Brevet FR2755238A1 — publié le 19980430

PROCéDé DE CARACTERISATIQN D'UN PHOTORÉP La présente invention concerne le domaine des photorépéteurs utilisés, dans la fabrication de circuits semiconducteurs, pour insoler plusieurs régions d'une plaquette de fabrication de circuits intégrés selon un ensemble de motifs déterminé. L'invention s'applique, plus particulièrement, à un procédé de caractérisation d T un photorépéteur. La figure 1 illustre, très schématiquement et en coupe, le principe de fonctionnement d'un photorépéteur. Un photorépéteur est essentiellement constitué d'une source lumineuse 1 destinée à insoler successivement des régions 2, 2' et 2" correspondant à des puces de circuits intégrés devant être réalisés sur un substrat 3, par exemple une plaquette de silicium. Par exemple, le photorépéteur est destiné à définir des motifs d'un masque, de gravure ou de dépôt, réalisé dans une couche de résine 4 préalablement déposée sur le substrat 3. Les motifs à reproduire sur chaque puce 2, 2' ou 2" sont définis par un réticule 5 réalisé à partir des données de conception du circuit intégré. Des lentilles de focalisation 6 et 7 sont respectivement placées entre la source lumineuse 1 et le réticule 5 et entre le réticule 5 et la région du substrat 3 devant être insolée. Les différentes régions à insoler du substrat 3 sont successivement placées à l'aplomb de la source lumineuse 1. A la figure 1, on a symbolisé le déplacement d'une plaquette de silicium par une flèche F, la région 2' étant en cours d'éclairement, tandis que la région 2" a déjà été insolée et que la région 2 est en attente. Les motifs, symbolisés par des trous 8 dans le réticule 5, sont réduits par la lentille 7 pour former des zones insolées 9. Un problème qui se pose lors de l'utilisation d'un photorépéteur est lié au respect des dimensions des motif s dans le masque final réalisé sur chaque puce de circuit intégré. La dimension de ces motifs dépend, notamnent, de la sensibilité de la résine 4, de la distance entre le plan de la plaquette et le plan image du réticule, et de la dose d'éclairement, c'est-à-dire de la durée pendant laquelle une même région est insolée et de l'intensité du rayonnement qu'elle reçoit. Ce problème de reproductibilité des motifs est encore plus sensible dans les cas, fréquents, où on utilise plusieurs photorépéteurs pour fabriquer, en grande série, des circuits intégrés identiques. Dans de tels cas, on doit reproduire le même masque sur chaque région 2, quel que soit le photorépéteur par lequel est traitée la plaquette sur laquelle sont réalisées les puces de circuit intégré. On cherche généralement, en particulier, à garantir une dose d'éclairement identique pour chaque photorépéteur. On constate qu'en réglant chaque photorépéteur sur une dose d'éclairement nominale identique, on obtient des variations importantes sur les dimensions des motifs reproduits par les différents photorépéteurs. Une première solution classique pour résoudre ce défaut de reproductibilité consiste à mesurer, au moyen d'une cellule photosensible généralement associée à chaque photorépéteur, la dose d'éclairement pour une consigne donnée afin d'étalonner, individuellement, chaque photorépéteur. Un inconvénient d'une telle solution est que les cellules photosensibles peuvent ellesmêmes présenter des dérives d'un photorépéteur à l'autre et ne permettent donc pas de garantir que les doses d'éclairement seront identiques pour tous les photorépéteurs. Une deuxième solution classique consiste à utiliser une cellule photosensible étalon que l'on déplace de photorépéteur en photorépéteur pour étalonner chaque photorépéteur à partir de la dose d'éclairement mesurée par ce capteur unique. Une telle solution n'est pas satisfaisante car, comme la précédente, elle mesure l'éclairement global de la région insolée par le photorépéteur et ne tient pas compte de dérives d'autres paramètres, en particulier, des conditions de couchage et de développement de la résine et des aberrations optiques de la lentille, notamment à sa périphérie. Une troisième solution classique consiste à réaliser, avec chaque photorépéteur, une plaque d'essai à partir du réticule qui est associé au photorépéteur et qui définit les motifs du circuit intégré à fabriquer. On fait varier la dose d'éclairement d'une région