FR2519156A1

FR2519156A1 - Image transfer for photolithographic mfr. of integrated circuits - uses constant duration pulse type laser and cumulative measurement of radiant energy transport and comparator to control laser output

Info

Publication number: FR2519156A1
Application number: FR8124300A
Authority: FR
Inventors: Georges Dubroeucq; Michel Lacombat; Dorian Zahorski
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1981-12-28
Filing date: 1981-12-28
Publication date: 1983-07-01
Also published as: FR2519156B1

Abstract

The radiating energy source is used to transfer composite patterns, so that the image of a non diffusing object whose transparency is not uniform is reproduced with a predetermined enlargement on a substrate covered with a material sensitive to the emitted radiations. The source is a pulsed laser which emits pulses whose duration is constant. The energy emitted by the laser is controlled and verified by a system which takes cumulative measurements of the amounts of energy transported by the pulses and which compares these amounts with the reference value. The rate of lithographic transfers is much increased whilst maintaining or improving the resolution. The laser is of the krypton-fluorine type with an emission band centred at 248 nm.

Description

DISPOSITIF OPTIQUE A SOURCE D'ENERGIE RADIANTE
POUR LE TRANSFERT DE MOTIFS SUR UN SUBSTRAT
ET PROCEDE DE MISE EN OEUVRE
L'invention se rapporte aux dispositifs optiques destinés au transfert de motifs sur un surface photosensible, comprenant une source d'énergie radiante en vue de l'insolation de la surface photosensible via un objet dont la transparence non uniforme caractérise le motif à reporter.OPTICAL DEVICE WITH RADIANT ENERGY SOURCE
FOR TRANSFERRING PATTERNS ON A SUBSTRATE
AND METHOD OF IMPLEMENTING
The invention relates to optical devices for the transfer of patterns on a photosensitive surface, comprising a source of radiant energy for the insolation of the photosensitive surface via an object whose non-uniform transparency characterizes the pattern to be transferred.

L'invention concerne également le procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif. The invention also relates to the method of implementing such a device.

L'invention s'applique notamment à la fabrication des composants semiconducteurs par photorépétition directe sur un support d'une ou plusieurs images de faibles dimensions, à partir de motifs réalisés à une échelle beaucoup plus grande. Pour que la technique de photorépétition directe soit rentable, il est nécessaire de parvenir à des temps d'exposition très brefs. The invention is particularly applicable to the manufacture of semiconductor components by direct photorepetition on a support of one or more images of small dimensions, from patterns made on a much larger scale. For the direct photorepetration technique to be cost effective, it is necessary to achieve very short exposure times.

Les techniques photolithographiques pour la fabrication des circuits integrés ou autres composants semiconducteurs utilisent actuellement des sources d'énergie radiante dans le spectre visible et proche ultra-violet (longueur d'onde ~ 365 nm). Ces techniques font généralement appel à trois types de dispositifs qui diffèrent par la manière dont sont transférés les motifs à reproduire. Photolithographic techniques for the fabrication of integrated circuits or other semiconductor components currently use sources of radiant energy in the visible and near ultraviolet spectrum (wavelength ~ 365 nm). These techniques generally involve three types of devices that differ in the manner in which the patterns to be reproduced are transferred.

Le premier mode de transfert est du type "contact" ou "proximité", les motifs à transférer étant, soit mis en contact avec ie substrat à exposer, soit placés à proximité immédiate (de l'ordre de 20pm ) du substrat et c'est alors l'ombre projetée qui est transférée. Cette dernière méthode permet d'éviter une dégradation rapide du masque au prix d'une perte importante en résolution. The first mode of transfer is of the "contact" or "proximity" type, the patterns to be transferred being either brought into contact with the substrate to be exposed or placed in close proximity (of the order of 20 μm) of the substrate and is then the projected shadow that is transferred. The latter method avoids rapid degradation of the mask at the cost of a significant loss in resolution.

Le deuxième mode de transfert utilise une optique de projection 1:1 catadioptrique. La zone stigmatique fait I à 2 mm de large sur toute la longueur de la tranche. L'exposition de la tranche s'effectue en effectuant une translation simultanée du masque et de la tranche sous l'optique par balayage ou "scanning" selon l'expression anglo-saxonne la plus souvent utilisée. The second transfer mode uses catadioptric 1: 1 projection optics. The stigmatic area is 1 to 2 mm wide over the entire length of the slice. The exposure of the wafer is carried out by performing a simultaneous translation of the mask and the wafer under the optical scanning or "scanning" according to the English expression most often used.

Ces deux types de dispositifs utilisent généralement comme source d'énergie radiante des lampes à vapeur de mercure avec notamment une sélection par filtrage de trois raies intenses de longueur d'onde 365, 405
et 436 nm. Les systèmes optiques étant inexistants dans le premier cas et.These two types of devices generally use, as a source of radiant energy, mercury vapor lamps with, in particular, a screening selection of three intense lines of wavelength 365, 405
and 436 nm. Optical systems being nonexistent in the first case and.

quasiment achromatique sur une large bande spectrale (supérieure à 100 nm) dans le second cas, le spectre le plus large possible de la lampe est utilisé, au prix d'une réduction de la résolution par rapport à la résolution optimale.Nearly achromatic over a broad spectral band (greater than 100 nm) in the second case, the widest possible spectrum of the lamp is used, at the cost of a reduction of the resolution compared to the optimal resolution.

Le troisième mode de transfert fait appel à une optique dioptrique possédant en général un certain rapport de réduction (4 à 20). Dans ce cas le transfert se fait en projetant l'image des motifs inscrits sur un masque ou réticule à l'échelle correspondante. The third mode of transfer uses dioptric optics generally having a certain reduction ratio (4 to 20). In this case the transfer is done by projecting the image of the patterns inscribed on a mask or reticle at the corresponding scale.

Ces dispositif s appelés photorépéteurs sur tranches, utilisent des sources d'énergie radiante de longeurs d'ondes généralement à la limite du visible et de l'ultra-violet ( =405 nm ou À = 436 nm) correspondant à deux raies très énergétiques des lampes à vapeur de mercure hautes pressions sélectionnées par filtrage. L'exposition se fait par arrêt sur l'image, c'est-àdire que la tranche ou substrat est d'abord positionnée avec une grande précision ( < 0, 2ut) sous l'objectif de manière à faire correspondre la position de l'image du réticule qui sera projetée avec le ou les premiers niveaux d'intégration déjà inscrits sur le substrat.Dans une seconde phase, on éclaire le réticule, et l'énergie nécessaire à l'insolation de la photorésine est alors déterminé par une cellule et un intégrateur qui commandent la fermeture de l'obturateur. Les sources des illuminateurs de ces photorépéteurs sur tranches peuvent être de deux types:
- soit une lampe spectrale à vapeur de mercure haute pression dont on isole la raie pour laquelle l'optique est corrigée par l'intermédiaire de filtres interférentiels.These devices, called wafer photorépéteurs, use sources of radiant energy of wavelengths generally at the limit of the visible and ultraviolet (= 405 nm or λ = 436 nm) corresponding to two very energetic lines of high pressure mercury vapor lamps selected by filtering. The exposure is done by stopping on the image, that is to say that the slice or substrate is first positioned with great precision (<0, 2ut) under the lens so as to match the position of the image. image of the reticle which will be projected with the first integration level or levels already inscribed on the substrate. In a second phase, the reticle is illuminated, and the energy necessary for the insolation of the photoresist is then determined by a cell. and an integrator that controls the closing of the shutter. The sources of the illuminators of these photorépéteurs slices can be of two types:
or a high-pressure mercury vapor spectral lamp, the line for which the optics is corrected by means of interference filters is isolated.

- soit une source cohérente continue tel le laser krypton de puissance maximale P max > 2 watts et de longueur d'onde À = 413 nm. or a continuous coherent source such as the krypton laser of maximum power P max> 2 watts and wavelength λ = 413 nm.

Les temps d'exposition sont typiquement de 300 ms à 1 seconde dans le cas de la lampe spectrale et de 100 ms dans le cas du laser krypton. Ils nécessitent pratiquement un arrêt de la tranche de semiconducteur pendant l'exposition, la vitesse de la table devant être inférieure à 1 u m/s dans le meilleur des cas. The exposure times are typically 300 ms to 1 second in the case of the spectral lamp and 100 ms in the case of the krypton laser. They practically require a shutdown of the semiconductor wafer during exposure, the speed of the table must be less than 1 u m / s in the best case.

L'invention se fixe pour but, pour pallier les inconvénients de l'art connu, un dispositif optique à source cohérente d'énergie radiante permettant une augmentation importante de la cadence de transfert lithographique tout en conservant ou en améliorant la résolution atteinte dans l'art connu, ce dispositif étant en outre souple d'emploi et susceptible d'être exécuté selon de nombreuses variantes pour couvrir les besoins qui se font sentir dans le domaine de la microlithographie. The object of the invention is to provide, in order to overcome the drawbacks of the known art, an optical device with a coherent source of radiant energy enabling a significant increase in the lithographic transfer rate while preserving or improving the resolution attained in FIG. Known art, this device is also flexible and can be executed in many variants to cover the needs that are felt in the field of microlithography.

