DE2050422A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schrei ben von Maskenmustern mit Hilfe von Licht auf einem photographischen Material - Google Patents

Description

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Anmelder: if V. P '!Ü'T uu.;.-u.ftuitiN«-;.j.i.civEN 20504

Akie: pHN- 4380
Anmeldung vom: 12.Okt.1970 PHN. 438θ.

Va / WJM.

Verfahren und Vorrichtung zum Schreiben von Maskenmustern mit Hilfe von Licht auf einem photographischen Material.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schreiben von Maskenmustern mit Hilfe von Licht auf einem photographischen Material, bei dem mittels einer grundsätzlich rechteckigen Öffnung mit dem von einer Lichtquelle ,herrührenden Licht ein Lichtfleck gebildet wird, der in Bahnen, die den zu schreibenden Maskenmustern entsprechen, über das photographische Material bewegt wird.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zum Schreiben von Maskenmustern mit Hilfe von Licht auf einem photographischen Material. Unter "Licht" ist hier eine elektromagnetische Schwingung mit Wellenlängen zwischen 0,2 /um und 2 /um zu verstehen.

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Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen und Massenspeichern werden Photomasken verwendet. Da diese in bezug auf die Abmessungen strengen Anforderungen entsprechen müssen, werden bei der Herstellung von Photomasken zunächst Muster dieser Photomasken mit grosser Genauigkeit in vergrössertem Masstab gezeichnet und nachher auf photographischem Wege auf die verlangten Abmessungen verkleinert.

Nach einem bekannten Verfahren (siehe z.B. den

Artikel "Mask manufacture for integrated circuits" in "Western Electric Engineer", Heft XI, Nr. 4, S. 35 - 37) wird das gewünschte Muster zunächst von einer numerisch gesteuerten Zeichenmaschine aus der oberen Schicht einer zweilagigen Kunststoffolie von z.B. 120 χ 12Ο cm ausgeschnitten. Mit einer festen Kameraanordnung wird, nachdem die obere Schicht örtlich abgeschält, d.h. das undurchsichtige Material innerhalb der geschnittenen Umrisse entfernt worden ist, das Muster z.B. 30 mal verkleinert. Das so erhaltene Maskenmuster wird dann in einer sogenannten Repetierkamera weiter, z.B. IO mal, verkleinert und sehr viele Male nacheinander an verschiedenen Stellen auf einer photographischen Platte abgebildet, so dass auf dieser Platte eine Vielzahl gleicher Maskenmuster der gewünschten Grosse erhalten werden.

Die einzige nicht-automatisierte Stufe dieses Verfahrens ist das örtliche Abschälen der undurchsichtigen oberen Schicht der Kunststoffolie - eine genaue und viel Zeit beanspruchende Bearbeitung. Das Abschälen erfordert eine Zeit, die die Zeichenzeit meistens weitaus übersteigt.

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Das obenbeschriebene Verfahren erfordert ausserdem einen grossen Arbeitsraum»

Dadurch, dass die ursprünglichen Maskenmuster mit Hilfe von Licht geschrieben und nicht in eine Kunstoffolie geschnitten werden, lässt sich erreichen, dass:

1. die nicht-automatisierte Abschälstufe weggelassen werden kann, so dass:

a. eine erhebliche Zeitersparung bei der Herstellung von Photomasken erhalten werden kann,

b. keine Fehler in den endgültigen Photomasken infolge von Irrtümern beim Abschälen der Kunststofffolie auftreten;

2. die Abmessungen des ursprünglichen grossen geschriebenen Musters mit der gleichen oder sogar einer verbesserten endgültigen Genauigkeit viel kleiner gehalten werden können, so dass:

a. keine Zwischenverkleinerung erforderlich ist,

b. die zum Schreiben des ursprünglichen grossen Musters erforderliche Zeit um z.B. einen Faktor 10 verkürzt werden kann.

Die Husterelenente der zu schreibenden Maskenmuster müssen über ihre ganze Länge eine vorgeschriebene Breite aufweisen. Die Stelle des Übergangs schwaratransparent an einer Bahn ist von der Stelle des Übergangs Lichtenergie keine Lichtenergie, aber - weil dieser Übergang in der Praxis etwas verschwommen ist — auch von der Lichtenergiemenge abhängig. Die Stelle, an der in einem Übergang transparent/

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schwarz z.B. eine Schwärzung 2 erreicht wird, ist nämlich von der Stelle abhängig, an der in diesem Übergang eine einer Schwärzung 2 entsprechende Belichtungsenergie vorhanden ist. Die Regelung der Stellen der Übergänge schwarz/transparent an einer Bahn erfordert, dass die Belichtungsenergie geregelt werden kann. Die Belichtungsenergie ist von der Belichtungsstärke auf dem photographischen Material und von der Belichtungszeit abhängig.

