FR2641622A1

FR2641622A1 - Photolithography mask

Info

Publication number: FR2641622A1
Application number: FR8817041A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-12-19
Filing date: 1988-12-19
Publication date: 1990-07-13

Abstract

The present invention relates to a photolithography mask 10 consisting of a transparent plate in which ribs or grooves 11 are formed, no absorbent material being provided in these grooves or on these ribs. This mask makes it possible to form, in a layer of resin 22 formed on a substrate 20, exposed strips 25 facing the discontinuities when light is projected on the sample through the mask.

Description

GSQUE DE PgOTOLITYOGRAPHTU
La présente invention concerne des masques de photolithographie, notamment des masques utilisables dans le procédé de photolithographie par contact.PgOTOLITYOGRAPHTU GSQUE
The present invention relates to photolithography masks, in particular masks which can be used in the contact photolithography process.

La photolithographie est un procédé qui consiste à former au-dessus d'une couche que l'on veut graver une couche d'un produit photosensible, appelé ci-après résine, présentant la propriété d'être sélectivement attaquable par un produit de gravure aux emplacements où elle a été éclairée (résine positive) ou bien où elle n'a pas été éclairée (résine négative). On se sert ensuite des ouvertures formées dans la couche de résine pour graver la ou les couches sous-jacentes. Photolithography is a process which consists in forming a layer of a photosensitive product, hereinafter called resin, on top of a layer to be etched, having the property of being selectively attackable by an etching product using locations where it was lit (positive resin) or where it was not lit (negative resin). The openings formed in the resin layer are then used to etch the underlying layer or layers.

Dans les procédés de photolithographie par masque, l'image d'un masque conforme au motif que l'on veut graver est formée sur la résine pour l'insoler. L'image du masque peut être projetée sur la résine ou bien le masque peut être en contact avec la couche de résine. In mask photolithography processes, the image of a mask conforming to the pattern to be engraved is formed on the resin to expose it. The image of the mask can be projected onto the resin or the mask can be in contact with the resin layer.

Les figures 1A et IB représentent très schématiquement des structures de masque classiques. Ces masques sont constitués d'un substrat 1 transparent au rayonnement actif et de zones 2 opaques à ce rayonnement. Dans le cas de la figure 1A, on a représenté les zones opaques en relief par rapport au substrat 1. Le plus couramment, ces zones opaques sont en chrome et le substrat transparent en quartz. Dans le cas de-la figure 1B, on a repré- senté la substance opaque 2 aisposée dans des rainures préalablement formées dans le substrat 1. FIGS. 1A and 1B very schematically represent conventional mask structures. These masks consist of a substrate 1 transparent to active radiation and of zones 2 opaque to this radiation. In the case of FIG. 1A, the opaque zones have been shown in relief with respect to the substrate 1. Most commonly, these opaque zones are made of chromium and the transparent substrate is quartz. In the case of FIG. 1B, the opaque substance 2 has been represented, arranged in grooves previously formed in the substrate 1.

Quand on utilise de tels masques, on se heurte inévita blement à une limite inférieure de résolution liée à la longueur d'onde d'insolation et à l'ouverture numerique de la lentille de projection, dans le cas d'un système par projection, et à la longueur d'onde et à la valeur de l'épaisseur de la couche de résine, dans le cas des systèmes à contact. On cherche donc à utiliser des longueurs d'onde actives les plus petites possibles.Actuellement, on utilise par exemple couramment des longueurs d'onde situées dans le domaine de l'ultraviolet de l'ordre de quelques centaines de nanomètres, par exemple la raie à 248 na fournie par un laser excimere. On arrive pour cette longueur d'onde à une limite de résolution ce l'ordre de 500 nm pour les techniques par projection et de l'ordre de 200 nm pour les techniques par contact. When using such masks, we inevitably come up against a lower resolution limit linked to the wavelength of sunshine and to the numerical aperture of the projection lens, in the case of a projection system, and the wavelength and the value of the thickness of the resin layer, in the case of contact systems. We therefore seek to use the shortest possible active wavelengths. Currently, for example, we commonly use wavelengths located in the ultraviolet range of the order of a few hundred nanometers, for example the line. at 248 na supplied by an excimer laser. We arrive for this wavelength at a resolution limit of around 500 nm for projection techniques and around 200 nm for contact techniques.

Si l'on veut encore réduire cette résolution, on est actuellement amené à abandonner les techniques de photolithogravure par masque et à avoir recours à des techniques de photolithogravure sans masque en utilisant directement une projecti#on de faisceaux électroniques déviés de façon appropriée sur la couche à insoler. Cette technique permet d'atteindre des résolutions de l'ordre de 100 nm mais est extrêmement complexe et nécessite des investissements très élevés. If we still want to reduce this resolution, we are currently having to abandon photolithography techniques by mask and to resort to photolithography techniques without mask by directly using a projecti on of electron beams deviated appropriately on the layer to be exposed. This technique achieves resolutions of the order of 100 nm but is extremely complex and requires very high investments.

Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un masque de photolithophie permettant de descendre à une résolu tion du même ordre de grandeur que celle que l'on peut actuellement atteindre par insolation électronique directe. Thus, an object of the present invention is to provide a photolithophy mask making it possible to descend to a resolution of the same order of magnitude as that which can currently be achieved by direct electronic insolation.

Cet objet est atteint en prévoyant un masque de photolithographie constitué d'une plaque transparente au rayonnement actif, cette plaque comprenant des discontinuités d'épaisseur aux emplacements où l'on veut former une image formée de lignes sur une résine. This object is achieved by providing a photolithography mask consisting of a plate transparent to active radiation, this plate comprising thickness discontinuities at the locations where it is desired to form an image formed of lines on a resin.

Ainsi, la présente invention permet de délimiter dans une résine des bandes de largeur donnée et d'espacement variable, ladite largeur dépendant de la longueur d'onde du faisceau d'insolation et du profil des discontinuités d'épaisseur. Thus, the present invention makes it possible to delimit in a resin strips of given width and variable spacing, said width depending on the wavelength of the exposure beam and on the profile of the thickness discontinuities.

La présente invention sera exposée ci-après plus en détail en relation avec les figures jointes parmi lesquelles
les figures 1A et 1B représentent des masques de photolithophie classiques
la figure 2 représente un masque selon la présente invention associé à une structure à photolithograver
la figure 3 représente schématiquement une structure obtenue en utilisant un masque selon la présente invention ;
les figures 4A-4B, 5A-5B, 6A-6B représentent, pour diverses dimensions de motifs de masques selon la présente invention les structures susceptibles d'être obtenues.The present invention will be explained below in more detail with reference to the accompanying figures, among which
FIGS. 1A and 1B represent conventional photolithophy masks
FIG. 2 represents a mask according to the present invention associated with a photolithographic structure
FIG. 3 schematically represents a structure obtained using a mask according to the present invention;
FIGS. 4A-4B, 5A-5B, 6A-6B show, for various dimensions of mask patterns according to the present invention, the structures capable of being obtained.

La figure 2 représente un masque selon la présente invention. Ce masque comprend une plaque 10 transparente aux radiations actives, sur une face de- laquelle sont formées des rainures ou des nervures 11. Il faut souligner que la différence entre le masque 10 et celui représenté en figure 1B est qu'aucune substance opaque à la lumière n'est disposée dans les rainures. Le masque 10 est constitué d'un matériau transparent unique présentant seulement des discontinuités d'épaisseur. Figure 2 shows a mask according to the present invention. This mask comprises a plate 10 transparent to active radiation, on one face of which grooves or ribs are formed 11. It should be emphasized that the difference between the mask 10 and that shown in FIG. 1B is that no substance opaque to the light is arranged in the grooves. The mask 10 is made of a single transparent material having only discontinuities of thickness.

A la figure 2, le masque 10 est représenté disposé en regard d'un échantillon sur lequel on veut effectuer une opération de photolithogravure et comprenant un substrat 20, une couche à graver 21, et une couche de résine photosensible 22. L'expérience montre que si on insole l'échantillon à travers le masque li disposé au contact de 11 échantillon, il se forme sur la couche de résine 22 des bandes non éclairées 25 en regard des discontinuités d'épaisseur du masque. Cet effet, vraisemblablement lié à des phénomènes optiques de diffusion et/ou de diffraction, ne dépend pratiquement, dans des conditions de contact données, que de la longueur d'onde utilisée et du profil des flancs des rainures 11. In FIG. 2, the mask 10 is shown arranged opposite a sample on which it is desired to carry out a photolithography operation and comprising a substrate 20, a layer to be etched 21, and a layer of photosensitive resin 22. Experience shows that if the sample is exposed through the mask li placed in contact with the sample, it forms on the resin layer 22 of the unlit strips 25 opposite the discontinuities of thickness of the mask. This effect, probably linked to optical scattering and / or diffraction phenomena, depends practically, under given contact conditions, only on the wavelength used and on the profile of the sides of the grooves 11.

En pratique, on a constaté que pour une irradiation à une longueur d'onde de l'ordre de 200 nm, la largeur d'une bande opaque était d'environ 100 nm, c'est-à-dire sensiblement la moitié de la longueur d'onde. In practice, it has been found that for irradiation at a wavelength of the order of 200 nm, the width of an opaque band was approximately 100 nm, that is to say substantially half of the wave length.

On peut donc, après l'insolation, et une fois mises en oeuvre les étapes classiques de photolithogravure obtenir une structure telle que celle représentée en figure 3 dans laquelle il ne demeure que des nervures 26 de la couche 21 en regard des bandes opaques formées dans la couche de résine 22. Les nervures 26 (ou inversement les rainures si l'on avait choisi une résine négative) ont une largeur constante et leur écartement est réglé par l'écart entre les discontinuités d'épaisseur formées dans le masque 10. It is therefore possible, after exposure, and once the conventional photolithography steps have been implemented, to obtain a structure such as that shown in FIG. 3 in which only ribs 26 of layer 21 remain opposite the opaque bands formed in the resin layer 22. The ribs 26 (or vice versa the grooves if a negative resin had been chosen) have a constant width and their spacing is adjusted by the difference between the thickness discontinuities formed in the mask 10.

