Brevet FR2284186A1 — publié le 19760402

La présente invention concerne un appareil et un procédé pour former un modèle de dessin désiré sur un objet tel qu'une plaque, au moyen d'un faisceau d'électrons ou d'ions, appareil plus particulièrement utilisable pour la gravure de modèles de circuits électriques sur la surface principale convenablement traitée d'un substrat semi-conducteur. Dans la fabrication de circuits intégrés et d'autres dispositifs semi-conducteurs de précision, on a utilisé jusqu'à ce jour la technique de photo-lithographie. Cependant, la précision avec laquelle un modèle désiré peut être formé sur un substrat est limitée par l'effet de diffraction qui dépend de la longueur d'onde de la lumière utilisée (rayons ultraviolets). Pour cela, dans la fabrication de circuits intégrés très compacts, on utilise des transducteurs d'onde acoustiques et autres dispositifs ayant des modèles de dessin avec tracé de l'ordre du sous-micron, et un générateur de modèles de faisceau d'électrons du type A balayage, tel que représenté dans la figure 1 annexée. Dans la figure 1, un faisceau d'électrons provenant d'un canon à électrons 1 passe à travers des lentilles de condenseur 3 et des lentilles d'objectif 5, de saunière à être focalisé sur un objet 7 sous la forme d'une tache de tracé. Des diaphragmes d'ouverture 4 et 4a sont prévus pour limiter l'angle de convergence du faisceau. & unité de non-traçage 2 répond à des signaux de non-traçage pour contrôler l'émission et la suppression du faisceau. Vne unité de déflecteur 6 répond à des signaux de déflexion pour contraindre le faisceau à balayer l'objet et permettre à la tache du faisceau de dessiner un modèle désiré sur cet objet. Le modèle peut être formé en contraignant la tache 8 du faisceau à balayer l'objet d'une manière telle qu'une portion sélectionnée 9 soit uniformément exposée comte représenté figure 2. Dans la pratique réelle, le générateur de modèle du type à balayage est contrôlé par une calculatrice électronique associée. Plus particulièrement, le générateur de modèle est conçu pour répondre aux signaux d'émission et de déflexion fournis tous les deux par la calculatrice électronique pour immobiliser et déplacer le faisceau électronique de manière à dessiner le modèle désiré sur l'objet. Pour obtenir un modèle de précision, il est nécessaire que le systène de contrôle de faisceau comprenne des compensations compliquées pour la distorsion, l'astigmatisme et le décalage du foyer, chacune de ces grandeurs variant avec l'angle de déflexion du faisceau. En vue de réduire l'effet indésirable produit-par l'aberration sphérique des lentilles d'objectif sur la précision du modèle à former, il est nécessaire que l'angle de convergence du faisceau soit réduit. Mais pour cela on fait décroître en conséquence le courant du faisceau, et on augmente d'autant le temps d'exposition du modèle qui est nécessaire. Ce temps d'exposition peut cependant être réduit si l'on utilise une résistance électronique å haute sensibilité. Cette condition impose des exigences sévères pour une réponse extrêmement rapide à l'émission et la coupure du faisceau sur les contrôles de déflexion de faisceau et de correction. L'invention a pour but de créer un appareil de formation de modèle qui permette de former un modèle désiré sur un support avec une vitesse élevée et une grande précision, sans exiger de commande compliquée. Dans ce but, l'appareil conforme à l'invention est caractérisé par un système de lentille quadripolaire et des moyens pour contrôler ce système de lentille en vue de contraindre un faisceau de particules chargées électriquement, de section transversale rectangulaire ou linéaire désirée, à tomber en une position désirée sur l'objet. L'invention est expliquée ci-après à propos d'exemples de réalisation avec référence aux dessins annexés, dans lesquels - La figure 1 est un schéma d'un générateur de modèle à faisceau électronique, du type à balayage; - La figure 2 montre la manière par laquelle un modèle désiré est tracé par le générateur de la figure 1; - Les figures 3A et 3B sont des vues en perspective d'une lentille électrostatique quadripolaire et d'une lentille magnétique quadripolaire; - La figure 4 montre la manière par laquelle la section transversale du faisceau est modifiée tandis que le faisceau passe à travers la lentille quadripolaire; - La figure 5 est un schéma montrant la structure de 1 appareil de formation de modèle conforme à l'invention;; - La figure 6 montre la trajectoire du faisceau électronique dans le plan des X-Y (partie supérieure) et la trajectoire dans le plan des Y-Z (partie inférieure) lorsque le faisceau traverse le système de lentille quadripolaire; - La figure 7 montre la manière par laquelle un modèle désiré est formé sur un substrat en utilisant l'appareil de l'invention. L?invention tire avantage de la nature électro-optique unique des lentilles