Beim Schrieben mit Hilfe von Licht kann von zwei Grundsätzen ausgegangen werden. Erstens kann mit einem in bezug auf das photographische Material stillstehenden Lichtfleck oder mit einem scheinbar stillstehenden Lichtfleck belichtet werden, indem während der Bewegung mit einem Lichtimpuls sehr kurzer Dauer belichtet wird. Zweitens kann mit einem sich in bezug auf das photographische Material bewegenden Lichtfleck belichtet werden.

Bei Belichtung mit einem stillstehenden Lichtfleck bereitet das Aufrechterhalten einer konstanten Belichtungsenergie grundsätzlich keine Schwierigkeiten. Die stationäre Belichtung ist u.a. aus: "Advances in computer generation of master artwork for microminiature circuits", S.C.P. and Solid State Techn. (Heft JjO, Nr. 7, JuIi 1967, S. 31 - ^k) bekannt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die erreichbare Freiheit in bezug auf die Geometrie sehr beschränkt ist. Im Zusammenhang mit der für den Aufbau des ganzen Maskenmusters erforderlichen Zeit muss bei diesem Verfahren die Geometrie aus einer verhältnismässig beschränk-

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ten Anzahl von Rechtecken auTgeoaut werden.

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Bei kontinuierlicher Belichtung mit einem sich in bezug auf cias photographische Material bewegenden Lichtfleck wird die Belichtungszeit durch f = 1^f/v gegeben, wobei 1* die Länge in der Schreibrichtung des Lichtflecks und ν die Schreibgeschwindigkeit darstellt. Ohne besondere Massnahmen wird infolge der am Anfang und am Ende einer geschriebenen Zeile auftretenden Beschleunigungen und Verzögerungen t einen unerwünschten Wert annehmen. Der sich ergebende unerwünschte \ Effekt kann teilweise durch Anpassung der Belichtungsstärke behoben werden.

In "Microcircuit photomasks from automatic techniques" in "I.E.E.E. transactions on electron devices", Heft ED 12, Nr. 12, Dezember 1965, S. 638 - 643 wird ein Verfahren zum Schreiben von Photomasken mit einem sich bewegenden Lichtfleck beschrieben, wobei eine Lösung für diese Schwierigkeit angegeben wird. Ein Lichtfleck grundsätzlich konstanter Länge wird grundsätzlich mit gleichmässiger Geschwindig- ^ keit über das photographische Material bewegt. An Stellen, die nicht belichtet werden sollen, ist der Lichtfleck mit einer Verschlussplatte abgedeckt. An einer Stelle, an der ein Musterelement anfangen oder enden muss, wird die Verschlussplatte derart bewegt, dass der Übergang hell/dunkel im Lichtfleck zeitweilig in bezug auf das photographische Material stillsteht. Auf diese Weise kann über die ganze Länge eines zu schreibenden Musterelements eine konstante Belichtungsenergie pro Oberflächeneinheit erzielt werden. Zum Erhalten einer hohen Bildgüte wird in Projektion belichtet. Die den Lichtfleck definierende Öffnung und die

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Verschlussplatte befinden sich beide im Projektionssystem und werden von diesen System in verkleinertem Hasstab abgebildet. Das Projektionssystem als ganzes bewegt sich, in bezug auf das photograph!sehe Material. Am Anfang und am Ende eines Musterelements nuss mit grosser Genauigkeit eine Bewegung der Verschlussplatte in bezug auf die den Lichtfleck definierende Öffnung vollführt werden, welche Bewegung der Geschwindigkeit angepasst sein nuss, mit der das Projektionssystem als ganzes in bezug auf das photographische Material bewegt wird. Jn der verwickelten Ansteuerung können leicht Anpassungsfehler auftreten, die dann Fehler in den Stellen des Anfangs und des Endes eines Musterelements herbeiführen. Ein wesentlicher Nachteil besteht weiter darin, dass Beschleunigungen und Verzögerungen des Lichtflecks in bezug auf das photographische Material ausserhalb des Zeilenelements erfolgen, was einen Zeitverlust mit sich bringt.