L'invention a donc pour objet dispositif optique à source d'énergie radiante pour le transfert de motifs composites permettant de reproduire avec un grandissement prédéterminé l'image d'un objet non diffusant à transparence non uniforme sur un substrat recouvert d'un matériau sensible aux radiations émises ; dispositif principalement caractérisé en ce que ladite source est un laser pulsé émettant des impulsions de durée constante et en ce qu'il comprend des moyens de commande et de contrôle de l'énergie émise par ledit laser, ces moyens comportant un organe de mesure cumulative de la quantité d'énergie transportée par lesdites impulsions et de comparaison avec une valeur de consigne. The invention therefore relates to an optical device with a radiant energy source for transferring composite patterns making it possible to reproduce, with a predetermined magnification, the image of a non-diffusing object with non-uniform transparency on a substrate covered with a sensitive material the emitted radiation; device mainly characterized in that said source is a pulsed laser emitting pulses of constant duration and in that it comprises means for controlling and controlling the energy emitted by said laser, these means comprising a cumulative measuring device of the amount of energy carried by said pulses and comparison with a set value.

L'invention a encore pour objet un procédé de mise en oeuvre de ce dispositif. The invention also relates to a method of implementing this device.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au moyen de la description ci-après et des figures annexées parmi lesquelles:
- la figure 1 illustre l'organisation d'un dispositif optique de transfert de motifs sur un substrat.The invention will be better understood and other features and advantages will become apparent by means of the description below and the appended figures among which:
- Figure 1 illustrates the organization of an optical pattern transfer device on a substrate.

- la figure 2 est un photorépéteur de l'art connu. FIG. 2 is a photorepettor of the known art.

- les figures 3 et 4 représentent de façon détaillée des éléments entrant dans la réalisation d'un dispositif selon l'invention. - Figures 3 and 4 show in detail elements involved in the production of a device according to the invention.

- la figure 5 est un exemple de réalisation du dispositif de l'invention selon une première variante de réalisation. FIG. 5 is an exemplary embodiment of the device of the invention according to a first variant embodiment.

- la figure 6 illustre le procédé de mise en oeuvre du dispositif de la figure 5. FIG. 6 illustrates the method of implementing the device of FIG. 5.

- la figure 7 illustre un exemple de réalisation du dispositif de l'invention selon une deuxième variante de réalisation. FIG. 7 illustrates an exemplary embodiment of the device of the invention according to a second variant embodiment.

- les figures 8 à 12 illustrent une variante supplémentaire de procédé selon l'invention. - Figures 8 to 12 illustrate an additional variant of the method according to the invention.

Avant de décrire de façon détaillée le dispositif de l'invention dans ses variantes principales de réalisation, il est utile de rappeler la structure générale d'un dispositif optique de transfert de motifs sur un substrat photosensible et des éléments principaux le composant. Cette structure générale est commune à l'art connu et au dispositif de l'invention. Before describing in detail the device of the invention in its main variants, it is useful to recall the general structure of an optical pattern transfer device on a photosensitive substrate and the main elements component. This general structure is common to the known art and the device of the invention.

La figure 1 représente l'organigramme d'un tel dispositif. Figure 1 shows the flowchart of such a device.

Il comprend:
- une source d'énergie radiante 1
- des moyens 2 de contrôle et de commande de l'énergie d'exposition
- des moyens 3 d'extension de la dimension de la source
- des moyens 4 permettant de rendre uniforme l'éclairement en tous points de l'objet
- des moyens 5 de mise en forme du faisceau.He understands:
- a source of radiant energy 1
means 2 for controlling and controlling the exposure energy
means 3 for extending the dimension of the source
means 4 making it possible to render the illumination uniform at all points of the object
means 5 for shaping the beam.

L'ordre des quatre derniers éléments n'est pas imposé et dépend de la mise en oeuvre particulière de chaque application. Certains éléments peuvent même être imbriqués ou confondus en un seul. The order of the last four elements is not imposed and depends on the particular implementation of each application. Some elements can even be nested or merged into one.

- un objet 6 portant le dessin à transférer ou réticule
- des moyens éventuels 61 de déplacement de l'objet dans son plan
- une optique de transfet 7 éventuelle
- un substrat 8 semiconducteur recouvert de photorésine 80 sensible à la radiation de la source
- des moyens éventuels 81 de déplacement du substrat.an object 6 bearing the drawing to be transferred or reticle
possible means 61 for moving the object in its plane
- a possible transfet lens 7
a semiconductor substrate 8 coated with photoresist 80 sensitive to the radiation of the source
possible means 81 for moving the substrate.

L'invention est plus particulièrement concernée par les deux premiers éléments qui seront décrits de façon détaillée dans ce qui suit. Il est cependant utile de préciser quelques points de détails concernant les autres éléments constitutifs du dispositif illustré par la figure 1. The invention is more particularly concerned with the first two elements which will be described in detail in the following. It is however useful to specify some points of detail concerning the other constituent elements of the device illustrated in FIG.

Les moyens d'extension de la dimension de la source ont pour rôle de simuler les effets d'un éclairement partiellement cohérent de l'objet, et éventuellement de contrecarrer l'apparition d'interférences parasites dues à la cohérence temporelle de la source, selon le type de source de rayon nement laser utilisé. The means for extending the dimension of the source have the role of simulating the effects of a partially coherent illumination of the object, and possibly of counteracting the appearance of parasitic interference due to the temporal coherence of the source, according to the type of laser beam source used.

Les moyens d'uniformisation de l'éclairement de l'objet ont pour rôle d'assurer un éclairement moyen le plus homogène possible de l'objet au cours de l'exposition (uniformité de l'ordre de 3 %) de manière à obtenir au niveau du substrat semiconducteur un transfert le plus uniforme possible du dessin dans la résine. The means of standardization of the illumination of the object have the role of ensuring an average illumination as homogeneous as possible of the object during the exposure (uniformity of the order of 3%) so as to obtain at the level of the semiconductor substrate a transfer as uniform as possible of the pattern in the resin.

La mise en forme du faisceau consiste à adapter la forme du faisceau laser et sa divergence naturelle, aux dimensions de l'objet à éclairer, et aux caractéristiques de l'optique de transfert dans laquelle doivent converger les rayons lumineux venant de l'objet. The shaping of the beam consists in adapting the shape of the laser beam and its natural divergence, to the dimensions of the object to be illuminated, and to the characteristics of the transfer optics in which the light rays coming from the object must converge.

L'objet ou réticule est un support non diffusant, à transparence non uniforme; en général une plaque de verre ou de quartz de bonne planéité; recouvert d'une couche fine de matière opaque au rayonnement de la source; ce matériau est typiquement du chrome, de l'oxyde de fer ou de l'oxyde de chrome. The object or reticle is a non-diffusing support, with non-uniform transparency; usually a plate of glass or quartz of good flatness; covered with a thin layer of material opaque to the radiation of the source; this material is typically chromium, iron oxide or chromium oxide.

L'optique de transfert peut être catadioptique, dioptrique, ou inexistante dans le cas du transfert par contact ou proximité. Le rapport de réduction de l'objet peut être quelconque, en général compris entre 4 et 20. The transfer optics may be catadioptic, dioptric, or non-existent in the case of transfer by contact or proximity. The reduction ratio of the object can be arbitrary, generally between 4 and 20.

L'objet et le substrat sont immobiles l'un par rapport à l'autre pendant l'exposition dans le cas de transfert par contact ou proximité.The object and the substrate are motionless relative to each other during exposure in the case of transfer by contact or proximity.

La figure 2 illustre un exemple de réalisation concrète d'un photorépéteur de l'art connu et qui est d'un type substantiellement analogue au photorépéteur décrit dans le brevet français publié sous le numéro FR - B -2406 236. FIG. 2 illustrates an example of a practical embodiment of a photorepetitor of the prior art and which is of a type substantially similar to the photorépéteur described in the French patent published under the number FR-B -2406 236.

Les mêmes références que celles de la figure 1 ont été utilisées pour les éléments communs aux deux figures. Une source laser 1 délivre en continu un faisceau 10 à très faible divergence. Pour la commodité du montage, le faisceau est transmis par un ensemble de miroirs 100, 101, 102 vers le dispositif de contrôle de l'énergie d'exposition qui comprend un obturateur 20. Ce dispositif est suivi d'une lentille convergente 30 et d'un diffuseur 31 qui jouent le rôle de moyens 3 d'extension de la source et d'uniformisation de l'éclairement 4.Les moyens de mise en forme du faisceau sont constitués d'un condenseur de lumière 5. L'optique de transfert 7 est principalement constituée d'un objectif de grandissement approprié à l'échelle désirée, qui projette le faisceau traversant l'objet 6 sur la zone désirée 8 d'un substrat semiconducteur, par exemple du silicium, recouvert d'une couche de résine photosensible 81. The same references as those of Figure 1 were used for the elements common to both figures. A laser source 1 continuously delivers a beam 10 with a very small divergence. For convenience of assembly, the beam is transmitted by a set of mirrors 100, 101, 102 to the exposure energy control device which comprises a shutter 20. This device is followed by a convergent lens 30 and a diffuser 31 which act as means 3 for extending the source and for uniformizing the illumination 4.The means for shaping the beam consist of a light condenser 5. The transfer optics 7 consists mainly of a magnification objective appropriate to the desired scale, which projects the beam passing through the object 6 onto the desired zone 8 of a semiconductor substrate, for example silicon, covered with a layer of photoresist 81.

