Brevet FR2778990A1 — publié le 19991126

La présente invention concerne les technologies de réalisation des dessins lithographiques complexes à l'aide des particules chargées La présente invention peut être utilisée dans la microélectronique pour la formation lithographiques des microcircuits intégrés, des dispositifs de mémoire et des éléments optiques dans lesquels les dimensions des éléments distincts d'une structure conductrice se trouvent dans une plage nanométrique. Jusqu'à l'heure actuelle, la microélectronique moderne était mise au point selon une méthode consistant à réduire les dimensions microniques jusqu'aux dimensions submicroniques des microcircuits. Les sollicitations persistantes des10 spécialistes qui priaient de créer les éléments ayant des dimensions nanométriques ont abouti à la recherche et à la mise au point de nouvelles méthodes technologiques de formation lithographique d'une structure conductrice qui assurerait un haut pouvoir de résolution. Dans ce cas, par pouvoir de résolution, on sous- entend une dimension minimale des éléments d'une structure15 conductrice à creer, qui prédetermine la densité limitée admissible de la disposition des éléments d'une structure conductrice sans leurs contacts mutuels sur une uninité d'une longueur ou d'une surface. On connaît un procédé de formation d'un dessin par représentattion lithographique (Brevet US M'_ 5.376.505). Ce procédé consiste à irradier à travers un masque un substrat portant un matériau radiosensible par un faisceau de particules chargées, en conséquence. le matériau se transforme et forme, sur ledit substrat, un dessin correspondant au gabarit du dessin du masque. Les particules sont accélées jusqu'à la vitesse correspondant à la longueur de l'onde de Broil, dont la valeur maximale est inférieure à la pression imposée de la projection. Le25 faiscerau est alors formé par des particules chargées qui se déplacent entre les !imites d'un anagle solide suivant de différentes trajectoires, en conséquence, lesdites particules atteignent la surface du substrat elles-aussi sous de différents angles Pour assurer une précision imposée de la formation d'un dessin lithograDhique. on effectue le balayage de certaines parties du masque de façon30 que la position du faisceau soit modifiée lorsqu'il passe depuis les parties transparentes (gabant d'un dessin d'un masque) aux parties non transparentes et inversement. Les particules chargées d'un facieau sont caractérisées par des écarts notables par rapport à leurs valeurs moyennes, autrement dit, il y a lieu une dispersion des énergies des particules chargées. Du fait que ces particules arrivent à un masque sous de différents angles, elles provoquent une diffusion d'une image des parties transparentes d'une image (d'un gabarit d'un dessin d'un masque) sur un substrat. Lesdits phénomènes empêchent d'obtenir un haut pouvoir de résolution, c'est-à- dire, de former les éléments distincts dont les dimensions linéaires sont égales à quelques unités nanométriques. Quant au balayage d'un masque, il complique le processus et baisse la capacité de production. On connaît aussi un procéde de rélisation d'un dessin lithographique sur une surface radiosensible (Brevet US N_ 5.561.008). Ce procédé consiste à réaliser une seule fois l'exposition d'un masque dans lequel est réalisé un gabarit d'un dessin par un faisceau de particules chargées. Après que le faisceau a passe à travers le masque, on le focalise sur une surface (substrat) sur laquelle est appliquée un matériau radiosensible, en consequence, ledit matériau se transforme et forme sur le substrat un dessin correspondant au gabarit du dessin du masque. Comme on le connaît il n'existe aucune source idéale, du fait que les particules peuvent avoir une dispersion en énergie alors que le faisceau peut avoir iui-même une divergence angulaire. Les dispersions des énergies des particules chargées constituent les sources d'aberration chromatiques dans les systèmes, qui forment une image. Les divergences angulaires d'un faisceau de particules chargées constituent une source d'aberrations sphériques. En plus de la longueur d'une onde de Broil, correspondant aux particules chargées, lesdits types des aberrations constituent un facteur qui