专利汇可以提供Dispositif d'insolation pour la génération de masques专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且Dispositif d'insolation pour la génération de masques à partir d'un système de conception assistée par ordinateur, comprenant un tube à rayons cathodiques qui fournit une image du masque sur l'écran du tube, ainsi q'un système optique qui projette l'image du masque sur un support à insoler.
Le tube à rayons cathodiques est un tube à haute brillance dont l'écran est muni premièrement d'un luminophore émettant dans l'ultraviolet, et deuxièmement d'un circuit de refroidissement du luminophore, ce système optique étant un système optique pour l'ultraviolet qui opère sur l'image ultraviolette fournie par l'écran du tube à haute brillance.,下面是Dispositif d'insolation pour la génération de masques专利的具体信息内容。
L'invention concerne un dispositif d'insolation pour la génération de masques à partir d'un système de conception assistée par ordinateur, qui comprend :
- un tube à rayons cathodiques qui fournit une image du masque optique sur l'écran de tube,
- et un système optique qui projette l'image du masque sur un support à insoler.
Un tel dispositif trouve son application dans la fabrication des dispositifs à semiconducteurs, dans les technologies à couches minces et à couches épaisses, dans la fabrication photographique...
Une invention de ce genre est connue du document JP 58.18923 qui décrit un dispositif formé d'un tube à rayons cathodiques présentant un écran de verre, muni d'un luminophore, devant lequel est placé une plaque de fibres optiques destinées à capter les rayons lumineux issus de l'écran et à les conduire sous forme de faisceaux parallèles. Un substrat placé à la sortie de la plaque de fibres optiques est ainsi insolé par la lumière issue de l'écran sur lequel apparaît le motif géométrique du masque généré à l'aide d'un système de conception assisté par ordinateur. Ce dispositif semble prévu pour exploiter le plus directement possible l'image du masque telle qu'elle apparaît sur la console de visualisation du système de conception par ordinateur.
Or ce dispositif présente des inconvénients. Tout d'abord le grandissement du système ne peut être qu'égal à 1, l'image projetée ayant les mêmes dimensions que l'image de l'écran. De plus, l'écran du tube et la plaque de fibres optiques étant en verre, le spectre émis par la couche photosensible ne peut se situer que dans le domaine visible. La dé finition finale de l'image projetée est donc limitée du fait de la longueur d'onde élevée de la lumière. Egalement, le tube à rayons cathodiques utilisé étant d'un type standard, donc adapté à la vision humaine, présente une brillance faible, mal adaptée à un dispositif d'insolation, ce qui conduit à des durées d'insolation élevées et accroît les erreurs de restitution.
Le but de l'invention est donc de permettre l'insolution de masques avec des possibilités de grandissement et de dégrandissement. Il est également de donner à l'image projetée finale une définition spatiale suffisante compatible avec les applications visées, tout en réduisant considérablement la durée d'exposition.
Pour cela l'invention telle que définie dans le préambule est remarquable en ce que :
le tube à rayons cathodiques est un tube à haute brillance dont l'écran est muni premièrement d'un luminophore émettant dans l'ultraviolet, et deuxièmement d'un circuit de refroidissement du luminophore,
et en ce que le système optique est un système optique pour l'ultraviolet qui opère sur l'image ultraviolette fournie par l'écran du tube à haute brillance.
L'invention met à profit les techniques de plus en plus répandues consistant à réaliser les masques pour l'implantation d'un circuit électronique à l'aide d'un ordinateur. Les techniques traditionnelles, qui n'exploitent pas directement l'image formée sur l'écran, font appel à la réalisation d'un masque intermédiaire sur un support solide. Cette étape est supprimée dans l'invention.
Lorsque le circuit électronique est implanté, on dispose d'une image sur l'écran d'une console de visualisation. L'image qui y est formée sert à l'utilisateur pour effectuer la mise au point de l'implantation du circuit. Son utilisation directe présente des inconvénients qui viennent d'être analysés.
Lorsque la mise au point du dessin est achevée, on branche électriquement, conformément à l'invention, un tube à haute brillance en parallèle sur la console de visualisation en utilisant les mêmes signaux de balayage et de synchronisation. Ce tube à haute brillance présente généralement des dimensions réduites, par exemple 90x70mm. L'écran du tube à haute brillance est recouvert intérieurement d'un luminophore qui émet dans l'ultraviolet par exemple entre 365 nm et 400 nm.
