Brevet FR2026845A1 — publié le 19700925

□ans le passé, on a utilisé des masques photographiques afin d'exposer sélectivement des émulsions photosensibles lors de la fabrication d'un circuit intégré épitaxial-diffusé. En général, on utilise le procédé photolitographi-que dans les étapes de diffusion d'impûreté et d'isolement. Normalement, on 5 réalise la polimèrisation de l'émulsion photosensible par exposition des masques de contact. Cela signifie que le masque, ayant la configuration désirée d'ouverture, est disposé en contact direct avec l'émulsion photosensible, et ensuite exposé à la radiation appropriée, par exemple, lumière ultra-violette. Antérieurement, on a proposé d'exposer des émulsions photosensibles par 10 un dispositif de masque sans contact. Dans ce système, une image ou configuration de radiation de la configuration constituée de zônes opaques et de trans-' mission est projetée directement sur la surface photosensible. Cette dernière approche, évite beaucoup des désavantages inhérents à l'impression par contact à l'aide d'un masque modèle. Ces désavantages proviennent du fait du problème 15 posé par les poussières et autres éléments qui évitent un contact intime entre l'impression et le masque modèle entraînant une distorsion d'image dûe à la diffraction. La surface photosensibilisée sur laquelle l'impression doit être reproduite recouvre en général, soit un semiconducteur, un oxyde sur le semiconducteur, ou un film métallique recouvrant un conducteur. 20 Quelques dispositifs de projection de masque, bien qu'évitant la plupart des inconvénients des impressions par contact, entraînent des problèmes atte- . nants et des contingences qui limitent sévèrement leur utilisation. En particulier, les dispositifs de rojection de masque actuels nécessitent des dispositifs de lentilles coûteux; n'ont pas un degré élevé de résolution; et leur 25 application est limitée par la taille des zônes de configuration de masque à projeter. De plus, et de façon tout à fait importante, les dispositifs de projection de configuration de masques existant fonctionneent pour produire une image résultante à une profondeur unique ou peu profonde de foyer. Cette dernière limitation nécessite que la surface sur laquelle on doit projeter l'ima-30 ge soit disposée exactement au plan image du dispositif de projection. La surface photosensibilisée doit coïncider avec le plan focal de l'image à projeter, autrement la surface exposée recevrait une image distordue. Ainsi, selon les principes bien connus de l'optique, les dispositifs de projection de masque connus doivent sacrifier la profondeur de champ pour la 35 résolution. L'art de l'holographie possède les avantages généraux d'améliorer la profondeur de champ tout en maintenant un degré élevé de résolution autrement impossible avec un dispositif classique non holographique ayant la m&na profondeur de champ. Dans le passé pour obtenir un contrôle de largeur de ligne, des raisons 40 techniques nécessitaient pour les masques que le revêtement soit métallique 69 40036 2 2026845 ou une émilsion, qu'ils soient fabriqués avec une dimension la plus mince possible comprise dans le domaine de densité nécessité, En conséquence, les dispositifs d'exposition de masques les plus solubles et très précis, utilisent actuellement des masques ayant une épaisseur approximative de 1000 A. Ainsi, 5 les masques existant sont effectivement de nature bi-dimensionnelle. Bien qu' en raison de notre monde tri-dimensionnel, le masque doive posséder une épaisseur finie. De là on peut voir qu'un masque tri-dimensionnel ayant une épaisseur finie est une solution que l'on évite dans les dispositifs d'exposition de masque existant. 10 La présente invention utilise uniquement un masque tri-dimensionnel ou épais contrairement à l'orientation de la technologie actuelle des masques qui tend à fournir des masques extrêmement minces ou bi-dimensionnels. Ainsi, un masque épais en conjonction avec un dispositif d'exposition holographique, fourni des résultats non évidents, inattendus antieurement ou ne pouvant 6tre ob-15 tenus dans les dispositifs d'exposition*de l'art antérieur. De.plus, il est connu dque dans les dispositifs d'exposition holographique classiques on forme souvent une image reconstruite présentant des défauts de grain ou Imperfections. L'explication des défauts de grain dans l'image reconstruite est