Brevet FR2566930A1 — publié le 19860103

La présente invention concerne la fabrication des produits micro-électroniques et a notamment pour objet un dispositif XY pour les photorépéteurs utilisés pour la préparation d'appareils à semi-conducteurs par la méthode de photogravure. On connaît un dispositif XY pour photorépéteur, comportant une table à mouvements croisés recevant l'objet à traiter (une plaquette semi-conductrice) et dotée d'un mécanisme d'orientation précise de celle-ci, ladite table étant montée sur un support immobile de façon à pouvoir se déplacer orthogonalement, un objectif fixé sur ledit support immobile de manière que son axe optique soit perpendiculaire à la surface de ladite table qui se trouve dans le champ de l'objectif, et un système de lecture des déplacements de la table à mouvements croisés XY (Certificat d'auteur soviétique NO 680466, cl. int.G03F 1/02, 1977). Ledit dispositif XY comporte un mécanisme d'orientation précise de construction compliquée, ce qui complique la construction de la table à mouvements croisés XY. Il existe également un dispositif XY pour photorépéteur, comportant une table à mouvements croisés XY où l'on place l'objet à traiter, une plaque photographique montée sur un support immobile avec possibilité de déplacements orthogonaux et de rotation dans son propre plan, un objectif fixé sur ledit support immobile de manière que son axe optique soit perpendiculaire à la surface de ladite table qui se trouve dans le champ de l'objectif, et un système de lecture des déplacements de la table à mouvements croisés. Le système de lecture des déplacements comprend deux réseaux de diffraction réfléchissants fixés sur le support immobile, deux têtes d'analyse de capteurs de déplacements montées sur la table à mouvements croisés XY.Chaque tête d'analyse du capteur de déplacement, conjuguée optiquement au réseau réfléchissant respectif, comporte un illuminateur et un récepteur photo-électrique (Certificat d'auteur soviétique NO 838649, cl.int.G03B 27/32, G03 F 1/02,1981). Ce dispositif XY n'a pas un mécanisme distinct pour l'orientation précise de l'objet, la fonction d'un tel mécanisme étant remplie par la table XY, conçue à cette fin de façon à pouvoir tourner dans son propre plan. L'angle dont il faut tourner la table à mouvements croisés XY dépend de l'erreur de positionnement sur celle -ci de l'objet à traiter. Par exemple , la mise en place de la plaquette semi-conductrice sur la table à mouvements croisés XY est effectuée généralement par un chargeur spécial dont la précision de fonctionnement définit en dernière analyse l'angle dont doit tourner la table à mouvements croisés portant la plaquette pour que cette dernière soit exactement orientée par rapport aux axes de coordonnées du dispositif XY. Ce dispositif XY pour photorépéteur est caractérisé par une plage réduite de déplacements angulaires contrôlés de la table XY et ce, pour les raisons exposées ci-dessous. Les têtes d'analyse installées sur la table à mouvements croisés XY et conjuguées optiquement aux réseaux de diffraction réfléchissants respectifs forment deux capteurs de déplacement permettant le contrôle des déplacements angulaires de la table à mouvements croisés XY et de ses déplacements suivant les axes de coordonnées. Le contrôle des déplacements de la table XY est basé sur le comptage des franges d'interférence se formant dans les têtes d'analyse par suite de leur coopération optique avec les réseaux de diffraction réfléchissants appropriés. La variation d'éclairement due aux franges d'interférence est convertie par le photorécepteur de la tête d'analyse du capteur en signaux électriques de la forme: est E est la constante du capteur, fonction du pas de sillonnage des réseaux de diffraction; Q est le déplacement mécanique de la table XY par rapport au réseau de diffraction immobile; t est le déphasage établi par le réglage initial du capteur de déplacement. Compe il ressort de l'expression (1), à un déplacement t = de la table à mouvements croisés XY correspond un déphasage 2 1t des signaux de sortie du capteur. De cette manière, d'après la variation des signaux des capteurs de déplacements on juge du déplacement de la table à mouvements croisés portant l'objet à traiter. Dans le cas d'un équipement opto-mécanique de précision, il s'agit généralement de déterminer des déplacements de la table à mouvements croisés XY inférieurs à & . On y parvient à l'aide de circuits