FR2885234A1 - Systeme optique pour un dispositif de photolithographie - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système optique d'un dispositif de photolithographie, comportant un miroir (10) et des moyens (31, 32) de support aptes à recevoir et maintenir d'une part un masque (M) et une plaque (W) d'autre part, le système comportant en outre des moyens (11, 41-45) de correction d'aberration, d'astigmatisme et de distorsion situés optiquement entre les moyens (31, 32) de support et le miroir (10), caractérisé en ce que la puissance réfractive des moyens (11, 41-45) de correction est de l'ordre de grandeur de la puissance réfractive du miroir.
Description
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
L'invention concerne un système optique pour un dispositif de 5 photolithographie.
ETAT DE L'ART La photolithographie est généralement utilisée pour la fabrication de circuits intégrés avec une résolution de l'ordre du dixième de micromètre.
Une nouvelle utilisation de la photolithographie est cependant la fabrication de plots de soudure pour les circuits électroniques multicouches dans lesquels des plaques de circuits sont superposées les unes aux autres. L'avantage de tels circuits est qu'ils permettent la conception de cartes électroniques complexes par la superposition de plaques simples, chaque plaque étant facile à concevoir et fabriquer.
La technique utilisée pour la fabrication des plots est schématiquement représentée sur les figures 1A et I B. Lors d'une première série d'étapes connues, on illumine grâce à un rayonnement 7 issu d'un illuminateur d'un dispositif de photolithographie une couche 2 de résine située sur une plaque 1 de circuit (ou wafer selon la terminologie généralement utilisée par l'homme du métier). L'illumination ne s'effectue qu'au droit de certaines zones grâce à un masque, de sorte que des zones 3 sont évidées de résine par un traitement spécifique pour être remplies d'un matériau apte à former les plots de soudure. Il s'agit généralement d'or (on parle alors de gold bumping ). Une autre série d'étapes également connues permettent d'obtenir le circuit représenté à la figure 1B, à savoir une plaque 1 sur laquelle sont disposés des plots de soudure 6 sensiblement sphériques.
La distance 4 séparant deux plots 6 est généralement comprise entre 50 et 500 pm. Ainsi, le dispositif de photolithographie utilisé pour cette application ne requiert pas de grandes précisions ni de grandes résolutions en comparaison des dispositifs de photolithographie de la technologie actuelle qui permettent, on le rappelle, des résolutions de l'ordre du dixième de pm. Une résolution de l'ordre de 2 pm et une distorsion maximale de 0.3 pm sont suffisantes pour les applications visées.
La couche 2 de résine est d'une épaisseur 5 de 100 pm environ. Le dispositif doit donc avoir une grande profondeur de champ, au moins de l'ordre de grandeur de 100 pm.
Enfin, les circuits électroniques doivent pouvoir être produits à une échelle industrielle. Le dispositif doit donc avoir un champ le plus grand possible pour pouvoir illuminer le plus de plaques possibles dans un temps donné et/ou la plus grande surface possible d'une plaque donnée. Le dispositif doit aussi pouvoir s'adapter à plusieurs types de lampes d'illumination hautes puissances utilisés par les Industriels, notamment les raies spectrales g, h et i d'une lampe à mercure haute pression.
On connaît de nombreux dispositifs tentant de regrouper les caractéristiques précitées.
Un premier exemple d'un tel dispositif est représenté schématiquement sur la figure 2. Il comporte un miroir sphérique concave 10 dont le centre de courbure est référencé par C. Le miroir 10 réfléchit des rayons lumineux issus d'un illuminateur (non représenté) et traversant un masque M pour les renvoyer vers certaines parties d'une plaque W pour créer les motifs désirés, par exemple des plots de soudure. Si M et W étaient tous les deux situés au centre C de courbure du miroir, l'image de M sur W serait optiquement parfaite, mais on comprend que le dispositif ne pourrait pas fonctionner car M et W devraient être physiquement confondus. Le dispositif comporte par conséquent des lentilles 11 et 12 présentant des surfaces concentriques au miroir 10 pour corriger les aberrations venant du fait que le masque M et la plaque W ne sont pas situés exactement sur le centre de courbure C du miroir sphérique 10 mais sont légèrement décalés par rapport à l'axe optique. Le dispositif de la figure 2 présente cependant l'inconvénient notamment que M et W sont situés dans un même plan, ce qui rend difficile leur déplacement relatif par des moyens d'actionnement lors de l'illumination. De plus, la largeur de champ 7 du dispositif est trop faible pour permettre d'illuminer des plaques de tailles compatibles avec des applications industrielles. Cela vient du fait que M et W doivent être situés à proximité du centre C du miroir 10 et des lentilles 11 et 12 de correction. Le dispositif de la figure 2 ne permet de corriger grâce aux lentilles 11 et 12 que de faibles aberrations, astigmatismes ou distorsions notamment, car leur puissance réfractive est faible.
