусировки позволяет применение в качестве источника излучения светодиодного излучателя с длиной волны инфракрасного диапазона, например 850-950 нм. Значительное снижение ошибок фокусировки, связанных с интерференцией в тонких пленках, дает то, что излучение светодиода, по сравнению с лазерным излучением прототипа, является немонохроматическим и некогерентным. Далее линза 5 перестраивает отраженное от подложки 9 изображение маски 3 в плоскость ПЗС (прибор с зарядовой связью) фотоприемника 10. Диафрагма 4 экранирует рассеянное на топологии подложки 9 излучение, согласует апертуру и осуществляет пространственную фильтрацию высокочастотных составляющих в изображении маски 3 на ПЗС фотоприемнике 10. Маска 3 выполнена в виде набора нерегулярно расположенных горизонтальных прозрачных щелей, которые перестраиваются линзой 5 на различные участки подложки 9,3 63022010.06.30 имеющие разную высоту микронеровностей, что позволяет усреднить профиль подложки 9 и значительно снизить влияние топологии. При изменении расстояния от проекционного объектива 8 до подложки 9 изображение маски 3, отраженное от подложки, смещается по ПЗС фотоприемника 10. Выходной сигнал ПЗС фотоприемника 10 поступает на блок определения вертикального положения подложки 11, который производит расчет текущей координаты поверхности подложки и ее отклонение от заданной координаты. Блок управления координатным столом 12 управляет координатным столом 7 и отрабатывает изменения положения плоскости подложки 9. Предложенное техническое решение позволяет повысить точность работы устройства автоматической фокусировки за счет снижения влияния топологии и технологических слоев, повысить выход годных и может быть использовано в любых областях науки и техники для точного фокусирования объектива на поверхность обрабатываемой подложки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4