Brevet FR2126906A1 — publié le 19721013

La présente invention se rapporte à un dispositif optique à miroir semi-réfléchissant capable de simplifier le processus de fabrication des mattres masques utilisés dans ltélaboration des circuits intégrés. Pour fabriquer économiquement les circuits intégrés et les composants électroniques tels que les transistors, les diodes, les micro-résistances, etc ..., on groupe sur une même pastille ou substrat un grand nombre de structures identiques ; ces structures sont géométriquement définis au moyen de masquesXdont les motifs de base se répètent à intervalles réguliers. Cette reproduction des motifs de base sur un martre masque est obtenue à l'aide d'un photorépéteur. Pour permettre llindexa- tion des motifs, des repères-sont implantés dans-les réductions intermédiaires qui contiennent les motifs de base. Un repérage optique délicat est nécessaire pour obtenir des masques sur lesquels les motifs occupent les positions exactes qui leur sont assignées. Des difficultés analogues se présentent lorsqu'on utilise un laser pour réaliser des interconnections entre les motifs projetés. En effet, il faut repérer rigoureusement la position du faisceau laser vis-à-vis des motifs à interconnecter. La présente invention a pour but de pallier. ces inconvénients et se rapporte à un mélangeur optique destiné, entre autres applications, à équiper les machines du type photorépéteur qui servent à fabriquer les matures masques. Elle concerne plus précisément un dispositif optique de mélange comprenant un miroir semi-réfléchissant situé à l'intersection de deux axes optiques et orienté perpendiculairement à l'une des bissectrices desdits axes caractérisé en ce qu'il comprend un premier système optique stigmatique composé de deux lentilles situées respectivement de part et d'autre dudit miroir sur l'un desdits axes, un second système stigmatique composé de deux lentilles situées respectivement de part et d'autre dudit miroir sur l'autre desdits axes et un bkti comportant quatre fenêtres fixant respectivement la position de quatre faces extérieures deux à deux perpendiculaires auxdits axes t lesdits dispositifs stigmatiques étant disposés pour former l'image de chacune desdites faces dans les plans respectifs de l'une des faces. adjacentes et de la face opposée. La présente invention se rapporte également à l'utilisation dudit dispositif précédemment décrit dans un photorépéteur. Le porteobjet du photorépéteur qui supporte la réduction intermédiaire contenant les motifs à reproduire est alors disposé dans le plan de l'une desdites faces du bati tandis que la plaque photographique portée par la table de translation XY du photorépéteur est disposée dans le plan de la face opposée dudit bâti. L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles La figure t représente un dispositif classique de reproduction des motifs en vue d'obtenir un mattre masque. La figure 2 représente schématiquement le procédé classique dtindexation des motifs entre eux. La figure 3 représente une forme de réalisation d'un dispositif conforme d l'invention. La figure 4 représente schématiquement la partie optique du dispositif de la figure 3. Les figures 5, 6 et 7 représentent schématiquement le fonctionnement du dispositif de la figure 3 dans le cas d'une première application. La figure 8 représente schématiquement le fonctionnement du dispositif de la figure 4 dans le cas d'une deuxième application de l'invention. La figure 1 représente le principe d'un photorépéteur classique. Un faisceau lumineux 1 éclaire une réduction intermédiaire 2 portée par une platine 3 et comportant les motifs de base non représentés sur la figure i. Le faisceau lumineux 1 projette l'image de la réduction intermédiaire 2 à travers un objectif 4 sur une plaque photographique 5 placée sur une table de translation 6. Le déplacement de la plaque photographique selon les axes X et Y permet la reproduction, un grand nombre de fois, des motifs de bases sur ladite plaque constituant ainsi un mattre masque. L'utilisation d'un photorepéteur tel qu'il est représenté sur la figure 1, pose le problème de la mise au point de l'image. Une mire placée dans le plan objet 3 est projetée plusieurs fois sur une plaque photographique 5 avec pour chaque proJection un tirage particulier de l'objectif 4 repéré l'aide d'un comparateur non représenté sur la figure 1. Les plaques photographiques sont ensuite développées et comparées entre elles. L'image la plus nette correspond à la meilleure mise au point et fournit donc le tirage adéquat de l'objectif 4. Ce procédé est long et délicat et ne se preste pas à des contrtles fréquents. Sur la figure 2 les mêmes éléments portent les mimes numéros que dans la figure 1. Ladite figure permet de mieux comprendre les inconvénients de la technique actuelle de superposition ou d'indexa- tion des motifs de base. Un motif de base 7 est représenté sur la réduction intermédiaire 2 avec les deux repères 8 et 9 qui permettent l'indexation de ce motif avec un autre ou un groupe d'autres motifs. Ces deux repères