Brevet FR2890461A1 — publié le 20070309

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne un obturateur et un illuminateur d'un 5 dispositif de photolithographie. ETAT DE L'ART La photolithographie également appelée microlithographie - est utilisée depuis de nombreuses années pour la fabrication de dispositifs semiconducteurs et utilise pour cela un rayonnement électromagnétique pour générer des motifs fins sur les dispositifs semiconducteurs. A cet effet, un illuminateur d'un dispositif de photolithographie illumine un masque dont l'image est projetée sur une tranche semiconductrice (ou wafer selon la terminologie anglo-saxonne généralement utilisée par l'homme du métier) qui fournit un circuit après un traitement ad hoc connu de l'homme de l'art. Comme le montre la figure 1, le système d'illumination appelé illuminateur dans la suite de la présente description - d'un dispositif de photolithographie est complexe. Il doit prendre en compte plusieurs paramètres simultanément pour satisfaire les besoins de la microlithographie. Les paramètres dont il s'agit sont notamment: - le profil d'éclairement dans la pupille du dispositif; - l'uniformité d'éclairement sur le masque (et donc la tranche) ; et - le profil d'illumination sur le masque. A cet effet, un illuminateur connu comporte généralement un élément optique diffractif 1 (également appelé diffractive optical element ou DOE en anglais) qui est illuminé par une source 1' d'illumination. L'élément 1 peut être n'importe quel élément généralement utilisé pour produire de la diffraction, comme par exemple un réseau en deux dimensions de microlentilles sphériques, une lentille de Fresnel, un réseau de diffraction, etc. L'élément 1 joue le rôle d'un diffuseur optique et a pour fonction principale de produire à sa sortie une pupille de motif général voulu, par exemple un motif en forme de disque ou d'anneau, ou encore un motif dipolaire ou quadripolaire. L'élément 1 est interchangeable, car un élément 1 d'un type donné ne peut générer qu'un seul motif à la fois. 2890461 2 L'illuminateur comporte en sortie de l'élément 1 un zoom 2 formé de plusieurs lentilles. La fonction du zoom 2 est de ramener l'image de la pupille à une distance finie et de pouvoir la faire varier en dimension. La sortie du zoom 2 est dirigée vers des axicons 3 qui donnent sa 5 forme définitive à la pupille. Par exemple, dans le cas d'axicons composés de lentilles coniques, on peut contrôler le diamètre intérieur d'une pupille en forme d'anneau. L'ensemble formé de l'élément 1 du zoom 2 des axicons 3 permet donc d'obtenir un profil d'éclairement voulu dans la pupille. Le faisceau lumineux sortant des axicons illumine un élément optique diffractif 4. L'élément 4 est généralement constitué de deux matrices formées d'un réseau en deux dimensions de microlentilles sphériques qui découpe la pupille obtenue en sortie de l'ensemble élément 1 zoom 2 axicons 3. La pupille du zoom 2 se retrouve au niveau de l'élément 4 dont la sortie illumine un condenseur 5. Le condenseur 5 comporte une pluralité de lentilles qui permettent de superposer au niveau de l'obturateur 6 les sous faisceaux issus de l'élément diffractif 4. L'ensemble élément 4 condenseur 5 uniformise l'éclairement dans le 20 plan d'un obturateur 6. En effet, la sortie du condenseur 5 illumine un obturateur 6 (également appelé slit en anglais). L'obturateur 6 permet de façon connue d'obturer le faisceau lumineux issu du condenseur 5. L'obturateur 6 comporte, comme le montre la figure 2, notamment deux plaques 63 et 64 fixes. Les plaques 63 et 64 sont rectangulaires, et leur longueur s'étend sensiblement selon la direction X. Les plaques 63 et 64 sont immobiles par rapport à l'illumination, notamment par rapport aux directions X et Y de la figure 2. Les plaques 63 et 64 sont distantes l'une de l'autre selon la direction Y et définissent deux bords d'une aire d'exposition 67. L'obturateur 6 comporte également deux plaques 65 et 66 mobiles par rapport à l'illumination dans la direction X. Les plaques 65 et 66 