Brevet FR2545949A1 — publié le 19841116

La présente invention concerne la fabrication de dispositifs à très haute résolution, et elle porte plus par- ticulièrement sur des structures de masque pour la lithogra- phie par ultraviolet dans le vide, c'est-à-dire une techni- que de lithographie dans laquelle la longueur d'onde du rayonnement incident est comprise entre 100 et 200 nm. La lithographie est une technique classique pour la fabrication des motifs minuscules exigés dans les cir- cuits intégrés et d'autres dispositifs miniatures Confor- mément à cette technique, on expose sélectivement un substrat de dispositif revêtu de matière de réserve à une source de rayonnement électromagnétique, par l'intermédiaire d'un masque Les régions irradiées de la couche de matière de réserve subissent un changement chimique qui les rend plus solubles (matière de réserve positive) ou moins solu- bles (matière de réserve négative) que les régions non irradiées On utilise ensuite un développateur pour enlever de façon préférentielle les régions de matière de réserve plus solubles qui sont les régions irradiées dans la matiè- re de réserve positive et les régions non irradiées dans la matière de réserve négative On peut ensuite attaquer ou déposer sélectivement une matière dans les ouvertures de la couche de matière de réserve. Du fait que le coût et l'efficacité d'un circuit intégré sont fonction de la taille des dispositifs, des efforts importants ont été faits pour développer des tech- niques de définition de motif perfectionnées, afin de rédui- re encore davantage la taille des éléments qu'ilest possible de définir Un effort de développement s'est concentré sur l'utilisation d'un rayonnement de plus courte longueur d'onde pour exposer sélectivement le substrat de dispositif revêtu de matière de réserve, du fait qu'il est bien connu que des effets indésirables d'interférences et de diffrac- tion qui se manifestent en lithographie sont directement liés à la longueur d'onde du rayonnement' A titre d'exemple, des efforts très importants ont porté sur le développement de la lithographie par rayons X, c'est-à-dire une technique de lithographie qui utilise des rayons X en tant que source de rayonnement Bien que l'utilisation de rayons X procure de plus petites tailles de motif, elle exige un équipement important pour produire le rayonnement avec l'intensité nécessaire, et la structure de masque est extrêmement fragi- le. Un autre effort de développement visant à amélio- rer encore davantage la technique de définition de motifs dans un substrat fait appel à la lithographie par faisceau d'électrons, dans laquelle un faisceau d'électrons "dessi- ne" directement le motif du dispositif dans un substrat revêtu de matière de réserve Cette procédure peut également donner une taille de motif extrêmement faible, mais exige une installation complexe et coûteuse De plus, dans une technique de lithographie par faisceau d'électrons, il est nécessaire que chaque motif de dispositif soit dessiné séquentiellement, point par point, sous la commande d'un système de programmation Une telle procédure est relative- ment longue et coûteuse. Conformément à l'invention, on supprime les défauts de l'art antérieur par l'utilisation d'une structure de masque pour la lithographie par ultraviolet dans le vide, c'est-à-dire une technique de lithographie dans laquelle la longueur d'onde du rayonnement est comprise entre 100 et nm La structure de masque consiste en un substrat en halogénure de métal alcalino-terreux ou en halogénure de métal alcalin, revêtu d'une matière dans laquelle on a défini un motif et qui est opaque au rayonnement ultraviolet dans le vide Dans le mode de réalisation décrit, la matière dans laquelle on a défini un motif consiste en une couche de polyimide et en une couche de germanium La matière dans laquelle on a défini un motif est avantageusement transpa- rente à la lumière visible, ce qui facilite l'alignement entre le masque et le substrat du dispositif. Une caractéristique de l'invention consiste en ce que la structure de masque décrite est mécaniquement stable et robuste et ne nécessite donc pas de montage de fixation spécial. