Brevet FR2804517A1 — publié le 20010803

MASQUE DE LITHOGRAPHIE A DECALAGE DE PHASE ET PROCEDE DE REALISATION D'UN TEL MASQUE Domaine technique La présente invention concerne un masque de lithographie à décalage de phase. Elle concerne également un procédé de réalisation d'un tel masque. Etat de la technique antérieure La fabrication des circuits intégrés implique une étape de photo- lithographie. Au cours -de cette étape, un motif tridimensionnel est placé sur la plaque de matériau semiconducteur dans laquelle on veut réaliser les circuits intégrés. De manière classique, ce motif est obtenu par exposition d'une résine photosensible à la lumière. Pour satisfaire à la loi de Moore relative à la réduction de taille des transistors, la longueur d'onde de la lumière d'insolation de la résine photosensible diminue. Cependant, la poursuite de la miniaturisation des circuits intégrés avec des motifs sub-0,1 um nécessite une nouvelle approche technologique. Au début des années 1980, pour remédier à ce problème, un nouveau type de réticule est apparu les masques à décalage de phase. Ces nouveaux masques utilisent les propriétés de phase de la lumière pour améliorer la résolution des motifs exposés. Le principe de base est de faire interférer deux faisceaux lumineux avec un écart de phase de 180 . Cet écart de phase est obtenu grâce à une différence de chemin optique entre les deux faisceaux. Ces masques permettent de diminuer la résolution limite d'un facteur pouvant aller jusqu'à 2. On peut se référer à ce sujet à l'article "0.12 um optical lithography performances using an alternating DW Phase Shift mask" de Y. TROUILLER et al., paru dans Microelectronic Engineering 41/42 (1998), pages 61-64. Un masque à décalage de phase est constitué d'un support transparent, par exemple une plaque de quartz, recouvert d'une couche absorbante, par exemple une couche de chrome, qui définit les motifs non insolés. Il existe deux types de masques à décalage de phase. Pour les masques de type alterné, la différence de chemin optique est obtenue par gravure du quartz. La résolution est améliorée par la création d'interférences constructives. Ces masques sont très résolvants mais sont difficiles à fabriquer. Pour les masques de type atténué, un déphasage est créé dans la partie absorbante qui devient alors semi-absorbante. Ces masques sont moins résolvants (environ 10% de la lumière peut bénéficier de l'effet de phase contre 100 % pour les masques alternés) mais sont plus simples à fabriquer. Une caractéristique particulièrement importante pour un masque à décalage de phase est le contrôle rigoureux du déphasage permettant l'amélioration de la résolution. On peut se reporter à ce sujet à l'article "Process Margin in ArF Lithography using an Alternating Phase-Shifting Mask" de T. MATSUO et al., Part of the BACUS symposium on Photomask Technology and Management, Redwood City, Californie, septembre 1998, SPIE, Vol. 3546, pages 531 à 537. Dans le cas d'un masque à décalage de phase de type alterné, l'épaisseur E de la gravure est reliée au déphasage (p par la relation suivante N1 étant l'indice de réfraction du matériau constituant le support transparent, Nz étant l'indice de réfraction de l'air et X. étant la longueur d'onde de la lumière d'insolation. Pour obtenir un déphasage de 180 , il découle de la relation (1) que l'épaisseur E de la gravure doit satisfaire la relation suivante Pour poursuivre la miniaturisation des circuits intégrés, on cherche à réduire davantage la longueur d'onde de la lumière d'exposition de la résine photosensible recouvrant la plaque semiconductrice- à traiter. Cette diminution de longueur d'onde impose, pour les masques à décalage de phase de type alterné selon l'art connu, une plus grande précision sur les épaisseurs à graver dans le support transparent pour obtenir le déphasage voulu. Plus la longueur d'onde diminue, plus cette précision est difficile à obtenir. Un autre inconvénient est que la gravure du quartz, constituant généralement le support transparent, est une gravure au temps. Elle est donc soumise aux effets de charge. Plus les motifs à graver sont petits, plus ces effets de charge vont induire des différences d'épaisseur et donc détériorer le contrôle de la phase. Ce problème est exposé dans l'article "Phase Controllability Improvement for Alternating Phase Shift Mask" de M. NARA et al., Part of the BACUS Symposium