Brevet FR2788350A1 — publié le 20000713

La présente invention concerne un dispositif de fabrication de dispositif à semiconducteurs et un procédé d'utilisation de celui-ci, et, plus particulièrement, un dispositif d'exposition utilisé dans un processus de photolithographie pour un dispositif à semiconducteurs et un procédé d'exposition utilisant celui-ci. En général, un dispositif à semiconducteurs est fabriqué en répétant un processus de formation de film mince, un processus de diffusion, un processus d'implantation d'ions, un processus de photolithographie et un processus de gravure. Le processus de formation de film mince forme un film mince sur une plaquette, et le processus de diffusion diffuse des ions d'impuretés implantés dans la surface d'une surface de plaquette à l'intérieur de la plaquette. Egalement, durant le processus de photolithographie, de la lumière est sélectivement rayonnée sur une couche de photoréserve formée sur la plaquette à l'aide d'un dispositif d'exposition et d'un masque, et celle-ci est ensuite développée afin de former un motif de photoréserve fin. Le processus de gravure retire une sous-couche exposée par le motif de photoréserve fin. L'importance du dispositif d'exposition utilisé dans le processus de photolithographie a augmenté au fur et à mesure que la largeur de ligne étroite des motifs de photoréserve a diminué avec l'intégration élevée des dispositifs à semiconducteurs. La largeur de ligne du motif de photoréserve est déterminée par un certain nombre de facteurs, par exemple l'énergie d'exposition du dispositif d'exposition, la distance entre une lentille et la plaquette, la largeur de ligne d'un masque, l'ouverture numérique de la lentille, l'épaisseur de la sous-couche d'une couche de photoréserve, et l'épaisseur de la couche de photoréserve, etc. Tous les facteurs ci-dessus, à l'exception de l'épaisseur de la sous-couche, sont des constantes prédéterminées dans le processus de photolithographie qui nécessite un dispositif d'exposition. Comme l'épaisseur de la sous- couche dépend du processus de formation de film mince plutôt que du processus de photolithographie, l'épaisseur de la sous-couche varie à l'intérieur d'une plaquette individuelle et entre les plaquettes. Par conséquent, même si le processus de photolithographie est effectué en utilisant le même dispositif d'exposition dans les mêmes conditions, la largeur de ligne du motif de photoréserve ne peut pas être maintenue constante du fait de la variation de l'épaisseur de la sous-couche de la couche de photoréserve. La présente invention vise par conséquent un dispositif et un procédé d'exposition qui remédient sensiblement à un ou plusieurs des problèmes dus aux limitations et aux inconvénients de la technique concernée. Un objet de la présente invention est de procurer un dispositif d'exposition susceptible de maintenir constante la largeur de ligne d'un motif de photoréserve quelle que soit l'épaisseur de la sous-couche. Un autre objet de la présente invention est de procurer un procédé d'exposition utilisant le dispositif d'exposition. Pour atteindre le premier objet de la présente invention, on propose un dispositif d'exposition comprenant un support pour déplacer une plaquette dans les directions de l'axe X et de l'axe Y, la plaquette comportant sur celle-ci une couche de photoréserve, un demi-miroir placé sur le support, susceptible de réfléchir et de transmettre la lumière émise à partir d'une source de lumière, un masque pour transmettre sélectivement la lumière réfléchie par le demi-miroir, et une lentille pour rayonner la lumière transmise sélectivement à travers le masque sur la plaquette. Le dispositif d'exposition comprend également un détecteur de lumière réfléchie disposé sur le demi-miroir, le détecteur de lumière réfléchie étant susceptible de détecter à travers la lentille et le masque la lumière rayonnée sur la plaquette et réfléchie ensuite par la sous- couche formée en-dessous de la couche de photoréserve; un analyseur de lumière réfléchie pour analyser la sortie de lumière réfléchie délivrée en sortie du détecteur de lumière réfléchie afin d'obtenir une carte de distribution de lumière réfléchie; et un dispositif de commande d'exposition pour commander l'énergie d'exposition en fonction de la carte de distribution de lumière réfléchie produite par l'analyseur de lumière réfléchie. De