FR2585480A1 - Generateur de modeles a laser - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN GENERATEUR DE MODELES A LASER. CET APPAREIL SERVANT A PRODUIRE UN MODELE SUR UNE PIECE A TRAITER 34 COMPREND UN LASER 10, UN DIVISEUR DE FAISCEAU 13 FOURNISSANT UNE PLURALITE DE FAISCEAUX LASER, UN MODULATEUR ACOUSTO-OPTIQUE 16 MODULANT LESDITS FAISCEAUX, QUI SONT ENVOYES A UN MIROIR ROTATIF 24, ET DES MOYENS DE FOCALISATION 26, 30, 32 RECEVANT LES FAISCEAUX DU MIROIR ET LES FOCALISANT SUR LA PIECE 34 EN VUE DE REALISER UN BALAYAGE DE TRAME SUR CETTE PIECE. APPLICATION NOTAMMENT A LA FABRICATION DE CIRCUITS INTEGRES.

Description

La présente invention concerne le domaine de la production de modèles ou

dessins moyennant l'utilisation d'un laser et d'une pellicule sensible au rayonnement, en

particulier pour la photolithographie.

Dans la fabrication photolithographique de cir-

cuits intégrés, les films sensibles à une énergie rayonnan-

te ou & une énergie particulaire sont exposés conformément à des modèles ou dessins pédéterminés de manière à définir des caractéristiques de circuits. Dans certains cas l'énergie

est transmise par l'intermédiaire de masques qui contien-

nent les modèles, ce qui permet d'exposer de façon sélecti-

ve une pellicule de résine photosensible située sur un corps semiconducteur. Dans d'autres cas, la pellicule est située sur un substrat à masque et on réalise une exposition de la

pellicule en tant que phase opératoire lors de la fabrica-

tion du masque. Dans d'autres cas, la direction de l'éner-

gie de rayonnement elle-même est commandée de manière & dé-

finir des modèles sur la pellicule. Ceci peut être exécuté

en tant que partie de fabrication d'un masque ou pour réa-

liser "l'enregistrement" direct sur la pellicule de résine

photosensible en recouvrant une pastille semiconductrice.

On a utilisé plusieurs sources d'énergie de rayon-

nement y compris la lumière ultraviolette, la lumière visi-

ble, une lumière cohérente, les rayons X et un faisceau

d'électrons (faisceau E).

Tout récemment dans le domaine du traitement pho-

tolithographique, on découpait manuellement des modèles à

grande échelle par rapport au circuit final, puis on réali-

sait une réduction photographique de manière à obtenir les masques finals. Avec la technologie actuelle, on dirige par

voie électrique des faisceaux d'électrons de manière à dé-

finir des modèles ou des dessins, et ce quelquefois à l'échel-

le définitive.

Des tentatives ont été faites pour fabriquer des masques en dirigeant des faisceaux laser et/ou en déplaçant une pièce à traiter par rapport aux faisceaux laser. Aucune de ces tentatives n'a été utilisée commercialement. Comme

on le verra, la présente invention a trait à ce domaine.

La production générale de modèles ou dessins est décrite dans les brevets US 3 465 091, 4 060 816 et 4 464 030.

Certains aspects de la technologie de fabrication de mas-

ques contre les ultraviolets sont décrits dans les brevets

US 4 293 624 et 4 329 410. La technologie utilisant des fais-

ceaux d'électrons est décrite dans les brevets US 3 679 497, 3 857 041 et 4 445 039. La production de modèles au moyen du laser est décrite dans les brevets US 3 537 854,3 622 742,

3 797 935, 3 925 785, 4 110 594 et 4 422 083.

La présente invention utilise des modulateurs acousto-optiques (AOM) pour moduler un faisceau laser. Dans ces modulateurs, une onde acoustique se propageant dans un

cristal provoque une diffraction de la lumière, ce qui en-

traine une modulation de cette dernière. Ce phénomène est connu depuis de nombreuses années et est décrit par exemple dans "Dispositifs à diffraction de Bragg acousto-optiques et leurs applications" de Walter Baronian, IEE 74 Region 6

Conference, à partir de la page 70. L'utilisation de ce mo-

dulateur acousto-optique pour l'impression électronique est décrite dans "Balayage laser pour l'impression électronique", Proceeding of the IEEE, Vol. 70, n 6, Juin 1972, à partir

de la page 597.

La présente invention concerne un appareil pour produire un modèle ou un dessin sur une pièce à traiter,

cette dernière comportant une pellicule sensible à une éner-

gie de rayonnement. On utilise un laser en tant que source

d'énergie du rayonnement et on subdivise le faisceau déli-

vré par le laser en une pluralité de faisceaux. Ces fais-

ceaux sont transmis par l'intermédiaire de modulateurs acousto-

optiques qui reçoivent des signaux électriques définissant

les modèles. On utilise un miroir rotatif comportant une plu-

ralité de facettes pour diriger les faisceaux délivrés par le modulateur selon des configurations de balayage lorsque

la pièce à traiter est déplacée. Ainsi on réalise un enre-

gistrement sur la pièce à traiter sous la forme d'un bala-

yage du type à trame.

Un plan image intermédiaire à plus grande échelle est formé en aval du miroir rotatif au moyen d'une lentille

F-théta; la lumière est prélevée de ce plan pour être trans-

mise au dispositif de commande du système. Un diviseur de

faisceau situé dans ce plan provoque la déviation du fais-

ceau à partir de ce plan, ce faisceau étant détecté de ma-

nière à fournir un signal de cadencement synchronisé avec

la rotation du miroir. Le même diviseur de faisceau est uti-

lisé pour dévier un faisceau réfléchi par la pièce à trai-

ter, en direction d'un tube photomultiplicateur. Ce faisceau

est utilisé pour déterminer l'emplacement de la pièce à trai-

ter (par exemple pour l'étalonnage).

