DE3825892C2

DE3825892C2 - Verfahren zum Zeichnen eines Musters auf eine Leiterplatte in einer Elektronenstrahl-Direktzeichenvorrichtung

Info

Publication number: DE3825892C2
Application number: DE3825892A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Tobuse
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-07-30
Filing date: 1988-07-29
Publication date: 1993-12-16
Anticipated expiration: 2008-07-30
Also published as: US4870286A; CA1279732C; DE3825892A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zeichnen eines vor bestimmten Musters direkt auf eine Leiterplatte mit darauf aufgebrachtem Fotolack mittels Elektronenstrahl-Abtastung in einer Elektronenstrahl-Direktzeichenvorrichtung, mit

- Hauptablenkvorrichtungen,
- Subablenkvorrichtungen,
- einer Hauptablenkungs-Steuervorrichtung,
- einer Subablenkungs-Steuervorrichtung,
- einer Vorrichtung zum Unterteilen von Zeichnungsmusterdaten in Felder sowie zum Editieren der Zeichnungsmusterdaten,
- einem Zeichnungsmusterspeicher,

entsprechend Zeichnungsmusterdaten.

Bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung oder einer Leiterplatte wurde ein Substratmusterungsverfahren verwendet, bei welchem ein Musterfilm, der ein vorgegebenes Muster auf weist, auf eine Fotolackschicht gelegt wird, die auf dem Halbleitersubstrat oder der Leiterplatte gebildet ist und die für UV-Licht empfindlich ist, und mit ultraviolettem Licht belichtet, und ein Kupferfolienmuster, beispielsweise eine blanke Karte, wird nach ihrer Entwicklung und ihrem Ätzen ge bildet. Der Musterfilm wird gewöhnlich mittels einer Zeichen maschine hergestellt, die als Fotoplotter oder Laserplotter bezeichnet wird. Die Zeichnungsmusterdaten werden durch einen rechnergestützten Leiterplattenentwurf an den Plotter gelie fert, in denen sie in Daten eines geeigneten Formats umgewan delt werden, das als "Gerber-Format" bezeichnet wird, das aus einem Code besteht entsprechend einer Zeilenbreite eines Mu sters und einem Code zur Zuordnung einer Startpunktkoordinate (Xs, Ys) und einer Endpunktkoordinate (Xe, Ye) eines jeden Zeilensegmentes des Entwurfes, sowie aus einem Code, der an gibt, ob diese Zeilensegmente belichtet oder nicht belichtet werden sollen und der eine Gruppe von Mustern über einen großen Leiterplattenbereich darstellt, wie beispielsweise 340 mm × 400 mm oder 500 mm × 600 mm.

In jüngster Zeit wurde zur Beseitigung der Notwendigkeit einer Herstellung des Bearbeitungsmusterfilms und zur Redu zierung der Herstellungskosten sowie der Herstellungszeit und zur Erfüllung der Forderung nach Herstellung verschiede ner Halbleitervorrichtungen oder Leiterplatten jeweils in ge ringer Stückzahl ein Elektronenstrahl-Direktbelichtungssystem entwickelt, bei dem ein vorgegebenes Muster auf einen Halb leiterwafer oder eine Maskenplatte durch Abtastung derselben mittels eines Elektronenstrahls gezeichnet wird. Um ein der artiges Direktbelichtungssystem verwendbar mit dem üblichen Plotter zu machen, ist es erwünscht, daß das Direktbelich tungssystem auf Ausgabemusterdaten mit Gerberformat des com putergestützten Entwurfes (CAD) anspricht und in der Lage ist, diese in ein für das System geeignetes Format umzuwan deln.