préférence, la sous-couche est une couche de nitrure ou une couche composite d'oxyde et de nitrure, et le support est mobile dans les directions de l'axe X et de l'axe Y grâce à l'actionnement d'un moteur. Pour atteindre le deuxième objet de la présente invention, on propose un procédé d'exposition comprenant le chargement d'un masque désiré dans un dispositif d'exposition comportant un détecteur de lumière réfléchie, et le chargement d'une plaquette d'étalonnage comportant une couche de photoréserve sur un support du dispositif d'exposition. Ensuite, la plaquette d'étalonnage est exposée de façon à être divisée dans les directions de l'axe X et de l'axe Y. La lumière réfléchie par la sous- couche formée en dessous de la couche de photoréserve durant l'exposition est détectée à l'aide d'un détecteur de lumière réfléchie. La lumière réfléchie détectée par le détecteur de lumière réfléchie est analysée à l'aide d'un analyseur de lumière réfléchie afin d'obtenir une carte de distribution de lumière réfléchie de la plaquette d'étalonnage. Ensuite, une première plaquette est exposée en commandant l'énergie d'exposition en fonction de la carte de distribution de lumière réfléchie analysée obtenue pour la plaquette d'étalonnage. De préférence, la première plaquette fait partie d'un lot de plaquettes comportant une pluralité de plaquettes, et chaque plaquette du lot de plaquettes est exposée de la même façon que la première plaquette. De préférence, la sous-couche est une couche de nitrure ou une couche composite d'oxyde et de nitrure, et l'énergie d'exposition est commandée par un dispositif de commande d'exposition connecté à l'analyseur de lumière réfléchie et à un obturateur. Le dispositif d'exposition selon la présente invention comprend un détecteur de lumière réfléchie pour détecter la lumière réfléchie à partir de la sous-couche, et commande l'énergie d'exposition en fonction de la réflexion, de façon à améliorer par conséquent le changement de dimension critique en fonction de la sous-couche. Ces objets de la présente invention, ainsi que d'autres, apparaîtront de façon plus évidente à partir de la description détaillée donnée ci-après. Toutefois, on comprendra que la description détaillée et les exemples spécifiques, tout en indiquant les formes de réalisation préférées de l'invention, ne sont donnés qu'à titre d'illustration uniquement, car divers changements et modifications rentrant dans l'esprit et le cadre de l'invention apparaîtront de façon évidente aux personnes ayant une bonne connaissance de la technique à partir de cette description détaillée. Les objets et avantages ci-dessus de la présente invention apparaîtront de façon plus évidente grâce à une description détaillée de formes de réalisation préférées de celle-ci en se référant aux dessins joints, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif d'exposition adoptant un détecteur de lumière réfléchie selon la présente invention; la figure 2 montre une carte de distribution de lumière réfléchie générée par l'analyseur de lumière réfléchie du dispositif d'exposition de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe d'une plaquette devant être exposée par le dispositif d'exposition selon la présente invention; la figure 4 est un graphique montrant le facteur de réflexion en fonction de l'épaisseur de la couche de nitrure de la figure 3; la figure 5 est un graphique montrant la dimension critique en fonction de l'épaisseur de la couche de nitrure de la figure 3; la figure 6 est une vue en coupe d'une autre plaquette devant être exposée par le dispositif d'exposition selon la présente invention; la figure 7 est un graphique montrant le facteur de réflexion en fonction des épaisseurs de la couche d'oxyde et de la couche de nitrure de la figure 6; la figure 8 est un graphique montrant l'énergie d'exposition pour la largeur de ligne optimale en fonction de l'épaisseur de la couche d'oxyde de la figure 6; et la figure 9 est un organigramme illustrant un procédé d'exposition utilisant le dispositif d'exposition selon la présente invention. Comme montré en figure 1, un dispositif d'exposition selon la présente invention comprend un support 1 pour supporter une plaquette sur laquelle est formée une couche de photoréserve. Un moteur 2 déplace le support 1 dans les directions de l'axe X et de l'axe Y. Un demi-miroir 7 qui