D'autres caractéristiques et avantages de la pré-

sente invention ressortiront de la description donnée ci-

après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels:

- la figure 1 est un schéma optique montrant l'en-

semble du trajet optique à l'intérieur de l'appareil confor-

me à la présente invention;

- la figure 2 est une vue en élévation de l'appa-

reil conforme à la présente invention, sous forme schémati-

que, servant essentiellement à montrer l'emplacement des len-

tilles dans le trajet optique et leur relation par rapport au support de la pièce;

- la figure 3 est un schéma du diviseur de fais-

ceau utilisé dans la forme de réalisation actuellement pré-

férée; - la figure 4 est une vue en élévation de l'un des diviseurs utilisés dans le diviseur de faisceau de la figure 3;

- la figure 5 est un schéma montrant les lentil-

les utilisées dans le plan image intermédiaire, en aval du balayage; - la figure 6 est une vue en plan du support de pièce et de positions par rapport à des interféromètres qui

sont utilisés pour la détermination de la position du sup-

port de la pièce ou de la pièce à traiter;

- la figuer 7 est une vue en élévation de la struc-

ture de la figure 6, qui montre également la position de la structure à la réduction du trajet optique;

- la figure 8 est un diagramme utilisé pour re-

présenter des modèles de balayage (configuration d'enregis-

trement sur la plaque) utilisés dans la forme de réalisa-

tion actuellement préférée;

- la figure 9 représente les faisceaux laser uti-

lisés pour former un "pinceau"; - la figure 10 est un chronogramme utilisé pour

décrire certains aspects de la présente invention.

Ci-après on va donner une description détaillée

de la présente invention.

On va décrire un générateur de modèles ou dessins à laser, qui est particulièrement approprié pour réaliser l'exposition sélective de couches photosensibles comme par exemple des couches de résine photosensible utilisées dans

la fabrication de circuits intégrés. Dans la description qui

va suivre, de nombreux détails spécifiques sont indiqués

comme par exemple des longueurs d'ondes spécifiques, des len-

tilles, etc afin de permettre une compréhension complète de la présente invention. Cependant il apparaîtra à l'évidence au spécialiste de la technique que la présente invention peut être mise en oeuvre sans ces détails spécifiques. Dans d'autres cas, des structures bien connues, des organes de support, etc, qui ne sont pas nécessaires pour la présente invention, n'ont pas été représentés de façon détaillée afin

de ne pas obscurcir inutilement la présente invention.

Le générateur de modèles conforme à la présente

invention utilise un faisceau laser pour réaliser l'exposi-

tion d'une pellicule sensible au rayonnement. Le faisceau laser est utilisé en huit faisceaux de manière à créer un

"pinceau". Ce pinceau de faisceaux explore par bala-

yage la pièce à traiter moyennant l'utilisation d'un miroir rotatif. Chaque faisceau partiel dupinceau de faisceauKest modulé à l'aide de modulateurs acousto-optiques. Les signaux électriques envoyés à ces modulateurs déterminent le modèle spécifique qui est produit. Le système du type "générateur de trames" utilisé pour délivrer les signaux électriques aux

modulateurs, est décrit dans une demande de brevet copen-

dante déposée par le déposant de la présente demande.

La pièce à traiter contenant la pellicule photo-

sensible est montée sur une table mobile qui se déplace sui-

vant un axe pendant le balayage (axe de la bande). La table

se déplace également suivant l'axe de balayage lorsque l'en-

registrement n'est pas effectué. Des interféromètres détec-

tent le déplacement de la pièce à traiter suivant ces axes.

Une détermination de la position de la pièce à traiter par rapport à la position du faisceau est réalisée à partir de la lumière réfléchie dans un plan image télécentrique à plus

grande échelle. Ce même plan image est utilisé pour la dé-

tection des facettes du miroir, ce qui permet une synchro-

nisation des données sur le modulateur acousto-optique.

TRAJET OPTIQUE DE L'APPAREIL CONFORME A L'INVENTION

En se référant à la figure 1 représentant la for-

me de réalisation actuelle préférée, on utilise un laser

fonctionnant en continu 10, délivrant une puissance de rayon-

nement de 100-200 milliwatts à une longueur d'onde de 363,8 nm.

Le faisceau délivré par le laser 10 est comprimé au moyen d'un compresseur usuel de faisceau 12 de manière à préparer

le faisceau en vue de sa subdivision.

Le diviseur multiple de faisceau 13 subdivise le

faisceau délivré par le laser 10 en huit faisceaux. L'agen-

cement optique spécifique pour réaliser cette division est

décrit en référence aux figures 3 et 4.

Les huit faisceaux délivrés par le diviseur de

faisceau 13 (quelquefois désignés collectivement sous le ter-

me de "pinceau de faisceaux") traversent les lentilles re-

lais 14. En réalité cette lentille à trois éléments (repré-

sentée sur la figure 2) focalise et amincit les faisceaux délivrés par le diviseur de faisceau 13, et ce conformément

à un facteur égale approximativement à deux.

Des modulateurs acousto-optiques (AOM) 16 dispo-

nibles dans le commerce sont utilisés pour moduler les fais-

ceaux de lumière. Dans la forme de réalisation actuellement préférée, huit transducteurs sont réalisés sur la surface d'un cristal unique. On utilise une porteuse à 160 MHz, c'est-à-dire que la présence de la porteuse détermine si le faisceau sera diffracté à travers le cristal en direction

de la pièce à traiter; l'amplitude de la porteuse détermi-

ne l'intensité du faisceau. (Le faisceau d'ordre zéro n'est

pas utilisé).

On peut obtenir huit faisceaux modulés à partir

d'un faisceau unique en utilisant un seul modulateur acousto-

optique, avec huit fréquences porteuses. La déviation obte-

nue à partir du modulateur AOM est fonction de la fréquence et chaque fréquence porteuse crée un faisceau séparé. Sinon on peut utiliser des modulateurs électro-optiques à la place

des modulateurs acousto-optiques AOM. Aucun de ces modula-

teurs n'est utilisé dans la forme de réalisation actuelle-

ment préférée.