Soll beim Direktbelichtungssystem ein großer Bereich durch Abtastung desselben mit einem Elektronenstrahl gezeichnet werden, während der Bereich stationär gehalten wird, so wird ein Umfangsabschnitt des Feldes mit dem Elektronenstrahl unter einem kleinen Einfallwinkel bestrahlt, womit Belichtungspositionen an der oberen und unteren Fläche der Fotolackschicht verschieden werden, wodurch eine Verschlechterung der Positionsgenauigkeit des resultierenden Musters entsteht. Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, wird in Betracht gezogen, einen Arbeitsabstand zwischen der Leiterplatte und einer Ablenkvorrichtung groß genug zu machen, um einen ausreichend großen Einfallwinkel des Elektronenstrahls zu erhalten. In diesem Falle wird es jedoch schwierig, den Elektronenstrahl zu sammeln und letzterer kann durch Restgas gestreut und somit durch Restmagnetismus infolge eines langen Strahlenweges beeinträchtigt werden. Daher sollte der durch den Elektronenstrahl abzutastende Bereich beispielsweise auf 100 mm × 100 mm beschränkt werden, der durch eine Hauptablenkungsvorrichtung abgetastet werden kann, d.h. auf Hauptablenkungsbereiche (die anschließend als "Feld" bezeichnet werden), und die jeweiligen Felder werden durch das sogenannte "Schritt- und Wiederhol"-System nacheinander gezeichnet, indem das Feld relativ zum Elektronenstrahl bewegt wird. Daher ist es notwendig, daß Musterdaten über den gesamten Bereich für jedes Feld unterteilt und anschließend erneut ediert werden. Üblicherweise wurde ein Bereich, der von einem Elektronenstrahl erfaßt wird, der durch eine Hauptablenkvorrichtung abgelenkt wird, in eine Anzahl Subablenkungsbereiche (die anschließend als "Subfeld" bezeichnet werden) unterteilt, wovon jedes von einer Subab lenkungsvorrichtung überstrichen wird und der Elektronen strahl durch die Hauptablenkungsvorrichtung von einem Subfeld auf das andere verschoben, sooft eine Zeichnung für das eine Subfeld beendet ist, um dadurch eine Zeichnung des gesamten Feldes fertigzustellen.

Dieses System ist beispielsweise in der offengelegten japa nischen Patentanmeldung Nr. 244024/1985 beschrieben und Fig. 5 der vorliegenden Anmeldung stellt einen Abschnitt einer be kannten Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung dar, der die dort gezeigte, zweistufige Ablenkvorrichtung aufweist.

Gemäß Fig. 5 wird ein Elektronenstrahl (1) über eine Austast vorrichtung (2), eine Öffnung (3), eine Subablenkvorrichtung (4) und eine Hauptablenkung (5) auf einen Werkstoff (6), wie beispielsweise einen Halbleiterwafer oder eine auf diesen aufgebrachte Maskenplatte gerichtet. Ein Bereich des Werk stoffes (6), der von einer voll ausgezogenen Linie umgeben ist, stellt ein Feld dar und dessen von gestrichelten Linien umgebene Bereiche sind Subfelder. Eine Steuerschaltung zur Steuerung des vorausgehend aufgeführten elektrooptischen Sy stems ist ebenfalls in Blockdarstellung in Fig. 5 angegeben, gemäß welcher ein Rechner (7) über einen Zeichnungsdaten speicher (8), eine Musterzerlegungsschaltung (9), eine Subab lenkung-Korrekturschaltung (10) zur Korrektur einer Verzer rung der Subablenkung, eine Punktzerlegungsschaltung (11) für einen kleinen Bereich und einen Subablenkung-Digital/Analog- Umsetzer mit der Subablenkvorrichtung (4) und über eine Korrekturkoeffizienz-Rechenschaltung (13) und einen Hauptablenkung-Digital/Analog-Umsetzer (14) mit der Hauptablenkvorrichtung (5) verbunden ist. Die Subablenkung-Korrekturschaltung (10) ist mit der Korrekturkoeffizient-Rechenschaltung (13) verbunden und über einen Austastverstärker (15) mit der Austastvorrichtung (2).

Fig. 6 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Zeichenvorganges dar, der durch übliche Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung erfolgen soll. Ein linksseitiger Abschnitt der Fig. 6 zeigt den Werkstoff (6) und ein rechtsseitiger Abschnitt der Figur zeigt eines (22) der Subfelder im Feld (21) in vergrößerter Darstellung. Ein Muster (23) im Subfeld (22), wie beispielsweise ein Trapezmuster, wird in sieben schmale Bereiche (Ausmalfelder) unterteilt. Eines (24) der Ausmalfelder wird digital punktförmig durch einen punktförmigen Elektronenstrahl (1) ausgemalt.