contriôle le pourvoir de résolution limite amissible, que l'on peut obtenir dans les systèmes de formation d'une image. Ii s'ensuit, qu'il est impossible d'obtenir un haut pouvoir de résolution nécessire dans la microéiectronique pour la fabrication des microcircuits integres et d'autres articles similaires,sans définir les limitations spéciales des paramètres des dispersions en énergie d'un faisceau de particules chargées (aberrations chromatiques) et de la divergence d'un faisceau incidant sur un masque (aberrations sphériques). On s'est donc proposé de mettre au point un procédé de réalisation d'un dessin lithographique dans lequel on assure, en formant un faisceau de particules chargées avec une divergence angulaire prédéterminée et en assurant une dispersion prédéterminée pour les énergies des particules chargées, la possibilité de réaliser le dessin lithographique les dimensions linéaires des éléments distincts duquel soient égales approximativement à quelques unités nanométriques. Le problème posé est résolu du fait que, dans un procédé de rélisation d'un dessin lithographique consistant à former un faiceau de particules chargées, à soumettre à l'irradiation un masque comprenant un gabarit d'un dessin par un faisceau focalisé de particules chargées, à réaliser la focalisation secondaire du fasceau de particules qui a été modulé lors du son pasage à travers le masque pour créer, sur une couche radiosensible à traiter, un dessin lithographique, correspondant au gabarit du dessin du masque à l'échelle réduite, caractérisé, selon l'invention, en ce que I'on sépare, dans le faisceau, les particules chargées, la dispersion des énergie desquelles est comprise entre 0,1 et 5,o eV en ce que *on évacue du faisceau ces particules chargées la dispersion de l'énergie desquelles se trouve en déhors des dites limites, la foncalisation primaire du faisceau de particules chargées étant alors réalisée jusqu'aux valeurs de la -2 - divergence comprise entre 5 x 10 et 10 radians. Grâce à ce que i'on a prévue. selon le procédé revendiqué, la focalisation d'un faisceau de particules chargées agissant sur une surface d'un masque -2 -4 jusqu'aux valeurs de sa divergence comprises entre 5 x 10 et 10 radians, on a réduit notablement l'aberration sphérique à la projection dune image d'un gabarit d'un dessin dudit masque sur une couche radiosensible. Par comparaison avec les procédés connus, la séparation des particules chargées. dont la dispersion des énergies est comprise entre 0,1 et 5,0 eV. permet de réduire l'aberration chromatique. En général, grâce à la réduction de l'aberration sphérique et chromatique, le procédé revendiqué permet d'élever le pouvoir de résolution, c'est-à- dire, il permet de reliser les éléments distincts d'une structure conductrice dont les dimensions linéaires sont égaies à quelques unités nanométriques. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre des modes de rélisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références à un dessin annexé dans lequel est représenté un schéma de base d'une installation dans laquelle est mis en oeuvre le procédé revendiqué. Le procédé de réalisation d'un dessin lithographique conforme à la présente invention consiste en ce qui suit. En utilisant une source 1 de particules chargées, on forme un faisceau de particules chargées telles que: électrons ou ions ayant une énergie prédetermrninée des particules comprise entre 0,1 et 5,0 eV. Dans ces cas, on évacue du faisceau de particules chargées les particules la dispersion en énergie desquelles est en dehors desdites limites. A l'heure actuelle, on connaît les sources d'électrons. qui peuvent assurer ladite dispersion des énergies des électrons. Dans le cas o on utilise une source d'ions (source thermo-ionique, source à décharge dans le gaz, source à plasma de surface, source à photo-disorption etc.), un faisceau d'ions passe à travers un filtre de Wien (Wien Filtre) qui assure une dispersion prédéterminée en énergie des particules (non représenté à la figure). Le faisceau de particules chargées, formé selon ce mode, est focalisé à l'aide d'un système de lentilles 2 et est orienté vers un masque 3 comprenant un gabarit d'un dessin. Le système de ientielles 2, par exemple, le