Les huits faisceaux délivrés par le modulateur AOM sont transmis à travers un prisme de Dove ou de renvoi 17. Ce prisme est utilisé pour faire tourner le pinceau de faisceaux et bien que ceci ne soit pas aisément visible sur la vue de la figure 1, les faisceaux sont en effet pivotés par rapport au plan de la figure. Le pinceau final formé par les faisceaux comprend les projections en chevauchement des différents faisceaux sans interférence entre ces derniers, étant donné qu'en plus de la rotation fournie par le prisme

17, on met en oeuvre un retard entre les activations des dif-

férents faisceaux. Si l'on n'effectue pas cette opération, il peut en résulter une exposition non uniforme de la résine photosensible. Les faisceaux délivrés par le prisme 17 traver- sent la lentille relais unique 18 de manière à converger en direction d'un spot sur le miroir de commande 20. Dans la

forme de réalisation actuellement préférée, ce spot a un dia-

mètre d'environ 1,5 mm. Le miroir de commande 20 est un mi-

loroir pouvant être commandé électriquement qui permet de dé-

placer (régler) les angles des faisceaux sur le miroir à fa-

cettes 24. Les faisceaux, qui sont réfléchis par le miroir , traversent la lentille de zoom 22 qui est constituée de quatre éléments représentés sur la figure 2. Cette lentille de zoom permet d'élargir les faisceaux et de les écarter

plus encore ou de les rendre plus étroits et de les rappro-

cher les uns des autres sur la pièce à traiter. Ce zoom est commandé électriquement et est réglé pour chaque pièce à traiter. Le miroir polygonal rotatif 24 comprend, dans la

forme de réalisation actuellement préférée, vingt-quatre fa-

cettes qui dévient respectivement les faisceaux délivrés par la lentille de zoom 32 en direction d'une lentille F-théta 26. C'est ce miroir qui fournit l'action de balayage des

faisceaux. Dans la forme de réalisation actuellement préfé-

rée, ce miroir tourne à une vitesse comprise entre 12 000 et 20 000 tr/mn. Par conséquent le balayage s'effectue à une

fréquence comprise entre 48 kHz et 80 kHz. Cepen-

dant le miroir tourne à une vitesse constante pour un modè-

le donné.

Les faisceaux délivrés par le miroir 24 sont élar-

gis dans un plan image intermédiaire situé en aval du bala-

yage (plan image 10 x) comme représenté sur la figure 1.

D'un côté de ce plan, on utilise une lentille F-théta 26 pour former le plan et au niveau de l'autre extrémité, on utilise une lentille réductrice 32 pour obtenir le faisceau

final. Ce faisceau final réduit balaye la plaque ou la piè-

ce à traiter 34. Les lentilles du dispositif à lentille F-

théta et la lentille réductrice 32 sont représentés sur la figure 5. Un diviseur de faisceau 28 est disposé dans le plan image 10 x. Comme cela sera décrit ultérieurement, l'un

des faisceaux est activé avant chaque balayage et est uti-

lisé pour détecter les facettes du miroir. Le faisceau est

réfléchi par le diviseur 28 en direction d'un circuit de dé-

tection d'une facette, qui délivre une impulsion indiquant la position de la facette. Ceci permet de synchroniser les données du modèle, qui sont envoyées au modulateur AOM 16, avec la rotation du miroir. Le rayonnement réfléchi par la

pièce à traiter 34 (ou par son support) est également ren-

voyé par le diviseur de faisceau 28 et est focalisé dans un

tube photomultiplicateur. Ce rayonnement réfléchi est uti-

lisé à des fins d'étalonnage et dans d'autres buts, comme cela sera décrit plus loin. Un obturateur 30 fonctionne dans

le plan image 10 x. Cet obturateur empêche la lumière d'at-

teindre la pièce à traiter hormis pendant le balayage ou pen-

dant d'autres intervalles de temps sélectionnés comme par

exemple lors de l'étalonnage.

Sur la figure 2, on a représenté le trajet opti-

que réel tel qu'il est actuellement réalisé. Le laser, les lentilles, le miroir rotatif, etc sont montés sur un cadre métallique rigide 45. Le cadre est supporté par des supports métalliques 46 et 47, qui sont montés sur un bloc unique de granit de manière à minimiser les déplacements. La pièce à traiter ou la plaque est fixée sur le support de pièce et, comme cela sera décrit, cet ensemble se déplace au-dessous

de la lentille réductrice 32.

Dans le trajet optique de la figure 2, la réfé-

rence "L" désigne des lentilles, la référence "F" désigne

des foyers et la référence "AF" désigne des points afocaux.

Le faisceau délivré par le laser traverse les len-

tilles L1 et L2, qui constituent le compresseur de faisceau

12 représenté sur la figure 1. Le faisceau est ensuite foca-

lisé en un endroit situé dans le diviseur de faisceau 13 qui, comme cela a été mentionné, sera décrit ultérieurement en

référence aux figures 3 et 4.

Les lentilles relais 14 de la figure 1 sont cons-

tituées par les lentilles L3, L4 et L5, les lentilles L4 et L5 entourant le point afocalAF1. On a & nouveau représenté

le modulateur AOM 16, qui reçoit les huit faisceaux déli-

vrés par les lentilles 14. La lumière modulée délivrée par le modulateur AOM traverse le prisme de Dove 17, puis le prisme 37 de renvoi du faisceau, la lentille relais 18 (L6), le prisme 38 de renvoi du faisceau et tombe sur le miroir de commande 20. A partir de là, les faisceaux sont réfléchis

par le miroir 39, traversent le prisme 40 de renvoi du fais-

ceau et sont dirigés sur l'ensemble à lentilles de zoom qui comprend les lentilles L7, L8, L9 et L10 et le prisme 41 de renvoi du faisceau. Un foyer F3 est situé à l'intérieur du prisme 41. Les faisceaux délivrés par l'ensemble formé de

lentilles de zoom sont réfléchis dans le miroir 48 en di-

rection du miroir rotatif (polygonal) 24.

Le système optique, disposé en aval du balayage,

est à nouveau représenté sur la figure 2 et inclut la len-

tille F-théta 26, le diviseur de faisceau 28, l'obturateur

et la lentille réductrice 32.

Les lentilles indiquées ci-dessus sont disponi-

bles dans le commerce.

DIVISEUR DE FAISCEAU 13 DES FIGURES 1 ET 2

La figure 4 représente l'une des trois plaques semblables 50 utilisées dans le diviseur de faisceau. Le corps 55 est un corps ordinaire constitué par exemple par du verre qui transmet le faisceau. La surface supérieure du

corps comporte un revêtement anti-réfléchissant 52. Un revê-

tement ou une couche 53, qui réalise une réflexion à 50 %, recouvre partiellement le revêtement 52. Un revêtement ou une couche 51, réalisant une réflexion à 100 %, est formé

sur la surface supérieure du corps 55.