que ces défauts proviennent des irrégularités introduites lors de la formation et 20 du développement de la plaque holographique, du fait que l'on ne-peut enregistrer les franges d'interférence, avec des émulsions photographiques disponibles. Aussi, les tâches ou défauts de grain sont dûs à l'utilisation d'une source de lumière cohérente pour la construction ou la reconstruction de l'hologramme couplé avec l'utilisation d'un diffuseur de lumière. Cela abouti à 25 une configuration d'interférence spatiale complexe engendrée par le front d* onde irrégulier émis de la surface du diffuseur durant la construction ou 1' enregistrement de l'hologramme. En conséquence, on peut voir que l'exposition d'une surface photosensibilisée a une image holographique reconstruite avec un plan focal effectivement unique aboutirait à la formation d'irrégularité 30 de grain sur la surface photosensibilisée. Cependant, une correction valable ou élimination de ce problème de grain est possible en vertu des avantages découlant de la présente invention. Un objet de la présente invention est de fournir un nouveau dispositif dé projection holographique ayant une résolution, une profondeur de champ, et 35 une profondeur virtuelle prolongée de foyer améliorée. Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif d'exposition de masque qui évite la nécessité d'un dispositif coûteux de lentilles tout en améliorant la résolution, la profondeur de champ et la profondeur virtuelle prolongée de foyer. 4Q Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif 69 40036 3 2026845 d'exposition de masque qui élimine les nécessités de tolérances rigides relatives au positionnement de la surface photosensibilisée par rapport à une image projetée. Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif d'ex-5 position de masque holographique pour projeter une image à résolution plus élevée sur une surface photosensible avec compensation pour les irrégularités de grain inhérentes de l'image holographique reconstruite. Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif d'exposition de masque ayant une profondeur virtuelle prolongée de foyer pour uti-10 lisation dans la fabrication des circuits à intégration sur grande échelle (L.S.Ï.). La présente invention fournit un procédé et un appareil pour un dispositif de projection afin d'améliorer la résolution, la profondeur de champ, et la profondeur de foyer et comprend un dispositif d'enregistrement d'image hologra-15 phique et de reconstruction qui utilise un masque tri-dimensionnel ayant une épaisseur substantielle. Le masque tri-dimensionnel comprend des passages ayant des surfaces non réflectives et définis par des ouvertures d'entrée et de sortie parallèle à la surface du masque afin d'aboutir à une image reconstruite ayant une profondeur prolongée virtuelle de foyer. La formation d'un masque 20 reconstruit ayant une profondeur prolongée virtuelle de foyer et la disposition d'une surface photorésistante à l'intérieur de la profondeur virtuelle prolongée de foyer améliore la définition de l'image formée sur la surface photorésistante par compensation de défauts de grain dans l'image holographique reconstruits. 25 D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention rsssortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui rsprésentent des modes de réalisation préférés de l'invention. La figure 1 représente un dispositif de projection de la lentille de 1' art antérieur. 30 La figure 2 représente l'enregistrement holographique d'un passage de con figuration de masque tri-dimensionnel dans le dispositif d'exposition de masque. La figure 3 représente la reconstruction holographique de la configuration holographique enregistrée dans l'appareil représenté dans la figure 2. 