Brevet FR2355315A1 — publié le 19780113

L'invention concerne un procédé de réalisation de masques par pnotographie pour supports semi-conducteurs notamment, pour la fabrication d'ensembles intégrés à très haute densité d'intégration et à grandes dimensions, de plusieurs centaines de millimètres carrés de surface. On raisonnera, pour exposer l'invention, sur ltesemple de ces semi-conducteurs, sans que cela limite en quoi que ce soit le champ d'application du procédé de l'invention. Il existe plusieurs procédés connus de réalisation de tels masques, qui utilisent la réduction photographique d'un dessin à grande échelle du motif à réaliser. Selon l'un de ces procédés on exécute d'abord un dessin à très grande échelle, 200/1 par exemple, du motif, sus une feuille d'un matériau dont il est aisé d'enlever des parties - les parties transparentes du masque définitif par exemple - sans altérer la tenue des parties restantes. On procède au découpage de ces parties, puis à une première réduction photographique, ramenant échelle à 10/1 par exemple.Par une seconde réduction photographique et répétition on obtient le masque aux dimensions réelles. Avec ce procédé, on se heurte à plusieurs difficultés, et, parmi elles, notamment celle des dimensions du dessin initial qui deviennent de plus en plus imposantes au fur et à mesure qu'augmente le degré dtintégration. D'autre part on se --trouve également limité par le champ des optiques de photoréduction auxquelles on demande également une résolution de plus en plus élevée au fur et à mesure qu'augmente la densité des motifs à reproduire. Pour éviter ces difficultés, selon un autre procédé de l'art connu, on part de dessins à grande échelle de parties seulement du motif, celui-ci étant décomposé en surfaces partielles que lton accole ensuite pour constituer le masque définitif. Ce procédé se heurte à une autre série de difficultés, parmi lesquelles d'abord le grand nombre de clichés photographiques intermédiaires à réaliser; on notera, pour en apprécier le nombre, qu'un jeu de masques est constitué de plusieurs niveaux superposés ; pour chacun d'eux devra être prévu, suivant les cas, un nombre plus ou moins grand de surfaces partielles et, pour un masque à huit niveaux destiné à l'obtention d'un dispositif à très forte densité d'intégration de 300 mm2 de surface, le nombre total de plaques photographiques intermédiaires à l'échelle 10/: avoisinera facilement la centaine. Ensuite, intervient la difficulté du raccordement des photographies partielles du fait des défauts, la distorsion notamment, présentés par celles-ci à leur périphérie, résultant elles#meAmes des imperfec- tions inhérentes aux systèmes optiques utilisés. Toute erreur notable dans l'un des raccordements entraine le rejet de 1' ensemble. Selon un autre procédé de l'art connu, on évite certaines de ces difficultés en traçant les dessins directement à une première échelle relativement réduite de io/i, au lieu de 200/1 de l'exemple considéré précédemment; la finesse nécessaire du dessin oblige alors à l'emploi de machines conteuses. On trouvera des précisions sur cet art antérieur dans l'article N B S Program in Photomask Linewidth Measurements de Dennis A.Swyt, paru dans Solid State Technology April 1976, pages 55-61 et dans celui de Aubray C. OBEY : By Modern Photomasking Techniques, Industrial Research, Septembre 1975, pages 66-70. L'invention concerne un procédé de réalisation de masques par photographie évitant ces inconvénients. Le procédé, de mise en oeuvre simple, s'applique particulièrement bien au cas de motifs constitués en majeure partie de motifs élémentaires se répétant chacun un grand nombre de fois dans le motif d'ensemble. Belon l'invention on réalise d'abord, par l'un quelconque des procédés de l'art connu,les plaques intermédiaires à l'échelle 10/1 comportant tout ou partie des motifs élémentaires qui composeront ultérieurement la figure finale , l'ensemble de ces figures élémentaires étant compatibles avec le champ de l'objectif de réduction finale. On opère alors la réduction finale de ces clichés sur la machine de photorépétition en utilisant sa propriété spécifique, à savoir de permettre de disposer les motifs photographiés avec grande précision les uns par rapport aux autres. Chacun des motifs élémentaires est alors répété autant de fois qu'il est nécessaire avec un pas de répétition et une position choisis de telle façon que les motifs puissent se raccorder entre eux de manière à permettre la réalisation de chacun des masques nécessaires à la réalisation du dispositif semi-conducteur. On dispose alors d'une photographie du masque en vraie grandeur, que l'on utilise selon les techniques connues de l'art antérieur pour la