Par comparaison avec la lumière visible ces longueurs d'onde plus faibles permettent d'accroître la finesse du dessin de l'image finale. L'image formée sur l'écran du tube à haute brillance est reprise par un système optique adapté à l'ultraviolet. Il peut assurer un grandissement, un dégrandissement ou un simple transfert de l'image selon le but poursuivi.
Pour faciliter l'utilisation du dispositif d'insolation en ce qui concerne les insolations successives de masques différents, on place à la périphérie de l'écran du tube à haute brillance, hors du champ utile, des repères servant à faciliter la superposition des images successives. Ces repères sont constitués de petits motifs d'un luminophore émettant dans le visible. Le système optique est corrigé pour laisser passer la lumière émise dans le visible.
Le tube à haute brillance et le système optique sont fixés solidairement dans un châssis.
Pour réaliser l'insolation, il est nécessaire de disposer d'une image fixe pendant la durée de cette insolation avec des fluctuations de position réduites. L'utilisation d'un tube à haute brillance en fournissant un flux lumineux élevé permet une réduction substantielle du temps d'exposition.
Pour assurer la persistance de l'image sur l'écran, selon une première variante préférentielle, le tube à haute brillance est un tube à mémoire, qui comprend un canon d'écriture, un ou plusieurs canons d'arrosage, des moyens de collimation et une grille métallique recouverte d'un isolant qui se charge localement de charges électrostatiques. Il est ainsi possible d'effectuer une image électronique latente sur cette grille, à l'aide du canon d'écriture qui est ensuite lue avec les canons d'arrosage appropriés. Ceci permet de disposer d'une puissance électrique accrue donc d'une image plus lumineuse et mieux contrastée.
Pour atteindre les performances en haute brillance sans aberrations d'image, le tube délivre une densité de puissance électrique d'excitation du luminophore pouvant atteindre une valeur au moins égale à sensiblement 2 watts/cm², le canon d'arrosage fournissant une densité de courant homogène inférieure à 0,025 A/cm² dans le plan de sortie du canon d'arrosage.
Selon une seconde variante on utilise un tube à haute brillance, ne possédant pas de mémorisation. Dans ce cas, la persistance de l'image est assurée en effectuant un balayage récurrent de l'image.
Dans ces deux variantes, compte tenu de la puissance électrique dissipée, le tube à haute brillance est muni d'un circuit de refroidissement de l'écran.
En adaptant aux applications le système optique pour l'ultraviolet, il est possible d'assurer un grandissement, un dégrandissement ou un simple transfert à échelle unité de l'image. Il est donc possible de réaliser des masques en insolant des laques photosensibles déposées sur des substrats tels que des dispositifs à semiconducteur ou autres.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des dessins, donnés à titre d'exemples non limitatifs qui représentent :
On a représenté sur la figure 1, un système de conception assisté par ordinateur représenté symboliquement par un ordinateur 20 et une console de visualisation 21, tels qu'ils sont utilisés selon l'art antérieur.
L'opérateur effectue la mise au point de son tracé de la manière habituelle. Lorsque cette étape est achevée le dispositif d'insolation selon l'invention est alors connecté en parallèle sur la console de visualisation 21, à l'aide d'un contacteur 22. L'invention comprend un châssis 18 dans lequel sont disposés un tube à haute brillance 10 et un système optique pour ultraviolet 12. Le tube à haute brillance 10 est muni sur sa face de sortie d'un luminophore 13 émettant un rayonnement ultraviolet. Ce luminophore 13 est excité par les électrons issus du canon à électrons 14. Le tube à haute brillance est prévu pour fonctionner avec des courants de faisceaux élevés, ce qui nécessite de refroidir son écran à l'aide d'un circuit de refroidissement 11 dans lequel circule un fluide.