sont rectangulaires, et leur longueur s'étend sensiblement selon la direction Y. Lorsque les plaques 65 et 66 sont distantes l'une de l'autre selon la direction X, elles définissent deux bords de l'aire 67. L'espace entre les plaques 63, 64, 65 et 66 définit ainsi l'aire 67 d'exposition à l'illumination pour la gravure de la tranche. Les figures 3A à 3E montrent que l'obturateur 6 de l'art antérieur définit un obturateur à rideau. Lors du déplacement connu du masque 8 et de la tranche l'un par rapport à l'autre pour une exposition en vue d'une gravure, il faut que tous les points de la zone à graver de la tranche reçoivent la même énergie d'exposition. A cet effet, on synchronise notamment le déplacement des plaques 65 et 66 avec le déplacement des bords du masque 8. Sur les figures 3A à 3E, on a représenté pour plus de clarté que le masque 8 était situé à côté des plaques 65 et 66. Bien entendu, le masque est optiquement situé au droit des plaques 65 et 66. La figure 3A montre que lorsque le masque 8 se déplace selon la direction X mais se trouve sous la plaque 66, alors les plaques 66 et 65 sont fermées. L'aire 67 est nulle. La figure 3B montre que lorsque le bord droit du masque 8 arrive au niveau du bord gauche de la plaque 65, alors cette dernière commence un déplacement dans le même sens que le masque 8. La figure 3C montre que la plaque 65 suit le masque 8 jusqu'à ce que le bord gauche du masque 8 soit situé au niveau du bord droit de la plaque 66. La figure 3D montre que c'est alors la plaque 66 qui suit le masque 8 dans le même sens que le masque 8 sur la direction X. La figure 3E correspond à la fermeture de l'aire 67 d'exposition, les plaques 65 et 66 sont alors jointives. Lors du déplacement du masque dans l'autre sens selon X, les plaques 65 et 66 se déplacent bien entendu dans l'autre sens. L'obturation peut s'effectuer à une vitesse d'environ 160 mm/s. Grâce à ce procédé d'ouverture et de fermeture des plaques 65 et 66, tous les points de la zone à graver reçoivent la même énergie d'exposition. L'obturateur 6 permet de contrôler la dose, le format image, et le profil d'illumination sur un masque 8 grâce notamment à un groupe 7 de lentilles d'illumination (ou Illumination Lens Group (ILG)) placé en sortie de l'obturateur 6. 2890461 4 Le groupe 7 forme un relais optique qui conjugue le plan de l'obturateur 6 et le masque 8. En fait, sans le groupe 7, l'obturateur 6 et le masque 8 devraient être situés dans le même plan, ce qui est impossible du point de vue mécanique dans le montage de la figure 1. Il y aurait notamment un frottement des plaques 65 et 66 contre le masque 8. Les illuminateurs de l'art antérieur présentent des inconvénients. L'illuminateur selon l'art antérieur est compliqué et onéreux à fabriquer, du fait notamment de la présence d'un groupe 7 formant un relais optique pour conjuguer le plan de l'obturateur et le masque. La complexité d'un tel groupe est à la fois optique et mécanique. De plus, les éléments mécaniques permettant le déplacement des plaques mobiles de l'obturateur sont complexes et onéreux, du fait de la grande amplitude de la course et de la grande vitesse de translation des plaques (environ 160 mm/s). PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients. A cet effet, l'invention propose un obturateur d'un dispositif de photolithographie, comportant une plaque d'obturation avec au moins une partie opaque à un faisceau lumineux de photolithographie, la plaque étant apte à être déplacée, par rapport au faisceau selon une direction de déplacement sensiblement parallèle à la plaque, de sorte que la partie opaque puisse obturer au moins partiellement le faisceau lumineux, caractérisé en ce que la plaque comporte une pluralité de fentes pratiquées dans la plaque et aptes à laisser passer ledit faisceau lumineux. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible: - les fentes ont chacune une forme oblongue et un axe longitudinal; - les fentes ont chacune une forme sensiblement rectangulaire, chaque rectangle étant compris entre des grands côtés et des petits côtés, les axes longitudinaux des fentes étant parallèles entre eux. ; - la valeur du rapport (a/b) entre d'une part la distance (a) entre deux axes longitudinaux de deux fentes successives selon la direction de déplacement 2890461 5 (X) et d'autre part la distance (b) entre deux grands côtés desdites deux fentes successives, lesdits deux grands côtés étant proches et successifs selon la direction de déplacement (X), est inférieure à deux; - l'obturateur comporte en outre une plaque croisée située optiquement au droit de la plaque d'obturation, la plaque croisée comportant au moins une alternance d'une partie opaque au faisceau lumineux et d'une fente apte à le laisser passer; - la fente de la plaque croisée a une forme oblongue et un axe longitudinal; - la plaque croisée comporte une pluralité d'alternances; - les axes longitudinaux respectifs des fentes des deux plaques sont perpendiculaires les uns par rapport aux autres; - chaque fente de la plaque croisée a une forme sensiblement rectangulaire, chaque rectangle étant compris entre des grands côtés et des petits côtés, les axes longitudinaux des fentes étant parallèles entre eux; et - la plaque croisée est immobile par rapport au faisceau dans un plan (X, Y) sensiblement parallèle à ladite plaque croisée. L'invention concerne également un illuminateur comportant un tel obturateur. L'invention présente de nombreux avantages. Tout d'abord, un illuminateur selon l'invention est plus simple et par conséquent moins onéreux à fabriquer, du fait de l'absence d'un groupe formant un relais optique pour conjuguer le plan de l'obturateur et le masque. En outre, l'absence de groupe optique de relais rend plus facile les réglages et les évolutions technologiques des dispositifs de photolithographie. On peut notamment disposer l'obturateur de l'invention sur des dispositifs connus du type reproduction pas à pas ( step and repeat en anglais), qui n'utilisent pas la technique de scannage pour l'exposition, et ne comportent pas par conséquent de groupe de relais optique. De plus, les éléments mécaniques permettant le déplacement des plaques mobiles les unes par rapport aux autres sont également plus 2890461 6 simples et par conséquent moins onéreux, du fait de la diminution de l'amplitude de la course et de la vitesse de translation des plaques. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la 5 description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1, déjà commentée, représente schématiquement un illuminateur connu de l'état de la technique - la figure 2 déjà commentée également, représente un obturateur rideau 10 connu de l'état de l'art; - les figures 3A à 3E, déjà commentées, représentent schématiquement les différentes phases de déplacement de plaques de l'obturateur selon la figure 2 en fonction du déplacement d'un masque disposé dans un illuminateur selon la figure 1; - les figures 4A et 4B représentent schématiquement respectivement une plaque d'un obturateur selon l'invention; - la figure 5 représente schématiquement une disposition possible des deux plaques des figures 4A et 4B; - la figure 6 représente schématiquement une première position de 20 l'obturateur dans un illuminateur selon l'invention; et - la figure 7 représente schématiquement une deuxième position de l'obturateur dans un illuminateur selon l'invention. Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références numériques identiques. DESCRIPTION DETAILLEE Les figures 4A et 6 montrent schématiquement qu'un obturateur selon l'invention d'un dispositif de photolithographie comporte principalement une plaque d'obturation 61. Préférentiellement, la plaque d'obturation 61 est de forme carrée ou rectangulaire. La plaque 61 se compose d'une partie opaque 612 apte à absorber un faisceau lumineux 10 de photolithographie. La plaque 61 comporte également une pluralité de fentes 610 pratiquées dans la plaque aptes à laisser ledit faisceau lumineux. La figure 6 montre par ailleurs qu'un illuminateur d'un dispositif de photolithographie