préparation de la plaquette de silicium. On remarquera qu'avec le procédé de l'invention le nombre de motifs élémentaires correspond au nombre de motifs différents du masque final, mais que les dimensions de ces motifs élémentaires peuvent être choisies de telle manière que l'on puisse tous les disposer sur la même plaque intermédiaire à échelle lQ/l en ména- geant entre eux des espaces opaques,permettant leur sélection successive,par masquage,-aisée L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description suivante et aux figures qui représentent#vus schématiquement en plan:: - la figure 1, l'ensemble du masque à réaliser - la figure 2, l'un des clichés de différentes parties du masque précédent réalisé au cours du procéda de lt-nvention. Sur la figure 1, est représenté schématiquement un exemple de configuration à obtenir sur le substrat semi-conducteur. La configuration de l'exemple comporte une matrice centrale M faite de la répétition d'un même élément m, comprenant des diodes, des résistances, des capacités, des transistors, etc., dont on ne précisera pas la constitution exacte, comme sans incidence sur le procédé de l'invention. On admettra simplement que cette matrice est constituée par la répétition périodique de l'élément en question, avec un pas, c'est-à-dire une distance entre points homologues de deux éléments successifs, de valeur donnée ; tous ces éléments, identiques entre eux, sont réalisables au moyen d'un même masque ; le dessin de ce masque pour les mêmes raisons que précédemment, n'est pas précisé.Dans l'exemple, cette matrice est bordée, sur la plus grande partie de ses quatre côtés, des rectangles A, 3, C, D, constitubes par les dispositifs de connexion par exemple, formés eux aussi par la répétition d'un élément de base, différent de celui de la matrice M et différent pour chacun des quatre c#tés. Ces derniers éléments de base rectangulaires seront désignés dans la suite par les lettres a, b, c, d, respectivement. Enfin, dans l'exemple, quatre éléments de coin, I, Il, III, IV, complètent le dessin, pour la soudure des fils de connexion par exemple. - Selon l'invention, on sélectionne dans le dessin d'ensemble un certain nombre de motifs élémentaires, dont la répétition et la juxtaposition permettront de reconstituer l'ensemble, et on. en fait un dessin à grande échelle, 200/1 par exemple. Ce choix peut être fait avec une grande latitude du fait du caractère périodique de la structure ; il détermine le pas avec lequel devra avoir lieu la répétition des motifs élémentaires. On pourra à dessein, choisir , outre les éléments précédents, m, a, b, c, d, I, Il, III, Iv,des éléments mixtes constitués de tout ou partie de certains des différents éléments de base, comme le montre la figure 2, tels les éléments (a,m) (b,m) (III,c,d,m) que l'on voit sur cette figure. Cette figure représente la plaque photographique intermcdoaire 10 obtenue par réduction des dessins initiaux dans le rapport 20 de manière à obtenir les motifs élémentaires à l'échelle O/t. Dans l'exemple, et suivant une disposition p;référentielle de l'invention, les photographies de ces motifs sont toutes réalisées sur la même plaque de l'un des formats standard. Les dimensions de leurs surfaces à cette échelle ont été choisies suffisamment petites pour permettre de les loger toutes sur la même plaque avec des intervalles opaques entre elles ; ces intervalles occupent la surface couverte de hachures sur la figure. Les croix cerclées de cette figure sont des repères d'alignement. Aucune précision n'est imposée aux dimensions de ces intervalles, dont le seul r8le est de séparer les différents motifs élémentaires de manière à permettre, au moyen d'un cache, d'isoler celui dont on désire réaliser la reproduction dans la phase ulté rieur Les dimensions des ouvertures de chacun de ces caches peuvent être choisies avec de grandes tolérances du fait -de l'existence des intervalles opaques entourant chacune des surfaces élémentaires à photographier. Celle-ci consiste en une nouvelle photographie avec réduction dans un rapport 10, dans le cas des chiffres considérés plus haut, de façon à obtenir l'échelle 1/1. Cette photographie est faite sur une plaque portée par une table animée d'un mouvement de déplacement dans dteux directions orthogonales x et y . La plaque à l'échelle 10/1 précédente est alors placée dans la position d'objet par rapport à un objectif photographique opérant la réduction dans le rapport l/tO en question. L'objectif reproduit chacun des motifs élémentaires, les autres étant masqués par le cache, et-la table est déplacée autant de fois que nécessaire pour réaliser la répétition désirée de l'élément en question. On opère avec chacun des différents motifs