Brevet FR2132043A1 — publié le 19721117

Cette invention a trait à l'exposition de couches sensibles à la lumière à des configurations lumineuses très finement structurées, et plus particulièrement, à l'exposition d'une couche photo-résistante au moyen de masques pendant la fabrication de circuits intégrés. 5 Pour la fabrication de circuits intégrés, on réalise, sur une pastille 2 de plusieurs cm , plusieurs milliers d'éléments de circuits, tels que des transistors, des diodes, dés résistances, etc... et les connexions électriques nécessaires, en utilisant des procédés photolithographiques. A cette fin, la pastille est revêtue d'un enduit photorésistant avant les étapes souvent 10 nombreuses du procédé, l'enduit résistant étant ultérieurement enlevé dans les zones qui doivent être revêtues ou traitées par exposition à un type de lumière approprié. Etant donné la très petite taille des différents éléments de circuits les dimensions de certains éléments ou conducteurs étant de l'ordre de quelques v ou fractions de y -, les exigences requises en ce qui concerne la 15 qualité et la résolution des systèmes d'images utilisés pour transférer le type de lumière sont, dans de nombreux cas, excessives sinon presque irréalistes. Auparavant, les pastilles ayant des structures revenant périodiquement étaient exposées en utilisant soit des lentilles dites "oeil de mouche" qui 20 sont des systèmes de lentilles consistant en plusieurs milliers de petites lentilles adjacentes les unes aux autres, ou bien des caméras dites "à expositions successives" (appelées "step and repsat caméras" dans la littérature anglo-saxonne). Ces caméras sont des dispositifs dans lesquels un dispositif de projection est décalé par étapes sur la couche qui doit être exposée, de 25 sorte que des structures revenant périodiquement sont transférées par simples expositions. Les lentilles à "oeil de mouche" et les caméras à expesitions successives mentionnées ci-dessus étaient utilisées en grande partie parce que, auparavant, les résolutions nécessaires pour le transfert de types de lumière finement structurés ne pouvaient être réalisées que pour de petits champs 30 angulaires. □ans le cas des lentilles "oeil de mouche", les résultats obtenus étaient moins bons au fur et à mesure que les structures qui devaient être reproduites en image diminuaient de taille, étant donné qu'il est difficile de produire des lentilles individuelles ayant la précision nécessaire, car leur diamètre n'est 35 en général que de quelques dizièmes de millimètres. En ce qui concerne les caméras à expositions successives, les difficultés apparaissent pendant le décalage mécanique après chaque exposition parce que les étroites limites tolérées ne pouvaient pas être obsersées. Oe plus, étant donné le grand nombre d'expositions simples, cette dernière méthode fait perdre beaucoup de temps. Ces 40 inconvénients sont en partie évités lorsque l'enduit photo-résistant est exposé 72 09914 2 2132043 au moyen de masques, en particulier dans le cas d'exposition par contact. Cependant, on rencontre quand même les difficultés mentionnées ci-dessus pendant la production des masques eux-mêmes, ils doivent être produits par des procédés photolithographiques. Lorsque les modèles contenus dans les masques étaient transférés à la couche sensible à la lumière par exposition avec contact, le masque et les couches sensibles à la lumière étaient abimés. Si, d'après une expérience pratique, un intervalle de quelques 20 ji est laissé entre le masque et la couche photorésistante qui doit être exposée, des fentes de masques très étroites, en particulier, celles disposées très près les unes des autres peuvent donner lieu à des défauts. Ces défauts sont dûs aux maxima v latéraux résultant de la diffraction sur ces fentes. L'objet de cette invention est de fournir un procédé et un dispositif qui permettent d'exposer un support d'enregistrement sensible à la lumière, à des configurations lumineuses très finement structurées, une distance d'environ 20 p séparant le masque et le support d'enregistrement. Cette méthode permettant d'éviter les difficultés et imperfections que l'on avait auparavant. A cette fin, l'invention consiste en un procédé pour l'exposition de couches sensibles à la lumière à des configurations lumineuses très finement structurées, en particulier pour l'exposition d'une couche photorésistante au moyen d'un masque pendant la fabrication de circuits intégrés, cette méthode étant caractérisée par le fait que la position relative du masque et/ou de la couche sensible à la lumière par rapport à la direction des rayons est changée, de façon continue ou par étapes, pendant l'exposition, de sorte que les configurations de diffraction qui ont lieu dans le plan de la couche sensible à la lumière sont décalées d'environ la moitié de la distance de deux ^ maxima latéraux voisins. Un autre objet de l'invention est d'effectuer l'exposition, simultanément ou consécutivement, au moyen de rayons incidents