Im Betrieb erfolgt eine Ablenkung des Elektronenstrahls (1) von einem Subfeld zu einem weiteren durch die Hauptablenkvorrichtung (5) und eine Ablenkung des Elektronenstrahls innerhalb eines jeden Subfeldes erfolgt durch die Subablenkvorrichtung (4). Der Rechner (7) liefert Zeichnungsdaten dem Zeichnungsdatenspeicher (8) und Ablenkungsverzerrungsdaten der Korrekturkoeffizient- Rechenschaltung (13). Einer der Ausgänge der Korrekturkoeffizient-Rechenschaltung (13), der nach Korrektur seiner Ablenkungsverzerrung ein Zentrum des Subfeldes in dem Feld zuweist, wird dem Hauptablenkung-D/A- Umsetzer zugeführt. Die Musterzerlegungsschaltung (9) unter teilt das Muster im Subfeld in die Ausmalbereiche auf der Basis der vom Zeichnungsdatenspeicher (8) erhaltenen Muster daten. Die Subablenkung-Korrekturschaltung (10) empfängt einen weiteren Bereich der Korrekturkoeffizient-Rechenschal tung (13), der einen Ablenkkorrekturkoeffizienten für jedes Subfeld darstellt und entsprechend hierzu eine Verzerrungs korrektur vornimmt, wobei ein resultierendes, korrigiertes Subablenkungssignal der Punktzerlegungsschaltung (11) zuge führt wird, in der jedes Ausmalfeld in Punkte zerlegt wird, die dem Subablenkung-D/A-Umsetzer (12) zugeführt werden.

Der Austastverstärker (15) spricht auf den Ausgang der Subab lenkung-Korrekturschaltung (10) an, um einen Austastvorgang sowohl am Startpunkt als auch am Endpunkt des Ausmalfeldes vorzunehmen, so daß der Elektronenstrahl (1) bezüglich seines Ein/Aus-Zustandes dadurch gesteuert wird.

Der Zeichnungsdatenspeicher (8) speichert Musterdaten der je weiligen Subfelder des Feldes, die durch den Rechner (7) durch Unterteilung des Feldes hergestellt werden.

Aus US-PS 3 914 608 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt. Dabei wird mittels der Hauptablenkung der Elektronenstrahl auf einer vorgegebenen Stelle auf der zu bestrahlenden Oberfläche gerichtet, und anschließend ein Ausschnitt aus dem zu zeich nenden Muster mit Hilfe der mit hoher Geschwindigkeit arbei tenden Subablenkung auf die Oberfläche geschrieben.

Aus dem J. Vac. Sci. Technol. B, Bd. 5, 1987, Nr. 1, Seite 92 -96 ist eine Elektronenstrahl-Direktzeichenvorrichtung be kannt, welche die Fläche, auf welcher von dem Elektronen strahl ein Muster aufgezeichnet werden soll, in Untereinhei ten, sog. Blöcke, unterteilt, und innerhalb der Blöcke ein Rasterabtastverfahren zur Aufbringung des Musters anwendet.

Wie vorausgehend aufgeführt wurde, erfordern die Vorschläge zur Unterteilung der Musterdaten des großen Bereiches in jene der Felder das erneute Edieren derselben und zusätzlich die Unterteilung der Musterdaten eines jeden Feldes in jene der Subfelder und das erneute Edieren derselben. Sollen diese Vorgänge durch einen Rechner vorgenommen werden, so wird die Menge der Software, die für die Unterteilungen und das jewei lige erneute Edieren erforderlich ist, beträchtlich und die Datenmengen und die Verarbeitungszeit werden jeweils eben falls beträchtlich. Soll die Durchführung durch Hardware er folgen, so ist es erforderlich, eine Schaltung zur automati schen Unterteilung der Feldmusterdaten an die jeweiligen Sub feldmusterdaten vorzusehen. Somit wird in beiden Fällen die Verarbeitung der Daten kompliziert und zeitaufwendig. Ferner ist es im Gegensatz zu einem Wafermuster oder Maskenmuster für eine Halbleitervorrichtung üblich, daß das Leiterplatten muster nicht identische Musterabschnitte aufweist, die wie derholt auftreten. Deshalb ist es unmöglich, die Datenverar beitung durch Verwendung von Merkmalen derartiger, wiederholt auftretender, identischer Musterabschnitte zu vereinfachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Zeichnen eines vorbestimmten Musters direkt auf eine Leiter platte der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Strahlsteuerung einfacher und dabei präziser durchgeführt und das Muster in kürzerer Zeit gezeichnet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Elektronenstrahlablenkung zum Zeichnen des Musters synchron mittels der Hauptablenkvorrichtungen und der Subab lenkvorrichtungen geschieht, wobei die Hauptablenkung ent sprechend dem Verlauf des zu zeichnenden Musters und die Sub ablenkung entsprechend der Breite des zu zeichnenden Musters gesteuert wird.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Unteran spruch.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, eine Vorrichtung zur Er zeugung einer Anzahl Signale mit Rechteckwellenform und mit unterschiedlichen Frequenzen vorzusehen, eine Vorrichtung zur Ableitung von Daten aus den gespeicherten Zeichnungsmuster daten zur Zuordnung einer Breite der Subablenkung-Abtastung und zur Auswahl eines der Rechtecksignale, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Hauptablenkung-Abtastdaten synchron mit dem ausgewählten Rechtecksignal, und eine Vorrichtung zur Ablei tung, aus den gespeicherten Zeichnungsmusterdaten, von Daten zur Zuordnung einer Lage eines zu zeichnenden Musters und einer Abtastbreite einer Subablenkung und zur Durchführung einer vorgegebenen Subablenkung-Abtastung mittels einer Sub ablenkung-Abtastvorrichtung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren haben Zeichnungsmuster jeweiliger Felder, die einmal unterteilt und erneut ediert mit hoher Geschwindigkeit in jedem Intervall zwischen den Hauptablenkungs-Abtastungen in Echtzeit ausgeführt werden, als Muster einer vorgegebenen Breite ohne Notwendigkeit einer Subunterteilung derselben. Ferner kann die Elektronenstrahlstärke immer auf einen opti malen Wert gesteuert werden, selbst wenn die Musterbreite verändert wird, wodurch eine optimale Belichtung für verschiedene Mu ster in den Feldern erzielt wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Er findung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Elektronenstrahl-Direktzeichnungsvorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Subablenkung-Steuerschaltung nach Fig. 1 mit näheren Einzelheiten;