Le rôle de l'obturation est d'assurer l'éclairement de l'objet 6 avec une énergie déterminée. L'obturateur se ferme dès que l'énergie d'exposition a atteint la valeur pour laquelle la résine est impressionnée. Pour ce faire, on place sur le trajet du faisceau un photodétecteur 21 qui capte une fraction constante de l'intensité du faisceau illuminant l'objet 6. La sortie du photodétecteur est reliée à un intégrateur 22 qui délivre un signal électrique croissant avec la quantité d'énergie d'éclairement depuis l'ouverture de l'obturateur. Le signal électrique intégré est appliqué à un organe de commande 23 de l'obturateur 21. L'organe de commande comporte un comparateur à seuil auquel est appliqué le signal électrique intégré, ainsi que la valeur d'un seuil prédéterminé issue d'un sélecteur 24.Le dispositif de commande 23 provoque la fermeture de l'ouverture de robturateur lorsque le seuil de déclenchement est atteint. Le sélecteur 24 délivre en outre un signal de remise à zéro de l'intégrateur, entre deux poses successives. The role of the shutter is to ensure the illumination of the object 6 with a determined energy. The shutter closes as soon as the exposure energy has reached the value for which the resin is impressed. To do this, a photodetector 21 is placed on the path of the beam which captures a constant fraction of the intensity of the beam illuminating the object 6. The output of the photodetector is connected to an integrator 22 which delivers an increasing electrical signal with the quantity of illumination energy since the opening of the shutter. The integrated electrical signal is applied to a control member 23 of the shutter 21. The control member comprises a threshold comparator to which the integrated electrical signal is applied, as well as the value of a predetermined threshold derived from a selector 24. The control device 23 causes the closure of the shutter opening when the triggering threshold is reached. The selector 24 further delivers a resetting signal of the integrator, between two successive poses.

Le mode de commande permet d'obtenir avec précision des énergies d'exposition constantes puisqu'il tient compte des fluctuations éventuelles de l'intensité du faisceau 1 pour déterminer la durée de l'exposition. The control mode accurately obtains constant exposure energies since it takes into account possible fluctuations in beam intensity 1 to determine the duration of the exposure.

Le diffuseur 31 est chargé de remédier à un défaut qui apparaît avec une radiation cohérente sur les images projetées. L'expérience permet de constater des figures d'interférence parasites. Le phénomène est du à la cohérence temporelle de la source. The diffuser 31 is responsible for correcting a defect that appears with coherent radiation on the projected images. Experience shows parasitic interference patterns. The phenomenon is due to the temporal coherence of the source.

Les figures d'interférence sont gênantes pour la qualité des images obtenues sur le support. Pour y remédier, on crée artificiellement une modulation de phase dans le faisceau provoquant un déplacement des figures d'interférence autour d'une position moyenne, de façon à obtenir plusieurs déplacements pendant la durée d'exposition. L'intégration par la couche photosensible permet ainsi d'effacer les figures d'interférence sans nuire à la qualité des images car l'objectif n'a subi aucun déplacement. Le diffuseur 31 réalise cette modulation. Il s'agit d'un disque diffusant animé d'un mouvement de rotation rapide grâce à un moteur 32. La vitesse de rotation doit être suffisante pour l'effacement des figures d'interférence. The interference figures are troublesome for the quality of the images obtained on the medium. To remedy this, an artificial phase modulation is created artificially in the beam causing a displacement of the interference patterns around an average position, so as to obtain several displacements during the exposure time. The integration by the photosensitive layer thus makes it possible to erase the interference patterns without affecting the quality of the images because the lens has not undergone any movement. The diffuser 31 realizes this modulation. It is a diffusing disk animated by a rapid rotation movement thanks to a motor 32. The rotational speed must be sufficient for the erasure of the interference figures.

On peut également utiliser un diffuseur vibrant, ou un objet transparent quelconque vibrant ou tournant assez rapidement, une lame de verre ordinaire, lentille.... One can also use a vibrating diffuser, or any transparent object vibrating or rotating rather quickly, an ordinary glass slide, lens ....

Lorsqu'on utilise un élément diffusant, il joue en même temps le rôle d'élargisseur de lumière qui coopère avec la lentille 30 et le condensateur 5, une lentille convergente par exemple, pour délivrer le faisceau élargi, qui éclaire l'objet 6. When a diffusing element is used, it plays at the same time the role of light expander which cooperates with the lens 30 and the capacitor 5, a convergent lens for example, to deliver the widened beam, which illuminates the object 6.

Lorsqu'on utilise un élément non diffusant, l'élargissement du faisceau est assuré par les deux lentilles 30 et 5. When a non-diffusing element is used, the broadening of the beam is ensured by the two lenses 30 and 5.

L'objet 6 ou réticule est supporté par un plateau 600 ou porte-réticule pouvant être déplacé dans un plan selon deux axes de références XY orthogonaux entre eux à l'aide de moteurs d'entraînement 601 et 602. Il en est de même du substrat qui est solidaire d'une table XY de translation 810 entraînée par deux moteurs 811 et 812. The object 6 or reticle is supported by a plate 600 or reticle holder that can be moved in a plane along two axes XY orthogonal reference to each other by means of drive motors 601 and 602. It is the same for substrate which is secured to an XY translation table 810 driven by two motors 811 and 812.

Le dispositif qui vient d'être décrit est naturellement plus complexe et comporte notamment des moyens de repérage de la position de la table Xi: 810 dans l'espace et des moyens pour réaliser l'alignement du réticule 6 par rapport au substrat 8. Ces moyens sont bien connus de l'homme de métier et sortent du cadre de l'invention. The device which has just been described is naturally more complex and comprises in particular means for locating the position of the table X1: 810 in space and means for realizing the alignment of the reticle 6 with respect to the substrate 8. means are well known to those skilled in the art and are outside the scope of the invention.

Ce dispositif est du type mettant en oeuvre une technique de transfert selon le troisième mode précédemment rappelé. This device is of the type implementing a transfer technique according to the third mode previously recalled.

Bien que permettant une cadence de répétition plus grande que celle des dispositifs antérieurement connus, permise notamment par l'utilisation de sources cohérentes du type laser, cette cadence peut être jugée insuffisante pour certaines applications. Although allowing a repetition rate greater than that of the previously known devices, permitted in particular by the use of coherent sources of the laser type, this rate may be considered insufficient for certain applications.

L'invention se propose, parmi d'autres avantages, de répondre à ce besoin et un exemple de réalisation de dispositif conforme à l'invention va maintenant être décrit. The invention proposes, among other advantages, to meet this need and an exemplary embodiment of the device according to the invention will now be described.

Le dispositif de l'invention conserve en grande partie la structure qui vient d'être décrite, notamment sous sa forme la plus générale en relation avec l'organigramme de la figure 1. Les mesures adoptées dans le cadre de l'invention concernent plus particulièrement la source d'énergie radiante et les moyens de contrôle de commandes de l'énergie d'exposition. The device of the invention largely retains the structure which has just been described, in particular in its most general form in relation to the flowchart of FIG. 1. The measures adopted within the scope of the invention relate more particularly to the radiant energy source and the control means for controlling the exposure energy.

Selon une des caractéristiques principales de l'invention, il est utilisé comme source d'énergie radiante un laser pulsé. According to one of the main features of the invention, a pulsed laser is used as a source of radiant energy.

Ce type de laser présente plusieurs caractéristiques: l'émission est très énergétique et de très courte durée, un fonctionnement en impulsion unique très énergétique ou en impulsions répétées moins énergétiques peut être sélectionné selon l'application envisagée et certains types émettent dans l'ultrat-violet, proche ou lointain. En ce qui concerne ce dernier point les avantages d'un fonctionnement dans cette gamme de longueurs d'ondes seront détaillés ultérieurement. This type of laser has several characteristics: the emission is very energetic and of very short duration, a single energy-intensive pulse operation or in less energetic repeated pulses can be selected according to the application envisaged and certain types emit in the ultrat- violet, near or far. With regard to this last point, the advantages of operating in this range of wavelengths will be detailed later.

Les sources laser pulsées peuvent être de deux types:
- soit des sources lasers continues rendues pulsées par divers dispositifs
- soit des sources lasers pulsées intrinséquement par le fait de l'excitation elle-même: par exemple, les lasers eximères ou exciplexes utilisant un mélange de gaz rare et d'halogène comme milieu actif.The pulsed laser sources can be of two types:
- or continuous laser sources made pulsed by various devices
or pulsed laser sources intrinsically by virtue of the excitation itself: for example, eximeric or exciplex lasers using a mixture of rare gas and halogen as active medium.

En ce qui concerne le premier type de sources lasers, deux méthodes entre autres (dites " Q-Switch" et "Mode locking" selon la terminologie anglo saxonne), permettent de passer d'une émission continue d'un faisceau laser à une émission pulsée, avec les propriétés suivantes: - la puissance moyenne PPm est sensiblement la même que celle du rayonnement continu - les puissances crètes P sont très élevées et obéissent à la relation:
c (PC/Pm),(tR/tp) dans laquelle tp est la durée d'une impulsion et tRl'intervalle entre deux impulsions successives.Regarding the first type of laser sources, two methods among others (so-called "Q-Switch" and "Mode locking" in the English terminology), allow to switch from a continuous emission of a laser beam to a broadcast pulsed, with the following properties: - the average power PPm is substantially the same as that of the continuous radiation - the peak powers P are very high and obey the relation:
c (PC / Pm), (tR / tp) where tp is the duration of one pulse and tRl the interval between two successive pulses.

