Широкоформатная система экспонирования

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Государственное Научно-производственное предприятие Конструкторское бюро точного электронного машиностроения - Оптикомеханическое оборудование(73) Патентообладатель Государственное Научнопроизводственное предприятие Конструкторское бюро точного электронного машиностроения Оптико-механическое оборудование(57) 1. Широкоформатная система экспонирования, содержащая корпус с закрепленной на нм оптической проекционной системой с источником экспонирующего излучения, затворами и проекционным объективом, шторчатую диафрагму, координатный стол пластин с лазерными интерферометрами и систему фотоэлектрических датчиков для совмещения пластины с изображением и его автоматической фокусировки, отличающаяся тем, что она содержит координатный стол шаблонов с лазерными интерферометрами, промежуточный объектив, по меньшей мере один датчик предварительного и датчик точного совмещения шаблона, а корпус е выполнен в виде двух расположенных друг над другом балок, предпочтительно из твердокаменных пород, и стоек, также из твердокаменных пород, жестко связанных с балками и посредством демпферных элементов - с основанием, при 2658 1 этом шторчатая диафрагма расположена над верхней балкой корпуса, координатный стол шаблонов - между балками, промежуточный и проекционный объективы выполнены зеркально-линзовыми с зеркалами наружного отражения на выходе и входе и расположены на боковых гранях верхней и нижней балок соответственно, на последней из которых также расположены лазерные интерферометры, датчики предварительного и точного совмещения шаблонов, датчики совмещения пластины и автоматической фокусировки, а координатный стол пластины расположен под нижней балкой. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что линзы и сферические зеркала промежуточного и проекционного объективов выполнены с неконцентрическими поверхностями. 3. Система по пп.1, 2, отличающаяся тем, что линзы промежуточного и проекционного объективов выполнены из стекла с числом Аббе более 70. 4. Система по пп.1, 2, отличающаяся тем, что отрицательная линза проекционного объектива выполнена из стекла с показателем преломления большим, чем показатель преломления стекла его линз. Изобретение относится к технологическому оборудованию для производства плоскопанельных дисплеев(ППД), в частности, для экспонирования светочувствительных пленок, покрывающих поверхность заготовок панелей в процессах фотолитографии, методом последовательного экспонирования фрагментов, из которых образуется весь гравируемый фотолитографический рисунок. Большие размеры современных ППД (свыше 10 по диагонали), высокие требования по разрешению и точности совмещения последовательно гравируемых слоев делают практически невозможным применение других методов экспонирования рисунков, кроме сшивки из последовательно гравируемых фрагментов. Установки для такого экспонирования разработаны и выпускаются фирмамии(США).Это весьма сложные и дорогие в эксплуатации системы с ограниченной большими потерями в оптической системе производительностью и ограниченностью информации, содержащейся на подготовленных к экспонированию шаблонах. Известен монтажный мультипликатор -301 фирмы 1. Его координатный стол имеет ход 550 х 450 мм, проектный линзовый объектив обеспечивает разрешение одиночных элементов до 2,4 мкм на поле 141,42 мм(100100 мм), так, что максимальная область экспонирования составляет 650 х 550 мм. Производительность достигается 60 пар/час панелей ЖК экранов с диагональю 10,4. Имеется библиотека на 13 защищенных пеликулами промежуточных фотошаблонов (ПФО), которых система смены ПФО перегружает в проекционную систему и базирует. В осветителе имеется переменная диафрагма, позволяющая осветить любой прямоугольный участок в пределах поля объектива, для выбора экспонируемого фрагмента. В осветителе имеется оптика для передачи изображения переменной диафрагмы в плоскость ПФО. В указанном мультипликаторе экспонирование каждого экрана,размер которого не вписывается в рабочее поле объектива, требует смены и базирования ПФО, что снижает производительность. Линзовый проекционный объектив представляет собой весьма сложную систему большого числа толстых линз, на которых теряется большая часть энергии излучения. Поглощаемая объективом энергия разогревает его, что недопустимо. Приходится применять специальную систему стабилизации температурного режима оптики. Сшивка фрагментов (монтаж) в мультипликаторе осуществляется встык. При этом из-за дисторсии объектива и погрешности координатного стола происходит наложение и разрыв, что снижает производительность и качество монтажа. Ближайшим прототипом является система экспонирования 2. Она имеет корпус, на котором закреплен линзовый проекционный объектив с большим полем изображения, мощный источник экспонирующего излучения с осветительной оптической системой, шторчатую диафрагму, систему оперативной смены шаблонов на четыре позиции с устройством их базирования, библиотеку шаблонов и