Fig. 3 Wellenformen und Kurven, die zum Verständnis des Betriebes der Subablenkung-Steuerschaltung von Vorteil sind;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Elektronenstrahl-Direkt zeichnungsvorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer bekannten Vorrichtung; und

Fig. 6 ein Feld nach Fig. 5 in vergrößerter Darstellung.

In Fig. 1, die eine Ausführungsform einer Elektronenstrahl-Direktzeichenvorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren darstellt, ist ein elektrooptisches System aus einer Austastvorrichtung (2), einer Öffnung (3), einer Subablenkvorrichtung (4) und einer Hauptablenkvorrichtung (5), im wesentlichen das gleiche wie jenes in Fig. 5 und in einer Unterdruckumgebung angeordnet. Daher werden Einzelheiten bei dieser Beschreibung zur Vermeidung einer Wiederholung weggelassen. Jedoch ist die Subablenkvorrichtung (4) dieser Ausführungsform mit einer Ablenkspule (4-1) zur Abtastung in X-Richtung und einer Ablenkspule (4-2) zur Abtastung in Y-Richtung aufgebaut und die Hauptablenkvorrichtung (5) dieser Ausführungsform ist mit einer Ablenkspule (5-1) für eine X-Richtung und eine Ablenkspule (5-2) für eine Y-Richtung aufgebaut. Ein durch das elektrooptische System hindurchgetretener Elektronenstrahl (1) trifft auf ein Leiterplattensubstrat (31) auf, das mit Fotolack beschichtet ist. Das Substrat (31) wird an einem XY-Tisch (32) gehalten, der in X- und Y-Richtung entsprechend Anweisungen von einem Tischsteuersystem (33) antreibbar ist. Der XY-Tisch (32) mit dem darauf angebrachten Substrat (31) ist in einer Unterdruckumgebung angeordnet. Die Zeichenvorrichtung besteht aus einem Rechner (34), einer Speichersteuerschaltung (35), die an eine Ausgangsseite des Rechners (34) angeschlossen ist, einem Zeichnungsmusterspeicher (36), der an einen Ausgang der Speichersteuerschaltung (35) angeschlossen ist, einem Hauptablenkung-Korrekturspeicher (37), der mit einem Ausgang der Speichersteuerschaltung (35) verbunden ist, und Verzerrungskorrekturdaten zur Korrektur einer Verzerrung der Ablenkung speichert, die gewöhnlich im elektrooptischen System vorhanden ist, einer Vektormustergeneratorschaltung (38), die auf Musterdaten aus dem Zeichnungsmusterspeicher (36) anspricht, um Ablenkungsabtastdaten zu erzeugen, einer Hauptablenkung-Korrekturschaltung (39), die auf die Ablenkungsabtastdaten aus der Vektormustergeneratorschaltung (38) und die Verzerrungskorrekturdaten aus dem Hauptablenkung-Korrekturspeicher (37) anspricht, um korrigierte Ablenkungsabtastdaten zu erzeugen, einem Hauptablenkung-X-Abtastung-D/A-Umsetzer (40), der an einen Ausgang der Hauptablenkung-Korrekturschaltung (39) angeschlossen ist, einem Hauptablenkung-Y-Abtastung-D/A-Umsetzer (41), der an den Ausgang der Hauptablenkung-Korrekturschaltung (39) angeschlossen ist, eine Hauptablenkung- Steuerleistungsquelle (42) zur Lieferung von Steuerleistung an die Hauptablenkspulen (5-1, 5-2) für die X- und Y-Abtastung, einer Subablenkung-Steuerschaltung (43), die zwischen dem Zeichnungsmusterspeicher (36) und der Subablenkvorrichtung (4) liegt, sowie einer Austaststeuerschaltung (44), die zwischen der Vektormustergeneratorschaltung (38) und der Austastvorrichtung (2) für eine Ein/Aus-Steuerung des Elektronenstrahls (1) zum Startzeitpunkt und zum Endzeitpunkt des Zeichnens eines jeden Feldes liegt.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der Subablenkung-Steuerschaltung (43) der Fig. 1. Die Subablenkung-Steuerschaltung (43) umfaßt eine periodische Rechteckwellenformgeneratorschaltung (45), deren Ausgangssignal (45a) unmittelbar an eine Y-Abtastverstärkung-Generatorschaltung (46) und an eine Phasensignalwählschaltung (48) geliefert wird, der ebenfalls ein Signal (45b) zugeführt wird, das durch Invertieren des Signals (45a) mittels eines Inverters (47) erhalten wird. Die Phasensignalwählschaltung (48) arbeitet, um entweder das Signal (45a) oder (45b) entsprechend einem digitalen Eingabewert auszuwählen, der von dem Zeichnungsmusterspeicher (36) geliefert wird, und gibt ein ausgewähltes Signal an die Y-Abtastverstärkung-Generatorschaltung (49) ab. Die X-Abtastverstärkung-Generatorschaltung (46) besteht aus einer Anzahl Verstärker (46a, 46b, ... 46i) und die Y-Abtastverstärkung-Generatorschaltung (49) besteht aus der gleichen Anzahl Verstärker (49a, 49b, ... 49i). Die Verstärker (46a, 49a) verstärken das Originalsignal na mal, die Verstärker (46b, 49b) verstärken es nb mal, usw. ... na, nb, ... ni werden vorab derart festgelegt, daß eine Subablenkung-Abtastung vorgegebener Breite jeweils am Substrat (31) durchgeführt werden kann. Da die Musterbreite diskrete Werte, wie beispielsweise 70 µm, für die Ultra-X-Klasse, 130 µm für die X-Klasse und 250 µm für die Y-Klasse annimmt, ist die Anzahl der Verstärker mit voreingestellten Multiplikationsfaktoren nicht unbegrenzt.