Dans le cas mode dit " O -Switch", on interdit l'effet laser pendant un certain temps, ce qui détermine la fréquence de "tir" F = l/tR, en empêchant la réflexion sur un des miroirs dont est munie la cavité, de sorte qu'au moment du "tir", l'inversion de population des niveaux d'énergie est maximale. Divers procédés sont connus parmi lesquels:
- utilisation de miroirs tournants
- utilisation d'une cellule électrooptique
- introduction d'un absorbant saturable
Dans le cas dit de "mode locking" ou modes-bloqués, on sélectionne un nombre prédéterminé de modes que l'on amplifie et on impose des pertes aux modes non sélectionnés grâce à un modulateur de perte qui peut être par exemple un cristal acousto-optique placé à l'intérieur de la cavité laser.In the so-called "O -Switch" mode, the laser effect is forbidden for a certain time, which determines the "firing" frequency F = 1 / tR, by preventing reflection on one of the mirrors provided with the cavity , so that at the moment of "shooting", the population inversion of the energy levels is maximum. Various methods are known among which:
- use of rotating mirrors
- use of an electro-optical cell
- introduction of a saturable absorber
In the so-called "locking mode" or "locked-mode" case, a predetermined number of modes are selected which are amplified and losses are imposed on the non-selected modes by means of a loss modulator which may be, for example, an acoustic crystal. optical placed inside the laser cavity.

Le second type de source comprend les sources lasers pulsées de façon intrinsèque. L'effet laser a lieu dans un milieu où l'inversion de population entre un niveau excité et niveau inférieur ne peut être maintenue constant. The second type of source includes intrinsically pulsed laser sources. The laser effect takes place in a medium where the inversion of population between an excited level and lower level can not be kept constant.

Le phénomène se passe alors en deux temps:
- création de l'inversion de population
- effet laser.The phenomenon then happens in two stages:
- creation of the population inversion
- laser effect.

La fréquence maximale de "tir" est imposée dans ce cas, par le temps de restauration de l'inversion de population entre deux impulsions. The maximum frequency of "firing" is imposed in this case by the restoration time of the population inversion between two pulses.

Ces deux derniers types de laser sont utilisés dans une variante préférée de l'invention, car ils permettent en outre un fonctionnement direct dans les gammes d'onde allant du proche ultra-violet à l'ultra-violet lointain, ce avec la forte énergie émise précitée. These last two types of lasers are used in a preferred variant of the invention, since they also allow direct operation in the range of waves from near ultraviolet to far ultraviolet, with high energy. issued above.

Les lasers exciplexes sont tout particulièrement intéressants car leur puissance moyenne peut dépasser 20 watts. Par ailleurs, la cohérence temporelle de ces lasers est beaucoup plus faible que celle des sources lasers de types plus classiques et l'on peut donc en attendre une réduction importante de l'effet parasite connu sous le nom anglo-saxon de "Speckle", effet parasite qui a nécessité la mise en oeuvre du diffuseur 31 dans le dispositif décrit en relation avec la figure 2. Exciplex lasers are particularly interesting because their average power can exceed 20 watts. Furthermore, the temporal coherence of these lasers is much lower than that of laser sources of more conventional types and can therefore be expected to significantly reduce the spurious effect known as the Anglo-Saxon "Speckle", parasitic effect that required the implementation of the diffuser 31 in the device described in connection with Figure 2.

L'utilisation de longueurs d'ondes plus courtes permet à résolution égale, d'améliorer sensiblement la profondeur de champ, en duplication par contact en réduisant la diffraction et en projection en réduisant l'ouverture numérique des optiques. The use of shorter wavelengths allows for equal resolution, substantially improved depth of field, contact duplication by reducing diffraction and projection by reducing the numerical aperture of optics.

La méthode par contact ou proximité est basée sur le principe de l'ombre portée. Le masque éclairé projette son ombre sur la résine déposée sur le substrat. En fait pour des traits de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde de la source lumineuse utilisée, la diffraction lumineuse déforme l'image projetée. The method by contact or proximity is based on the principle of the shadow. The illuminated mask casts its shadow on the resin deposited on the substrate. In fact for lines of the order of magnitude of the wavelength of the light source used, the light diffraction deforms the projected image.

La résolution L et la profondeur de champ 6 sont reliées par la relation de Fresnel:
L2/ > 0.5 A , dans laquelle X est la longueur d'onde émise par la source. The resolution L and the depth of field 6 are connected by the Fresnel relation:
L2 /> 0.5 A, where X is the wavelength emitted by the source.

Cette relation détermine la limite de résolution pour une uniformité d'éclairement de + % et une tolérance de largeur de trait A LIT de + 30 %.This relationship determines the resolution limit for +% illumination uniformity and the LIT line width tolerance of + 30%.

A profondeur de champ constante, la résolution est donc proportionnelle à # 112 Par contre la profondeur de champ est inversement proportionnelle à X à résolution constante.At constant depth of field, the resolution is proportional to # 112 However, the depth of field is inversely proportional to X at constant resolution.

En photolithographie par projection, la résolution utile et la profondeur de champ s'expriment par les relations suivantes:
L > (1,6#/2.ON)suivantes: |# | < (# /oN) dans lesquelles ON est l'ouverture numérique de l'objectif utilisé pour la projection. A ouverture numérique constante, la résolution est proportion ne île à la longueur d'onde X et l'effet sur la résolution est plus grand. Par contre dans ce cas, la profondeur de champ diminue proportionnellement àx. In projection photolithography, useful resolution and depth of field are expressed by the following relationships:
L> (1.6 # / 2.ON) following: | # | <(# / oN) where ON is the numerical aperture of the lens used for projection. At constant numerical aperture, the resolution is island proportion to the wavelength X and the effect on the resolution is larger. However, in this case, the depth of field decreases proportionally to x.

Réduire la longueur d'onde pour augmenter la résolution est à priori plus avantageux qu'augmenter l'ouverture numérique des objectifs de projection du point de vue de la profondeur de champ puisque celle-ci décroit comme X et comme l'inverse du carré de l'ouverture numérique. To reduce the wavelength to increase the resolution is a priori more advantageous than to increase the numerical aperture of the projection objectives from the point of view of the depth of field since it decreases like X and as the inverse of the square of numerical aperture.

Par contre, en diminuant simultanément la longueur d'onde et Pouver ture numérique, on maintient la résolution, tout en améliorant sensiblement la profondeur de champ. On the other hand, by simultaneously decreasing the wavelength and the digital coverage, the resolution is maintained, while substantially improving the depth of field.

Les deux paramètres résolution: L et profondeur de champ: 6 sont liés par la relation:
(L / 6 ) > 0,64 X un compromis est donc choisi entre ces deux paramètres.The two resolution parameters: L and depth of field: 6 are linked by the relation:
(L / 6)> 0.64 X a compromise is therefore chosen between these two parameters.

Dans les applications actuelles, une tranche ou substrat est divisée typiquement en zones élémentaires de 50 à 100 mm2. Une tranche de diamètre standard 100 mm comprend 60 à 100 zones élémentaires sur lesquelles sont projetées les images à reproduire de façon répétée. Dans ces conditions, pour des champs images maximum (10x10), les lois de la diffraction optique limite la résolution utile à 1 m pour une longeur d'onde # \= 436 nm et à 0,8 llm pour = 250 nm, pour une profondeur de champ limite de 4 p m. In current applications, a wafer or substrate is typically divided into elementary zones of 50 to 100 mm 2. A standard diameter wafer 100 mm comprises 60 to 100 elementary zones on which are projected the images to reproduce repeatedly. Under these conditions, for maximum image fields (10x10), the laws of optical diffraction limit the useful resolution to 1 m for a wavelength # \ = 436 nm and to 0.8 llm for = 250 nm, for a depth of field limit of 4 p m.

Pour fixer les idées des exemples de lasers pouvant être utilisés dans le cadre de l'invention sont les suivants, ce sans que cette énumération soit limitative
- laser exciplexe krypton - fluor (kif)
. longueur d'onde émise centrée. sur : A = 248 nm
. énergie par impulsion: 250 m J
. durée d'une impulsion: 16 n S
. puissance de crête: 1S MW
.fréquence de répétition : typiquement dans la gamme 0,1 à 100 Hz
- laser exciplexe Argon - fluore (Ar F)
. longueur d'onde émise centrée sur : = 193 nm
. énergie par impulsions: 200 mJ
. durée d'une impulsion: 14 nS
. puissance de crête: 10 MW
. fréquence de répétition: typiquement dans la gamme 0,1 à 60 Hz
Une deuxième caractéristique importante du dispositif selon l'invention concerne l'organisation des moyens de contrôle et de commande de l'énergie d'exposition. Ces moyens permettent un fonctionnement du dispositif selon deux modes principaux d'exposition d'une zone déterminée du substrat: l'exposition par impulsions multiples et l'exposition par une impulsion unique.To fix the ideas of the examples of lasers that can be used in the context of the invention are the following, without this enumeration being exhaustive
- exciplex laser krypton - fluorine (kif)
. emitted wavelength centered. on: A = 248 nm
. energy per pulse: 250 m J
. duration of a pulse: 16 n S
. peak power: 1S MW
repetition frequency: typically in the range 0.1 to 100 Hz
Argon exciplex laser - fluorine (Ar F)
. emitted wavelength centered on: = 193 nm
. pulse energy: 200 mJ
. duration of an impulse: 14 nS
. peak power: 10 MW
. repetition rate: typically in the range 0.1 to 60 Hz
A second important feature of the device according to the invention relates to the organization of the control means and control of the exposure energy. These means allow operation of the device according to two main modes of exposure of a given area of the substrate: the multiple pulse exposure and the exposure by a single pulse.