électro niques spécialisés (interpolateurs) réalisant l'évaluation de la position de la table XY en fractions du pas T des franges d'interférence.Pour un fonctionnement normal de l'interpolateur, il est nécessaire que les signaux de sortie du capteur de déplacement soient en quadrature, c'est-à-dire que le déphasage Ydes signaux U1 et U2 soit égal à /2. S'il n'en est pas ainsi, l'interpolateur est sujet à des erreurs de fonctionnement et peut même.ne pas fonctionner. Le déphasage Y nécessaire est réglé lors de l'ajustement initial du dispositif XY en tournant la tête d'analyse correspondante autour d'un axe perpendiculaire au plan des sillons du réseau de diffraction réfléchissant correspondant. Or, la rotation angulaire de la table à mouvements croisés pour orienter la plaque photographique s'effectue, elle aussi, autour d'un axe perpendiculaire au plan des sillons des réseaux de diffraction et, par conséquent, conduit à une variation du déphasage initialement établi t = 7r . Plus l'angle de rotation de la table XY 2 est grand, plus la variation du déphasage Y est impor- tante. D'autre part, plus le coefficient d'interpolation est élevé1 plus la valeur admissible de variation du déphasage Si est faible. Il est donc évident que lors de l'utilisation de ce dispositif XY pour photorépéteur connu,l'augmentation du pouvoir de résolution du système de lecture des déplacements de la table XY entraîne en définitive une réduction de la plage de déplacements angulaires admissibles de la table XY nécessaires à l'orientation précise de l'objet à travailler qu'elle porte. A son tour, la réduction de la plage des angles de rotation de la table XY impose une précision accrue de la mise en place de l'objet sur la table XY, c'est-à-dire qu'on doit disposer de dispositifs de chargement d'objets d'une précision plus élevée, ou, s'il est impossible d'avoir de tels dispositifs de chargement, d'employer un mécanisme spécial distinct pour l'orientation précise de l'objet placé sur la table XY. Cette particularité du dispositif XY pour photorépéteur connu est due au fait que les rotations de la table XY destinées à orienter avec précision les objets qu'elle porte sont effectuées autour d'un axe perpendiculaire au plan des sillons des réseaux de diffraction réfléchissants, ce qui entrave sensiblement la qualité du fonctionnement du système de lecture des déplacements de la table XY. L'invention vise donc un dispositif XY pour photorépéteur,ne nécessitant pas l'emploi d'un mécanisme spécial auxiliaire pour l'orientation précise de l'objet et possédant un système de lecture des déplacements de la table XY qui permettrait d'élargir la plage d'angles de rotation contrôlés de la table XY et, par cela même, de réduire les-exigences de précision du fonctionnement des dispositifs de chargement des objets à travailler sur la table XY. Ce but est atteint du fait que dans un dispositif XY pour phtorépéteur, comportant une table à mouvements croisés YX servant à la mise en place de l'objet à traiter et montée sur un support immobile avec possi bilité de déplacements orthogonaux et de rotation dans son propre plan, un objectif fixé sur ledit support immobile de manière que son axe optique soit perpendiculaire à la surface de la table à mouvements croisés XY, et un système de lecture des déplacements de la table à mouvements croisés, comprenant des réseaux de diffraction avec des illuminateurs et des blocs photorécepteurs en nombre égal à celui des réseaux, conjugués optiquement chacun au réseau respectif, selon l'invention les réseaux de diffraction du système de lecture, au nombre de trois au moins, sont montés sur ladite table à mouvements croisés XY de façon qu'au moins l'un d'eux soit disposé sous un angle par rapport aux autres, lesdits réseaux étant constitués par un matériau optiquement transparent et portant des sillons orientés suivant l'axe optique de l'objectif, chaque couple illuminateur-bloc photorécepteur photoélectrique du système de lecture étant monté sur le support immobile de manière à se trouver d'un côté du réseau de diffraction respectif, de l'autre côté duquel, sur le trajet de la lumière émise par l'illuminateur, il y a un moyen de réflexion vers le bloc photorécepteur d'une paire de faisceaux diffractés par le réseau. Il est utile que le moyen de réflexion des faisceaux diffractés se présente sous forme d'un réseau de diffraction réfléchissant tel que le rapport de son pas de