Le tube à haute brillance selon l'invention permet de diminuer les temps d'exposition tout en utilisant les laques sensibles dans l'ultraviolet disponibles commercialement, par exemple la laque no 1350 de la Société SHIPLEY (Etats-Unis). Avec une dynamique en tout ou rien obtenue en modulant le wehnelt du tube, d'une manière bistable, on obtient un contraste maximal, ce qui est un avantage de l'invention. Il est de plus possible d'inverser la polarité du signal de vidéo, ce qui permet d'obtenir un masque représentant une image positive ou une image négative et ceci sans avoir besoin de changer de type de laque.
Le faisceau lumineux qui sort du tube à haute brillance muni de son circuit de refroidissement pénètre dans un système optique pour ultraviolet 12 qui fournit une image sur un substrat 15 positionné par rapport au système optique par un ensemble micromanipulateur 23.
Le système optique est à adapter à la courbe d'émission du luminophore. Ainsi pour une longueur d'onde d'émission de 405 nm, il est possible d'utiliser des objectifs S. Planar no 107739 ou no 107751 de la Société CARL ZEISS (Allemagne Fédérale).
Le luminophore peut être constitué d'un luminophore de type P5, tels ceux fabriqués par les Sociétés RIEDEL DE HAEN (DE), DERBY LUMINESCENT (GB), HS RADIUM (US), dont la courbe de sensibilité est représentée sur la figure 2 entre 300 nm et 600 nm.
Afin de faciliter la superposition de masques successifs, on réalise des repères de positionnement constitués de petits plots de luminophore émettant dans le visible qui se substituent à ces endroits au luminophore de base. Ces repères sont disposés à la périphérie de l'écran. Pour cela le système optique est corrigé dans le visible pour laisser passer une longueur d'onde spécifique, par exemple le vert, afin qu'il soit possible visuellement de positionner des masques successifs.
Selon une variante préférentielle de l'invention, le tube à haute brillance est un tube à mémoire tel que représenté schématiquement sur la figure 3.
Le tube à haute brillance 10 comprend un canon d'écriture 31 qui fournit un faisceau d'électrons focalisé par des grilles internes au canon et défléchi par des plaques 32 ou des bobines, selon un faisceau d'électrons d'écriture 33. Ce faisceau arrive sur une grille à mémoire 34 qui a un pas fin d'environ 60 microns et une transparence d'environ 50%. Le diamètre du faisceau d'électrons d'écriture 33 est d'environ 30 microns au niveau de la grille à mémoire 34 avec des élec trons ayant une énergie de l'ordre de 1500 eV. Cette grille présente, du coté où arrive le faisceau 33, une fine couche d'oxyde, par exemple 4 à 5 microns d'oxyde de magnésium qui présente la propriété d'émettre des électrons secondaires. Ceci se traduit par la fixation de charges électrostatiques sur la grille mémoire motivant son appellation. Les électrons secondaires émis sont collectés par une grille collectrice 35 placée juste devant la grille à mémoire, entre celle-ci et les plaques 32. Cette grille collectrice 35 est à pas très lâche (environ 600 microns) et à haute transparence (environ 80%). Elle sert également à définir le champ électrique de l'espace grille collectrice-grille mémoire-écran afin de définir la dynamique de brillance de l'image.
Après l'écriture, l'étape suivante du fonctionnement d'un tube à mémoire consiste à lire les charges électrostatiques présentes sur la grille à mémoire. Ceci s'effectue à l'aide de un ou plusieurs canons d'arrosage 36 (flood en anglais) qui opèrent avec des courants bien plus élevés que celui délivré par le canon 31. Le faisceau d'électrons de lecture est très uniforme et bien collimaté, par des moyens de collimation 37, avec des électrons de faible énergie, environ 5 à 6 eV. Ainsi, avec un courant de 10 mA délivré par les canons d'arrosage, une tension entre écran et grille mémoire de 30 kV et une transparence de grille mémoire de 50% on obtient une puissance électrique de 150 watts dissipée sur l'écran.
La figure 4 représente les trajectoires électroniques et les répartitions de potentiel d'un canon d'arrosage utilisable dans un tube à haute brillance à mémoire. Compte tenu de la symétrie du canon, seule une coupe de la moitié du canon est représentée. A titre d'exemple, pour un courant de 20 mA les quatre électrodes G1, G2, G3, G4 sont portées aux potentiels suivants, par rapport à la cathode :
VG₁ = 40 volts ; VG₂ = 550 volts ;
VG₃ = -200 volts ; VG₄ = 500 volts.
