Brevet FR2526555A1 — publié le 19831110

i L'invention concerne un appareil destiné à com- penser toute erreur de mise au point engendrée dans un dispositif destiné à projeter un négatif sur un élément photosensible L'invention concerne plus particulièrement un appareil destiné à corriger toute erreur de mise au point engendrée dans le système de projection d'un dispo- sitif de cadrage de masques lorsqu'un dessin de circuit intégré sur un masque photographique ou un réticule est transféré ou reporté sur une tranche pendant la fabrica- tion de semiconducteurs. Au cours des dernières années, les progrès réa- lisés dans la tendance à des dimensions plus petites et à une intégration plus poussée des configurations ou des- sins d'éléments semiconducteurs tels que des circuits intégrés, des circuits à intégration à grande échelle et des circuits à intégration à très grande échelle, ont été remarquables et on demande à présent, pour les con- ducteurs des circuits, une largeur de 1 à 2 Dm Pour favoriser la tendance des circuits à davantage de petitesse et une intégration plus élevée, il faut mettre en oeuvre un dispositif d'exposition permettant l'impression de circuits d'une finesse de 1 à 2 Dm et le cadrage précis de chaque circuit en plusieurs étapes de processus tout en engendrant moins de défauts sur une tranche. Pour satisfaire ces exigences, on a étudié divers dispositifs d'exposition par projection (le type à projection à travers un objectif de réduction, le type à projection à travers un objectif à agrandissement égal à 1, le type à projection par miroir, etc) Le pouvoir de résolution d'un dispositif d'exposition par projection capable d'imprimer des dessins d'une finesse de 1 à 2 Nm est déterminé par l'ouverture utile du système optique de projection de ce dispositif et par la longueur d'onde À de la lumière utilisée pour l'impression, et la profondeur de foyer de ce dispositif est définie par la relation AZ = + 2 ÀFe 2. Dans le cas des dispositifs d'exposition par projection avec réduction ayant la fonction d'impression de 1 Nm, actuellement utilisés, la lumière utilisée pour l'impression présente une longueur d'onde de 0,436 gm et un système optique ayant une ouverture Fe = 1,4 est monté, la profondeur de foyer correspondant à ceci étant de l'ordre de + 1,7 gm Par conséquent, dans ces dispositifs d'exposition par projection, il faut disposer d'un mécanis- me de réglage du foyer pour former de façon fiable l'image de la configuration ou du dessin d'un masque photographi- que sur la surface d'une tranche, et divers procédés ont donc été prévus jusqu'à présent. Les mécanismes de réglage de foyer actuellement utilisés peuvent être classés globalement en deux types. Un premier type est le type T T L dans lequel la position d'une tranche est détectée à travers un système optique de projection et la tranche est toujours réglée dans la meil- leure position de formation d'image, et un second type est le type à distance constante dans lequel une tranche est toujours réglée à une distance constante par rapport à un système optique de projection Le dispositif du type T T L. exige un système optique compliqué et souffre de diverses limitations affectant la conception du système optique de projection et, par conséquent, à l'heure actuelle, la plu- part des dispositifs d'exposition par projection adoptent le système du type à distance constante. Les procédés de détection de la position des tranches dans le type à distance constante, actuellement utilisés, comprennent le procédé employant un micromètre à air, le procédé employant un micromètre électrique sans contact, et le procédé employant un système optique, et tous ces procédés ont une précision de détection de la position de la tranche de l'ordre de + 0,3 gm et ils sont associés à un mécanisme de réglage de foyer afin d'être suffisamment aptes à positionner toujours une tranche à une distance constante capable de satisfaire la profondeur de foyer par rapport au système optique de projection. Cependant, le système du type à distance cons- tante présente l'inconvénient suivant Dans le cas o un tel système est utilisé, une tranche est toujours position- née à une distance constante par rapport au système opti- que de projection et, par conséquent, pour s'assurer que la tranche est placée dans la meilleure position de forma- tion d'image, il faut, comme condition préalable, que la meilleure position de formation d'image du système optique de projection ne varie pas. Cependant, on sait généralement que, lorsqu'une lumière d'impression est appliquée au système optique de projection pour impressionner la tranche, le système opti- que de projection absorbe une partie de cette lumière et son comportement optique varie sous l'effet de la chaleur, de sorte que la meilleure position de formation d'image change C'est la raison pour laquelle on souhaite mettre au point un système optique dont le comportement optique varie moins sous l'effet de l'application de la lumière d'impression. L'invention a pour objet de compenser toute erreur de mise au point engendrée pendant une opération de transfert. L'invention a pour autre objet d'enregistrer à l'avance la variation de mise au point caractéristique du système optique de projection, pour la lumière appli- quée, de choisir l'amplitude de la correction sur la base de l'information enregistrée, et de reprendre le réglage de l'appareil. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 est une élévation d'une forme de réalisation de l'appareil selon l'invention; et la figure 2 est un schéma simplifié d'un circuit de traitement de signaux de l'appareil selon l'invention. Sur la figure 1, la référence numérique 1 désigne l'embase du corps de l'appareil selon l'invention et la référence numérique 2 désigne une platine mobile sur deux axes de coordonnées XY La platine x Y 2 peut être déplacée dans un plan souhaité au moyen d'un mécanisme bien connu monté sur l'embase 1 du corps La référence numérique 3 désigne une tranche comportant une couche photosensible La tranche 3 est fixée à la platine XY 2 par un plateau adsorbant (non représenté) Un corps d'objectif 4 de projection contient une lentille 5 de projection du type à réduction La référence numérique 6 désigne un masque photographique portant un dessin ou une configuration de circuits à semi- conducteurs La référence numérique 7 désigne une platine à masque photographique, fixé à la partie supérieure du corps d'objectif 4 et ayant pour fonction de fixer le masque 6. La référence numérique 8 désigne une colonne fixée à l'embase 1 du corps La partie supérieure de colonne 8 comporte la partie fixe d'un mécanisme 9 de réglage de foyer Ce mécanisme 9 de réglage de foyer peut comprendre, par exemple, une crémaillère et un pignon, ou bien une vis hélicoïdale, et sa partie mobile est reliée au corps d'objectif 4 Lorsque le mécanisme 9 est actionné, le corps d'objectif 4 peut se déplacer le long de l'axe opti- que de projection Un certain élément de l'objectif de projection peut se déplacer plutôt que l'ensemble de l'objectif La référence numérique 10 désigne une unité d'éclairage fixée à la partie supérieure de la colonne 8 par l'intermédiaire d'une autre colonne L'unité 10 d' éclai- rage contient une source 11 de lumière telle qu'une lampe à vapeur de mercure, une lame 12 d'obturateur, un conden- seur optique 13 et un miroir optique 14 de renvoi La lame 12 d'obturateur peut être déplacée sous l'action d'une bobine du type rotatif, actionnée par un signal de commande afin de fermer ou d'ouvrir le trajet optique d'éclairage Lorsque le trajet optique d'éclairage est ouvert, le faisceau lumineux émis par la source 11 de lumière est soumis à une action de convergence par le condenseur 13 et est réfléchi par le miroir 14 afin d'ir- radier le masque photographique 6 La référence numérique 17 désigne une buse à air montée sur l'extrémité inférieure du corps d'objectif 4 et disposée sur un bord marginal du trajet optique de projection, ou mobile afin de pouvoir être placée sur ce trajet optique et en être retirée La, buse à air 17 est reliée à un corps de micromètre à air (non représenté) et elle est destinée à mesurer avec pré- cision l'écartement entre la surface supérieure de la tranche 3 et la dernière surface de l'objectif 5 de pro- jection En variante, la mesure de l'écartement peut être effectuée au moyen d'un micromètre électrique du type sans contact, ou bien à l'aide d'un dispositif de mesure de longueur du type optique La référence numérique 18 dési- gne un photodétecteur monté fixement ou de manière mobile sur la platine XY 2 Le photodétecteur 18 peut être amené dans la zone d'éclairement par manoeuvre de la platine XY 2. Le photodétecteur 18 a pour fonction d'effectuer une mesure photométrique de la lumière de projection du dessin trans- mise à travers le masque photographique 6 et de mesurer le coefficient de transmission de ce masque En ce qui concerne un masque photographique dont le coefficient de transmission est déjà connu ou bien un masque photographi- que dont le coefficient de transmission a été déterminé par un autre dispositif de mesure, la valeur de ce coefficient peut être affichée au moyen d'un commutateur 21 de réglage du coefficient de transmission, monté sur une unité 20 de commande Ce commutateur 21 est avantageusement associé au photodétecteur La référence numérique 22 désigne un câble ayant pour fonction de transmettre le signal de l'unité 20 de commande au corps d'un appareil d'impression de semiconducteurs. Dans l'appareil réalisé comme décrit ci-dessus, si l'on répète l'opération d'impression, le foyer de l'objectif 5 de projection se déplace, comme décrit pré- cédemment, et l'amplitude de la variation de position du foyer de l'objectif de projection avec le temps, sous l'effet de l'application de la lumière d'impression, peut être exprimée de façon empirique par la relation Et = K T E to/t, o Aú est l'amplitude de la variation de position du foyer, K est le coefficient de variation du foyer propre à l'objectif de projection, T est le coeffi- cient de transmission du masque photographique, E est la quantité de lumière fournie par le dispositif d'éclairage par unité de temps, to est le temps d'ouverture total de l'obturateur, et t est le temps total d'exposition. Dans ce cas, si le coefficient K de variation de la position du foyer propre à l'objectif de projection est mesuré