Comme on peut le voir, un faisceau 58 tombant sur la couche 53 est réfléchi comme cela est représenté sous la forme du faisceau 59. Une partie du faisceau 58 représentée

en tant que faisceau 60 pénètre dans le corps 55 et est ré-

fléchie par le revêtement 51 (faisceau 61). On notera que lorsqu'il sort de la plaque 50, le faisceau 61 ne rencontre

pas la couche 53.

Trois plaques, comme par exemple la plaque 50 sur la figure 4, sont représentées sur la figure 3 (plaques 50a,

b, 50c) et sont utilisées de manière à fournir huit fais-

ceaux dans la forme de réalisation actuellement préférée.

La plaque 50b possède une épaisseur double de celle de la plaque 50a; la plaque 50c possède une épaisseur double de la plaque 50b. Les plaques sont montées parallèlement les unes aux autres dans la forme de réalisation actuellement préférée.

Comme cela est visible sur la figure 3, un fais-

ceau 63, qui rencontre tout d'abord la plaque 50a, fournit deux faisceaux (ceci est également représenté sur la figure

4). Les deux faisceaux tombent sur la couche 53 de la pla-

que 50b. La moitié de chacun de ces faisceaux est réfléchie par la couche 53. Les parties des faisceaux, qui traversent la couche 53, sont réfléchies par la couche 51 de manière à fournir deux faisceaux supplémentaires et par conséquent un ensemble de quatre faisceaux quittent la plaque 50b. De façon similaire, l'ensemble des quatre faisceaux partant de la plaque 5Cb sont en partie réfléchis par la couche 53 de

la plaque 50c et quatre faisceaux sont réfléchis par la cou-

che 51 de la plaque 50c, ce qui fournit les huit faisceaux

utilisés dans la forme de réalisation actuellement préférée.

SYSTEME OPTIQUE DU PLAN IMAGE 10 X

Un aspect du présent appareil est le fait qu'il il

utilise un plan image élargi disposé à la suite du systè-

me optique de balayage. Dans la forme de réalisation actuel-

lement préférée, on utilise un plan image 10x entre le mi-

roir rotatif et la pièce à traiter. Ce plan image télécen-

trique intermédiaire facilite la détection des facettes, l'étalonnage et la détermination de la position de la pièce

à traiter, en particulier dans le cas d'applications d'en-

registrement indirect.

En se référant à la figure 5, on voit que le plan

intermédiaire est formé par les lentilles F-théta 26. On uti-

lise la technique connue des lentilles F-théta de manière

à créer le plan intermédiaire en aval du miroir rotatif.

Un diviseur de faisceau 28 est disposé sur le

trajet de la lumière situé en aval des lentilles F-théta.

Ce diviseur de faisceau est utilisé pour séparer une petite partie de la lumière dirigée sur la pièce à traiter, pour

l'envoyer en direction d'un détecteur de facette 67. Une pho-

todiode ordinaire ou un dispositif analogue est approprié pour constituer le détecteur de facette 67. Les faisceaux 66 de la figure 5 sont représentés comme étant réfléchis par

la surface 28a du diviseur de faisceau et tombent sur le dé-

tecteur 67. Comme cela sera décrit de façon plus détaillée, l'un des canaux des faisceaux est pivoté par l'intermédiaire

* du modulateur AOM avant chaque balayage de la pièce à trai-

ter. Le détecteur de facette détecte ce faisceau et cette

information est utilisée pour cadencer les données transmi-

ses au modulateur AOM. Ceci est représenté sur la figure 10.

L'autre surface 28b du diviseur de faisceau 28 est utilisée pour séparer une partie du faisceau réfléchi par la pièce

à traiter. Cette lumière, qui est envoyée à un tube photo-

multiplicateur 71, est utilisée pour l'étalonnage et la dé-

tection de positions.

Un obturateur 30 est disposé à l'intérieur du plan

image intermédiaire, comme représenté sur la figure 5. Lors-

qu'il est à l'arrêt, le modulateur AOM permet encore la dif-

fraction d'une faible quantité de lumière (par exemple 1 %) en direction de la pièce à traiter. Lorsque le dispositif portant la pièce à traiter est arrêté, cette lumière peut

provoquer une exposition indésirable de la résine photosen-

sible. L'obturateur à commande électrique est fermé lors- qu'il ne se produit aucun balayage sur la pièce à traiter (le faisceau du canal 1, qui est branché avant le balayage effectif pour la détection des facettes, ne tombe pas sur

la pièce à usiner, comme cela a été mentionné précédemment).

L'obturateur 30 est disposé en aval du diviseur de faisceau 28 étant donné que les signaux de détection des facettes

sont utilisés pour déplacer la table. On notera que si l'ob-

turateur était situé plus en amont dans le trajet optique, les signaux de détection des facettes ne seraient pas reçus

lorsque l'obturateur serait fermé, ce qui empêcherait la pro-

duction de signaux de cadencement utilisés pour déplacer la

table.

L'ensemble en forme de lentille réductrice 32 est

une lentille réductrice disponible dans le commerce, qui fo-

calise les faisceaux depuis le plan 10x sur la pièce à trai-

ter.

FORMAT D'ENREGISTREMENT SUR LA PIECE A TRAITER

Le modèle de balayage et le déplacement de la piè-

ce à traiter permettent aux huit faisceaux d'enregistrer n'importe quel modèle. Bien que le format d'enregistrement particulier utilisé ne soit pas crucial en rapport avec le trajet optique, une explication de ce format permettra de

mieux comprendre l'ensemble du fonctionnement de l'inven-

tion. Les modèles sont produits sous la forme de blocs sur la pièce à traiter, comme par exemple le bloc 68 sur la figure 8. Chaque bloc utilise 256 k unités d'adresses de

données suivant l'axe de balayage et 256 k unités d'adres-

ses suivant l'axe de la bande. Une seule adresse sur les

deux axes définit un carré de 0,5 micron de côté.

