Brevet FR2536874A1 — publié le 19840601

L'invention concerne un dispositif d'impression et d'exposition de semiconducteurs destiné à maintenir des conditions d'exposition stables dans un système-opti- que de projection, ainsi qu'un procédé de commande de ce dispositif. Récemment, les configurations ou dessins de- semiconducteurs appelés circuits intégrés, circuits inté- grés à grande échelle, circuits intégrés à très grande échelle et autres, ont fait l'objet d'une miniaturisation et d'une intégration croissantes La largeur de ligne de ces dessins descend à présent à des valeurs comprises entre 1 et 2 gm Ces miniaturisation et intégration exigent un appareil d'exposition dont les possibilités d'exposition permettent l'impression-de dessins plus fins, ayant une largeur de ligne dans la plage de 1 à 2 Nom, et des possibilités d'alignement permettant un alignement précis des dessins entre eux, par plusieurs étapes, de façon à permettre la production de tranches sans défauts. Pour satisfaire ces exigences, divers types de dispositifs de projection et d'exposition ont fait l'objet d'un travail intense de développement. Dans de tels dispositifs de projection et d'exposition, un système optique de projection présente une profondeur de foyer habituellement de l'ordre de + 1 - 2 um suivant la relation entre le nombre d'ouverture effectif et la longueur d'onde utilisée C'est la raison pour laquelle le dispositif de projection et d'exposition doit avoir un mécanisme de mise au point destiné à former avec précision l'image du dessin d'un masque photo- graphique sur la surface d'une tranche De plus, le dispositif optique de projection présente, de construction, sa propre erreur d'agrandissement et provoque sa propre distorsion, mais ces défauts doivent être maintenus à une valeur inférieure à la précision de l'alignement demandé, qui est de l'ordre de + 0,3 gm pour l'alignement mutuel des dessins les plus fins Lorsque la tranche est soumise à une exposition, le dispositif optique de projection augmente de température -en absorbant une partie de l'énergie calorifique provenant de la lumière d'exposition En conséquence, les caractéristiques opti- ques du dispositif optique de projection changent, ce qui fait varier ou déplace la position de l'image optimale. Par conséquent, les variations des caractéristiques optiques nuisent inévitablement à l'agrandissement et à la distorsion du dispositif optique de projection. La figure 1 des dessins annexés décrits ci- après représenté le diagramme des temps d'un dispositif d'éclairage d'un appareil de l'art antérieur, ainsi que les dé- placenents ou décalages àx de la position de formation d'image dans le système optique de projection d'un tel appareil. Comme montré sur la figure 1, le processus d'exposition consistant en une série d'étapes d'exposition, est déclenché à un temps TI et est ensuite arrêté àun temas T 3 Pendant une période comprise entre T 3 et T 4, la tranche exposée est retirée et une nouvelle tranche est ensuite mise en place Si l'on suppose que la position de l'image optimale du système optique de projection est la position saturée dans le décalage Ex, la position de formation d'image augmente progressivement à partir de l'instant Tl auquel le processus d'exposition est déclenché et atteint la valeur optimale à l'instant T 2. Pendant la période comprise entre T 3 et T 4, pendant la- quelle aucune exposition n'est effectuée, le décalage Ax revient cependant à sa valeur initiale Par conséquent, dans l'art antérieur, le système optique de projection change de caractéristique de travail pendant la totalité du processus, conduisant à un défaut de sa fonction de mise au point et à une diminution de la précision de l'alignement L'invention a pour objet principal d'éliminer les inconvénients ci-dessus, affectant l'art antérieur, et d'offrir un appareil d'exposition, plus particulière- ment un appareil d'alignement et d'exposition de semi- conducteurs, pouvant maintenir un système optique de projection en état constant dans la position de formation d'image optimale afin qu'il assume de manière stable sa fonction de mise au point, d'alignement et d'exposi- tion au moins pendant le processus de l'exposition. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est un graphique montrant le dia- gramme des temps d'éclairage et de décalages Qx de la position de formation d'image dans le système optique de projection de l'art antérieur; la figure 2 est une élévation schématique de l'appareil d'exposition selon l'invention les figures 3 et 4 sont des graphiques des diagrammes des temps montrant l'éclairage et les décalages Ax de la position de formation d'image dans le système optique de projection selon l'invention-; et la figure 5 est une vue en plan d'une autre forme de réalisation d'un obturateur utilisé dans l'in- vention. La figure 2 représente un appareil-d'alignement et d'exposition dé par dé (exposition par exposition) -conforme à l'invention, dans lequel le dessin d'un masque photographique M est projeté-sur une tranche W par expositions dé par dé L'appareil comprend une embase 1 qui supporte une colonne 2, un dispositif 4 d'éclairage placé au sommet de -la colonne 2 afin d'émettre une lumière d'éclairage et contenant un obturateur 3, une source de lumière 4 a et un condenseur 4 b, un système optique 6 de projection comprenant des lentilles réduc- trices, le système étant relié à la colonne 2 au moyen d'un mécanisme 5 de mise au point Au-dessous-du système optique 6 de projection, une platine X-Y 7 est placée sur l'embase ou plateau de base 1 et est-conçue pour déplacer la tranche W qu'elle supporte Une platine 8 sur laquelle le masque photographique M est placé, est montée sur le sommet du système optique 6 de projection. Ce dernier présente une ouverture inférieure à proximité de laquelle est placé un détecteur 9 destiné à mesurer l'écartement entre le système optique 6 de projection et la tranche W L'appareil comprend également des détecteurs 11 et 12 destinés à détecter les positions de la platine X-Y 7 dans la direction X et dans la direction Y, respectivement, et une commande 12 destinée à commander l'obturateur 3 le mécanisme 5 de mise au point et la platine X-Y 7. L'appareil de projection et d'exposition montré sur la figure 2 est sensiblement similaire aux appareils de l'art antérieur, hormis ce qui concerne la commande 12 Dans la forme de réalisation représentée, la commande 12 commande le-dispositif 4 d'éclairage afin qu'il émette de la lumière d'éclairage-autrement que pendant le déroulement de l'exposition, comme montré sur la figure 3 Par exemple, le dispositif 4 d'éclairage est commandé de façon répétée pendant le processus d'exposition afin defournir l'énergie calorifique de la lumière d'éclairage au système optique 6 de projection de façon que la quantité d'énergie calorifique par unité de temps soit sensiblement égale-à celle dégagée pendant le processus d'exposition La période de non-exposition détermine principalement le temps nécessaire pour charger les tranches sur la platine et les décharger Pendant cette période de non-exposition, aucune tranche W ne doit être exposée à la lumière d'éclairage. L'expérience a montré que le système optique 6 de projection peut être maintenu dans des conditions optiques constantes si le rapport te/tp est constant,. le temps d'exposition étant te et-l'intervalle ou la période, des cycles d'exposition étant Eh Dans la forme de réalisation décrite, le temps Ts demandé par le système optique 6 de projection pour atteindre son état de saturation ou état optimal est mémorisé au préa- lable dans la commande 12 Avant la mise sous tension de l'appareil, le premier temps d'exposition te et l'intervalle #E de l'exposition dé par dé-sont appliqués à l'entrée de la commande 12 Lorsque l'appareil est mis en marche, la commande 12 vérifie que la tranche W n'estpas en position d'exposition, à partir de signaux provenant des capteurs 10 et 11, puis elle transmet un signal decommande à l'obturateur 3 Ce dernier-est commandé de façon que le premier temps d'ouverture to et le temps de fermeture tc soient représentés par la relation suivante to/(to + tc) = te/tp ( 1) Pendant le temps Ts, l'obturateur 3 continue de s'ouvrir et de se fermer de façon répétée, conformé- ment à l'ordre provenant de la commande 12, afin que le système optique 6 de projection soit placé-ou maintenu dans son état de saturation et par conséquent, dans son état stable Au bout du temps Ts, la tranche W est amenée en position d'exposition au moyen de la platine X-Y 7. Le processus d'exposition par échelonnement