à l'autre de cette plaque. Puis, on mesure les dimensions d'un motif témoin, généralement prévu en bordure du réticule Comme pour les solutions précédentes, la mise en oeuvre d'une telle solution fait apparaître, en pratique, des dérives dimensionnelles de l'ordre de 20t d'un photorépéteur à l'autre. Les difficultés rencontrées pour garantir la reproductibilité d'un même motif au moyen de plusieurs photorépéteurs obligent généralement à utiliser un seul photorépéteur par série de production d'un même circuit intégré, ce qui nuit considérablement au rendement. De plus, même en utilisant un seul photorépéteur, les solutions classiques, de mesure des doses d'éclairement ou de vérification des dimensions au moyen d'un motif témoin sur les puces, ne permettent pas d'éviter des dérives dimensionnelles importantes des reproductions, sur une même puce, d'un même motif apparaissant plusieurs fois sur le même réticule. La présente invention vise à proposer un procédé de caractérisation d'un photorépéteur qui permette de minimiser l'écart entre une dimension visée et la moyenne des dimensions de motifs identiques sur une même puce. La présente invention vise également à proposer un procédé de caractérisation de photorépéteurs qui permette de garantir une bonne reproductibilité d'un même motif, d'un photorépéteur à un autre. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un procédé de caractérisation d'au moins un photorépéteur et d'un même ensemble de motifs réalisé sur plusieurs régions d'une plaquette, consistant à réaliser un réticule étalon définissant au moins une première série d'au moins trois motifs témoins identiques, non alignés ; à insoler successivement plusieurs régions d'une plaquette étalon en faisant varier la dose d'éclairement d'une région à l'autre ; à mesurer les dimensions respectives des motifs témoins reproduits sur les différentes régions de la plaquette pour déterminer, pour chaque dose d'éclairement, la dimension moyenne des motifs témoins ; et à effectuer une interpolation linéaire de ces dimensions moyennes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la série de motifs témoins du réticule étalon comporte cinq motifs répartis aux quatre coins et au centre de la surface du réticule. Selon un mode de réalisation de la présente invention, un même réticule étalon est utilisé pour caractériser plusieurs photorépéteurs. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la dimension des motifs témoins du réticule étalon correspond à la résolution nominale du photorépéteur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le réticule étalon comporte plusieurs séries différentes de motifs témoins. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les séries diffèrent par la forme des motifs témoins. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le nombre de régions insolées de la plaquette étalon est choisi en fonction de la précision souhaitée pour l'interpolation linéaire. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1 décrite précédemnent est destinée à exposer l'état de la technique et le problème posé la figure 2 représente, schématiquement et vue de dessus, une plaquette d'étalonnage illustrant un mode de mise en oeuvre de la présente invention la figure 3 représente, par une vue agrandie, une région de la plaquette représentée à la figure 2, illustrant des positions respectives de motifs témoins selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention ; et la figure 4 représente un exemple de variations dimensionnelles de mesures sur la plaquette représentée à la figure 2. Une caractéristique de la présente invention est d'utiliser un réticule étalon unique, définissant au moins une série de motifs témoins de mêmes dimensions répartis sur tout le champ d'exposition, et dédié à la caractérisation d'un ou plusieurs photorépéteurs. Ce même réticule est, selon l'invention, utilisé dans le ou les photorépéteurs d'une même unité de production, pour obtenir, pour chaque photorépéteur, une plaquette étalon reproduisant la série de motifs dans plusieurs régions insolées avec des doses d'éclairement différentes. Selon l'invention, on commence par réaliser un réticule étalon définissant au moins une série de motifs individuels de mêmes dimensions. Les motifs d'une même série sont répartis dans la surface