DE2520809A1 - Zeichengeraet - Google Patents

Description

1. Commissariat ä 1'Energie Atomique, Paris (Frankreich)

2- Societe pour 1'Etude et la Fabrication de Circuits, Integres Speciaux

Grenoble (Frankreich)

Zeichengerät

Die Erfindung betrifft ein Zeichengerät, insbesondere für Masken integrierter Schaltkreise.

Herkömmlich werden die verschiedenen Anordnungen bei der Mikroelektronik gemeinsam oder kollektiv aufgebaut, wobei physikalisch-chemische Fertigungsschritte, wie Diffusion, Vakuumniederschlag bzw. -auftrag, Gravur usw. und Belichtungen des lichtempfindlichen Harzes durch eine Maske abwechseln. Die Fertigungsschritte werden kollektiv bezeichnet, weil die Substrate, auf die die verschiedenen Anordnungen einwirken sollen, im allgemeinen Siliziumscheiben sind, deren Durch-

410-(B 5319.3)-Me-r (8)

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messer die Fertigung mehrerer 10 oder mehrerer 100 Seite an Seite in Zeilen und Spalten einer Matrix angeordneter Anordnungen ermöglicht.

Die große Zahl einheitlicher Anordnungen pro Silizium scheibe ermöglicht eine Kostensenkung bei der Herstellung der Anordnungen in herkömmlicher Weise, da die für die Belichtungs-Fertigungsschritte des lichtempfindlichen Harzes verwendeten Masken eine große Güte der technologischen Fertigungsschritte ermöglichen. Beispielsweise sei ein Diffus ions-Fertigung s schritt betrachtet, der zur Herstellung verschiedener Anordnungen beiträgt. Herkömmlich wird auf der Oberseite der Silizium scheibe eine Siliziumoxidschicht gebildet, z. B. durch thermische Oxidation. Um die Diffusion von Fremdstoffen oder Dotierstoffen in bestimmten Bereichen der Siliziumscheibe zu erreichen, wird das diese Bereiche bedeckende Siliziumoxid beseitigt. Dazu wird eine Fotomaske hergestellt, bei der die Zonen der Fotoplatte geschwärzt werden, die den Stellen entsprechen, an denen die Diffusion erfolgen soll. Die gesamte Siliziumoxidschicht wird mit einem photo- bzw. lichtempfindlichen Harz (Fotolack) bedeckt; auf dieser Schicht wird die Fotomaske aufgelegt, die einer starken Beleuchtung oder Belichtung ausgesetzt wird. Das Licht durchsetzt die lichtdurchlässigen Zonen der Maske und polymerisiert dort das Harz. Eine Flußsäureätzung öffnet Fenster im Siliziumoxid an den Stellen, an denen das Harz zersetzt worden ist. Die Einwirkung eines Gases, das Dotierstoffe der gewünschten Art enthält, auf die auf hoher Temperatur gebrachte Silizium scheibe ermöglicht die Erzeugung von Zonen der gewünschten Art in den vom Siliziumoxid nicht bedeckten Bereichen.

Die Schaltkreise werden in zweierlei Hinsicht immer komplexer;

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einerseits nehmen die Gesämtabmessungen der Siliziumscheibe oder des Siliziumplättchens zu, z. B. kann die Silizium scheibe bisher Abmessungen in der Größenordnung 5x5 mm erreichen; andererseits nehmen im Gegensatz dazu die Abmessungen jedes Bauelements des Schaltkreises, z. B. der Transistoren, ab, bis in die Größenordnung von 5 ^m. Eine der Hauptschwierigkeiten bei der Herstellung von Fotomasken besteht daher im sehr großen Verhältnis zwischen der Gesamtabmessung der herzustellenden Fotomaske und den Abmessungen der zu zeichnenden bzw. zu entwerfenden Einzelheiten.

Herkömmlich werden zahlreiche Geräte zur Herstellung derartiger Masken verwendet. Sie lassen sich in zwei große Gruppen eingliedern. Einerseits in Großmaßstab-Zeichengeräte, bei denen die auf der Fotoplatte erhaltene Zeichnung den Maßstabfaktor 100, 200 oder 500 gegenüber den auf der Silizium scheibe herzustellenden Zeichnungen hat. Andererseits in Kleinmaßstab-Zeichengeräte mit einem Maßstabfaktor von ca. 10 bis 35.

Ein Beispiel der ersten Geräte-Gruppe ist das Gerät nach Gerber. Es ist leicht festzustellen, daß, wenn ein Gerät eine Zeichnung im Maßstab 500 : 1 ergibt und wenn die Siliziumscheibe die Abmessungen 5x5 mm besitzt, die Abmessungen der Fotomaske 2,50 m χ 2,50 m sind. Deshalb besitzt eine Einzelheit der Größenordnung 2 um dann eine Abmessung von 1 mm. Es ist sehr schwer, für den von einer solchen Maske ausgehenden Verkleinerungs-Fertigungsschritt ein Objektiv zu schaffen, das gleichzeitig ein ausreichendes Sehfeld, eine genügend gute Auflösung und einen genügend hohen Kontrast besitzt. Darüber hinaus nimmt die Abmessungsstabilität der Fotoplatte mit der Vergrößerung der Fläche dieser Platte bzw. dieses Films ab. Weiter ist die Ausfüh-

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rungsgeschwindigkeit sehr gering infolge der großen zu durchlaufenden Längsbereiche, um die Gesamtfotografie herzustellen.

