Brevet FR2779820A1 — publié le 19991217

"Procédé de détermination d'aberrations optiques d'un photorépéteur de photolithographie" La présente invention concerne le domaine de la microélectronique et plus particulièrement le domaine de l'insolation de plaquettes de circuits intégrés au travers d'un système de lentilles d'un photorépéteur en vue de la gravure de cette plaquette pour former des composants électroniques intégrés. Une partie importante de la dispersion des dimensions des composants électroniques intégrés dans une puce issue d'une plaquette est dûe aux aberrations optiques du système de lentilles du photorépéteur. Compte tenu du fait que l'on tend à la réalisation de composants électroniques de plus en plus petits et rapprochés, de l'ordre de 0,18 ou 0,25 microns, la dispersion des dimensions des composants et notamment des transistors devient un paramètre déterminant qui peut devenir un frein pour réduire encore plus les dimensions. Il est donc particulièrement important pour un utilisateur de pouvoir déterminer la qualité optique du système de lentille d'un photorépéteur. Les tests actuellement utilisés de qualification d'un photorépéteur sont basés sur des critères simples tels que profondeur de champ et résolution mais sont incapables de rendre compte de certains comportements du système de lentilles. En particulier, les aberrations autres que l'astigmatisme ou l'aberration sphérique sont difficiles à évaluer de manière simple et rapide. C'est le cas en particulier de la détermination d'une aberration dénommée la coma pour laquelle l'image d'un point devient une tache allongée en direction d'un axe du système de lentilles, d'autant plus que ce point est éloigné de cet axe. Les techniques de mesure connues pour déterminer la coma consistent à mesurer la déformation subie par un motif circulaire de petite dimension tel qu'un trou ou par un motif constitué par les bords d'un carré à côtés épais disposé au centre d'un motif carré à côtés fins. Ces techniques présentent cependant l'inconvénient d'être peu 1 commodes à réaliser et peu sensibles. Le but de la présente invention est de proposer un procédé de détermination d'aberrations optiques d'un système de lentilles en particulier d'un photorépéteur, notamment de la coma. Ce procédé de détermination d'aberrations optiques d'un photorépéteur de photolithographie comprenant un système de lentilles au travers duquel une source lumineuse transfère l'image d'un masque sur une plaquette recouverte d'une couche de résine à insoler, consiste, selon l'invention, à placer dans ledit photorépéteur un masque de référence comprenant au moins un motif de référence constitué au moins d'un couple de bandes adjacentes, rectilignes et parallèles; à insoler une plaquette; à supprimer de cette plaquette insolée les zones insolées, respectivement les zones non insolées, de manière à faire apparaître des parties en relief; à mesurer la largeur des zones correspondant auxdites bandes; et à comparer ces largeurs mesurées entre elles et/ou aux largeurs des bandes du masque du référence de manière à déterminer un coefficient d'aberration du système de lentilles selon les directions perpendiculaires auxdites bandes du masque de référence ou auxdites zones de la plaquette insolée. Selon l'invention, la largeur de chacune desdites bandes et l'écart les séparant sont de préférence compris entre 0,8 et 1,2 fois la longueur d'onde de la source lumineuse. Selon l'invention, ledit motif de référence comprend en outre, de préférence au moins une bande complémentaire, rectiligne et parallèle audit couple de bandes et placée d'un côté de ce couple, l'écart entre cette bande complémentaire et la bande adjacente dudit couple de bandes étant supérieure à l'écart entre les bandes dudit couple de bande. Selon l'invention, ledit écart entre ladite bande complémentaire et ladite bande adjacente est de référence au moins égal à deux fois l'écart entre lesdites bandes dudit couple de bandes. Selon l'invention, le procédé consiste, de préférence à former sur le masque de référence plusieurs motifs de référence dont les bandes sont disposées parallèlement, ces motifs étant répartis entre un axe du champ du système de lentilles et au moins un bord parallèle à cet axe. 1 Selon l'invention, lesdites bandes et les caractéristiques de la couche de résine de ladite plaquette sont de préférence telles que les zones de ladite plaquette correspondant auxdites bandes sont en saillie. La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un procédé de détermination d'aberrations optiques, en particulier de la coma, d'un photorépéteur