sillonnage à celui du réseau de diffraction transparent respectif soit un nombre entier. Il est également possible d'utiliser en tant que moyen de réflexion des faisceaux diffractés un réflecteur à coins dont le dièdre OL entre ses surfaces miroirs est lié au pas de sillonnage & du réseau de diffraction réspectif par la relation: = - 2 arcsin d où t est la longueur d'onde émise par l'illuminateur respectif; k est un entier positif-non égal à zéro. L'avantage essentiel du dispositif XY pour photorépéteur selon l'invention est que la variation du déphasage initialement réglé des signaux des capteurs de déplacement de la table à mouvements croisés XY est peu influencé par la rotation de la table dans son propre plan. Cet avantage est assuré par l'orientation des sillons des réseaux de diffraction suivant l'axe optique de l'objectif, c'est-à-dire suivant l'axe de rotation de la table à mouvements croisés. Or cette orientation des sillons est devenue possible grâce au fait que les faisceaux diffractés par le réseau de diffraction transparent et formant des franges sont toujours dirigés vers le bloc photorécepteur respectif quelle que soit la distance entre le réseau et le moyen de réflexion desdits faisceaux. Tout cela a permis d'étendre considérablement la plage de rotations contrôlables de la table à mouvements croisés XY. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemple5 non limitatifs avec référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue isométrique d'un dispositif XY pour photorépéteur selon l'invention; - la figure 2 représente un réseau de diffraction, un illuminateur, un bloc photorécepteur et un réflecteur à coins, reliés entre eux optiquement, du dispositif de la figure 1; - la figure 3 est une vue de dessus de l'ensemble de la figure 2;; - la figure 4 représente le réseau de diffraction, l'illuminateur, le bloc photorécepteur et un réseau de diffraction réfléchissant supplémentaire, reliés entre eux optiquement suivant un autre mode de réalisation du dispositif de la figure 1. Le dispositif XY pour photorépéteur comporte une table à mouvements croisés XY 1 (figure 1) portant au moins trois réseaux ou grilles de diffraction transparents 2, 3 et 4, un moyen de réflexion des faisceaux diffractés, des réflecteurs à coins 5, 6 et 7, des blocs photorécepteurs 8, 9 et 10 et des illuminateurs 11, 12 et 13 en nombre égal à celui des réseaux de diffraction 2 à 4 Les réseaux 2, 3 et 4 sont disposés de façon qu'au moins l'un d'eux soit orienté sous un angle par rapport aux autres. La figure 1 montre une disposition préférée des réseaux 2 à 4 r où les plans des réseaux 2 et 4 sont parallèles l'un à l'autre, le plan du réseau 3 leur étant perpendiculaire.La table à mouvements croisés XY 1 porte un objet à traiter 14, la table à mouvements croisés XY 1 a la possibilité de se déplacer suivant les deux axes orthogonaux X, Y et de rotation d'un angle fdans son propre plan, c'est-à-dire autour d'un axe perpendiculaire au support immobile 15 portant les blocs photorécepteurs 8, 9 et 10 et les illuminateurs 11, 12 et 13. L'illuminateur 12, le réseau de diffraction 3, le réflecteur à coins 6 et le bloc photorécepteur 9, reliés optiquement entre eux, forment le capteur de déplacements suivant la direction X de la table à mouvements croisés XY 1.D'une manière analogue, l'illuminateur 11, le réseau de diffraction 2, le réflecteur à coins 5 et le bloc photorécepteur 8, reliés optiquement entre eux > consti- tuent le premier capteur de déplacements, suivant la direction de l'axe Y, de la table à mouvements croisés XY 1, l'illuminateur 13, le réseau de diffraction 4, le réflexteur à coins 7 et le bloc photorécepteur 10 formant le second capteur de déplacements,suivant Y,de la table à mouvements croisés 1. Les réflecteurs à coins 5, 6 et 7 sont montés sur le support 16 d'un objectif de projection 17. Le support 16 est solidaire du support immobile 15. L'axe optique de l'objectif 17 est perpendiculaire à la surface de la table à mouvements croisés XY 1 sur laquelle se trouve l'objet à traiter 14 se trouvant dans le champ de l'objectif 17.Les sillons 18 des réseaux 2, 3 et 4 sont orientés suivant l'axe optique de l'objectif 17 (l'orientation préférée des sillons 18 des réseaux 2, 3 et 4 est celle qui les rend strictement parallèles à l'axe optique de l'objectif 17). Le fonctionnement des capteurs de déplacement de la table à mouvements croisés XY 1 va maintenant être décrit en