système de lentilles électromagnétiques ou électrostatiques assure la focalisation primaire du faisceau formé de particules chargées de façon que la divergence du faisceau soit -.: -4, comprise entre 5 x 10 et 10 radians. Il est possible d'obtenir cette divergence du faisceau comprise dans ladite piage dans les microscopes électroniques modernes avec les dimensions requises des ouvertures, par exemple, dans les systèmes d'éclairage des microscopes de transmission GM 4000 FX. Le faisceau ce particules chargées formé de cette façon. passe à travers le masque 3, est soumis à une modulation tridimensionnelle conformément à son intensité et porte une information sur le gabarit du dessin du masque 3. Ensuite, en se servant d'un système de lentille 4 (électroniques ou ioniques), on relise la focalisation secondaire du faisceau de particules chargées sur une couche radiosensible 5. En irradiant les parties distinctes de ladite couche 5, le faisceau de particules chargées provoque une modification de la composition chimique de la couche superficielle en évacuant sélectivement d'une espèce prédéterminée de la couche 5. C'est-à-dire, on crée au cours de l'irradiation, les conditions pour séparer le matériau de la couche radiosensible 5 en une composante conductrice et une composante non conductrice. Dans ce cas, la composante non conductrice se déplace à l'intérieur du matériau et n'influe pas pratiquement sur ces propriétés alors que la composante conductrice reste dans la couche de matériau, en formant une multitude d'éléments de la structure conductrice, dont les dimensions linéaires sont égales approximativement à quelques nanomètres. Ainsi, on forme, sur une couche radiosensible, un dessin lithographique qui correspond au gabarit du dessin du masque à l'échelle réduite. La couche radiosensible peut servir de la surface du substrat sur lequel est appliquée une couche de matériau susceptible de la transformation sous l'action de l'irradiation. Il est possible d'utiliser, en qualité de ce matériau, les oxydes, les hydrures ou les nitrures de métaux. Il est désirable d'utiliser l'hydrure de lantôane ou l'hydrure d'ytterbium en qualité de l'hydrure de métal, le dioxyde d'uranium en qualité de l'oxyde de métal et le nitrure de gallium en qualité du nitrure de métal. Toutefois, cet énumération n'est pas limitée et il est également possible d'utiliser d'autres matériaux connus Les matériaux susmentionnés sont utilisés dans les procédés connus assez raremement. mais ce sont ces matériaux qui permettent d'assurer le déplacement de la composante non conductrice à l'intérieur du substrat lors de la séparation en une une composante conductrie et une composante non conductrice. La formation du faisceau de particules chargées la divergence duquel est comprise entre 5 x 10 et 10-4 radians, qui est ensuite orienté vers le masque, permet de réduire sensiblement l'aberration sphérique lors de la projection d'une image d'un gabarit d'un dessin d'un masque sur la surface à irradier. Dans ce cas, les expériences ont fait apparaître, que, dans le cas o la divergence du faisceau -2 de particules sera supérieure à 5 x 10 radians, l'aberration sphérique aboutit à la distorsion et à la diffusion du dessin et ne permet pas de réliser les éléments d'un dessin lithographique avec les dimensions égales à quelques nanomètres. La réduction de la divergence du faisceau jusqu'aux valeurs inférieures à 10 radians contriiibue à une réduction notable de la densité du faisceau de particules chargées. ce qui nécessitera une grande durée de l'exposition à une augmentation insignifiante du pouvoir de résolution ce qui devient irrationnel au point de vue des exigences économiques dans le cas d'une fabrication en série. Comme les expériences ont fait apparaître, la formation d'un faisceau de particules chargées, la dispersion duquel est de 0,1 à 0,5 eV, qui devra être orienté vers un masque, permet de réduire l'aberration chromatique lors de la projection d'un gabarit d'un dessin d'un masque sur une surface à irradier et d'élever ainsi le pouvoir de résolution. Dans ce cas, la diminution de la dispersion en énergie jusqu'aux valeurs inférieures à 0,1 eV n'est pas rationnelle du fait qu'elle n'assure pas l'augmentation ultérieure