d'indexation 8 et 9 sont mis en cotncidence avec deux repères 10 et 11 prévus sur le båti transparent 12 du photorépéteur. Une lunette de visée 13 permet un positionnement plus rigoureux des repères entre eux. Cependant, ce positionnement nécessite un déplacement mécanique de la réduction intermédiaire 2 par rapport au bati transparent 12 ce qui oblige à réserver un espace libre (d) entre cesdeux éléments. La mise au point simultanée des deux groupes de repères 8 et 9 et; 10 et 11 dans l'oculaire 13 ne peut donc être qu'approximative.D'autre part, la distance D entre les deux repues fixes Il et 12 n'est pas forcément adaptée pour tous les types de motifs 7 dont les dimensions sont variables. La présente invention se rapporte à un dispositif optique de mélange qui peut titre utilisé dans les photorépéteurs pour pallier ces inconvénients. La figure 3 représente une forme de réalisation nullement limitative d'un dispositif conforme à l'invention. Il est essentiellement constitué par un båti 101 comportant quatre fenêtres a,b,c et d. Les faces 102, 103, 104 et 105 sont respectivement rendues solidaires desdites fenêtres a,b,c et-d au moyen de porte-objets appropriés. A l'intérieur du bati 101, des nervures 106 supportent un système optique de mélange constitué par un miroir 18 et quatre lentilles ou objectifs 14, 15, 16 et 17 disposés pour que leurs plans fo caux correspondent aux faces 102, 103, 104 et 105. La figure 4 représente schématiquement le système optique de mélange conforme à l'invention tel qu'il se présente à l'intérieur du bati 101 de la figure précédente. Les deux lentilles 14 et 15 ont le mEme aie optique OZ et forment un premier système stigmatique. Les deux lentilles 16 et 17 ont le meme axe optique OX et forment entre elles un deuxième système stigmatique. Ledit premier système stigmatique 14 et 15 et ledit deuxième système stigmatique 16 et 17 échangent dans leur partie médiane des faisceaux lumineux parallèles réfléchis et transmis par le miroir semi-transparent 18 perpendiculaire à l'une des bissectrices de l'angle formé par les deux axes optiques CX et OZ. Dans le cas, non limitatif de la figure 4, ces deux axes optiques CX et OZ sont perpendiculaires et ledit miroir semi-transparent 18 est incliné à 45 . Le premier système stigmatique constitué par les lentilles convexes 14 et 15 et le deuxième système stigmatique constitué par les lentilles convexes 16 et 17 définissent respec vivement deux séries de plans. Les plans 19 et 20 correspondant res- pectivement aux faces 102 et 103 et les plans 21 et 22 confondus respectivement avec les faces 104 et 105 de la figure 3. 'lesdits dispositifs stigmatiques coopèrent avec le miroir semi réfléchissant I S pour former simultanément l'image de l'une desdites faces dans les plans respectifs de l'une des faces adjacentes et de la face oppose. Selon une preii#re variante conforme à l'invention le dispositif de la figure 4 remplace l'objectif 4 dans l'appareil à fabriquer les martres masques représenté sur la figure 1. Dans ces con disions le plan 19 de la figure 4 n'est autre que la réduction in termédiaire supportée par le porte-objet et le plan 20 est confondu avec la plaque photographique portée par la platine de translation 25 qui permet le déplacement dudit plan 20 selon les axes x et y. Les figures 5,6 et 7 illustrent schématiquement le fonctionnement du dispositif dans le cas de ladite première variante conforme à l'invention. La figure 5 se rapporte plus particulièrement à l'opération de positionnement des motifs et les figures 6 et 7 à l'opération de mise au point desdits motifs sur la plaque photçgraphique. Dans la figure 5 les mOrnes éléments portent les mOrnes références que dans les figures précédentes. Pour simplifier la suite de la description, seule la partie du dispositif utile à l'opération de positionnement a été représentée ; elle est limitée par la droite 4. le système stigmatique 14 et 15 constitue, dans la présente applica tion , un système optique de projection. La réduction intermédiaire 24 portant le motif de base et les repères est posée sur le porteobjet 19. Eclairée par une source lumineuse 200, l'image dudit motif 24 est projetée, à travers la lentille 14, le miroir semi-trans- parent 18 et la lentille 15 sur le plan image 20 constitué dans la présente application par une émulsion photographique posée sur la platine de translation XX 23. Le coefficient de réduction de l'image photographiée par rapport au motif de base est donné par le rapport# des distances focales des deux lentilles convexeS14 et 15.La prao~ jection d'un point quelconque P dudit de base en P1 sur la plaque photographique 20 est illutré par le faisceau de rayons lumineux 25. La partie du faisceau lumineux 25 réfléchie par le miroir semiréfléchissant 18 constitue le faisceau 26, hachuré sur la figure 5, ledit faisceau 26 traverse la lentille 16 qui projette le point P en P2. Ce point P2 est symétrique par rapport au miroir 18 au point P1. Il en eat de mdme pour chaque point de la réduction intermédiaire 24 et en particulier pour les