Brevet FR2641622A1 — publié le 19900713

GSQUE DE PgOTOLITYOGRAPHTU La présente invention concerne des masques de photolithographie, notamment des masques utilisables dans le procédé de photolithographie par contact. La photolithographie est un procédé qui consiste à former au-dessus d'une couche que l'on veut graver une couche d'un produit photosensible, appelé ci-après résine, présentant la propriété d'être sélectivement attaquable par un produit de gravure aux emplacements où elle a été éclairée (résine positive) ou bien où elle n'a pas été éclairée (résine négative). On se sert ensuite des ouvertures formées dans la couche de résine pour graver la ou les couches sous-jacentes. Dans les procédés de photolithographie par masque, l'image d'un masque conforme au motif que l'on veut graver est formée sur la résine pour l'insoler. L'image du masque peut être projetée sur la résine ou bien le masque peut être en contact avec la couche de résine. Les figures 1A et IB représentent très schématiquement des structures de masque classiques. Ces masques sont constitués d'un substrat 1 transparent au rayonnement actif et de zones 2 opaques à ce rayonnement. Dans le cas de la figure 1A, on a représenté les zones opaques en relief par rapport au substrat 1. Le plus couramment, ces zones opaques sont en chrome et le substrat transparent en quartz. Dans le cas de-la figure 1B, on a repré- senté la substance opaque 2 aisposée dans des rainures préalablement formées dans le substrat 1. Quand on utilise de tels masques, on se heurte inévita blement à une limite inférieure de résolution liée à la longueur d'onde d'insolation et à l'ouverture numerique de la lentille de projection, dans le cas d'un système par projection, et à la longueur d'onde et à la valeur de l'épaisseur de la couche de résine, dans le cas des systèmes à contact. On cherche donc à utiliser des longueurs d'onde actives les plus petites possibles.Actuellement, on utilise par exemple couramment des longueurs d'onde situées dans le domaine de l'ultraviolet de l'ordre de quelques centaines de nanomètres, par exemple la raie à 248 na fournie par un laser excimere. On arrive pour cette longueur d'onde à une limite de résolution ce l'ordre de 500 nm pour les techniques par projection et de l'ordre de 200 nm pour les techniques par contact. Si l'on veut encore réduire cette résolution, on est actuellement amené à abandonner les techniques de photolithogravure par masque et à avoir recours à des techniques de photolithogravure sans masque en utilisant directement une projecti#on de faisceaux électroniques déviés de façon appropriée sur la couche à insoler. Cette technique permet d'atteindre des résolutions de l'ordre de 100 nm mais est extrêmement complexe et nécessite des investissements très élevés. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un masque de photolithophie permettant de descendre à une résolu tion du même ordre de grandeur que celle que l'on peut actuellement atteindre par insolation électronique directe. Cet objet est atteint en prévoyant un masque de photolithographie constitué d'une plaque transparente au rayonnement actif, cette plaque comprenant des discontinuités d'épaisseur aux emplacements où l'on veut former une image formée de lignes sur une résine. Ainsi, la présente invention permet de délimiter dans une résine des bandes de largeur donnée et d'espacement variable, ladite largeur dépendant de la longueur d'onde du faisceau d'insolation et du profil des discontinuités d'épaisseur. La présente invention sera exposée ci-après plus en détail en relation avec les figures jointes parmi lesquelles les figures 1A et 1B représentent des masques de photolithophie classiques la figure 2 représente un masque selon la présente invention associé à une structure à photolithograver la figure 3 représente schématiquement une structure obtenue en utilisant un masque selon la présente invention ; les figures 4A-4B, 5A-5B, 6A-6B représentent, pour diverses dimensions de motifs de masques selon la présente invention les structures susceptibles d'être obtenues. La figure 2 représente un masque selon la présente invention. Ce masque comprend une plaque 10 transparente aux radiations actives, sur une face de- laquelle sont formées des rainures ou des nervures 11. Il faut souligner que la différence entre le masque 10 et celui représenté en figure 1B est qu'aucune substance opaque à la lumière n'est disposée dans les rainures. Le masque 10 est constitué d'un matériau transparent unique présentant seulement des discontinuités d'épaisseur. A la figure 2, le masque 10 est représenté disposé