venant de plusieurs directions et formant un angle ou des angles tels que les configurations de diffraction associées aux directions individuelles dans le plan de la couche sensible à la lumière sont déplacées au moins par paires de la moitié de la distance de deux maxima latéraux voisins. Une autre réalisation du procédé conforme à l'invention est caractérisée par le fait que» pour les lignes delà configuration lumineuse s"étendant dans une direction, deux ou plusieurs expositions uniques sont réalisées ou la direction des rayons est modifiée, de telle sorte que la direction des rayons soit modifiée dans une direction qui coupe les lignes de la configuration. Une autre réalisation du procédé conforme à l'invention est caractérisée 72 09914 3 2132043 par le fait que, dans le cas de masques ayant des fentes a'étendant dans différentes directions, le changement de direction des rayons est effectué dans deux ou plusieurs directions différentes formant un angle aussi grand que possible avec les fentes. A ce sujet, il s'est révélé particulièrement 5 avantageux que la position relative des rayons d'exposition soit changée dans deux directions perpendiculaires l'une par rapport à l'autre, de sorte qu'il soit tenu compte des fentes du masque qui doivent être transférées, ces fentes s'étendant dans différentes directions. Un dispositif pour l'application de ce procédé, conformément à l'inven-10 tion, est caractérisé par le fait qu'il y a quatre sources lumineuses situées dans les angles d'un carré imaginaire, sources dont l'espacement est tel que, dans la zone de la couche sensible à la lumière qui doit être exposée, les configurations de diffraction générés par les sources lumineuses individuelles sont déplacées par paire les unes par rapport aux autres de la moitié de 15 la distance des maxima latéraux. Ce qui précède ainsi que d'autres objectifs, caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître dans la description détaillée qui va suivre illustrée par les schémas joints. La figure 1 est une représentation schématique de la distribution 20 d'intensité relative pendant l'exposition à travers une fente étroite. La figure 2 est une représentation schématique de la distribution d'intensité relative pendant l'exposition à travers une double fente. La figure 3 est une représentation schématique de la distribution d'intensité relative pendant 1'exposition, de la couche photorésistante d'une 25 pastille à travers une double fente, conformément au procédé de cette invention. La figure 4 est une représentation schématique d'un dispositif utilisant le procédé conforme à l'invention. La figure 5 est une représentation d'une autre réalisation conformément 30 à l'invention. Sur la figure 1, les rayons incidents parallèles 1 sont dirigés sur un masque 2, comportant une fente étroite 3 qui à une largeur b - 3u. Sous le masque, à une distance d'environ 20 u se trouve la pastille 4 qui est revêtue d'une couche photorésistante 5. Si la largeur b de la fente 3 n'est 35 que de plusieurs u, il se produit une distribution d'intensité, comme représentée par la courbe 6, dans la zone de la couche photorésistante 5. Dans cet exenple. on suppose que la distance z entre le masque 3 et la couche photorésistante 5 est de 12 y, la largeur de la fente 3 est de 2,5y et la longueur d'onde Xde 0,365 ji. Ces conditions, et donc la forme de la courbe 6, 2 40 sont définies par le paramètre F * b . Pour les valeurs mentionnées ci-dessus, 72 09914 4 2132043 F est égal à 1,4. Dans le cas où F est plus grand, un certain nombre de minima se produisent dans le maximum formé par la courbe 6, de telle sorte que, pour la génération de configurations de lignes sans conducteur, il faut que l'exposition soit accordée à la sensibilité de la couche photorésistante de manière 5 que la pleine exposition du photo-résistant ait lieu seulement à la moitié de la valeur de l'intensité. La pleine exposition signifie, peu après, l'enlèvement complet de la couche photorésistante dans la région exposée. Dans le dispositif de la figure 2, le masque 2 a deux fentes étroites 3, et chacune d'elle est associée à un maximum et à un certain nombre de maxima latéraux 10 dans la zone de la couche sensible à la lumière 5. Pour des rayons parallèles, la distribution d'intensité relative est représentée par la courbe 6a. La superposition des carrés des amplitudes a pour résultat le maximum latéral 7 entre deux maxima. Comme le montre la figure 2, le maximum latéral 7 dépasse la demi-intensité relative nécessaire. A ce sujet, il est à remarquer que les 15 deux maxima de la courbe 6a, en tant que résultat de 1'intéraction des rayons passant par les deux fentes 3, sont supérieurs à la valeur 1 de l'intensité relative. Au lieu de la zone pleinement exposée 11 de la figure 1, le dispositif de la figure 2 comprend les zones 9 et 10 qui sont associées aux deux fentes 3 et une zone pleinement exposée additionnelle 8 appelée ligne fantôme. 