Brevet FR2567282A1 — publié le 19860110

La présente invention se rapporte à un procédé d'exposition d'une pastille de semiconducteur par une lampe à vapeur de mercure. Lors de la fabrication d'un dispositif à semiconducteur tel qu'un circuit intégré, un circuit intégré à grande échelle, un circuit intégré à super grande échelle ou analogue, un processus de photo- fabrication est effectué. Par exemple, afin de retirer des portions d'un film d'oxyde silicium formé sur une surface d'un substrat, qui, par exemple, est une pastille de silicium, un processus de photofabrication est effectué selon une configuration d'image comme une configuration de circuit. Ce processus de photofabrication comprend des étapes telles qu'un film de vernis photosensible est formé sur le film d'oxyde de silicium sur le substrat en silicium et le film de vernis photosensible est alors exposé à des rayons ultraviolets à travers un photomasque ayant une image de configuration. Après exposition, le film de vernis photosensible est développé et le film d'oxyde de silicium est alors soumis à un traitement d'attaque. Ensuite, un traitement de formation d'un circuit tel qu'une diffusion, une implantation d'ions ou analogue est appliqué au substrat en silicium à travers le film d'oxyde de silicium ainsi attaqué. Une pastille de semiconducteur est généralement circulaire avec sa surface supposée être subdivisée en sections carrées minuscules agencées en rangées et colonnes. Chacune de ces sections minuscules sera découpée ensuite pour former des-puces qui seront respectivement des dispositifs à semiconducteur. Une feuille d'une pastille de semiconducteur a généralement 76 mm, 127 mm ou 152 mm. Les dimensions de telles pastilles de semiconducteur ont tendance à augmenter avec les progrès de leur technologie de fabrication. 2 2567282 Une lampe à vapeur de mercure de forte puissance est indispensable afin d'exposer simultanément toute la surface d'une pastille de semiconducteur de façon que toutes les sections minuscules, qui seront indivi- duellement formées en puces, soient imprimées en une fois. L'utilisation d'une telle lampe à vapeur de mercure de forte puissance est cependant accompagnée de problèmes tels qu'ils rendent un système d'exposition o la lampe est assemblée grand et qu'un degré considérablement élevé de technique est requis-pour l'uniformité de l'éclairement à la surface de la pastille de semiconducteur. En conséquence, il est très difficile de répondre à la tendance de l'agrandissement des pastilles de semiconducteur, dans la pratique. Et en tenant compte de ce qui précède, on a récemment proposé d'exposer des sections minuscules, qui sont agencées en rangées et colonnes sur une pastille de semiconducteur, l'une après l'autre, en succession, de façon que des images de-configuration soient imprimées en succession et respectivement sur les sections minuscules. Dans un tel procédé d'exposition échelonné, on expose une surface qui n'est équivalente qu'à l'une des sections minuscules dans chaque opération d'exposition. Par conséquent, le procédé d'exposition échelonné permet d'utiliser une lampe à mercure de faible puissance, pour ainsi produire des avantages sensibles tels qu'un système d'exposition employé sera de dimension réduite et que l'éclairement pourra facilement être rendu uniforme à la surface de chaque pastille de semiconducteur parce que la surface de chaque exposition est faible. Par suite, une image de configuration peut être imprimée à un degré élevé de précision. Cependant, une lampe à vapeur de mercure ne peut être allumée et éteinte de manière répétée en un cycle court parce que la vapeur de mercure renfermée subit une 3 -:-2567282 3 - condensation alors que la lampe est éteinte. Il est par conséquent avantageux de forcer une lampe à vapeur de mercure à s'éclairer de manière répétée et alternée à un niveau bas de consommation de courant et à un niveau haut - 5 de consommation de courant tout en maintenant la lampe à vapeur de mercure à un état continuellement éclairé, d'exposer une section minuscule d'une pastille de semiconducteur, laquelle section minuscule a pris une position d'exposition, à la lumière de la lampe à vapeur de mercure lorsque la lampe à vapeur de mercure est éclairée au niveau haut