Brevet FR2046697A1 — publié le 19710312

L'invention"concerne un système et une méthode pour engendrer des spots de reconnaissance holographiques utilisés dans l'alignement d'éléments, de pièces de travail, etc... Plus particulièrement, l'invention concerne l'alignement automatique de pastilles de semiconducteur et d'un masque pour une 5 exposition ultérieure de matériau photorésistant. L'utilisation de la technique holographique de -filtrage spatial pour produire des spots de reconnaissance est connue. Voir, par exemple» Horvath et al, "Holographie Technique"Recognizes Fingerprints", Laser Focus, June 1967, 18-23. Une analyse mathématique des techniques de filtrage spatial est 10 donnée par Vander Lugt, "A Review of Optical Data-Processing Techniques*, □ptica Acta, Vol. 15, N° 1, 1968, pages 1-33. L'étape utilisée actuellement d'alignement manuel de la pastille avec le masque photographique est une des plus coûteuses et des plus fastidieuces dans le domaine du traitement des semiconducteurs. L'étape d'alignement manuel 15 est un désavantage distinct dans les systèmes de l'art antérieur dô fabrication des semiconducteurs. La présente invention concerne un système d'alignement automatique pour des pastilles de semiconducteur qui élimine l'alignement manuel coûteux et fastidieux nécessaire auparavant. Un système holographique produit des spots 20 de reconnaissance correspondant aux régions de la pastille. Les déplacements des spots, indicateurs du déplacement de la pastille, sont utilisés pour produire des signaux d'erreur afin de corriger la position de la pastille. La figure 1 est une représentation des techniques de filtrage spatial utilisé dans un détecteur de déplacement holographique. 25 La.figure 2 est une représentation d'une technique de correction de déplacement holographique utilisée dans des systèmes de traitement optique de pastille conformément à la présente invention. La figure 3 est une représentation^ d'une autre réalisation d'une partie du système de la figure 2. - 30 La figure 4 est une représentation d'une pastille de semiconducteur et d'un support de pastille utilisé dans la présente invention. La figure 1 représente le principe de base d'un détecteur de déplacement holographique tel que celui utilisé dans cette invention. Une source 1 de lumière monochromatique, de préférence dans le domaine des infrarouges, pro-35 duit un faisceau divergent de lumière qui est collimaté par une lentille de collimation 3 pour produire un faisceau collimaté 4 de lumière. Le -faisceau collimaté 4 passe à travers une pièce à travailler transparente 5 éclairée de manière sélective (par exemple avec une lumière infrarouge) telle qu'une pastille de semiconducteur. 40 La pièce à travailler 5 a une configuration à deux dimensions présentant 70 12263 2 2046697 des surfaces de transmission variables de la lumière et les configurations se déplacent par rapport à l'axe optique et à un filtre spatial 6. C'est ce déplacement qui doit être détecté. La pièce travaillée 5 est placée à une distance focale de la lentille objectif 7, qui reçoit la lumière passant 5 à travers la pièce à travailler 5. Ainsi la pièce à travailler transparente 5 est dans le plan focal frontal de la lentille 7. Le filtre spatial 6 est placé à une distance focale à 1'arrière de la lentille 7, et 11 est ainsi» dans le plan focal; arrière. Le filtre spatial 6 est un filtre.complexe ou hologramme construit à partir 10 de surfaces de configuration sélectionnées dans la pièce à travailler 5. Il est bien connu que dans un, ensemble comme celui-ci, l'image des configurations de la pièce à travailler 5 produite.dans le. plan du filtre 6 par la lentille objectif 7 est une. représentation optique de la transformée de Fourier de la pièce à travailler 5. Pour cette raison, et parce qu'une fonc-15 tion de Fourier est exprimée en termes de fréquence, le plan dans lequel le filtre 6 est localisé est appelé "plan de fréquence". L'interférence entre la transformée de Fourier de la configuration sélectionnée ci-après appelée alignement ou configuration de référence, et un faisceau de référence hors de l'axe du plan est enregistré de manière conve-20 nable sur un support d'enregistrement placé au plan focal arrière. Le filtre spatial complexe 6 employé contient à la fois 1'information d'amplitude et