Un deuxième exemple d'un dispositif connu est représenté à la figure 4. Il comporte comme précédemment un miroir concave sphérique 10 et des lentilles 11 et 12 concentriques au miroir 10. La lentille 11 comporte deux surfaces 20 et 22 réfléchissantes (également appelées prismes de repliement par l'homme du métier), de sorte que les rayons lumineux traversant le masque M et les rayons issus du miroir 10 pour illuminer la plaque W ne passent plus par le centre C du miroir 10 et des lentilles 11 et 12, mais soient repliés. Un tel repliement des rayons lumineux permet que M et W ne soient plus placés physiquement dans un même plan. On peut ainsi déplacer W dans un plan horizontal et M dans un plan oblique. Le plan horizontal comportant W et le plan oblique comportant M sont tangents au cône des rayons lumineux utiles pour diminuer le champ pour lequel les lentilles 11 et 12 doivent introduire une correction. Les lentilles 11 et 12 étant concentriques au miroir 10, il faut en effet diminuer l'angle de champ avec lequel les rayons lumineux sont incidents sur les surfaces du miroir 10 et des lentilles 11 et 12. Le dispositif de la figure 4 présente cependant encore des inconvénients. Le fait que M soit situé dans un plan oblique engendre des difficultés pour son montage, son maintien et son déplacement mécanique. De plus, la largeur de champ du dispositif est encore trop faible pour permettre d'illuminer des plaques de tailles compatibles avec des applications industrielles car M et W sont encore trop proches l'un de l'autre et du centre C. Le dispositif de la figure 4 ne permet de corriger grâce aux lentilles 11 et 12 que de faibles aberrations, astigmatisme ou distorsion, car les rayons lumineux doivent rester autant que possible en incidence normale sur les surfaces du miroir 10 et des lentilles 11 et 12, puisqu'on désire que le dispositif reste autant que possible concentrique par rapport au centre du miroir C. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose de pallier au moins un des inconvénients précités.
A cet effet, l'invention propose un système optique d'un dispositif de photolithographie, comportant un miroir et des moyens de support aptes à recevoir et maintenir d'une part un masque et une plaque d'autre part, le système comportant en outre des moyens de correction d'aberrations situés optiquement entre les moyens de support et le miroir, caractérisé en ce que la puissance réfractive des moyens de correction est de l'ordre de grandeur de la puissance réfractive du miroir.
L'invention présente de nombreux avantages.
Tout d'abord, du fait de la forte puissance réfractive des moyens de correction, il est possible d'écarter l'un de l'autre les supports du masque et de la plaque. Le champ ayant une profondeur de champ de l'ordre de 100 pm est augmenté d'autant. Il est ainsi possible d'illuminer une plus grande surface de plaque à chaque exposition et d'augmenter le rendement du dispositif.
De plus, les supports du masque et de la plaque peuvent être parallèles à l'axe optique du système. Le montage, le maintien et le déplacement du masque et de la plaque sont donc grandement facilités et les moyens de support sont donc moins difficiles à concevoir et moins onéreux. De par l'écartement des moyens de support, il est possible de dégager ces derniers des autres éléments optiques du système, ce qui améliore encore la facilité de montage et de déplacement libre du masque et de la plaque.
Enfin, du fait de la puissance réfractive importante des moyens de correction, on peut diminuer la puissance réfractive du miroir et la précision sur sa construction. A l'extrême limite, le miroir pourrait être plan. On diminue ainsi encore le coût du système.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels - les figures 1A et 1B, déjà commentées, représentent 30 schématiquement une technique connue pour la fabrication de plots de soudure - la figure 2, déjà commentée, représente schématiquement un premier exemple d'un mode de réalisation connu d'un système optique de photolithographie; - la figure 3, également déjà commentée, représente schématiquement une vue du champ optique d'un système de photolithographie; - la figure 4, déjà commentée, représente schématiquement un deuxième exemple d'un mode de réalisation connu d'un système optique de photolithographie; - les figures 5 à 7 représentent schématiquement trois modes de 10 réalisation possibles d'un système optique d'un dispositif de photolithographie selon l'invention; et - les figures 8A à 9C représentent schématiquement les performances des systèmes des figures 5 à 7.
Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des 15 références numériques identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE
Les figures 5 à 7 représentent schématiquement trois exemples de modes de réalisation possibles d'un système optique d'un dispositif de photolithographie selon l'invention. D'autres modes de réalisation sont possibles et non représentés.