élémentaires jusqu'à reproduction complète de l'ensemble. la précision des aéplacements de la table, nécessaire à un raccordement convenable-J-es éléments,ne dépasse pas celle couramment réalisée avec les tables d'exploration en x et y dont on dispose actuellement. Ces tables ne seront pas décrites, comme non comprises dans l'invention. La partie utile de la table est de l'ordre de 100 x 100 mm permettant le traitement des plaquettes rondes de silicium de 75 mm de diamètre . Sur une telle plaquette est réalisé un certain nombre d'ensembles comme celui de la figure 1. De ce qui précède, il ressort divers avantages du procédé de l'invention par rapport à ceux de l'art antérieur, notamment ceux ci-dessous. On voit que, selon l'invention, pour chaque niveau, une seule plaque intermédiaire de dessin simple et peu conteuse suffit en général à l'échelle 10/1 pour réunir tous les éléments constitutifs de ce niveau : voir la figure 2. Ces éléments sont eux-memes en petit nombre, 9 dans l'exemple, à partir desquels, par répétition, il est possible de reconstituer l'ensemble. Dans le cas où ces éléments sont en nombre trop élevé pour pouvoir être tous contenus sur une seule plaque intermédiaire, ou lorsque le champ de l'objec- tif utilisé à la réduction finale est particulièrement réduit (cas des objectifs à très haute résolution), on pourra utiliser plusieurs plaques intermédiaires successivement.Toutes ces plaques intermédiaires étant alors placées sur un même support plan, on déplacera le support dans son plan par rapport à l'objectif de manière à amener successivement chacune d'elles dans le champ de l'objectif. Des repères d'alignement supplémentaires sont nécessaires dans ce cas. Cette répétition, autant de fois que nécessaire, des éléments permet de choisir ,dans de larges limites,les dimensions de ceux-ci et notamment de façon telle que l'objectif soit utilisé au mieux de ses possibilités, et que soient évitées ainsi les chutes de définition et les distorsions en bordure du champ. Les déplacements de la table se font suivant une programmation simple. Les précisions dont on dispose actuellement avec ce genre de tables, couramment le dixième de micromètre dans chaque direction, permet le raccordement des éléments de façon très satisfaisante pour les masques les plus fins. La durée de réalisation d'un masque est de l'ordre de celle du même masque par la technique du bombardement d'électrons,généralement considérée comme la plus rapide. Elle varie évidemment d'un masque à l'autre : d'une fraction d'heure à plusieurs heures. Enfin, une seule opération d'alignement par niveau est nécessaire. La technique électronique, qui donne de bons résultats, a l'inconvénient d'exiger des investissements élevés dûs à la complexité des installations nécessaires, résultant notamment de la nécessité d'opérer sous vide, avec des faisceaux d'électrons très fins, de quelques dixièmes de micromètre à quelques micromètres de diamètre au plus, et de grands angles de balayage, dans le cas des plaquettes semi-conductrices de grandes dimensions pratiquées actuellement. On notera enfin un autre avantage du procéda de l'invention un même jeu de plaques intermédiaires permet la réalisation de dispositifs de surfaces différentes utilisant les mêmes motifs élémentaires. REVENDICATIONS t. Procédé de réalisation de masques dont l'ensemble est constitué par la répétition d'un certain nombre de motifs élémen- taires, procédé consistant en réductions photographiques successives dont la dernibre est pratiquée à l'aide d'an dispositif dans lequel une plaque photosensible est portée par une table mobile par rapport à l'objectif du dispositif , caractsrlse en ce que les photographies desdits motifs élémentaires soumises à ladite der libre réduction sont toutes réalisées sur la même plaque, én ce qu'elles occupent sur celle-ci des positions séparees par des intervalles opaques, et en ce que, au cours de la photographie de chacun desdits motifs élémentaires, les autres motifs de la plaque sont masqués par un cache aux cotes grossièrement déterminées, de façon à ne laisser apparattre que le motif à reproduire, chacun desdits motifs élémentaires étant photographié au cours de cette réduction finale autant de fois que ndcessaire, la table étant chaque fois amenée dans la position voulue pour que la photograrhie dudit motif occupe sur la plaque la place qui lui correspond dans le masque. 2. Procédé de réalisation de masques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite dernière réduction est une réduction dans le rapport 1/10. 3. Application du procédé suivant l'une des revendications t ou 2, à la réalisation d'un ensemble de masques pour plaquettes de silicium de 75 mm de diamètre.