considérant à titre d'exemple celui du capteur de déplacements suivant Y, dont l'un des modes de réalisation possibles est représenté sur les figures 2 et 3. Le faisceau parallèle 19 issu de l'illuminateur 13 traverse un miroir semi-transparent 20 et le réseau de diffraction 4. Diffracté par le réseau 4, le faisceau 19 engendre un ensemble ~ de faisceaux qui se propagent sous différents angles par rapport à la normale 21 à la surface du réseau 4. Si le faisceau incident 19 est normal à la surface du réseau 4, comme c'est le cas sur les figures 2 et 3, l'angle ss m entre la direction d'un faisceau diffracté quelconque 22 et la normale 21 a pour expression m # ssm = arcsin où d est le pas de sillonnage du réseau 4; X est la longueur d'onde émise par l'illuminateur 13; m = O, *1, -+2,... est l'ordre de diffraction du faisceau 22. De tous les faisceaux diffractés par le réseau 4 on n'utilise qu'une paire de faisceaux 22 et 23 dont les ordres des diffraction sont, par exemple , +K et -K,respectivement (K est un entier positif non nul). Les faisceaux 22 et 23 tombent sur le réflecteur à coins 7 qui les renvoie vers le réseau de diffraction 4. Les facettes de miroir 24 et 25 du réflecteur 7 sont orientées de façon que l'angle M qu'elles forment soit égal à: ka ot = T- 2arcsin T (3) Pour un angle ol ainsi défini, les facettes de miroir 24 et 25 sont perpendiculaires respectivement aux faisceaux 22 et 23, de sorte que les faisceaux réfléchis 26 et 27 viennent frapper un même point de la surface du réseau 4 quelle que soit la distance entre le réseau 4 et le réflecteur à coins 7.En traversant le réseau 4, les faisceaux réfléchis 26 et 27 forment par diffraction deux ensembles de faisceaux lumineux similaires à celui engendré par le faisceau 19 sur le réseau 4. Ces ensembles de faisceaux diffractés comprennent deux faisceaux 28 et 29 qui se confondent et empruntent le même trajet que le faisceau initial 19 (sur la figure 2 ces faisceaux sont conventionnellement séparés et sont représentés en traits tirets). Le faisceau 28 résulte de la diffraction du faisceau 27. Après réflexion sur un miroir semi-transparent 20, les faisceaux 28 et 29 entrent dans le photorécepteur 10 (figure 3). A la sortie du réseau 4, les faisceaux 28 et 29 interfèrent pour produire des franges d'interférence utilisées pour la lecture des déplacements de la table à mouvements croisés XY 1 (figure 1).Il est à noter que la lecture des déplacements n'est possible que Si le mouvement de la table à mouvements croisés XY 1 portant le réseau de diffraction 4 est perpendiculaire à la bissectrice de l'angle K du réflecteur à coins 7 (sur la figure 2, la bissectrice de l'angle &alpha; coïncide avec la normale 21 à la surface du réseau 4).Le récepteur photo-électrique 10 (figure 3) transforme la variation de l'éclairement, due au mouvement des franges d'interférence, en signaux électriques: e où y est le deplacement de la table à mouvements croisés 1 (figure 1) suivant une direction perpendiculaire à la bissectrice de l'angle &alpha; (figure 2) du réflecteur à coins 7; est la constante du capteur de déplacement; t est la phase initiale. La phase initiale &gamma; (généralement 9 > est établie par fixation d'un pas déterminé T des franges d'interférence. Or le pas T des franges d'interférence dues à l'interférence des faisceaux 28 à 29 (figure 2) est déterminé par l'angle { > entre l'arête 30 du dièdre du réflecteur à coins 7 et la projection des sillons du réseau de diffraction 4 sur le plan de l'arête 30 perpendiculaire à la bissectrice 21 (sur la figure 2, l'arête 30 est perpendiculaire au plan du dessin). La figure 4 représente un autre mode de réalisation du capteur de déplacements suivant Y, dans lequel, à la différence de celui qui vient d'être décrit, le réflecteur à coins 7 (figure 2) est remplacé par un réseau de diffraction réfléchissant 31 (figure 4) dont les sillons ont la même orientation que ceux du réseau de diffraction transparent 4. Les faisceaux 22 et 23 tombent sur le réseau de diffraction réfléchissant 31 et engendrent un certain nombre de faisceaux diffractés qui se propagent dans des directions différentes.Si les réseaux 4 et 31 sont parallèles entre eux, si l'incidence du faisceau 19 est normale à la surface du réseau 4 et si le rapport entre le pas de sillonnage du réseau 31 et celui du réseau 4 constitue un nombre entier, l'ensemble de faisceaux résultant de la diffraction des faisceaux 22 et 23 par leréseau