Eine X-Abtastverstärkung-Wählschaltung (50) spricht auf Musterdaten von dem Zeichnungsmusterspeicher (36) an und wählt einen der Ausgänge der Verstärker (46a bis 46i) und eine Y-Abtastverstärkung-Wählschaltung (51) spricht auf die Musterdaten an und wählt einen der Ausgänge der Verstärker (49a bis 49i).

Im Betrieb wird ein Ausgang (Zeichnungsmusterdaten mit Gerber-Format) einer (nicht dargestellten) CAD-Vorrichtung für Leiterplattenentwurf über eine On-line-Verbindungsleitung oder ein Magnetband dem Rechner (34) zugeführt, indem diese Daten in Zeichnungsmusterdaten für jeweilige Felder unterteilt und nach ihrem erneuten Edieren in binäre Daten (die anschließend als "Direktzeichnungsmusterdaten" bezeichnet werden) umgewandelt werden, die sich zur Verwendung in der Direktzeichenvorrichtung eignen. Die Direktzeichnungsmusterdaten umfassen binäre digitale Werte, beispielsweise der Koordinaten (X, Y) des Startpunktes einer Zeichnung, Länge eines Zeilensegmentes, Lage und Subablenkungsverstärkungsdaten für jedes Zeilensegment des Zeichnungsmusters.