Les faisceaux sont tenus d'exécuter un balayage suivant la direction de l'axe de balayage, sous l'effet du

miroir rotatif. Les huit faisceaux sont représentés à l'in-

térieur du cercle 69. Le pinceau formé par ces faisceaux se déplace suivant une ligne de balayage 70 représentée à l'in-

térieur du socle 73. Lorsque ce balayage se produit, la piè-

ce à traiter est déplacée suivant la direction de la bande.

Par conséquent le balayage se produit sous la forme d'un ba-

layage en trame. Chaque ligne de balayage telle qu'elle se présente actuellement, possède une largeur de 4096 unités

d'adresses, un bit étant utilisé dans chaque unité d'adres-

ses pour commander chacun des faisceaux. C'est pourquoi la

ligne de balayage elle-même possède une largeur de 8 "bits".

Le code binaire est utilisé pour brancher ou pour débran-

cher son faisceau respectif. Une échelle des grilles peut être également utilisée lorsqu'une pluralité de bits sont

associés à chaque faisceau de manière à fournir une grada-

tion entre les états branché et débranché.

Dans le générateur de trames utilisé avec le gé-

nérateur de modèles, on obtient des bandes qui possèdent une longueur égale 1024 unités d'adresses suivant la direction de l'axe de la bande. Cependant cette délimitation ne peut

pas être détectée dans les limites du déplacement du fais-

ceau ou de la table elle-même, mais est plutôt confinée dans

le générateur de trames. Une pluralité de bandes sont uti-

lisées pour former un cadre tel que défini par le rectangle

72. Le nombre des bandes dans un cadre est quelconque.

Pour la description, on suppose que quatre modè-

les identiques (modèle 2) doivent être enregistrés à l'inté-

rieur du bloc 68. Dans la forme de réalisation actuellement préférée, le cadre 72 est le premier enregistré dans le bloc

74, puis la table est déplacée de manière que la même infor-

mation contenue dans ce cadre puisse être à nouveau enregis-

trée dans les blocs 73, 76, puis 75. Puis un autre cadre

est délimité dans chacun des blocs jusqu'à ce que l'ensem-

ble du modèle ait été enregistré quatre fois à l'intérieur

du bloc 68. On peut enregistrer d'autres modèles sur la piè-

ce à usiner, dans des blocs voisins du bloc 68, comme cela

est représenté par le modèle 1 à gauche du bloc 68. Le modè-

le 1 ou 2 de la figure 8 peut représenter, à titre d'exem-

ple, les masques 5x ou 10x ou peuvent représenter, comme ce-

la a été mentionné, les éléments de circuits produits direc-

tement sur une pastille semiconductrice.

Comme cela est utilisé actuellement, les faisceaux réalisent un enregistrement uniquement en liaison avec le

déplacement suivant l'axe de la bande et aucun enregistre- ment ne se produit lorsque la table est déplacée suivant

l'axe de balayage. Le déplacement de la pièce à traiter sui-

vant l'axe de balayage intervient par exemple pour reposi-

tionner la pièce à traiter pour chaque cadre.

FAISCEAUX REALISANT DES BALAYAGES LINEAIRES

Dans le cercle 69 de la figure 8, on a représenté les huit faisceaux, qui délimitent le modèle lors de chaque balayage, comme se chevauchant réciproquement. En réalité

les faisceaux ne se chevauchent pas bien que leurs projec-

tions sur la pièce à traiter se chevauchent. Le prisme de Dove 17 de la figure 1 dirige les faisceaux de telle sorte qu'ils sont décalés spatialement comme cela a été mentionné. Ce décalage est illustré sur la figure 9 avec

les faisceaux 77. (Les faisceaux 77 représentent la projec-

tion des faisceaux comme s'ils étaient pivotés avant d'at-

teindre le trait 78). Le trait 78 représente un trait perpen-

diculaire à l'axe de balayage et ce trait est représenté sur

la figure 8 comme intersectant la ligne de balayage 70. Lors-

que les différents faisceaux atteignent le trait 78, ils sont actives (un par un) en fonction de l'information (un ou zéro binaire) sollicitée pour l'unité d'adresses dans cette position le long de l'axe de balayage et de l'axe de

la bande. En cours de fonctionnement, les signaux de don-

nées commandant les faisceaux sont appliqués de façon suc-

cessive au modulateur AOM de la figure i; chaque signal est retardé d'un intervalle de temps approprié de sorte que le faisceau est branché (si cela est nécessaire pour le modèle)

au niveau du trait 78 et des traits équidistants. Ceci per-

met un chevauchement des projections des faisceaux sans que

les faisceaux eux-mêmes se chevauchent. Si les faisceaux eux-

mêmes se chevauchaient, il se produirait une interférence

non contrôlée, empêchant l'enregistrement d'une ligne de ba-

layage "nette".

ENSEMBLE FORME PAR LA TABLE

En se référant tout d'abord à la figure 7, on voit que la plaque 34, qui est montée dans le support de pièce,

peut être déplacée suivant trois axes. Le mouvement de rap-

prochement et d'écartement des lentilles réductrices 32 (axe Z) n'est pas représenté sur les dessins. Ce déplacement est

réalisé en vue d'obtenir la focalisation.

Pendant la production de modèles, comme cela a

été mentionné, la plaque 34 et le support de pièce sont dé-

placés le long de la bande au moyen d'un moteur 83, étant donné que la plaque et le support de pièce sont montés sur

le dispositif à bande 82. Cet axe d'observation de la figu-

re 7 pénètre et sort de la feuille du dessin. Le dispositif à bande 82 est monté sur le dispositif de balayage 80, ce

qui a pour effet que la plaque 34 se déplace lorsque le dis-

positif 80 se déplace. Le dispositif 80 se déplace le long de l'axe de balayage et est entraîné par un moteur 81. Comme

cela a été mentionné, ce déplacement ne se produit pas pen-

dant le balayage, mais plutôt par exemple entre des bala-

yages de manière à réaliser un nouveau positionnement pour

chaque cadre. Le support de pièce peut également être ré-

glé (incliné) au niveau de la pièce à traiter par rapport

aux faisceaux.

