Brevet FR2672387A1 — publié le 19920807

SYSTEME DE REGLAGE DE GRAVURE D'UN COMPOSANT L'invention concerne un système de réglage de gravure d'un composant. Elle est applicable notamment à la gravure de composants électroniques tels que des circuits intégrés. On connaît des systèmes à gravure plasma comportant principalement une chambre où est réalisé le plasma ainsi que les dispositifs associés permettant de créer le plasma. Ce type d'appareil est essentiellement destiné à réaliser la gravure des différentes couches de diélectrique d'un circuit intégré, dans le cadre de l'analyse technologique ou de l'analyse de défaillance de ceux-ci. Lors de la gravure des couches de diélectriques d'un circuit intégré, l'interférométrie laser est une technique permettant de mesurer les variations d'épaisseur de ces couches. Dans le cas d'un circuit intégré le processus de fonctionnement est le suivant Le circuit intégré à graver comporte sur un substrat Si, une couche métallique (conducteurs métalliques) recouverte d'au moins une couche de diélectrique ou de semiconducteur transparent. Un faisceau laser incident FI est d'une part réfléchi par la surface de la couche à graver, et d'autre part est réfléchi par la couche métallique après avoir traversé la couche à graver. La somme algébrique de ces deux signaux donne un signal dont l'intensité varie de façon périodique. Si e est l'épaisseur de la couche à graver, le faisceau incident donne lieu à deux faisceaux réfléchis, dont l'un parcourt une distance supplémentaire de 2e (différence de marche).Il se produit donc une interférence entre ces deux ondes réfléchies, et l'intensité lumineuse totale résultante sera donnée par la formule suivante I = (a-b) + 4.a.b.cos 2 n.e/k avec a et b intensités respectives des faisceaux n : indice optique de la couche à graver X : longueur d'onde du laser On aura donc une interférence constructive chaque fois que I sera maximal, donc chaque fois que l'épaisseur restant à graver est un multiple entier de X /2n. Ainsi au cours de la gravure, on aura une alternance d'interférences constructives et destructrices qui, représentées en fonction du temps, se traduisent par une sinuoïde de période spatiale X /2n. Ce signal périodique est mesuré par le détecteur (photodiode), les variations de tension sont alors enregistrées par une table traçante. La fin de gravure est détectée soit par un signal plat (métal), soit par une variation de la période du signal correspondant à la gravure d'une couche d 'indice n différent (voir figure 2). Un système d'interférométrie laser utilisé dans un tel système est représenté en figure 3. On y trouve la chambre à plasma 1, contenant le composant 2 dont on doit mesurer la gravure. Un laser 3 (laser HeNe par exemple), émet un faisceau FI vers un cube séparateur ou prisme séparateur 4 lequel transmet une partie FI1 du faisceau vers un détecteur 5 et une autre partie FI2 du faisceau vers le composant 2. Le faisceau FI2 pénètre dans la chambre à plasma par une fenêtre 6. Il est réfléchi sous la forme du faisceau FR. Le détecteur 5 est connecté à un voltmètre 7 qui affiche le résultat de la détection réalisée par le détecteur 5. Le laser 3, le prisme séparateur 4, le détecteur 5 constituent un ensemble interférométrique 10 qui est solidaire d'une embase ou table il (représentée par les axes X, Y) par l'intermédiaire de pivots de réglage 12, 13, 14. Afin de réaliser le suivi de la gravure plasma à l'aide de l'interféromètre laser, le faisceau réfléchi PR doit être positionné dans le même axe que le faisceau incident (la planéité de l'échantillon doit être corrigée). Ce réglage s'effectue à l'aide du système à 3 pivots fixés sur la table. Ce réglage est réalisé en obtenant à l'aide du voltmètre 7, le maximum de différence de tension aux bornes de la photodiode. Ce système présente les inconvénients suivants a) Le réglage, à l'aide du voltmètre, du positionnement du faisceau est long et délicat. b) Un circuit intégré est constitué de pistes d'aluminium disposées de façon géométrique les unes à côtés des autres (parallèlement et perpendiculairement), dont la largeur varie de 1 à 20 microns. On peut également observer sur certains circuits des zones métallisées de plus grandes dimensions (100x100 microns). La taille du faisceau laser est de l'ordre du millimètre, l'intensité du faisceau réfléchi dépend de la superficie des zones métallisées incluses dans le faisceau incident. Si le faisceau laser incident frappe une zone comportant de grandes surfaces de métallisation le faisceau réfléchi sera unique (circuit à faible intégration).Par contre si ce faisceau frappe une zone comportant des métallisations de petites dimensions (1 à 10 microns) disposées les unes à côté des autres (cas des circuits intégrés VLSI), celui-ci va être diffracté, l'image de l'ensemble des faisceaux diffractés est similaire à l'image obtenue par un réseau de diffraction. Dans ce cas le faisceau réfléchi n'est pas unique mais comporte une multitude de faisceaux réfléchis. La figure 4 illustre à titre d'exemple la position des différents faisceaux reçus par le détecteur. c) Lors de son trajet optique, le faisceau incident traverse le double prisme ainsi que la fenêtre de séparation de la chambre plasma. Il se produit sur ces différents éléments une réflexion partielle du faisceau. Le détecteur reçoit alors non seulement le faisceau réfléchi par ltéchantillon (contenant