Brevet FR2375631A1 — publié le 19780721

La présente invention concerne un dispositif destiné à superposer des masques et des substrats en forme de plaquettes et dans lequel le masque est orienté par rapport à l'axe optique d'un équipement de protection et les structures prévues sur le masque sont reproduites par projection sur une partie de la surface du substrat, lequel est fixé, en vue de permettre un posi tio^nemen anproximatif et précis,-sur un porte-substrat qui, dfplacable suivant les directions X et Y au moyen d'un méca nislee ce réglage précis et susceptible d'etre tourné dans le plan XY, est à son tour monté sur une table à mouvements croisés pouvant être réglée de manière approximative dans les directions X et Y. En cas de fabrication photolithographique de dispositifs à semiconducteurs les structures prévues sur des masques sont reproduites par projection ou par contact sur des substrats en forme de plaquettes. Pour fabriquer un dispositif à seniconducteurs il faut plusieurs masques présentant des structures différentes et qui sont utilisés les uns après les autres pour exposer un même endroit du substrat. Pour cela il est nécessaire que des repères tracés avant chaque nouvelle exposition ou des structures déjà prévues sur le masque et le substrat soient amenés en coin- cidence par déplacement et rotation du masque et/ou du substrat. Ceci ne peut se réaliser qu'à condition de disposer de la possibilité d'un déplacement très précis du masque ou du substrat. Dans la plupart des cas le substrat aspiré sur une surface plane est orienté par rapport au masque, celui-ci ayant été amené préalablement dans l'axe optique de l'objectif de projection. Si au cours d'une seule exposition toute la surface du substrat est complètement insolée, il suffit de prévoir un système de déplacement à parcours relativement petits. Dans ce but il convient de prévoir en particulier des mécanismes de commande faisant intervenir un effet physique comme par exemple l'effet d'électrostriction ou de magnétostriction. Si, par contre, pour insoler complètement la surfacte du substrat il est nécessaire de procéder à plusieurs expositions individuelles superposées et juxtaposées, c'est-à-dire disposées sous forme de réseau, alors-il faut prévoir, outre le système de déplacement précis à petits parcours, un second système de déplacement qui autorise de plus grands déplacements et permet de changer la position du substrat pas à pas. Un dispositif rkpondant à ces exigences est déjà d > -crit dans le brevet suisse Dito. 485 328. Dans ce dispositif destiné à la fabrication d'un masque constitué par wne couche photosensible,une table susceptible dêtre déplacée d'une manière hautement sensible et portant le masque à fabriquer est reliée mécaniquement à une table à mouvements croises. A l'aide e la table à mouvements croisés le masque est positionne de manière approximative.Le déplacement finement réglable en direction des coordonnées X et Y est réalisé au moyen d'un mécanisme de réglage précis dépourvu d'engrenages, qui agit suivant les coordonnées Y et X entre les deux tables et fonctionne de préférence par un effet physique (dilatation thermique, électro ou magné- tostriction). Si, pour obtenir un positionnement exact, le masque doit être tourné dans le plan XY autour d'un point bien déterminé, il faut prévoir une table rotative additionnelle qui est montée sur la table déplaçable de manière hautement sensible et est entraînée séparément. Un tel dispositif présente plusieurs inconvénients. L'ensemble du système de tables est relativement instable par suite du plan additionnel et tend donc facilement à subir des oscillations. En outre, le risque de basculements indésirables autour des axes X et Y est très grand. Si l'on voulait utiliser ce dispositif non pas pour la fabrication de masques mais pour l'exposition de substrats par le procédé pas à pas, il en résulterait encore d'autres inconvénients. Etant donné que le dispositif décrit dans le brevet suisse No. 485.328 ne présente qu'un seul centre de rotation, déterminé par l'axe de la table rotative, les conditions de base de tout réglage,qui consistent notoirement