de diffraction réfléchissant 31 comprendra nécessairement deux faisceaux 26 et 27 qui suivront le même chemin (mais dans le sens contraire) que les faisceaux 22 et 23, respectivement, et, par conséquent, se rencontreront au même point de la surface du réseau transparent 4, quelle que soit la distance entre les réseaux 4 et 31. Le reste du fonctionnement du capteur de déplacement s'effectue comme décrit ci-dessus. Le dispositif XY pour photorépeteur fonctionne de la façon suivante. Après la mise en place, sur la table à mouvements croisés XY 1 (figure 1), de l'objet à traiter 14, celui-ci est orienté par rapport aux axes de coordonnées X et Y du dispositif XY. A cet effet, la commande (non représentée) fait tourner de l'angle nécessaire t la table 1 portant l'objet 14. Ensuite les commandes respectives (non représentées) assurent les déplacements programmés de la table à mouvements croisés 1 par rapport au support immobile 15 le long des axes X et Y. Le contrôle des rotations d'un angle 9 de la table à mouvements croisés 1 et de ses déplacements suivant X et suivant Y est assure par le capteur de déplacements suivant X et les deux capteurs de déplacements suivant Y.Les déplacements de la table à mouvements croisés 1, évalués à partir des signaux desdits capteurs, déterminent complètement sa position dans un plan. En effet, son déplacement' suivant X correspond à celui évalué à partir des signaux du capteur X, son déplacement suivant Y correspond à la moitié de la somme des déplacements évalués à partir des signaux# provenant des deux capteurs Y, la rotation de la table à mouvements croisés XY 1 dans son plan étant proportionnelle à la moitié de la différence des déplacements évalués à partir des signaux des capteurs Y. Lesdites conversions des signaux des capteurs de déplacement sont effectuées par un dispositif électronique spécial (un processeur) non représenté. Du fait de l'orientation parallèle des sillons 18 des réseaux de diffraction 2, 3 et 4 par rapport à l'axe de rotation de la table à mouvements croisés 1, l'influence des rotations de la dite table sur le pas T des franges d'interférence des capteurs de déplacement est atténuée dans des proportions considérables. REVENDICATIONS 1. Dispositif XY pour photorépéteur, du type comportant une table à mouvements croisés XY (1) recevant un objet à traiter (14) et monté sur un support immobile (15) de façon à pouvoir se déplacer orthogonalement et tourner dans son propre plan, un objectif (17) fixé sur ledit support immobile (15) de manière que son axe optique soit perpendiculaire à la surface de la table à mouvements croisés (1), et un système de lecture des déplacements de la table à mouvements croisés (1), comprenant des réseaux de diffraction (2, 3, 4) avec des illuminateurs (11,12,13) et des blocs photorécepteurs (8,9,10) en nombre égal à celui desdits réseaux, optiquement reliés chacun au réseau correspondant, caractérisé en ce que les réseaux de diffraction (2, 3, 4) du système de lecture, au nombre de trois au moins, sont montés sur la table à mouvements croisés XY (1) de façon qu'au moins l'un deux sont décalé angulairement par rapport aux autres, sont constitués d'un matériau transparent et comportent des sillons (18) orientés suivant l'axe optique de l'objectif (17), chaque couple illuminateur (13) - bloc photorécepteur (10) du système de lecture étant monté sur le support immobile (15) de façon à se trouver d'un côté du réseau de diffraction (4) correspondant, de l'autre côté duquel, sur le trajet des faisceaux issus de l'illuminateur (13), est disposé un moyen de réflexion vers le récepteur photo-électrique d'une paire de faisceaux (22, 23) diffractés par le réseau (4). 2. Dispositif XY pour photorépéteur, selon la revendication (1), caractérisé en ce que le moyen de réflexion des faisceaux diffractés consiste en un réseau de diffraction réfléchissant (31) dont le rapport du pas de sillonnage à celui du réseau de diffraction transparent (4) correspondant est un nombre entier. 3. Dispositif XY pour photorépéteur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de réflexion des faisceaux diffractés consiste en un réflecteur à coins (7) dont le dièdre ( OC ) forme par les surfaces miroirs (24,25) est lié au pas d de sillonnage du réseau de diffraction (4) correspondant par la relation: &alpha; = 5r - 2arcsin # où t est la longueur d'onde émise par l'illuminateur correspondant, est un entier positif non nul.