l'information de phase de la configuration d'alignement. La distribution de fréquence des configurations de la pièce à travailler 5 contenant à la fois les configurations dâsiréss et les configurations étran-25 gères Cpar exemple des circuits intégrés) ou produites dans le plan du filtre B est multipliée par la transformée de Fourier enregistrée dans le filtre spatial complexe 6. La partie de la distribution de ehamp qui provient d@ la configuration de référence et correspond à un haut degré de corrélation antre 1,'image dans 30 le plan de fréquence et le filtre résulte de l'annulation de la cpurbure du front d'onde entrant dans le filtre » La partie de la distribution de champ de la configuration de référence ayant une courbure nulle est focalisée par une lentille 9, sur un plan de sortie 10. . La partie de la distribution de champ provenant d'une autre configuration 35 que la configuration de référence n'est pas modifiée par le filtre et passe, comme un front d'onde incruvé vers la lentille 9 qui reconstruit une image réelle dans, le plan 10. Si on suppose une bonne corrélation entre la transformée de Fourier de la. configuration de référencetde la pièce à travailler Sîdans le plan 40 de, fréquence et le filtre spatial complexe, l'onde plane produite convergera 70 12263 3 2046697 grâce à la lentille Ô en un petit spot de lumiàre, appelé "spot de détection*. Lorsque la pièce à travailler 5 sera déplacés latéralement par rapport au filtre spatial complexe, 1s spot de détection sera déplacé latéralement par . rapport au plan de sortie 10. De même, lorsque la pièce à travailler 5 sera 5 déplacée verticalement, le spot de détection ssra.déplacé verticalement. Cependant, à moins que la configuration de référence Cde la pièce à travailler 5) présente la mime configuration pour tout angle de rotation, l'intensité du spot de détection sera diminuée lorsque la configuration de référence tournera de plus d'environ 3° à partir de l'angle relatif de coïn-10 cidence avec le filtre spatial 6. Une figure plane de rotation est définie comme étant une figure qui pourrait Être produite par rotation, de 360* autour d'une extrémité de n'importe quel segment de ligne ayant n'importe quelle fonction d'intensité associée à chaque point le long de la ligne et créant ainsi une figure plane com-15 portant une fonction d'intensité dans laquelle chaque point de la figure a une intensité égale à celle du point sur la ligne qui tourne autour du point extrémité dans la figure. La plus simple des figures plane de rotation (si l'on excepte le cas limite d'un point) est un cercle. D'autres cas simples comprennent, les cercles concentriques, les bandes circulaires, et les 20 bandes circulaires concentriques. Ces cas géométriques simples comprennent seulement les cas dans lesquels l'intensité n'a que deux valeurs. Cependant, un spectre continu d''intensité est possible, et ainsi des figures planes de rotation peuvent présenter un spectre continu d'intensité. Cependant, tous les points équidistants du centre doivent avoir une intensité égale. 25 Si la configuration de référence de la pièce travaillée 5 est une figure plane de rotation, la configuration de référence peut tourner d'une valeur quelconque sans perturber l'intégrité du spot de détection. La figure 2 est un diagramme d'une technique de correction de déplacement holographique utilisée dans un système de traitement optique de pastilles 30 conformément à la présente invention. Une source 15 de lumière infrarouge monochromatique produit un faisceau de lumière qui est filtré par une lentille 16 et collimaté par une lentille 17 pour former un faisceau collimaté de lumière. Une pastille de semiconducteur 18 est placée dans un support de pastilles 19, et est disposée de telle 35 sorte que le faisceau collimaté de lumière monochromatique (de préférence dans le domaine des infrarouges) passe à travers la pastille 18. Les deux régions contenant les configurations d'alignement ou de référence sont situées de part et d'autre de la pastille et sont diffusées avec un matériau optiquement dissemblable pour- former des figures planes de rotation 40 identique dans les deux régions. Plus de deux régions peuvent Stre utilisées, 70 12263 4 2046697 mais l'utilisation de deux régions est représentée dans la réalisation préférés. La méthode