entre autres en ce que premièrement un réglage complet doit pouvoir se réaliser par le moins possible de manoeuvres individuelles et en ce que deuxièmement aucune opération de réglage ne doit compromettre le résultat d'une manoeuvre précédente, ne sont pas remplies. En effet dans ce dispositif connu, après chaque rotation du substrat, les points déjà réglés doivent à nouveau être réajustés dans les directions X et Y dans la mesure où l'intersection des coordonnées X et Y ne colncie pas fortuitement avec l'axe de rotation de la table rotative. Dans des cas particulièrement défavorables les manoeuvres de réglage doivent encore être répétées à plusieurs reprises de sorte que la superposition exacte du masque et du substrat demande des temps de réglage beaucoup trop longs. Ce problème n'est pas non plus résolu par le dispositif décrit dans la demande de brevet allemand publiée No.1 933 712 et destiné au réglage d'un substrat en forme de plaquette. Suivant ce brevet le déplacement dans les directions X, Y et la rotation de la table portant le substrat sont réalisés à l'aide de trois organes de réglage dont l'un s'étend dans l'une des directions de coordonnées et les deux autres sont disposés perpendiculairement au premier. la rotation du substrat est obtenue en faisant agir in#également les deux organes de réglage parallèles. Il est évident que ce dispositif ne permet pas d'obtenir n'importe quel centre de rotation sur le substrat, de sorte que le réglage précis de celui-ci ne peut s'effectuer que par un processus d'itération qui demande beaucoup de temps.Ce dispositif a en outre pour inconvénient qu'én cas de commande automatique le rapport signal-parcours change constamment. Le but de la présente invention consiste à raccourcir les temps d'ajustage ou de réglage de façon à permettre en définitive de diminuer le temps nécessaire à la fabrication de dispositifs à semiconducteurs et de réduire-leur prix de revient. Suivant la présente invention un dispositif permettant de superposer des masques et des parties déterminées de la surface d'un substrat en forme de plaquette est réalisé de telle sorte qu'aucune des manoeuvres de réglage nécessaires pour obtenir la colncidence n'influe sur le résultat d'une manoeuvre de réglage p#récédente. La solution apportée à ce problème suivant la présente invention, pour un dispositif dans lequel le-substrat, en vue de son positionnement approximatif et précis, est fixé sur un porte-substrat qui, déplaçable dans les directions X et Y au moyen d'un mécanisme de réglage précis et susceptible d'être tourné dans le plan XI, est monté à son tour sur une table à mouvements croisés pouvant être réglée approximativement dans les directions X et Y, consiste en ce que la table à mouvements croisés comporte un premier moyen de blocage coopérant lors du réglage approximatif avec le porte-substrat et en ce que le mécanisme de réglage précis, qui comporte trois organes de réglage disposés de manière connue en soi, est monté fixe par rapport à l'axe optique A de l'équipement de projection et est relié à un second moyen de blocage coopérant lors du réglage précis avec le porte-substrat. Des formes de réalisation avantageuses du dispositif suivant l'invention sont obtenues lorsque le premier moyen de blocage est réalisé sous la forme d'un mécanisme de serrage actionné par voie pneumatique ou électromqgnétique et lorsque le mécanisme de réglage précis est monté mobile dans la direction de l'axe optique A et comporte un équipement d'aspiration sous vide servant de second mécanisme de blocage. L'objectif de projection et le mécanisme de réglage précis peuvent être montés dans un pont commun mais il est également possible de relier le mécanisme de réglage précis directement à l'équipement de projection.Un agencement avantageux des organes de réglage est obtenu lorsque deux des organes de réglage agissant sur le porte-substrat sont disposés perpendiculairement l'un à l'autre suivant les axes X et Y et le troisième organe de réglage s'étend parallèlement à l'axe Y, les points d'attaque des deux organes de réglage placés suivant l'axe Y ou parallèlement à celui-ci étant situés sur l'axe