Bei der zweiten Geräte-Gruppe kann das Abtastgerät nach Bell genannt werden. Dieses Gerät ermöglicht die Herstellung von Fotomasken durch eine Fernseh-Abtastbelichtung einer Fotoplatte mittels eines Laserstrahls bzw. Laserstrahlenbündels. Die Abtastung dauert etwa 20 min. Sie ist bei geringer Komplexheit nur wenig von der Komplexheit der Zeichnung abhängig. Der Laserfleck auf der Fotoplatte hat einen Durchmesser von 7 am, was auf dem späteren Schaltkreis eine Verringerung um 1/35 und somit eine Auflösung von 0,2yum ergibt, weshalb das genaue Zeichnen von Einzelheiten der Größenordnung von mindestens 1 um möglich ist.

Dieses Gerät hat insbesondere den Nachteil, daß es nicht an die Herstellung von Block-Masken anpaßbar ist, d.h. auf Masken, bei denen mehrfach das gleiche Motiv oder Muster auftritt.

Darüber hinaus benötigt dieses Gerät eine sehr komplizierte Steuerelektronik .

Ein zweites Gerät dieser Gruppe ist das Gerät nach David Mann. Es enthält einerseits einen in zwei zueinander senkrechten Richtungen bewegbaren Tisch, auf dem die Fotoplatte befestigt ist und andererseits eine Rechtecköffnung mit veränderbaren Abmessungen, die drehbar zwischen der Lichtquelle und dem Tisch angeordnet ist. Jeder rechte Winkel bzw. jedes Rechteck der Fotografie wird durch Einstellen bzw. Steuern der Rechtecköffnung und durch Führen des Rechtecks von der der öffnung gegenüber anzuordnenden Fotoplatte erhalten.

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Die Nachteile dieses Geräts beruhen einerseits auf einer Behandlung von Einheitsrechtecken, was sehr viele Verschiebungen des bewegbaren Tisches nach sich zieht, und andererseits darauf, daß die Komplexheit der Schaltkreise, z. B. integrierte KSI-Schaltkreise (Kolossal Scale Integration) oder Größtschaltkreise, mit der Zeit zur Größenordnung mehrerer 100 h zur Herstellung derartiger Schaltkreise mit diesem Gerät führt. Darüber hinaus ist es nicht an Block-Zeichnungen anpaßbar.

Es ist Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung dieser Nachteile ein Zeichengerät für Masken integrierter Schaltkreise zu schaffen, das die Herstellung der Zeichnung mit geringem Maßstab und großer Geschwindigkeit ermöglicht, wobei auch eine Block-Fotografie möglich sein soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrooptische Abbildungseinrichtung mit einer optischen Achse xx¹ und mit Steuergliedern zum Steuern des optischen Zustande jedes Punkts der Abbildungseinrichtung, wobei ein Punkt der Abbildungseinrichtung Abmessungen entsprechend der kleinsten Einzelheit der auf der Platte darzustellenden Zeichnung aufweist, ein Objektiv mit einer Vergrößerung η in Achsrichtung der optischen Achse xx¹ und zur Aufnahme des von der Abbildungseinrichtung abgegebenen Gesamt-Lichtstrahls, eine Verschiebeeinrichtung zum gegeneinander Verschieben der Abbildungseinrichtung und der lichtempfindlichen Platte in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse xx¹ und in zwei zueinander senkrechten Richtungen X und Y, eine Verschiebungsmeßeinrichtung zur Messung der Relativverschiebung der Abbildungseinrichtung gegenüber der lichtempfindlichen Platte in den beiden Richtungen X, Y, und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der

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Verschiebeeinrichtung der Abbildungseinrichtung gegenüber der lichtempfindlichen Platte abhängig yon der Anzeige der Verschiebungsmeßeinrichtung.

Die Abbildungseinrichtung kann ein Lichtsender oder -strahler sein. Vorzugsweise wirkt sie jedoch mit einer Selektiv- oder Wahlblende und wird dabei durch eine Beleuchtungseinheit belichtet, die zur optischen Achse xx¹ ausgerichtet ist.

Das Zeichengerät ist weiter vorteilhaft durch eine Verschlußblende zwischen der Beleuchtungseinheit und der Abbildungseinrichtung und durch eine Steuereinrichtung zur Öffnungssteuerung der Verschlußblende. Gemäß einer Weitergestaltung kann auch die Abbildungseinrichtung die Blenden- oder Verschluß wirkung erzielen.

Dabei ist es vorzuziehen, daß die elektrooptische Abbildungseinrichtung aus Flüssigkristallen aufgebaut ist, daß die Punkte der Abbildungseinrichtung in Zeilen und Spalten angeordnet sind, und daß jeder Punkt der Abbildungseinrichtung ein Quadrat mit einer Seitenlänge P ist. Vorteilhaft ist es weiter, wenn die Verschiebungs-Meßeinrichtung zur Verschiebungsmessung der lichtempfindlichen Platte ein Laserstrahl-Interferometer ist, wobei es weiter vorteilhaft ist, wenn die Verschiebeeinrichtung zur Relativ verschiebung der Abbildungseinrichtung und der lichtempfindlichen Platte ein erstes Verschiebeglied für die Abbildungseinrichtung und ein zweites Verschiebeglied für die lichtempfindliche Platte aufweist.