on Photomask Technology and Management, Redwood City, Californie, septembre 1998, SPIE, Vol. 3546, pages 253 à 269. Les deux inconvénients mentionnés ci-dessus montrent qu'en continuant à suivre la loi de Moore, le risque est d'arriver à une impasse technologique. Un troisième inconvénient est aussi à signaler. Il découle du fait que la création d'une topographie supplémentaire par gravure rend très difficile l'inspection des masques. Exposé de l'invention Afin de remédier aux inconvénients cités ci-dessus, il est proposé un masque à décalage de phase de type alterné mais où les parties gravées et non gravées du support transparent sont remplacées par des zones de composition chimique différente. L'invention a donc pour objet un masque de lithographie à décalage de phase, comprenant un support transparent à une lumière d'insolation et recouvert d'un motif en matériau absorbant la lumière d'insolation, le motif laissant découverte au moins une partie du support transparent, ladite partie du support transparent comprenant des moyens permettant d'introduire un décalage de phase de 180 entre deux faisceaux lumineux de même longueur d'onde de la lumière d'insolation traversant ladite partie du support transparent, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués de zones du support présentant auxdits deux faisceaux lumineux des compositions chimiques différentes fournissant auxdits faisceaux des chemins optiques différents d'où il résulte, après traversée du support, ledit décalage de phase de 180 . Avantageusement, les zones du support présentant auxdits deux faisceaux lumineux des compositions chimiques différentes comprennent des zones dont la composition chimique est la composition de base du support modifiés par introduction d'une espèce chimique et des zones dont la composition chimique est celle de la composition de base du support. De préférence, les zones dont la composition chimique est la composition de base du support modifiée par introduction d'une espèce chimique sont des zones implantées par ladite espèce chimique. Si le support transparent est en Si02, l'espèce chimique introduite peut être Ti ou N. L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un masque de lithographie à décalage de phase, comprenant - la fourniture d'un support transparent à une lumière d'insolation, le support étant recouvert, ou étant destiné à être recouvert, d'un motif en matériau absorbant la lumière d'insolation et laissant découverte au moins une partie du support transparent, - la réalisation, dans ladite partie du support transparent laissée découverte, de moyens permettant d'introduire un décalage de phase de 180 entre deux faisceaux lumineux de même longueur d'onde de la lumière d'insolation traversant ladite partie du support transparent, caractérisé en ce que lesdits moyens sont réalisés par la constitution de zones du support présentant auxdits deux faisceaux lumineux des compositions chimiques différentes fournissant auxdits faisceaux des chemins optiques différents d'où il résulte, après traversée du support, ledit décalage de phase de 180 . Avantageusement, lesdites zones sont constituées par introduction d'une espèce chimique dans des zones déterminées, les autres zones étant de la composition chimique du support. L'espèce chimique peut être introduite par implantation. Si le support est en Si02, l'espèce chimique introduite est avantageusement Ti ou N. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels - la figure 1 est un diagramme montrant un profil d'implantation d'atomes de titane dans du quartz, - les figures 2A à 2D illustrent des étapes d'un mode de réalisation de la présente invention. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention Dans ce mode de réalisation, la fabrication d'un masque à décalage de phase est effectuée grâce à une étape d'implantation permettant d'obtenir la différence de chemin optique. L'implantation est une opération bien connue des microélectroniciens qui l'utilisent essentiellement pour changer les propriétés électroniques d'un matériau. L'implantation permet d'incorporer des éléments chimiques dans des zones d'un matériau matrice non protégées. La technique d'implantation permet donc de changer l'indice de réfraction du matériau. Une zone implantée possède un indice de réfraction qui est fonction de la quantité d'éléments chimiques introduits. Soit un support transparent