Le premier mode consiste à émettre un grand nombre d'impulsions de rayonnement laser, par exemple une centaine, tel que la somme des énergies émises corresponde à l'énergie d'exposition souhaitée. The first mode is to emit a large number of pulses of laser radiation, for example a hundred, such that the sum of the emitted energy corresponds to the desired exposure energy.

Le second mode consiste à émettre une seule impulsion d'énergie suffisante, dest-à-dire égale ou supérieure à l'énergie nécessaire pour exposer la résine photosensible. The second mode is to emit a single pulse of sufficient energy, ie equal to or greater than the energy required to expose the photoresist.

La figure 3 illustre l'organisation des moyens de contrôle et de commande de l'énergie d'exposition. Le faisceau 10 émis par la source laser pulsée est intercepté par un séparateur de faisceau qui en extrait une partie constante et la renvoie vers des moyens de détection électronique d'intensité optique. Dans l'exemple de réalisation spécifique illustré par la figure 3, ces moyens sont constitués respectivement par une lame faiblement réfléchissante M1 à la longueur d'onde émise et une photo-diode D sensible à cette même longueur d'onde.La tension développée en sortie de cette photodiode est transmise à une première entrée d'un circuit de traitement de ce signal 201. Celuibei reçoitsur une seconde entrée e2 une valeur deconsigne issue d'un sélecteur 203. Le circuit de traitement de signal 201 élabore sur un premier signal de commande sur une première sortie S1 destinée à piloter les circuits électroniques de commandes associés à la source laser pulsée 1. Figure 3 illustrates the organization of the control means and control of the exposure energy. The beam 10 emitted by the pulsed laser source is intercepted by a beam splitter which extracts a constant part thereof and sends it back to optical intensity electronic detection means. In the specific exemplary embodiment illustrated in FIG. 3, these means consist respectively of a weakly reflecting plate M1 at the emitted wavelength and a photodiode D sensitive to this same wavelength. output of this photodiode is transmitted to a first input of a processing circuit of this signal 201. Celuibei receives a second input e2 a deconsigne value from a selector 203. The signal processing circuit 201 develops on a first signal of control on a first output S1 for controlling the electronic control circuits associated with the pulsed laser source 1.

Ces circuits comprennent essentiellement des moyens d'alimentation en énergie de la source laser. Ces moyens d'alimentation comprennent habituellement un élément d'accumulation de l'énergie électrique nécessaire pour la production d'une impulsion d'énergie radiante qui peut être un condensateur et un commutateur électroniques commandant la transmission effective de l'énergie à la source laser. Ce dernier peut être constitué par un thyration, un thyristor ou tout composant électronique équivalent dont l'amorçage est commandé par le signal issu des circuits 201.These circuits essentially comprise means for supplying power to the laser source. These supply means usually comprise an electrical energy accumulation element necessary for the production of a radiant energy pulse which may be an electronic capacitor and switch controlling the effective transmission of energy to the laser source. . The latter may be constituted by a thyristor, a thyristor or any equivalent electronic component whose initiation is controlled by the signal from the circuits 201.

Dans le mode d'exposition à impulsions multiples, les circuits 201 comprennent un intégrateur d'impulsions et un comparateur comparant la valeur cumulée des impulsions, qui est représentative de l'énergie radiante et reçue par le substrat à isoler, et la valeur de consigne transmise par les circuits sélecteurs 203. Ces circuits peuvent être réalisés selon variantes, analogiques ou numériques, accessibles à l'homme de métier. Pour fixer les idées, dans un exemple de réalisation simplifiée, on peut se contenter de compter les impulsions dans un compteur binaire ou sorties multiples jouant le rôle d'intégrateur dont le mot binaire sur ces sorties multiples est comparé après chaque impulsion émise par la source laser à un mot binaire de consigne transmis par le sélecteur 203.Celui-ci, dans cette variante, peut être constitué d'un clavier d'entrée de données manipulé par un opérateur. In the multi-pulse exposure mode, the circuits 201 comprise a pulse integrator and a comparator comparing the cumulative value of the pulses, which is representative of the radiant energy and received by the substrate to be isolated, and the setpoint transmitted by the selector circuits 203. These circuits can be made according to variants, analog or digital, accessible to those skilled in the art. For the sake of clarity, in a simplified exemplary embodiment, it is sufficient to count the pulses in a binary counter or multiple outputs acting as integrator whose binary word on these multiple outputs is compared after each pulse emitted by the source. laser to a set bitword transmitted by the selector 203.The latter, in this variant, may consist of a data entry keyboard manipulated by an operator.

Les circuits 201 transmettent aux circuits électroniques de commande 202, de la source laser pulsée 1 un signal d'autorisation après chaque comparaison tant que la valeur de l'énergie radiante produite da pas atteint la valeur de consigne. The circuits 201 transmit to the electronic control circuits 202 of the pulsed laser source 1 an authorization signal after each comparison as long as the value of the radiant energy produced has not reached the desired value.

Dans le mode d'exposition par une impulsion unique, les circuits 201 ont pour but de vérifier l'évolution dans le temps de l'énergie émise et de la comparer éventuellement à la valeur de consigne. Dans ce mode, le faisceau transmis 10 par le miroir semi-transparent M1, après réflexion éventuelle sur un ou plusieurs miroirs tels que le miroir M2, placés sur le faisceau, est transmi suivant toute direction de propagation convenable. Il traverse également un élément optique atténuateur ajustable 200 placé en amont des miroirs M1 et M2. Cet élément a pour but d'adapter l'énergie transmise à ladite valeur de consigne. Vue la durée très courte des impulsions émises par la source laser, il est difficile d'effectuer un calibrage en temps réel.Ce calibrage peut s'effectuer à intervalles réguliers ou de façon épisodique, par exemple avant le début du processus d'exposition d'un substrat, en émettant une impulsion test. Le circuit 201 évalue l'énergie émise et élabore un signal de commande de l'élément atténuateur ajustable 200 sur une seconde sortie Ce Cesignal peut être dérivé simplement, soit du signal détecté par les circuits 201 et représentant la valeur absolue de l'énergie transmise par l'impulsion test, soit de la différence entre l'amplitude de ce signal et le signal de consigne transmis à l'entrée e2. In the mode of exposure by a single pulse, the circuits 201 are intended to verify the evolution over time of the energy emitted and possibly compare it to the set value. In this mode, the beam transmitted by the semitransparent mirror M1, after possible reflection on one or more mirrors such as the mirror M2, placed on the beam, is transmitted in any suitable direction of propagation. It also passes through an adjustable attenuator optical element 200 placed upstream of the mirrors M1 and M2. This element is intended to adapt the energy transmitted to said setpoint value. Given the very short duration of the pulses emitted by the laser source, it is difficult to calibrate in real time. This calibration can be performed at regular intervals or episodically, for example before the start of the exposure process. a substrate, by emitting a test pulse. The circuit 201 evaluates the emitted energy and produces a control signal of the adjustable attenuator element 200 on a second output Ce Cesignal can simply be derived from either the signal detected by the circuits 201 and representing the absolute value of the energy transmitted. by the test pulse, or the difference between the amplitude of this signal and the reference signal transmitted to the input e2.

Dans un exemple de réalisation pratique, représenté sur la figure 4, l'élément optique atténuateur ajustable peut comprendre un disque en matériau de densité optique variable, atténuant le faisceau 10 émis par la source laser lors de la traversée du matériau. Cette atténuation peut être continûment variable ou au contraire être réalisée par incréments successifs, le disque présentant des zones à variations discrètes de densité optique comme illustré sur la figure 4. Cette variante permet une numérisation du processus. Le disque 2001 est entraîné par un moteur 2003. Un circuit de commande 2006 recevant sur une première entrée e3 le signal de commande élaboré par les circuits 201, transmet au moteur 2003 un signal d'alimentation pour que celui-ci mette en rotation via un axe d'accouplement 2008, le disque atténuateur 2001 autour d'un axe A parallèle à la direction de propagation du faisceau laser 10 et le positionne à une position déterminée. In an exemplary practical embodiment, shown in FIG. 4, the adjustable attenuating optical element may comprise a disc of variable optical density material, attenuating the beam 10 emitted by the laser source during the passage of the material. This attenuation can be continuously variable or on the contrary be carried out in successive increments, the disk having zones with discrete optical density variations as illustrated in FIG. 4. This variant makes it possible to digitize the process. The disk 2001 is driven by a motor 2003. A control circuit 2006 receiving on a first input e3 the control signal produced by the circuits 201, transmits to the motor 2003 a supply signal for it to rotate through a coupling axis 2008, the attenuator disk 2001 around an axis A parallel to the direction of propagation of the laser beam 10 and positions it at a determined position.

