Brevet FR2568025A1 — publié le 19860124

La présente invention concerne les systemes microlithographiques et plus précisément une technique portant sur les objectifs et réduisant les erreurs dues aux changements barométriques de l'atmosphère dans laquelle fonctionne l'appareil de reproduction par un système microlithographique. Bien qu'on ait déjà reconnu que les variations de la pression barométrique affectaient les propriétés de focalisation et de grandissement des objectifs, on a rarement tenté de corriger ces effets ou, lorsqu'on l'a effectivement tenté, le système réalisé pour le réglage de la pression s'est révélé très compliqué et coûteux. Par exemple, les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 3 498 695 et 4 331 388 décrivent des systèmes dans lesquels l'intérieur d'un objectif est mis sous pression a l'aide d'un gaz lourd ou dense afin que les changements d'indice de réfraction qui accompagnent une telle mise sous pression soient réglés ou utilisés. Un système micro- lithographique fabriqué par Nikon Precision Inc. comprend probablement un compensateur barométrique automatique du type décrit dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique n 4 331 388, la pression des objectifs internes étant réglée sous la commande d'un ordinateur. Dans les systèmes connus, on considère que la conception fondamen- tale des objectifs doit être notablement modifiée pour que les systèmes de commande fonctionnent de la manière voulue. Contrairement aux techniques connues, la présente invention concerne le remplissage des espaces internes d'un objectif de projection pour système microlithogra- phique par un gaz de très faible densité, transmis essen- tiellement à la pression atmosphérique. Comme le savent les hommes du métier, de tels gaz ont un indice de réfrac- tion qui est très proche de l'unité si bien que l'effet des variations barométriquessur les propriétés de réfrac- tion à toute interface gaz-verre est minimal. L'invention concerne ainsi une technique d'uti- lisation d'objectif pour système microlithographique qui réduit les effets des variations barométriques de l'atmosphère dans laquelle fonctionnent les systèmes microlithographiques. Cette technique ne nécessite aucun dispositif élaboré de réglage de la pression. En outre, elle donne une très grande stabilité au grandissement et à la focalisation d'un système microlithographique comprenant un objectif. La réalisation d'objectif ne nécessite pas la prise en compte de contraintes à cet effet. Cette technique peut être facilement mise en oeuvre, elle est très fiable, et elle donne une construction relativement simple et peu coûteuse. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma d'une installation microlithographique convenant à l'exposition de tranches semi-conductrices et comprenant un système optique selon l'invention; et la figure 2 est une coupe d'un objectif de projection d'un système microlithographique qui peut être utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 représente une installation micro- lithographique comprenant un support de réticule portant la référence générale 11. Les installations microlitho- graphiques, utilisées pour la fabrication des dispositifs à semiconducteur, comportent habituellement un ensemble de changement automatique de réticule, et, sur la figure 1, cet ensemble porte la référence générale 13. Cet en- semble de changement peut par exemple être du type décrit en détail dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amé- rique n 496 809 déposée par David Rosenthal le 23 mai 1983. Cet ensemble de changement sélectionne le réticule voulu dans un magasin 14 et le transmet au support 11. Un système optique 17 comprenant une source lumineuse et un condenseur est destine à éclairer un réticule porté par le support 11. Une source lumineuse convenable est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 206 494. Un objectif 21 de projection de grande précision est destiné à former une image réduite d'un réticule se trouvant dans le support 11 à la surface d'une tranche qui porte la référence générale 23 et qui est portée par une platine 25. L'appareil microlithographique représenté est de préférence du type à répétition après déplacement progressif, utilisé habituellement pour la fabrication des produits semi-conducteurs ayant les densités les plus élevées. D'une manière habituelle dans ces installa- tion, la platine 25 a des dispositifsde déplacement d'axe x et d'axe y qui sont très précis, l'appareil d'asservis- sement d'axe x portant la référence générale 27. De telles installations d'exposition par répétition apres déplacement progressif sont vendues par GCA