Brevet FR2483641A1 — publié le 19811204

La présente invention se rapporte à un montage optique pour des dispositifs de projection lithophotographique qui comportent une source émettant un faisceau lumineux dans lequel sont disposés au moins un élément optique à effet sélectif, un condenseur, un gabarit, un objectif de projection et un substrat. Des diviseurs de rayons optiques suivis par des microscopes pbotoélectri- ques pour des parties dU faisceau lumineux sont prévus à proximité du 'gabarit. L'élément optique à effet sélectif peut être commuté dans au moins deux positions dans lesquelles il laisse passer la lumière inactinique tandis qutil ne laisse passer la lumière actinique que dans l'une des positions. Le montage suivant l'invention est utilisé lors de la fabrication de composants semiconducteurs pour reproduire les structures d'un gabarit sur des substrats.A cet effet, on utilise des appareils de projection lithophotographique à fonctionnement pas à pas. On connaît déjà des appareils pour la projection lithophotographique à fonctionnement pas à pas, à réglage de recouvrement par contrôle visuel, dans lesquels on utilise pour l'éclairage du gabarit et du substrat le même faisceau que celui utilisé pour la projection. Lors du passage de la position de recouvrement à la position dex- position, il est nécessaire de retirer du trajet du faisceau lumineux le microscope servant à constater visuellement le recouvrement ainsi qu'un filtre et de remplacer ces éléments par des éléments optiques analogues conçus pour la longueur d'onde d'exposition et le trajet du faisceau d'exposition.Le contrôle visuel du recouvrement s'effectue trop lentement et est trop imprécis lorsqu'il s'agit de fabriquer des circuits d'une très grande précision et à largeurs de trait extrêmement faible. On connaît également un appareil répétiteur de recouvrement à fonctionnement semi-automatique dans lequel deux faisceaux lumineux traversant des filtres fixes sont émis par une seule source lumineuse. Les repères d'anus tement du gabarit et du substrat reproduits de façon à se recouvrir par l'objectif de projection sont alignés automatiquement l'un par rapport à l'autre après chaque pas. Les appareils lithophotographiques à projection pas à pas sont utilisés de plus en plus pour la réalisation Ge circuits intégrés. Les exigences en ce qui concerne l'adaptation de ces appareils aux différentes grandeurs des lamelles ou puces et aux dimensions des structures augmentent en même temps. La position des repères dtaqustew ment de ces appareils, qui jusqu'à ce jour était fixe ou ne pouvait varier que faiblement, a pour conséquence une limitation des dispositions des circuits et de lagran- dissement des lamelles ou des puces.En vue d'une exploitation maximale des substrats et des puces, il est néces- saire de disposer sur le bord de la puce les repères d'ajustement en position (x-y) et en angle (#) ) à l'inté- rieur ou à l'extérieur de la'puce et associés à chaque puce ou à chaque groupe de puces. Le système de recouvrement doit notamment satisfaire aux exigences plus grandes ci-dessus. L'invention vise à éliminer les inconvénients énumérés précédemment et à augmenter l'automatisation, la précision et le rendement des appareils lithophotographique La présente invention a ainsi pour objet de créer un montage optique pour un répétiteur de recouvrement qui permet la transmission d'une grande quantité de lumière des longueurs d'ondes d'ajustement et d'exposition et qui rend également possibles l'ajustement et ltexposition d'une puce ou d'un groupe de puces. Ces problèmes sont résolus conformément à l'invention du fait que l'élément optique à effet sélectif est réalisé sous forme de réflecteur mobile présentant au moins deux zones différentes et que des moyens optiques sélectifs sont associés aux diviseurs de rayons qui éliminent en permanence la lumière actinique Afin de faciliter l'adaptation, il est avantageux de monter les diviseurs de rayons optiques de façon qu'ils puissent être déplacés parallèlement au gabarit. Le réflecteur est réalisé avantageusement sous forme de disque à secteurs. Afin