réfléchit et transmet la lumière émise par une source de lumière 5 est installé sur le support 1. Un masque 9 pour transmettre sélectivement la lumière réfléchie par le demi- miroir 7 est installé en dessous du demi-miroir 7. Une lentille 11 pour rayonner la lumière sélectivement transmise à travers le masque 9 est installée en dessous du masque 9. En figure 1, la référence "a" représente la lumière incidente et la référence "b" représente la lumière réfléchie. Le dispositif d'exposition selon la présente invention comprend également un détecteur de lumière réfléchie 13 pour détecter la lumière réfléchie b qui a été rayonnée sur la plaquette 3 par l'intermédiaire de la lentille 11 et du masque 9, et réfléchie par la plaquette 3. La quantité de lumière réfléchie par la plaquette 3 dépend des propriétés de la sous-couche de la couche de photoréserve. Un analyseur de lumière réfléchie 15 analyse la lumière réfléchie détectée par le détecteur de lumière réfléchie 13. Un dispositif de commande d'exposition 17 connecté à l'analyseur de lumière réfléchie 15 commande l'énergie d'exposition à l'aide d'un obturateur 19 en fonction de la lumière réfléchie analysée par l'analyseur de lumière réfléchie 15. L'obturateur 19 est connecté au dispositif de commande d'exposition 17. Par conséquent, le dispositif d'exposition selon la présente invention peut être utilisé pour commander une quantité de lumière rayonnant sur une partie de la plaquette en fonction d'un facteur de réflexion détecté de cette partie, comme montré, par exemple, en figure 2. Par conséquent, le dispositif d'exposition selon la présente invention commande l'énergie lumineuse rayonnée sur la plaquette à l'aide du dispositif de commande d'exposition en considération du facteur de réflexion de la lumière selon la propriété de la sous-couche comme montré en figure 2. Par exemple, l'exposition est effectuée en augmentant l'énergie lumineuse lorsque le facteur de réflexion est de 0, 6%, par rapport à celle utilisée avec un facteur de réflexion de 0,5%, de façon à égaliser une quantité de lumière reçue par la couche de photoréserve, de telle sorte que la largeur de ligne du motif de photoréserve formé sur la plaquette devienne uniforme quelle que soit l'épaisseur de la sous-couche. La figure 3 est une vue en coupe d'une plaquette devant être exposée par le dispositif d'exposition selon la présente invention, la figure 4 est un graphique montrant le facteur de réflexion en fonction de l'épaisseur de la couche de nitrure de la figure 3, et la figure 5 est un graphique montrant la dimension critique en fonction de l'épaisseur de la couche de nitrure de la figure 3. De façon détaillée, la plaquette appliquée au dispositif d'exposition selon la présente invention comporte une couche de nitrure 23 constituant une sous- couche sur un substrat en silicium 21 et une couche de photoréserve 25 est formée sur la couche de nitrure 23. Lorsqu'une telle plaquette est exposée, le facteur de réflexion change en fonction de l'épaisseur de la couche de nitrure, comme montré en figure 4. Egalement, la dimension critique (indiquée par les signes O) change en fonction de l'épaisseur de la couche de nitrure (indiquée par les signes D) comme montré pour un certain nombre de plaquettes en figure 5. Autrement dit, la dimension critique change en fonction de l'épaisseur de la couche de nitrure constituant une sous-couche. Par conséquent, en commandant l'énergie d'exposition selon le facteur de réflexion montré en figure 4 à l'aide du dispositif d'exposition selon la présente invention montré en figure 1, un motif de photoréserve peut être formé de façon uniforme sur la plaquette. La figure 6 est une vue en coupe d'une autre plaquette devant être exposée par le dispositif d'exposition selon la présente invention, la figure 7 est un graphique montrant le facteur de réflexion en fonction des épaisseurs de la couche d'oxyde et de la couche de nitrure de la figure 6, et la figure 8 est un graphique montrant le changement d'énergie d'exposition en fonction de l'épaisseur de la couche d'oxyde de la figure 6. De façon détaillée, comme montré en figure 6, un exemple de plaquette devant être exposée à l'aide du dispositif d'exposition selon la présente invention comporte une couche de tungstène 33, une couche d'oxyde 35 et une couche de nitrure 37, qui forment une sous-couche, sur un substrat