Vor dem Beginn des Zeichnungsvorganges werden die Direktzeichnungsmusterdaten und die Hauptablenkung-Korrekturdaten mittels des Rechners (34) über die Speichersteuerschaltung (35) dem Zeichnungsmusterspeicher (36) und dem Hauptablenkung-Korrekturspeicher (37) zugeführt und dort gespeichert. Beim Start des Direktzeichnens werden Daten bezüglich der Koordinaten eines Startpunktes (X, Y), der Länge und Lage eines Zeilensegmentes aus dem Zeichnungsmusterspeicher (36) ausgelesen und der Vektormuster-Generatorschaltung (38) zugeführt. Letztere weist eine elektronische Logikschaltung, wie beispielsweise einen Zähler, auf und liefert X-Abtastungsdaten (38a) und Y-Abtastungsdaten (38b) in digitaler Form als X- und Y-Abtastungssteuersignale für die Hauptablenkvorrichtung (5), abhängig von den vorausgehend aufgeführten drei Daten. Die Abtastungsdaten (38a, 38b) werden der Hauptablenkung-Korrekturschaltung (39) zugeführt, indem ein Hauptablenkung-Korrekturvorgang in Echtzeit entsprechend den Korrekturdaten aus dem Hauptablenkung-Korrekturspeicher (37) durchgeführt wird, beispielsweise entsprechend X-Abtastungskorrekturdaten (37a) und Y-Abtastungskorrekturdaten (37b), und sie werden nach beendeter Korrektur den Hauptablenkung-X- und Y-Abtastung-D/A-Umsetzern (40, 41) jeweils als korrigierte X-Abtastungsdaten (39a) und korrigierte Y-Abtastungsdaten (39b) zugeführt. Die korrigierten X- und Y-Abtastungsdaten (39a, 39b) werden durch die jeweiligen D/A-Umsetzer (40, 41) in analoge Signale umgewandelt, die der Hauptablenkung-Steuerleistungsquelle (42) zugeführt werden, worauf letztere den Hauptablenkungsspulen (5-1, 5-2) für X- und Y-Richtung bestimmte Ströme zur Durchführung der Hauptablenkung-Abtastung zuführt.

Ist die Hauptablenkung-Abtastung für das eine Zeilensegment beendet, so werden Daten für das nächste Zeilensegment aus dem Zeichnungsmusterspeicher (36) ausgelesen und der gleiche Vorgang wird für das nächste Zeilensegment wiederholt, usw. Somit kann eine vorgegebene Zeichnung auf der Basis des Musters in dem Feld ausgeführt werden.

Die Subablenkung-Abtastung wird nunmehr im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Werden gemäß Fig. 2 die X-Subablenkungsspule (4-1) und die Y-Subablenkungsspule (4-2) mit derartigen, in Phase liegenden Rechteckspannungen (V_FX, V_FY) mit den Amplituden (V_XH, V_YH), die jeweils in den Fig. 3a und 3b dargestellt sind, versorgt, so werden Stromschwankungen (i_X, i_Y) mit Amplituden (i_XH, i_YH), die in den Figuren gestrichelt angegeben sind, jeweils in den Subablenkungsspulen (4-1, 4-2) erzeugt. In diesem Falle gelten folgende Beziehungen zwischen einer Subablenkungsrichtung (R) und einer Ablenkbreite (L_XY) des Elektronenstrahls (1) am Substrat (31):

L_X = L_XY · cos R = KV_XH = K′i_XH

L_Y = L_XY · sin R = KV_YH = K′i_YH

wobei K und K′ konstant sind und L_X und L_Y eine X- und eine Y-Komponente der Ablenkbreite L_XY darstellen.

Fig. 3c zeigt die Bewegung eines Elektronenstrahls (1) auf dem Substrat (31). Da die Rechteckspannungen (V_FX, V_FY) in Phase sind, bewegt sich der Elektronenstrahl (1) wie dargestellt im ersten und im dritten Quadranten. Haben die Spannungen (V_FX, V_FY) einen Phasenunterschied von 180° gemäß den Fig. 3d und 3e, so bewegt sich der Elektronenstrahl (1) gemäß Fig. 3f im zweiten und im vierten Quadranten. Strichpunktierte Linien in den Fig. 3c und 3f zeigen die Hauptablenkung-Abtastrichtung.

