Brevet FR2132760A1 — publié le 19721124

La présente invention concerne un dispositif pour le pcsitlonnement précis d'un faisceau électronique5 émis par un canyon à électrons et dirigé sur la surface d'un substrat. La production de composants et de circuits logiques intégrés à semiconducteurs commence de façon connue par [a fabrication de masques d'insolation, comportant les structures désirées. Les structures du masque sont ensuite transférées sur une couche de vernis sensible aux UV et déposée sur la surface semiconductrice, à l'aide dune insolation par contact ou projection. La couche de vernis photosensible développée constitue alors le masque pour les opérations suivantes. Par suite de la distance inévitable entre le masque de contact et la couche de vernis sensille (ordre le grandeur : ï tm), l'insolation par contact ne convient que pour le transfert de structures supérieures à 1 m. L'insolation par projection permet aussi de produire aussi des structures inférieures à l i-te. La taille du grain des émulsions pboto- sensibles à pouvoir de résolution élevée est d'environ 0,2 rm, de sorte que ces émulsions per;;ettent de représenter des structures à partir d'environ l sm. Il est ainsi possible de produire aussi des structures inférieures à l m sur des vernis photosensibles. La dimension de structure minimale possible est toutefois déterminée par le pouvoir de résolu- tion des systèmes optiques utilisés pour la production des masques d'insolation et le transfert de structures sur le semiconducteur. La diffraction produit une résolution limite des systèmes optiques qui, pur un contraste négligeable et suivant l'axe optique, est par exemple LG ~ 3000 lignes/mm pour une ouverture A ~ 0,5 et une longueur d'onde minimale d'insolation de 330 nm, imposée par la sensibilité du vernis.Cette valeur correspond à une largeur de ligne minimale de l'ordre de 0,17 iim (pour une largeur de ligne égale à l'intervalle entre lignes) et représente une limite théorique. Le contraste qui s'annule à la résolution limite LG est toutefois insuffisant pour produire des microstruttures sur un semiconducteur. Les dimensions désirées du champ image imposent en outre de tenir compte de la diminution de la résolution avec la distance à l'axe optique. L'insolation par projection permet actuellement de pre- duire sur le semiconducteur des structures ayant une largeur de ligne minimale de l'ordre de 0,5 m. Le passage à des structures encore plus petites etZou à des diamètres de champ image supériellrs imposte l'emploi de longueurs d'onde d'insolation plus courtes et d'autres vernis, par suite de la sensibilité spectrale des vernis photosensibles habituels.Une possibilité est tforte par l'insolation de couches de vernis spéciaux à l'aide du faisceau élec- tronique (Electron Resist; exemples photo-semiconducteurs organiques, tels que polyéthylène, polytétrafluoréthylène, poIymonochlore--triflur éthylène, polystyrène, polyméthacrylate de méthyle, poSychLrure de vinyle, polyacétate de vinyle, polyvinylcarbazol, polyvinyliques aromatiques, polyvinyliques hétérocycliques, polyacryliques à channes latérales aro- matiques ou hétérocycliques).Dans cette méthode, l'image d'un masque métallique, servant de cathode et comportant la structure désirée, est formée par optique électronique sur la couche de vernis ou un système de déviation guide un faisceau électronlique finement focalisé suivant une trame, sur la couche de vernis, en dégageant la structure désirée. Les canons électroniques actuels permettent d'obtenir un diamètre de faisceau minimal d'environ 0,01 m qui, par insolation d'une couche d'électron-resist puis gravure cbimique, permet par exemple de produire des lignes d'une largeur inférieure à 0,2 m, avec une acuité des bords de 0,05 pm. La production de structures encore plus petites à partir d"en- viron 0,01 Sm, à l'aide du faisceau électronique serait théoriquement possible, mais ne semble pas rationnel pour la production de composants à semiconducteurs ou de circuits logiques à semiconducteurs intégrés, car les dimensions des structures sont alors du mgme ordre de grandeur que le libre parcours moyen des porteurs de charge. L'adhérenee des couches d'électron-resist est en outre probablement insuffisante, pour une largeur de ligne inférieure à 0,1 um environ, pour une exécution ultérieure parfaite de processus technologiques. Par suite des erreurs optiques et de la défocalisation du faisceau électronique à forte déviation, les champs image utilisables sont très petits à la résolution élevée requise. La résolution, qui est par exemple de 0,05 m au centre, n'est plus que de 0,1 um pour un champ image d'environ 1 x l mm et d'environ 0,8 m pour un champ image de 2 x 2 mn Une correction appropriée de la défocalîsation et des erreurs optiques permet d'obtenir des résolutions d'environ 0,06 m à 1 x 1 mm et 0,13 m à 2 x 2 mm. La résolution décroSt toutefois très rapidement pour des champs image encore plus grands. Le champ image utile est ainsi d'environ fois la largeur de ligne minimale. Outre les avantages décrits de l'insolation de couches d'électnn- resist par faisceau électronique par rapport à l'insolation optique de couches de vernis photosensible, I.a profondeur de champ supérieure des systemes d'optique électronique fait que l'insolation par faisceau électronique se prote particulièrement bien à la production de très petites structures, par exemple dans le cas de surfaces de substrats structurées ou de substrats mobiles. La possibilité de commande numérique du système de déviation et de suppressien du faisceau électrosique permet en outre de rapprocher le software du processus de production de composants ou de circuits logiques intégrés.Cet avantage est particulwèremtvnt important pour la fabrication de faibles quantités et pour la modiflcaticn de structures. L'invention a pour objet un dispositif qui permet d'accroître la résolution du faisceau électronique et/ou sa précision de posl.tion-ement et/ou le champ image utile lors de l'insolation ru de l'usinage de mate- riaux à l'aide de ce faisceau. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, la surface du substrat est mobile dans le plan xy par rapport à l'axe du faisceau électronique, tourne par rapport à un axe perpendiculaIre à cc plan et est divisé en zonesindividuelleq des structur.s d'ajustage se trouvent à l'intérieur ou sur le bord de chaque zone et présentent une relation spatiale avec le point d'impact théorique du faisceau électronique qui, avant d'atteindre chaque zone prévue pour le tracé, tombe sur les structures d'ajustage, et on montage est prévu, qui mesure les variations de charge sur les structures d'ajustage et/ou les électrons secondaires émis et/ou les électrons réfléchis par lesdites structures, pour en déduire une grandeur de correction qui est transmise au système de déplacement de la surface du substrat et/ou du système de déviation du canon à électrons. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente le schéma de principe de 1 'invention, et les figures 2a à 2d représentent quatre exemples de structures d'ajustage Le substrat 1, divisé en zones indn'iduelles 2 sur la figure li peut être déplacé suivant les directions x et y et tourné par rapport à un axe perpendiculaire au plan xy, par exemple à laide d'une platine mécanique et/ou magrétostrictive et/ou électrostrictive (à entraînement électrique). Lorsque le faisceau électronique 3 doit décrire par exemple un substrat de grande surface comportant de nombreuses zones individuelles, égales le cas échéant, il convient, afin de maintenir la résolution limite du faisceau électronique, de translater la platine avec le substrat relativement à l'axe du faisceau électronique, de façon qu'il se trouve toujours au centre de la zone en cours de tracé. La taille des zones individuelles dépend de la résolution requise. Les canons à électrons actuels permettent d'utiliser des zones ayant une longueur d'arête comprise entre 103 à 104 fois environ la largeur de ligne minimale requise. La translation indiquée du substrat par rapport à l'axe du faisceau électronique n'a toutefois de sens que si la relation entre la position du substrat et l'axe du faisceau électronique est garantie avec la précision du faisceau ou si, comme décrit ultérieurement, le faisceau électronique est guidé automatiquement en cas detranslation du substrat. I1 est possible d'utiliser le faisceau électronique lui-mme pour une translation précise par rapport à c dernier. Selon la figure 1, chaque zone comporte à l'intérieur ou sur le bord deux structures d'ajustage 4 au moins, conductrices le cas échéant et qui permettent, à l'aide du faisceau électronique, de déterminer la position de chaque case et par suite du substrat. Un ajustage précis automatique du substrat et/ou une transformation de coordonnées électronique appropriée pour la commande numérique du système de déviation et de suppression du faisceau électronique, sont ensuite effectués de façon à permettre un guidage du faisceau électronique d'usinage sur la zone prévue pour le tracé, avec la précision voulue. Lorsque la surface des structures répétitives (surface de pastille) est petite par rapport à celle des zones individuelles, il est possible d'utiliser comme structure d'ajustage un quadrillage 5 conducteur, situé sur le substrat et correspondant à la taille des zones individuelles. Selon une autre caractéristique de l'invention, la charge électrique du quadrillage par le faisceau électronique doit dans ce cas Etre mesurée galvaniquement et/ou capacitivement et/ou inductivement par le système palpeur 6, sous forme d'un courant ou d'une tension électrique, et servir à la détermination de la position du substrat. Le quadrillage 5 peut par exemple avoir été réalisé aupravant par une méthode optique. Lorsque la surface de pastille est plus grande que la zone indi viduelle, dans le cas de grands circuits logiques par exemple, ou quand d'autres raisons sDopposept à 1 emploi deun quadrillage comme structure d'ajustage, il suffit pour la détermination de position du substrat de prévoir sur chaque zone deux structures d'ajustage au minimum, de faible surface et métalliques le cas échéant. Selon une autre caractéristique de l'invention, les électrons secondaires libérés et/ou les électrons réfléchis par la structure d'ajustage et/ou d'autres effets dont le rendement dépend fortement de la surface du substrat sont mesures dans ce cas par le détecteur 7 et servent à déterminer la position du substrat. Le faisceau électronique produisant le signal d'ajustage et le faisceau électronique d'usinage peuvent aussi être guidés