безэлектродные лампы ВЧ-возбуждения с наполнением ртутью, фосфором, кадмием и буферным газом ксеноном.

Источник излучения помещается в фокусе рефлектора 2, который собирает возможно большую часть общего потока источника и тем самым повышает эффективность осветителя. В качестве рефлектора в основном используются эллиптические зеркала (рис. 7.4,а, в), применяются также сферические рефлекторы и линзовые коллекторы. Из-за наличия в центре зеркала отверстия для установки лампы при выходе из рефлектора в плоскости А наблюдается неравномерное кольцевое распределение освещенности с минимумом в центре. Во втором фокусе рефлектора (плоскость В) интенсивность пучка имеет вид острого пика, однако после коллектора 3, который проецирует изображение светящегося тела источника на бесконечность, освещенность в плоскости С вновь приобретает кольцевое распределение.

Далее световой поток поступает в интегратор 4, который создает многократно повторенные изображения источника. В качестве интегратора могут использоваться матовые стекла, призмы, зеркала, однако наиболее широко применяются линзовые растры, которые представляют собой наборы микролинз, выполненные литьем или прессованием на одной из сторон стеклянной пластины (рис. 7.4,г). Применяются также наборы стеклянных столбиков с выпуклыми сферическими торцами, выполняющими функции микролинз. Столбики обычно имеют вид шестигранных призм (рис. 7.4,д), однако при необходимости освещения рабочего поля прямоугольной формы могут применяться четырехгранные призмы (рис. 7.4,е).

Пара пластин с множеством входных и выходных микролинз или набор столбиковых линзовых элементов со сферическими торцевыми микролинзами образуют блок растров. Независимо от конструкции растрового блока входные и выходные микролинзы блока размещаются соосно в фокальных плоскостях друг друга. Поэтому входные микролинзы изображают участки плоскости С на выходных микролинзах, а те, в свою очередь, проецируют изображения входных линз на бесконечность. В плоскости D формируются световые пятна, являющиеся изображениями отдельных участков плоскости С и воспроизводящие кольцевое распределение освещенности в этой плоскости.

Линза 5 строит изображение микролинз растрового блока 4 в плоскости Е второго растрового блока 7. Высокая равномерность освещенности в этой плоскости достигается за счет наложения и суммирования изображений, создаваемых микролинзами первого растрового блока 4. Коллимированные линзой 6 световые потоки проходят блок растров 7, давая на выходе (плоскость F) пХга изображений плоскости D, где п и m - числа сопряженных пар микролинз в растровых блоках 4 и 7 соответственно.

а) 5) В)

Рис. 7.5. Дифракционное распределение интенсивности при контактном экспонировании точечным источником (а), двумя точечными источниками (б), множеством точечных источников (в)

Выходная линза 8 и конденсор 9 переносят изображения всех nXm изображений источника в виде световых пятен в плоскость G и производят их наложение друг на друга. Этим обеспечивается высокая равномерность освещенности расположенного в этой плоскости промежуточного оригинала 10. В плоскости входного зрачка Н объектива 11, ограниченного диафрагмой 12, распределение освещенности по форме такое же, как в сопряженной с ней плоскости F. Аналогично плоскость I подложки 13 равномерно освещена, как и плоскость G промежуточного оригинала.

Показанная на рис. 7.4,в оптическая схема осветителя для контактного фотоэкспонирования во многом аналогична ранее рассмотренной, элементы 1... 8 обеих схем выполняют одинаковые функции. Контактное фотоэкспонирование ведется параллельным пучком лучей, поэтому в осветителе использован конденсор 14 для коллимирования лучей, выходящих из второго растрового блока. Конденсор проецирует nXm изображений источника, осуществляя их наложение в плоскости фотошаблона 15 и обеспечивая этим его равномерное освещение при экспонировании подложки 16.

Контактное экспонирование проводится в общем случае при наличии между шаблоном и подложкой микрозазора. Он может возникать из-за неплоскостности пластин, попадания между ними микрочастиц и т. д. В связи с этим лучи от точечного источника 1 (рис. 7.5,а) дифрагируют на краях 2 непрозрачных элементов ри-

сунка шаблона, давая характерное неравномерное распределение интенсивности 3. Применение растровых блоков, создающих многократно повторенные изображения источника света, позволяет уменьшить влияние дифракционных явлений. При оптическом имитировании увеличения числа источников получаются два (рис. 7.5,6) или множество (рис. 7.5,в) сходных распределений интенсивности, несколько сдвинутых относительно друг друга. Результирующий профиль 4 становится более равномерным по сечению за счет усреднения дифракционных максимумов и минимумов отдельных распределений.

В осветителях для контактного фотоэкспонирования могут применяться диафрагмы 5 для регулирования апертурного угла источника в пределах 1.. 7° и непрозрачные экраны 6, вырезающие центральные, практически неотклоненные лучи, приводящие к пику в центре кривой распределения интенсивности (рис. 7.5,в).

Оптические системы оптико-механического оборудования включают также фильтры, отделяющие длинноволновую (ИК) часть спектра, холодные зеркала , отражающие УФ-излучение и прозрачные для ИК-лучей, датчики интенсивности излучения, затворы и ряд других деталей и узлов. Их использование в опти-комеханических системах изготовления фотошаблонов и фотолитографии рассмотрено в последующих разделах.