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisa- tion et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une coupe de la structure de mas- que décrite, après définition d'un motif dans une couche de matière de réserve extérieure; La figure 2 est une coupe de la structure de mas- que décrite, après définition d'un motif dans une couche de matière située au-dessous de la matière de réserve La figure 3 est-une coupe de la structure de mas- que décrite, après définition d'un motif dans une autre cou- che de matière située au-dessous de la matière de réserve et La figure 4 est une coupe montrant l'utilisation de la structure de masque décrite pour la définition d'un motif dans un substrat de dispositif. La structure de masque particulière qui est représentée à titre d'exemple sur les figures 1-4 comprend un substrat 101 recouvert d'une couche de polyimide 102, d'une couche de germanium 103 et d'une couche de matière de réserve 104 La couche de matière de réserve 104 consiste en une matière de réserve classique telle que le polymé- thacrylate de méthyle (PPMA) On peut choisir le substrat 101 parmi les matières consistant-en halogénure de métal alcalino-terreux ou en halogénure de métal alcalin, c'est- à-dire Ca F 2, Ba F 2, Mg F 2, Sr F 2 ou Li F On choisit l'épais- seur du substrat 101 de façon que celui-ci soit transparent à la longueur d'onde du rayonnement ultraviolet dans le vide, tout en étant mécaniquement robuste. Comme le montre la figure 1, le motif désiré à produire sur un substrat de dispositif (ou son négatif pho- tographique) est formé dans la couche de matière de réserve 104, par lithographie par faisceau d'électrons Ce motif est représenté par des ouvertures 105 La lithographie par faisceau d'électrons comprend les étapes successives consis- tant à dessiner le motif désiré sur la couche de matière de réserve 104 en utilisant un faisceau d'électrons, et à enle- ver ensuite la matière de réserve irradiée en utilisant un développateur approprié, comme une solution de trois parties de monoéthyléther d'éthylèneglycol dans sept parties de méthanol. Pour minimiser l'accumulation de charge par des électrons sur la structure de masque, pouvant entraîner des déviations du faisceau d'électrons par rapport à sa trajec- toire prévue, on peut déposer une couche d'aluminium (non représentée) sur la couche de matière de réserve 104, avant la définition d'un motif par faisceau d'électrons On peut ensuite enlever la couche d'aluminium en utilisant une solu- tion d'hydroxyde de sodium dans de l'eau, avant de dévelop- per la matière de réserve irradiée On comprend évidemment que la technique de définition de motif dans de la matière de réserve qui est décrite ci-dessus est également applica- ble à une matière de réserve négative, dans laquelle les parties de matière de réserve non irradiées sont enlevées par un développateur On peut en outre utiliser d'autres techniques lithographiques à haute résolution, comme l'exposition par un faisceau d'ions ou l'exposition par rayons X, pour définir un motif dans la couche de matière de réserve 104. Pour définir un motif précis par un faisceau d'électrons dans la couche de matière de réserve 104, il est nécessaire que l'épaisseur de la couche 104 soit uni- forme Des variations de l'épaisseur de la couche de matiè- re de réserve peuvent entraîner une exposition incorrecte de la matière de réserve et/ou une déformation de la matière de réserve dans laquelle on a tracé un motif En outre, de telles variations d'épaisseur tendent à se produire avec des substrats en halogénure de métal alcalino-terreux ou en halo- génure de métal alcalin, du fait que la matière du substrat est tendre et tend à présenter des surfaces rugueuses qu'on ne peut pas polir aisément par des moyens mécaniques On dépose donc avantageusement la couche de polyimide 102 sur le substrat 101, par centrifugation, pour donner une surface supérieure 106 lisse. On pourrait utiliser directement le PPMA dans lequel on a défini un motif comme masque pour attaquer la couche de polyimide Cependant, la vitesse d'attaque du PPMA dans l'oxygène est plus grande que celle du polyimide. L'utilisation