Die Erfindung schafft ein einfaches Verfahren zum Schreiben von Maskennustern mit Hilfe von Licht, bei den die obenerwähnten Nachteile nicht auftreten. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Lichtflecks in der Schreibrichtung durch zwei Begrenzungen bestimmt wird, die gesondert derart gesteuert werden, dass für jedes Infinitesimalelement eines zu schreibenden Musterelements die zwischen dem Auftreffen der Anfangsbegrenzung des Lichtflecks und dem Auftreffen der Endbegrenzung des Lichtflecks auf das betreffende Infinitesimalelement verlaufende Zeit gleich ist - unabhängig von den Beschleunigungen oder Verzögerungen

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in der Bewegung des Lichtflecks über das photographische Material das beschrieben werden soll. Die Belichtungszeit ist dann für jedes Infinitesimalelement gleich. Bei Anwendung einer konstanten Belichtungsstärke ist auch die Belichtungsenergie für jedes Infinitesimalelement des geschriebenen Musterelements gleich.

Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemassen

Verfahrens wird die Breite quer zur Schreibrichtung des ä

Lichtflecks durch zwei einstellbare Querbegrenzungen bestimmt, die in der gleichen oder nahezu der gleichen Ebene wie die Anfangs- und die Endbegrenzung liegen.

Die Anfangs— und die Endbegrenzung und die Querbegrenzungen können sich materiell in sehr geringer Entfernung von dem photographischen Material befinden. Es ist aber günstiger, die Begrenzungen in einiger Entfernung von dem photographischen Material anzubringen und sie mit Hilfe eines Linsensystems in verkleinertem Masstab abzubilden.

In einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ™ nach der Erfindung werden die Anfangs- und die Endbegrenzung durch zwei im Lichtweg von der Lichtquelle zu dem beim Schreiben vorhandenen photographischen Material angebrachte Messer gebildet, von denen während des Schreibvorgangs eines in bezug auf ein den Lichtfleck abbildendes optisches System fest angeordnet ist, während das andere in bezug auf dieses optische System bewegbar ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung werden die Querbegrenzungen durch

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je einen einer Anzahl transparenter Spalte verschiedener Länge gebildet, die in radialer Richtung in einer undurchsichtigen Scheibe angebracht sind, welche um eine zu ihr senkrechte Achse drehbar ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens befindet sich im Lichtweg zwischen den Begrenzungen und dem Linsensystem ein in einer drehbaren Trommel montiertes Spiegelsystem, dessen Drehachse nahezu mit der optischen Achse des Linsensystems zusammenfällt. Durch diese Massnahme kann in jeder beliebigen Richtung geschrieben werden, so dass in bezug auf die Geometrie eine vollständige Freiheit besteht. Das Spiegelsystem kann aus einem Spiegelprisma und einem flachen Spiegel bestehen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figuren 1 und 2 eine Erläuterung des Prinzips der Erfindung;

Figur 3 eine Vorderansicht der Vorrichtung nach der Erfindung, und

Figur k eine Draufsicht längs der Linie ZZ¹ der Figur 3 auf die Vorrichtung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist die photographische Platte, auf der die Maskenmuster geschrieben werden müssen, mit 1 bezeichnet. Die x-Richtung ist die Richtung, in der der Lichtfleck über das photographische Material bewegt wird. Die. photographische Platte an sich kann in einer Richtung y senkrecht zu der

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x-Richtung, also in Fig. 1 senkrecht zu der Zeichnungsebene, bewegt werden. Der Lichtfleck wird in der Schreibrichtung von den "Messern" A¹ und B¹ begrenzt. Diese "Messer" A¹ und B¹ sind keine materielle Messer, sondern die von dem Linsensystem 7 erzeugten Abbilder der materiellen Messer A und B. (Siehe Fig. 3).

Das Messerbild A¹ wird nach einer Funktion ^

x_A, = f(t)
bewegt.

Wenn nun das Messerbild B¹ in bezug auf das Messerbild A¹ mit einer konstanten Zeitverzögerung f , also nach einer Funktion

x_B, = g(t) = f(t -τ )

bewegt wird, ist die Belichtungszeit für das ganze Musterelement O ^ χ 4äs X₁ gleich.