repères qui y figurent. Ces repères sont donc projetés sur le plan image 21 qui dans l'exemple choisi est matérialisé par un réticule sur lequel ont été préalablement tracés les repères de référence. Il est donc possible en déplaçant le porte-objet 19 d'assurer la coincidence entre les repères de réfé rence du réticule 21 et les repères d'indexation de la réduction intermédiaire 24. Une lunette de visée 27 permet d'éxécuter cette opération avec précision. L'image des repères d'indexation et des repères de réié- rence étant située sur le mOme plan 21, en dehors du btti du photorépéteur, il en résulte une mise au point unique et aisée de la lunette de visée 27. D'autre part, le nombre de repères de référence sur le réticule 21 n'est pas limité. Ces repères peuvent donc outre )prévus en fonction des dimensions des motifs auxquels in sont asso ciés. le positionnement est donc assuré avec beaucoup de précision. La figure 6 illustre le procédé amélioré de mise au point de l'image sur la plaque photographique. Comme-dans le cas de la figure 5 les mêmes éléments portent les mêmes numéros que dans les figures précédentes et, seule la partie utile du dispositif conforme à l'invention délimitée par la droite AA1, est représentée. Pour effectuer ladite mise au point, une mire 28 comportant des traits réfléchissants est substituée à la plaque photographique sur la platine de translation 23. La source d'éclairement uniforme associée 200 projette à travers une plaque dépolie 29 placée dans le plan objet 19 sur ladite mire 28 des faisceaux lumineux dont l'un d'eux est illustré en 30 sur la figure 6. Un rayon lumineux partant du point M du plan objet 29 est projeté sur la mire 28 au point ffi à travers la lentille 14, le miroir 18 et la lentille 15. Si au point M1 correspond un trait réfléchis- sant de la mire 28, il en résulte un faisceau réfléchi 31 vers le miroir semi-transparent 18. Une partie dudit faisceau 31 est à nouveau réfléchie par ledit miroir 18 et projetée en N selon le trajet 321 à travers la lentille 17 sur le plan image 22 d'un oculaire 32 qui permet le réglage de la mise au point de la mire. Ce réglage peut être obtenu par exemple, en agissant sur le tirage de l'objectif 15. Ce procédé, en évitant les approximations successives présentent donc un avantage certain sur la technique connue décrite pré cédemment. Elle permet en outre un contrôle facile et fréquent de ladite mise au point. la figure 7 représente un système de mise au point automatique faisant appel au dispositif illustré par la figure 6. Il présente l'avantage de permettre une mise au point dynamique et évite d'avoirPrecourx à une mire et un observateur agissant manuellement. L'oculaire 32 est remplacé par un dispositif 132 qui fournit un signal d'erreur fonction de l'écart de mise au point. La face 103 du btti 101 défini dans la figure 3, est alors confondue avec le plan 22 de la figure 6 et la mire 28 est remplacée par l'é- mulsion photographique portée par la face 103. L'image de la réduc- tion intermédiaire située sur la face 102 est projetée sur ladite émulsion photographique. Simultanément, l'image de ladite émulsion photographique est recueillie sur la face 105 ; elle est analysée par le dispositif 132 qui délivre le signal d'erreur. Ledit signal transmis à un mécanisme d'asservissement 133 solidaire de la lentille 15 du btti 101 règle automatiquement la distance entre la lentille 15 et la face 103. La mise au point est alors réalisée0 Dans le cas de la figure 7, le réglage est obtenu par le déplacement de la lentille 15 mais il peut également store obtenu par le déplacement de la face 103. Ta figure 8 illustre schématiquement une deuxième variante d'application du dispositif conforme à l'invention. Elle se rapporte plus précisément au fonctionnement en mélangeur optique dudit dispositif qui assure dans cette variante une superposition parfaite des images projetées sur la plaque photographique à partir d'une réduction intermédiaire et des interconnexions réalisées au moyen d'un faisceau laser associé à un système de balayage. tes mimes éléments portent legmêmes référ#ences que dans le cas des figures précédentes. Comme dans le cas de la figure 5 lez motifs de la réduction intermédiaire 24 ainsi que leurs repères d'indexation sont projetés simultanément sur la plaque photographique 20 et sur le réticule de positionnement 21 muni de repères de référence.Pour réaliser avec une souplesse suffisante une grande variété d'interconnexions entre les différents motifs, il est connu d'utiliser un faisceau laser pour tracer lesdites connexions. Le dispositif suivant l'invention permet de contrôler optiquement la formation desdites interconnexions comme le montre la suite de la description. Les déplacements du faisceau laser sont produits par le déflecteur 320. A la sortie dudit déflecteur 32 une lentille 33 projette dans son plan focal des points lumineux dont les positions sont controlées par le déflecteur 320. Conformément à l'invention, ledit plan focal de la lentille 33 est mis en cotncidence avec le plan 22 du dispositif