du réticule, de sorte qu'au moins trois de ces motifs ne soient pas alignés, afin d'éviter que tous les motifs soient répartis sur un diamètre de la lentille réductrice (7, figure 1) du photorépéteur. De préférence, on prévoit au moins cinq motifs répartis, par exemple, au centre et aux quatre coins du réticule. Le réticule est ensuite placé successivement dans chaque photorépéteur, pour insoler plusieurs régions d'une plaquette étalon, préalablement, recouverte d'une couche de résine photosensible et placée dans le photorépéteur concerné, en faisant varier la dose d'éclairement d'une région à l'autre. On obtient alors, pour chaque photorépéteur, une plaquette 10 telle que représentée à la figure 2 sur laquelle, dans cet exemple, neuf régions 11 de la plaquette ont été insolées avec des doses différentes, respectivement dl à d9, par exemple, croissantes. On notera que toutes les régions de la plaquette étalon n'ont pas besoin d'être insolées, le nombre de régions insolées est, par exemple, compris entre 5 et 50. On développe ensuite la couche de résine photosensible insolée et on obtient, pour chaque région 11, une reproduction 12 des motifs du réticule étalon, coma l'illustre la figure 3 pour une série de cinq motifs témoins. Après développement de la plaquette 10, on mesure les dimensions respectives des motifs 12 obtenus dans chaque région insolée, et on reporte sur un graphique (figure 4) la dimension réelle CD de chaque motif témoin en fonction de la dose ID de la région concernée. A la figure 4, les dimensions respectives des motifs témoins ont été symbolisées par une croix en regard de chaque dose d'éclairement. On effectue alors une interpolation linéaire IL de la moyenne des dimensions des motifs témoins pour chaque dose. A partir de la dimension nominale CDnom du motif témoin, c'est-à-dire la dimension, affectée du facteur de réduction nominal de la lentille 7, du motif du réticule étalon, on peut déterminer la correction à appliquer à la dose d'éclairement pour que la dimension moyenne des motifs réellement obtenus corresponde à la dimension nominale souhaitée. La dimension choisie pour le motif du réticule étalon dépend de la résolution nominale du photorépéteur, celle-ci étant essentiellement liée à ses constituants optiques. Bien que l'on puisse choisir un motif témoin d'une taille correspondant au motif critique (le plus petit) utilisé en production, on préférera, selon l'invention, choisir un motif témoin correspondant au moins à la résolution nominale du photorépéteur. En effet, les photorépéteurs peuvent être utilisés pour produire des circuits dans une technologie plus fine (par exemple, 0,35 pm) que la résolution nominale du photorépéteur (par exemple, 0,40 ym). On intervient alors sur d'autres paramètres du procédé de fabrication (par exemple, la résine ou bien un système multicouche) qui sont susceptibles de varier d'une série de fabrication à une autre. Il est donc préférable de se limiter à un motif témoin correspondant au moins au motif critique nominal du photorépéteur pour que la caractérisation du photorépéteur puisse servir pour plusieurs séries de fabrication. Le nombre de régions insolées sur la plaquette étalon (donc de doses d'éclairement) dépend de la précision souhaitée pour l'interpolation linéaire. Ainsi, on obtient une série de graphiques caractéristiques des photorépéteurs. A partir de ces graphiques, on peut déterminer, en connaissant la dimension nominale CDnom du motif critique à obtenir pour une fabrication donnée, la dose d'éclairement IDr à affecter à chaque photorépéteur pour que les motifs reproduits par chaque photorépéteur aient tous sensiblement la même dimension. Un avantage de la présente invention est qu'elle permet de choisir la dose d'éclairement la mieux adaptée au respect des dimensions des motifs. Un autre avantage de la présente invention est qu'elle prend en compte les éventuelles dérives dimensionnelles, sur une même puce, liées aux aberrations optiques de la lentille réductrice. Un avantage de la présente invention est qu'elle permet de compenser également de légères dérives d'autres paramètres d'un photorépéteur à un autre, par exemple, des différences dans les temps ou les températures de cuisson des résines ou des différences dans les caractéristiques optiques des photorépéteurs. En