La géométrie de l'ensemble "cathode-électrode G1- électrode G2" et le choix des potentiels relatifs VG₂/VG₁ définissent des conditions d'émission homogène, voisines de celles d'une diode à électrodes planes parallèles, car ils définissent une configuration des potentiels telle que le plan sensiblement médian de l'électrode mince G1 est de potentiel uniforme VG₁. Le potentiel VG₁ et l'ouverture de l'électrode G2 définissent une lentille divergente pour le faisceau. L'électrode G3, associée aux deux électrode G2 et G4 forme avec celles-ci une lentille convergente qui réduit l'angle d'ouverture du faisceau dont le diamètre a préalablement été élargi par la lentille divergente précédente. L'angle i, dans le plan de sortie du canon, est ainsi réduit à une valeur inférieure à sensiblement 8°. Pour cela le potentiel VG₃ de l'électrode G3 est négatif par rapport à la cathode placée au potentiel VK = 0. Si l'on désire utiliser le tube avec des flux lumineux inférieurs à ses performances maximales, il est possible de réduire le potentiel négatif VG₃ et même de le rendre égal au potentiel VK de la cathode.
Avantageusement, le potentiel VK est inférieur au potentiel VG1 de l'électrode G1, lui-même inférieur au potentiel VG₂ de la grille G2.
La figure 5 est une représentation simplifiée des trajectoires électroniques des moyens de collimation. Le plan d'entrée des moyens de collimation coïncide sensiblement avec le plan de sortie P1 du canon d'arrosage. Dans ce plan les trajectoires électroniques semblent issues d'une source ponctuelle virtuelle 26 caractérisant le canon d'arrosage. A l'intérieur des moyens de collimation deux trajectoires caractéristiques 41, 42 sont représentées. La trajectoire 42 a une pente toujours croissante et présente dans le plan de sortie P3 une inclinaison j+ caractérisant une courbe située sous la normale au point d'impact. La trajectoire 41 a une pente croissante suivie d'une pente décroissante. Cette trajectoire 41 présente une inclinaison j- caractérisant une trajectoire située au-dessus de la normale au point d'impact. Cette tra jectoire 41 montre l'influence des potentiels appliqués aux électrodes des moyens de collimation qui collimatent les trajectoires électroniques sur le plan de sortie.
Des trajectoires électroniques qui seraient interceptées par les électrodes, E0, E1, E2, E3 ou E4 qui constituent les moyens de collimation, donneraient alors naissance à des courants dans ces électrodes qui seraient ainsi perdus pour l'image finale. Afin d'éviter cette perte de courant dans les électrodes et d'assurer aux inclinaisons j+ et j- une valeur inférieure à sensiblement 2°, les moyens de collimation sont réalisés de la manière suivante.
La première électrode EO est constituée d'une bague cylindrique de rayon RO = 71,5 mm et de longueur LO sensiblement égale à RO afin de blinder les trous de sortie des canons vis à vis des champs des moyens de collimation. Dans l'exemple choisi, son potentiel est d'environ 500 volts puisqu'il représente le potentiel de sortie du canon d'arrosage.
Les électrodes E1, E2, E3 sont sensiblement identiques. Elles sont constituées d'une bague cylindrique de rayons R1 = R2 = R3 = 71,5 mm. Leurs longueurs sont voisines.
L'électrode E4 a une forme de coupelle de rayon R4 = R3 sur laquelle la grille collectrice est montée à l'aide d'un cadre rectangulaire. La demi-diagonale utile est de l'ordre de 60 mm sur l'étendue de laquelle les moyens de collimation doivent opérer. Préférentiellement, le potentiel de l'électrode E4 est identique au potentiel VGC de la grille collectrice. La profondeur x de la coupelle constituant cette électrode finale E4 est x = 27 mm, de sorte que x/R vaut sensiblement 0,38, ce qui confère à la lentille de collimation ses qualités dans un large domaine de variation des potentiels selon les variantes d'utilisation.