манипулятор для шаблонов между библиотекой и системой смены шаблонов, координатный стол пластин с лазерным интерферометром, системы совмещения пластин и автофокусировки. Недостатками прототипа является - большие потери света в линзовом объективе, неполное использование площади шаблона, заметная граница стыковки фрагментов и высокая чувствительность к вибрациям. Это приводит к ограничению по максимальному размеру панелей и снижению качества плоскопанельных дисплеев. Задачей изобретения является получение плоскопараллельных дисплеев больших размеров (более 10 по диагонали ) и повышение их качества. Поставленная задача достигается тем, что широкоформатная система экспонирования содержит корпус с закрепленной на нем оптической проекционной системой с источником экспонирующего излучения, затворами и проекционным объективом, шторчатую диафрагму, координатный стол, систему фотоэлектрических датчиков для совмещения пластин с изображением и его автоматической фокусировки, и в нее введены, координатный стол шабло 2 2658 1 нов с лазерными интерферометрами, промежуточный, объектив, по меньшей море один датчик предварительного и датчик точного совмещения шаблона, а корпус выполнен в виде двух, расположенных друг над другом балок,предпочтительно из твердокаменных пород, и стоек, также из твердокаменных пород, жестко связанных с балками, и посредством демферных элементов - с основанием, при этом шторчатая диафрагма расположена над верхней балкой корпуса, координатный стол шаблонов - между балками, промежуточный и проекционный объективы выполнены зеркально - линзовыми с зеркалами наружного отражения на выходе и входе и расположены на боковых гранях верхней и нижней балок соответственно, на последней из которых также расположены лазерные интерферометры, датчики предварительного и точного совмещения шаблонов, датчики совмещения пластин и автоматической фокусировки, а координатный стол пластин расположен под нижней балкой. Линзы и сферические зеркала промежуточного и проекционного объективов выполнены с неконцентричными поверхностями. Коллективные линзы промежуточного и проекционного объективов выполнены из стекла с числом Аббе более 70. Отрицательная линза проекционного объектива выполнена из стекла с показателем преломления большим, чем показатель преломления стекла его линз. Предложенное техническое решение позволяет получить плоскопараллельные дисплеи больших размеров, повысить их качество, снизить эксплуатационную стоимость и повысить производительность системы. Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена общая схема системы экспонирования на фиг. 2 схематически изображен координатный стол шаблонов (вид сверху) на фиг 3 показана структура шаблона на фиг. 4 изображена схема датчика предварительного совмещения шаблона на фиг 5 изображена схема точного совмещения шаблонов на фиг. 6 изображен принцип сшивки фрагментов с наложением. Широкоформатная система экспонирования содержит корпус, выполненный в виде расположенных друг над другом балок, верхней 1 (фиг. 1) и нижней 2, предпочтительно из твердокаменных пород, и стоек 3, также из твердокаменных пород, жестко связанных с балками 1 и 2, и посредством демпферных элементов 4 - с основанием 5 оптическую проекционную систему 6 с источником экспонирующего излучения и затвором, шторчатую диафрагму 7, расположенную над верхней, балкой 1 корпуса промежуточный объектив, выполненный зеркально - линзовым и содержащий призму 8 с зеркалами наружного отражения на входе и выходе, линзу 9 и сферическое зеркало 10, закрепленных на боковой грани верхней балки 1 корпуса координатный стол шаблонов 11 расположенный между балками 1 и 2 корпуса, несет четыре фотошаблона 12, загружаемых из библиотеки (на чертеже не показано) под контролем датчиков предварительного 13 и точного 14 совмещения а перемещение стола 11 контролируется лазерными интерферометрами 15 проекционный объектив, выполненный зеркально - линзовым и содержащий призму 16 с зеркалами наружного отражения на входе и выходе 17,отрицательную линзу 18 и сферическое зеркало 19, закрепленное на боковой грани нижней балки 2 корпуса координатный стол пластин 20 с пластиной 21 расположен под нижней балкой 2 корпуса. Совмещение пластины контролируется датчиками 22, перемещение стола 20 контролируется лазерными интерферометрами 23, закрепленными на нижней балке 2 корпуса, на который также закреплены датчики фокусировки (на чертеже не показано). Линза 9 и сферическое зеркало 10 промежуточного объектива, и линза 17, и сферическое зеркало 19 проекционного объектива выполнены с неконцентрическими поверхностями, а для исправления хроматизма - из отекла с числом Аббе более 70. Отрицательная линза 18 проекционного объектива для исправления астигматизма выполнена из стекла с показателем преломления большим чем показатель преломления стекла его линзы 17. Координатный стол шаблонов 11 содержит индуктор (фиг. 2), гнезда с канавками 25 и упоры 26 для разделения шаблонов 11. На координатном столе 11 расположены зеркала лазерных интерферометров 27 