réalisé en un matériau dont la composition lui procure un indice de réfraction NI. Si une zone de ce support est implantée par une espèce chimique modifiant localement la composition chimique du matériau initial, on peut écrire que l'indice de réfraction Ni de la zone implantée est égal à Ni = A Ne + (1 - A)Nl (3) A correspondant au pourcentage d'éléments implantés et Ne étant l'indice de réfraction de la composition locale résultant de l'implantation. En remplaçant N2 par Ni dans la relation (1), on obtient où E représente maintenant la profondeur d'une zone implantée. Dans le cas particulier d'un support transparent en Si02, l'implantation de Ti conduit à la formation de Ti02 dans la zone implantée, un atome de Ti prenant la place de Si dans la molécule de Si02. L'atome de Si isolé devient une impureté qui n'est pas gênante pour l'indice de réfraction. Dans la relation (4), N1 est l'indice de réfraction de Si02 et Ne est l'indice de réfraction de Ti02. Pour une longueur d'onde de 193 nm, la différence Nl-Ne vaut alors environ 1,5. Pour obtenir un déphasage de 180 , il faut que E A = X/3 (5) A 193 nm, le produit E A vaut donc 64,3, E étant exprimé en nm. Le tableau suivant donne la valeur moyenne de pénétration Rp d'ions titane dans une plaque de quartz (Si02) de densité 2,2 g/cm3 en fonction de l'énergie d'implantation. oRp représente la demi- largeur à mi-hauteur de la distribution en profondeur des ions considérés. Cette distribution est considérée comme gaussienne. Energie d'implantation RP ORp (keV) (nm) (nm) 10 000 13,2 4,7 20 000 22,2 7,4 30 000 30,9 9,9 40 000 39,4 12,2 50 000 47,9 14,4 60 000 56,4 16,6 70 000 65,0 18,7 80 000 73,7 20,8 90 000 82,4 22,9 100 000 91,1 24,9 110 000 99,9 26,9 120 000 108,8 28,9 130 000 117,7 30,8 140 000 126,7 32,7 150 000 135,7 34,5 160 000 144,7 36,4 170 000 153,8 38,2 180 000 162,9 40,0 200 000 181,2 43,5 A 100 keV, le profil d'implantation est centré à environ 100 nm de profondeur. Ce profil peut être considéré comme gaussien. La zone implantée par du titane n'est donc pas une couche uniforme avec une transition brusque. Si on considère qu'il y a 6.102z molécules de Si02 par cm 3 et que la cquche implantée représente environ 180 nm, il faut alors d'après la relation (5) que A (taux de remplacement de Si par Ti) vaille 35%, ce qui correspond à 2,1.102z atomes de Ti implantés. Cela représente une dose de 4.101' atomes /CM2. La figure 1 est un diagramme représentant un profil d'implantation d'atomes de titane dans du quartz pour une énergie d'implantation de 100 keV et une dose de 4.101' atomes /cm2. L'axe des ordonnées représente la concentration C en titane dans la zone implantée. L'axe des abscisses représente la profondeur P. Les figures 2A à 2D illustrent des étapes d'un mode de réalisation de la présente invention. La constitution de zones procurant des chemins optiques différents est obtenue par implantation ionique. La figure 2A montre un support transparent 1 en quartz recouvert d'un motif en chrome dont seul un élément 2 est représenté. Les zones à implanter sont définies en déposant, sur une face du support 1, une résine de masquage 3 qui, après lithographie, révèle les surfaces des zones à implanter telles que la surface 4 (voir la figure 2B). La figure 2C illustre l'étape d'implantation par des atomes de titane au travers des surfaces laissées apparentes par le masque de résine 3 et l'élément en chrome 2. L'implantation est figurée par des flèches. Les atomes de titane traversant la surface 4 occupent une zone 5 où leur présence modifie l'indice de réfraction initial de la zone 5. Après élimination de la résine (voir la figure 2D), on obtient un masque à décalage de phase comportant des zones implantées, telles que la zone 5, adjacentes à des zones non implantées 6. L'espèce implantée doit pouvoir créer une nouvelle espèce chimique stable dans le matériau utilisé pour le masque. Pour un support en quartz, une implantation d'azote forme du Si3N4, une implantation de titane forme du Ti02, une implantation d'aluminium forme du A1203. La solubilité de l'espèce implantée dans le support doit être bonne pour éviter des comportements instables comme le précipité. L'indice de réfraction dans l'ultra-violet de la nouvelle composition doit être significativement différent de celui du matériau constituant initialement le support. Cette différence d'indice doit de préférence être supérieure