Усилие сжатия пластин регулируется за счет напуска в камеры Сэ и Ск воздуха при подключении клапанов 5 и 15 к дросселю 19 регулятора давления 20, соединенного каналом 21 с распределителем 11. Предварительная настройка регулятора 20 позволяет повысить давление в камерах Сэ и Ск до любого заданного значения в диапазоне 16,5... 100 кПа. Для реализации мягкого контакта давление в камерах под ЭФШ и копией достаточно поднять примерно на 17 кПа (линия DE на графике рис. 7.13), при жестком прижиме давление в этих камерах становится равным атмосферному (линия FQ). Поскольку камеры Сэ и Ск имеют обычно разные объемы, при одинаковой скорости натекания воздуха возможно нарушение в них равенства давлений. В связи с этим применяется дополнительный дроссель 18, который позволяет уравнивать давления в камерах ЭФШ и копии при напуске в них воздуха.

Следует учитывать, что возникновение разницы давлений в камерах С3 и Ск приведет к прогибу пластин ЭФШ и копии и появлению рассовмещений из-за растяжения и сжатия рабочих поверхностей. Поэтому этот параметр постоянно контролируется дифференциальным манометром 24.

Экспонирование проводится после стабилизации давлений под ЭФШ и копией, включение затвора осветителя производится по сигналу командоаппарата или датчика давления, выключение- по команде реле времени. В момент окончания экспонирования включаются клапаны 5 и 15, снова подключая камеры Сэ и Ск к вакууму. Из-за значительного внутреннего сопротивления трубопроводов воздух, откачиваемый из этих камер, не может быть мгновенно удален из вакуумной системы. Это приводит к временному повышению давления во всей системе, в том числе к проникновению воздуха через клапан 10 в камеру С и к повышению в ней давления (точка Н на графике рис. 7.13). Давления в камерах Сэ и Ск падают и на некоторое время становятся ниже, чем в камере С, в связи с чем возникают усилия, разъединяющие ЭФШ и копию. Их окончательное разъединение производится после отключения клапана 25 и соединения клапана 10 с атмосферой. Давление во всех трех камерах начинает возрастать, при этом дроссели 8 и 14 поддерживают его в камерах Сэ и Ск на 17 кПа ниже, чем в камере С. Это создает дополнительные усилия, прижимающие пластины к их уплотнениям и способствующие их разъединению. В момент достижения в камере С атмосферного давления в камерах ЭФШ и копии сохраняется давление на 6,5... 10 кПа ниже атмосферного, что достаточно для их фиксации.

Открывание крышки камеры механизма прижима приводит к выключению клапанов 17 и 15 и подключению их к атмосфере. Давление в камере Ск повышается до атмосферного, копия снимается и заменяется новой заготовкой. Разрежение в камере С 182

:? /5 № 12

Рис. 7.14. Механизмы прижима:

а - с тремя вакуумируемыми камерами; б - с периферийным креплением ЭФШ и РФШ; в, г -схемы деформирования пластин для облегчения вакуумирования и коррекции со-вмещаемости шаблонов

сохраняется, поэтому ЭФШ остается закрепленным на крышке камеры, которая готова к выполнению следующего цикла.

Осветитель 22 (рис. 7.12) установки предназначен для создания равномерного потока ультрафиолетового излучения и включает ртутно-кварцевую лампу с эллиптическим отражателем, фильтр, отделяющий ИК-область спектра, блок растров, полевую диафрагму и конденсор. Подробнее о работе осветителя см. § 7.1.

Механизм прижима (рис. 7.14,а) должен обеспечить равномерный плотный контакт ЭФШ и копии при экспонировании. В корпусе 4 механизма установлены рамочные держатели 1 и 6 с резиновыми кольцевыми уплотнениями 2 и 8 для вакуумного закрепления ЭФШ 13 и копии 14 соответственно. Держатель 1 и стекло 12 закрепляются на крышке 11, после закрепления ЭФШ они обра-

зуют верхнюю герметичную камеру Сэ. Держатель 6 связан с корпусом через мембрану 7, которая ограничивает снизу среднюю камеру С. Применение резиновой мембраны 7 облегчает настройку механизма прижима при использовании заготовок ЭФШ различной толщины.