20 Etant donné que la ligne fantôme 8 est indésirable, il a jusqu'ici été impossible d'exposer des couches photorésistantes aux moyens de masques disposés à une courte distance de ces couches (d'environ 10 à 20 |i), quand les fentes étaient de l'ordre de quelques y. A certaines valeurs de paramètre F, les minima latéraux apparaissant à l'intérieur des maxima principaux peuvent 25 également être néfastes. La méthode conforme à cette invention est décrite à l'aide de la figure 3.' Le masque 2,•comprenant deux fentes 3 qui ont une largeur de 2,5 ym, se trouve à une distance de 12 ym de la couche photorésistante 5 recouvrant la pastille 4, Le masque 3 est exposé successivement à deux rayons cohérents parallèles 1a et 1b qui forment un angle de 3,6°. Cependant, 30 les fentes peuvent également être exposées simultanément à deux rayons 1a et 1b qui ne sont pas cohérents l'un par rapport à l'autre. Dans le cas des rayons 1a les intensités d'exposition relatives dans la zone de la couche photorésistante 5 sont représentées par la courbe 12, tandis que les rayons 1b entraînent la distribution d'intensité d'exposition relative représentée 35 par la courbe 13. La distribution 14 est obtenue en ajoutant les deux intensités. Etant donné 1'intéraction des rayons passant par les fentes 3, les valeurs des maxima de la distribution 14 sont supérieures à 1,2 tandis que le minimum entre les deux maxima est inférieur à la moitié de l'intensité relative des rayons 1a et 1b. Lorsqu'on augmente la distance entre les fentes 3, les maxima 40 latéraux d'un ordre plus élevé, plutôt que les premiers maxima latéraux de la 72 09914 b 2132043 distribution d'intensité associés aux deux fentes 3 (fig. 33, sont superposés de sorte que le minimum situé entre les deux maxima principaux, est plus bas que celui représenté dans la courbe de la figure 3. Dans un dispositif de ce genre, qui utilise une lampe à vapeur de mercure ayant une longueur d'onde 5 de X « 0,3 65, aucune ligne fantôme n'apparaît et la valeur de la demi-intensité d'exposition fournie pour la pleine exposition est considérablement diminuée. La figure 4 représente un dispositif pour l'application de la méthode conforme à l'invention. Ce dispositif consiste en quatre sources lumineuses 21, 22, 23 et 24 situées aux sommets d'un carré imaginaire. Quatre lentilles dR 10 condensation 25, 26, 27 et 28 sont associées à ces sources lumineuses qui ne sont pas cohérentes les unes par rapport aux autres. Le dispositif est tel que les lentilles de condensation 2 5 et 26, 25 et 27, 26 et 28, 27 et 28 génèrent des rayons parallèles formant par paires un angle de 3,6°. Le masque 30 situé dans la zone commune des rayons parallèles générés par les lentilles 15 de condensation 25 à 28 comprend les fentes 46 et 47 qui sont perpendiculaires l'une par rapport à l'autre. Afin que le schéma soit facilement compréhensible, la pastille 40 revêtue de la couche photorésistante 50 et située sous le masque 30 est représentée à une distance plus grande de ce dernier. La distance réelle entre la couche photorésistante 50 et la face inférieure du masque 30 est 20 d'environ 20 ym, tandis que les largeurs des fentes 46 et 47 et leur espacement est d'environ 2 à 3 pm. La couche photorésistante peut être exposée en excitant simultanément les sources lumineuses 21, 22, 23 et 24. Les rayons venant de ces sources lumineuses ne doivent pas être cohérents les uns par rapport aux autres. Cependant, on peut également exciter les sources successivement dans 25 le temps afin d'obtenir dans le plan de la couche photorésistante 50 une image 48, 49 des paires de fentes 46 et 47 contenues dans le masque 30 qui n'a pas de lignes fantômes. La figure 5 est une réalisation préférée de l'invention. Le dispositif consiste en une source lumineuse 60, une lentille 61, deux prismes réfléchissants 30 62 et 63, et une lentille 64. La source lumineuse 60 est située au double de la distance focale de la lentille 61. La distance entre la zone totalement réfléchissante du prisme 63 et la lentille 61 est égale à deux fois sa distance focale. Ceci fait que la source lumineuse 60 est reproduite en image dans la zone totalement réfléchissante du prisme 63. La lentille 64 est située, 35 par rapport à l'image de la source lumineuse 60 sur la zone totalement réfléchissante du prisme 63, à une distance égale à sa distance focale s elle est à la même distance du plan 65. Les prismes 62 et 63 sont disposés avec un espacement réglable entre leurs côtés courts et peuvent tourner autour de l'axe optique commun des lentilles 61 et 64. La figure 5 montre que lorsque les 40 prismes 62 et 63 sont dans la position indiquée par les lignes continues, le 72 09914 B 2132043 dispositif génère les rayons 67 dans la zone du plan 65 au moyen duquel ces derniers sont exposés dans la zone 60. Lorsque les prismes 63 et 62 sont dans la position indiquée par les lignes en pointillés 62a et 63a, les rayons 69 sortent de la lentille 64 et, dans le plan 65, exposent la même zone 68. Le 5 dispositif est tel que les