de sélectionner les gammes de longueurs dlon- des nécessaires, on utilise des couches diélectriques par lesquelles la lumière est réfléchie. Par rapport aux montages comprenant des filtres absorbants, on obtient ainsi un rendement lumineux nettement plus important et une réduction des temps d'exposition et d'ajustement ainsi qu'une émission rapide du signal de mesure pour des ajustages de courte durée. Grtce à 'invention,il est possible d'utiliser le meme et unique système dBéclairage aussi bien pour l'exposition que pour l'ajustement. Lors d'une adaptation optimale du système d'éclairage au système de reproduction des structures, on obtient également et automatiquement une adaptation optimale du système dtéclairage au système de reproduction du dispositif d'ajustement automatique.Le miroir à secteurs assure tout d'abord le recouvrement du gabarit et du substrat et ensuite la reproduction des structures (exposition). La lumière des longueurs d'ondes d'ajustement est alors réfléchie dans toutes les positions et la lumière des longueurs d'ondes d'exposition n'est réfléchie que dans une position. De ce fait il est également possible de conserver le réglage de l'état de recouvrement pendant l'exposition ce qui exclut un décalage du gabarit par rapport aux puces au cours de l'exposition. Ceci est particulièrement important lors d'une reproduction de fines structures.On obtient notamment un maintien constant des paramètres de cohérence lorsqu'il est possible de faire varier la résolution en fonction de la grandeur du champ optique en modifiant l'ouverture du diaphragme d'un objectif de projection et en remplaçant des éléments du système condenseur afin d'adapter davantage la grandeur des puces et la résolution des éléments. Lors d'une plus grande ouverture du diaphragme, on obtient automatiquement, en plus d'une plus grande résolution des éléments, une résolution plus élevée des images des repères d'ajustement de façon à obtenir, lors d'une reproduction de fines structures, également une plus grande précision de recouvrement conservée pendant lexposition. Le champ occupé par les structures, qui est généralement rectangulaire, est situé au centre du champ optique. Etant donné que le dispositif optique éclaire et reproduit des champs de forme circulaire, un champ encore relativement important est disponible pour les repères d'ajustement au niveau des segments au bord du cercle. Afin de réduire au maximum la surface non utilisée des puces, les repères d'ajustement et le champ environnant doivent également être maintenus petits, la position des repères d'ajustement pouvant entre modifiée à l'intérieur d'un champ relativement étendu. Pour cette raison le trajet du faisceau d'un premier étage de reproduction du dispositif d'ajustement automatique est modifié en dépla çant des éléments optiques, équipés de moyens optiques à effet sélectif, dans les directions x et y à l'intérieur des segments non utilisés pour la reproduction des structures, ou respectivement à l'intérieur des segments de droite du champ à reproduire de façon à placer les repères d'ajustement à des endroits de champs occupés par les structures et qui sont voisins et inutilisés, par exemple sur le bord des puces ou dans le fond des rayures. Ces éléments optiques sont constitués par des diviseurs de rayons destinés à l'éclairage et à la reproduction des repères d'ajustement et par des moyens de compensation tels que des miroirs doubles ou des prismes rhomboidaux destinés à la compensation de l'aberration chromatique longitudinale de l'objectif de projection pour les lontueurs d'ondes d'ajustement et dfexposition. Les diviseurs de rayons et les moyens de compensation peuvent être réunis avantageusement dans un seul élément optique. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au dessin annexé. La fig. 1 représente schématiquement un montage optique suivant l'invention. La fig. 2 montre un réflecteur comportant des zones différentes. Le montage optique suivant la fig. 1 comporte un système d'éclairage I à 5 pour l'exposition et l'ajuste- ment, un système de reproduction 6, 9, 10 pour l'exposition et un système de reproduction 6 à 11 pour l'ajustement. Le système d'éclairage est composé dtune image 1 (source lumineuse secondaire) produite par une source lumineuse non représentée, de préférence une lampe à vapeur de mercure à haute pression, d'une optique de reproduction intermédiaire 2 comportant des lentilles 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, d'un miroir à effet sélectif 3, d'un disque réflecteur 4.1 pouvant être mis en rotation par un moteur et d'un système condenseur 5 comportant des lentilles 5.1, 5.2, un condenseur à nid d'abeilles 5.3 et une optique interchangeable 5.4 comprenant une lentille 5.4.1 et une lentille de champ 5.4.2. Le système de reproduction pour l'exposition comprend les structures 6.3 d'un gabarit 6, un objectif de projection 9 et un substrat 10 dont la surface est revêtue d'une matière photosensible (photoresist). Le système de reproduction pour l'ajustement en position et en angle est constitué par des repères dajus- tement 6.1 et 6.2, des miroirs diviseurs de rayons 7.1 et 7.2, des miroirs à effet sélectif 8.1 et 8.2, un objectif de projection 9 et des repères d'ajustement 10.1 et 10.2 sur le substrat 10. Les miroirs 7.1 et 7.2 portent des couches diélectriques qui permettent une division de rayons 1:1 de la lumière inactinique et diminuent fortement la réflexion de la lumière actinique.Les miroirs à effet sélectif 8.1 et 8.2 comportent également des revê- tements diélectriques qui réfléchissent dans une large mesure la lumière inactinique et empêchent la réflexion de la lumière actinique. La fig. 2 montre le disque réflecteur 4.1 de ltob- 5 turateur à effet sélectif. Ce disque est composé de quatre secteurs 4.1.1 à 4.1.4 dont toujours deux secteurs diamétralement opposés sont identiques. Les deux secteurs 4.1.1 et 4.1.3 portent des couches diélectriques qui ne réfléchissent que de la lumière inactinique tandis que les revêtements diélectriques des deux secteurs 4.1.2 et 4.1.4 réfléchissent aussi bien la lumière actinique que la lumière inactinique. La reproduction de l'image 1 de la source lumineuse sur le disque réflecteur est désignée par 4.1.0. La lumière émise par l'image 1 de la source lumineuse, et qui est débarrassée de ses composants rouge et infrarouge, est amenée dans le système d'éclairage par l'intermédiaire du miroir fixe à effet sélectif 3. Les couches du miroir ne réfléchissent que la lumière de la longueur d'onde d'exposition (lumière inactinique) de façon à créer sur le disque réflecteur 4.1 l'image 4.1.0 de la source lumineuse dans les gammes de longueurs d'ondes sélectionnées après une reproduction intermédiaire à l'aide de l'ensemble de lentilles 2. Lorsque le secteur 4.1.1 du disque réflecteur 4.1 se trouve dans le trajet du faisceau, seule la lumière inactinique est réfléchie et envoyée par le système condenseur 5 pour l'éclairage uniforme des repères d'ajustement 6.1 et 6.2 ainsi que des structures 6.3 sur le gabarit 6.A l'intérieur du trajet du faisceau de reproduction pour l'ajustement, on obtient alors une reproduction exacte des repères d'ajustement 6.1 et 6.2 sur les repères d'ajustement 10.1 et 10.2 du substrat 10 par lBintermédiaire des miroirs diviseurs de rayons 7.1 et 7.2, des miroirs à effet sélectif 8.1 et 8.2 et de l'objec- tif de projection 9, la reproduction en retour de l'en- semble des repères d'ajustement 10.1 et 10.2 et des repères d'ajustement 6.1 et 6.2 dans un plan conjugué par l'intermédiaire de l'objectif de projection 9, des miroirs à effet sélectif 8.1 et 8.2 et des miroirs diviseurs de rayons 7.1 et 7.2, et la reproduction subséquente au niveau de microscopes photoélectriques 11.1 et 11.2 non décrits en détail.Les structures 6.3 du gabarit 6 sont représentées sans netteté sur la surface du substrat 10 par l'objectif de projection 9. Cette projection avec de la lumière inactinique ne provoque pas l'exposition de la couche photosensible. Lorsque le recouvrement des repères d'ajustement 6.1 et 6.2 par rapport aux repères d'ajustement 10.1 et 10.2 est obtenu par le déplacement du gabarit 6 et du substrat 10, l'un par rapport à ltautre, en position (translation