de consommation de courant, et lorsque la lampe à vapeur de mercure est éclairée au niveau bas de consommation de courant, de déplacer de manière échelonnée la pastille de semiconducteur de façon qu'une section minuscule de la pastille-de semiconducteur, laquelle autre section minuscule doit être soumise-à l'exposition suivante, puisse prendre:la position d'exposition alors que la lumière de la lampe à vapeur de mercure est interrompue au moyen d'un obturateur. Le mode ci- dessus peut donner un niveau requis de quantité de lumière au niveau haut de consommation de courant et en même temps maintient la lampe à vapeur de mercure à son état allumé au niveau bas de consommation de courant tout en évitant la perte de courant électrique. Dans un tel procédé échelonné d'exposition, la lumière de la lampe à vapeur de mercure n'est pas utilisée alors que l'obturateur est fermé, ave.c pour résultat des inconvénients tels qu'une grande quantité d'électricité est perdue et que l'obturateur peut être considérablement endommagé du fait de son exposition à de la lumière à une forte énergie. L'obturateur doit fonctionner rapidement, parce que si son mouvement d'ouverture ou de fermeture est lent, une exposition non uniforme d'une pastille de semiconducteur du fait de ce mouvement lent d'ouverture ou de fermeture de l'obturateur pose un problème. Afin de 4 2567282 répondre à cette condition, il est indispensable que l'obturateur soit d'un poids léger. Cependant, un obturateur léger aura inévitablement pour résultat une mauvaise résistance à la chaleur. Par suite, un tel obturateur d'un poids léger a tendance à subir une déformation du fait de la chaleur qui s'accumule alors qu'il interrompt la lumière et par conséquent à développer un mauvais fonctionnement qui nuit à son opération régulière d'ouverture et de fermeture. En tenant compte de ce qui précède, on peut envisager d'allumer pendant chaque période de fermeture de l'obturateur, la lampe à vapeur de mercure avec une consommation de courant plus faible que sa consommation de courant pendant le temps d'exposition, alors que l'obturateur est maintenu ouvert. On a cependant trouvé que le procédé d'exposition ci-dessus était accompagné d'un nouveau problème. En effet, il devient de plus en plus préférable, du point de vue de l'augmentation de la quantité de lumière à rayonner, que la quantité de mercure introduite augmente, parce que la quantité de lumière à rayonner par une lampe à vapeur de mercure augmente selon la quantité de mercure à introduire dans son enveloppe. Par ailleurs, il est nécessaire que la vapeur de mercure ne se condense pas même lorsque la lampe à vapeur de mercure est allumée à une consommation assez faible de courant dans chaque période de non exposition o l'obturateur est fermé. Si la quantité de mercure-à introduire est établie de façon que la pression de vapeur du mercure dans l'enveloppe lorsque la lampe à vapeur de mercure est allumée à une faible consommation de courant soit proche de la pression de vapeur saturée du mercure à ce moment, la lampe à vapeur de mercure tombe à un état d'éclairement incomplet à l'instant o la consommation de courant de la lampe à 2567282 vapeur de mercure passe au niveau supérieur. Ainsi, la quantité de lumière rayonnée n'augmente pas immédiatement et le degré d'exposition est probablement insuffisant. En tenant compte de ce qui précède, la présente invention a pour objet un procédé d'exposition d'une pastille de semiconducteur par une lampe à vapeur de mercure, o l'exposition qui est répétée à un court intervalle peut être accomplie de manière stable sur une longue période de temps, à un faible prix sans développer les problèmes ci-dessus mentionnés. Selon un aspect de l'invention, on prévoit en conséquence un procédé pour exposer, à travers un masque de configuration, en succession, des petites sections d'une pastille de semiconducteur à la lumière rayonnée par une lampe à vapeur de mercure en étapes à un niveau haut, pendant chacune desquelles la consommation de courant de la lampe à vapeur de mercure est à un niveau haut, en éclairant continuellement la lampe à vapeur de mercure et en faisant alterner de manière répétée chacune des étapes au niveau haut et une étape au niveau bas pendant laquelle la