Es wird der Betrieb der Subablenkung-Steuerschaltung (43) beschrieben. Lagedaten und Subablenkung-Verstärkungsdaten werden neben anderen Daten für ein Zeilensegment einer Musterauslesung aus dem Zeichnungsmusterspeicher (36) der X-Abtastverstärkung-Wählschaltung (50) und der Y-Abtastverstärkung-Wählschaltung (51) zugeführt. Es sei nunmehr angenommen, daß die Hauptablenkung-Abtastung in einer Richtung parallel zur X-Achse, beispielsweise entsprechend den Daten von Koordinaten eines Startpunktes (XY) und der Länge und Lage einer Zeilensegmentauslesung aus dem Zeichnungsmusterspeicher (36) durchgeführt wird. Das heißt, Ψ=0° oder 180° in den Fig. 3c und 3f. In einem derartigen Fall weist die X-Abtastverstärkung- Wählschaltung (50) einen Ausgang des Verstärkers (46), beispielsweise das Signal (45a), und die Y-Abtastverstärkung-Wählschaltung (51) wählt einen Ausgang des Verstärkers (49i). Infolgedessen erhält die Ablenkspule (4-1) für die X-Abtastung keine Subablenkungsamplitude und eine Rechteckspannung mit einer Größe des ni-fachen des Originalsignals wird an die Ablenkspule (4-2) für die Y-Subablenkung gegeben, um eine vorgegebene Ablenkung in einer Richtung (Y-Achse-Richtung) zu erzielen, die rechteckig zur Hauptablenkrichtung (X-Achse-Richtung) liegt. Erfolgt die Hauptabtastung in der Y-Achse-Richtung (Ψ=90° oder 270°), so wählen die X- und Y-Abtastverstärkung-Wählschaltungen (50, 51) jeweils Ausgänge der Verstärker (46i, 49a), um eine vorgegebene Subablenkung in einer Richtung (X-Achse-Richtung) zu erteilen, die rechtwinklig zur Richtung der Hauptablenkung ist.

Wählt die Phasensignal-Wählschaltung (48) in Phase liegende Rechtecksignale und wählen die X- und Y-Abtastverstärkung- Wählschaltungen (50, 51) jeweils die Ausgänge der Verstärker (46b, 49i), so wird eine Subablenkung-Abtastung erhalten, die folgender Beziehung genügt:

und wenn die Schaltung (48) Rechtecksignale wählt, die entgegengesetzte Phase haben, so wird eine Ablenkung erhalten, die der Gleichung

genügt. Somit ist es möglich, eine Subabtastung in einer Richtung normal zur Hauptablenkung in beliebiger Richtung zu erzielen, mit Ausnahme der vertikalen oder horizontalen Richtung.

Fig. 4 stellt eine weitere Ausführungsform einer Elektronenstrahldirektzeichnungsvorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren dar, die sich von der Ausführung gemäß Fig. 1 nur darin unterscheidet, daß ferner eine Steuerschaltung für eine optimale Elektronendosis vorhanden ist. Die Steuerschaltung für optimale Elektronendosis umfaßt eine Taktschaltung (28) zur Erzeugung eines rechteckförmigen Taktsignals mit einer konstanten Frequenz (f_M), einen Frequenzteiler (29) zur Frequenzteilung des Taktsignals zwecks Erzeugung von Rechtecksignalen mit den Frequenzen (f_a, f_b, ... f_i) auf Signalleitungen (29a, 29b, ..., 29i) und eine Taktwählschaltung (30) zur Auswahl einer der Frequenzen (f_a bis f_i). Die durch die Taktwählschaltung (30) gewählte Frequenz wird einer Vektormuster-Generatorschaltung (38) zugeführt, die die gleiche, wie in Fig. 1 dargestellt, ist und die als Bezugszeitgabe-Taktsignal zur Erzeugung der Hauptabtastdaten verwendet wird. Die Steuerschaltung für optimale Elektronendosis arbeitet zur Steuerung der Elektronenstrahldosis auf einen optimalen Wert, selbst wenn die Breite der Musterzeile sich ändert, so daß immer eine optimale Belichtung zur Verbesserung der Qualität der Zeichnung erhalten wird. Da der Aufbau des übrigen Teils dieser Ausführungsform außer der Steuerschaltung für die optimale Elektronendosis und dessen Betrieb gleich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist, wird der Betrieb der letztgenannten Schaltung beschrieben.

In Fig. 4 werden unter den vom Zeichnungsmusterspeicher (36) ausgelesenen Daten die Subablenkung-Verstärkungsdaten in digitaler Form ebenfalls der Taktwählschaltung (30) zugeführt, worauf die Taktwählschaltung (30) eine der Frequenzen (f_a bis f_i) als Hauptabtastung-Steuertakt (f_M) derart auswählt, daß die Belichtungsdose bezüglich der zu zeichnenden Musterbreite konstant gelesen wird, beispielsweise die Abtastbreite (d) der Subabtastung, und sie der Vektormuster-Generatorschaltung (38) zuführt.