de la couche de germanium 103 facilite cepen- dant le transfert du motif de PPMA vers le polyimide, du fait que l'attaque du PPMA est beaucoup plus lente que celle du germanium dans un plasma de SF 6, et du fait que le germa- nium n'est pratiquement pas attaque dans un plasma d'oxygè- ne. Après formation d'ouvertures 105 dans la couche de matière de réserve 104, on soumet la structure de masque à une attaque ionique réactive dans une atmosphère d'hexafluo- rure de soufre (SF 6) Il résulte de ceci que les ouvertures traversent la couche de germanium 103, comme le montre la figure 2 On soumet ensuite le substrat de dispositif de la figure 2 à une attaque ionique réactive dans de l'oxygè- ne, ce qui entraîne une extension des ouvertures 105 à tra- vers la couche de polyimide 102 L'attaque ionique réactive dans l'oxygène enlève également la couche de PPMA 104 La figure 3 montre la structure de masque après l'attaque ioni- que réactive dans l'oxygène. La figure 4 montre l'utilisation de la structure de masque de la figure 3 pour définir un motif dans un substrat de dispositif 401 qui est recouvert par une couche 402 de matière de réserve classique telle que le PPMA La couche 402 doit seulement être placée sur le substrat de dis- positif 401, c'est-à-dire en contact avec le substrat 401, comme il est représenté, ou séparée du substrat 401 par une ou plusieurs couches intermédiaires Le substrat de disposi- tif 401 peut faire partie de n'importe quel dispositif élec- tronique ou photonique Sur la représentation qui est faite, la couche de germanium 103 est en contact avec la couche de matière de réserve 402 Bien entendu, le contact entre le masque et le substrat n'est pas obligatoire si le rayonne- ment provenant du masque est focalisé sur le substrat de dis- positif au moyen d'une lentille appropriée Le contact entre le masque et le substrat de dispositif n'est également pas obligatoire si une légère perte de résolution est accepta- ble Les couches 102 et/ou 103 sont opaques au rayonnement ultraviolet dans le vide, 405, ce qui fait qu'un tel rayon- nement ne traverse que les régions de la structure de masque 101 qui sont alignées avec les ouvertures 105 On peut de plus choisir l'épaisseur des couches 102 et 103 de façon à obtenir l'opacité exigée, ces couches étant néanmoins trans- parentes à la lumière visible Une telle transparence faci- lite considérablement l'alignement du masque par rapport au substrat de dispositif 401 La couche de matière de réserve 402 est ainsi irradiée sélectivement dans des régions 403. On peut enlever les régions irradiées 403 en utilisant un développateur disponible dans le commerce, de façon que le motif dessiné dans le masque soit transféré avec précision dans la couche de matière de réserve 402. Exemple 1 On a fabriqué un masque pour la lithographie par ultraviolet dans le vide sur un substrat de Ca F 2 en déposant tout d'abord par centrifugation une couche d'environ nm de polyimide, tel que le XU-218, qui est une marque de la firme Ciba-Geigy Corporation Après étuvage à 1600 C pendant une heure dans l'air pour le séchage de tous les solvants, on a évaporé sur le polyimide une couche de germa- nium de 30 nm On a ensuite déposé par centrifugation une couche de matière de réserve de 100 nm qu'on a étuvée à 1300 C pendant une heure On a ensuite déposé avantageusement une couche de 30 nm d'aluminium sur le polyimide, par évapo- ration sous vide On a dessiné un motif dans le PPMA en uti- lisant un faisceau d'électrons d'un microscope électronique à balayage On a ensuite développé le motif dans une solu- tion comprenant trois parties de monoéthyléther d'éthylènegly- col pour sept parties de méthanol Après le développement, on a soumis successivement le substrat portant un motif à des opérations d'attaque ionique réactive dans de l'oxygène, du SF 6 et de l'oxygène, pour enlever le résidu-de matière de réserve dans les zones de germanium à nu, pour attaquer le germanium et pour attaquer le polyimide. Il faut évidememnt noter que la structure de mas- que décrite ci-dessus ne constitue qu'un exemple de diverses structures que l'homme de l'art pourra concevoir sans *sortir