décrit dans la figure 4. Il en résulte que les faisceaux laser 34 et 35 issus du déflecteur 320 sont projetés à travers la lentille 17 vers le miroir semi-transparent 18. Une partie des faisceaux 34 et 35 est réfléchie par le miroir 18 et projetée à travers la lentille 15 sur la plaque photographique 20 tandis que l'autre partie des faisceaux 34 et 35 traverse le miroir 18 et est projetée à travers la lentille 16 sur le réticule 21 de la lunette d'observation 27. Les points i et sont donc simultanément projetés en i 2 Il est donc possible à l'aide de la lunette 27 d'observer en superposition rigoureuse la trace lumineuse produite par le laser et le motif de base. L'indexation peut se faire en déplaçant finement la plaque portant la réduction intermédiaire 24 comme cela a déjà été décrit dans le cas de la figure 5. Afin que la superposition soit valable en translation et en rotation, l'indexation sera effectuée en faisant ooancider successivement deux repères de la réduction intermédiaire 24 avec deux positions extrtmes du déviateur 320. Ce dispositif permet de disposer le déviateur longitudinalement ce qui constitue un avantage certain dans de nombreuses applications. Bien que dans les exemples décrits, les différents réglages de mise au point et de positionnement soient effectués par un observateur, il est bien entendu, que sans sortir des limites de l'invention, il est possible d'adjoindre aux dispositifs décrits des moyens automatiques de réglage. REVENDICATIONS 1. Dispositif optique de mélange comprenant un élément optique semi-réfléchissant dont le plan réflecteur est situé à l'intersection de deux axes optiques et orienté perpendiculairement à l'une des bissectrices desdits axes, caractérisé en ce qu';1 comprend un premier système optique stigmatique composé de deux lentille situées respectivement de part et d'autre dudit élément sur l'un desdits axes, un second système stigmatique composé de deux lentilles, situées respectivement de part et d'autre dudit émergent sur l'autre desdits axes et un bâti comportant quatre fenatres fixant respectivement la position de quatre faces planes extérieures, deux à deux perpendiculaires auxdits axes ; lesdites faces étant respectivement mises en cotncidence avec les plans focaux desdites lentilles lesdits dispositifs stigmatiques échangeant entre eux des faisceaux lumineux parallèles et coopérant avec ledit élément pour former simultanément l'image de l'une desdites faces dans les plans respectifs de l'une des faces adjacentes et de la face opposée. 2. Dispositif optique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément semi-réfléchissant est un miroir ; lesdits axes étant perpendiculaires : lesdites lentilles ayant leurs centres optiques sur lesdits axes. 3. Photorépéteur pour la fabrication de masques pour circuits intégrés, comprenant un dispositif optique de mélange suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le porte-objet dudit photorépéteur est situé dans le plan de l'une desdites faces ; la face opposée étant située dans le plan de l'émulsion photographique vierge portée par la table de translation dudit photorépéteur ; l'une des faces adjacentes comprenant une première lunette de visée équipée d'un réticule ; l'autre face adjacente comportant une se conde lunette de visée équipée d'un oculaire de mise au point ; ladite première lunette recevant la lumière émergent dudit porteobjet et ladite seconde lunette recevant la lumière émergent de ladite émulsion. 4. Photorépéteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit réticule est situé dans le plan de ladite face adjacente t le plan de l'autre face adjacente étant conjugué avec le plan objet dudit oculaire ; des moyens étant prévus pour substituer à ladite émulsion une mire de réglage t ladite mire étant éclairée par la l rye émergent dudit porte-objet. 5. Photorépéteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite seconde lunette de visée est équipée d'un dispositif de mise au point automatique comprenant un mécanisme d'asservisssement de la distance entre ledit plan de l'émulsion photographique et ledit dispositif optique de mélange. 6. Photorépéteur pour la fabrication de masques pour circuits intégrés comprenant un dispositif optique de mélange suivant la revendication 1, caractérisé en ce quelle porte-objet dudit photorEpé- teur est situé dans le plan de l'une desdite faces ; la face oppo sée étant situe dans le plan de l'émulsion photographique vierge porte par la table de translation dudit photorépéteur, ltune des faces adjacentes comprenant une lunette d'observation recueillant simultanément la lumière émergent dudit porte-objet et de l'autre face adjacente ; ; des moyens optiques d'irradiation projetant un pinceau lumineux dont le point de convergeance peut occuper une pluralité de positions distinctes dans le plan de l'autre face adjacente. 7. Photerépéteur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens d'irradiation comprennent une source lumineuse à balayage composée d'un laser de moyens de déviations et de moyens focalisateurs.