qui fournit ces deux régions est décrite plus en détail conformément à la figure 4, Des sarvorsoteurs 21 et 24 sont fournis pour déplacer le support da pas-5 tille 19, suivant un procédé décrit plus an détail plus loin. Un masqua photographique 26, utilisé dans la procédé d'exposition du matériau photorésistant pour fabriquer un eireuit semiconducteur sur la pastille 18, est adjacent à la pastille 1S afin d'être aligné avec celle-ci. Un moteur 27 est prévu pour déplacer aidaleroent le masque photographique 26 10 pour réaliser un contact correct entre le masque photographique et la pastille pendant l'exposition. Une source de lumière 29 fournit la lumière à utiliser lors de l'exposition des surfaces photorésistantes sur la pastille à travers le masque photographique 26 dans le procédé de fabrication. La lumière venant de la source 15 29 passe à travers un système de lentilles 30 et est réfléchie par un miroir semi-transparent 28 è travers le masque photographique 26 vers la pastille 18. Le masque photographique et la pastille devant être parfaitement alignés pour que l'exposition de la pastille sg fasse avec précision, le système de la figure 2 doit commander avec précision la position de la pastille. 20 La lumière venant de la source 15 passant à travers la pastille 18, passe à travers le miroir semi-transparent 28 et les lentilles objectif 31 et 32 pour atteindre un filtre spatial 35 dans le plan de fréquence du système. Le filtre spatial 35 est prévu pour Ôtre accordé avec la transformée de Fourier de la figure plane de rotation diffusée dans les deux régions 25 de la pastille 18. Ainsi, la lumière venant de ces deux régions est fortement corréléa à la configuration du filtre spatial 35. La lumiàre passant à travers le filtre 35 et correspondant à l'une ou à l'autre de ces régions, produira après §tre passée à travers une lentille de formation d'image le spot de reconnaissance caractéristique d'une telle haute corrélation dans un plan 30 image. Les. lentilles 38 et 39 sont des lentilles de formation d'image prévues pour faire apparaître les deux spots de reconnaissance respectiMsmsnt sur les détecteurs de position 40 et 41, qui sont dans le plan focal de ces lentilles. Chacun de ces détecteurs de position est divisé en quatre régions photodétec-35 trices infrarouges séparées. Par exemple, le détecteur 41 est divisé en quatre régions 45, 46, 47 et 48 avec une intersection commune au point d'alignement 49. Si le système était en alignement parfait, le spot de détection correspondant au détecteur 41 tomberait sur le point 49. Cependant, si la région de la pastille 18 correspondant au détecteur 40 41 était trop haute, le spot tomberait complètement ou en grande partie dans 70 12263 5 2046697 la région photodétectrice 47. Si elle était trop basse,, le spot tomberait dans la région 45} si elle était trop à gauche, [vue à partir du détecteur 41), le spot tomberait dans la région 46 et si elle était trop à droite, dans la région 48. Plusieurs systèmes d'erreur électriques peuvent être mis 5 au point pour engendrer un signal d'erreur à partir ds détecteurs tels que 41 et 42. Un de ces systèmes d'erreur prend la sortie correspondant à la région 47 sur la ligne 51 et la sortie correspondant à la région 45 sur la ligne 52 et compare ces deux sorties dans l'amplificateur différentiel 53 pour don-10 ner un signal d'erreur vertical sur la ligne 54. La ligne 54 est connectés au servomoteur 24 pour commander le déplacement vertical du cSté gauche du support de pastille 19. De mime, les régions 48 et 48 alimentant 1"amplificateur 55 par l'intermédiaire des lignes 5S et 57 pour créer un signal d'erreur horizontal sur la ligne 58. Le signal d'erreur horizontal commande le serve-15 moteur 23 pour commander le déplacement horizontal du côté inférieur du support de pastilles 19. De raême, le détecteur 42 fonctionne avec les amplificateurs 62 et SS pour commander les servomoteurs 21 afc 22„ commandant le déplacement des sStés supérieur et droit du support de pastille. 