consommation de courant de la lampe à vapeur de mercure est à un niveau bas, procédé dans lequel on utilise, comme lampe à vapeur de mercure, une lampe à vapeur de mercure dans laquelle le mercure est introduit en une quantité si importante que lorsqu'elle est allumée à l'étape au niveau bas, la pression de la vapeur de mercure dans l'enveloppe de la lampe à vapeur de mercure est inférieure à 96 % de la pression de la vapeur de mercure saturée à ce moment. Grâce au remplissage du mercure en une si grande quantité pouvant atteindre 96 % de la pression de vapeur saturée du mercure lorsque la lampe à vapeur de mercure est éclairée dans les étapes au niveau bas, il est possible d'éviter laprésence d'un état d'éclairement incomplet de la lampe à vapeur de mercure lorsque la consommation de courant passe de l'étape au niveau bas à 6 2567282 l'étape au niveau haut. Il est par conséquent possible de maintenir la quantité de lumière rayonnée dans les étapes au niveau haut au même niveau que la quantité de lumière au début. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels: - la figure 1 est une illustration schématique simplifiée d'un exemple d'un système d'exposition; - la figure 2 est une représentation graphique montrant un exemple de la forme d'onde de consommation de courant d'une lampe à vapeur de mercure, en fonction du temps sur l'axe des abscisses, laquelle forme d'onde varie du fait de la répétition d'une étape à un niveau haut (H) et d'une étape à un niveau bas (B); - la figure 3 est une vue fragmentaire et en plan d'une pastille de semiconducteur, illustrant certaines des sections à exposer; - la figure 4 est une illustration schématique d'un exemple de lampe à vapeur de mercure; et - la figure 5 est une illustration schématique fragmentaire et agrandie de la lampe à vapeur de mercure représentée sur la figure 4. L'invention sera décrite ci-après en détail en se référant aux dessins joints. Pour imprimer une image de configuration par des rayons ultraviolets à la façon ci-dessus mentionnée, on emploie un système d'exposition ayant un système optique focalisant la lumière et de projection tel que représenté par exemple sur la figure 1. Sur la figure 1, le chiffre de référence 1 indique une lampe à vapeur de mercure à arc 7; t ' 2567282 court qui est une source de lumière d'exposition. Cette lampe à vapeur de mercure à arc court 1 est installée en une position telle que son arc soit placé sur le point focal d'un miroir 5 focalisant la lumière. La lumière L, qui a été émise par la lampe à vapeur de mercure à arc court 1, est focalisée par le miroir focalisant la lumière , puis est projetée sur un photomasque 11 portant une image de configuration de circuit par un premier miroir plan 6, un intégrateur 8, un second miroir plan 7 et une lentille convergente 10. La lumière, qui a été transmise à travers la photomasque 11, est projetée par une lentille réductrice 12 sur une pastille de semiconducteur 2 supportée en place sur un sensibilisateur (non représenté) et portant un film de vernis photosensible fait d'une résine sensible aux rayons ultraviolets et formé à la surface supérieure-de la pastille de semiconducteur 29 pour ainsi imprimer sur la pastille de semiconducteur 2, une image de configuration de circuit correspondant au photomasque 11 mais réduite en dimension à un rapport de réduction de 1/10 - 1/5. Le chiffre de référence 4 désigne un obturateur tandis que le chiffre 9 désigne un filtre. Dans la présente invention, une pastille de semiconducteur est exposée à la façon qui suit. Dans le système montré sur la figure 1, du courant électrique est continuellement appliqué à une lampe à vapeur de mercure 1 incorporée dans un miroir 5 focalisant la lumière de façon que la lampe à vapeur de mercure i soit continuellement allumée. Tout en maintenant l'état d'éclairement ci-dessus, le courant électrique à appliquer a la lampe à vapeur de mercure 1 est alors contr8lé par un circuit de commande d'opération 3 afin que le courant électrique prenne la forme d'onde de base illustrée à titre d'exemple sur la figure 2. En conséquence, le niveau de consommation de courant de la lampe à vapeur de mercure i alterne de manière périodique et répétée entre un niveau haut, 8 2567282 c'est-à-dire l'étape A