Brevet FR2534040A1 — publié le 19840406

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de traitement de stabilisation d 7 une couche de résine constituant un masque , déposée sur un substrat et destinée a la réalisation de traitements ultérieurs effectués à forte énergie Ce procédé est utilisable" en particulier, pour la fabrication de circuits intégrés où il est habituel de recouvrir un substrat d'une couche à graver, puis d'une couche de résine photosensible que l'on développe sur certaines zones du substrat pour former un masquez et de soumettre ensuite les parties de la couche à graver non recouvertes par le masque à des traitements à forte énergie tels que l'implantation ionique ou la gravure sèche par plasma réactif Cependant, avec les résines utilisées ac tuellement0 il est difficile de stabiliser la structure du masque et, de ce fait, les traitements subséquents à forte énergie entraînent une certaine dégradation de celui-ci, ce qui conduit a lobtention de résultats non satisfaisants en particulier en ce qui concerne la de finition des motifs traités lors des opérations ultérieures d'implantation ionique ou de gravure sèche. En effet, lors d'une opération de gravure sèche par plasma réactif, le milieu réactionnel peut com prendre des espèces réactives neutres . des espèces réactives ionisées et des mélanges de celles-ci, et le masque de résine se trouve ainsi soumis à plusieurs types de dégradation - une dégradation chimique due à l'érosion par les esy perces réactives de la décharge, une dégradation par irradiation due à l'érosion et à une modification de la structure par les photons de la décharge, et - une dégradation thermique due à l'échauffement du substrat et du masque par impact des particules éner- gétiques. De ce fait, comme on peut le roir sur la figure 3B, le profil des zones gravées ne peut entre satisfaisant. Pour éviter ces inconvénients on a déjà en visage de soumettre le substrat comportant le masque de résine photosensible à un traitement de surface réalisé au moyen d'un plasma fluorocarboné, en utilisant pour la production plasma un appareil l de gravure sèche classique, tubulaire ou planaire, dans la gamme des ra- diofréquences. Cependant, l'utilisation de ce procédé présente certaines difficultés et n'apporte qu'une amé- lioration partielle en raison notamment de 1 appareil utilisé. La présente invention a précisément pour objet un procédé de traitement de stabilisation d'une couche de résine constituant un masque, qui permet d'éviter les inconvénients des procédés antérieurs et d'obtenir une efficacité supérieure en utilisant des durées de traitement plus courtes. Le procédé, selon l'invention, de traitement de stabilisation d'une couche de résine constituant un masque, déposée sur un substrat, se caractérise en ce qu'il consiste - à soumettre le substrat revêtu de la couche de résine à l'action d'un plasma fluorocarboné engendré au moyen d'un dispositif d'excitation par des ondes hy perfréquences, et - à soumettre ensuite le substrat ainsi traité à un recuit à une température de 1300C à 2200C. Avantageusement, le plasma contient un autre gaz choisi parmi l'air, l'azote et les gaz rares, par exemple de l'argon, ce qui conduit à l'émission simultanée de rayonnements ultraviolets. Selon l'invention, le matériau fluorocarboné est avantageusement un hydrocarbure fluoré tel que l'hexafluoroéthane, le tétrafluorométhane et le trifluorométhane. Grâce à ce traitement par un plasma fluorocarboné contenant un autre gaz qui produit simultanément un rayonnement ultraviolet et des ~radicaux fluor et fluorocarbone, il se forme sur la surface de la couche de résine photosensible constituant le masque, une couche semiperméable qui stabilise la structure du mas que permet ltobtention dgune évaporation satisfai sante du solvant présent dans la couche de résine, lors du traitement ultérieur de recuit, tout en conservant les dimensions et le profil des motifs de la couche de résine déposée. De plus, l'utilisation, selon l'invention, d'un plasma engendré au moyen d'un dispositif d'excitation par des ondes hyperfréquences, permet de réaliser ce traitement pendant une durée très courte et