Gemäß einer Weitergestaltung ist es vorteilhaft, daß das zweite Verschiebeglied aus einem in den beiden zueinander senkrechten Rich-

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tungen X und Y durch zwei Leitspindeln verschiebbaren Tisch besteht, die jeweils durch einen Schrittmotor angetrieben sind. Dabei ist es weiter vorteilhaft, wenn auch das erste Verschiebeglied aus einem in den beiden zueinander senkrechten Richtungen X und Y durch zwei Leitspindeln verschiebbaren Tisch besteht, die jeweils durch einen Schrittmotor angetrieben sind.

Weitere Vorteile bringt es, wenn die Steuereinrichtung der Motoren enthält % einen Vergleicher zum Vergleichen der Verschiebung der lichtempfindlichen Platte in den beiden Richtungen, die durch die Verschiebungsmeßeinrichtung bei Verschiebungen gemessen sind, und Einrichtungen zum Ableiten von Differenzen 6· und £ zwischen den gemessenen Verschiebungen und den abgezeigten Verschiebungen entsprechenden Signalen, wobei die Signale die Verschiebung wiedergeben, die jeder Motor auf einen Träger der Abbildungseinrichtung übertragen muß.

Gemäß einer Weitergestaltung ist es vorteilhaft, daß die Abbildungseinrichtung q + r Zeilen, die der X-Richtung entsprechen, und q + r Spalten., die der Y-Richtung entsprechen, aufweist, und daß lediglich die Punkte einer durch q. benachbarte Zeilen und q benachbarte Spalten gebildeten Matrix gleichzeitig verwendet werden.

Eine Weitergestaltung ist vorteilhaft durch einen Vergleicher zum Vergleichender Mengen (l/n) <£ und (l/n)β mit jeweils einem ganzzahligen Vielfachen k ρ bzw· k ρ der Schrittweite P der Abbildungseinrichtung, eine Schrittschalteinrichtung zum Versetzen der Nutz-Punktmatrix der Abbildungseinrichtung um das ganzzahlige Vielfache k des Schrittes in die Richtung X, eine Schrittschalteinrichtung der Nutz-

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Punktmatrix der Abbildungseinrichtung um das ganzzahlige Vielfache k des Schritts in die Richtung Y, und eine Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten von Signalen, die den Mengen (l/n) S - k ρ bzw.

J\. X

(l/n) 6 - k ρ entsprechen und die die Verschiebung wiedergeben, die jeder Motor auf den Träger der Abbildungseinrichtung überträgt.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in Perspektive schematisch ein erfindungsgemäßes Zeichengerät ,

Fig. 2 schematisch eine elektrooptische Abbildungseinrichtung mit Flüssigkristallen,

Fig. 3 in Aufsicht die Steuereinrichtung des Tisches, Fig. 4 schematisch das Raster der Fotoplatte.

Das in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Zeichengerät enthält im wesentlichen eine Beleuchtungseinheit 2, die eine elektrooptische Abbildungseinrichtung 4 einem Lichtstrahl bzw. Lichtstrahlenbündel aussetzt. Der aus der Abbildungseinrichtung 4 austretende Lichtstrahl wird in einem Objektiv 6 verringert oder gesammelt, das eine Fotoplatte 8 belichtet bzw. beleuchtet, die auf einem Plattenträger 10 befestigt ist, der einstückig mit einem Tisch 12 verbunden ist, der in zwei zueinander senkrechten Richtungen X und Y bewegbar ist.

• Vor der ausführlichen Erläuterung der einzelnen Teile des Zeichen-

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geräts wird anhand eines konkreten Beispiels gezeigt, wie die Merkmale des Geräts bestimmbar sind, ausgehend von den Abmessungen der Siliziumscheibe, auf der der integrierte Schaltkreis implantiert oder aufgebracht werdensoll, und ausgehend von der Genauigkeit, die bei der Festlegung der Formen erreicht werden soll. Es soll z. B. ein integrierter Schaltkreis auf einer Siliziumscheibe der Abmessungen 5x5 mm geschaffen werden, und zum Bestimmen der verschiedenen Teile des auf dieser Siliziumscheibe zu bildenden Schaltkreises muß ein Raster der Scheibe bestimmt werden, in dem die Zeilen und die Spalten 1 um groß sind. Die Fotografie oder das Foto, das die Maske bildet, die zur Herstellung des integrierten Schaltkreises bestimmt ist oder zumindest eines seiner Schritte, hat z.B. den Maßstabfaktor 5 gegenüber den tatsächlichen Abmessungen des herzustellenden Schaltkreises. D. h., daß die Maske die Abmessungen 25 χ 25 mm besitzen muß, mit einem Raster der Größe 5 um. Deshalb wird eine quadratische Matrix mit 5000 Zeilen und 5000 Spalten definiert. Um die so bestimmte Maske zu schaffen, wird der Tisch nicht vor eine neue öffnung verschoben, um die verschiedenen Teile der zu schwärzenden Maske zu belichten, was wie bereits gezeigt wurde, sehr lange dauern würde. Es wird die elektrooptische Abbildungseinrichtung 4 gemäß der Erfindung verwendet.