Corporation, Bedford, Massachusetts sous la marque de fabrique "DSW". Dans ces installations, seule une partie de la surface de la tranche est exposée à un moment quelconque si bien que, pour que toute la surface de la tranche soit exposée, des images répétées du réticule sont formées suivant un dessin régulier d'expositions successives sur la face de la tranche. Comme le savent les hommes du métier, comme il est souhaitable de disposer des nombres de plus en plus grands d'éléments électroniques sur chaque paillette semi-conductrice, l'industrie des semi-conducteurs a cherché à utiliser des configurationsgéométriques de plus en plus fines dans les installations microlithographiques qui forment les éléments des circuits à la surface des tranches. Actuellement, les configurations géométriques sont si délicates, correspondant à des dimensions infé- rieure à 1 micron, que les limites dues aux principes optiques doivent être repoussées. Ainsi, il faut des objectifs extrêmement complexes pour la formation des images à la surface des tranches avec la précision voulue, et toute source de distorsion ou d'erreur de grandissement ou de focalisation est examinée afin que la précision de formation des images et de dépôt les unes sur les autres soit accrue, comme cela est nécessaire au cours des étapes successives de la fabrication des circuits intégrés. Selon l'invention, les erreurs provoquées par les variations barométriques de la pression de l'atmosphère dans laquelle fonctionne l'installation microlithogrphique sont réduites d'une manière très efficace et très simple. En particulier, tous les espaces délimités entre les éléments de l'objectif 21 sont remplis d'un courent d'hé- lium. A cet effet, l'objectif 21 a un premier et un second canal, 31, 33 respectivement, communiquant avec l'intérieur de l'objectif. Le canal 31 est relié par un tube 35 et une soupape 39 de réglage à une réserve d'hélium, par exemple une bouteille 37. L'orifice ou canal 32 est relié par un tube 41 à un système évent repéré schématiquement par la référence 43 et qui évacue l'hélium qui sort à distance de l'installation microlithographique. On sait que le type d'installation microlitho- graphique mise en oeuvre selon l'invention est placé habituellement dans une chambre à atmosphère contrôlée qui, bien qu'elle soit maintenue dans des conditions de propreté et de température uniforme, n'est pasfermée de manière étanche. Ainsi, l'installation microlithogra- phique fonctionne par exemple en atmosphère d'air qui est soumise à des variations barométriques et qui remplit les espaces délimités dans l'objectif 21 et dans le support 11 de réticule ainsi que l'espace compris entre l'objectif et la platine qui porte la tranche. La figure 2 représente plus en détail la réalisa- tion de l'objectif 21. Comme indiqué précédemment, on utilise habituellement des objectifs relativement com- plexes afin qu'ils donnent la précision voulue pour la fabrication des circuits intégrés, et un tel objet comporte quatorze éléments 51 à 64 formés d'un verre et assurant une réfraction. L'objectif. particulier représenté est l'objectif 576gx fabriqué par Tropel Division, GCA Corpo- ration,Buffalo, New York. Les éléments de l'objectif sont supportés et entourés par un corps ou barillet portant la référence générale 67. Les éléments individuels 51 à 64 sont montés dans des bagues respectives 81 à 94 a l'intérieur du corps ou barillet 65. On sait que ces bagues sont habituel- lement filetées et se vissent à l'intérieur du corps cylindrique d'objectif, bien que les filets ne soient pas représentés sur la figure 2. Comme indiqué précédemment, les éléments d'extré- mité 51 et 64 sont associés d'une manière pratiquement étanche au corps 67 de l'objectif, alors que toutes les bagues intermédiaires permettent une circulation. Sur là figure 2, cette circulation est représentée schéma- tiquement par des trous 71 formés dans les bagues, bien qu'il faille comprendre que les bagues classiques de montage utilisées habituellement puissent être facilement réalisées afin qu'elles ne donnent pas une étanchéité, sans que des trous séparés de circulation soient néces- saires. On sait que la circulation est relativement simple puisque l'hélium est un gaz léger et très mobile et qu'il est plus difficile de l'empêcher de circuler que de le laisser circuler. Un courant constant de gaz est assuré dans l'objectif afin que tous les espaces internes délimités entre les différents éléments soient remplis d'hélium. Comme indiqué précédemment, ce courant est dosé par la soupape 39 de réglage de débit. Contrairement aux ensei- gnements des brevets décrits précédemment, il n'est pas nécessaire de régler avec