35 Les figures 4A-4D représentent la formation d'un masque tri-dimensionnel ayant des passages intérieurs non réflecteurs, absorbants les radiations pour utilisation dans l'appareil d'enregistrement holographique et procédés de la figure 2. Les figures 5A et 5B sont des vues en coupes transversales, agrandies du 40 masque représenté dans la figure 4D comprenant en plus les masques d'entrée 69 40036 4 2026)345 et de sortie afin de compenser les irrégularités pouvant se former dans le procédé représenté dans les figures 4A-4D. Maintenant, comme on le montre dans la figure 1, le dispositif de projection à lentilles de l'art antérieur comprenant une source d'éclairage 10 et 5 un objet 11 fournit une image 12 dont le champ et la résolution sont tris limités selon les principes bien connus de l'optique, par les caractéristiques optiques d'une lentille 13, Par contre, la présente invention comme on la représente dans la figure 2 fournit un dispositif de projection dont l'utilisation est particulièrement adapté à l'exposition de masque, et qui surmonte les 10 désavantages de l'art antérieur. Le dispositif holographique utilise une source laser cohérente monochromatique de lumière 14 dirigée sur un diffuseur 16. On réalise le procédé d'enregistrement par les techniques holographiques bien connues dans lesquelles un.front d'onde dispersé 10 provenant d'un masque modèle 22 est enregistré photographiquement par superposition d'un faisceau de réfé-15 rence 20 au front d'onde 18 qui frappe une plaque photographique 24, Le masque 22 diffracte la radiation incidente provenant du diffuseur 16 pour engendrer un champ d'amplitude de phase complexe sur la plaque photographique 24. Le faisceau de référence 20 forme un champ avec une amplitude uniforme et une variation de phase linéaire. La superposition du faisceau de référence 20 et du front 20 d'onde 18 aboutit à une configuration holographique ou hologramme que l'on enregistre sur la plaque photographique 24. On développe la plaque photographique 24 selon les techniques holographiques classiques. On représente une section partielle du masque en 22 qui ne comprend seulement qu'une ouverture unique de passages 32, bien que l'on comprennent facile-25 ment que dans le dispositif de projection de masque réel le masque aurait une configuration beaucoup plus compliquée qu= la configuration simple représentée dans la présente invention dans des buts de clarté de la description. Dans la réalisation de la figure 2, on obtient une profondeur prolongée de foyer en utilisant un masque épais ou tri-dimensionnel 22 durant le procédé d'enregis-30 trement. Il est nécessaire que les parois inférieures ou surfaces de passage définissant le passage 32 soient non réflectrices. Appliqué à la présente invention, la non réflectivité revient à définir une surface qui absorbe totalement les radiations pour la source particulière de radiation 14 que l'on utilise dans le procédé d'enregistrement. Similairement, une surface possédant les ca-35 ractéristiques d'arrêt de lumière, telle qu'elle fonctionne comme surface non réflectrice est aussi convenable. Similairement, des techniques de simulation d'objets, analogiques ou digitales sont convenables pour le procédé d'enregistrement. Le masque tri-dimensionnel 22 comprend des ouvertures d'entrée et de sor-40 tie 34 et 36 respectivement. Dans la réalisation de la figure 2, le tunnel 69 40036 5 2026845 intérieur ou passage 32 8st formé d'une surface absorbant le faisceau de radiation incident 14, En conséquence, la fréquence de distribution spatiale du •ftnrt d'onde 18 est définie en fonction des ouvertures d'entrée et de sortie 34 et 36 respectivement et de l'épaisseur ou profondeur du tunnel 32. 5 Dans la figure 3, on représente la reconstruction d'une image holographi que et l'exposition d'une surface sensible aux radiations ou photorésistante. L'hologramme ou la configuration holographique est emmagasiné sur la plaque photographique 24 d'après le procédé d'enregistrement décrit précédemment avec la figure 2. Afin de reconstruire le front d'onde original, on illumine l'holo-10 gramme par l'onde 38 qui est une onde conjuguée du front d'onde de référence originel utilisé pour l'enregistrement, selon les techniques holographiques classiques. Lorsque l'onde plane 38 traverse la plaque holographique 24, contenant la configuration holographique des masques tri-dimensionnels 22, un front d'onde conjugué 42 est engendré. Le front d'onde conjugué forme réelle-15 ment une image réelle seulement aux positions 44 et 46 correspondant aux ouvertures d'entrée et de sortie 34 et 35, respectivement. Cependant, puisqu'un hologramme a la propriété inhérente de se rappeler la direction prise par la lumière ou radiation utilisée dans la procédure d'enregistrement, le front d' onde reconstruit contient une partie de configuration de radiation pleine 48 20 entre elles. L'exposition sans lentille d'une surface d'émulsion photosensible ou photorésistance utilisée dans la fabrication d'un circuit intégré est représentée par l'élément substrat 50 disposé à l'Intérieur du tunnel de lumière 48. Afin de déplacer le substrat 50 dans une direction horizontale par rapport à la par-' 25 tie tunnel 48, onmaintient le substrat 50 dans un support de substrat et un outil de déplacement, outil qui est représenté schématiquement en 52. En conséquence, le substrat 50 est adapté à un déplacement dans la direction des flèches dans la partie tunnel 48 comme on le montre par le substrat indiqué en lignes pointillées lorsqu'on le déplace aux positions extrêmes 44 et 46. 