При закреплении ЭФШ и копии на резиновых кольцевых уплотнениях их положение фиксируется пластинчатыми упорами 9 и 10. Далее следует подключение камеры С к вакуумной системе, в результате чего держатель б на мембране 7 перемещается вверх до контакта упоров 3 и 5 обоих держателей между собой. Окончательный прижим ЭФШ и копии происходит при дальнейшем ва-куумировании камеры С, при этом резиновые уплотнения 2 и 8 прижимают пластины друг к другу.

В рассмотренном механизме прижима давление, действующее на ЭФШ и копию при закреплении, приводит к изгибу пластин в противоположных направлениях. Поэтому при их прижиме друг к другу возможен контакт пластин по узкой периферийной зоне, что затрудняет дальнейшую откачку воздуха из образовавшейся центральной полости. В связи с этим требуется тщательная настройка элементов вакуумно-пневматической системы, особенно регуляторов давления и дросселей, а также применение особо плоских стеклянных пластин в качестве заготовок ЭФШ и копии.

Для исключения прогиба пластин при закреплении может использоваться механизм прижима с кольцевыми вакуумными держателями (рис. 7Л4,б). Закрепление ЭФШ и копии по периферийной кольцевой зоне позволяет обеспечить параллельность пластин перед контактированием. Кроме того, появляется возможность проводить контролируемое деформирование пластин. Это можно использовать, например, для облегчения откачки полости между ними при вакуумировании камеры С (рис. 7.14,в). Возможен также совместный контролируемый изгиб пластин ЭФШ и копии, позволяющий при необходимости провести коррекцию совмещаемо-сти шаблонов в комплекте (рис. 7.14,г),

Современные установки тиражирования позволяют репродуцировать ЭФШ с субмикронными размерами элементов рисунка. Микропроцессорная система не только управляет циклом работы установки, но и стабилизирует температуру в рабочей зоне в пределах 0,5 °С. Типичная техническая характеристика отечественных установок:

Производительность........20 шабл./ч

Размеры фотошаблонов....... 102X102 и 127X127 м2

Толщина фотошаблонов.......1,3 ... 3,5 мм

Размер минимального элемента рисунка . . .0,7 мкм Невоспроизводимость минимального элемента 0,07 мкм

Совмещаемость на базе 60 мм......±0,25 мкм

Неравномерность освещенности рабочего поля 1 %

7.5. УСТАНОВКИ СОВМЕЩЕНИЯ И ЭКСПОНИРОВАНИЯ КОНТАКТНОГО ТИПА

По принципу действия установки совмещения и экспонирования (УСЭ) контактного типа аналогичны ранее рассмотренным установкам размножения рабочих фотошаблонов. Вместе с тем УСЭ должны отвечать ряду дополнительных требований.

Прежде всего при многократном репродуцировании изображений фотошаблонов на полупроводниковую подложку необходимо точно (в пределах 0,5... 1 мкм и менее) совмещать изображение очередного фотошаблона с изображением на подложке.

Необходимо также учитывать, что погрешности формы полупроводниковых подложек (разнотолщинность, клиновидность, неплоскостность) выше, чем у стеклянных заготовок фотошаблонов. Кроме того, на подложки наносятся технологические слои и пленки, они подвергаются высокотемпературным операциям - окислению, эпитаксии, диффузии. Все это ведет к короблению подложек и резкому увеличению их неплоскостности. Это затрудняет обеспечение равномерного контакта подложки с шаблоном при экспонировании.

Наконец, от УСЭ требуется более высокая, по крайней мере на порядок, производительность по сравнению с установками размножения РФШ.

Сложность одновременного удовлетворения этих требований привела к созданию и использованию большого числа моделей УСЭ, отличающихся по степени автоматизации, конструкции отдельных узлов и механизмов. Рассмотрим на примере установки модели ЭМ-576 основные функциональные узлы УСЭ контактного типа.

К ним относятся узел 1 автоматической загрузки-выгрузки и предварительной ориентации подложек, механизмы подготовки совмещения, манипулятор б, микроскоп совмещения 2 и осветитель 3 (рис. 7.15,а). Цикл работы установки задается пультом 4, блок электропневмоавтоматики размещается в тумбе стола 5.