20 II est évident que les systèmes de commande de position associés aux détecteurs de position 41 et 42 ne sont pas indépendants comme décrit. C'est-à-dire, qu'en l'absence d'autres facteursB un mouvement pour corriger la position d'un spot de détection altérera la position d'un autre spot. Cependant, en supposant que l'autre système de coïtimande de position fonctionna 25 correctement, il fonctionnera de façon à corriger la position altérée de l'autre spot» en diminuant progressivement Iss erreurs à la fois pour les deux spots. Pbur éliminer les problèmes d'alignement antre le masque photographique 26 et le filtre spatial 35, ceux-ci peuvent être plasés sur le mSme support 30 de masque ou substrat 70, comme dans la figure 3. Cet arrangement élimine la nécessité d'un alignement séparé du masque photographique 28 par rapport à l'axe optique du système. La lumière infra-rouge monochromatique pour l'alignement de la pastilla 18 provient de la source 15 à traders le système de lentille 16 et 17, à travers la pastille 18, le masque photographique 26 35 et le miroir 28 et va vers un miroir 71. Le miroir 71 dévis cette lumière de 90° pour l'amener vers un miroir 72. La lumière venant du miroir 71 est déviée de 90° par le miroir 72 et est focalisée sur le filtra spatial 35. Avant d'utiliser la lumière de la source 29 pour exposer le matériau photo-résistant, le système d'alignement de la figure 2, ou celui modifié 40 de la figura 3, a aligné la pastille par rapport au filtre spatial 35. Quand 70 12263 6 2046697 le masque photographique 26 a été aligné avec le filtre 35 ou est aligné de manière permanente sur le support 70- avec îs filtre 35» 1s système d'alignement aligne ainsi la pastille pour 1"exposition ultérieure du matériau photorésistasrt à travers le masque photographique. 5 La -Figure 4 est un diagramms de la pastille 12- ayant dss régions d'ali gnement 82 et 83 selon ïa présente invention,, et disposées sur un support d© pastillas 13» La pastille a une région pîate 8t le ïong de son bord et une encoche SO a un autre point sur îa bord» La régian plate et l'encoche s'adaptent à des régions correspondantes sur ï@ support 19 pour garantir 10 que» quand îa pastille est insérée dans le support, il y a déjà un aligne-:jîsnt approximatif. Cet alignement approximatif garantit que les spots de reconnaissance dans ia figura 2 tomberont quelque part sur les détecteurs de position 41 et 42. Les régions d°alignement 82 st 33 contiennent des figures planes de 15 rotation identiques 64 et 35. Ces figures ûa rotation peuvent être formées par des techniques de diffusion utilisées Ct&liti Xâ fabrication de la pastille. Les figures diffusées peuvent être le résultat sis 1& fabrication de subcollecteurs. Cependant, les figures peuvent êgalemsut tâcre des configurations gravies sur la surface de la pastille suivant uns rasrii&râ uiert connue dans; l'ert. 20 N'Importe quel procédé approprié de formation da figures peut être utilisé. 3:isn que 1"on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin, las caractéristiques essentielles de 1'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que 1"homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme au ris détail qu'il juge utiles., 25 sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 70 12263 7 2046697 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour engendrer des régions de référence dans une pastille os semiconducteur présentant des régions espacées,comprenant la formation par des techniques employées pendant la fabrication de ladite pastille, d'une 5 configuration de référence séparée dans au moins deux régions espacées de ladite pastille et caractérisé en ce que chacune desdites configurations est formée de manière à ce que: - elle ait un contenu.de fréquence spatiale distinct de celui des parties de ladite pastille extérieures auxdites régions, 10 - elle définisse une figure plane de rotation. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé eh ce qu'il comprend en outre, la formation de figures identiques de rotation dans chacune desdites régions espacées. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en 15 outre la formation de ladite figure de rotation par des techniques de diffusion . 4.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la formation de ladite figure de rotation par des techniques de gravure. 5.