Brevet FR2598508A1 — publié le 19871113

PROCEDE ET APPAREIL DE DETERMINATION DE FIN D'ATTAQUE D'UNE SURFACE GRAVEE La présente invention concerne un procédé et un appareil de détermination de fin d'attaque d'une surface gravée. Elle s'applique plus particulièrement à l'analyse de la gravure d'une couche d'un circuit intégré en cours de fabrication et notamment a- la détection de fin d'attaque d'une couche de substance photosensible (résine). En effet, pour la fabrication de circuits intégrés, on procède à des étapes successives de masquage et de gravure. De façon générale, on dépose sur une couche à graver une couche a'une substance photosensible (couramment appelée résine), on irradie cette résine pour en rendre certaines parties sensibles à un premier produit d'attaque, on développe la résine, c'est-à-dire qu'on attaque les parties irradiées (ou inversement les parties non irradiées) par un produit d'attaque adapté et, ensuite, à travers les ouvertures formées dans la couche de résine, on attaque la couche sous-jacente par un deuxième produit d'attaque. Actuellement, de très nombreuses couches d'un circuit intégré sont attaquées par des procédés impliquant la présence d'un plasma. De tels procédés ne sont pas utilisés pour la gravure de résine pour lesquels on utilise des fluides d'attaque versés sur la plaquette ou pulvérisés sur celle-ci. Comme toutes les opérations a réaliser lors de la faDrication d'un circuit interne sont particulièrement méticuleuses et doivent atteindre une grande précision, on cherche généralement à mesurer l'effet d'un produit d'attaque sur une couche pendant l'action de ce produit. Classiquement, deux grands types ae procédés sont utilisés - dans le cas d'une attaque dans un milieu ou se développe un plasma, une analyse spectrométrique du rayonnement émis permet de déterminer quand une sous-couche est atteinte - dans le cas de la croissance ou ae l'attaque d'une couche en milieu non perturbé, des analyses de réflectométrie interférentielle peuvent permettre de déterminer des épaisseurs de couches. Bien évidemment le premier procédé ne peut pas s'appliquer en l'absence de plasma et le deuxième donne des résultats trop perturbés quand un liquide d'attaque ou une pulvérisation de fluide est produite sur le matériau en cours d'attaque. Ainsi, notamment dans le cas d'une attaque de résine, on ne dispose pas actuellement de moyen pour mesurer une profondeur d'attaque mais on se base seulement sur des résultats expérimentaux pour fixer à l'avance aes durées d'attaque pour des résines de nature connue et d'épaisseur donnée. Comme on veut éviter que l'attaque soit insuffisante, on choisit habituellement des temps majorés ce qui présente des inconvénients quant à la précision obtenue car une attaque trop longue peut entrainer une attaque indésirée du matériau sou-jacent ou de la résine non insolée. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un procédé et un appareil permettant de déterminer l'évolution de l'attaque d'une couche de résine par un fluide et plus particulièrelent l'instant de fin d'attaque. Pour atteindre cet objet ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un procédé d'analyse de la surface d'une plaquette de circuit intégré recouverte d'une couche en cours d'attaque par un fluide, comprenant les étapes consistant à pro Jeter sur la surface de la plaquette un faisceau de lumière monochromatique cohérente de section très grande devant la dimension d'un motif élémentaire du circuit intégré, et à concentrer la lumière réémise au plan focal d'un objectif, comprenant en outre les étapes suivantes - masquer la partie centrale du plan focal avec un masque d'un diamètre suffisant pour arrêter toute la lumière reçue quand il n y a pas de motif sur la plaquette, - mesurer l'intensité lumineuse présente à la périphérie au masque, et - déterminer le moment où cette intensité lumineuse devient constante, d'où il résulte une détermination de l'instant de fin d'attaque. Selon un mode de réalisation de la présente invention le masque comporte également un diaphragme extérieur, concentrique avec le masque central, dont le diamètre peut être compris entre 2 et 5 fois celui du disque interne. Selon un mode de réalisation de la présente invention le signal électrique de mesure de l'intensité lumineuse est traité par un intégrateur et un microprocesseur permettant de déterminer en s'affranchissant au bruit le moment où l'intensité lumineuse devient constante. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention et notamment un appareil pemettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation détaillé faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1A illustre de façon schématique un appareil de mise en oeuvre de l'invention ; la figure 1B représente une vue en plan du diaphragme utilisé selon l'invention les figures 2A à 2C illustrent les étapes successives de développement d'une couche de résine et serviront de base à l'exposé du procédé selon l'invention ; et la figure 3 représente à titre d'exemple le résultat de mesures obtenues par un appareil selon l'invention. La figure 1A représente de façon schématique un dispositif optique de mise en oeuvre de l'invention. On peut y voir une plaquette de circuit intégré 1 sur laquelle on réalise le développement (l'attaque) d'une couche de résine. Un faisceau lumineux 2 de lumière monochromatique parallèle provenant d'un laser 3 