30 En conséquence, on peut voir que les opérations d'enregistrement, recons truction, et exposition fournissent un système deprojection à profondeur virtuelle prolongée de foyer qui va de la position 44 à la position 46, contrairement au dispositif de l'art antérieur représenté dans la figure 1. Il n'est' pas nécessaire de disposer un substrat dans un plan focal exact afin d'obtenir 35 une exposition à une configuration de masques non distendue sur la surface photosensible. De plus, on peut obtenir une compensation pour les imperfections de grain inhérentes au système holographique, puisque l'on peut déplacer le substrat 50 dans la partie de faisceau 48. Maintenant, en référence aux figures 4A-4D, on représente un moyen pour 40 fournir un masque tri-dimensionnel ayant des passages internes non réflecteur. 69 40036 6 2026845 Les figures 4A-4D représentent la formation du masque modèle pour utilisation dans le procédé d'enregistrement de la figure 2, dans lequel les surfaces du passage interne absorbent les radiations. On choisit un corps de verre photochromique 54 convenable pour satisfaire aux nécessités de profondeur prolon-5 gées virtuelles de foyer nécessaires pour le dispositif de projection particulier. Le verre photochromique change de transmittance de manière réversible, sous l'action ou l'influence de radiation. Le verre photochromique contient des cristaux d'hologénure d'argent qui deviennent noir lorsqu'on les expose à la lumière ultra-violette dans la région de 3000 à 4000A. Similairement, après 10 avoir obscurci le verre photocchromique, on accompli un effaçage ou une décoloration sélective par la chaleur ou la lumière infrarouge dans la région de longueurs d'onde de 6000A ou plus. Dans la figure 4B, le corps photochromique 54 est rendu opaque par exposition à la lumière ultra-violette provenant d'une source 56. Dans la figure 4C, on accomplit l'inscription ou la décoloration 15 par direction d'une source de radiation, infrarouge 58 sur le corps 54 sur lequel on a disposé un masque de décoloration 60, afin de n'exposer qu'une partie désirée du corps photochromique 54 à la source infrarouge de radiation 58. La configuration de masque tri-dimensionnelle résultante formée sur le corps photor chromique 54 ayant le passage transmetteur de lumière désirée est représentés 20 dans la figure 4D. On représente en 62 une surface de passage non réflective ou qui absorbe la lumière. Lors de la fabrication effective du masque modèle tri-dimensionnel, il se produit quelquefois la formation d'un passage irrégulier dû à la diffraction vers l'intérieur de la lumière par le masque de décoloration 60 durant l'expo-25 sition ou l'illumination par la source 58. En conséquence, le passage effectif formé dans le corps 54 présente une configuration légèrement supérieure et lr-régulièrè comme on le représente dans la figure 5A. Cependant, lorsque l'on utilise un masque tri-dimensionnel ayant des parois de passage intérieur absorbant la lumière, il ne se produit aucune distorsion résultante dans l'image 30 reconstruite si le masque modèle représenté dans la figure 5A est modifié selon les principes représentés dans la figure 5B. Cela signifie, que l'on joint au corps 54 une paire de masques d'entrée et de sortie 64 et 66, repsectivemeht. Les masques d'entrée et de sortie 64 et 66 sont formés par les techniques de fabrication ds masques classiques. Leur unique fonction est de définir exacter 35 ment les ouvertures d'entrée et de sortie selon la configuration de masque finale désirée. Le fait que le passage intérieur 62 soit lui-même légèrement a-grandie, n'affecte en aucune façon la reconstruction du dispositif holographique final que l'on utilise pour exposer le substrat. En d'autres termes, on obtient une image holographique de reconstruction non distordue même