Dies ist aus Fig. 2 ersichtlich, in der die Kurven

2 und 3 die von dem Messerbild A· bzw. dem Messerbild B' %

zurückgelegte Strecke als Funktion der Zeit darstellen. Die Funktion:
x_A, = f(t)

braucht nur die Forderung zu erfüllen, dass sie kontinuierlich ist und in t gleichmässig zunimmt. Für einen beliebigen Punkt χ = a mit. O ^ a ^ X₁ gilt für den Anfang der Belichtung, dass

^f^Anfang* = ^{a ist} <¹>

und für das Ende der Belichtung, dass!

* ^f(tEnde ^ > " ^{a iat}

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Aus (i) und (2) folgt dann, dass:

t_ , - t. „ = T ist.
Ende Anfang

Die Belichtungszeit (t_ .. . . = t„ . - t. „ ) ^& * Belichtung Ende Anfang⁷

also für jedes 0 ί= χ Ax₁ konstant und gleich T .

Jedes Bildelement kann mit stillstehendem Lichtfleck geschrieben werden, was für die insgesamt benötigte Schreibzeit und für die Freiheit in bezug auf die Geometrie iroxi Bedeutung ist.

Das Verfahren nach der Erfindung kann mit Hilfe einer Vorrichtung nach Fig. 3 durchgeführt werden. In der Vorrichtung nach Fig. 3 wird das von der Lichtquelle k herrührende Licht von der Kondensorlinse 5 auf einen der Spalte der Scheibe 6 konzentriert. Nach Durchgang durch diesen Spalt fallt das Lichtbündel durch die öffnung zwischen den materiellen Messern A und B, die · sich in unmittelbarer Nähe der Scheibe 6 befinden. Die Messer A und B und der sich zwischen dien Messern befindende Teil des betreffenden Spaltes werden vom Objektiv 7 abgebildet; A· ist das Bild von A, B¹ das Bild von B.

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die Scheibe 6 und auf die Messer A und B längs der Linie ZZ¹ der Fig. 3. Diese Scheibe enthält eine Anzahl radial verlaufender Spalte S verschiedener Länge. Durch Verdrehung der Scheibe wird einer der Spalte unmittelbar oberhalb der Messer A und B gebracht. Die Länge dieses Spaltes bedingt die Breite des zu schreibanden Bildelements.

Durch passende Wahl des Abstands einerseits

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zwischen den Messern A und B und dem Linsensystem 7 und andererseits zwischen dem Linsensystem 7 und der photographischen Platte 1 wird auf der.photographischen Platte 1 ein scharfes und verkleinertes Bild der Öffnung zwischen den Messern A und B erhalten.

Das Projektionssystem (4,5t7) und die drehbare Scheibe 6 können zusammen in der Schreibrichtung χ in bezug

auf das photograph!sehe Material bewegt werden, z.B. dadurch, dass das photograph!sehe Material in seiner eigenen Ebene bewegt wird. Das Messer Ä ist in bezug auf die optische Achse fest angeordnet und folgt also der Bewegung des Projektionssystems. Das Messer B ist aber in bezug auf das Projektionssystem und somit auch in bezug auf das Messer A bewegbar. Die gewünschte absolute Bewegung des Messers B und die gewünschte relative Bewegung in bezug auf das Messer A werden in einer nicht dargestellten Vorrichtung berechnet und die sich aus der Berechnung ergebenden Signale werden M

dem Steuerelement des Messers B (in den Figuren 3 und k mit 8 bezeichnet) zugeführt.

In dem in Figuren 3' und 4 betrachteten Fall wird von links nach rechts geschrieben. Selbstverständlich kann auch von rechts nach links geschrieben werden. Dabei nimmt das Messer B in bezug auf das Projektionssystem eine feste Lage ein und ist das Messer A in bezug auf dieses System bewegbar. Gegebenenfalls können auch die beiden Messer A und B gesteuert werden.

e Zwischen den Messern A und B und dem Objektiv

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befindet sich ein in einer drehbaren Trommel 9 montiertes Spiegelsystem. Die Drehachse fällt nahezu mit der optischen ' Achse des Linsensystems 7 zusammen. Das Spiegelsystem besteht aus einem Spiegelprisma 10 und einem flachen Spiegel 11. Das einfällende Bündel wird zunächst von der spiegelnden Fläche 12 auf den flachen Spiegel 11 reflektiert. Dieser Spiegel reflektiert das Bündel auf die spiegelnde Fläche 13, ^ die das Bündel schliesslich auf das Linsensystem 7 richtet.