forme une tache lumineuse 4 sur la plaquette de circuit intégré. Au moyen d'une separatrice 5 et d'un oDjectif 6, on forme l'image 7 de la tache lumineuse 4 au plan focal de l'objectif 6. La tache lumineuse 4 est grande devant la aimension d'un motif élémentaire du circuit intégré. Par exemple, si sur la plaquette 1 on prévoit la formation d'un grana nombre de circuits intégrés dont chacun peut comprendre des milliers de composants élémentaires, et que chaque circuit intégré a une surface de l'ordre du cm2, la tache lumineuse 4 pourra avoir une surface égale ou supérieure au cm2. Ainsi, au niveau du plan focal de l'adjectif 6, on observe au centre une image géométrique 7 correspondant à la tache 4 et, autour de cette image centrale, une quantité de taches de diffraction résultant des diverses périodicités de motifs existant sur la plaquette de circuits intégrés. Les inventeurs ont constaté que l'intensité lumineuse globale des premières taches de diffraction était peu variable quand le motif changeait mais, si l'on sélectionne certaines plages de fréquences spatiales élevées, on obtint une intensité lumineuse caractéristique des changements de périodicité de la structure existant sur la plaquette résultant de l'attaque. Ainsi, l'invention prévoit de placer au plan focal de l'objectif 7 un diaphragme 8 suivi d'un filtre 9 laissant passer la longueur d'onde lumineuse émise par le laser 3 et un aétecteur 10. La figure 1B représente une vue de face du diaphragme 8. Celui-ci laisse passer de la lumière dans une couronne 11, le centre étant masqué par un disque opaque 12. La couronne opaque extérieure peut être constituée par le diamètre du photodétecteur lui-même, par exemple une photodiode. Bien entendu, la figure 1A constitue seulement un exemple de réalisation de l'invention. Au lieu d'utiliser un laser comme source lumineuse, on pourrait utiliser une source ponctuelle monochroxatique. Au lieu d'utiliser une séparatrice 5 on pourrait incliner le faisceau laser incident et recueillir la lumière réémîse selon un autre axe. Le mode de réalisation de la figure 1A est néanmoins particulièrement commode car la distance entre la source lumineuse et la plaquette est sans influence sur le phénomène. On peut donc dans des montages existants placer l'appareil comprenant la source lumineuse, la séparatrice, l'oojectif et le récepteur à tout emplacement choisi commode. Les figures 2A à 2C illustrent un exemple d'étapes successives d'attaque d'une plaquette de circuit intégré. On suppose que l'on part d'une structure telle que représentée en figure 2A, comprenant par exemple sur un substrat de silicium 21 une couche de SiO2 22 munie de fenêtres de moindre épaisseur 23, l'ensemble étant revêtu d'une couche de résine 24 insolée de façon que des parties (hachurées) 25 de cette couche de résine soient susceptibles d'être éliminées par un produit de développement. A l'étape illustrée en figure 2B, le produit de développement commence à agir et l'épaisseur de la zone 25 se réduit. La figure 2C illustre la fin de l'attaque où la zone 25 est complètement éliminée pour laisser apparaître une partie de la surface de la zone mince 23 de la couche de SiO2 22. Dans un procédé industriel, on souhaite arréter l'attaque de la résine à ce stade pour ensuite, après un nettoyage, procéder à une autre étape de fabrication, normalement l'attaque de la partie de la couche de SiO2 se trouvant sous l'ouverture formée dans la couche de résine par un produit distinct du produit de développement utilisé pour l'attaque de la couche de résine. Comme cela a été exposé précédemment, la tache lumineuse 4 recouvre un grand nombre de motifs, par exemple plusieurs milliers tels que ceux représentés dans les figures 2A à 2C. En outre, pendant le traitement, on procéde généralement en au moins trois phases. Pendant une première phase, un fluide est versé ou pulvérisé sur la plaquette tandis que celle-ci est entrainée en rotation rapide. Cette rotation est ensuite arrétée ainsi que le déversement de fluide. Une certaine quantité de fluide reste sur la plaquette et, classiquement, l'opération est arrétée au bout a'un certain temps après lequel on projette sur la plaquette un produit de rinçage, la plaquette étant à nouveau entraînée en rotation. Pendant la première phase, durant laquelle au fluide est projeté et où la plaquette tourne rapidement, il n'est pas possible d'effectuer d'observation. Pendant la deuxième phase, par les procédés classiques de réflectométrie, les observations sont également impossibles étant donné notamment la présence d'une couche de fluide sur la plaquette. D'autre part, le pouvoir réflecteur de la plaquette varie peu au cours du processus de traitement. Par contre, comme on le note en observant les figures 2A à 2C, les périodes des motifs élémentaires sont modifiées en cours de traitement. Il, en résulte que si l'on examine seulement les interférences correspondant à des fréquences spatiales élevées, on pourra observer des variations et une stabilisation en fin de traitement. La figure 3 représente l'allure typique au phénomene observé selon l'invention. La lumière passant par la pupille 11 du diaphragme 8 est analysée par une photodiode 10. On constate que pendant une première période, de O à 1,5 secondes, pendant laquelle la plaquette est entralnée en rotation rapide, des varaltions brutales d'intensité surviennent. De même, aans la période qui suit