en silicium 31, et une couche de photoréserve 39 est formée sur la couche de nitrure 37. Bien que cette forme de réalisation comprenne la couche de tungstène, la couche de tungstène peut être omise. Lorsqu'une telle plaquette est exposée, le facteur de réflexion change en fonction des épaisseurs de la couche de nitrure et de la couche d'oxyde comme montré en figure 7. Par exemple, dans le cas o la couche de nitrure a une épaisseur de 250 A, le facteur de réflexion augmente de 0,1% à 0,17% lorsque l'épaisseur de la couche d'oxyde change dans la plage comprise entre 1850 À et 1950 A. En figure 7, les courbes 70, 72, 74 et 76 représentent les facteurs de réflexion avec des couches d'oxyde de 1850 A, 1900 A, 1950 À et 2000 À d'épaisseur, respectivement. Par conséquent, l'énergie d'exposition doit être commandée en fonction du facteur de réflexion lorsque l'on utilise le dispositif d'exposition selon la présente invention. Autrement dit, l'énergie d'exposition doit être changée afin d'obtenir la largeur de ligne optimale. Par exemple, dans le cas d'une couche de nitrure ayant une épaisseur de 250 A, le facteur de réflexion augmente lorsque l'épaisseur de la couche d'oxyde augmente de 1850 À à 1950 A. Par conséquent, l'énergie d'exposition doit être augmentée comme montré en figure 8 afin d'obtenir la largeur de ligne optimale. En figure 8, la courbe 82, tracée avec les signes *, représente l'énergie d'exposition, et la courbe 84, tracée avec les signes Ex, représente l'épaisseur de la couche d'oxyde. La figure 9 est un organigramme illustrant un procédé d'exposition lorsque l'on utilise le dispositif d'exposition selon la présente invention. Tout d'abord, un masque désiré est chargé dans le dispositif d'exposition comprenant le détecteur de lumière réfléchie dans l'étape 100. Ensuite, une plaquette d'essai ou d'étalonnage venant par exemple d'un lot de plaquettes comprenant, par exemple, 25 ou 50 plaquettes, est chargée sur un support du dispositif d'exposition dans l'étape 102. Ici, une sous-couche a été formée sur la plaquette et une couche de photoréserve a été déposée sur la sous-couche. De préférence, la souscouche est une couche de nitrure ou est une couche composite de couches d'oxyde et de nitrure. Ensuite, lorsque la plaquette d'essai est décalée dans les directions de l'axe X et de l'axe Y en séquence en actionnant un moteur raccordé au support, la plaquette d'essai est exposée un certain nombre de fois, par exemple ou 60 fois, de façon à être divisée, ce qui est nécessaire pour la complète exposition de la plaquette. La lumière réfléchie par la plaquette d'essai est détectée à l'aide du détecteur de lumière réfléchie dans l'étape 104. Ensuite, la lumière détectée par le détecteur de lumière réfléchie est analysée par l'analyseur de lumière réfléchie, ce qui produit une carte de distribution de lumière réfléchie de la plaquette d'essai dans l'étape 106. La plaquette d'essai est déchargée dans l'étape 108. Ensuite, la première plaquette devant être traitée dans le lot de plaquettes est déchargée sur le support dans l'étape 110. La première plaquette comporte également une sous- couche sur la plaquette et une couche de photoréserve formée sur la sous-couche, comme dans la plaquette d'essai. Ensuite, l'énergie d'exposition est commandée en fonction de la carte de distribution de lumière réfléchie pour la première plaquette, produite par l'analyseur de lumière réfléchie, et, tandis que la première plaquette est décalée dans les directions de l'axe X et de l'axe Y en séquence en actionnant le moteur raccordé au support, la deuxième plaquette est exposée entre 40 et 60 fois de façon à être divisée dans l'étape 112. La première plaquette est déchargée, après quoi les deuxième à dernière plaquettes du lot de plaquettes sont exposées en séquence en commandant l'énergie d'exposition en fonction de la carte de distribution de lumière réfléchie comme pour la première plaquette, de façon à achever par conséquent l'exposition d'un lot de plaquettes (étape 114). Dans cette forme de réalisation, l'exposition est restreinte à un seul lot de plaquettes. Toutefois, lorsque de nombreux lots de plaquettes sont exposés durant le processus de fabrication, une plaquette arbitraire servant de plaquette d'essai est sélectionnée dans chaque lot de plaquettes et analysée afin de régler de façon fine l'énergie d'exposition. Le