sensible du pouvoir de résolution. Si la dispersion est supérieure a 5 eV, I'aberration chromatique qui se produit dans ce cas, ne permettera pas de réaliser le dessin dans lequel les dimensions des éléments distincts sont égales àquelques nanomètres. Pour une meilleurs compréhension de l'essence du procédé reivendiqué et de ses avantages, on décrit ci-après les exemples concrets de sa réalisation mais non limitatifs. Exemple 1 On place une plaque de 5 x 5 x 0,4 mm comprenant une couche radiosensible dans une couche de radiation d'une installation technologique, décrite ci-dessus et on la fixe dans une monture.Selon le mode de rélisation décrit, ladite plaque est réalisée de l'oxyde de silicium et une couche d'un matériau radiosensible de 10 nm d'épaisseur est appliquée sur sa surface. On utilise l'hydrure de lanthane en qualité de ce matériau. En amont de ladite plaque, on place un masque en silicium, relisé en forme d'une plaque de 50x50x0,4 mm dans laquelle est réalisé un gabarit d'un dessin en forme des rangées de trous ronds, dont le diamètre est de 100 nm et de lignes de 100 nm de largeur et de 3 mm de longeur la distance entre les éléments du dessin étant de 1000 nm. En se servant d'une pompe à vide primaire et d'une pompe turbomoléculaire. on crée, dans la chambre à rayonnement. une dépression de 10 torr. On utilise un canon électronique à cathode thermoélectronique en tungstène. On met le canon électronique en régime de fonctionnement qui assure l'obtention de la dispersion en énergie des éléments comprise entre 0,1 et 5,0 eV. A cet efet, on met une vanne absorbant le faisceau d'électrons en amont du masque sur le trajet du faisceau d'électrons. Après que le canon électronique s'est mis en mode -7 opératoire, on ferme la vanne et on effectue une fois l'exposition. En se servant d'un système de de lentilles électromagnétiques, on forme le faisceau d'électrons avec une divergence comprise entre 5 x 10 et 10 radians. Grâce àl'interaction du faisceau modulé d'électrons avec l'hydrure de lanthane, on assure I'évacuation sélective de l'hydrogène depuis la couche et la formation d'un dessin lithographique. L'énergie moyenne d'électrons est de 300 KeV et l'intensité du courant est de 100 mc A. Les résultats sont cités dans le tableau 1. ExemDle 2 Les parametres de ce procédé sont identiques à ceux-ci cités dans 1o I'exemple 1, mais on utilise en qualité de la source de particules chargées, une source de protons assurant la génération des ions d'hydrogène dont les énergies sont égales approximativement à 1 KeV. Dans ce cas, on utilise l'hydrure d'ytterbium de 10 nm d'épaisseur. L'énergie moyenne des ions est de 1000 KeV et l'intensité du courant du faisceau d'ions est de 60 mcA. Les résultats sont cités dans le tableau 2. Tableau 1 Dispersion en énergie Divergence du faisceau Durée de l'exposition, s Dimension du dessin des électrons, eV d'électrons, radians lithographique, nm 3 5.10'2 3600 15 2 5.10-2 3600 9 1 5.10 2 3600 9 0,5 5.10- 3600 9 0.5 104 - 7200 6 0.5 10 4 7200 6 0.1 10- 7200 5 Tableau 2 Dispersion cn énergie Di,. ergencc du faisceau Durée de l'exposition, s Dimecnsion d'un élément des électrons. eV d'électrons. radian du dessin ___ lithographique, nm 3. 5-10 -2 5 20 2, hlo5.1( -2 5 15 I tt)_5.102 5 12 0,5 5.10 2 5 12 0.5 10 4 10 0.5 I0 - 4 ' 1O0 o.1 10' /'/ 100 3 R E V E D ICATION Procédé de réalisation d'un dessin lithographique consistant à former un faisceau de particules chargées, à soumettre à l'irradiation un masque comprenant un gabarit d'un dessin par un faisceau focalisé de particules chargées, à réaliser la focalisation secondaire du faisceau de particules qui a été modulé lors de son passage à travers le masque pour créer, sur une couche radiosensible à traiter, un dessin lithographique, correspondant au gabarit du dessin du masque à l'échelle réduite, c a r a c t é r i s é, en ce que l'on sépare, dans le faisceau, les particules chargées, la dispersion des énergies desquelles est comprise entre 0,1 et 5,0 eV et en ce que l'on évacue du faisceau ces particules chargées la dispersion des énergies desquelles se trouve en dehors desdites limites, la focalisation primaire étant rélisée jusqu'aux valeurs de sa divergence comprise entre 5 x 10z et 10 radians.