de photolitographie, décrit à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin sur lequel: - la figure 1 représente schématiquement un dispositif d'insolation; - les figures 2a à 2e représentent les différentes étapes d'un procédé de gravure d'un substrat; - la figure 3 représente une vue de dessus d'un masque de référence présentant plusieurs motifs de référence; - la figure 4 représente une vue agrandie d'un motif de référence de la figure 3; - la figure 5 représente une vue agrandie du motif obtenu sur un substrat à partir du motif de référence de la figure 4; - et la figure 6 représente un graphique d'un exemple de la coma résultant du motif de référence précité. En se reportant à la figure 1, on voit qu'on a représenté un dispositif d'insolation i d'un substrat tel qu'une plaquette de circuits intégrés 2 qui comprend un photorépéteur 3. Ce photorépéteur 3 comprend un système de lentilles 4 au travers duquel une source lumineuse 5 transfère sur la plaquette 2, en la réduisant, l'image d'un masque transparent 6 sur lequel est réalisé un motif opaque 7 en vue de former un motif 8 sur la plaquette 2. Le photorépéteur 3 et la plaquette 2 sont portés par des moyens de déplacement non représentés qui permettent de les placer l'un par rapport à l'autre en différents endroits afin de répéter ce transfert et former une multiplicité de motifs 8. Un exemple d'un procédé de photolitographie et de gravure est représenté sur les figures 2a à 2e. La figure 2a montre que l'on recouvre tout d'abord la plaquette 2 d'une couche de résine 9 au-dessus d'une couche 10 à graver par 1 exemple métallique. La figure 2b montre que l'on a insolé des zones 8a de la couche de résine 9 en utilisant un masque 6 comportant un motif 7 souhaité en utilisant le photorépéteur 3. La figure 2c montre que l'on a enlevé chimiquement la résine 9 dans ses zones 8b non insolées. La figure 2d montre que l'on a attaqué chimiquement ou gravé la couche 10 dans les zones 8b qui ne sont plus recouvertes de résine. La figure 2e montre la dernière étape qui consiste à enlever chimiquement toute la couche de résine restant sur la plaquette de manière à ne laisser apparaître que le motif en saillie 8 gravé dans la couche métallique et correspondant au motif 7 formé sur le masque 6. En se reportant à la figure 3, on voit qu'on a représenté un masque de référence 6R sur lequel on a formé cinq motifs identiques 7R, disposés selon un axe x'x du masque 6R correspondant à un axe optique du système de lentilles 4, dont un motif central 1 la, deux motifs intermédiaires 1 lb et 1 lb' situés de part et d'autre et deux motifs 1 lc et 1 lc' situés à proximité des bords du masque parallèles à l'axe yy' perpendiculaire à l'axe x'x. Ces motifs de référence 7R identiques comprennent, comme le montre la figure 4, deux couples 12 et 13 respectivement de bandes opaques 12a, 12b et 13a, 13b, rectilignes et parallèles à l'axe y'y du masque de référence 6R. Dans un exemple de réalisation, dans la mesure o la longueur d'onde de la source lumineuse 5 est égale à 248 nanomètres, les motifs 7R peuvent être constitués de la manière suivante. Les largeurs 1 des bandes 12a, 12b, 13a et 13b peuvent avantageusement être égales à environ 0,25 microns. L'écart El entre les bandes 12a et 12b du couple 12 et l'écart entre les bandes 13a et 13b du couple 13 peuvent avantageusement être égaux à environ 0,3 microns. L'écart E2 entre les bandes adjacentes 12b et 13a des couples de bandes 12 et 13 peut avantageusement être égal à environ 1 micron. Le masque de référence 6R étant ainsi constitué, on l'installe dans le photorépéteur 3. 1 On installe également une plaquette de référence 2R et on procède à son insolation et à sa gravure comme décrit précédemment en référence aux figures 2a à 2e pour obtenir une plaquette de référence 2R gravée dont un motif 8R obtenu est représenté sur la figure 5. Après quoi, on mesure sur la plaquette de référence 2R les largeurs 11 et 12 des bandes correspondantes 12a et 12b du couple de référence 12 de chacun des motifs 1 la, 11 b, 1 lb', 1 lc et 1 lc'. Cette opération peut être effectuée de façon connue grâce à une mesure directe à l'aide d'un microscope électronique ou par mesure de la résistance des bandes en appliquant à leurs extrémités une tension déterminée et en mesurant le courant qui les traverse. En comparant entre elles les largeurs des bandes 12a et 12b du couple 12 de chacun des motifs correspondants formés sur la plaquette de référence 8R et en les comparant aux largeurs des bandes du masque de référence 6R, on peut alors déterminer le coefficient d'aberration optique