Les potentiels des électrodes E0, E1 sont supérieurs au potentiel VGC, ce qui définit une optique globalement décélératrice. De la sorte, les électrons issus du canon d'arrosage et réfléchis par la grille à mémoire, traversant à nouveau la grille collectrice proportionnellement à la transparence, n'y seront pas finalement repoussés : ils sont essentiellement collectés par les électrodes E0 et E1, ce qui évite tout échauffement de la grille collectrice.
Dans cette optique, les potentiels V2 et V3 des électrodes E2 et E3 peuvent être inférieurs à VGC.
Lorsque l'image latente a été inscrite sur l'isolant de la grille mémoire à l'aide du canon d'écriture, elle doit être lue par le canon d'arrosage. Les électrons qui traversent la grille collectrice placée par exemple au potentiel VGC = 200 volts pénètrent dans le champ de la grille mémoire. Celle-ci a son support métallique polarisé à une valeur VGS qui correspond au cut-off du faisceau d'arrosage en absence d'image inscrite (état initial). Typiquement, VGS = -5 à -8 volts par rapport à la cathode, selon la géométrie de la grille et évidemment, selon le champ d'écran. Par contre, sa face isolante est par exemple à un potentiel VGM = -2 volts en raison de la charge positive en mémoire sur l'isolant après inscription (coefficient d'émission secondaire supérieur à 1). Le potentiel de l'écran étant par exemple de 25 KV, pour atteindre cet écran, les électrons vont traverser la grille mémoire, dans laquelle chaque élément de grille muni de son isolant, va constituer une microlentille électronique. L'ouverture de cette microlentille commandée par VGM et l'inclinaison des trajectoires électroniques sur la grille collectrice vont gouverner le passage des électrons à travers ces microlentilles. On définit ainsi un coefficient de transmission T1 de la grille mémoire. A pleine ouverture des microlentilles cette transmission est typiquement de 60%.
Le système d'effacement fonctionne pour des images récurrentes. Pour une image fixe, il convient de l'effacer après l'exposition de la laque photosensible. Dans ce cas, la polarisation du support de grille mémoire est portée au potentiel VGS = 0 volt tout en bloquant le canon d'inscription. Ainsi les charges sont neutralisées, l'isolant prend le poten tiel de la cathode, et la cible est prête pour une nouvelle inscription. L'efffacement avec un canon d'arrosage spécifique est également possible.
Sur la figure 3, le faisceau d'électrons issu du canon d'arrosage arrive sur une mince couche d'aluminium 39, reliée à la très haute tension (THT), placée sur le luminophore 13 émettant dans l'ultraviolet déposé sur l'écran 17. Les dimensions du spot sur le luminophore sont de l'ordre de 60 microns. Les plaques de déflexion 32 agissent en synchronisme avec la console de visualisation. Pour disposer à la fois d'un temps d'exposition court et d'un contraste élevé, on opére en modulant d'une manière bistable la tension de grille (wehnelt). Ainsi avec une laque classique telle que la laque nO 1350 de la Société SHIPLEY, on obtient des temps d'exposition de l'ordre de 10 secondes. En réduisant ainsi le temps d'exposition, on diminue les imprécisions de restitution qui apparaissent généralement par les légères vibrations des systèmes d'insolation habituels.
Pour accroître les performances de haute brillance et d'homogénéité de brillance du tube, il est possible soit d'utiliser une cathode de plus grande dimension, qui nécessite une optique électronique de canon d'arrosage de même type que celui décrit mais de dimensions adaptées, soit d'utiliser plusieurs canons d'arrosage.
Selon une seconde variante il s'agit d'un tube à haute brillance dépourvu de la fonction mémoire, donc des canons d'arrosage et des grilles collectrice et à mémoire. La puissance électrique dissipée est alors plus faible de l'ordre de 60 watts. Pour obtenir une image stabilisée sur l'écran pendant la durée nécessaire à l'insolation, il faut utiliser un balayage récurrent. Avec la même laque que précédemment la durée d'exposition est de 30 secondes à 1 minute.
Le dispositif d'insolation qui vient d'être décrit selon deux variantes, permet de gagner des étapes dans la réalisation des circuits. Dans le cas des couches minces ou de substrats semiconducteurs, il permet d'insoler directement le substrat recouvert de sa laque photosensible. Dans le cas des couches épaisses il permet d'insoler les écrans de sérigraphie qui servent à déposer les encres.
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