effet, on constate, après avoir réglé les doses d'éclairement respectives des photorépéteurs à partir de leurs graphiques respectifs et pour une même dimension nominale, que la dose d'éclairement réelle (mesurée au moyen d'un capteur étalon déplacé d'un photorépéteur à l'autre) varie d'un photorépéteur à l'autre. Cette différence d'éclairement réel démontre bien que la dose d'éclairement compense d'autres dérives technologiques. I1 est désormais possible, au moyen d'une procédure de caractérisation de plusieurs photorépéteurs destinés à reproduire des ensembles de motifs d'une même série de circuits intégrés à fabriquer, de garantir une bonne reproductibilité des motifs d'un photorépéteur à l'autre. I1 n'est pas nécessaire d'effectuer ce processus de caractérisation pour chaque série de plaquettes à traiter. On pourra cependant mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, de façon périodique, pour corriger d'éventuelles dérives dans le temps des paramètres du photorépéteur. Par la mise en oeuvre de la présente invention, les variations dimensionnelles constatées sont limitées à environ 3 à 5%. A titre de variante, deux séries différentes de motifs témoins identiques peuvent être prévues dans le réticule étalon. Par exemple, on peut souhaiter caractériser le ou les photorépéteurs à partir de motifs critiques ayant des formes différentes (par exemple, linéaires et rondes). Dans ce cas, on répartit un exemplaire de chaque motif témoin dans la surface du réticule étalon con cela a été décrit précédemment. On obtient alors deux droites d'interpolation, respectivement associées aux deux séries de motifs. Une telle variante permet, lors d'une fabrication en série, d'adapter la dose en fonction du type de motifs du masque à réaliser. Si les deux formes sont présentes dans l'ensemble de motifs à reproduire sur un lot de fabrication (par exemple, une grille et des pastilles), on pourra, le cas échéant, choisir une correction moyenne de la dose d'éclairement entre les deux corrections, respectivement fournies par les deux interpolations pour les dimensions nominales associées à chaque forme de motif. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, bien que l'on ait fait référence dans la description qui précède à des photorépéteurs destinés à la fabrication de circuits intégrés, l'invention s'applique à tout dispositif de reproduction optique de motifs. En outre, on notera que l'exploitation des mesures effectuées sur les plaquettes étalon, qui a été décrite selon un mode manuel pour des raisons de clarté, peut également être effectuée automatiquement par des moyens informatiques. REVENDICATI0NS 1. Procédé de caractérisation d'au moins un photorépéteur et d'un même ensemble de motifs réalisé sur plusieurs régions d'une plaquette, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un réticule étalon définissant au moins une première série d'au moins trois motifs témoins identiques, non alignés à insoler successivement plusieurs régions (11) d'une plaquette étalon (10) en faisant varier la dose (ID) d'éclairement d'une région (11) à l'autre à mesurer les dimensions respectives (CD) des motifs témoins (12) reproduits sur les différentes régions (11) de la plaquette (10) pour déterminer, pour chaque dose d'éclairement (dl-d9), la dimension moyenne des motifs témoins (12) ; et à effectuer une interpolation linéaire (IL) de ces dimensions moyennes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la série de motifs témoins du réticule étalon comporte cinq motifs répartis aux quatre coins et au centre de la surface du réticule. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un même réticule étalon est utilisé pour caractériser plusieurs photorépéteurs. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la dimension des motifs témoins du réticule étalon correspond à la résolution nominale du photorépéteur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le réticule étalon comporte plusieurs séries différentes de motifs témoins. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les séries diffèrent par la forme des motifs témoins. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le nombre de régions insolées (11) de la plaquette étalon (10) est choisi en fonction de la précision souhaitée pour l'interpolation linéaire (IL).