Die elektrooptische Abbildungseinrichtung 4 wird durch eine Matrix aus (photo- bzw. licht-)empfindlichen Punkten oder Elementarquadraten gebildet, die nebeneinander und in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Mittels einer elektrischen Steuereinrichtung, die jeder Zeile und jeder Spalte zugeordnet ist, kann die optische Eigenschaft jedes empfindlichen Punkts der Abbildungseinrichtung 4 gesteuert werden. Anders ausgedrückt , kann durch diese elektrische Steuereinrichtung ein Punkt der Abbildungseinrichtung 4 opak oder transparent, d. h. lichtundurchlässig

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bzw· lichtdurchlässig gemacht werden. Die Abbildungseinrichtung 4 bestehe z.B. aus einer Matrix mit 500 Zeilen und 500 Spalten der Größe 50 um, d. h. daß jedes Elementarquadrat der Abbildungseinrichtung 4 eine Seitenlänge von 50 um besitzt. Jedes Elementarquadrat-der Abbildungseinrichtung 4 entspricht zweifellos jedem Elementarquadrat der herzustellenden Fotografie, deren Quadrate eine Seitenlänge von 5 um besitzen. Deshalb wird zwischen der Abbildungseinrichtung 4 und der Fotoplatte 8 ein Objektiv 6 mit einer Bildverkleinerung auf 1/10 eingefügt.

Da die Abbildungseinrichtung 4 500 Zeilen und 500 Spalten aufweist, ermöglicht sie die Bestimmung eines Quadrats mit 500 χ 500 Elementarquadraten der Fotografie. Um die gesamte Fotografie herzustellen, muß deshalb die Abbildungseinrichtung 4 gegenüber der Fotografie oder die Fotografie gegenüber der Abbildungseinrichtung 4 10 χ in Längs- und 10 χ in Breitenrichtung verschoben werden. Auf diese Weise wird eine vollständige Überstreichung oder ein Abtasten der herzustellenden oder zu belichtenden Fotoplatte 8 erreicht.

Nach der kurzen Erläuterung des Prinzips des Zeichengeräts für Masken von integrierten Schaltkreisen gemäß der Erfindung wird ein Ausführungsbeispiel dieses Geräts ausführlich erläutert.

Die Beleuchtungseinheit 2 enthält im wesentlichen und wie herkömmlich eine Quecksilberdampflampe 14, zwei Kondensoren 16, 18 und eine Verschlußblende 20. Die verschiedenen in Reihe angeordneten Bauteile sind gegeneinander ortsfest angeordnet und von einem mit einer oberen Plattform 24 einstückigen Arm 22 eines Ständers 26 des erfindungsgemäßen Zeichengeräts getragen-

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Vorzugsweise ist die Lampe 14 eine 100-Watt-Quecksilberdampflampe vom Typ HBO der Firma Osram. Diese Lampe ist versorgungsseitig lichtstromgeregelt bzw. -ausgeglichen.

Die Verschlußblende 20 besteht im wesentlichen wie herkömmlich aus einer V-Palette oder -Platte, die sich vor dem von der Lampe 14 abgegebenen Lichtstrahl verschiebt. Die Platte wird von einem Schrittmotor gesteuert. Bei jeder Belichtung führt sein Rotor eine Viertel-Umdrehung aus und läßt den Lichtstrahl hindurchtreten· Sie ist in ihre Ausgangslage rückgestellt, wenn die Fotografie beendet ist. Die Belichtungsdauer ist veränderbar und ist bestimmt durch die Remanenzzeit einer Elementarzeichnung auf der Abbildungseinrichtung 4 und der Lichtstärke der Lampe 14. Die Kondensoren 16, 17 sind ebenfalls von herkömmlicher Art, z. B. vom Typ Cerco.

Die Abbildungseinrichtung 4 ist auf einem (mechanischen) Träger 28 befestigt, der eine Verschiebung der Abbildungseinrichtung 4 in einer Horizontalebene parallel zur oberen Plattform 24 in zwei zueinander senkrechten Richtungen ermöglicht, bzw. parallel und senkrecht zur Ebene der Fig. 2. In der Ausgangslage fällt die Mitte der Abbildungseinrichtung 4 mit der optischen Achse xx¹ der Beleuchtungseinheit 2 zusammen.

Die obere Plattform 24 ist auf zwei Füßen 30 befestigt, an denen eine untere horizontale Plattform 32 befestigt ist, die den beweglichen Tisch 12 trägt. Der bewegliche Tisch 12 ist in zwei zueinander senkrechten Richtungen X und Y parallel zu den Verschiebungsrichtungen des Trägers 28 verschiebbar. Der Tisch 12 kann mittels zweier Elektromotoren 34, 36 verschoben werden, die jeweils eine Leitspindel, d. h. eine Einrichtung aus Schraubspindel und Mutter, betreiben. Auf

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·· 12 -

dem Tisch 12 ist ein Plattenträger 10 befestigt, auf dem die Fotoplatte 8 angeordnet ist. In gleicher Weisre ermöglichen weitere Motoren 34' und 36' die Verschiebung des Trägers 28 in den Richtungen X und Y.

Als Tisch 12 kann vorteilhaft ein Tisch nach Schneeberger verwendet werden, dessen Außenabmessungen 500 χ 500 mm sind. Die Nutzweglänge in X- bzw. Y-Richtung beträgt 150 mm. Die Motoren 34, 36, 34', 36' sind z. B. Motoren des Typs Superior Electric Slow Syn. Die Verschiebungsschrittweite oder der Verschiebungsschritt des Tisches 12 beträgt 5 oder 10 um. Die Linearität der Verschiebung des Tisches 12 in den beiden Richtungen liegt in der Größenordnung von 10 um.