- Procédé d'orientation d'une pastille de semiconducteur ayant des régions 20 espacées formées selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - un filtre spatial complexe représentant ladite figure de rotation et sensible à la lumière d'une longueur d'onde présélectionnée, - l'orientation d'un faisceau de lumière monochromatique cohérente de 25 ladite longueur d'onde à travers ladite, pastille et ledit filtre pour former dans un plan image au moins deux spots de reconnaissance dont les positions dans ledit plan image par rapport aux positions de référence respectives dépendent du degré relatif d'alignement de la dite pastille et dudit filtre; - la production de signaux d'erreurs respectivement indicateurs du dépla-30 cernent relatif entre chacun desdits spots de reconnaissance et ses positions de référence associées, et - la commande, en réponse auxdits signaux d'erreur, de la position de ladite pastille pour réduire ledit déplacement relatif. B.- Procédé d'orientation d'une pastille de semiconducteur, ayant des régions 70 12263 8 2046697 espacées, et munie par des techniques employées pendant la fabrication de ladite pastille, d'une configuration ds référence séparée dans au moins deux régions espacées de ladite pastille, les configurations ayant un contenu de fréquence spatiale distinct de celui des parties de ladite pastille si-5 tuées à l'extérieur desdites régions et définissant des figures planes de rotation identiques, caractérisé en ce qu'il comprend: - l'utilisation d'un filtre spatial complexe représentant la dite figure de rotation et sensible à une lumière de longueur d'onde présélectionnée, - l'orientation d'un faisceau de lumière monochromatique cohérente ayant 10 ladite longueur d'onde à travers ladite pastille et ledit filtre pour former dans un plan image au moins deux spots de reconnaissance dont les positions dans ledit plan image par rapport aux positions de référence respectives dépendent du degré relatif d'alignement de ladite pastille et dudit filtre, - la production de signaux d'erreur indicatifs respectivement du dépla-15 cernent relatif entre chacun des spots de reconnaissance et sa position de référence associée, et - la commande en réponse auxdits signaux d'erreur de la position respective de ladite pastille pour réduire ledit déplacement relatif. 7.- Système pour orienter un élément semiconducteur par rapport à un masque 20 photographique caractérisé en ce qu'il comprends - une source de lumière infrarouge monochromatique, - plusieurs régions sur ledit élément ayant une configuration de transmission de lumière correspondant à une figure plane de rotation, - des moyens pour diriger ladite lumière à travers lesdites régions, 25 - un filtre spatial complexe de ladite figure de rotation dans un plan de fréquence, - des moyens (jour distribuer ladite lumière dirigée à travers lesdites régions dans ledit plan de fréquence suivant une configuration correspondant à la transformée de Fourier de cette figure de rotation, 30 - des moyens sensibles à la corrélation entre ladite lumière dirigée dans ce plan de fréquence et ledit filtre spatial pour engendrer une pluralité de spots de reconnaissance dans un plan image, le déplacement de ces spots de détection à partir des points respectifs de l'alignement de cet élément et de ce filtre, 35 - des moyens sensibles au déplacement desdits spots à partir de l'aligne ment pour créer des signaux d'erreur, - des moyens sensibles auxdits signaux d'erreur pour réduire ce déplacement à partir de l'alignement de cet élément et de ce filtre, et - des moyens pour maintenir ledit masque photographique et ledit filtre 70 12263 9 2046697 dans une relation d'espace fixe, grâce auxquels l'alignement de cet élément avec le filtre aligne ainsi cet élément avec ledit masque photographique. 8.- Procédé pour engendrer des régions de référence dans une pièce à travailler transparente ayant des régions espacées et comprenant la formation grâce 5 à des techniques employées dans la fabrication de ladite pièce à travailler dhne configuration de référence séparée dans au moins deux régions espacées de ladite pièce à travailler, et caractérisé en ce que chacune desdîtes configurations est formée de manière à ee que: - elle ait un contenu de fréquence spatiale distinct de celui des parties 10 de ladite pièce travaillée extérieures auxdites régions, et - elle définisseune figure plane de rotation, 9.- Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comprend sn outre la formation de figures de rotation identiques dans chacune desdites régions espacées.