x et y) et en angle (rotation y ) au moyen de systèmes de réglage réglé 13.1 et 13.2 et par linters médiaire des microscopes photoélectriques 11.1 et 11.2, le disque réflecteur 4.1 est amené à tournerai en vue de l'exposition, par le moteur 4, par exemple un moteur pas à pas, de 900 de manière que le secteur 4.1.2 se trouve dans le trajet du faisceau et que de la lumière actinique et de la lumière inactinique soient réfléchie6.Il est alors avantageux que le disque réflecteur 4.1 se trouve dans un plan conjugué par rapport au diaphragme 9.1 de l'objectif de projection 9 de façon qu'il ne soit pas nécessaire d'être très exigeant en ce qui concerne leuniS formité de la réflexion par la surface 4X1.0 et la rotation du disque réflecteur 4.1 pour l'ouverture et la fermeture de l'obturateur à effet sélectif 4. La lumière actinique et la lumière inactinique sont envoyées sur le gabarit 6 par le système condenseur 5 en sue de léclaio rage uniforme des structures 6.3 ainsi que des repères d'ajustement 6.1 et 6.2. Par la lumière actinique, les structures 6.3 sont reproduites de façon nette par lsine termédiaire de l'objectif de projection 9 sur la surface du substrat 10 recouverte dwune matière photosensible, et on procède à l'exposition qui n'est pas influencée par la reproduction imprécise résultant de la lumière inactinique. A l'intérieur du faisceau de reproduction pour l'ajustement, on obtient en même temps l'image nette des repères d'ajustement 6.1 et 6.2 du gabarit 6 au niveau des repères d'ajustement 10.1 et 10.2 sur le substrat 10 grâce àla lumière inactinique et, comme déjà décrit, la reproduction en retour dans un plan conjugué et la reproduction subséquente dans les microscopes photoélectriques 11.1 et 11.2. La lumière actinique est éliminée dans le faisceau de reproduction pour l'ajustement par suite de la suppression de la réflexion au niveau des couches diélectriques des miroirs diviseurs de rayons 7.1 et 7.2 et des miroirs à effet sélectif 8.1 et 8.2 afin de supprimer la reproduction supplémentaire et très imprécise des repères d'ajustement par de la lumière actinique ou l'exposition des repères d'ajustement 10.1 et 10.2 sur le substrat 10. Le processus dtexposition est commandé par un dispositif d'exposition automatique 12 qui fait tourner le disque réflecteur 4.1 de nouveau de 900 de façon que le secteur 4.1.3 se trouve dans le faisceau et que seule la lumière inactinique soit utilisée pour l'éclairage. Le réflecteur 4;1, constitué dans l'exemple repré- senté par un disque tournant, peut également être réalisé sous la forme d'une plaque rectangulaire pouvant être déplacée transversalement par rapport au faisceau et présentant des zones de passage pour de la lumière inactinique et pour de la lumière actinique et inactinique. REVENDICATIONS 1 - Montage optique pour dispositifs de projection lithophotographique qui comporte une source lumineuse (1) émettant un faisceau lumineux dans lequel sont disposés au moins un élément optique (4) à effet sélectif, un condenseur (5), un gabarit (6), un objectif de projection (9) et un substrat (10),à proximité du gabarit (6) étant prévus des diviseurs t7) de rayons optiques suivis de microscopes photoélectriques (11) pour des parties du faisceau et l'élément optique (4) è effet sélectif pouvant occuper deux positions dans lesquelles il laisse passer de la lumière inactinique tandis qu'il ne laisse passer de la lumière actinique que dans l'une des deux positions, caractérisé en ce que l'élément optique (4) à effet sélectif est réalisé sous la forme d'un réflecteur déplaçable (4.1) présentant au moins deux zones différentes et en ce que des moyens optiques à effet sélectif (8), éliminant en permanence la lumière actinique, sont aseociés aux diviseurs de rayons (7). 2 - Montage optique suivant la revendication 1, ca raceéris en ce que le réflecteur est réalisé sous forme d'un disque (4.1) à secteurs tournant ou d'une plaque. 3 - Montage optique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les diviseurs de rayons optiques (8) sont disposés de façon à pouvoir être déplacés à peu près parallèlement au gabarit (6).