selon l'invention comporte une source 1' du faisceau lumineux 10 pour l'illumination d'un masque 8, et au moins un réseau 4 de microlentilles formant un élément diffractif 4. On constate que I'illuminateur comporte également un condenseur 5 qui permet de superposer au niveau du masque 8 les sous faisceaux 100 issus de l'ensemble diffractif 4 (le faisceau 10 est, en sortie de l'élément 4, composé de sous faisceaux 100). Préférentiellement, l'élément 4 est constitué de deux matrices formées d'un réseau en deux dimensions de microlentilles sphériques ou cylindriques. L'élément 4 découpe la pupille obtenue en sortie d'un ensemble formé d'un élément diffractif 1 placé en sortie de la source 1', d'un zoom 2 et d'axicons 3. L'élément diffractif 1, le zoom 2 et les axicons 3 sont placés en aval de l'élément 4 et en sortie de la source 1'. La figure 6 montre que la plaque d'obturation 61 est située dans une 15 zone 11 en amont ou en aval, selon une direction Z de propagation du faisceau lumineux 10 dans I'illuminateur, d'un plan de focalisation 111 du faisceau 10 et donc des sous faisceaux 100. La focalisation est effectuée par l'élément 4 formé des microlentilles. Préférentiellement, la plaque 61 est placée du côté où l'encombrement 20 est le moins important, à savoir entre le plan de focalisation 111 et le condenseur 5. La profondeur de la zone 11 selon la direction Z est fonction de l'encombrement spatial de la plaque par rapport à l'espace entre l'élément diffractif 4 et le condenseur 5, mais également de la largeur des fentes. On constate facilement sur la figue 6 que la largeur de chacune des fentes 610 doit être telle qu'elle laisse passer entièrement un sous faisceau 100 dans une première position d'exposition. Les fentes 610 laissent chacune passer un sous faisceau 100, de sorte que l'ensemble du faisceau 10 passe à travers la plaque 61 pour illuminer le masque 8 dans la première position. Chaque sous faisceau 100 a les caractéristiques du faisceau 10, ce qui fait que tous les sous faisceaux 100 ont les mêmes caractéristiques entre eux. Leur recombinaison au niveau du masque 8 dans le plan de focalisation du condenseur 5 permet d'obtenir le même résultat que pour les illuminateurs comportant un groupe formant relais optique. La figure 7 montre que la plaque 61 est apte à être déplacée par rapport au faisceau 10 selon une direction X de déplacement perpendiculaire à la direction Z et parallèle à la plaque 61 pour obturer totalement le faisceau 10 dans une deuxième position d'obturation. Dans la position de la figure 7, le masque 8 n'est plus illuminé. Les sous faisceaux 100 sont absorbés par la partie opaque 612 de la plaque 61 entre les fentes 610. La plaque 61 permet d'obturer chaque sous faisceau 100 juste après l'élément 4 diffractif. La plaque 61 obture le faisceau au moins partiellement entre les deux positions de la figure 6 et de la figure 7. Ce mode d'exposition/obturation de chaque sous faisceau 100 donne le même résultat que dans l'art antérieur. Chaque point de la zone 15 d'exposition de la tranche a la même énergie d'exposition lors du déplacement du masque 8. La figure 4A montre que les fentes 610 de la plaque 61 ont une forme oblongue et présentent un axe longitudinal 611. Préférentiellement, chaque fente 610 a une forme sensiblement 20 rectangulaire. Les rectangles des fentes 610 sont définis et compris entre des grands côtés 613 et des petits côtés 614. Préférentiellement également, les axes longitudinaux 611 des fentes 610 sont parallèles entre eux. On définit par a la distance entre deux axes longitudinaux 611 de deux fentes successives de la plaque selon la direction de déplacement X. a définit ainsi le pas des fentes 610. Il est constant et dépend des microlentilles de l'élément 4. On définit par b la distance entre deux grands côtés 613 de deux fentes successives, sachant que lesdits deux grands côtés sont les plus proches et sont successifs selon la direction de déplacement X. b peut varier pour s'adapter aux conditions d'illumination du temps. Pour un