quadripolaires. Une majoiité des modèles qui apparaissent sur le dispositif à circuits imprimés sont composés d'éléments linéaires et rectangulaires, dont certains sont de forme et de dimension identiques. Le principe de l'invention consiste à contrôler la forme (section transversale) du faisceau de particules chargées électriquement (bien que cette forme soit essentiellement carrée) et à projeter une variété de faisceaux à section transversale rectangulaire sur un substrat, en composant ainsi le modèle désiré à partir d'éléments linéaires et rectangulaires. La figure 3 montre une lentille électrostatique à quatre pôles 10, et la figure 3B montre une lentille magnétique à quatre pôles 10. Si un faisceau chargé de particules se déplace endirection de l'axe Z, les lentilles quadripolaires fonctionnent comme un optique convergent (convexe) dans le plan X-Z, tandis qu'elles fonctionnent comme un optique divergent (concave) dans le plan Y-Z. En se référant à la figure 4, la section transversale d'un faisceau d'électrons 12 est limitée par l'ouverture carrée 11. Lorsque ce faisceau carré traverse l'optique quadripole 10, il diverge le long de l'axe Y (ou en direction verticale), et, en même temps, il converge le long de l'axe X (ou en direction horizontale). Le résultat est que la longueur verticale est agrandie et que la longueur horizontale est raccourcie, formant ainsi un faisceau rectangulaire 125, comme représenté à la sortie de l'optique quadripole 10. Le faisceau de section transversale rectangulaire désirée peut être produit en contrôlant de manière appropriée le voltage (ou courant) alimenté à la lentille quadripolaire. En se référant à la figure 5s elle montre un appareil de formation de modèle conforme à l'invention. Un faisceau d'électrons 12 provenant d'un canon à électrons 1 est rendu convergent par un condenseur à lentille 3 pour tomber sur une ouverture carrée 4. La section transversale du faisceau est donnée par l'ouverture carrée 4 et le faisceau carré résultant passe à travers un système de lentille quadripolaire 13 et à travers une unité de déflexion de faisceau 6, de sorte qu'un faisceau 12 ayant une section transversale rectangulaire désirée tombe sur une position désirée sur le substrat 7. L'unité de nonçtraçage 2 répond à des signaux pour contrôler la durée d'exposition en dépendance de la dimension du faisceau a section transversale rectangulaire. L'unité de déflexion de faisceau 6 n'est pas nécessaire si, au lieu de cela, sont prévus des moyens pour déplacer l'objet 7 par rapport au faisceau La figure 6 montre les trajectoires du faisceau d'électrons dans le plan XZ (figure CA) et dans le plan YZ (figure 6B) lors de son passage à travers un triplet quadripolaire électrostatique. Dans la pratique, il est difficile de réaliser poux une lentille quadripolaire unique une'variété de faisceaux rectangulaires de quelques microns, ou plus petits, pour composer le modèle désiré. Dans ce cas > deux ou plusieurs lentilles quadripolaires sont nécessaires pour composer ce modèle. La figure 7 montre la manière par laquelle un modèle désiré est dessiné ou formé sur un objet 7 par un appareil conforme à l'invention. Pour former un élément de modèle linéaire sur la surface-objet, l'unité de déflexion de faisceau 6 est controlée de telle sorte que le faisceau électronique est déplacé à partir de l'origine "0" jusqu'a' un point sélectionné "A".La section transversale carrée du faisceau d'électrons est changée en le rectangle désiré en contrôlant le voltage alimenté au système de lentille quadripolaire 13. Pour former un élément de modèle rectangulaire 15 sur la surface objet 7, le faisceau d'électrons est déplacé jusqu'à un point sélectionné "B", et le système de lentilles quadripolaires est contrôlé pour donner au faisceau la dimension et la forme désirées Ces deux opérations similaires et successives permettent la formation d'un modèle en forme de "L" sur l'objet. Si l'on désire former le meme élément de modèle rectangulaire à un emplacement symétrique par rapport à l'origine llOt (éléments de modèle rectangulaires 16 et 17), il est seulement nécessaire d'inverser la polarité du signal de déflexion. Particulièrement, ltélément de modèle rectangulaire 18 peut être formé en inversant la polarité de l'excitation du système de lentille quadripolaire et en inversant la polarité du signal de déflexion d'axe X par rapport àl'élément 16. De manière similaire, l'élément 19 peut être formé en inversant les polarités de l'excitation du quadripôle et du signal de déflexion d'axe X par rapport à l'élément 17. Comme mentionné plus haut, un modèle désiré peut être formé en contrôlant le système de lentille quadripolaire pour donner des dimensions et des formes différentes à la section transversale du faisceau, de manière à former des éléments de urodèle correspondants, rectangles ou lignes, sur un objet, en contrôlant l'unité de déflexion de faisceau