d'utili- ser des températures relativement élevées pour assurer ensuite le recuit et l'évaporation du solvant. En revanche, dans les procédés antérieurs où la résine était seulement soumise à un traitement d'étuvage à une température maximale de 100 OC pour ne pas endommager ses caractéristiques géométriques, on ne pouvait obtenir une évaporation totale du solvant et lors des opérations ultérieures de traitements thermiques à forte énergie, il se produisait une dégradation de la résine. Selon l'invention, le plasma est avantageusement engendré par des ondes ayant une fréquence dans la gamme de 0,9 à 13 GHz. Généralement, on réalise le traitement sous des pressions allant de 10 2 à à 1 torr (1,33 Pa 133 Pa). Le procédé de l'invention peut être utilisé pour traiter les résines photosensibles négatives ou positives habituellement utilisées dans la fabrication des microcircuits intégrés. A titre d'exemple de telles résines, on peut citer les résines telles que le produit vendu par HUND sous la marque HPR 204, les résines SHEEPLEY, ... L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Ce dispositif comprend - une enceinte de traitement comportant des moyens pour supporte le substrat à traiter et des moyens de pom page pour établir pratiquement le vide dans l'encein te, - une cellule cylindrique apte à contenir un plasma, débouchant dans l'enceinte par une partie évasée, - des moyens pour introduire dans ladite cellule un gaz et un matériau fluorocarboné, - un système de guide d'ondes disposé autour de la cel lule cylindrique de façon que l'axe du guide ondes soit perpendiculaire à l'axe de la cellule cylindri que, et - des moyens pour engendrer des ondes hyperfréquences dans ledit guide d'ondes. Avantageusement, le dispositif comprend de plus des moyens pour régler la distance entre le substrat et l'ouverture de la partie évasée de la cellule. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, donnée bien entendu à titre illustratif et non limitatif en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 représente un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, - les figures 2A, 2B et 2C illustrent la réalisation d'un traitement selon l'invention, et - les figures 3A et 3B illustrent la réalisation d'un traitement selon l'art antérieur. Sur la figure 1, on voit que le dispositif de l'invention comprend une enceinte 1 qui peut être mise pratiquement sous vide par un système de pompage 3. Dans 1 enceinte est disposé un support 5 apte à rece- voir le substrat à traiter 7 et déplaçable verticalement au moyen de la tige 6. À la partie upérieure de l'enceite, une cellule cylindrique 9 en quartz dans laquelle on peut engendrer un plasma débouche dans l'enceinte par une partie évasée 10 située en regard du substrat et réalisée également en quartz. L'ouverture de cette partie évasée 10 a des dimensions qui corres pondent du celles du substrat à traiter. La cellule 9 peut être alimentée en matériau fluorcarboné et en un autre gaz tel que de l'argon, par une conduite 11 reliée à des réservoirs 13 de matériau fluorcarboné et 15 d'argon par l'intermédiaire de vannes de réglage de débit 17 et 19. Le dispositif comprend également une structure d'excitation pour exciter par des ondes périodi que dans le domaine des hyperfréquences la colonne de gaz présente dans la cellule cylindrique 9 Cette structure d'exxitation comporte un guide. ondes 21 de section rectangulaire dont les parois associées au grand côte de la section comportent une ouverture clE- culaire permettant le passage de la cellule cylindrique Do. au travers du guide d'ondes. Des moyens d'étanchéité sont prévus au niveau de la traversée de la cellule 9 et de la partie 10 dans l'enceinte 1 Les dimensions de la section transversale du guide ondes sont choisies en fonction des fréquences utilisées pour engendrer le plasma fluorcarboné dans la cellule 9. À titre d'exemple pour l'utilisation de fréquences de 2845 GHz, le guide ondes présente une section transversale de 4,3 cm de hauteur et de 8,6 cm de largeur. À l'une de ses extrémités, le guide d'ondes comprend un élément de transition 23 permettant d'ali- menter le guide 21 par un générateur de hautes