en regard d'un échantillon sur lequel on veut effectuer une opération de photolithogravure et comprenant un substrat 20, une couche à graver 21, et une couche de résine photosensible 22. L'expérience montre que si on insole l'échantillon à travers le masque li disposé au contact de 11 échantillon, il se forme sur la couche de résine 22 des bandes non éclairées 25 en regard des discontinuités d'épaisseur du masque. Cet effet, vraisemblablement lié à des phénomènes optiques de diffusion et/ou de diffraction, ne dépend pratiquement, dans des conditions de contact données, que de la longueur d'onde utilisée et du profil des flancs des rainures 11. En pratique, on a constaté que pour une irradiation à une longueur d'onde de l'ordre de 200 nm, la largeur d'une bande opaque était d'environ 100 nm, c'est-à-dire sensiblement la moitié de la longueur d'onde. On peut donc, après l'insolation, et une fois mises en oeuvre les étapes classiques de photolithogravure obtenir une structure telle que celle représentée en figure 3 dans laquelle il ne demeure que des nervures 26 de la couche 21 en regard des bandes opaques formées dans la couche de résine 22. Les nervures 26 (ou inversement les rainures si l'on avait choisi une résine négative) ont une largeur constante et leur écartement est réglé par l'écart entre les discontinuités d'épaisseur formées dans le masque 10. L'nomme de l'art notera qu'il est possible de combiner sur un seul masque une structure selon la présente invention et une structure telle que celle de la figure 1B en revêtant les rainures 11 que l'on ne veut pas remplir de matière opaque selon l'invention d'une couche de protection, puis en déposant dans a'autres rainures une substance opaque 2 comme en figure 1B puis en éliminant la couche de protection dans les rainures 11. On peut obtenir ainsi, d'une part, les motifs à largeur variable obtenus classiquement avec des masques usuels, d'autre part, des bandes de largeur constante obtenues avec le masque selon la présente inven tion. L'avantage principal du masque selon la présente invention est que ces bandes, pour une longueur d'onde donnée ont une largeur bien inférieure à celle qui- peut être obtenue avec un masque classique. Comme on l'a indiqué précédemment, la limite de résolution optimale dans le cas d'un masque contact à zones opaques est de l'ordre de 200 nm pour une longueur d'onde de 200 nn alors qu'elle n'est que de 100 à 150 nm par le procédé selon la présente invention pour une même longueur d'onde, ce qui représente un gain d'un facteur de l'ordre de 2. Les figures 4B à 63 illustrent les motifs que l'on peut obtenir avec des masques 4A à 6A selon la présente invention en fonction de la distance entre des discontinuités voisines (par exemple les deux flancs d'une rainure), dans le cas où la longueur d'onde d'éclairement est d'environ 200 nm. Pour une largeur de rainure de 200 nm illustrée en figure 4A, l'effet des deux discontinuités voisines se confond et on obtient une bande opaque de largeur sensiblement plus grande que celle de la rainure, par exemple de l'ordre 300 nm (figure 4B). Pour une rainure d'une largeur de 300 nm (figure 5A), on commence à résoudre les deux taches opaques mais une zone semi-éclairée demeure entre elles (figure 5B) ce qui ne permet pas d'obtenir des bandes nettement séparées à la fin du procédé de photolithogravure. Comme l'illustre la figure 6A, pour une largeur de rainure de 500 nm, on obtient des bandes gravées, illustrées en figure 6B, ayant une largeur de l'ordre de 100 à 150 nm séparées d'une distance d'environ 35C nm. Ainsi, la présente invention se prête tout particulièrement à former dans le cadre de la réalisation de circuit intégré des bandes en relief de largeur constante et très'faible, et d 'écartement variable. REfENDICATl0'sS 1. Masque de photolithographie constitué d'une plaque (10) transparente au rayonnement actif, caractérisé en ce que ladite plaque comprend des discontinuités d'épaisseur (11) 2. Masque selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite plaque est munie de rainures. 3. Masque selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite plaque est munie de nervures. 4. Masque selon la revendication 2, caractérisé en ce que certaines choisies des rainures sont remplies d'un matériau opaque au rayonnesent actif. 5. Masque selon la revendication 1, caractérisé en ce que les discontinuités d'épaisseur sont séparées d'une distance sensiblement égale à deux fois la longueur d'onde du rayonnement actif. 6. Masque selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque transparente est une plaque de quartz.