concernant la coma du système de lentilles 4 du photorépéteur 3. C'est ainsi que l'on a pu constater les aberrations suivantes. Pour le motif correspondant central lla, les largeurs Il et 12 des bandes 12a et 12b sont égales. Pour le motif correspondant de bord 1 Ic', la largeur hl de la bande 12a est plus grande que la largeur 12 de la bande 12b. Pour le motif correspondant de bord llc, la largeur 11 de la bande 12a est moins grande que la largeur 12 de la bande 12b et de façon inverse. I1 en va de même en ce qui concerne les motifs intermédiaires 1lb' et 11b. De plus, ces différences ou écarts de largeurs sont proportionnelles à la distance du motif par rapport à l'axe y'y du masque de référence 6R. Si l'on place les motifs lia, 11 b, llb', lic et llc' dans des positions décalées selon l'axe y'y, on obtient les mêmes différences de largeurs. De même, si l'on fait pivoter les motifs de 90 pour les placer selon l'axe y'y, on obtient également les mêmes différences de largeur. 1 Dans l'exemple du relevé de différences ou d'écarts de la figure 6, de telles différences proportionnelles et antisymétriques correspondent à un photorépéteur dont la longueur d'onde est égale à 248 nanomètres, l'ouverture numérique égale à 0,54 et la cohérence égale à 0,52, le coefficient d'aberration coma étant égal à environ 0,2 en unité de longueur d'onde. Ayant déterminé le coefficient d'aberration de la coma du photorépéteur 3, par exemple le coefficient de la décomposition en série de puissances, on peut alors prendre en compte cette aberration pour la réalisation d'un masque 6 corrigé correspondant à un motif à insoler sur des plaquettes 2 à produire en série. Il est particulièrement avantageux que les caractéristiques de la plaquette de référence 6R et les caractéristiques de mise en oeuvre du photorépéteur 3 pour l'insolation de cette plaquette soient identiques ou les plus proches possibles des caractéristiques de celles qui seront utilisées pour la production en série de plaquettes 2 de manière à s'affranchir le plus possible des effets liés aux conditions d'insolation. On utilisera notamment les même substrats, la même résine, la même dose d'insolation. 1 REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination d'aberrations optiques d'un photorépéteur de photolithographie comprenant un système de lentilles au travers duquel une source lumineuse transfère l'image d'un masque sur une plaquette recouverte d'une couche de résine à insoler, caractérisé par le fait qu'il consiste: - à placer dans ledit photorépéteur un masque de référence (6R) comprenant au moins un motif de référence (7R) constitué au moins d'un couple (12) de bandes adjacentes, rectilignes et parallèles (12a, 12b), à insoler une plaquette (2), - à supprimer de cette plaquette insolée les zones insolées, respectivement les zones non insolées, de manière à faire apparaître des parties en relief, - à mesurer la largeur (11, 12) des zones correspondant auxdites bandes, - à comparer ces largeurs mesurées entre elles et/ou aux largeurs des bandes du masque du référence de manière à déterminer un coefficient d'aberration du système de lentilles selon les directions perpendiculaires auxdites bandes du masque de référence ou auxdites zones de la plaquette insolée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la largeur (1) de chacune desdites bandes et l'écart (El) les séparant sont compris entre 0,8 et 1,2 fois la longueur d'onde de la source lumineuse. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit motif de référence comprend en outre au moins une bande complémentaire (13a), rectiligne et parallèle audit couple (12) de bandes et placée d'un côté de ce couple, l'écart (E2) entre cette bande complémentaire et la bande adjacente dudit couple de bandes étant supérieure à l'écart (El) entre les bandes dudit couple de bande. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit écart (E2) entre ladite bande complémentaire (13a) et ladite bande adjacente (12b) est au moins égal à deux fois l'écart (El) entre 1 lesdites bandes dudit couple de bandes. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste à former sur le masque de référence (6R) plusieurs motifs de référence (lia-c, 1 la'-c') dont les bandes sont disposées parallèlement, ces motis étant répartis entre un axe du champ du système de lentilles et au moins un bord parallèle à cet axe. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdites bandes (12, 13) et les caractéristiques de la couche de résine (9) de ladite plaquette sont telles que les zones de ladite plaquette correspondant auxdites bandes sont en saillie.