Bei dem Gerät ist das Objektiv 6 an der Unterseite der oberen Plattform 24 befestigt, wobei dessen Achse die Achse der Beleuchtungseinheit 2 einnimmt. Der Abschnitt der oberen Plattform 24, der die Abbildungseinrichtung 4 und das Objektiv 6 trennt, ist durchbrochen. Vorteilhaft ist dabei ein Objektiv 6 des Typs Cerco. Es hat z. B. eine Vergrößerung von 1 : 10, ein Auflösungsvermögen von 2 500 Linien pro mm, ein Sehfeld von 3,6 mm und eine Sehfeldtiefe von 2 um. Das Gerät kann auch mit mehreren Objektiven mit der Vergrößerung 1 : 10, 1 : 20 bzw. 1 : 50 versehen sein, die auf Dreh- oder Schiebeschlitten angeordnet sind.

Die elektrooptische Abbildungseinrichtung 4 ist vorzugsweise mit Flüssigkristallen aufgebaut (vgl. z.B. DT-OS 2 346 974, Anmeldetag 18. 9. 1973, Anwaltsakte 410-21.41 OP).

Die Abbildungseinrichtung 4 besteht aus zwei lichtdurchlässigen Platten, zwischen denen eine Flüssigkristallschicht oder ein -film angeordnet ist. Auf jeder Platte sind zwei zueinander senkrechte Elektrodensysteme

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aufgebracht, die durch leitende halbdurchlässige parallele Bänder gebildet sind, wobei die Kreuzungs- oder Schnittstelle zweier Bänder einen Abbildungspunkt bildet- Durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Signals an die Zeile und die Spalte, die einem Punkt der Abbildungseinrichtung 4 entspricht, kann dieser Punkt lichtdurchlässig gemacht werden.

In Fig. 2 ist schematisch eine verwendbare Abbildungseinrichtung 4 dargestellt. Sie enthält 512 Zeilen X₁ und 512 Spalten Y.. Die

Abbildungseinrichtung 4 ist von vier Leitungsverbindern 40, 40', 42, 42' umgeben, wobei die ersteren Leitungsverbinder 40, 40' zur Versorgung der Spalten und die letzteren Leitungsverbinder 42, 42' zur Versorgung der Zeilen dienen. Jeder Leitungsverbinder 40, 40', 42, 42' weist 256 Anschlüsse oder Klemmen X. bzw. Y. für die jeweiligen Leitungsverbinder 42, 42' bzw. 40, 40' auf. Jeder Punkt der Abbildungseinrichtung 4 ist ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 50 χ 50 μτη. Die Abbildungseinrichtung 4 enthält eine quadratische Nutzmatrix aus 500 Zeilen und 500 Spalten. Die restlichen 12 Zeilen und Spalten ermöglichen ein Verschieben der Lage der 500 χ 500-Nutzmatrix gegenüber der Abbildungseinrichtung 4 selbst. Der Grund dafür wird weiter unten angegeben.

Die Abbildungseinrichtung 4 ermöglicht die gleichzeitige Bestimmung der Elementarquadrate der herzustellenden Maske, die einem Quadrat aus 500 Zeilen und 500 Spalten entspricht. In Fig. 4 ist durch ein Quadrat 44 die Gesamtmaske dargestellt. Wie bereits ausgeführt, enthält die vollständige Maske (z. B.) 5 000 Zeilen und 5 000 Spalten. Durch Quadrate C. .ist die der Abbildungseinrichtung 4 entsprechende Fläche dargestellt. Dadurch ergeben sich 10 Zeilen und 10 Spalten

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I Γ. 2 ι -· ·: U 9

der Quadrate C. .. Daraus ist zu ersehen, daß es genügt, den Tisch zehnmal in den beiden zueinander senkrechten Richtungen X und Y zu verschieben, um die vollständige Bestimmung der Maske zu erhalten.

Es muß jedoch erwähnt werden, daß die Verschiebungsmotoren und 36 für den Tisch 12 lediglich eine Genauigkeit von - 10 μπα besitzen, die zur Herstellung der Maske eindeutig nicht ausreichend ist. Durch eine Verschiebungsmeß- bzw. Steuereinrichtung 46 mittels Laserstrahl-Interferometrie wird die genaue oder Ist-Verschiebung des Tisches 12 in den Richtungen X bzw. Y gemessen. Diese Anzeigewerte werden mit der Soll-Verschiebung des Tisches 12 verglichen, und die Lagefehler werden durch Verschieben des mechanischen Trägers 28 der Abbildungseinrichtung 4 um geeignete Beträge korrigiert.

Die Motoren 34' und 36' des mechanischen Trägers 28 besitzen eine Schrittweite von 5 ^tim. Bei dem obigen Beispiel eines Objektivs 6 mit einer Vergrößerung von 1 : 10 kann ein Lagefehler des Tisches 12 in einem Abstand bzw. einer Höhe von 0,5 m von der Maske korrigiert werden. Bei einem maximalen Lagefehler des Tisches 12 von 10 yum kann in Höhe des Trägers 28 der Abbildungseinrichtung 4 die maximale erreichbare Verschiebung 100 um sein. Das entspricht 20 Schritten der Antriebsmotoren 34' und 36' des Trägers 28 der Abbildungseinrichtung 4. Wenn die zu erzielende Korrektur größer als 50 um ist, kann diese schneller erreicht werden. Es genügt nämlich, die Nutzfläche der Abbildungseinrichtung 4, nämlich 500 Zeilen χ 500 Spalten um eine oder mehrere Zeilen und/oder Spalten, je nachdem was notwendig ist, zu verschieben. Aus diesem Grunde wurde eine Abbildungseinrichtung 4 mit 512 χ 512 Schritten bzw. Zeilen und Spalten gewählt. Da diese Verschiebung einem Korrekturfaktor von 50 um entspricht, wird die Restkorrektur durch die Motoren 34' und 36' erreicht.