si le 40 procédé d'enregistrement utilise un masque tri-dimensionnel ayant des passages 69 40036 7 2026845 . intérieurs de configuration légèrement agrandie. Cet avantage est dû au fait que la plaque holographique est exposée par une source de radiation définie entièrement par les masques d'entrée et de sortie 64 et 66 respectivement. La radiation incidente qui frappe le passage intérieur formé irrégulièrement 62 5 durant la procédure d'enregistrement n'atteint jamais la plaque photographique 24, puisque la paroi 62 absorbe les radiations. Naturellement, si le procédé utilisé pour la formation du passage ou configuration de masque dans le corps 54 est suffisamment précise aux surfaces d'entrée et de sortie, alors le masque modèle ne nécessite pas l'addition des masques d'entrée et de sortie 10 64 et 66. Maintenant en se référant à la figure 2, elle représente le principe de fonctionnement du dispositif de projection de masques sans lentille qui fournit une profondeur prolongée virtuelle de foyer couplée avec les avantages attenant de compensation pour les irrégularités de grain inhérentes à la for-15 mation d'une image holographique reconstruite. Le procédé d'enregistrement représenté dans la figure 2 représente, la.for- . mation 'une configuration holographique sur la plaque photographique 24 par utilisation d'un masque modèle tri-dimensionnel à parois épaisses 22 comprenant une ouverture ou tunnel défini par une surface non réflective 32. La surface 20 non réflective comprend une surface absorbant les radiations qui limite la fréquence de distribution radiale du front d'onde 18 quittant l'ouverture de sortie 36. Dans ce cas, un champ prédéterminé est enregistré sur la plaque holographique 24. Après le développement de la plaque photographique on l'emploie alors dans 25 le dispositif de reconstruction et d'exposition représenté dans la figure 3. La configuration holographique contenue sur la plaque photographique 24 est illuminée par la source conjuguée 38 du faisceau de référence originel 20. Le faisceau diffracté 42 forme des images réelles des ouvertures d'entrée et de sortie aux positions 44 et 46, repsectivements De plus, une configuration 30 pleine de radiation se prolonge entre-elles du fait du procédé d'enregistrement restrictif utilisant un masque non réflecteur, tri-dimensionnel. En conséquence, le dispositif de projection fournit une profondeur prolongée virtuelle de foyer entre les positions 44 et 46. On peut voir que s'il était possible de regarder divers plans de la configuration d'exposition de radiation 48, cha-35 cun contiendrait des irrégularités distribuées au hasard du fait des effets de grain. Cependant, l'exactitude et la résolution de l'exposition finale du substrat photosensible 50 est améliorée par le déplacement du support de substrat dans une direction longitudinale comme l'indique les flèches durant l'exposition du matériau photosensible. En d'autres termes, les défauts de grain 40 pouvant produire une exposition irrégulière du matériau photosensible sur un 69 40036 s 2026845 plan seront exposés à une configuration irrégulière différente sur un autre plan. Cette action a tendance à exposer complètement les vides de la surface photosensible qui auraient pu être inexposés si l'on avait maintenu le substrat 50 en position stationnaire. 5 Bien que l'on ait décrit la présente invention avec une référence parti culière à un dispositif de projection de masque, on doit comprendre que le principe de l'obtention d'une profondeur prolongée de foyer a une large application dans beaucoup d'autres domaines. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins 10 les caractéristiques principales de l'invention appliquées à des modes de réalisations préférés de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toute modification de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 69 40036 9 2026845 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour obtenir une profondeur virtuelle prolongée de foyer dans un dispositif d'exposition holographique caractérisé en ce qu'il comprend: a) une source de radiation cohérente qui est dirigée vers un masque tri-5 dimensionnel d'épaisseur substantielle, ayant au moins un passage transmettant les radiations, ls passage étant défini par ses parois latérales non réflecti-ves et par les ouvertures d'entrée et de sortie, afin de produire un front d'onde résultai b) l'enregistrement de l'amplitude et de la phase du front d'onde résul-10 tant dans un dispositif à mémoire afin d'obtenir une configuration holographique c) la formation d'une configuration spatiale de radiation, reconstituée à partir de la configuration holographique, et d) l'exposition de dispositifs sensibles aux radiations, à la configu-15 ration spatiale de radiation reconstituée, dans les limites de la profondeur virtuelle prolongée de foyer, ces limites étant définies par les images réelles de l'entrée et de la sortie. 