bon fonctionnement du dispositif selon l'invention, le rapport a/b doit être inférieur à deux pour la plaque 61. Avec cette valeur du 2890461 9 rapport, le faisceau n'est pas obturé dans la première position de la figure 6, et l'obturation est totale dans la deuxième position de la figure 7. On constate qu'avec la plaque mobile 61 I'illuminateur selon l'invention n'a plus besoin d'un groupe formant relais optique pour conjuguer le plan de l'obturateur et le masque. Le masque 8 est directement placé dans le plan de focalisation du condenseur 5, et l'obturateur 6 comportant principalement la plaque d'obturation 61 mobile est situé dans la zone 11 décrite ci-dessus. La figure 4B montre que préférentiellement l'obturateur 6 selon l'invention comporte avantageusement une plaque croisée 62. La plaque croisée 62 comporte au moins une alternance d'une partie opaque 622 et d'une fente 620 apte à laisser passer le faisceau lumineux 10. La plaque croisée 62 est située optiquement au droit de la plaque d'obturation 61. Pour des raisons de clarté, la plaque croisée 62 a été représentée à proximité de la plaque d'obturation 61 sur la figure 5, mais elle peut être distante de la plaque d'obturation. Ainsi, la plaque croisée 62 peut se placer au niveau de l'élément diffractif 4, en amont ou en aval selon la direction Z d'un réseau de microlentilles. D'autres positions sont possibles pour la plaque croisée 62 en fonction des possibilités d'implantation mécanique et de l'encombrement dans l'illuminateur. Préférentiellement chaque fente 620 de la plaque 62 croisée a une forme oblongue et un axe longitudinal 621. Préférentiellement également, la plaque croisée 62 comporte, comme la plaque d'obturation 61, une pluralité d'alternances de parties opaques 622 et de fentes 620. Comme le montre la figure 5, les axes longitudinaux respectifs 611 et 621 des fentes des deux plaques 61 et 62 sont perpendiculaires les uns par rapport aux autres. Comme le montre la figure 5 également, chaque fente 620 de la plaque croisée 62 a une fente sensiblement rectangulaire. Chaque rectangle est compris entre des grands côtés 623 et des petits côtés 624. Les axes longitudinaux 621 des fentes sont parallèles entre eux. La figure 5 montre que lorsque la plaque croisée 62 est située au droit de la plaque 61 d'obturation, et que la plaque d'obturation 61 est dans la première position à savoir que les fentes de la plaque 61 laissent passer le rayon 10 les fentes 610 et 620 définissent des zones d'exposition 625. La forme et la disposition des zones 625 de l'obturateur formé des deux plaques 61 et 62 correspondent à la forme et à la disposition des différentes zones d'illumination des microlentilles de l'élément 4. Le rapport des petits côtés 614 et 624 des rectangles respectivement des plaques 61 et 62 est égal à un rapport de dimension d'une microlentille du réseau 4. Autrement dit, les dimensions des zones 625 sont proportionnelles à une surface d'illumination d'une microlentille de l'élément 4. Le fait que les axes longitudinaux 611 et 621 des fentes des plaques 61 et 62 sont respectivement perpendiculaires engendre qu'une plaque définit une dimension des zones d'illumination 625, l'autre plaque définissant l'autre dimension. Comme le montrent les figures 4B et 5, on définit une distance a' entre deux axes longitudinaux 621 de deux fentes 620 successives selon une direction Y perpendiculaire à la direction de déplacement X. On définit également une distance b' entre deux grands côtés 623 desdites deux fentes successives, lesdits deux grands côtés 623 étant proches et successifs selon la direction Y. La plaque croisée 62 est pour plus de simplicité immobile par rapport au faisceau dans un plan XY sensiblement parallèle à la plaque croisée. La plaque croisée joue sensiblement le rôle des plaques 63 et 64 d'un obturateur selon l'art antérieur et la plaque d'obturation 61 joue le rôle des plaques 65 et 66 de l'obturateur de l'art antérieur. A titre d'exemple non limitatif, les plaques 61 et 62 ont un côté de 130 mm et une