En se référant aux figures 6 et 7, on voit qu'un miroir 88 est monté perpendiculairement au dispositif 82 et

que, de façon similaire, un miroir 92 est monté sur le dis-

positif 82, perpendiculairement à l'axe de la bande. Un mi-

roir 44 est monté sur la lentille réductrice 32, perpendi-

culairement à l'axe de balayage et, de façon similaire, un

miroir 43 est monté sur la lentille réductrice 32, perpendi-

culairement à l'axe de la bande. Le déplacement relatif sui- vant la direction de balayage entre le dispositif 82 et la lentille 32 est détecté par un interféromètre différentiel 89. Cet interféromètre différentiel 89 réfléchit un couple

de faisceaux à partir de chacun des miroirs 44 et 88. De fa-

çon similaire, un déplacement relatif dans la direction de la bande est détecté par l'interféromètre différentiel 94, lorsque la lumière est réfléchie en direction des miroirs 43 et 92. La lumière est réfléchie par les miroirs 82 et 92

au niveau de la plaque 34, de manière à fournir un déplace-

ment relatif précis de la plaque.

Les interféromètres différentiels 89 et 94 sont

des interféromètres disponibles dans le commerce.

Les interféromètres ainsi que le tube photomulti-

plicateur de la figure 5, qui reçoit la lumière réfléchie par la pièce à traiter (voir la surface 28b du diviseur de

faisceau 28, figure 4), jouent un rôle important dans l'éta-

lonnage de l'appareil et dans la détermination de position

de la pièce à traiter.

Les repères d'étalonnage 97 et 98 sont formés sur la surface supérieure du support de pièce. Sinon, ces marques peuvent être formées sur la plaque elle-même (par

exemple au moyen de la phase opératoire d'un dépôt de chro-

me et d'une phase opératoire d'attaque chimique). Les mar-

ques possèdent un décalage connu par rapport à l'origine du modèle. Les données relatives au modèle sont produites par rapport à cette origine. Lorsque l'un des huit faisceaux est

branché, la réflexion sur les repères 97 et 98 peut être dé-

tectée par le tube photomultiplicateur. Ceci fournit des don-

nées précises concernant la position relative entre l'ori-

gine du modèle ou le faisceau. Lorsque la pièce à traiter est déplacée suivant la direction de balayage ou suivant la

direction de la bande, des données de positionnement préci-

ses sont délivrées par les interféromètres, ce qui fournit

un flux continu de données de position.

Il existe de nombreuses autres utilisations pour la combinaison des données délivrées par l'interféromètre et par le tube photomultiplicateur. Par exemple, comme cela a été mentionné précédemment, une ligne de balayage possède une longueur de 4096 unités d'adresses. Le faisceau 1 pour l'unité d'adresses un peut être activé en premier et ses

coordonnées peuvent être déterminées par le tube photomulti-

plicateur en liaison avec un repère. Ensuite le faisceau 1

peut être à nouveau pivoté pour être amené sur l'unité d'a-

dresses 4096 du balayage, et cette position est déterminée par un repère. A partir de ces données, on peut déterminer la longueur d'une ligne de balayage. De façon similaire la largeur du pinceau de faisceaux peut être déterminée par l'activation des faisceaux 1 et 8. L'inclinaison suivant l'axe de la bande, qui est provoquée par le déplacement de

la pièce à traiter pendant le balayage, peut être égale-

ment déterminée et réglée électriquement au moyen du régla-

ge de l'instant auquel les données sont envoyées au modula-

teur AOM. D'autres applications incluent la mesure des di-

mensions du spot, des mesures de dimensions critiques, des

essais de stabilité en rotation du miroir rotatif, le posi-

tionnement du miroir de commande, l'étalonnage de la lentil-

le de zoom, l'étalonnage de cadencement, les mesures de la

fonction de transfert F-théta, la détermination de la linéa-

rité des lentilles dans l'ensemble du système optique, la mesure du caractère plat du champ focal, le contrôle de

l'orthogonalité des colonnes et l'étalonnage de focalisa-

tion automatique.

L'agencement télécentrique du plan du champ inter-

médiaire fournit, en association avec la combinaison du di-

viseur de faisceau et du tube photomultiplicateur ainsi que des interféromètres des marques sur l'ensemble mobile, une coordination précise entre ces sous-systèmes, qui sont par

ailleurs indépendants.

CADENCEMENT DES DONNEES

Le cadencement des données relatives à la posi- tion du miroir est important. Si les faisceaux sont pivotés d'une manière trop précoce ou trop en retard par rapport à la position de chacune des facettes sur le miroir rotatif,

une ligne de balayage peut être décalée par rapport à la sui-

vante. Comme cela a été mentionné précédemment, les signaux

de cadencement pour les données et la validation du modula-

teur AOM sont développés par l'intermédiaire du détecteur de facettes. Le canal un est branché avant que la facette

soit dans une position apte à provoquer l'envoi d'un fais-

ceau ou de plusieurs faisceaux sur la pièce à traiter. Le

faisceau est réfléchi par le diviseur 28 sur un photodétec-

teur en produisant une impulsion de cadencement. Le bran-

chement de ce faisceau est illustré par l'impulsion 105 sur la figure 10. La détection d'une facette est représentée par l'impulsion 106 sur la figure 10. Cette détection déclenche

une séquence temporelle qui comprend un retard fixe, une cor-

rection de balayage et une correction d'obliquité. Le retard

global est représenté sous la forme du retard 108 sur la fi-

gure 10.

Après ce retard, le signal 107 de validation de

l'impulsion d'horloge d'impression valide l'impulsion d'hor-

loge 109 de l'élément d'image pour réaliser la production des signaux pour commander de façon cadencée l'introduction

des données (4096 unités d'adresses) dans le modulateur AOM.

Comme cela est représenté par la forme d'onde 110, les don-

nées valident de façon sélective les faisceaux pour réali-

ser l'impression du modèle.

Une bande 111, qui est constituée par plusieurs balayages, est représentée sur la figure 10. La droite 112 représente l'axe des temps pour la bande 111. La droite 113

fait un angle par rapport à la droite 112; cet angle repré-

sente l'inclinaison introduite dans chaque ligne de bala-

yage sous l'effet du déplacement suivant la direction de la bande pendant le balayage. C'est "le facteur incrémental d'obliquité" dans le retard 108. La ligne formée de tirets représente l'écart de la direction de balayage par rapport au déplacement réel sur l'axe de la bande. Cet écart est

mesuré par un interféromètre 94. La différence entre la droi-

te formée de tirets et la droite 112 représente la "correc-

tion de balayage" pour le retard 108. Le retard "fixe" est le retard moyen attendu. Ce retard calculé 108 permet par

conséquent à l'impression d'être réalisée là o cela est pré-

vu en dépit de la déviation des facettes, de la nature du

balayage du type en trame et de l'écart de déplacement bande-

table.