2.- Procédé d'obtention de configurations de masques photorésistants par un 20 dispositif holographique de projection de masque caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: a) enregistrement d'une configuration holographique représentant un masque tri-dimentionnel d'épaisseur substantielle, ayant au moins un passage de transmission de la lumière, lequel passage est défini par la non réflectivité 25 de ses surfaces internes et par les ouvertures d'entrée et de sortie b) reconstitution de la configuration de radiation à partir de la configuration holographique; la configuration holographique renferme une image réelle des ouvertures d'entrée et de sortie et une profondeur virtuelle prolongée de foyer, extention qui se situe entre les ouvertures d'entrée et de sor- 30 tie c) exposition d'une surface photosensible à la configuration de radiation reconstituée dans les limites de la profondeur virtuelle prolongée de foyer celle-ci étant définie par les Images réelles des ouvertures d'entrée et de sortie. 35 '3.- Procédé pour obtenir une profondeur virtuelle prolongée de foyer dans un dispositif holographique de projection de masque caractérisé en ce qu'il comprend: a] la formation d'une configuration de radiation reconstituée à partir 69 40036 10 2026845 d'un enregistrement de configuration holographique b) la mise en mémoire d'une configuration holographique représentant un masque tri-dimensionnel d'épaisseur substantielle, ayant au moins un passage transmettant les radiations, ce passage étant défini par la non réflectivité 5 de ses parois internes et par les ouvertures d'entrée et de sortie c) l'exposition d'une surface photosensible, à la configuration de radiation reconstituée, cette surface étant exposée à l'intérieur d'une zfine de la configuration de radiation reconstituée qui est définie par les images réelles des ouvertures d'entrée et de sortie. 10 4,- Dispositif selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la formation des parois internes est obtenue par des moyens d'absorption des radiations. 5.- Dispositif selon les revendications 3 ou 4 caractérisé an ce qu'il comporte des moyens pour déplacer la partie sensible aux radiations dans l'opération 15 de reconstitution de la configuration de radiation afin de compenser les irrégularités de grain et améliorer la résolution. 6.- Masque du genre comportant un corps tri-dimensionnel d'épaisseur substantielle, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un passage traversant ledit corps et transmettant la lumière, le passage étant défini par le non réflecti- 20 vité de ses surfaces internes. 7.- Masque selon la revendication 6 caractérisé en ce que le passage est défini par des surfaces internes absorbant la lumière. B.- Dispositif d'exposition de masque ayant une profondeur virtuelle de foyer 25 prolongée caractérisé par les moyens suivants : a) un moyen de mise en mémoire ayant une configuration holographique stokée à l'intérieur,, cette configuration holographique représentant un masque tri-dimensionnel d'épaisseur substantielle ayant au moins un passage transmettant les radiations, ledit passage étant défini par la non réflectivité des 30 parois internes et par les ouvertures d'entrée et de sortie. b) des moyens d'exposition pour l'illumination des dispositifs de mise en mémoire utilisés pour la formation de la configuration reconstituée de radiation c) un support pour la fixation d'une surface photosensible à l'intérieur 35 d'une portion du champ de radiation reconstitué, cette portion étant défini par les images réelles des ouvertures d'entrée et de sortie. 69 40036 n 2026845 9.- Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comporte des - moyens pour déplacer ledit support par rapport à la configuration de radiation reconstituée, afin, de compenser les irrégularités de grain.