L'nomme de l'art notera qu'il est possible de combiner sur un seul masque une structure selon la présente invention et une structure telle que celle de la figure 1B en revêtant les rainures 11 que l'on ne veut pas remplir de matière opaque selon l'invention d'une couche de protection, puis en déposant dans a'autres rainures une substance opaque 2 comme en figure 1B puis en éliminant la couche de protection dans les rainures 11. On peut obtenir ainsi, d'une part, les motifs à largeur variable obtenus classiquement avec des masques usuels, d'autre part, des bandes de largeur constante obtenues avec le masque selon la présente inven tion. Those skilled in the art will note that it is possible to combine on a single mask a structure according to the present invention and a structure such as that of FIG. 1B by coating the grooves 11 which one does not want to fill with material opaque according to the invention with a protective layer, then by depositing in other grooves an opaque substance 2 as in FIG. 1B then by eliminating the protective layer in the grooves 11. It is thus possible, on the one hand, the variable width patterns conventionally obtained with conventional masks, on the other hand, bands of constant width obtained with the mask according to the present invention.

L'avantage principal du masque selon la présente invention est que ces bandes, pour une longueur d'onde donnée ont une largeur bien inférieure à celle qui- peut être obtenue avec un masque classique. Comme on l'a indiqué précédemment, la limite de résolution optimale dans le cas d'un masque contact à zones opaques est de l'ordre de 200 nm pour une longueur d'onde de 200 nn alors qu'elle n'est que de 100 à 150 nm par le procédé selon la présente invention pour une même longueur d'onde, ce qui représente un gain d'un facteur de l'ordre de 2. The main advantage of the mask according to the present invention is that these bands, for a given wavelength have a width much less than that which can be obtained with a conventional mask. As indicated previously, the optimal resolution limit in the case of a contact mask with opaque zones is of the order of 200 nm for a wavelength of 200 nn while it is only 100 to 150 nm by the method according to the present invention for the same wavelength, which represents a gain of a factor of the order of 2.

Les figures 4B à 63 illustrent les motifs que l'on peut obtenir avec des masques 4A à 6A selon la présente invention en fonction de la distance entre des discontinuités voisines (par exemple les deux flancs d'une rainure), dans le cas où la longueur d'onde d'éclairement est d'environ 200 nm. Pour une largeur de rainure de 200 nm illustrée en figure 4A, l'effet des deux discontinuités voisines se confond et on obtient une bande opaque de largeur sensiblement plus grande que celle de la rainure, par exemple de l'ordre 300 nm (figure 4B). Pour une rainure d'une largeur de 300 nm (figure 5A), on commence à résoudre les deux taches opaques mais une zone semi-éclairée demeure entre elles (figure 5B) ce qui ne permet pas d'obtenir des bandes nettement séparées à la fin du procédé de photolithogravure. Comme l'illustre la figure 6A, pour une largeur de rainure de 500 nm, on obtient des bandes gravées, illustrées en figure 6B, ayant une largeur de l'ordre de 100 à 150 nm séparées d'une distance d'environ 35C nm. FIGS. 4B to 63 illustrate the patterns that can be obtained with masks 4A to 6A according to the present invention as a function of the distance between neighboring discontinuities (for example the two sides of a groove), in the case where the illumination wavelength is approximately 200 nm. For a groove width of 200 nm illustrated in FIG. 4A, the effect of the two adjacent discontinuities merges and one obtains an opaque band of width substantially greater than that of the groove, for example of the order of 300 nm (FIG. 4B ). For a groove with a width of 300 nm (FIG. 5A), one begins to resolve the two opaque spots but a semi-illuminated area remains between them (FIG. 5B) which does not make it possible to obtain clearly separated bands at the end of the photolithography process. As illustrated in FIG. 6A, for a groove width of 500 nm, we obtain engraved bands, illustrated in FIG. 6B, having a width of the order of 100 to 150 nm separated by a distance of approximately 35C nm .

Ainsi, la présente invention se prête tout particulièrement à former dans le cadre de la réalisation de circuit intégré des bandes en relief de largeur constante et très'faible, et d 'écartement variable. Thus, the present invention is particularly suitable for forming, in the context of the production of an integrated circuit, relief bands of constant and very small width, and of variable spacing.

Claims

REFENDICATl0'sS

1. Photolithography mask consisting of a plate (10) transparent to active radiation, characterized in that said plate comprises thickness discontinuities (11)

2. Mask according to claim 1, characterized in that said plate is provided with grooves.

3. Mask according to claim 1, characterized in that said plate is provided with ribs.

4. Mask according to claim 2, characterized in that some selected grooves are filled with an opaque material with active rayon.

5. Mask according to claim 1, characterized in that the thickness discontinuities are separated by a distance substantially equal to twice the wavelength of the active radiation.

6. Mask according to claim 1, characterized in that the transparent plate is a quartz plate.