pendant laquelle la consommation de courant de la lampe à vapeur de mercure est à un niveau tel qu'environ 1,3 - 2,5 fois la consommation nominale de courant de la lampe à vapeur de mercure 1 et un niveau bas, c'est-à-dire l'étape B pendant laquelle la consommation de courant de la Iampe à vapeur de mercure 1 est à un niveau égal ou proche de sa consommation nominale de courant. A l'étape A du niveau haut de consommation de courant, un obturateur 4 est ouvert puis est fermé afin de forcer la lumière rayonnée par la lampe à vapeur de mercure 1 à exposer une petite section d'une pastille de semiconducteur 2 à travers un photomasque 11il pendant une période constante de temps, laquelle petite section est placée à une position d'exposition. L'étendue d'exposition peut être contrôlée à un niveau prescrit souhaité sur la surface exposée de la surface de semiconducteur 2 en établissant le temps d'ouverture de l'obturateur 4 de manière appropriée. En d'autres termes, l'étendue d'exposition peut être contr8lée en maintenant l'obturateur 4 à sa position ouverte tandis que la lampe à vapeur de mercure 1 est allumée à l'étape A o la consommation de courant de la lampe à vapeur de mercure i est au-niveau haut. Alors, après fermeture de l'obturateur 4, la lampe à vapeur de mercure 1 est allumée à l'étape-B o sa consommation de courant est au niveau bas. Pendant l'étape B, l'obturateur est maintenu fermé. L'alternance répétée de l'étape A au niveau haut et de l'étape B au niveau bas est effectuée en synchronisme avec le mode déplacement échelonné de la pastille de semiconducteur 2. En effet, comme-le montre la figure 3, la pastille de semiconducteur 2 est supposée -être subdivisée en un certain nombre de sections minuscules P agencées en rangées et colonnes. Ces sections minuscules P sont alors déplacées de manière échelonnée 9 2567282 les unes après les autres en succession vers la position d'exposition dans le système d'exposition, o elles sont exposées l'une après l'autre, en succession, tout en y étant maintenues arrêtées un court instant. Une opération d'exposition est accomplie après l'action d'ouverture et de fermeture de l'obturateur 4 pendant que la lampe à vapeur de mercure 1 est allumée à l'étape A, pour ainsi imprimer une image de configuration sur l'une des sections minuscules P de la pastille de semiconducteur 2. La pastille 2 est déplacée de manière échelonnée tandis que l'obturateur 4 est fermé, de façon qu'une autre section minuscule P, qui doit être exposée ensuite, atteigne la position d'exposition. L'exposition est alors répétée de la même façon afin d'accomplir l'exposition de toutes les sections minuscules P agencées sur la pastille de semiconducteur. A la façon ci-dessus, la lampe à vapeur de mercure 1 est éclairée tout en faisant continuellement et de manière répétée alterner l'étape A du niveau haut de consommation de courant et l'étape B du niveau bas de consommation de courant. L'opération d'ouverture et de fermeture de l'obturateur 4 et la position de déplacement échelonné de la pastille de semiconducteur 2 sont contrôlées en association avec l'étape A et l'étape B. La période de temps Ta de chaque étape A au niveau haut de consommation de courant peut être établie constante, par exemple entre 100 ms et 1 000 ms, tandis que les périodes de temps Tb des étapes B au niveau bas de consommation de courant peuvent être identiques ou différentes et peuvent être comprises par exemple entre 100 ms et i 000 ms. A la façon ci-dessus décrite, l'exposition de la pastille de semiconducteur est effectuée en utilisant, pour la lampe à vapeur de mercure 1, une lampe à vapeur de mercure dans laquelle le mercure est introduit en une quantité si importante que la pression de vapeur du mercure H1 dans 2567282 l'enveloppe lorsque la lampe à vapeur de mercure est allumée à l'étape B au niveau bas de consommation de courant ne dépasse pas 96 % de la pression de vapeur saturée du mercure Hs, c'est-à-dire que la pression de vapeur du mercure H1 est soit égale ou proche de 96 % de la pression de vapeur saturée du mercure. Si la quantité de mercure introduit doit dépasser la limite supérieure, la lampe à vapeur de mercure peut tomber à un état d'éclairement incomplet à l'instant o l'état d'éclairement de la lampe