Principalement, un système selon l'invention comporte un miroir 10 et des moyens 31 et 32 de support aptes à recevoir et maintenir d'une part un masque M et une plaque W d'autre part. Les moyens 31 sont conçus pour s'adapter au masque M et les moyens 32 sont conçus pour s'adapter à la plaque W. Le système comporte en outre des moyens de correction d'aberrations, notamment l'astigmatisme et la distorsion. Les moyens de correction sont référencés 11 et 41 à 46 sur les figures. Les moyens 11 et 41 à 46 comportent des lentilles décrites plus en détail dans la suite de la
présente description.
Les moyens de correction sont situés optiquement entre les moyens 31 et 32 de support et le miroir 10. Autrement dit, des rayons lumineux, issus d'un illuminateur d'un dispositif de photolithographie et traversant le masque M situé sur les moyens 31, passent par les moyens de correction avant d'être réfléchis par le miroir 10 pour retraverser les moyens de correction et illuminer la plaque W sur les moyens 32.
La puissance réfractive des moyens de correction est de l'ordre de grandeur de la puissance réfractive du miroir 10. Avantageusement, la puissance réfractive des moyens de correction représente entre 20 et 100% de la puissance réfractive du miroir 10 ou est supérieure à la puissance réfractive du miroir 10. Le fait que les moyens de correction puissent agir sur la distance de focalisation des rayons lumineux - et ne soient plus limités à ne corriger que de faibles aberrations comme c'est le cas dans l'art antérieur - permet d'augmenter sensiblement le champ du système. En concevant et en dimensionnant les moyens de correction en leur donnant une forte puissance réfractive par rapport à la puissance réfractive du miroir, voire une puissance réfractive supérieure (c'est notamment le cas lorsque le miroir est plan - cas non représenté sur les figures), il est possible de corriger des aberrations d'amplitude beaucoup plus grande et par conséquent de travailler à des distances à l'axe optique plus grandes également. On peut donc illuminer une zone de plaque plus importante.
Préférentiellement, les moyens de correction sont aptes à transmettre des rayons lumineux vers le ou en provenance du miroir, les rayons lumineux pouvant être inclinés jusqu'à 10 environ par rapport à une incidence normale sur le miroir. Par comparaison, les angles d'incidence par rapport à la normale des systèmes de l'art antérieur étaient au maximum de 3 . Les lentilles 11 et 41 à 46 ne sont donc plus nécessairement concentriques au miroir 10. Avantageusement, les moyens comportent au moins une lentille non concentrique au miroir 10 physiquement située à une distance du miroir inférieure à 70% environ de la distance du miroir à son centre C de courbure. Dans le cas de la figure 5, il s'agit par exemple de la lentille 41, dans le cas de la figure 6, il s'agit par exemple de la lentille 42, et dans le cas de la figure 7. il s'agit par exemple de la lentille 42. Dans les dispositifs de l'art antérieur, les moyens de support et les lentilles de corrections étaient situés à proximité immédiate du centre de courbure du miroir notamment.
Très avantageusement, et comme le montrent les figures 5 à 7, les moyens de correction comportent un prisme 11 de repliement apte à replier des faisceaux lumineux issus du masque M ou émis vers la plaque W. Le prisme de repliement se présente sous la forme de deux surfaces 20 et 22 taillées dans la dernière lentille 11 des moyens de correction. Les rayons lumineux traversant le masque M ou illuminant la plaque W sont donc repliés, ce qui permet le fait que les moyens de support 31 et 32 s'étendent sensiblement selon un axe parallèle à un axe optique du système. Bien entendu, les moyens de support 31 et 32 sont agencés de sorte que le masque M et la plaque W puissent également s'étendre sensiblement selon un axe parallèle à un axe optique du système. La conception et le maintien de la plaque et du masque dans des plans horizontaux sont grandement facilités par rapport aux dispositifs selon l'art antérieur.
Très avantageusement, les moyens de support 31 et 32 comportent en outre des moyens 33 aptes à déplacer le masque M et/ou la plaque W selon une direction sensiblement parallèle à l'axe optique du système.
On peut concevoir les moyens de correction de sorte que la distance des moyens 31 et 32 de support à l'axe optique du système est supérieure à l'encombrement radial du miroir 10 et des moyens 11 et 41 à 46 de correction. On dégage ainsi de l'espace pour le déplacement libre des moyens de support.
On va maintenant décrire trois exemples possibles de modes de réalisation de l'invention.
Le système selon la figure 5 comporte un miroir sphérique 10 à proximité duquel est placée une lentille divergente 41. Les autres éléments de correction sont une lentille convergente 42, une lentille convergente 43 et un ensemble composé d'une lentille convergente 44 et une lentille divergente 45 accolée, l'ensemble étant au total convergent. La lentille 11 est une lentille convergente dans laquelle sont pratiquées les deux surfaces réfléchissantes 20 et 22 de repliement. A la fréquence spatiale de 200 mm-1, correspondant à des traits de largeur 2.5 pm, la FTM (Fonction de Transfert de Modulation) du système de la figure 5 est supérieure à 30% sur une profondeur de champ de 22 pm. Les performances du système sont présentées sur les figures 8A à 8C.