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Wenn die Trommel 9 und somit das Spiegelsystem 10,11 verdreht werden, drehen sich A¹ und B·. Auf diese Weise kann in jeder beliebigen Richtung geschrieben werden.

Bei einer praktischen Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung konnte ein Feld von 200 χ 200 mm² mit einer Schreibgeschwindigkeit von 10 mm/Sekunde und mit Beschleunigungen und Verzögerungen in der Schr^ibbewegung von 1 m/sek² beschrieben werden. Die Wiederholungsgenauigkeit betrug 0,5 nun. Man konnte aus 199 Schreibbreiten W wählen, wobei die maximale Schreibbreite 1900 /um und die minimale Schreibbreite 2 /um war.

Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung liegen auf dem Gebiet der Herstellung von Photomasken im allgemeinen und insbesondere von Photomasken für integrierte Schaltungen und Massenspeicher.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung können aber auch verwendet werden um direkt ein Muster auf einen photographischen Material zu schreiben

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ohne dabei durch, eine Photomaske zu beleuchten. Dabei wäre zu denken an das Schreiben eines Leitungsmusters auf einer Platte von Halbleitermaterial, in welcher Platte schon elektrische Komponenten, wie z.B. Transistoren, u.d., angebracht sind um diese Elemente in gewünschter Weise miteinander zu verbinden "diseretionary wiring approach").

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Claims (1)

1. PHN. 438O. - 14 PATENTANSPRÜCHE.

   λ .1 Verfahren zum Schreiben von Maskenmustern mit Hilfe von Licht auf einem photographischen Material, bei dem mittels einer grundsätzlich rechteckigen Öffnung von dem von einer Lichtquelle herrührenden Licht ein Lichtfleck gebildet wird, der in Bahnen, die den zu schreibenden Maskenmustern entsprechen, über das photographische Material bell wegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Lichtflecks in der Schreibrichtung durch zwei Begrenzungen bestimmt wird, die gesondert derart gesteuert werden, dass für jedes Infinitesimalelement eines zu schreibenden Musterelements die zwischen dem Auftreffen der Anfangsbegrenzung des Lichtflecks und dem Auftreffen der Endbegrenzung des Lichtflecks auf das betreffende Infinitesimalelement verlaufende Zeit gleich ist - Unabhängig von Beschleunigungen und Verzögerungen in der Bewegung dee Lichtflecks über das <^ photographische Material das beschrieben werden soll.

   2. Verfahren nach Anspruch, 1» dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Lichtflecks quer zur Schreibrichtung durch zwei einstellbare Querb#grenzungen bestimmt wird, die in der gleichen, oder nahezu dar gleichen Ebene wie die Anfangs- und die Indbegrenzung liegen.

   3, Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungen über ein Linsensystem auf das photographische Material projiziert werden,

   k. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrene zum Schreiben von Maskenmuatern mit Hilfe von Licht nach den

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   Ansprüchen 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lichtweg von der Lichtquelle zu dem wahrend des Schreibvorgangs vorhandenen photographischen Material zwei Messer angeordnet sind, von denen während des Schreibvorgangs eines in bezug auf ein den Lichtfleck bildendes optisches System fest angeordnet ist, während das andere in bezug auf dieses optische System bewegt' **»

   5. Vorrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, dass die Querbegrenzungen durch je einen einer Anzahl transparenter Spalte verschiedener Länge gebildet werden, die in radialer Richtung in einer undurchsichtigen Scheibe angebracht sind, die um eine zu ihr senkrechte Achse drehbar ist.

   6. Vorrichtung nach Anspruch k oder 5» dadurch gekennzeichnet, dass sich im Lichtweg zwischen den Begrenzungen und dem Linsensystem ein in einer drehbaren Trommel montiertes Spiegelsystem befindet, dessen Drehachse nahezu

   mit der optischen Achse des Linsensystems zusammenfällt. A

   7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelsystem aus einem Spiegelprisma und einem flachen Spiegel besteht.

   8. Durch das Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 hergestelltes Maskenmuster,

   9· Mit Hilfe der Vorrichtung nach Anspruch h, 51 ό oder 7 hergestelltes Maskenmuster»

   10. Aus einem Maskenmuster nach Anspruch 8 oder 9 hergestellte Photomaske.

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