7.2. ОПТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ИЗОБРАЖЕНИЙ

Методы генерирования изображений делятся на два вида: сканирование и фотонабор.

При сканировании луч света построчно сканирует (обегает) поверхность пластины аналогично развертке изображения в телевизоре (рис. 7.6,а). Включение и выключение луча, необходимое для получения заданного топологического рисунка, управляется ЭВМ. Развертку луча осуществляют перемещением стола или отклонением луча системой вращающихся зеркал.

Фотонабор состоит в последовательном экспонировании на фотопластине наборных элементов - квадратов, прямоугольников и других фигур (рис. 7.6,6), формируемых генератором изображений в соответствии с вводимой в ЭВМ информацией.

При одиночном фотонаборе топологический чертеж формируется двумя парами взаимно перпендикулярных шторок наборной диафрагмы (рис. 7.6,в), которая может поворачиваться для изменения наклона элементов. Возможно также использование для этой цели двух шаблонов, содержащих прямоугольные прозрачные окна (рис. 7.6,г).

Групповой набор отличается от одиночного тем, что в нем используются два шаблона с наборами прозрачных прямоугольников (рис. 7.6,д). Изменением взаимного положения шаблонов по-166

4 °) е)

Рис. 7.6. Методы генерирования изображений:

а - сканирование; б - фотонабор; в - одиночный фотонабор с применением наборной диафрагмы; г - фотонабор с применением шаблонов; д - групповой фотонабор; е - фотомонтаж

лучают изображения группового наборного элемента в виде набора прямоугольников или других фигур.

Фотомонтаж предусматривает формирование различных фрагментов топологического чертежа на специальном шаблоне-библиотеке (рис. 7.6,е). Последовательным экспонированием различных фрагментов монтируется топологический рисунок. Наиболее целесообразно использовать монтаж при генерировании изображений топологических рисунков, содержащих большое количество одинаковых фрагментов. К ним относятся, например, топологии матричных БИС: запоминающие устройства, регистры, вентильные матрицы и т. д. При серийном изготовлении таких схем (компенсируются затраты на предварительное изготовление шаблонов-библиотек.

Наиболее широко в современном промышленном производстве ПФО применяются генераторы изображений, использующие метод одиночного фотонабора.

Рассмотрим конструкцию генератора изображений модели ЭМ-559Б, предназначенного для изготовления ПФО методом одиночного фотонабора с остановкой координатного стола во время экспонирования.

Оптико-механическое устройство генератора (рис. 7.7) включает основание 8, четыре стойки 17 и плиту 28, образующие кор-

пус установки. Объектив 7 закреплен непосредственно в основании 8, к которому снизу на трех штангах 18 подвешены фотонаборный механизм 20 и осветитель 15 с лампой 16. Использованная в генераторе бестубусная конструкция оптико-механического устройства позволяет уменьшить погрешность позиционирования из-за вибраций и изменения температуры отдельных узлов или всего устройства.

Сверху на основании 8 размещен координатный стол, перемещающий заготовку ПФО по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Координатный стол содержит каретку 3, перемешающуюся по основанию 8, и каретку 4, перемещающуюся в перпендикулярном направлении по каретке 3. Обе каретки имеют аэростатические направляющие, их приводы выполнены в виде магнитоэлектрических двигателей, каждый из которых состоит из статора 9 и якоря 10. Якорь 10 представляет собой каркас, в который уложена и залита эпоксидной смолой обмотка таким образом, что часть каждого витка пересекает окна каркаса, образуя тонкое проволочное полотно. Это полотно вводится в магнитопровод, образованный постоянным магнитом статора 9. При прохождении по обмотке электрического тока возникает усилие, которое передается каретке. Отсчет перемещений кареток производится датчиками 2 и 6 с помощью дифракционных решеток 1 и 5. Датчики базы 12 и 14 по дифракционным решеткам 11 и 13 периодически контролируют положение и начальную установку кареток координатного стола.

Фотонаборный механизм 20 закреплен на основании 19 и предназначен для генерирования прямоугольных элементов топологии ПФО. Он состоит из двух пар взаимно перпендикулярных шторок 38, каждая из которых закреплена на каретке 33, установленной в направляющих 34. В зазор между кареткой и направляющими подается сжатый воздух, взвешивающий каретку на воздушной подушке. Перемещение шторок в аэростатических направляющих осуществляется с помощью магнитоэлектрического двигателя, якорь 39 которого взаимодействует с постоянным магнитом статора 40. Контроль положения шторок производится с помощью оптических датчиков, каждый из которых включает линейку 35, связанную с кареткой 33, неподвижную растровую маску 36, излучатель 32 и фотоприемник 37.

Поворот диафрагмы, необходимый для получения наклонных элементов, производится электродвигателем 23 через зубчатую передачу 24, 25 и червячную передачу 22, 21. Червячное колесо 21 вращается в шариковых направляющих 30. Для контроля углового положения наборного элемента служит датчик 31. Фотоэлектрический датчик 27 контролирует поворот диафрагмы на требуемый угол, используя для этого вращающийся диск 26 с прорезями.

Пневмосистема установки содержит воздушные фильтры, регуляторы и стабилизаторы давления сжатого воздуха, подаваемого