Des moyens de détection de la position angulaire du disque 2001, constitués par exemple par un disque 2004 comportant une piste codée 2004 lue par un organe détecteur 2007 permette de déterminer à tout instant la position du disque atténuateur 2001 et de ce fait l'atténuation apportée au faisceau 10, sous la commande du signal transmis par les circuits 201.Means for detecting the angular position of the disk 2001, constituted for example by a disk 2004 comprising a coded track 2004 read by a detector member 2007, makes it possible to determine at any moment the position of the attenuator disk 2001 and thereby the attenuation provided. to the beam 10, under the control of the signal transmitted by the circuits 201.

L'élément optique atténuateur peut également être utilisé dans le cadre du premier mode d'exposition à impulsions multiples de manière à obtenir des impulsions à énergie constante. On peut régler l'énergie émise entre chaque impulsion si le temps disponible est suffisant ou de façon épisodique de la manière indiquée précédemment. The attenuator optical element can also be used in the first multi-pulse exposure mode to obtain constant energy pulses. The energy emitted between each pulse can be adjusted if the available time is sufficient or episodically as previously indicated.

On va maintenant décrire en relation avec les figures 5 à 12, plusieurs variantes d'exécution d'un dispositif et de procédé de mise en oeuvre conforme à l'invention, chacune de ces variantes étant adaptées plus particulièrement à l'un des deux modes respectifs d'exposition, par impulsions répétées et par impulsion unique. FIGS. 5 to 12 will now show a number of alternative embodiments of a device and of an implementation method according to the invention, each of these variants being adapted more particularly to one of the two modes. exposure, by repeated pulses and single pulse.

La figure 5 illustre une première variante d'exécution. Dans cette variante, le choix de la source laser pulsée 1 se porte avantageusement sur un laser de type Exciplexe krypton - fluor (Kr F) des radiations de longeur d'onde centrée sur la valeur A = 248 nm. Figure 5 illustrates a first embodiment variant. In this variant, the choice of the pulsed laser source 1 is advantageously on a krypton-fluorine type exciplex laser (Kr F) of wavelength radiation centered on the value A = 248 nm.

Les moyens de contrôle et de commande de l'énergie d'exposition 2 agissent, comme il a été décrit sur le nombre d'impulsions émises et, de façon optionnelle sur l'atténuation du faisceau émis à l'aide de l'élément optique atténuateur 200 (figure 3). Dans un exemple typique, la source laser pulsée 1 est autorisée à émettre cent impulsions calibrées à 1 mJ chacune. The control and control means of the exposure energy 2 act, as has been described on the number of pulses emitted and, optionally on the attenuation of the beam emitted using the optical element attenuator 200 (Figure 3). In a typical example, the pulsed laser source 1 is allowed to transmit one hundred calibrated pulses at 1 mJ each.

L'élément optique atténuateur peut également jouer le rôle des moyens d'uniformisations de faisceau 4. Les moyens d'extension de la dimension du faisceau peuvent être réalisés à l'aide du dispositif décrit dans la demande de brevet Européen au nom de la demanderesse, publiée sous le N~ 0 018 249. Dans le dispositif décrit, on forme l'image de la source dans un plan déterminé par des moyens optiques de balayage selon deux axes de coordonnées commandés électriquement permettant de déplacer ladite image dans le plan déterminé de manière à synthétiser dans ce plan une source de dimension, de forme et de distribution énergétique prédéterminée. The optical attenuator element can also play the role of the beam standardization means 4. The means for extending the beam size can be achieved using the device described in the European patent application in the name of the applicant , published under No. 0 018 249. In the device described, the image of the source is formed in a plane determined by optical scanning means along two electrically controlled coordinate axes for moving said image in the determined plane of in order to synthesize in this plane a source of predetermined size, shape and energy distribution.

L'optique de transfert 7 est constitué par un objectif dioptrique de grandissement (lIN) corrigé pour la longueur d'onde émise. N est par exemple compris entre quatre et vingt et dans le cas général un nombre quelconque plus grand ou égal à 1.The transfer optics 7 is constituted by a dioptric lens magnification (IIN) corrected for the emitted wavelength. N is for example between four and twenty and in the general case any number greater than or equal to 1.

Les lentilles constituant l'objectif peuvent être en silice pure ou silicefluorine. L'objectif, du fait de la longueur d'onde située dans l'ultrat-violet, peut être conçu avec des ouvertures numériques plus faibles que celles habituellement utilisées dans l'art connu, à champ image et résolution égaux. Il permet par conséquent d'après ce qui a été rappelé, de disposer d'une profondeur de champ environ deux fois plus élevée que les valeurs courantes, ce qui permet de travailler avec à la fois, les défauts de planéité résiduels habituels des substrats semi-conducteurs, et la courbure de l'onde au plan image. The lenses constituting the objective may be pure silica or silica fluorine. The objective, because of the wavelength located in the ultraviolet, can be designed with smaller digital apertures than those usually used in the known art, equal field image and resolution. It therefore allows, according to what has been recalled, to have a depth of field approximately twice as high as the current values, which makes it possible to work with both the usual residual flatness defects of the substrates. -conductors, and the curvature of the wave in the image plane.

Le procédé d'exposition du substrat mettant en oeuvre le dispositif de la figure 6 est susceptible de deux variantes. Selon une première variante le substrat 8 est entraîné pas à pas à l'aide d'une table de translation à avance rapide 810 le réticule 6 sur lequel est inscrit le dessin à reproduire est immobile. Il y a arrêt sur image pendant le temps nécessaire à l'exposition, c'est-à-dire pendant le temps nécessaire à l'émission du nombre nécessaire d'impulsions pour obtenir l'insolation de la photorésine 80 dans la zone de projection d'image. Les circuits de contrôle et de commande d'exposition 2 peuvent transmettre un signal d'autorisation SA d'avance au pas suivant transmis aux circuits de commande des moyens de déplacement 81 du substrat 8. Dans cette variante les moyens de déplacement 60 de l'objet ou réticule 6 ne jouent pas de rôle actif. The method of exposing the substrate implementing the device of FIG. 6 is capable of two variants. According to a first variant, the substrate 8 is driven step by step by means of a fast-moving translation table 810, the reticle 6 on which the drawing to be reproduced is immobile. There is freeze-frame during the time necessary for the exposure, that is to say during the time necessary for the emission of the necessary number of pulses to obtain the insolation of the photoresist 80 in the projection zone image. The exposure control and control circuits 2 can transmit an authorization signal SA in advance to the next step transmitted to the control circuits of the displacement means 81 of the substrate 8. In this variant, the displacement means 60 of the object or reticle 6 do not play an active role.

Selon une seconde variante, le substrat 8 et l'objet 6 avancent simultanément de manière à ce que l'image du dessin porté par l'objet se forme dans la même zone élémentaire à insoler du substrat. Les vitesses relatives des moteurs d'entraînement, semblables à ceux représentés sur la figure 2 doivent être adaptées au rapport de grandissement de l'objectif 7 pour que la vitesse de déplacement de l'image projetée soit la même que celle du substrat. Une fois le nombre d'impulsions nécessaires à l'insolation de la résine atteint, l'image à reproduire est projetée dans la zone à insoler suivante du substrat. According to a second variant, the substrate 8 and the object 6 advance simultaneously so that the image of the drawing carried by the object is formed in the same elementary zone to be insolated of the substrate. The relative speeds of the drive motors, similar to those shown in FIG. 2, must be adapted to the magnification ratio of the objective 7 so that the speed of displacement of the projected image is the same as that of the substrate. Once the number of pulses required for the exposure of the resin reached, the image to be reproduced is projected into the next area to be insolated substrate.

Dans les deux variantes, comme il est connu, les insolations successives s'effectuent suivant un trajet en lacet f de la manière représentée schématiquement sur la figure 5. Les zones élémentaires 800 successives sont insolées à tour de rôle par avance suivant une direction parallèle à l'un des axes de coordonnées (Y) et selon l'une des deux méthodes précédemment décrites. Ensuite les moteurs d'entraînement de l'objet 6 et/ou du substrat 8, décalent la projection de l'image sur le substrat d'un pas égal à la largeur d'une zone élémentaire, suivant une direction parallèle à l'autre axe de coordonnée (X), et le processus d'insolation recommence. In both variants, as is known, the successive insolations take place along a yaw path f in the manner shown schematically in FIG. 5. The successive elementary zones 800 are in turn insolated in advance in a direction parallel to one of the coordinate axes (Y) and according to one of the two previously described methods. Then the driving motors of the object 6 and / or the substrate 8, shift the projection of the image on the substrate by a step equal to the width of an elementary zone, in a direction parallel to the other coordinate axis (X), and the sunstroke process starts again.