est répété. Ce processus est effectué suivant une chronologie préa- lablement programmée afin que le système optique 6 de projection soit soumis à une énergie calorifique telle que lé décalage Ax soit maintenu à une valeur correspon- dant aux conditions optiques de saturation Lorsqu'une tranche W a été complètement exposée, elle est retirée de la platine et une nouvelle tranche est placée sur cette dernière Au cours de cette opération, la commande 12 continue de fonctionner ou vérifie qu'aucune tranche n'est placée en position d'exposition en se basant sur les signaux provenant des capteurs 10 et 11, puis elle transmet un signal de commande à l'obturateur 3, lequel signal satisfait la formule ( 1) En conséquence, le déplacement ou décalage Lx du système optique 6 de projection est maintenu constant Même en l'absence d'exposition, l'obturateur 3 est ouvert et fermé en continu conformément à la relation indiquée par la formule ( 1), afin que le système optique 6 de projection soit maintenu dans sa condition optique de saturation optimale. La figure 4 illustre une autre forme de réali- sation de l'invention dans laquelle, pendant le processus de nonexposition, le système optique 6 de projection est soumis momentanément à l'énergie calorifique, sous l'action de la commande 12, afin de faciliter l'enlève- ment et la mise en place des tranches W Le décalage Ax de la position de l'image du système optique 6 de pro- jection est suramplifié à une valeur prédéterminée,puis l'éclairage est arrêté Ensuite, la chaleur est évacuée du système optique 6 de projection pendant qu'une nouvelle tranche W est placée dans l'appareil Lorsque le décalage -x du système optique 6 de projection revient à sa valeur optimale pour l'exposition, l'exposition à la lumière d'éclairage de cette nouvelle tranche W est déclenchée. La figure 5 représente un disque 13 à filtres qui est placé, dans l'appareil de la figure 2, à proximité de l'obturateur 3 Le disque 13 comprend un filtre 13 a permettant à la lumière comprise dans une plage de longueur d'onde convenant au processus d'exposition d'être transmise, et un filtre 13 b destiné à absorber ou réfléchir la lumière d'exposition et à permettreà une lumière, comprise dans une plage de longueur d'onde à laquelle la tranche W n'est pas sensible, d'être trans- mise En fonction des signaux provenant de la commande 12, le disque 13 à filtres pivote comme indiqué par les flèches Pendant le processus d'exposition, la lumière d'exposition peut être transmise à travers le filtre 13 a pour éclairer la tranche Pendant le processus de non- exposition, la lumière de non-exposition est transmise par le filtre 13 b. Si les caractéristiques de fonctionnement de ces filtres 13 a et 13 b sont choisies de manière que l'énergie calorifique absorbée par le système optique 6 de projection par unité de temps, lorsqu'une lumière d'exposition telle que celle indiquée sur la figure 3 rayonne, puisse être égale à celle absorbée par le système optique 6 de projection lorsque la lumière de non expo- sition rayonne, le système optique de projection absorbe toujours une énergie calorifique constante permettant le maintien de l'état saturé A cet effet, on donne à ces filtres 13 a et 13 b des coefficients de transmission différents, par exemple Lorsque les filtres 13 a et 13 b sont utilisés, l'éclairage peut être effectué en continu plutôt que de façon discontinue dans le processus de non-exposition Dans tous les cas, la tranche W n'est exposée à aucune lumière à laquelle elle est sensible. L'irradiation par la lumière de non-exposition peut être nettement distinguée de l'irradiation utilisée pendant l'opération d'alignement Dans le cas de la lentille réductrice de projection, il est extrêmement difficile de compenser l'aberration chromatique à la fois pour la lumière d'exposition et pour la lumière de non-exposition Par conséquent, la lumière de non-exposi- tion n'est pas utilisée pendant l'opération-d'alignement. Ainsi qu'il ressort de la description précédente, l'appareil d'exposition de semiconducteurs selon l'inven- tion peut maintenir le système optique de projection à ses caractéristiques optiques constantes pendant la totalité du processus d'exposition, par éclairage du sys- tème optique de projection pendant la phase de non exposi- tion