Le système selon la figure 6 comporte un rniroir sphérique 10 du type miroir de Mangin. On rappelle qu'un miroir de Mangin est une lentille dont la face arrière est réfléchissante. Une lentille 41 divergente est placée à proximité du miroir 10. Les autres éléments de correction sont une lentille divergente 42, une lentille convergente 43, une lentille convergente 44 placée à proximité d'un ensemble composé d'une lentille divergente 45 et une lentille convergente 46 accolée, l'ensemble étant au total convergent.
La lentille 11 est une lentille convergente dans laquelle sont pratiquées les deux surfaces réfléchissantes 20 et 22 de repliement. A la fréquence spatiale de 200 mm-1, correspondant à des traits de largeur 2.5 pm, la FTM du système de la figure 6 est supérieure à 30% sur une profondeur de champ de 31 pm à pleine ouverture (NA (Numerical Aperture, ouverture numérique) = 0.2). Les performances du système sont présentées sur les figures 9A à 9C.
Le système selon la figure 7 comporte un miroir sphérique 10 du type miroir de Mangin. Une lentille 41 convergente est placée à proximité du miroir 10. Les autres éléments de correction sont une lentille divergente 42, une lentille convergente 43, un ensemble composé d'une lentille divergente 44 et d'une lentille convergente 45 accolée, l'ensemble étant au total convergent. La lentille 11 est une lentille convergente dans laquelle sont pratiquées les deux surfaces réfléchissantes 20 et 22 de repliement. A la fréquence spatiale de 200 mm-1, correspondant à des traits de largeur 2.5 pm, la FTM du système de la figure 7 est supérieure à 30% sur une profondeur de champ de 17 pm à pleine ouverture (NA = 0.2). Les performances du système sont présentées sur la figure 10.
Les principales dimensions et caractéristiques des différents systèmes sont présentées dans le tableau 1 suivant.
Système Distance masque/prisme Longueur totale Incidence sur le miroir Fig. 5 60 mm 770 mm +1- 5.0 Fig. 6 50 mm 600 mm +1- 3.2 Fig. 7 60 mm _365 mm +1- 7 5
Tableau 1
Sur l'ensemble des dispositifs, la profondeur de champ est de l'ordre de 100 pm.
Claims (10)
1. Système optique d'un dispositif de photolithographie, comportant un miroir (10) et des moyens (31, 32) de support aptes à recevoir et maintenir d'une part un masque (M) et une plaque (W) d'autre part, le système comportant en outre des moyens (11, 41-46) de correction d'aberrations situés optiquement entre les moyens (31, 32) de support et le miroir (10), caractérisé en ce que la puissance réfractive des moyens (11, 41-46) de correction est de l'ordre de grandeur de la puissance réfractive du miroir.
2. Système selon la revendication précédente, dans lequel la puissance réfractive des moyens de correction (11, 41-46) représente entre 20 et 100% de la puissance réfractive du miroir (10) ou est supérieure à la puissance réfractive du miroir (10).
3. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de correction (11, 41-46) sont aptes à transmettre des rayons lumineux vers le ou en provenance du miroir (10), les rayons lumineux pouvant être inclinés jusqu'à 10 environ par rapport à une incidence normale sur le miroir.
4. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens (11, 41-46) de correction comportent au moins une lentille non concentrique au miroir (10) physiquement située à une distance du miroir 25 inférieure à 70% environ de la distance du miroir à son centre (C) de courbure.
5. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens (11, 41-46) de correction comportent un prisme (11) de repliement apte à replier des faisceaux lumineux issus du masque (M) ou émis vers la plaque (W).
6. Système selon la revendication précédente, dans lequel les moyens (31, 32) de support s'étendent sensiblement selon un axe parallèle à un axe optique du système, de sorte que le masque (M) et la plaque (W) puissent également s'étendre sensiblement selon un axe parallèle à un axe optique du système.
7. Système selon la revendication précédente, dans lequel les moyens de support (31, 32) comportent en outre des moyens (33) aptes à déplacer le masque (M) et/ou la plaque (W) selon une direction sensiblement parallèle à l'axe optique du système.
8. Système selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel la distance des moyens (31, 32) de support à l'axe optique du système est supérieure à l'encombrement radial du miroir (10) et des moyens (11, 41-46) de correction, de manière à permettre le déplacement libre des moyens de support (31, 32) parallèlement à l'axe optique du système.
9. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le miroir (10) est du type miroir de Mangin.
10. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens (11, 41-46) de correction comportent au moins trois lentilles convergentes et au moins deux lentilles divergentes.
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