séparément et indépendamment. La production d'un signal d'ajustage exige en outre généralement une densité de courant du faisceau électronique beaucoup plus faible que celle nécessaire à ].'usinage, de sorte qu'aucun usinage (insolation par exemple) de la surface du substrat ngest effectué pendant les processus d'ajustage. Les hachures des figures 2a à 2d indiquent des propriétés superficielles différentes au voisinage des sutroutres d'ajustage, permettant la production d!un signal d'ajustage selon l'invention. Les bc-rds d'une structure d'ajustage peuvent être rectilignes ou courbes, être parallèles ou se couper suivant un certain angle. Leur symétrie par rapport aux axes x et y est essentielle. L'emploi d'une structure d'ajustage selon figure 2a ou 2b permet d'approcher le faisceau électronique de la struc ture d'ajustage suivant la directi.on x ou y et d'utiliser pour l'ajustage le signal produit quand la structure ou un bord de cette dernière est atteint.Une seconde possibilité consiste à guider le faisceau électronique le long d'une barre de la croix d'ajustage, avec une déviation transversale alternative simultanée du faisceau électronique. il en résulte obligatoirement un signal alternatif, qui se transforme en un signal continu quand le bord perpendiculaire au sens du mouvement est atteint. Le positionnement précis du faisceau électronique sur un point d'ajustage peut utilement aussi s'effectuer comme suit : une surface d'ajustage selon figure 2c ou 2d présente une conicité continue ou non entre une large plage d'attaque du-faisceau et le point d'ajustage, et le faisceau électronique subit pendant le parcours de cette surface des déviations transversales, dont l'amplitude diminue en fonction par exemple de la conicité connue de la surface, un montage 8 étant prévu pour mesurer le signal d'ajustage, le comparer à une réponse en amplitude de consigne, traiter les écarts entre les deux et les transmettre au système de déviation du faisceau pour correction de la position. I1 est inutile que les bords de la structure d'ajustage présentent une acuité particulièrement élevée.La mesure du signal d'ajustage produit pouvant être liée à une certaine intégration géométrique, de petites irrégularités des bords n'interviennent guère dans la précision de la méthode de guidage du faisceau. Une condition importante est toutefois que la structure d'ajustage servant au positionnement du faisceau électronique, et conductrice le cas échéant, soit positionnée avec la précision du faisceau électronique sur le substrat, car la position ultérieure du faisceau ou des structures à tracer par ce dernier ne peut jamais être plus précise que la position du point de centrage sur cette surface. Il est donc nécessaire de produire ce point de centrage sur le substrat à l'aide du faisceau électronique, par brûlage d'une métallisation de grande surface par exemple. Il est recommandé, comme dans le cas des applications précédem- ment décrites, d'amplifier le signal d'ajustage mesuré en fonction de la fréquence et/ou de la phase. Ce mode d'amplification est particulièrement nécessaire pour le dernier exemple de réalisation cité, car il améliore notablement le rapport signal/bruit. Des additions appropriées (de composés organiques par exemple, tels que 9, l0-dibromanthracène, bromanile, 1,3-dinitrobenzène, 1,5dicyannaphtalène, tétracyanéthylène, etc.) à l'électron-resist permettent d'ajuster la conductibilité électrique ou la constante diélectrique de la couche d'electron-resist à une valeur déterminée, afin d'obtenir de bons résultats avec la méthode décrite. Au cours de la production de composants à semiconducteurs et de circuits intégrés, l'invention est applicable tant à la production de masques d'insolation qu'à l'insolation directe de pastilles semiconductrices. Les structures d'ajustage du faisceau électronique précitées, disposées sur le substrat (pastille semiconductrice), peuvent dans la dernière application mentionnée servir simultanément de structures d'ajustage pour des processus à plusieurs masques. En dehors de l'insolation de couches d'électron-resist par le faisceau électronique selon la méthode décrite, l'invention est avantageu sement applicable aussi à l'implantation ionique et à l'usinage par faisceau électronique. La méthode se prête également à la production de mémoires optiques et magnétiques. Bien entendu, diverses modifications peuvent Être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent entre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Dispositif pour le positionnement précis d'un faisceau électronique émis par un canon à électrons et dirigé sur la surface d'un substrat, ledit dispositif étant caractérisé en ce que la surface du substrat est mobile dans le plan xy par rapport à l'axe du faisceau électronique, tourne autour d'un axe perpendiculaire à ce plan et est divisé en zones individuelles, dont chacune contient, à l'intérieur ou sur le bord, des structures d'ajustage présentant une relation spatiale par rapport au point d'impact de consigne du faisceau électronique, qui, avant de se déplacer sur la zone prévue pour le tracé, tombe sur les structures d'ajustage, et un montage est prévu, qui mesure les variations de charge des structures d'ajustage et/ou les électrons secondaires émis etXou les électrons réfléchis par les structures d'ajustage, puis en dérive une grandeur de correction qui est transmise au système de déplacement de la surface du substrat et/ou au système de déviation du canon à électrons. 2. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que le montage mesure à l'aide du système palpeur les tensions et/ou variations de tension produites par les variations de charge électrique des structures d'ajustage, les amplifie et les traite pour délivrer la grandeur de correction. 3. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que le montage mesure à l'aide du système palpeur les courants et/ou variations de courant produits par rapport à un point de référence de tension par les variations de charge électrique des structures d'ajustage, les amplifie et les traite pour délivrer la grandeur de correction. 4. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le montage mesure à l'aide du détecteur les électrons secondaires produits par l'impact du faisceau électronique sur les structures d'ajustage et/ou les électrons réfléchis, les amplifie et les traite pour délivrer la grandeur de correction. 5. Dispositif selon unequelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'intensité totale du faisceau électronique pendant l'exploration des structures d'ajustage est plus faible que pendant l'usinage et/ou l'insolation et n'entraîne aucune modification sur le substrat. 6. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le faisceau électronique produisant le signal d'ajustage et le faisceau électronique d'usinage sont séparés et peuvent être guidés indépendamment. 7. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un quadrillage conducteur constitue une structure d'ajustage sur le substrat et fait partie intégrante de ce dernier. 8. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les structures d'ajustage disposées sur la surface du substrat sont réalisées sous forme d'une croix suivant les directions x et y et que le faisceau électronique s'en approche suivant la direction x ou y. 9. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les structures d'ajustage disposées sur la surface du substrat sont réalisées sous forme de secteurs, dont les faces limites forment un angle avec l'axe x ou y et que le faisceau électronique s'en approche suivant la direction x ou y. 10. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les structures servant à l'ajustage, et conductrices le cas échéant, sont déposées sur le substrat par un processus distinct. 11. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'intensité du faisceau électronique est modulée pendant l'ajustage et que l'amplification du signal d'ajustage produit par le faisceau électronique s'effectue en fonction de la fréquence et/ou de la phase. 12, Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le faisceau électronique subit pendant l'ajustage une déviation périodique, perpendiculaire au sens de son déplacement, et que l'amplification du signal d'ajustage produit par le faiseau électronique s'effectue en fonction de la fréquence et/ou de la phase. 13. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le substrat est déplacé avant l'usinage de chaque zone individuelle, afin que l'axe du faisceau électronique se trouve au centre de la zone à usiner. 14. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'au moins deux surfaces continues ou non, conductrices le cas échéant et présentant une conicité entre une grande plage d'entrée du faisceau et le point d'ajustage, sont prévues dans chaque zone pour le positionnement du faisceau électronique sur l'origine de la zone à balayer, que le faisceau subit en parcourant la surface des déviations transversales dont l'amplitude diminue en fonction de la conicité connue de la surface et qu'un montage est prévu, qui mesure le signal d'ajustage produit par le faisceau électronique, le compare à une réponse en amplitude de consigne, traite les écarts entre les deux et les transmet au canon à électrons pour correction de la position. 15. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la délimitation de la surface d'ajustage servant au positionnement de l'origine du faisceau dans chaque zone, et conductrice le cas échéant, est produite par usinage ou insolation par le faisceau électronique, ou que sa netteté est au moins améliorée par ce traitement. 16. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 15, carac térisé en ce que l'intensité du faisceau électronique suffit pour l'ajustage et qu'un faisceau ionique est prévu pour l'usinage du matériau. 17. Dispositif selon une quelconque des revendications I à 15, caractérisé en ce que l'intensité du faisceau électronique est suffisante pour l'usinage du matériau et/ou l'insolation d'une couche d'électronresist. 18. Dispositif selon revendication 17, caractérisé en ce que des additions appropriées (de composés organiques par exemple, tels que 9,10 dibromanthracène, bromanile, 1,3-dinitrobenzène, 1,5-dicyannaphtalène, tEtracyanéthylène, etc.) à l'electron-resist permettent d'ajuster la conductibilité électrique et/ou la constante diélectrique de la couche d'electron-resist à une valeur déterminée. 19. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé par son emploi pour la production de composants semiconducteurs et de circuits intégrés.