Par conséquent, la fonction de mise au point, les caractéristiques d'alignement et las caractéristiques d'exposition du système-optique de projection peuvent être stabilisées pour effectuer la phase d'exposition avec une plus grande précision. Il va de soi que de hombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. Z 536874 REVENDICATIONS 1 Appareil d'exposition, caractérisé en ce qu'il comporte un premier support ( 8) destiné à maintenir un original (M), un second support ( 7) destiné à maintenir un élément (W) sensible à un rayonnement, un système ( 6) de projection destiné à projeter une image de l'original sur l'élément sensible: au rayonnement, et un dispositif d'éclairage ( 4) destiné à éclairer l'original par de l'énergie d'éclairage afin d'exposer l'élément sensible au rayonnement à l'image de l'original à travers le sys- tème de projection, et des moyens destinés a fournir de la chaleur, pendant qu'aucune exposition d'image n'est effectuée, au système de projection afin de maintenir sa position de formation d'image. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens fournissant de la chaleur appliquent par rayonnement, au système de projection, de l'énergie- d'éclairage à laquelle l'élément sensible à un rayonne- ment est sensible. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens fournissant de la chaleur émettent par rayonnement intermittent l'énergie d'éclairage. 4 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens fournissant de la chaleur comprennent un obturateur ( 3) destiné à arrêter l'énergie d'éclairage et un dispositif ( 12) de commande destiné à placer l'obtu- rateur dans ses positions d'ouverture et de fermeture pendant la durée de non-exposition d'imageo Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens fournissant de la chaleur irradient le système de projection en énergie d'éclairage à laquelle l'élément sensible à un rayonnement est insensible. 6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens fournissant de la chaleur comprennent un organ ( 13) permettant de choisir entre l'énergie d'éclairage à laquelle ledit élément sensible àun rayonne- ment est sensible et l'énergie d'éclairage à laquelle ledit-élémentest insensible. 7 Appareil selon la revendication 6, caracté- risé en-ce que l'organe permettant de choisir comprend des filtres ( 13 a, 13 b) dont les plages de transmission de longueur d'onde sont différentes. 8 Appareil d'exposition, caractérisé en ce qu'il comporte une platine ( 8) destinée à porter un mas- que (M), une platine ( 7) destinée à porter et à-déplacer pas à pas une tranche (W), un système optique ( 6) de projection destiné à projeter l'image du masque sur la tranche, un dispositif ( 4) d'éclairage destiné à éclairer le masque, et des moyens destinés à commander le dispositif d'éclairage pour maintenir le système optique de projection dans une position de formation d'image pendant un inter- valle de temps allant d'une première phase d'exposition échelonnée à une seconde phase d'exposition échelonnée. 9 Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens destinés à commander le dispositif d'éclairage agissent sur ce dernier lorsque la tranche n'est pas positionnée dans la zone dans laquelle l'image du masque est formée. Appareil selon la revendication 8, caracté- risé en ce que les moyens de commande du dispositif d'éclairage agissent par intermittence sur le dispositif, d'éclairage. 11 Appareil selon la revendication 8, caracté- risé en ce que les moyens de commande du dispositif d'éclairage irradient le système optique de projection par de la lumière provenant du dispositif d'éclairage et à laquelle la tranche est sensible. 12 Appareil selon la revendication 8, caracté- risé en ce que les moyens de commande du dispositif d'éclairage irradient le système optique de projection par de la lumière provenant du dispositif d'éclairage et à laquelle la tranche est insensible - 13 Appareil selon la revendication 12, caracté- risé en ce que le dispositif d'éclairage comprend des filtres ( 13 a, 13 b) dont les plages de transmission de longueur d'onde sont différentes, ces filtres étant 1 O utilisés sélectivement. 14 Appareil selon la revendication 8, caracté- risé en ce que le système optique de projection comporte une lentille de réduction-projection.