épaisseur de quelques dixièmes de millimètres. La largeur des fentes 610 et 620 est de l'ordre de quelques millimètres. La course de la plaque 61 est de l'ordre de quelques millimètres, avec une vitesse d'environ 30 mm/s. Les plaques peuvent être en métal ou en silice ou fluorine recouverte de chrome. REVENDICATIONS 1. Obturateur d'un dispositif de photolithographie, comportant une plaque d'obturation (61) avec au moins une partie opaque (612) à un faisceau lumineux (10) de photolithographie, la plaque étant apte à être déplacée, par rapport au faisceau selon une direction (X) de déplacement sensiblement parallèle à la plaque, de sorte que la partie opaque (612) puisse obturer au moins partiellement le faisceau lumineux, caractérisé en ce que la plaque (61) comporte une pluralité de fentes (610) pratiquées dans la plaque et aptes à laisser passer ledit faisceau lumineux. 2. Obturateur selon la revendication précédente, dans lequel les fentes (610) ont chacune une forme oblongue et un axe longitudinal (611). 3. Obturateur selon la revendication précédente, dans lequel les fentes ont chacune une forme sensiblement rectangulaire, chaque rectangle étant compris entre des grands côtés (613) et des petits côtés (614), les axes longitudinaux des fentes étant parallèles entre eux. 4. Obturateur selon la revendication précédente, dans lequel la valeur du rapport (a/b) entre d'une part la distance (a) entre deux axes longitudinaux (611) de deux fentes successives selon la direction de déplacement (X) et d'autre part la distance (b) entre deux grands côtés (613) desdites deux fentes successives, lesdits deux grands côtés étant proches et successifs selon la direction de déplacement (X), est inférieure à deux. 5. Obturateur selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre une plaque croisée (62) située optiquement au droit de la plaque d'obturation (61), la plaque croisée (62) comportant au moins une alternance d'une partie opaque (622) au faisceau lumineux (10) et d'une fente (620) apte à le laisser passer. 6. Obturateur selon la revendication précédente, dans lequel la fente de la plaque croisée (62) a une forme oblongue et un axe longitudinal (621). 7. Obturateur selon la revendication précédente, dans lequel la plaque 5 croisée (62) comporte une pluralité d'alternances. 8. Obturateur selon la revendication précédente lorsqu'elle dépend de la revendication 3, dans lequel les axes longitudinaux respectifs (611, 621) des fentes des deux plaques (61, 62) sont perpendiculaires les uns par rapport aux autres. 9. Obturateur selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel chaque fente (620) de la plaque croisée (62) a une forme sensiblement rectangulaire, chaque rectangle étant compris entre des grands côtés (623) et des petits côtés (624), les axes longitudinaux (622) des fentes étant parallèles entre eux. 10. Obturateur selon l'une des revendications 5 à 9, dans lequel la plaque croisée (62) est immobile par rapport au faisceau dans un plan (X, Y) 20 sensiblement parallèle à ladite plaque croisée (62). 11. Illuminateur d'un dispositif de photolithographie, comportant une source (1') d'un faisceau lumineux pour l'illumination d'un masque (8) et au moins un réseau (4) de microlentilles, caractérisé en ce qu'il comporte un obturateur selon l'une des revendications précédentes. 12. Illuminateur selon la revendication précédente, dans lequel la plaque d'obturation (61) est située dans une zone (11) en amont ou en aval d'un plan (111) de focalisation du faisceau (10) par le réseau (4). 13. Illuminateur selon la revendication précédente, dans lequel la plaque croisée (62) est située à proximité dudit réseau, au droit de la plaque d'obturation. 14. Illuminateur selon l'une des trois revendications précédentes, dans lequel, lorsque l'illuminateur comporte un obturateur selon l'une des revendications 9 à 10, le rapport des petits côtés (614, 624) des rectangles formant les fentes (610, 620) des deux plaques (61, 62) est égal à un rapport des dimensions d'une microlentille du réseau (4).