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ORIGINAL INSPECTED

In Fig. 3 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Verschiebungsmeß- und -steuereinrichtung 46 des Tisches 12 dargestellt. Die dargestellte Einrichtung 46 betrifft z.B. die Verschiebungen in X-Richtung. Für Verschiebungen in Y-Richtung ist eine analoge Einrichtung 46 vorgesehen. Ein Laser 48 sendet einen Strahl 50 bzw. ein Strahlenbündel aus, der bzw. das auf einen halbreflektierenden Spiegel 52 unter 45 auftrifft. Ein erster Teilstrahl 54 trifft auf einen mit dem Tisch 12 fest verbundenen Spiegel 56. Der andere Teilstrahl 58 trifft auf einen ortsfesten Spiegel 60'. Die jeweils reflektierten Strahlen 60 und 62 werden an einer Ablese- oder Auslesediode 64 gesammelt. Die Interferenzstreifen werden in einem Zähler 66 gezählt, woraus die Verschiebung des bewegbaren Spiegels 56 in der X-Richtung ableitbar ist.

Gemäß einer Weitergestaltung kann die Vers chi ebungs meß- und -steuereinrichtung 46 des Tisches 12 aus einer Einheit bestehen, die gleichzeitig die Verschiebungen in X- und Y-Richtung erfaßt. Der Laserstrahl wird in zwei Strahlen geteilt, deren einer zur Messung in der X-Richtung und deren anderer zur Messung in der Y-Richtung dient (vgl. Hewlett-Packard-Katalog, technisches Datenblatt, März 1974). Dabei werden ein Laserwandler Typ 5501A sowie Interferometer des Typs 1070A verwendet. Das erhaltene Auflösungsvermögen beträgt dann 0,08 um.

Im folgenden wird ein vollständiger Betriebsablauf des Gerätes erläutert: Es sei angenommen, daß der Tisch 12 in einer Lage ist, die

dem Quadrat C entspricht, und daß das anschließend zu erzeugende, d,4

herzustellende oder zu belichtende Quadrat das Quadrat C„ _M ist. Aus-

4,4

gehend von dieser Anfangslage wird der Verschiebungsmotor 34 in X-

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Richtung so gesteuert, daß er eine einer Verschiebung von 2,5 mm entsprechende Schrittzahl ausführt. "Während dieses Betriebsschrittes ist die Verschlußblende 20 selbstverständlich geschlossen. Mittels der Meß- und Steuereinrichtung 46 wird die tatsächliche oder Ist-Verschiebung des Tisches 12 in X-Richtung und ebenso in Y-Richtung gemessen. Die Messungen werden mit den gewünschten oder Soll-Verschiebungen verglichen, und es wird dadurch je ein Fehlersignal <£ für die Ver-Schiebung in X-Richtung und S _v für die Verschiebung in Y-Richtung erzeugt. Die Feuer werden mit dem Kehrwert der Vergrößerung des Objektivs 6 multipliziert (im erläuterten Beispiel also 10), um sie auf die Höhenlage der Abbildungseinricztung 4 umzusetzen, was Fehler 6* und 6' ergibt. Wenn einer der Fehler oder bgide größer als 50 um sind, wird in die Steuereinrichtung zur Anzeige an die Abbildungseinrichtung 4 ein Verschiebungsbefehl um eine Zeile oder eine Spalte oder beides eingespeichert. Dann werden die Motoren 34' und 36' zur Verschiebung der Abbildungseinheit 4 angesteuert, um den oder die restlichen Fehler zu korrigieren. Die Abbildungseinrichtung ist dann gegenüber der Fotoplatte 8 vollkommen positioniert oder ausgerichtet. Dann wird der optische Zustand jeweils jedes Punktes der Abbildungseinrichtung 4 gesteuert, die den Elementarquadraten des Abschnitts der Fotoplatte 8 entsprechen, die von der Abbildungseinrichtung 4 "überdeckt" sind. Dann wird die Verschlußblende 20 während einer notwendigen Belichtungsdauer geöffnet. Der dem Quadrat C

entsprechende Maskenteil oder -abschnitt ist hergestellt.

Die Verschiebungen des Tisches 12 können auf zweierlei Weise erfolgen: Einerseits ist eine kontinuierliche Abtastung anwendbar, d.h. daß aufeinanderfolgend die 10 Quadrate C. . einer Zeile belichtet werden,

¹J

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daß dann zur folgenden Zeile übergegangen wird, daß nun alle Quadrate C. dieser Zeile belichtet werden, usw. Andererseits ist ein diskontinuierliches Blockabtasten durchführbar. Das zweite Abtastverfahren ist dann wichtig, wenn mehrere Quadrate C. . identisch sind. Wenn nämlidivon der Abbildungseinrichtung 4 aufeinanderfolgend diese identischen Quadrate überdeckt werden, genügt es, den optischen Zustand der Abbildungseinrichtung 4 zwischen zwei Beleuchtungsschritten zu regenerieren oder wiederherzustellen. Die Verschiebungs-Steuerung ist dafür aber komplizierter.