précision la pression de l'hélium gazeux dans l'objectif 21, le courant pouvant simplement s'échapper à l'atmosphère, c'est-à-dire par le second canal 32, le tube 41 et le dispositif évent externe 43. La pression dans l'objectif est essentiellement la pres- sion atmosphérique et elle a tendance à suivre les varia- tions barométriques de la pression atmosphérique. D'autre part, bien qu'aucun réglage compliqué de pression ne soit nécessaire, l'utilisation de l'hélium pour le remplissage des espaces internes de l'objectif 21 réduit beaucoup et élimine en fait en pratique les effets des variations barométriques de l'atmosphère dans laquelle travaille l'installation microlithographique. Par exemple, dans le cas de l'objectif "Tropel# 576gx indiqué précédemment, une variation barométrique de 50 mm de mercure ou 50 torr, c'est-à-dire de 710 à 760 mm, provoque une variation de la distance comprise entre la dernière surface de verre et le foyer de - 5,97 microns, alors que la variation, après remplissage d'hélium de l'objectif, n'est que de - 1,06 micron. De même, la varia- tion de grandissement correspondant à un déplacement latéral d'un point de référence à 11 mm de l'objectif, est réduite de 0,42 micron à 0,15 micron. Bien que l'introduction d'hélium change quelque peu la distance focale nominale et le grandissement nominal de l'objectif, les variations sont relativement faibles et peuvent être compensées normalement par réglage de la distance séparant les éléments le long de l'axe, de la même manière que les réglages sont effectués en fonction des tolérances de fabrication des éléments eux-mêmes. Ainsi, on note que la réalisation de l'objectif ne présente aucune contrainte par rapport aux systèmes dans lesquels des gaz lourds sont utilisés et l'ensemble de l'objec- tif doit travailler avec un système de réglage de pression. Comme les effets de neutralisation du remplis- sage par l'hélium sont fonction des courbures des éléments optiques à l'interface avec le gaz, comme le savent les hommes du métier, il faut noter que des éléments optiques neutres, par exemple des lames, peuvent être utilisés facilement, dans le cadre de l'invention, surtout comme éléments d'extrémité de l'objectif. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Système optique destiné a un système micro- lithographique assurant la projection d'une image d'un réticule à la surface d'une tranche semi-conductrice lors de la création de dessins de circuit sur la tranche, caractérisé en ce qu'il comprend: un support (11) de réticule, une platine (25) de support de tranche, un objectif (21), placé entre le support de réticule et la platine et comprenant plusieurséléments réfracteurs (51-64), transmettant la lumière et placés à distance, et un support (67) des éléments, entourant ceux-ci, le support étant fermé de manière pratiquement étanche au niveau des deux éléments d'extrémités, les espaces internes délimités entre les éléments successifs étant reliés les uns aux autres, et un dispositif (31, 32) destiné à assurer la circulation d'un courant réglé d'hélium gazeux dans les espaces internes, ce dispositif comprenant un dispositif destiné à évacuer l'hélium du support d'objectif, l'espace délimité entre l'objectif et le support de réticule et l'espace délimité entre l'objectif et la platine étant en communication directe avec l'atmosphère et soumis aux variations barométriques. 2. Système optique pour système microlithogra- phique destiné à la projection d'une image réduite d'un réticule à la surface d'une tranche semi-conductrice afin que des dessins de circuit soient créés sur cette tranche, caractérisé en ce qu'il comprend: un support (11) de réticule, une platine (25) de support de tranche, alignée sur le support de réticule, un objectif (21), placé sur l'axe formé entre le support de réticule (11) et la platine (25), et compre- nant plusieurs éléments réfracteurs (51-64) qui sont distants et transparents optiquement, et un support (67) destine à porter et entourer ces éléments, le support de objectif étant fermé de manière pratiquement étanche au niveau des deux éléments d'extrémités, les espaces internes délimités entre les éléments successifs étant relies les uns aux autres, un premier et un second canal (31, 32) communi- quant avec l'intérieur du support, un dispositif (35, 37, 39) destiné à transmettre un courant réglé d'hélium gazeux au premier des canaux, et un dispositif (41, 43) destiné à évacuer l'hélium du support par le second des canaux, l'espace compris entre l'objectif et le support de réticule et 'l'espace compris entre l'objectif et la platine étant reliés à l'atmosphère et étant soumis aux variations barométriques.