Pendant le balayage, il peut également apparaî-

tre un déplacement à vitesse non constante de la table sui-

vant la direction de l'axe de la bande. Ces variations sont

détectées au moyen d'un interféromètre 89. L'information dé-

livrée par l'interféromètre 89 commande le miroir de com-

mande 20 et corrige le déplacement relatif faisceau-pièce

à traiter, suivant la direction de la bande.

On a par conséquent décrit un générateur de mo-

dèles à laser qui présente de nombreuses caractéristiques uniques, à la fois du point de vue de son trajet optique et

du point de vue de son sous-système mécanique.

Claims (29)

REVENDICATIONS

1. Appareil pour produire un modèle sur une

pièce à traiter (34), qui comporte une pellicule sen-

sible à un faisceau d'énergie de rayonnement, caracté-

risé en ce qu'il comprend: 5. un laser (10) servant à délivrer un faisceau d'énergie de rayonnement, des moyens diviseurs de faisceau (10) qui servent à subdiviser un faisceau en une pluralité de faisceaux et qui sont accouplés optiquement audit laser

(10),

des moyens modulateurs (16), qui servent à

moduler de façon indépendante chaque faisceau de la-

dite pluralité de faisceaux et qui sont accouplés optique-

ment auxdits moyens diviseurs de faisceau (12),

15. un miroir rotatif (24) comportant une plura-

lité de facettes pour balayer la pièce par les fais-

ceaux, sur lequel lesdits faisceaux fournis par lesdits moyens modulateurs (16) sont dirigés,

des moyens de focalisation (26, 30, 32) rece-

vant lesdits faisceaux délivrés par ledit miroir rotatif et focalisant ces derniers sur ladite pièce à traiter (34), et un miroir de commande (20), pour ajuster la

position des faisceaux sur le miroir rotatif, pour compen-

ser le mouvement de la pièce par rapport aux faisceaux, ce miroir de commande étant optiquement interposé entre les moyens modulateurs et le miroir rotatif, ce qui a pour effet de former un modèle sur

la pièce.

2. Appareil selon la revendication 1, carac-

térisé en ce qu'il comporte des moyens optiques pro-

duisant un plan (30) d'image agrandie, entre ledit miroir

rotatif (24) et ladite pièce à traiter (34).

3. Appareil selon la revendication 2, carac-

térisé en ce que les moyens optiques comportent un divi-

seur de faisceau (28) situé dans ledit plan d'image agrandie, et servant à renvoyer un faisceau depuis ledit miroir rotatif en direction de moyens de détection des

facettes dudit miroir rotatif (24), de manière à pro-

duire des signaux de synchronisation, en synchronisme

avec les facettes du miroir rotatif.

4. Appareil selon la revendication 3, carac-

térisé en ce qu'au moins l'un des faisceaux de ladite pluralité de faisceaux est réfléchi par ladite pièce à traiter (34) et par ledit diviseur de faisceau (28) vers un détecteur, de manière à fournir une indication de la

position sur ladite pièce à traiter.

5. Appareil selon la revendication 2, caracté-

risé en ce que les moyens optiques comprennent une len-

tille F-théta (26).

6. Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'il comporte un prisme de Dove (17) disposé

entre les moyens modulateurs (16) et ledit miroir rota-

tif (24), ce prisme réalisant une séparation entre ladite pluralité de faisceaux afin d'empêcher toute interférence

entre les faisceaux.

7. Appareil selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'il comporte une lentille de zoom (22) disposée entre lesdits moyens modulateurs (16) et ledit

miroir rotatif (24).

8. Appareil selon l'une des revendications 1

ou 4, caractérisé en ce que les moyens modulateurs com-

prennent un dispositif acousto-optique (16).

9. Appareil pour produire un modèle sur une

pièce à traiter (34) qui comporte une pellicule sen-

sible à une énergie de rayonnement, caractérisé en ce qu'il comporte: au moins un laser (10) servant à délivrer un faisceau d'énergie de rayonnement, des moyens modulateurs et séparateurs (16) servant à recevoir ledit faisceau délivré par le laser (10) et servant à produire une pluralité de faisceaux laser modulés,

un miroir rotatif (24) comportant une plura-

lité de facettes et sur lequel lesdits faisceaux déli-

vrés par ledit miroir de commande (20) sont dirigés,

des moyens de focalisation (26, 30, 32) ser-

vant à recevoir lesdits faisceaux provenant dudit miroir rotatif (24) et à focaliser ces faisceaux sur ladite pièce à traiter (34), ces moyens comprenant des moyens optiques formant un plan d'image agrandie entre le miroir rotatif et la pièce, un séparateur de faisceau dans le plan d'image agrandie, pour réfléchir un faisceau depuis le miroir rotatif vers des moyens de détection de facettes pour produire des signaux de synchronisation en synchronisme avec les facettes du miroir tournant,

de sorte que ledit miroir rotatif (24) pro-

voque un balayage de ladite pièce à traiter (34) par

ladite pluralité de faisceaux.

10. Appareil selon la revendication 9, carac-

térisé en ce qu'au moins l'un des faisceaux de ladite pluralité de faisceaux est réfléchi par ladite pièce à traiter (34) et par ledit diviseur de faisceau (28) vers un détecteur de manière à fournir une indication de la

position de ladite pièce à traiter.

11. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens optiques formant ledit plan d'image agrandie, comprennent une lentille Fthéta (26).

12. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un prisme de Dove (17) disposé entre les moyens modulateurs (16) et ledit miroir rotatif (24), ce prisme réalisant une séparation entre ladite pluralité de faisceaux afin d'empêcher toute

interférence entre les faisceaux.

13. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte une lentille de zoom (22) disposée entre lesdits moyens modulateurs (16)

et ledit miroir rotatif (24).

14. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un miroir de commande (20) placé entre les moyens modulateurs et le miroir rotatif, pour ajuster la position des faisceaux sur le miroir rotatif de manière à compenser le mouvement de la

pièce par rapport aux faisceaux.