immédiatement l'arrêt de la plaquette, c'est-àdire de 1,5 a 2,5 secondes dans l'exemple représenté des variations brutales d'intensité surviennent encore. Ceci est du au fait que le résultat expérimental représenté correspond au cas d'un arrosage par du liquide et les variations brutales correspondent essentiellement aux vagues qui subsistent dans le liquide après arrêt de la plaquette.Enfin, entre l'instant t = 2,5 secondes et l'instant t = 12,5 secondes, on aperçoit une décroissance relativement régulière de l'intensité lumineuse qui se stabilise à partir de l'instant t = 8 secondes. La remontée brutale de l'intensité lumineuse à partir ae l'instant t = 12,5 secondes correspond à la phase de pulvérisation d'un liquide de rinçage. Ainsi, on voit en figure 3 que l'instant (t = 8 s) auquel la stabl'#isation du phénomène se produit est net. C'est à cet instant, ou peu après avoir détecté cette stabilisation, par exemple 0,5 à 1 seconde plus tara, qu'il convient d'arrêter le processus de développement et de procéder à la phase de rinçage. Par contre, classiquement on prévoyait un temps plus long pour éviter tout risque de sous-développement avec les incon- vénients que cela comporte et qui ont été énoncés précédemment. La phase de stabilisation peut être détectée par différents moyens électroniques recevant le signal de la photodiode 10, par exemple un intégrateur suivi d'un processeur détectant quand deux pas successifs d'intégration donnent des valeurs égales. On soulignera l'intérêt d'une détection d'attaque de résine selon l'invention en insistant sur le fait que la durée de développement d'une résine est variable en fonction de nombreux paramètres technologiques tels que la température amBiante, l'humidité, la sensibilité, l'épaisseur, la température de cuisson de cette résine, la dose d'exposition, les temps d'attente entre chaque opération, la concentration du développeur ainsi que la nature des couches sous-jacentes, ce qui oblige comme on l'a exposé précédemment à prévoir des durées standards nettement plus longues que la durée minimale normalement nécessaire. L'une des raisons pour laquelle l'invention fonctionne bien comme le montre la figure 3 est également que, dans un circuit intégré, à chaque phase d'ouverture de résine, les zones d ouverture sont généralement petites devant la surface totale de la plaquette, d'où il résulte que les fréquences spatiales concernées par la diffraction sont élevées et donc que l'on trouve des taches de diffraction caractéristiques d'une attaque loin au centre normal de l'image de la tache lumineuse sur la plaquette. Selon la présente invention, pour optimiser le phénomène, on peut prévoir également une détection multicanal en frequences spatiales, c'est-à-dire que l'on forme plusieurs images de la tache lumineuse sur la plaquette, et qu'à chaque image on associe un écran dont le disque opaque central a des dimensions distinctes. L'une des intensités lumineuses recueillies présentera inévitablement une pente plus importante que les autres et donc un phénomène plus nettement oDservaDle. Par exemple, on peut choisir trois valeurs de diaphragme, le diamètre du disque opaque central étant respectivement de 5, 20 et 50 fois le diamètre de l'image de la tache. REVENDICATIONS 1. Procédé d'analyse de la surface d'une plaquette (1) de circuit intégré recouverte d'une couche en cours d'attaque par un fluide, comprenant les étapes consistant à projeter sur la surface de la plaquette un faisceau de lumière monochromatique cohérente (2) de section très grande devant la dimension d'un motif élémentaire du circuit intégré, et à concentrer la lumière réémise au plan focal d'un objectif, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes :: - masquer la partie centrale du plan focal avec un masque d'un diamètre suffisant pour arrêter toute la lumière reçue quand il n y a pas de motif sur la plaquette, - mesurer l'intensité lumineuse présente à la périphérie du masque, et - déterminer le moment où cette intensité lumineuse devent constante, d'ou il résulte une détermination de l'instant de fin d'attaque. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le masque a la forme d'une couronne (11), le diamètre de la limite opaque externe de cette couronne ayant une valeur de 2 à 5 fois supérieure à celle du disque interne. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à traiter le signal électrique de mesure de l'intensité lumineuse par un intégrateur et un microprocesseur permettant de déterminer en s'affranchissant du bruit le moment où l'intensité lumineuse devient constante. 4. Appareil d'analyse de la surface d'une plaquette (1) de circuit intégré recouverte a'une couche en cours d'attaque par un fluide, comprenant des moyens (3) pour projeter sur la surface de la plaquette un faisceau laser (2) de section très grande devant la dimension d'un motif élémentaire au circuit intégré, et un objectif (6) pour former la figure de diffraction (7) de la tache éclairée au niveau de son plan focal, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : : - un masque (8) disposé au plan focal de l'objectif pour masquer l'ordre zéro de la figure ae diffraction obtenue et recueillir seulement les taches ae diffraction périphériques, - un moyen photoélectrique pour analyser la lumière à la périphérie du masque, - des moyens pour déterminer le moment où l'intensité lumineuse ae cette lumière aevient constante.