le signal) mais également les différents faisceaux réfléchis par le prisme et la fenêtre de séparation. Dans bien des cas, et notamment lors de l'obtention d'une diffraction, l'intensité des signaux parasites est supérieure à celle du faisceau réfléchi par l'échantillon. Par conséquent, les problèmes énoncés dans les paragraphes b et c précédents font que le réglage du maximum de tension à l'aide du voltmètre est généralement réalisé sur un faisceau parasite ne comportant aucune information ; le réglage est inefficace. L'invention concerne un système permettant de résoudre ces difficultés. L'invention concerne donc un système de réglage de gravure d'un composant comportant des couches de matériaux d'indices différents à une gamme de longueurs d'ondes déterminée, ledit système comportant - une source émettant, vers une face à graver du composant, un premier faisceau incident lumineux présentant ou ou plusieurs longueurs d'ondes comprises dans ladite gamme, le composant réfléchissant ce faisceau sous la forme d'un faisceau réfléchi - un détecteur recevant le faisceau réfléchi et détectant des interférences de faisceaux caractérisé en ce qu'il comporte également - un dispositif de réflexion mobile intercalé sur le trajet du faisceau réfléchi et réfléchissant . le faisceau réfléchi sur un écran - des moyens de commande de déplacement du dispositif de réflexion 8 - des moyens de déplacement de composant par rapport au faisceau incident Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent - les figures 1 à 4, des systèmes connus déjà décrits précédemment - la figure 5, un exemple de réalisation d'un système de réglage selon l'invention. En se reportant à la figure 5, on va donc décrire un exemple de réalisation du système de réglage selon l'invention. Sur cette figure on retrouve la chambre à plasma 1 contenant le composant 2 et comportant une fenêtre 6 par laquelle peuvent passer les faisceaux incidents FIZ et le faisceau réfléchi PR. On retrouve également le système interférométrique 10 comportant le laser 3, le prisme 4 et le détecteur 4. Selon l'invention, on prévoit, entre le prisme séparateur 4 et le détecteur 5, un miroir amovible 8 permettant sur commande de réfléchir le faisceau incident Pli, le faisceau réfléchi FR et tout autre faisceau parasite vers un écran 15. Au lieu de prévoir un écran on peut également prévoir un verre dépoli 16 fixé dans une ouverture d'une paroi latérale du système 10. Le système de l'invention consiste donc à placer entre le prisme 4 et le détecteur 5 un miroir rétractable 8. Le faisceau laser incident est réfléchi vers l'extérieur du boîtier, on visualise par ce procédé l'ensemble des faisceaux (incident, réfléchi par le composant et parasite) soit sur écran placé à l'extérieur du boîtier, soit sur le dépoli placé sur le capot du système. Il est préférable d'utiliser la projection sur un écran, afin d'éviter à l'utilisateur d'observer directement les faisceaux laser. En observant ainsi les différents faisceaux, l'utilisateur peut régler parfaitement le laser et positionner le faisceau réfléchi directement au centre de la cellule du détecteur en alignant le faisceau réfléchi avec le faisceau incident. Le faisceau réfléchi se distingue des faisceaux parasites par sa forme (voir figure 4). De plus lorsque le laser est décalé de la surface de l'échantillon, on observe uniquement les faisceaux parasites. Cette autre méthode permet également de déterminer le faisceau à sélectionner. Une fois les réglages réalisés le miroir est rétracté à l'aide d'un système coulissant 9. L'opération de gravure peut alors s'effectuer en enregistrant le signal de la photodiode sur un enregistreur. Ce système permet de positionner le laser à la perpendiculaire de l'échantillon avec une grande précision et cela très rapidement, même avec des circuits intégrés à hauts degrés d'intégration. De nombreux essais sur différents types de circuits intégrés ont permis de valider cette invention. REVENDïCATIONS 1. Système de réglage de gravure d'un composant (2) comportant des couches de matériaux d'indices différents à une gamme de longueurs d'ondes déterminée, ledit système comportant - une source (3) émettant vers une face à graver du composant, un premier faisceau incident lumineux (FI) présentant une ou plusieurs longueurs d'ondes comprises dans ladite gamme, le composant réfléchissant ce faisceau sous la forme d'un faisceau réfléchi (FR) - un détecteur (5) recevant le faisceau réfléchi (FR) et détectant des interférences de faisceaux caractérisé en ce qu'il comporte également - un dispositif de réflexion mobile (8) intercalé sur le trajet du faisceau réfléchi et réfléchissant le faisceau réfléchi sur un écran - des moyens de commande de déplacement du dispositif de réflexion 8; ; - des moyens de déplacement (12, 13, 14) du composant (2) par rapport au faisceau incident 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte également un dispositif séparateur de faisceau (4) intercalé entre la source (3) et le composant recevant le premier faisceau incident (FI) et transmettant un deuxième faisceau incident (Pli) vers le détecteur (5) ainsi qu'un troisième faisceau incident (FI2) vers le composant, ce dispositif séparateur (4) recevant en outre le faisceau réfléchi et le retransmettant au détecteur (5) ; le dispositif de réflexion mobile étant placé entre le dispositif séparateur de faisceau (4) et le détecteur (5).