résultat sur chaque plaquette d'essai peut être appliqué à toutes les plaquettes du lot correspondant. Comme décrit ci- dessus, le dispositif d'exposition selon la présente invention comprend de plus un détecteur de lumière réfléchie servant à détecter la lumière réfléchie par une sous-couche, et commande l'énergie d'exposition en fonction de la détection, de façon à améliorer par conséquent le changement de dimension critique selon les propriétés de la sous-couche. Bien que la présente invention ait été illustrée et décrite en se référant à des formes de réalisation spécifiques, d'autres modifications et altérations rentrant dans l'esprit et dans le cadre de cette invention, telle qu'elle est définie par les revendications jointes, apparaîtront de façon évidente aux personnes ayant une bonne connaissance de la technique. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'exposition comprenant un support (1) pour déplacer une plaquette (3) dans les directions de l'axe X et de l'axe Y, la plaquette (3) comportant une couche de photoréserve (25; 39) sur celle-ci, un masque (9) pour transmettre sélectivement la lumière à la plaquette (3), une unité de délivrance optique qui délivre de la lumière au masque (9), le dispositif d'exposition étant caractérisé en ce qu'il comprend: un détecteur de lumière réfléchie (13) qui reçoit de la lumière réfléchie par une sous-couche (23; 35, 37) formée en dessous de la couche de photoréserve (25; 39); un analyseur de lumière réfléchie (15) pour analyser la lumière réfléchie délivrée en sortie du détecteur de lumière réfléchie (13) afin d'obtenir une carte de distribution de lumière réfléchie; et un dispositif de commande d'exposition (17) pour commander l'énergie d'exposition en fonction de la carte de distribution de lumière réfléchie produite par l'analyseur de lumière réfléchie (15). 2. Dispositif d'exposition selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sous-couche (23; 35, 37) est une couche de nitrure (23) ou une couche composite d'oxyde et de nitrure (35, 37). 3. Dispositif d'exposition selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support (1) est mobile dans les directions de l'axe X et de l'axe Y grâce à l'actionnement d'un moteur (2). 4. Procédé d'exposition caractérisé en ce qu'il comprend: le chargement d'un masque (9) dans un dispositif d'exposition comportant un détecteur de lumière réfléchie (13); le chargement d'une plaquette d'essai, comportant une couche de photoréserve (25; 39) formée sur celle-ci, sur un support (1) du dispositif d'exposition; l'exposition de la plaquette d'essai devant être divisée dans les directions de l'axe X et de l'axe Y et la détection de la lumière réfléchie par la sous-couche (23; , 37) formée en dessous de la couche de photoréserve (25, 39) durant l'exposition à l'aide du détecteur de lumière réfléchie (13); l'analyse de la lumière réfléchie détectée par le détecteur de lumière réfléchie (13) à l'aide d'un analyseur de lumière réfléchie (15) afin d'obtenir une carte de distribution de lumière réfléchie de la plaquette d'essai; le déchargement de la plaquette d'essai du dispositif d'exposition comportant le détecteur de lumière réfléchie (13); et l'exposition d'une première plaquette (3) du lot de plaquettes, devant être divisée dans les directions de l'axe X et de l'axe Y, en commandant l'énergie d'exposition en fonction de la carte de distribution de lumière réfléchie analysée obtenue pour la plaquette d'essai. 5. Procédé d'exposition selon la revendication 4, caractérisé en ce que la sous-couche (23; 35, 37) est une couche de nitrure (23) ou une couche composite d'oxyde et de nitrure (35, 37). 6. Procédé d'exposition selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend de plus la commande de l'énergie d'exposition à l'aide d'un dispositif de commande d'exposition (17) connecté à l'analyseur de lumière réfléchie (15) et d'un obturateur (19). 7. Procédé d'exposition selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première plaquette (3) et la plaquette d'essai viennent d'un lot de plaquettes comportant une pluralité de plaquettes (3) et en ce que ledit procédé comprend de plus l'exposition de chaque plaquette (3) du lot de plaquettes par la commande de l'énergie d'exposition en fonction de la carte de distribution de lumière réfléchie analysée obtenue pour la plaquette d'essai.