Selbstverständlich kann das Gerät zusätzlich zu den beschriebenen wichtigen Teilen eine bestimmte Anzahl an Steuer- und Programmierschaltkreisen enthalten, um die Fertigungs- bzw. Betriebsschrittfolge automatisch durchzuführen.

Zu allererst wird eine chronologische Ordnung zur Herstellung der Quadrate C. . bestimmt. Diese Chronologie läßt sich in Verschiebungslängen bzw. -längsabschnitten von einer Stellung des Tisches 12 in die folgende übertragen. Die Ordnung bzw. entsprechende Befehle werden z. B. in Form von Schrittzahlen der Motoren 34 und 36 abgespeichert. Jeder Stellung des Tisches 12 entspricht ein optischer Zustand jedes Punktes der Abbildungseinrichtung 4. Deshalb müssen ebenfalls die Spannungspegel zum Anlegen an jede Zeile und jede Spalte der Abbildungseinrichtung 4 für jede Lage bzw. Stellung abgespeichert werden. Diese Größenoder Datenmenge bildet das Programm des Geräts zur Herstellung einer gegebenen Maske.

Es ist auch eine Synchronisier einheit zum Synchronisieren der verschiedenen durchzuführenden Fertigungs- bzw. .Betriebsschritte möglich:

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-Ib-

das Antreiben der Motoren 34, 36, das Antreibender Motoren 34', 36', das Steuern der Verschlußblende 20. Die Ausführung einer solchen Einheit ergibt sich ohne weiteres aus diesen Forderungen und muß nicht mehr ausführlich erläutert werden.

Das oben ausgeführte Beispiel befaßt sich mit der Herstellung einer Maske von 25 χ 25 mm, bei der jedes Elementarquadrat eine Seitenlänge von 5 um besitzt. Mit dem gleichen Gerät können selbstverständlich auch Masken anderer Abmessungen hergestellt werden. Wenn die Bestimmung der Maske unverändert ist, und wenn lediglich die Gesamtabmessungen der Maske geändert sind, genügt es, eine unterschiedliche Anzahl der Quadrate C. .zu bestimmen. Wenn die Bestimmung der Maske geändert ist, wenn sie z.B. von 5 um auf 1 um übergeht, genügt es, die Vergrößerung bzw. den Vergrößerungsfaktor des Objektivs 6 zu ändern, die bzw. der beim neuen Fall 1 : 50 sein muß. Die Genauigkeit geht von 0,5 μτη auf 0,1 um über. Unter der Voraussetzung, daß die Gesamtabmessungen der Maske nicht geändert wurden, ergeben sich nun 50 Zeilen und 50 Spalten für die Quadrate C. .·

Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß die Abbildungseinrichtung im Ruhezustand opak oder licht undurchlässig ist, weshalb sie als Ver- . schlußblende 20 wirken kann. Die Opazität oder Lichtundurchlässigkeit der Flüssigkristalle ist jedoch nicht absolut vollkommen, weshalb es in bestimmten Fällen vorzuziehen ist, eine richtige Verschlußblende 20 zu verwenden, um jede unerwünschte Belichtung der Fotoplatte 8 zu verhindern.

Darüber hinaus kann gemäß der Erfindung auch vorteilhaft eine lichtabgebende oder aussendende Abbildungseinrichtung 4 verwendet werden,

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ζ. B. eine Matrix aus selektiv angesteuerten Elektro-Lumineszenzdioden-

Aus der Beschreibung ergibt sich, daß sich sogar die Konzeption des erfindungsgemäßen Zeichengerätes sehr von den beiden Grundarten herkömmlicher Geräte unterscheidet, die entweder eine Laserstrahl-Abtastung oder eine Schlitz- oder Spaltabtastung durchführen. Der Unterschied gegenüber dem Laserstrahl-Abtastgerät ist offensichtlich. Der gegenüber den Spalt-Abtastgeräten nicht weniger, denn bei einem solchen Gerät sind ebensoviel Verschiebungen des Tisches durchzuführen, wie es rechtwinklige oder rechteckige Formen zu zeichnen gibt (und die durch den Spalt herzustellen sind) ·

Neben den bereits angeführten Vorteilen ist das erfindungsgemäße Zeichengerät auch wesentlich zuverlässiger.

Wenn die Einheitsrechtecke gezeichnet werden, reproduziert sich ein Fehler in der Lage und/oder in den Abmessungen bei einem von beiden auf alle folgenden. Bei erhöhter Anzahl der Rechtecke und bei langer Zeichenzeit ist die Fehlergefahr von innerhalb oder außerhalb (parasitär) des Geräts beachtlich. Wenn 100 oder mehr Quadrate C. . reproduziert werden und die Anzahl der Fertigungs- bzw. Betriebs schritte viel geringer ist und ebenso deren Dauer, wie bei der Erfindung, so nimmt abhängig davon die Fehlergefahr ab.

Selbstverständlich kann die Erfindung nicht nur zur Herstellung von Masken für integrierte Schaltkreise verwendet werden, sondern auch auf alle Anwendungen, die die Konstruktion von Zeichnungen auf einer Fotoplatte erfordern, z.B. die Herstellung codierter Programmsteuerungen oder Rechenvorgänge.