X. Les organes de réglage sont avantageusement constitués chacun par un élément de manoeuvre actif et un poussoir de manoeuvre passif pour transmettre les variations de longueur de l'élément de manoeuvre actif au porte-substrat. Le dispositif suivant l'invention présente les particularités avantageuses suivantes - il n'est pas nécessaire de prévoir de guidage pour le déplace ment bien déterminé de la table portant tXe substrat - les courses de réglage des organes de manoeuvre sont entiè rement transmises dans la direction de mouvement requise - en cas de mise en coincidence automatique le signal déclenché par un écart par rapport à la position nominale est transformé de façon analogique en parcours de réglage - les éléments de manoeuvre peuvent être fort éloignés du substrat de façon à éviter des influences indésirables sur le substrat, par exemple par transmission de chaleur;; - le mécanisme de réglage précis peut être réalisé sous un volume relativement important-et de bonnes conditions d'ac cessibilité permettent également un entretien aisé ainsi que des changements et réglages rapides sans démontage du porte substrat ; et - le porte-substrat n'est pas soumis à des efforts dus à des conduits ou lignes d'alimentation en énergie des éléments de manoeuvre. L'Invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide d'un exemple de réalisation illustré aux dessins annexes. La-fig. 1 représente, partiellement en coupe, le dispositif suivant l'invention permettant de superposer un masque et des parties, disposées en forme de réseau, de la surface d'un substrat en forme de plaquette. La fig.2 est une vue latérale de la table à mouvements croisés avec le porte-substrat et le mécanisme de réglage précis. La fig. 3 est une vue de dessus de la fig. 2, le porte substrat étant représenté partiellement arraché. Le dispositif permettant de superposer un masque et des parties, disposes sous forme de réseau, de la surface d'un substrat en forme de plaquette est constitué comme décrit ci dessous. Suivant la fig. 1 il se trouve sur un plateau de base 1 une table à mouvements croisés 2 comportant un système d'entrai- nement 2.1 pour la coordonnée X et un système d'entraînement 2.2 pour la coordonnée Y. Par l'intermédiaire de la table à mouve ment s croisés 2 le porte-substrat 3 est monté sur trois supports à bille 4. Les supports à bille peuvent également être remplacés par des ressorts d'appui. Sur le porte-substrat 3 est fixé le substrat à exposer 5. Au-dessus de celui-ci sont montés dans un pont 6 l'objectif de projection'i#~et.le masque (non représenté à la figure) orienté par rapport à l'axe optique A.Dans le pont 6 est également monté le mécanisme de réglage précis 9 qui par l'intermédiaire d'un joint à ressort 10 peut être déplacé de faibles quantités en direction verticale. Un mécanisme d'aspi ration sous vide indiqué par une ventouse Il est relié par l'in termédiaire de trois ressorts d'appui 12 au mécanisme de ré- glage Précis 9. Afin de permettre au porte-substrat 3 d'être déplacé dans les directions X et Y et d'etre tourné autour de l'intersection des axes X et Y le mécanisme de réglage précis 9 comprend trois organes de réglage 9.1, 9.2, 9.3,- la direction dans laquelle agit l'organe de manoellvre 9.1 pour le déplacement dans la direction X étant déviée de 900 à l'aide d'un joint à ressort 13 (fig.3). Les points d'attaque de l'organe de réglage 9.2 pour le déplace ment dans la direction V et de l'or#ane de réglage 9.3 pour la rotation se trouvent sur T'axe X de façon à assurer une rotation du substrat 5 autour d'un axe de rotattcii bien déterminé qui s'étend par l'ure des repGres de réglage 8 prévus sur le substrat 5. La fig. 1 montre que les organes de réglage se composent respectivement d'un élément de manoeuvre actif 9.1.1, 9.2.1, 9.3.1,et d'un poussoir de manoeuvre passif 9.1.2, 9.2.2, 9.3.2. L'élément actif peut être constitué par exemple par une matière électrostrictive dont les variations de longueur sont transmises par le poussoir de manoeuvre passif au porte-substrat 3. La fig. 2 montre le moyen de blocage 14 destiné à assujettir la table-à mouvements croisés 2 au porte-substrat 