fréquence ces 25. A l'autre extrémité du guide d'ondes 21 est installé un piston d'adaptation 27 solidaire d'une tige 29 permettant de faire coulisser le piston sur une course de longeur L. Cette longeur L est de préférence de l'ordre de grandeur de la longeur d'onde #g du mode fondamental du guide d'ondes 21. Au-delà de la course L, la guide d'ondes 21 s'étend sur une longeur L1 au milieu de laquelle est disposée l'ouverture permettant le passage de la cellule cylindrique 9. Généralement cette longeur L1 veut environ 10 à 15 fois le rayon de la cellule cylindrique 9. En effet, elle ne doit pas être trop faible afin d'eviter des réflexions dans le guide qui affecteraient l'homogénéité du plaswa créé dans la cellule 9.En outre, avec une longeur suffisamment importante, on respecte la symétrie azimutale du champ électrique. Le piston 27 a un rôle d'adaptation permettant une absorbtion maximale de l'énergie haute fréquence fournie par le générateur à la colonne de gaz de la cellule 9. Au voisinage des ouvertures prévues dans le guide d'ondes 21 pour le passage de la cellule 9, les parois présentent une épaisseur faible pour que le champ électrique de l'onde de surface dans le plasma soit peu à peu atténué à la sortie du guide dòndes. Cependant, dans certains cas, on ajoute avantageusement dans le guide d'ondes, au voisinage de l'ouverture et contre la paroi, des coins métalliques 31 pour que la longueur L2 sur laquelle s'exerce le champ électrique d'excitation dans le guide d'ondes soit inférieure à la longueur d'onde de l'onde de surface créée. Le dispositif comprend également des moyens pour régler en hauteur la position du support 5 et du substrat 7 à traie ter. Sur la figure 1 on a représenté également la distance D1 séparant le plasma du substrat 7 et la dis tance D2 séparant l'ouverture de la partie évasée 10 du substrat 7* Pour réaliser selon l'invention le traitement d'un substrat Pevêeu d'une couche de résine, on opère de la manière suivante On dispose le substrat 7 sur le support 5 en réglant la position du support 5 de façon à avoir une distance Dî et une distance D2 appropriées au traitement, par exemple une distance D1 de 10 cm et une distance Q de 1 cm. On règle ensuite la pression dans l'enceinte 1 au moyen du dispositif de pompage 3 à une valeur de 40 mtorr (3b10 4 Pa) et on introduit dans la cellule cylindrique 9 de l'argon à un débit de 20 Scm3/min. (Scm3=cm3 standard à température et pression normales) et de l'hexafluorure à un débit de 40 Scm3/min. On crée ensuite dans la cellule 9 un plasma en alimentant le guide d'ondes 21 par le générateur à hautes fréquences 25 d'une puissance de 50 watts à une fréquence de 2,45 GHz. Après 30 s de traitement, on interrompt l'opération, on retire le substrat 7 de l'enceinte et on le soumet à un traitement de recuit effectué à une température de 200 0C dans l'air pendant 20 min. Sur les figures 2A à 2C, on a représente les différentes étapes de traitement d'un substrat 7 qui est constitué, dans cet exemple, par un substrat de silicium 7a recouvert d'une couche de matériau à graver 7b et d'un masque de résine photosensible 7c. Ce substrat est soumis à l'action des rayonnements ultraviolets, des atomes de fluor et des molécules CmFn* et CmFn engendrés par le plasma de la cellule 9, qui est figuré par les flèches F. Durant ce traitement, il se forme à la surface de la couche de résine, une envelop pe semiperméable 7d qui permettra d'assurer ensuite dans de bonnes conditions l'évaporation du solvant present dans la couche. Sur la figure 2B, on a représenté l'étape de recuit pendant laquelle le solvant de la couche 7c de résine photosensible s'évapore régulièrement et tota- lement par passage au travers de l'enveloppe 7d, ce qui permet d'obtenir en fin d'opération un masque stabilisé dont les motifs ont conservé leur forme initiale. Sur la figure 2C, on a représenté la mise en oeuvre d'un traitement ultérieur constitué par une opération de gravure sèche par plasma du substrat 7. Dans ce cas, l'action du plasma réactif a permis d'éliminer la couche de matériau à graver 7b aux endroits non recouverts par le masque 7c. A la suite de cette opération, on obtient