pour contraindre le faisceau å tomber sur une position désirée de l'objet, et en contrôlant l'émission et ltarrêt de faisceau pour assurer la grandeur d'exposition requise pour la formation du modèle sur l'objet. En comparaison avec le générateur de modèle traditionnel, utilisant un faisceau de balayage, l'appareil formateur de modèle de l'invention n'exige pas un contrôle compliqué d'émission et d1arrét de faisceau et de déflexion de faisceau. La quantité de signaux de contrôle nécessaire pour former les éléments de modèle avec le système de lentille quadripolaire n'est pas faible, mais la quantité totale de signaux de contrôle pour former un modèle donné est relativement faible parce que les mêmes éléments de modèle sont utilisés avec répétition pour former le modèle désiré. L'emploi du système de lentille quadripolaire permet de focaliser le faisceau en une ligne de quelques millimètres de longueur, et de 0,5 micron de largeur, ou moins encore, cette ligne fine étant utile pour la formation d'éléments de circuits imprimés. En ce qui concerne la lentille quadripolaireS différente de la lentille symétrique par rotation traditionnelle, la composante principale du champ électrique ou magnétique de la lentille quadripolaire s'étend transversalement au parcours du faisceau. En conséquence, on peut concevoir un système de lentille quadripolaire de grand diamètre d'alésage, qui rend possible de réduire les effets de distorsion et d'aberration d'ouverture Les réalisations décrites ci-dessus utilisent un faisceau d'électrons pour former un modèle désiré sur un substrat.La lentille quadripolaire électrostatique a les mêmes fonctions pour un faisceau d'ions qui sont beaucoup plus lourds que les électrons et, en conséquence, l'appareil de l'invention est utilisable dans un procédé par implantation d'ions Dans la mise en pratique d'un procédé d'implantation d'ions sans masque il est très difficile de réaliser une tache de faisceau de diamètre très faible, en raison de l'effet de charge spatiale, et la formation d'une telle tache de faisceau n'est pas préférée en raison de la perte correspondante de courant de faisceau. Au contraire, si l'implantation d'ion sans masque est réalisée conformément à l'invention, elle s'effectue dans une grande marge de dimension et de forme déterminée par le système de lentille quadripolaire. Avantageusement, on peut utiliser efficacement le faisceau d'ions dissymétrique sortant d'un séparateur de masse. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Appareil pour la formation d'un modèle de dessin désiré sur un objet au moyen dtun faisceau de particules chargées, comprenant une source d'émission d'un faisceau de particules chargées électriques, appareil caractérisé par un système de lentille quadripolaire et des moyens pour contrôler ce système de lentille en vue de contraindre un faisceau de particules chargées électriquement, de section transversale rectangulaire ou linéaire désirée à tomber en une position désirée sur l'objet. 20) Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu 'il comprend en outre un diaphragme ayant une ouverture rectangulaire pour donner une dimension et une forme de section transversale appropriées au faisceau lorsqu'il passe à travers cette ouverture. 30) Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la lentille quadripolaire est du type électrostatique ou magnétique. 40) Appareil suivant la revendication X, caractérisé en ce que le système de lentille quadripolaire comprend au moins deux quadripôles pour former une variété de faisceaux rectangulaires de formes et de dimensions différentes. 50) Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la source pour le faisceau de particules chargées électriquement est un canon à électrons. 60) Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la source pour un faisceau de particules chargées électriquement est une source d'ions. 70) Procédé pour former un modèle désiré sur un objet, procédé caractérisé par les étapes suivantes formation d'un faisceau de particules chargées électriquement, de section transversale rectangulaire ou linéaire désirée, déplacement du faisceau pour qu'il tombe en une position désirée sur l'objet, en formant ainsi le modèle désiré comme une combinaison d'éléments de modèle différents correspondant aux rectangles et aux lignes de la section transversale du faisceau. 80) Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'un faisceau de particules chargées électriquement est soumis à un champ magnétique ou électrique tel Que l'une des deux longueurs de la section tiansversale rectangulaire du faisceau soit agrandie, tandis que l'autre longueur de la section rectangulaire du faisceau est raccourcie, en formant ainsi un faisceau linéaire ou rectangulaire. 90) Procédé suivant la revondication 7, caractérisé en ce que les particules chargées électriquenent du faisceau sont des électrons ou des ions.