Узлы загрузки, предварительной ориентации и выгрузки подложек производят все манипуляции с подложками в автоматическом цикле без контактирования с их рабочими поверхностями. Подложки из кассеты 1 (рис. 7.15,6) по пневмолотку 2 поступают на позицию предварительной ориентации 3, где производится базирование подложки по ее боковому срезу.

Механизм ориентации подложек выполнен в виде столика, в основании которого просверлены наклонные сопла для сжатого воздуха, поджимающего пластину к роликам 5 и б. Ролик 5 получает вращение от электродвигателя через пару зубчатых шестерен, ролик б не имеет самостоятельного привода. Вращение подложки происходит до упора ее бокового среза в планку 4.

Рис. 7.15. Установка совмещения и экспонирования контактного типа ЭМ-576:

а -общий вид; б - компоновка узлов загрузки, предварительной ориентации выгрузки подложек

После завершения предварительной ориентации подложка вместе со столиком поднимается вверх и прижимается к опорным выступам калибратора 7. Подложка фиксируется вакуумом на калибраторе, переносится им на рабочую позицию и закрепляется на вакуумном подложкодержателе 8. После выполнения операций совмещения и экспонирования подложка по пневмолотку 9 подается к приемной кассете 10.

Механизмы подготовки совмещения предназначены для параллельного выравнивания поверхностей подложки и фотошаблона и установления между ними микрозазора. Эти операции необходимы для качественного выполнения совмещения подложки и фотошаблона, выполняемого с помощью микроскопа. Для увеличения разрешающей способности микроскопа увеличивают апертуру его объектива, однако при этом существенно уменьшается глубина резкости, обратно пропорциональная квадрату апертуры. Для получения разрешающей способности Д=1 мкм необходима апертура А=0,3, при этом глубина резкости Т=7 мкм. Соответственно для Л-0,6 мкм - А=0,5 и Т=2...3 мкм. В результате даже небольшие отклонения по толщине подложек или их клиновидность могут оказаться соизмеримыми с глубиной резкости микроскопа, составляющей в большинстве случаев 5... 20 мкм. При увеличении микрозазора оператор нечетко видит при совмещении рисунки фотошаблона и подложки. При уменьшении микрозазора возрастает вероятность контакта в отдельных зонах, и в результате резко увеличивается износ фотошаблона и повреждение фоторезиста на 186

I / Л У' У' УЛ

у </, у У; у,

у /> У/ / Л -А

Рис. 7.16. Механизм выравнивания поверхностей подложки н фотошаблона

подложке. В связи с этим необходимо обеспечить постоянство микрозазора независимо от разнотолщинности и клиновидности подложек.

Механизмы выравнивания рабочих поверхностей подложки и фотошаблона должны обеспечить поворот подложки относительно любой из осей, проходящих через ее центр, с последующей фиксацией этого положения.

Наиболее простым является механизм в виде гнезда с конической или сферической расточкой (рис. 7.16,а), в котором фиксация сегмента с подложкодержателем в требуемом положении осуществляется за счет сил трения сегмента о гнездо.

Более распространенным является механизм, использованный, в частности, в УСЭ модели ЭМ-576, в виде полусферического подпятника (рис. 7.16,6), в который подается сжатый воздух для взвешивания сегмента на воздушной подушке. При достижении плотного контакта подложки с фотошаблоном сжатый воздух перекрывается, а подключение гнезда к вакууму обеспечивает фиксацию сегмента. Этот механизм обеспечивает минимальное трение между сегментом и гнездом, позволяя за счет этого уменьшить усилие прижима подложки к фотошаблону и его износ. Недостатком механизма является то, что при переключении сжатого воздуха на вакуум возможен разворот подложкодержателя от требуемого положения.

Механизм с тремя самоустанавливающимися фиксируемыми опорами (рис. 7.16,в) конструктивно сложнее предыдущих, поэтому он долгое время не использовался в серийных установках. Вместе с тем этот механизм позволяет выравнивать поверхность подложки при небольшом усилии прижима к фотошаблону и