expérimentalement, le même coefficient K peut être utilisé dans un appareil comportant le même objectif de projection. Sur la figure 2, la référence numérique 20 ' dési- gne un microprocesseur qui constitue le centre de l'unité 20 de commande et qui enregistre à l'avance la condition précitée concernant Aú et le coefficient K de variation de la position du foyer dans une mémoire M Le procédé d'enregistrement n'est pas limité aux moyens électriques, mais des moyens mécaniques tels qu'une came peuvent égale- ment être utilisés. Ensuite, le masque photographique 6 à utiliser dans ce procédé est placé sur la platine 7, la platine XY 2 est déplacée, le photodétecteur 18 est placé sur le trajet optique de projection, l'obturateur 12 est ouvert, la lumière d'impression transmise à travers le masque photographique 6 fait l'objet d'une mesure photométrique par le photodétecteur 18, et un signal correspondant à la quantité de lumière transmise T E est appliqué par un circuit 18 ' de détection au microprocesseur 20 ' Puis on ferme l'obturateur 12, on déplace la platine XY 2 pour placer la tranche 3 dans la position d'impression, on ouvre de nouveau l'obturateur 12 et le dessin du circuit est imprimé sur la tranche Dans ce cas, l'amplitude de la variation Aú de la position du foyer pendant la pre- mière impression est nulle et, par conséquent, la distance comprise entre l'objectif de projection et la tranche, mesurée par le jet d'air émis par la buse 17, correspond à la valeur nominale, et il est évident que le mécanisme 9 de réglage de la position du foyer est mis en oeuvre pour régler la position du foyer à la valeur nominale. Lorsque l'impression de la tranche 3 est achevée, la platine XY 2 est déplacée et la tranche est remplacée par une autre tranche, puis la platine XY 2 est de nouveau déplacée pour amener la nouvelle tranche dans la position d'impression Par ailleurs, le circuit 12 ' de commande de l'obturateur commande l'ouverture de l'obturateur et applique également au microprocesseur 20 ' un historique d'irradiation déterminé par le temps d'ouverture to de l'obturateur et le temps d'exposition t Le microproces- seur 20 ' intègre chaque ouverture de l'obturateur et chaque intervalle d'exposition et il les mémorise, en tant qu'historique d'exposition to/t, dans la mémoire M et, avant l'exposition à effectuer, le microprocesseur ' effectue une opération sur la base de K, L E et to/t et il calcule la valeur de Aú Cette valeur est appliquée comme signal d'entrée au circuit 9 ' de commande du réglage de la position du foyer, afin que le mécanisme 9 de réglage de la position du foyer soit actionné pour déplacer légère- ment le corps d'objectif 4 et pour que l'opération de réglage se poursuive jusqu'à ce que l'amplitude de la variation détectée par le micromètre à air (non représenté) devienne égale à l'amplitude calculée de la variation de la position du foyer Ainsi, la tranche est toujours posi- tionnée automatiquement dans la meilleure position de formation d'image de l'objectif 5 de projection Dans la forme de réalisation décrite, pour simplifier le mécanisme, le corps 4 de la lentille de projection est déplacé mais, en variante, la platine 2 portant la tranche peut être déplacée verticalement De plus, sur la figure 1, la pla- tine 7 du masque photographique est placée sur le corps 4 de l'objectif de projection mais, en variante, la platine 7 peut être montée de façon indépendante sur la colonne 8 pour pouvoir se déplacer verticalement, et le masque photographique 6 peut être déplacé pour régler la position de formation d'image En outre, un élément transmettant la lumière et pouvant faire varier la longueur du trajet optique peut être placé sur le trajet optique de projec- tion afin de faire varier la longueur du trajet optique de cet élément et de régler ainsi la position de formation d'image. Conformément à la présente invention telle que décrite ci-dessus, toute variation de la position du foyer, apparaissant lorsque le système optique de projection est utilisé en continu, peut être corrigée sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un instrument complexe tel qu'un système T T L L'instrument demandé jusqu'à présent pour la correction était très coûteux, mais, selon la présente invention, cet instrument peut être réalisé à un faible coût et, de plus, il n'est pas nécessaire de modifier sensiblement les autres parties de l'appareil L'invention peut s'appliquer non seulement à des appareils d'impres- sion de semiconducteurs, mais également à d'autres appa- reils de copie. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Appareil de transfert, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'exposition d'un élément photo- sensible ( 3) à la lumière, ce dispositif d'exposition com- portant des moyens ( 7) de maintien d'un négatif ( 6), des moyens ( 2) de maintien de l'élément photosensible, un système optique ( 5) de formation d'image destiné à former l'image du négatif sur l'élément photosensible, et des moyens ( 4) destinés à maintenir le système de formation d'image, une unité ( 10) destinée à éclairer le négatif, des moyens ( 18) destinés à détecter l'historique de l'unité d'éclairage et à produire un signal d'historicue, des moyens ( 21) destinés à produire un signal de transmission concer- nant le coefficient de transmission du négatif, des moyens ( 17) de mesure de la longueur d'au moins une partie du trajet optique compris entre le négatif et l'élément photo- sensible, ces moyens ( 17) produisant un signal représentant la valaui da la longueur mesurée, des moyens (M) destinés à enregistrer la caractéristique d'une variation de la position du foyer due à la lumière d'exposition provenant du négatif et ayant traversé le système optique de forma- tion d'image, des moyens ( 20 ') de travail destinés à calculer une valeur appropriée à partir de ladite carac- téristique de la variation de la position du foyer, du signal d'historique et du signal de transmission, et des moyens ( 9) destinés à faire varier la longueur d'une partie du trajet optique du dispositif d'exposition jusqu'à ce que la valeur de longueur mesurée devienne égale à la valeur appropriée. 2 Appareil de transfert selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens destinés à faire varier la longueur d'une partie du trajet optique déplacent les moyens maintenant le système optique de formation d'image dans la direction dudit trajet optique. 3 Appareil de transfert selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système optique de formation d'image comporte un objectif ( 5) de projection. 4 Appareil de transfert selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens destinés à faire varier la longueur d'une partie du trajet optique déplacent les moyens maintenant l'élément photosensible dans la direction du trajet optique. Appareil de transfert selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens maintenant l'élément photosensible comprennent un plateau destiné à maintenir une tranche et une platine mobile ( 2) supportant ce pla- teau. 6 Appareil de transfert selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens destinés à produire le signal de transmission comprennent un photodétecteur ( 18) destiné à recevoir la lumière ayant traversé le négatif. 7 Appareil de transfert selon la revendication 1, caractérisé en ce que le négatif est un masque photo- graphique portant le dessin d'un circuit intégré. 8 Appareil de transfert selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens destinés à produire le signal de transmission comprennent un photodétecteur ( 18) destiné à recevoir la lumière ayant traversé le négatif, ce photodétecteur étant disposé sur les moyens maintenant l'élément photosensible. 9 Appareil de transfert selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mesure de longueur comprennent un micromètre à air comportant une buse ( 17) par laquelle un gaz est éjecté vers les moyens maintenant l'élément photosensible. 10 Dispositif de cadrage de masques, carac- térisé en ce qu'il comporte une platine ( 7) destinée à porter un masque photographique ( 6), une platine mobile ( 2) destinée à porter une tranche ( 3), un objectif ( 5) de projection, un mécanisme ( 4) de maintien de l'objectif de projection, des moyens ( 10) destinés à éclairer le masque photographique et pouvant commander et arrêter l'éclairement du masque, des moyens ( 18) de détection reliés aux moyens d'éclairage afin de détecter l'histori- que de l'éclairage et de produire un signal d'historique, des moyens destinés à recevoir la lumière ayant traversé l'objectif de projection, ces derniers moyens étant dis- posés sur la platine portant la tranche afin de mesurer le coefficient de transmission du masque photographique, le dispositif comportant également un micromètre à air de mesure de distance comportant une buse ( 17) destinée à éjecter de l'air vers la platine portant la tranche, cette buse étant reliée au mécanisme ( 4) de maintien, des moyens (M) destinés à enregistrer la caractéristique de temps de l'erreur de position du foyer de l'objectif de projection, due au passage de la lumière d'exposition à travers cet objectif, des moyens ( 20 ') de travail des- tinés à calculer une valeur appropriée pour la caractéris- tique de temps de l'erreur de position du foyer, du signal d'historique et de l'information concernant le coefficient de transmission, et des moyens ( 9) destinés à régler l'écartement entre le masque photographique et l'objectif de projection afin que la valeur mesurée par le micro- mètre à air devienne égale à ladite valeur appropriée. 11 Dispositif de cadrage selon la revendication , caractérisé en ce qu'il comporte en outre un élément ( 21) destiné à produire un signal concernant le coeffi- cient connu de transmission du masque photographique et à appliquer ce signal auxdits moyens de travail. 12 Dispositif de cadrage selon la revendication , caractérisé en ce que les moyens de réglage règlent la position de l'objectif de projection dans la direction de son axe optique. 13 Dispositif de cadrage selon la revendication , caractérisé en ce que les moyens de réglage règlent la position verticale de la platine portant la tranche. 14 Dispositif de cadrage selon la revendication , caractérisé en ce que les moyens d'éclairage compren- nent une source ( 11) de lumière, un condenseur ( 13) de lumière et un obturateur ( 12).