Eine Abtastfläche (S) (m²), die durch Subablenkung innerhalb einer Zeit (t_M) (s) abgetastet werden kann, die erforderlich ist, um den Hauptablenkstrahl, abhängig von einer Änderung der Hauptablenkung-Abtastung, entsprechend einem Bit digitaler Daten zu bewegen, wird durch folgende Gleichung angegeben:

S = Φ · d (1)

wobei Φ ein Strahlpunktdurchmesser in Meter ist.

Andererseits ist eine optimale Ladungsmenge vorhanden, beispielsweise die Dosis (D) (Coulomb/m²), um eine Einheitsfläche des Fotolacks zu belichten, die wie folgt ausgedrückt werden kann:

D = (I · t_M)/S (2)

wobei I der Elektronenstrahlstrom in Ampere ist.

Somit wird folgende Beziehung aus den Gleichungen (1) und (2) erhalten:

t_M = (Φ · D)d/I (3)

Da t_M = 1/f_M, kann die Gleichung (3) in folgende Gleichung umgeformt werden, indem (t_M) durch die Taktfrequenz (f_M) (Hz) gesteuert wird

f_M = (I/(Φ · D)) · (I/d) (4)

Dies bedeutet, daß es, um die Elektronendosis (D) immer entsprechend der Subabtastungsbreite (d) optimal zu steuern, während der Strahlstrom (I) konstant gehalten wird, erforderlich ist, den Hauptabtastungssteuertakt zu ändern.

Ferner ist es aus der Gleichung (4) klar, daß die Elektronendosis (D) bezüglich einer Änderung der Subabtastungsbreite konstant gehalten werden kann, indem der Strahlstrom (I) gesteuert wird, während die Taktfrequenz (f_M) konstant gehalten wird. Jedoch macht das Zeichnen unter Steuerung des Strahlstroms Schwierigkeiten, wie beispielsweise:

1) Es ist für eine breite Musterzeile notwendig, eine Elektronenstrahlröhre zu verwenden, die eine Kathode mit einem Durchmesser aufweist, der groß genug ist, um einen großen Strahlstrom zu liefern und eine derartige größere Kathode verursacht eine Verschlechterung der Strahlfokussierung.
2) Wenn der Strahlstrom gesteuert wird, indem die Gitterspannung der Elektronenröhre gesteuert wird, so kann ein Brennpunkt im Hinblick auf eine große Änderung der Feldverteilung um die Kathode fluktuieren.
3) Erfolgt eine Stromsteuerung durch Steuerung eines Heizdrahtstroms der Röhre zur Steuerung der Kathodentemperatur, so wird die Ansprechzeit der Steuerung auf die Größenordnung von einer Sekunde verringert.

Das vorliegende Steuersystem, bei dem die Hauptabtastgeschwindigkeit veränderlich ist, während der Strahlstrom konstant gehalten wird, weist die vorausgehend aufgeführten Schwierigkeiten nicht auf.

Da, wie aus Gleichung (4) hervorgeht, die Hauptabtastung-Taktfrequenzen (f_a bis f_i) zur Erzielung einer optimalen Elektronendosis für jeweilige Subabtastungsbreiten (d_a bis d_i) bestimmt werden können, ist es möglich, für jede Musterbreite eine optimale Belichtung zu erhalten, indem eine dieser Frequenzen entsprechend den Daten einer Zeichnung ausgewählt werden.

Claims

1. Verfahren zum Zeichnen eines vorbestimmten Musters direkt auf eine Leiterplatte mit darauf aufgebrachtem Fotolack mittels Elektronenstrahl-Abtastung in einer Elektronen strahl-Direktzeichenvorrichtung, mit

- Hauptablenkvorrichtungen (4-1, 4-2),
- Subablenkvorrichtungen (5-1, 5-2),
- einer Hauptablenkungs-Steuervorrichtung (39, 40, 41, 42),
- einer Subablenkungs-Steuervorrichtung (43),
- einer Vorrichtung (34) zum Unterteilen von Zeichnungs musterdaten in Felder sowie zum Editieren der Zeich nungsmusterdaten,
- einem Zeichnungsmusterspeicher (36),

entsprechend Zeichnungsmusterdaten,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlablenkung zum Zeichnen des Musters synchron mittels den Hauptablenkvorrichtungen (4-1, 4-2), und den Subablenkvorrichtungen (5-1, 5-2) geschieht, wobei die Hauptablenkung entsprechend dem Verlauf des zu zeich nenden Musters und die Subablenkung entsprechend der Brei te des zu zeichnenden Musters gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptablenkgeschwindigkeit als Funktion der Subablenkbreite sowie einer gewünschten Bestrahlungsdosierung gewählt wird, um die Bestrahlungsdosierung einzustellen.