La figure 7 illustre une seconde variante de réalisation de l'invention spécialement adaptée à un mode d'exposition par impulsion unique. Le choix pour la source laser pulsée 1 se porte avantageusement sur un laser également de type Exciplexe au Krypton - Fluor mais de plus forte puissance. La longueur d'onde est la même que précédemment rap pelée: A r 248 nm. Les moyens de contrôle et de commande de l'énergie d'exposition 2 mesurent, comme il a été décrit, l'énergie transmise par chaque impulsion et agissent en conséquence sur l'élément atténuateur ajustable 200 (fig.3). Cette mesure se fait de façon préférentielle sur une impulsion test dans une étape préliminaire au processus d'exposition du substrat 8.Les moyens d'extension de la dimension de la source 3 et d'uniformisation 4 sont avantageusement combinés en des moyens uniques constitués par un intégrateur de lumière de type dit "oeil de mouche". Les moyens de mise en forme de faisceau 5 peuvent être réduits à un simple système de condenseurs. Le réticule 6 et l'objectif 7 sont analogues à ce qui à été précédemment décrit en relation avec la figure 6. FIG. 7 illustrates a second embodiment of the invention specially adapted to a single pulse exposure mode. The choice for the pulsed laser source 1 is advantageously on a laser also exciplexe type Krypton - Fluor but of higher power. The wavelength is the same as previously peeled: A r 248 nm. The control and control means of the exposure energy 2 measure, as has been described, the energy transmitted by each pulse and act accordingly on the adjustable attenuator element 200 (FIG. This measurement is preferably done on a test pulse in a preliminary step to the exposure process of the substrate 8. The means for extending the size of the source 3 and of the uniformization 4 are advantageously combined into unique means consisting of a light integrator of the so-called "fly-eye" type. The beam shaping means 5 can be reduced to a simple condenser system. The reticle 6 and the objective 7 are similar to what has been previously described in relation with FIG. 6.

Le mode d'exposition par impulsion unique est particulièrement adapté à un procédé de transfert dit "à la volée". Les moyens de déplacement du substrat 81 comprennent une table de translation 810 mise en mouvement uniforme selon l'une des coordonnées, Y par exemple. La position selon cette coordonnée est repérée en temps réel, à l'aide d'interféromètres à franges par exemple. Ce type d'organe de mesures est bien connu dans la technique de microlithographie et il est inutile de le décrire en détail. Il comporte généralement des compteurs numériques que l'on peut utiliser dans le cadre de la présente variante pour générer des impulsions de synchronisation Sy transmis aux circuits électroniques de commande 202 pour l'alimentation de la source laser pulsée 1, de façon à ce que l'émission d'impulsions par la source laser 1 soit coordonnée avec le mouvement de la cible constituée par le substrat 8 à insoler. L'insolation proprement dite peut s'effectuer selon deux variantes. The single pulse exposure mode is particularly suitable for an on-the-fly transfer process. The means for moving the substrate 81 comprise a translation table 810 set in uniform motion according to one of the coordinates, Y for example. The position according to this coordinate is located in real time, using fringed interferometers for example. This type of measuring device is well known in the microlithography technique and it is unnecessary to describe it in detail. It generally comprises digital counters that can be used in the context of this variant to generate synchronization pulses Sy transmitted to the electronic control circuits 202 for feeding the pulsed laser source 1, so that the Pulse emission by the laser source 1 is coordinated with the movement of the target constituted by the substrate 8 to be insolated. The actual insolation can be carried out according to two variants.

Si on se reporte à nouveau à la figure 7, chaque zone élémentaire 800 peut être insolée en une seule fois, c'est-à-dire par une seule impulsion laser. L'énergie nécessaire étant proportionnelle à la surface, cela nécessite cependant une puissance considérable. Referring back to FIG. 7, each elementary zone 800 may be insolated at one time, that is to say by a single laser pulse. The energy required is proportional to the surface, but it requires considerable power.

Dans le cadre de l'invention, il est également particulièrement intéressant de mettre en oeuvre un procédé qui peut se définir par le couple balayage-saut par référence aux termes anglo-saxons "scan" et "step" bien connus dans la technique de photorépétition. In the context of the invention, it is also particularly advantageous to implement a method that can be defined by the scan-jump pair with reference to the Anglo-Saxon "scan" and "step" terms well known in the photorepetition technique. .

Selon ce procédé, le transfert du dessin du masque à l'échelle 1 s'effectue ligne par ligne et en deux étapes selon une configuration analogue à celle illustrée par la figure 6. According to this method, the transfer of the drawing of the mask to scale 1 is carried out line by line and in two stages in a configuration similar to that illustrated in FIG.

L'optique de projection 7 au grandissement 1 fait correspondre à chaque instant une zone déterminée du masque 6 à une zone correspondante du substrat. The projection optic 7 at magnification 1 corresponds at each instant to a determined zone of the mask 6 to a corresponding zone of the substrate.

Les deux étapes sont les suivantes:
ai transfert d'une ligne par déplacement simultané du masque et du substrat (balayage)
b/ en fin de ligne, le substrat est décalé de la largeur d'une ligne, selon une direction orthogonale à la direction de balayage (saut).The two steps are:
have transfer of a line by simultaneous movement of the mask and the substrate (scanning)
b / at the end of the line, the substrate is shifted by the width of a line, in a direction orthogonal to the scanning direction (jump).

Le processus est ensuite répété. The process is then repeated.

Dans une variante supplémentaire non illustrée, ce sont les systèmes optiques d'éclairement et de projection qui sont déplacés simultanément pour effectuer le balayage. In a further variant not illustrated, it is the optical illumination and projection systems that are moved simultaneously to perform the scanning.

De façon typique sur le substrat sera inscrit, niveau intégration par niveau d'intégration un certain nombre de circuits à réaliser, généralement identiques et répartis comme il vient d'être rappelé en lignes et colonnes. Typically on the substrate will be registered integration level integration level a number of circuits to achieve, generally identical and distributed as just recalled in rows and columns.

Cependant à la place de ces circuits à réaliser, dans des zones bien définies, il est d'usage d'inscrire des circuits dits de test servant à contrôler la bonne marche du processus au cours des différentes étapes de fabrication des circuits, selon des méthodes qui sortent du cadre de la présente invention.However, in place of these circuits to be carried out, in well-defined zones, it is customary to write so-called test circuits for controlling the smooth running of the process during the different circuit manufacturing stages, according to methods which fall outside the scope of the present invention.

Un niveau d'intégration sur le substrat est illustré par la figure 8 et comprend donc typiquement trois types de lignes illustrées par les séquences des figures 9 à 11. Les symboles "C" et "T" signifient respectivement circuits normaux et circuits de test. Dans ce cas, on sélectionne pour chaque ligne un dessin de masque parmi trois, par exemple en faisant effectuer un déplacement brusque du masque en fin de ligne.An integration level on the substrate is illustrated in FIG. 8 and therefore typically comprises three types of lines illustrated by the sequences of FIGS. 9 to 11. The symbols "C" and "T" respectively mean normal circuits and test circuits. In this case, for each line, one of three mask designs is selected, for example by making the mask move suddenly at the end of the line.

De façon plus générale le masque comporte un nombre préétabli de dessins de ligne différentes r. La sélection du dessin à réaliser peut s'effectuer par des méthodes bien connues de programmation de moyens électroniques de sélection qui sortent du cadre de l'invention. Chaque type de dessin de ligne est reproduit suivant ce programme le nombre de fois nécessaire à l'obtention de la configuration finale inscrite sur la substrat (par exemple celle illustrée par la figure 9). More generally, the mask comprises a predetermined number of different line designs r. The selection of the drawing to be made can be carried out by well-known methods of programming electronic selection means that are outside the scope of the invention. Each type of line drawing is reproduced according to this program the number of times necessary to obtain the final configuration inscribed on the substrate (for example that illustrated in Figure 9).

L'exposition de la résine le long d'une ligne se fait de façon continue de la manière illustrée par la figure 12. Le champ de l'optique de projection est en général carré ou rectangulaire et correspond le plus souvent aux dimensions d'un circuit ou d'un nombre entier de circuits. Il correspond à une zone de projection 800 - 1 à 800 - n. Chacune de ces zones correspond à l'instant d'illumination d'une zone d'une ligne de masque par une impulsion unique issue de la source laser pulsée. Selon la vitesse de balayage et la cadence d'émission des impulsions, ces zones se chevauchent de façon plus ou moins accentuée comme illustrée par la figure 12. The exposure of the resin along a line is continuous in the manner illustrated in FIG. 12. The field of the projection optics is generally square or rectangular and most often corresponds to the dimensions of a circuit or an integer number of circuits. It corresponds to a projection area 800 - 1 at 800 - n. Each of these zones corresponds to the instant of illumination of an area of a mask line by a single pulse from the pulsed laser source. Depending on the scanning speed and the pulse emission rate, these zones overlap more or less intensely as shown in FIG. 12.

Dans une variante non illustrée, le champ de projection peut être rendu variable en fonction de la taille du circuit à projeter, par exemple à raide d'un système de quatre caches mobiles placés dans un plan conjugué optique du plan du substrat par rapport à l'optique de projection. In a non-illustrated variant, the projection field can be made variable depending on the size of the circuit to be projected, for example by means of a system of four moving covers placed in an optical conjugate plane of the plane of the substrate relative to the projection optics.