du cadre de l'invention Premièrement, bien que dans le mode de réalisation décrit, la couche de polyimide et la couche de germanium soient opaques au rayonnement ultraviolet dans le vide, il suffit qu'une seule de ces couches soit opaque. La couche opaque peut donc être adjacente au substrat ou séparée de celui-ci par une ou plusieurs couches intermédiai- res qui ne sont pas nécessairement opaques Enfin, on peut supprimer la nécessité de la couche de polyimide et on peut alors former directement sur la structure de masque une cou- che de germanium opaque au rayonnement ultraviolet dans le vide Cependant, l'élimination de la couche de polyimide réduit la précision de la définition du motif du masque, à cause de la rugosité des substrats en halogénure de métal alcalino-terreux ou en halogénure de métal alcalin dont on dispose actuellement. Il va de soi que de nombreuses autres modifica- tions peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Masque lithographique comportant une couche de matière opaque au rayonnement placée sur un substrat, carac- térisé en ce que le substrat est choisi dans le groupe com- prenant Ca F 2 Y Ba F 2, Mg F 2, Sr F 2, et Li F, et la couche de matière comprend au moins une couche de matière placée sur le substrat, cette couche étant traversée par au moins une ouverture, et la couche de matière étant opaque à un rayon- nement ayant une longueur d'onde dans la région de l'ultra- violet du spectre électromagnétique, dans le vide. 2 Masque selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche est adjacente au substrat. 3 Masque selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche est séparée du substrat par au moins une autre couche de matière intermédiaire. 4 Masque selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche consiste en polyimide. Masque selon l'une quelconque des revendica- tions 2 ou 3, caractérisé en ce que la couche consiste en germanium. 6 Masque selon la revendication 1, caractérisé par une seconde couche de germanium adjacente à la couche précitée et disposée du côté opposé au substrat. 7 Masque selon la revendication 6, caractérisé par une troisième couche de matière de réserve, adjacente à la seconde couche, et du côté opposé par rapport à la cou- che précitée. 8 Masque selon la revendication 7, caractérisé par une quatrième couche d'aluminium, adjacente à la troi- sième couche et placée du côté opposé à la seconde couche. 9 Procédé de fabrication d'un masque lithographi- que, caractérisé en ce que: on fournit un substrat choisi dans le groupe comprenant Ca F 2, Ba F 2, Mg F 2, Sr F 2 et Li F; on dépose au moins une couche de matière sur ce substrat, cette matière étant opaque à un rayonnement ayant une longueur d'onde dans la région de l'ultraviolet du spectre électroma- gnétique, dans le vide; et on forme dans cette couche de matière un motif prédéterminé qui définit au moins une ouverture dans la couche. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on dépose la couche de matière en position adjacen- te au substrat. 11 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on dépose la couche de matière en la-séparant du substrat par au moins une couche intermédiaire. 12 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 9 à 11, caractérisé en ce que la couche consiste en polyimide. 13 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 9 à 11, caractérisé en ce que la couche consiste en germanium. 14 Procédé de formation d'un motif dans un dispo- sitif, comprenant le dépôt d'au moins une couche de matière de réserve sur le substrat du dispositif el'expcoitin slective de la matière de réserve à un rayonnement ayant une longueur d'onde dans la région de l'ultraviolet du spectre électroma- gnétique, dans le vide, en utilisant un masque placé entre le substrat recouvert de matière de réserve et le rayonne- ment, caractérisé en ce que le masque comprend un substrat de masque choisi dans le groupe comprenant Ca F 2, Ba F 2, Mg F 2, Sr F 2, et Li F, et au moins une couche de matière sur le substrat de masque, cette couche étant traversée par au moins une ouverture et la matière de la couche étant opaque au rayonnement.