отсчета перемещения. Шаблон 12 (фиг. 3) содержит два знака предварительного 28 и точного 29 совмещения, рабочее поле 30 ограничивается рамкой пеликулы 31. При отсутствии координатного стола 11 поле шаблона ограничивается полем объектива, например, окружностью 32. Датчики предварительного 13 и точного 14 совмещения шаблона 12, содержат (фиг. 4 и фиг. 5) светоизлучающий диод 33, который освещает крестообразный знак 28 в датчике предварительного совмещения 13 или более сложный знак 29 в датчике точного совмещения 14, линзу 34, счетверенный фотопримник 35 в датчике предварительного совмещения, а в датчике точного совмещения изображение знака 29 фокусируется на маске 36, за которой расположен фотопримник 37. Широкоформатная система экспонирования работает следующим образом. Перед началом работы системы на координатный стол шаблонов 11 (фиг. 1) из библиотеки (на чертеже не показано) загружают четыре фотошаблона 12. При загрузке фотошаблонов производят предварительное совмещение фотошаблонов 12 с помощью датчиков предварительного совмещения 13. 2658 1 После этого определяют точное положение фотошаблонов 12. Для этого перемещают координатный стол шаблонов 11 так, чтобы каждый из четырех фотошаблонов, размещенных на координатном столе 11, прошел над датчиком точного совмещения 14. Перемещение координатного стола шаблонов 11 контролируют лазерными интерферометрами 15. После завершения совмещения фотошаблонов 12, координатный стол шаблонов 11 перемещает один из шаблонов 12 в зону экспонирования проекционного объектива (элементы объектива 16,17,18 и 19). Затем шторчатая диафрагма 7 выделяет для экспонирования фрагмент необходимого размера, а промежуточный объектив (элементы 8,9 и 10) перестраивает изображение шторок диафрагмы 7 в плоскость фотошаблона 12 в масштабе 11. В то же время на координатный стол пластин 20 загружают пластину 21 и производят предварительное совмещение, (на чертеже не показано), а затем производят е выравнивание по датчикам фокусировки (на чертеже не показано). Перемещение координатного стола пластин 20 контролируют лазерными интерферометрами 23. Затем стол пластин 20 перемещают в зону датчиков совмещения 22, где происходит совмещение пластины 21. После совмещения стол пластин 20 перемещают в зону экспонирования, включается проекционная осветительная система 6, открывается затвор (на чертеже не показано), на пластину 21 впечатывается первый фрагмент,затем стол пластин 20 перемещается и этот же фрагмент впечатывается в другое место пластины 21 и так далее,пока этот фрагмент не будет размультиплицирован п всей пластине 21. По окончании этой операции на этом же фотошаблоне 12 выбирается шторчатой диафрагмой 7 другой фрагмент, и он также мультиплицируется п всей пластине 21. Когда все фрагменты с первого фотошаблона 12 будут размультиплицированы на пластине 21, стол шаблонов 11 перемещает в зону экспонирования следующий шаблон 12, и операция экспонирования повторяется до тех пор, пока вся топология не будет перенесена на пластину. После окончания процесса, проэкспонированную пластину 21 со стола 20 выгружают, и на стол 20 загружают новую пластину 21 и процесс продолжают. Датчики предварительного 13 (фиг. 4) и точного 14 (фиг. 5) совмещения работают следующим образом. Свет от светодиода 33 проходит через знак 28 (фиг. 4) и 29 (фиг. 5) на шаблоне 12, а далее - линзу 34 (фиг. 4 и 5), где он фокусируется последний на светочувствительных площадках счетверенного фотоприемника 35 в датчике предварительного совмещения 13 (фиг. 4), при этом вс четыре площадки фотоприемника 35 вырабатывают одинаковый сигнал. В датчике точного совмещения 14 (фиг. 5) изображение знака 29 шаблона 12 фокусируется линзой 34 на маске 33 и поступает на фотоприемник 37. В системе экспонирования применяют метод сшивки фрагментов методом наложения, при котором, после экспозиции фрагмента (фиг.6) стыкуемый с ним фрагмент 1 частично накладывается на предыдущий, образуя зону наложения 38 шириной до 0,5-1,0 мм, в которой рисунки совпадают. Чтобы в зоне наложения не произошла переэкспозиция, величина экспозиции каждого фрагмента НЕ, где Е - плотность энергии в изображении,- время экспонирования, при этом плотность энергии Е в зоне 38 наложения 39 плавно уменьшается к краю. Это достигается тем, что промежуточный объектив (фиг. 1) (элементы 8,9 и 10) создает изображение шторок диафрагмы 7 не на поверхности фотошаблона 12, а на некотором расстоянии от него. В результате, на фотошаблоне 12 изображение края шторок диафрагмы 7 размыто на ширину зоны наложения 38 (фиг. 6). Предложенное техническое решение позволяет повысить производительность в производстве плоскопанельных дисплеев больших размеров (более 10 по диагонали) путем снижения потерь в оптических системах и повышения эффективности использования информационной площади фотошаблонов, повысить качество изготовляемых плоскопанельных дисплеев путем использования метода сшивки с наложением и снизить эксплуатационную стоимость системы за счет снижения требований к условиям эксплуатации системы.