à 0,5, ce qui est le cas pour A1203, les oxydes de fer (FeO, Fe203) , Si3N4, Zr02, Ta205, Ti02 correspondant aux éléments A1, Fe, N, Zr, Ta et Ti, par rapport au quartz. Pour pouvoir être implantée, l'espèce choisie doit être plasmagène et le courant d'implantation doit être suffisant pour avoir un temps d'implant acceptable. L'espèce implantée doit être a priori -un élément léger pour limiter les défauts créés dans la matrice de quartz. L'espèce chimique résultant de l'implantation doit avoir une absorbance proche de celle du quartz pour que les parties déphasées et non déphasées aient des transmissions proches. Ceci exclut a priori l'aluminium et le fer. Finalement, les espèces qui semblent les plus intéressantes sont le titane et l'azote. L'invention apporte les avantages suivants par rapport à la technique de gravure de l'art antérieur . - la précision sur la dose d'implantation peut être inférieure à 1%, ce qui est bien meilleur qu'une gravure ; - il n'y a pas d'effet de "microloading" important comme en gravure ; - plus petite est la longueur d'onde d'exposition utilisée par la lithographie, moins il est nécessaire d'implanter ; - l'inspection du masque n'est pas plus compliquée que pour un masque binaire puisque l'on ne crée pas de topographie supplémentaire. REVENDICATIONS 1. Masque de lithographie à décalage de phase, comprenant un support (1) transparent à une lumière d'insolation et recouvert d'un motif (2) en matériau absorbant la lumière d'insolation, le motif (2) laissant découverte au moins une partie du support transparent (1), ladite partie du support transparent comprenant des moyens permettant d'introduire un décalage de phase de 180 entre deux faisceaux lumineux de même longueur d'onde de la lumière d'insolation traversant ladite partie du support transparent (1), caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués de zones (5, 6) du support présentant auxdits deux faisceaux lumineux des compositions chimiques différentes fournissant auxdits faisceaux des chemins optiques différents d'où il résulte, après traversée du support (1), ledit décalage de phase de 180 . 2. Masque de lithographie à décalage de phase selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones du support présentant auxdits deux faisceaux lumineux des compositions chimiques différentes comprennent des zones (5) dont la composition chimique est la composition de base du support modifiée par introduction d'une espèce chimique et des zones (6) dont la composition chimique est celle de la composition de base du support (1). 3. Masque de lithographie à décalage de phase selon la revendication 2, caractérisé en ce que les zones (5) dont la composition chimique est la composition de base du support modifiée par introduction d'une espèce chimique sont des zones implantées par ladite espèce chimique. 4. Masque de lithographie selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que, le support (1) étant en Si02, l'espèce chimique introduite est Ti ou N. 5. Procédé de réalisation d'un masque de lithographie à décalage de phase, comprenant - la fourniture d'un support (1) transparent à une lumière d'insolation, le support (1) étant recouvert, ou étant destiné à être recouvert, d'un motif (2) en matériau absorbant la lumière d'insolation et laissant découverte au moins une partie du support transparent, - la réalisation, dans ladite partie du support transparent laissée découverte, de moyens permettant d'introduire un décalage de phase de 180 entre deux faisceaux lumineux de même longueur d'onde de la lumière d'insolation traversant ladite partie du support transparent (1), caractérisé en ce que lesdits moyens sont réalisés par la constitution de zones (5, 6) du support présentant auxdits deux faisceaux lumineux des compositions chimiques différentes fournissant auxdits faisceaux des chemins optiques différents d'où il résulte, après traversée du support, ledit décalage de phase de 180 . 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites zones sont constituées par introduction d'une espèce chimique dans des zones déterminées (5), les autres zones (6) étant de la composition chimique du support (1). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite espèce chimique est introduite par implantation. 8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que, le support (1) étant en Si02, l'espèce chimique introduite est Ti ou N.