L'énergie reçue par la résine obéit à la relation suivante:
Wr = EVL(m J/cm2) (1) dans laquelle: v est la vitesse de balayage d'une ligne
E l'éclairement en m W/cm2
et L la longueur de la zone de projection.The energy received by the resin obeys the following relation:
Wr = EVL (m J / cm 2) (1) where: v is the scanning speed of a line
E illumination in m W / cm2
and L the length of the projection zone.

L'avantage apporté par ce type d'exposition est qu'il n'est pas nécessaire que l'éclairement soit parfaitement uniforme selon la direction de balayage. The advantage of this type of exposure is that it is not necessary that the illumination is perfectly uniform in the scanning direction.

La condition d'uniformité s'écrit conformément à la relation:

ce quelquesoit y et to; relation dans laquelle:
t0 représente l'instant de départ
y une coordonnée selon la direction orthogonale au déplacement x de ligne
et t un temps quelconque.The condition of uniformity is written according to the relation:

that few y and to; relationship in which:
t0 represents the start time
y a coordinate in the direction orthogonal to the displacement x of line
and t any time.

Si v est constant et E (x,y) est constant quelquesoit t (stabilité temporelle de la source), la condition s'écrit plus simplement:

ce quelque soit y.If v is constant and E (x, y) is constant some t (temporal stability of the source), the condition is written more simply:

whatever it is.

Dans le cas d'une source pulsée selon l'invention, la relation (3) devient: W=Wp. v 1Tp (4)
2 relation dans laquelle Wp est l'énergie par cm2 d'une impulsion et Tp la durée d'une impulsion.In the case of a pulsed source according to the invention, the relation (3) becomes: W = Wp. v 1Tp (4)
2 relationship in which Wp is the energy per cm2 of a pulse and Tp the duration of a pulse.

L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisations qui viennent d'être décrits. Bien que particulièrement avantageuse dans son application à la photorépétition directe, elle s'applique également aux autres procédés de transfert. En outre, les résines peuvent être de tous types, sensibles aux radiations dans le sens général de ce terme. The invention is not limited to the embodiments that have just been described. Although particularly advantageous in its application to direct photorepetration, it also applies to other transfer methods. In addition, the resins can be of any type, sensitive to radiation in the general sense of the term.

Claims

1. Radiant energy source optical device for the transfer of composite patterns for reproducing the image of a non-diffusing non-diffusing object (6) with a predetermined magnification on a substrate (8) covered with a material (80) sensitive to emitted radiation; characterized in that said source is a pulsed laser (1) emitting pulses of constant duration and in that it comprises means (2) for controlling and controlling the energy emitted by said laser (1), these means comprising a member (201) for cumulative measurements of the amount of energy carried by said pulses and for comparison with a set value (203).

2. Device according to claim 1 characterized in that the pulsed laser (1) emits at least one wavelength line included in the spectrum of the ultraviolet.

3. Device according to any one of claims I or 2 characterized in that the pulsed laser (1) is an exciplex or eximeric type gas laser using a mixture of rare gas and halogen as active medium.

4. Device according to claim 3 characterized in that the mixture is a krypton-fluorine mixture; the laser (1) emitting a line centered on the wavelength 248 nm.

5. Device according to claim 1 characterized in that the cumulative nse device comprises a beam splitter (M1) disposed in the path of the emitted beam (10) and taking a constant fraction of this beam and an opto-electronic detector ( D) converting the optical intensity of said beam fraction into a representative electrical signal.

6. Device according to claim 1 characterized in that the control and control means further comprises an optical element att ## variable driver (200) placed in the path of the emitted beam (10).

7. Device according to claim 6 characterized in that the optical attenuator element is a disc (2001) of material having areas <2002) of different optical densities and movable about an axis () parallel to the direction of propagation of beams (10) and in that this disc (2001) is associated with the detection and control unit (2003 to 2008) of its angular position with respect to the axis of rotation (A) receiving from said control and control means (2), an angular positioning signal so that the emitted beam passes through a predetermined optical density area.

8. Device according to claim 1 characterized in that the control and control means (2) further comprises a cyclic power supply member (202) for electrical energy of the pulsed laser source (1) receiving said comparator ( 201) an authorization signal for emitting pulses of radiant energy.

9. A method of implementing the device according to any one of claims 1 to 8 for the transfer of pattern-composites for reproducing with a predetermined magnification the image of a non-diffusing object with non-uniform transparency on a substrate ( 8) covered with a radiation-sensitive material (81) emitted by said pulsed laser source (1), the image to be repeatedly projected onto elementary areas (800) of the substrate surface (8) arranged joined along two axes of orthogonal coordinates (X, Y), the substrate (8) being movable in directions parallel to these two axes; characterized in that it comprises a first phase for insolation of the successive elementary zones (800) arranged along the first coordinate axis (Y) and comprising the following steps:

- Generation by said control means and control (2) of an authorization signal (SA) continuous displacement of the substrate along this coordinate axis by a distance equal to the dimension of an elementary zone along this direction of displacement

immobilization of the substrate (8) after said displacement

- Generation by said control and control means (2) of an authorization signal to emit pulses of radiant energy by the pulsed laser source (1)

- cumulative measurement of the radiant energy transmitted to the sensitive material (80) covering the substrate (8) and comparison with a set value, representing the energy required for the complete insolation of the sensitive material of an elementary zone (800)

- and stop of the authorization signal when the setpoint is reached;

a second phase beginning after the exposure of the last of said elementary zones (800) arranged along the first coordinate axis (Y) and comprising the following steps:

displacement of the substrate along the second coordinate axis (X) by a distance equal to the dimension of an elementary zone along this direction of displacement

and inverting the direction of movement of the substrate along the first coordinate axis;

and the repetition of the first and second phases until insolation of all the elementary zones to be insolated.

10. A method of implementing the optical device according to any one of claims 1 to 8 for the transfer of pattern-composites for reproducing with a predetermined magnification the image of a non-diffusing object (6) with non-uniform transparency on a substrate (8) covered with a radiation-sensitive material (80) emitted by said pulsed laser source (1), the image to be repetitively projected onto elementary areas (800) of the substrate surface arranged contiguous manner along two orthogonal coordinate axes (X, Y), the substrate (8) being movable in directions parallel to these two axes by means of displacement means (81) of this substrate associated with measuring means the position of this substrate; characterized in that it comprises:

a first phase for insolation of the successive elementary zones (800) arranged along the first coordinate axis (Y) and having the following steps:

- Continuous motion of the substrate (8) along this coordinate axis (Y)

measuring the position of the substrate along this axis and generating synchronization pulses (Sy) by said measurement means transmitted to the control and control means (2) representing at any moment the amplitude of the displacement or the position absolute.

generation by these means of an authorization signal for the emission by the pulsed laser source of a single pulse after each displacement of the substrate of an amplitude equal to the dimension of an elementary zone along this direction of movement ( Y), the generating insolent of said authorization signal being determined by use of the sync signals (Sy);

a second phase beginning after the exposure of the last of said elementary zones arranged along the first coordinate axis (Y) and comprising the following steps:

displacement of the substrate along the second coordinate axis (X) by a distance equal to the dimension of an elementary zone (800) along this direction of displacement

He. A method of implementing the optical device according to any one of claims 1 to 8 for the transfer of pattern-composites for reproducing in accordance with a row-column arrangement with unit magnification the image of an object (6) no diffusing with non-uniform transparency on this substrate (8) covered with a material (80) sensitive to radiation emitted by said pulsed laser source (1), the object comprising the drawing at scale 1 of at least one line of patterns to be transferred arranged along a first coordinate axis (X), the substrate (8) and the object (6) being movable in directions parallel to two orthogonal coordinate axes (X, Y), one of which is parallel said first axis using displacement means (81,60) associated with position measuring means; characterized in that it comprises:

. a first phase for insolation of successive elementary zones (800-1 to 800-n) of the substrate arranged along the first coordinate axis (Y) and comprising the following steps:

- setting in continuous and synchronized movements of the stratum (8) and the object (6) along this coordinate axis (Y)

and repetitively generating pulses by said pulsed laser source (1) so that each pulse illuminating an elementary zone of said object insoles one of said corresponding elementary zones of the substrate; successive elementary zones overlapping each other.

a second phase beginning after the exposure of the last of said elementary zones arranged along the first coordinate axis (Y) and comprising the following steps;

and the repetition of the first and second phases until insolation of the totality of the elementary zones to be insolated.

12. Method according to claim 11, characterized in that, the object comprising several drawings of distinct lines of patterns to be transferred, the second phase comprises an additional step for moving object so as to illuminate, as desired, one of said lines. distinct (Figures 9 and 11).

13. Method according to any one of claims 9 to 12 characterized in that the control and control means (2) comprising an adjustable attenuator optical element (200), the beam emitted by the pulsed laser source (1), it includes a preliminary phase comprising the following steps:

- emission of a single pulse by the pulsed laser source (1)

measurement of the energy transported by this pulse and comparison with a setpoint value

and adjusting the attenuation provided to said beam (10) in accordance with the set point

14. Method according to any one of claims 9 to 12 characterized in that the control and control means (12) comprising an adjustable attenuator optical element (200) of the transmitted beam (10) by the pulsed laser source (1) it comprises an additional step during the first phase of measuring the energy carried by each pulse emitted by the pulsed laser source (1), comparing it to a set value and adjusting said attenuator (200) so that the next transmitted pulse carries energy in accordance with this setpoint.