une bonne définition des motifs 7b gravés en raison de la bonne définition des motifs 7c de résine. En revanche, on ne peut obtenir une bonne définition des motifs lorsqu'on réalise la gravure sèche sans traitement de stabilisation par plasma de la rés i- ne comme cela est représenté sur les figures 3A et 3B. Sur ces figures, on a repris les mêmes références pour désigner le substrat 7a, la couche à graver 7b et la couche de résine 7c. A l'origine, après dépôt de la couche de résine 7c, et étuvage à une température modérée, les motifs 7c présentent une bonne définition. Cependant, lors de la gravure sèche par plasma illustrée sur la figure 3B, on obtient une déformation de la couche de résine 7c, et de ce fait, la définition des motifs de la couche 7b gravée n'est pas satisfaisante car elle ne correspond pas à la géométrie de départ. On suppose que lors de la première phase du traitement de l'invention, les rayons ultraviolets émis par le plasma et dus à la présence d'argon, provoquent une coupure des liaisons de la résine au voisinage de sa surface, les micro-ondes du plasma fournissent l'énergie en profondeur pour unifier l'échappement du solvant de la structure de résine et la réaction de la résine avec les atomes de fluor sur la surface de la couche 7c forme la couche semiperméable 7d qui stabille se la géométrie de la résine Pendant le recuit à 200'C sous air;; on ob- tient une évaporation du solvant sans détérioration des caractéristiques géométriques de la couche 7c et lors de l'étape de gravure sèche par plasma, la couche de résine traitée 7c supporte l'effet du bombardement par les particules très énergétiques en conservant ses ca ractéristiques géométriques de départ Dans le procédé de l'invention, on règle les distances D1 et D2 de façon à obtenir la meilleure ef- ficacité de traitement Ceci est obtenu en agissant sur la tige de réglage 6 pour faire varier la distance D2 et en agissant sur la pression dans l'einceinte et la puissance du générateur 25 pour régler la distance Dg en établissant à la hauteur voulue le niveau P où s'ar- rete le plasma dans la cellule 9 REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de stabilisation d'une couche de résine constituant un masque, déposée sur un substrat, caracterisé en ce quXll consiste - à soumettre le substrat revetu de la couche de résine -(7) à l'action d'un plasma fluorocarboné engendré au moyen. d'un dispositif d'excitation g25, 23 21) par des ondes hyperfréquencesy et - à soumettre ensuite le substrat ainsi traité à un recuit à une température de 130 à 2200C 2. procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plasma fluorocarboné contient un autre gaz choisi parmi l'air, l'azote et les gaz rares. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz rare est l'argon; 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau fluorocarboné est choisi dans le groupe comprenant l'hexafluoroéthane, le tétrafluorométhane et le tri fluorométhane - 5 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif d'excitation par des ondes hyperfréquences fonctionne dans la gamme de fréquence allant de 0,9 à 13 GHz. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on réalise le traitement sous une pression de 1,33 Pa à 133 Pa -7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications-l à 5, caractérisé en ce qu'il comprend : - une enceinte de traitement (1) comportant des moyens (5).pour supporter le substrat (7) à traiter et des moyens de pompage (3) pour établir pratiquement le vide dans l'enceinte ; - une cellule cylindrique (9) apte à contenir un plas ma, débouchant dans l'enceinte par une partie éva sée (10) ; ; - des moyens (11) pour introduire dans ladite cellule un gaz et un matériau fluorocarboné - un système de guide ondes (21) disposé autour de la cellule cylindrique de façon que lgaxe du guide d'on des soit perpendiculaire à l'axe de la cellule cylin drique ; et des moyens (25) pour engendrer des ondes hyperfré quences dans ledit guide d'ondes. 8 Dispositif selon la revèndication 7, ca ractérisé en ce qui comprend des moyens pour régler la distance (D2) entre le substrat et l'ouverture de la partie évasée (10) de la cellule.