3. Le moyen de blocage 14 est constitué par une bille 14.1 qui est fixée au moyen d'un ressort-lame 14.2 sur le dessous du porte-substrat 3 et est reliée par l'intermédiaire d'une barre de torsion 14.3 à un piston 14.4. Le piston 14.4 glisse dans un cylindre 14.5 qui comporte un raccord d'aspiration d'air non représenté. Lorsque de l'air est aspiré par ce raccord, la bille 14.1 est tirée dans le cône 14.6 de façon à assujettir le porte-substrat 3 à la table à mouvements croisés 2. Dans cette position la table à mouvements croisés 2 amène le substrat 5 dans la première position de tra va-il préétablie par des valeurs de coordonnées X et Y déter minées.A la suite du positionnement approximatif les reperdes de réglage prévus sur le masque ne coincideront généralement pas avec ceux prévus sur le substrat en forme de plaquette. Par consquent, le moyen de blocage 14 est alors relâché, c'est-àdire que le porte-substrat 3 peut à présent être déplacé de faibles quantités par rapport à la table à mouvements croisés 2. En même temps, le porte-substrat 3 se trouve par l'intermédiaire de la ventouse 11 assujetti au mécanisme de réglage précis 9. lie positionnement précis du substrat se réalise par actionnement des ou antes de réglage 9.1, 9., 9.3.Après l'exposition du premier ?droit du substrat le mécanisme de réglage précis 9 est dé ngé du porte-substrat 3 et celui-ci est à nouveau assujetti à la tie à mouvements croisés 2. La table à mouvements croisés amène le substrat alors dans la deuxième position de travail, après quoi les cycles déjà décrits se répètent jusqu'à ce que le substrat 5 ait été complètement exposé. REVENDICATIONS 1 - Dispositif destiné à superposer des masques et des substrats en forme de plaquettes et dans lequel le masque est orienté par rapport à l'axe optique d'un équipernent de projection et les structures prévues sur le masque sont rewjroduntes par projection sur une partie de la surface du substrat, lequel est fixé, en vue de permettre son positionnemènt approximat f et précis, sur un porte-substrat qui, susceptible d'être déplacé dans les directions X et Y au moyen d'un mécanisme de réglage précis et d'être tourné dans le plan XI, est à son tour monté sur une table à mouvements croisés pouvant être réglée approximativement dans les directions X et Y, caractérisé en ce que la table à mouvements croisés 2 comporte un premier moyen de blocage 14 coopérant avec le porte-substrat 3 lors-du réglage approximatif et en ce que le mécanisme de réglage précis 9, qui comprend trois organes de réglage 9.1, 9.2, 9.3 disposés de manière connue en soi,es#t monté fixe par rapport à l'axe optique A de l'équipement de projection 7 et est relié à un deuxième moyen de blocage Il coopérant avec le porte-substrat 3 lors du réglage précis. 2 - Dispositif suivant -la revendication 1, caractérisé en ce que le premier moyen de blocage 14 est un mécanisme de serrage actionné par voie pneumatque ou électromagnétique. 3 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 et caractérisé en ce que le mécanisme de réglage précis 9 est monté mobile en direçtion de l'axe optique A et comporte un équipement d'aspiration sous vide servant de deuxième moyen de blocage 11. 4 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'équipement de projection 7 et le mécanisme de ré plage précis 9 sont montés dans un pont commun 6. 5 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme de réglage précis 9 est relié directement à l'équipement de projection 7. 6 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que deux 9.1, 9.2 des organes de réglage agissant sur le porte-substrat 3 sont disposés perpendiculairement d'un à l'autre respectivement suivant les axes X et Y et le troisième organe de réglage 9.3 s'étend parallèlement à l'axe Y et en ce que les points d'attaque des deux organes de réglages 9.2, 9.3 s'étendant suivant l'axe Y ou p allèlement à celui--ci se trouvent sur l'axe X. 7 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les organes de réglage 9.1, 9.2, 9.3 sont chacun constitués par un élément de manoeuvre actif 9.1.1, 9.2.1, 9.3.1 et par un poussoir de manoeuvre passif 9.1.2, 9.2.2, 9.3.2.