rayons 67 et 69 forment un angle de 3,6°. En changeant l'espacement entre les côtés courts des prismes 62 et 63, l'angle entre les rayons 67 et 69 peut être modifié. Si l'on fait tourner les prismes 62 et 63 de 30°, et ce, plusieurs fois, quatre rayons différents arriveront successivement dans le temps sur le plan 65. Ces rayons forment, par paires, 10 des angles les uns avec les autres, qui sont fonction de la distance des côtés s. courts entre les prismes 62 et 63. Si, comme le montre la figure 4 un masque 30 est situé dans le 65, le modèle du masque, sans ligne fantôme est généré sur une couche photorésistante 50 disposée en dessous. Dans de nombreux cas, il suffit de changer la direction des rayons par étape au lieu de la changer 15 de façon continue. A la place de rayons monochromatiques, il est également possible d'utiliser des rayons ayant une certaine largeur de bande. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins, les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réa-20 lisation préférée de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 72 09914 7 21J2U43 REVENDICATIONS 1. Procédé d'exposition de couches sensibles à la lumière, à des configurations lumineuses finement structurées, caractérisé en ce que la position relative de la couche sensible à la lumière par rapport à la direction des rayons est modifiée, de façon continue ou par étapes, pendant l'exposition, 5 de telle sorte que les configurations de diffraction qui ont lieu dans le plan de la couche sensible à la lumière sont décalées d'environ la moitié de la distance de deux maxima latéraux voisins. 2. Procédé d'exposition de couches sensibles à la lumière, à des configurations lumineuses finement structurées, caractérisé en ce que l'exposition est 10 effectuée, simultanément ou successivement, au moyen de rayons incidents venant de plusieurs directions et formant un angle, ou des angles, tel que les configurations de diffraction associées aux directions individuelles sont déplacées, l'une par rapport à l'autre, dans le plan de la couche photosensible et au moins par paires, d'une demi-distance de deux maxima 15 latéraux voisins. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche sensible à la lumière est une couche photorésistante qui est exposée à la lumière aux moyens de masques, lors de la fabrication de circuits intégrés. 20 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour ce qui concerne les lignes de la configuration lumineuse s'étendant dans une direction, deux ou plusieurs expositions uniques sont réalisées ou la direction des rayons est modifiée, de telle sorte que la direction des rayons soit modifiée dans une direction qui coupe les lignes 25 de la configuration. 5. Procédé selon la revendication 4, considéré comme dépendant uniquement de la revendication 3, caractérisé en ce que les masques comportent des fentes s'étendant dans différentes directions, et le changement de direction des rayons est effectué dans deux directions différentes qui forment 30 avec les fentes, un angle aussi grand que possible. B. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la position relative des rayons d'exposition est changée selon deux directions perpendiculaires l'une par rapport à l'autre, permettant ainsi le transfert de la configuration du masque. 72 09914 2132043 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les rayons d'exposition sont monochromatiques. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à B, caractérisé en ce que les rayons d'exposition ont une certaine largeur de bande. b 9. Dispositif mettant en application le procédé défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte quatre sources lumineuses situées aux sommets d'un carré imaginaire, ces sources ayant un espacement tel, que, dans la zone de la couche sensible à la lumière qui doit s être exposée, les configurations de diffraction engendrées par les sources 10 lumineuses individuelles sont déplacées, par paire et les unes par rapport aux autres, d'une demi-distance de maxima latéraux. 10. Dispositif mettant en application le procédé défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une source lumineuse [60 fig. 5), une première lentille (61), un élément (62,63) qui peut 15 tourner autour de l'axe optique de la première lentille et qui comporte deux faces réfléchissantes, la première lentille^ orc^dj^a^_ une image de la source lumineuse sur une des faces réfléchissantes 'et cette image de la source lumineuse pouvant être déplacée, et en ce qu'il comporte en outre une deuxième lentille (64) située, par rapport au déplacement des rayons lumineux, après 20 lédit élément, cette deuxième lentille provoquant des changements de direction des rayons quand ledit élément tourne autour de l'axe optique et étant disposée de telle sorte que l'image de la source lumineuse soit située dans le plan focal objet de cette deuxième lentille et la zone 485), qui doit être exposée, soit située dans le plan focal imagé de la lentille.