15. Appareil servant à produire un modèle

sur une pièce à traiter (34), qui comporte une pelli-

cule sensible à une énergie de rayonnement, caractérisé en ce qu'il comprend: un laser (10) servant à délivrer un faisceau d'énergie du rayonnement, des moyens diviseurs de faisceau (13) qui subdivisent un faisceau en une pluralité de faisceaux et sont accouplés optiquement audit laser (18), des moyens modulateurs acousto-optiques (16)

qui servent à moduler de façon indépendante chaque fais-

ceau de ladite pluralité de faisceaux et est accouplé optiquement auxdits moyens diviseurs de faisceau (13), 30. un miroir rotatif (24) comportant une pluralité

de facettes et sur lesquelles sont dirigés lesdits fais-

ceaux délivrés par les moyens modulateurs (16),

des moyens de focalisation (26, 30, 32) ser-

servant à recevoir lesdits faisceaux dudit miroir rota-

tif (24) et à les focaliser sur ladite pièce à traiter (34), un support de pièce (82) servant à recevoir ladite pièce à traiter (34) et étant monté de manière à se déplacer suivant une direction perpendiculaire à la direction de balayage, et un miroir de commande (20) placé entre les moyens modulateurs et le miroir rotatif, les faisceaux frappant le miroir de commande en un point afocal par rapport à l'image du modèle sur la pièce, de manière à compenser le mouvement relatif faisceau-pièce dans la direction perpendiculaire à la direction de balayage, ce qui a pour effet que le déplacement dudit miroir rotatif et dudit support de pièce provoque un balayage de ladite pièce à traiter (34) suivant une trame selon un trajet prédéterminé, dans la direction

perpendiculaire à la direction de balayage.

16. Appareil selon la revendication 15, carac-

térisé en ce que ledit support de pièce (82) est monté sur une table (80) qui se déplace suivant ladite

direction de balayage.

17. Appareil selon la revendication 16, carac-

térisé en ce qu'il comporte un diviseur de faisceau (28) servant à réfléchir un faisceau délivré par ledit miroir rotatif (24) en direction de moyens (67) de détection de

facettes de manière à délivrer des signaux de synchro-

nisation qui sont synchronisés sur les facettes dudit

miroir rotatif.

18. Appareil selon la revendication 15, carac-

térisé en ce qu'au moins l'un des faisceaux de ladite pluralité de faisceaux est réfléchi par ladite pièce à traiter (34) et par un diviseur de faisceau de manière à fournir une indication de la position de ladite pièce

à traiter.

-19. Appareil selon l'une des revendications

ou 18, caractérisé en ce qu'il comporte un quatrième miroir (44) monté de manière à se déplacer avec ledit support de pièce, et un premier interféromètre (94) pour détecter le déplacement dudit support de pièce suivant ladite direction perpendiculaire à la direction

de balayage.

20. Appareil selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comporte un cinquième miroir (43) monté de manière à se déplacer avec ledit support de pièce, et un second interféromètre (89) pour réaliser la détection du déplacement dudit support de pièce dans

ladite direction de balayage.

21. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte un plan d'image (30) fournissant une image agrandie, située entre ledit miroir

rotatif (24) et ladite pièce à traiter (34).

22. Appareil selon la revendication 21, carac-

térisé en ce qu'il comporte un diviseur de faisceau (28) situé dans ledit plan d'image agrandie, et servant à renvoyer l'un des faisceaux depuis ledit miroir rotatif en direction de moyens de détection des facettes dudit miroir rotatif (24), de manière à produire des signaux de synchronisation en synchronisme avec les facettes du miroir rotatif, ce faisceau renvoyé étant mis en fonction

avant que les faisceaux ne balaient la pièce.

23. Appareil selon la revendication 22, carac-

térisé en ce qu'au moins l'un des faisceaux de ladite pluralité de faisceaux est réfléchi par ladite pièce à traiter (34) et par ledit diviseur de faisceau (28) de manière à fournir une indication de la position sur

ladite pièce à traiter.

24. Appareil selon la revendication 21, caractérisé en ce que ledit plan d'image fournissant une image agrandie comprend une lentille F-théta (26).

25. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte un prisme de Dove

(17) disposé entre les moyens modulateurs acousto-

optiques(16) et ledit miroir rotatif (24), ce prisme réalisant une séparation entre ladite pluralité de faisceaux afin d'empêcher toute interférence entre les faisceaux.

26. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte une lentille de zoom

(22) disposée entre lesdits moyens modulateurs acousto-

optiques (16) et ledit miroir rotatif (24).

27. Appareil selon la revendication 15,

caractérisé en ce que les moyens séparateurs de fais-

ceau comprennent des premiers moyens séparateurs de faisceau recevant le faisceau du laser et séparant ce

faisceau en deux faisceaux, des seconds moyens sépara-

teurs de faisceau recevant ces deux faisceaux des premiers moyens et séparant ces deux faisceaux en quatre faisceaux, et des troisièmes moyens séparateurs recevant ces quatre faisceaux des seconds moyens et séparant ces

quatre faisceaux en huit faisceaux.

28. Appareil selon la revendication 1,

caractérisé en ce que les moyens séparateurs de fais-

ceau comprennent des premiers moyens séparateurs de fais-

ceau recevant le faisceau du laser et séparant ce fais-

ceau en deux faisceaux, des seconds moyens séparateurs de faisceau recevant ces deux faisceaux des premiers moyens et séparant ces deux faisceaux en quatre faisceaux, et des troisièmes moyens séparateurs recevant ces quatre faisceaux des seconds moyens et séparant ces quatre

faisceaux en huit faisceaux.

29. Appareil selon la revendication 9,

caractérisé en ce que les moyens séparateurs et modu-

lateurs comprennent des premiers moyens séparateurs de faisceau recevant le faisceau du laser et séparant ce faisceau en deux faisceaux, des seconds moyens séparateurs de faisceau recevant ces deux faisceaux des premiers

moyens et séparant ces deux faisceaux en quatre fais-

ceaux, et des troisièmes moyens séparateurs recevant ces quatre faisceaux des seconds moyens et séparant

ces quatre faisceaux en huit faisceaux.