à vapeur de mercure passe de l'étape B au niveau bas de consommation de courant à l'étape A au niveau haut de consommation de courant. Si un tel état de manque se produit, la quantité de lumière rayonnée ne peut augmenter immédiatement à un niveau correspondant au courant électrique fourni. Ce problème semble se produire par le mécanisme qui suit. Lorsque le mode de fonctionnement de la lampe à vapeur de mercure passe de l'étape B au niveau bas de consommation de courant à l'étape A au niveau haut de consommation de courant, la température de la vapeur dans l'enveloppe augmente en suivant l'augmentation du courant électrique appliqué. Ainsi, la pression de vapeur de mercure augmente. Cependant, l'augmentation de température de l'enveloppe de verre a lieu avec un certain retard. Par conséquent, la température de l'enveloppe peut devenir plus faible que le point de saturation de la vapeur de mercure et la vapeur de mercure peut ainsi se condenser avec une certaine hésitation, avec pour résultat un état d'éclairement incomplet. La figure 4 est une illustration schématique montrant un exemple d'une lampe à vapeur de mercure à arc court 1 à assembler en tant que source de lumière d'exposition dans un système d'exposition utile dans la mise en pratique d'un mode de réalisation. Sur la figure 4, le chiffre de référence 101 indique une enveloppe faite de verre de silice, qui est équipée à ses deux-parties extrêmes de bases 102A, 102B respectivement. Les chiffres 103, 104 désignent respectivement une tige de. support d'anode et une tige de support de cathode. Une anode 105 est montée au bout de la tige 103 de support d'anode tandis qu'une cathode 106 est fixée solidement au bout de la tige de support de cathode. Cette anode 105 et cette cathode 106 sont disposées en relation face à face, centralement, à l'intérieur de l'enveloppe 101. Comme cela est illustré par- l'échelle agrandie de la figure 5, l'anode 105 est formée d'une partie de base 51 ayant une. forme de colonne de grand diamètre et d'un bout en cône tronqué 53 qui s'étend vers l'avant et vers l'intérieur de la partie de base 51 pour se terminer par une surface plane 52. La cathode 106 est formée d'une partie. de base 61 et d'un bout 62 en forme de c8ne. Un exemple d'une telle lampe à vapeur de mercure a arc court 1 est le suivant Spécification:; Consommation nominale: de courant 500 W. -. _ (50V, 10A) Anode 105 Diamètre externe D de- la partie de base 51 4,0 mm Diamètre D2 de la surface 52 du bout - 2,-O mm Angle d'ouverturec 12 2567282 tandis que la lampe est allumée environ 13 mbars En utilisant un système d'exposition d'une pastille de semiconducteur équipé d'une lampe à vapeur de mercure de la structure ci-dessus, o la pression de vapeur de mercure lors d'un éclairage à la consommation nominale de courant était de 95 % de la pression de vapeur saturée à ce moment, incorporée en tant que source de lumière d'exposition, une exposition d'une configuration a été entreprise sur une pastille de semiconducteur en silicium selon le procédé échelonné d'exposition tout en contrôlant l'éclairement de la vapeur de mercure aux conditions qui suivent: Etape A Intervalle de temps Ta : 400 ms Consommation de courant: maintenue constante à 750 W Etape B Intervalle de temps Tb: 400 ms - Consommation de courant: maintenue constante à 500 W nominaux. Aux conditions ci-dessus, il a été possible d'obtenir les mêmes résultats d'exposition que les résultats initiaux d'exposition même après un temps écoulé de 600 heures. D'autres essais d'exposition ont également été effectués dans les mêmes conditions que l'essai ci-dessus à l'exception que les quantités du mercure introduit respectivement dans les enveloppes des lampes à vapeur de - mercure ont été modifiées aux diverses valeurs montrées au tableau 1. Lorsque le mercure a -été trop introduit, il était incapable d'accomplir une bonne exposition du fait de la présence d'un état d'éclairement incomplet. 