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Claims (12)

1. A nsprüche

   h/j Zeichengerät zum Zeichnen auf einer lichtempfindlichen Platte, gekennzeichnet durch

   eine elektrooptische Abbildungseinrichtung (4) mit einer optischen Achse xx' und mit Steuergliedern zum Steuern des optischen Zustande jedes Punkts der Abbildungseinrichtung (4), wobei ein Punkt der Abbildungseinrichtung (4) Abmessungen entsprechend der kleinsten Einzelheit der auf der Platte (8) darzustellenden Zeichnung aufweist,

   ein Objektiv (6) mit einer Vergrößerung η in Achsrichtung der optischen Achse xx' und zur Aufnahme des von der Abbildungseinrichtung (4) abgegebenen Gesamt-Lichtstrahls,

   eine Verschiebeeinrichtung zum gegeneinander Verschieben der Abbildungseinrichtung (4) und der lichtempfindlichen Platte (8) in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse xx' und in zwei zueinander senkrechten Richtungen X und Y,

   eine Verschiebungsneßeinrichtung zur Messung der Relativverschiebung der Abbildungseinrichtung (4) gegenüber der lichtempfindlichen Platte (8) in den beiden Richtungen X, Y, und

   eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Verschiebeeinrichtung der Abbildungseinrichtung (4) gegenüber der lichtempfindlichen Platte (8) abhängig von der Anzeige der Verschiebungsmeßeinrichtung.
2. 2. Zeichengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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   jeder Punkt der Abbildungseinrichtung (4) zwei optische Zustände einnehmen kann, wobei sie in dessen einem Licht aussendet und in dessen anderem kein Licht aussendet.
3. 3. Zeichengerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinheit (2) mit der optischen Achse xx¹ als optische Achse und durch zwei optische Zustände jedes Punkts der Abbildungseinrichtung (4), in dessen einem diese lichtdurchlässig und in dessen anderem diese lichtundurchlässig ist.
4. 4. Zeichengerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Verschlußblende (20) zwischen der Beleuchtungseinheit (2) und der Abbildungseinrichtung (l) und durch eine Steuereinrichtung zur Öffnungssteuerung der Verschlußblende (20).
5. 5. Zeichengerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrooptische Abbildungseinrichtung (4) aus Flüssigkristallen aufgebaut ist, daß die Punkte der Abbildungseinrichtung (4) in Zeilen und Spalten angeordnet sind, und daß jeder Punkt der Abbildungseinrichtung (4) ein Quadrat mit einer Seitenlänge P ist.
6. 6. Zeichengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungsmeßeinrichtung zur Verschiebungsmessung der lichtempfindlichen Platte (8) ein Laserstrahl-Interferometer ist.
7. 7. Zeichengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge-

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   kennzeichnet, daß die Verschiebeeinrichtung zur Relativverschiebung der Abbildungseinrichtung (4) und der lichtempfindlichen Platte (8) ein erstes Verschiebeglied für die Abbildungseinrichtung (4) und ein zweites Verschiebeglied für die lichtempfindliche Platte (8) aufweist.
8. 8. Zeichengerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verschiebeglied aus einem in den beiden zueinander senkrechten Richtungen X und Y durch zwei Leitspindeln verschiebbaren Tisch (12) besteht, die jeweils durch einen Schrittmotor (34, 36) angetrieben sind.
9. 9. Zeichengerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Verschiebeglied aus einem in den beiden zueinander senkrechten Richtungen X und Y durch zwei Leitspindel!! verschiebbaren Tisch (28) besteht, die jeweils durch einen Schrittmotor (34', 36') angetrieben sind.
10. 10. Zeichengerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung der Motoren (34, 361 36', 34') enthält? einen Vergleicher zum Vergleichen der Verschiebungen der lichtempfindlichen Platte (8) in den beiden Richtungen, die durch die Verschiebungsmeßeinrichtung bei Verschiebungen gernessen sind, und Einrichtungen zum Ableiten von Differenzen 6· und £ zwischen den gemessenen

    X. χ

    Verschiebungen und den angezeigten Verschiebungen entsprechenden Signalen, wobei die Signale die Verschiebung wiedergeben, die jeder Motor (34^f, 36') auf einen Träger (28) der Abbildungseinrichtung (4) übertragen muß.

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11. 11. Zeichengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungseinrichtung (4) q+r Zeilen, die der X-Richtung entsprechen, und q + r Spalten, die der Y-Richtung entsprechen, aufweist, und daß lediglich die Punkte einer durch q benachbarte Zeilen und q benachbarte Spalten gebildeten Matrix gleichzeitig verwendet werden.
12. 12. Zeichengerät nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch

    einen Vergleicher zum Vergleichen der Mengen (l/n) € und (l/n) £ mit jeweils einem ganzzahligen Vielfachen k ρ bzw. k ρ der Schrittweite P der Abbildungseinrichtung (4),

    eine Schrittschalteinrichtung zum Versetzen der Nutz-Punktmatrix der Abbildungseinrichtung (4) um das ganzzahlige Vielfache k des Schrittes in die Richtung X,

    eine Schrittschalteinrichtung der Nutz-Punktmatrix der Abbildungseinrichtung (4) um das ganzzahlige Vielfache k des Schritts in die Richtung Y, und

    eine Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten von Signalen, die den Mengen (l/n) 6_v-k ρ bzw. (l/n) 6 - k ρ entsprechen und die die Verschiebung wiedergeben, die jeder Motor (34', 36') auf den Träger (28) der Abbildungseinrichtung (4) überträgt.

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