13 2567282 Pourcentage de pression de vapeur de mercure lors d'un éclairement à une Résultats étape à un niveau bas, par rapport à la pression de d'exposition vapeur saturée de mercure à ce moment (%) I 96 bonne pendant |I 600 heures 94 bonne pendant | 600 heures 93 bonne pendant 600 heures 97 Etats d'éclairement incomplet 98 Etats d'éclairement incomplet 99 Etats d'éclairement extrêmement incomplet Le procédé de l'invention peut produire les effets avantageux qui suivent: (1) La lampe à vapeur de mercure est éclairée à un niveau bas de consommation de courant tandis que la lumière rayonnée par la lampe à vapeur de mercure n'est pas utilisée pour l'exposition. Il est ainsi possible de réduire, de manière significative, l'électricité perdue par la lampe à vapeur de mercure et en même temps d'éviter une dégradation possible de l'obturateur du fait de sa surchauffe. Dans un mode de réalisation préféré, la lampe à vapeur de mercure peut être allumée à son niveau de 14 2567282 consommation nominale de courant aux étapes au niveau bas de consommation de courant et sa consommation de courant est accrue aux étapes au niveau haut de consommation de courant. Ainsi, le degré d'exposition peut être ajusté selon ce qui est nécessaire ou souhaité. En conséquence, l'exposition de pastilles de semiconducteur peut être effectuée de manière appropriée avec une petite lampe à vapeur de mercure. Par suite, le système d'exposition ne nécessite pas trop d'espace pour son installation, ce qui permet d'abaisser le prix requis pour l'entretien d'une salle propre ou analogue o le système d'exposition est installé et en conséquence d'abaisser le prix de fabrication de manière significative des dispositifs à semiconducteur. (2) Comme le procédé de l'invention emploie, commme lampe à vapeur de mercure, une lampe à vapeur de mercure contenant du mercure en une quantité si importante que lorsqu'elle est allumée à l'étape du niveau bas de consommation de courant, la pression de la vapeur de mercure dans l'enveloppe de la lampe à vapeur de mercure tombe dans une gamme ne dépassant pas 96 % de la pression de vapeur saturée de mercure à ce moment, il est possible d'obtenir de la lumière rayonnée en une quantité suffi- samment élevée et d'éviter à ce moment la présence d'un état d'éclairement incomplet lors du passage à l'étape au niveau haut de consommation de courant. Par conséquent, il est possible de maintenir la quantité de lumière à rayonner par la lampe à vapeur de mercure aux étapes au niveau haut de consommation de courant au même niveau que la quantité de lumière au début. Par suite, l'exposition des pastilles de semiconducteur peut être accomplie par la lumière rayonnée en une quantité stable sur une longue période de temps tout en faisant alterner de manière répétée l'étape au niveau haut de consommation du courant et l'étape au niveau bas de consommation de courant. 2567282 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour exposer, à travers un masque de configuration, en succession, de petites sections d'une pastille de semiconducteur à la lumière rayonnée d'une lampe à vapeur de mercure dans des étapes à un niveau haut, pendant chacune desquelles la consommation de courant de la lampe à vapeur de mercure -est à un niveau haut, en éclairant continuellement la lampe à vapeur de mercure et en faisant alterner de manière répétée chacune des étapes à un niveau haut et une étape à un niveau bas - pendant laquelle la consommation de courant de la lampe à vapeur de mercure est à un niveau bas, caractérisé en ce qu'on utilise, pour la lampe à vapeur de mercure, une lampe à vapeur de mercure (1) dans laquelle le mercure est- introduit en une quantité si importante que lorsqu'elle est éclairée à l'étape au niveau bas, la pression de vapeur du mercure dans l'enveloppe de la lampe à vapeur de mercure soit inférieure à 96 % de la pression de vapeur saturée de mercure à ce moment. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un obturateur (4) est ouvert puis fermé une fois seulement pendant la durée de chaque étape au niveau haut afin d'exposer une petite section correspondante de la pastille de semiconducteur:(2) à une position d'exposition, et tandis que l'obturateur est fermé, la pastille de semiconducteur est déplacée de manière échelonnée pour placer la petite-section suivante à une position d'exposition. 3.- Procédé selon la-revendication 1, caractérisé en ce que le niveau de la consommation de courant dans l'étape au niveau bas est sensiblement égal à la consommation nominale de courant de-la-lampe Aà vapeur de mercure.