L'invention concerne un réticule actif, son procédé de réalisation et contrôle, ainsi qu'un procédé de lithographie par voie ionique utilisant un tel réticule actif. Elle concerne également un équipement de lithographie utilisant ce réticule actif et permettant de mettre en oeuvre le procédé de lithographie ionique.

L'invention s'applique au domaine de la micro-électronique sur substrat de silicium, et plus particulièrement à la fabrication de circuits intégrés, de mémoires à très haute densité d'intégration et autres composants de la micro-électronique, notamment ceux relatifs aux microsystèmes, qui nécessitent la réalisation de motifs de haute précision.

Pour réaliser ces motifs, il est procédé parmi d'autres étapes de fabrication, successivement à une phase de lithographie et à une phase de gravure.

La lithographie par radiations lumineuses ou photolithographie consiste d'abord à napper la couche à graver déposée sur une tranche de silicium d'une résine photosensible, puis à insoler la résine photosensible à I'aide d'un rayonnement ultraviolet, à travers un masque dont les motifs représentent ceux du circuit intégré. Une image est ainsi déposée et développée dans la résine photosensible.

Après développement, les zones réalisés par la révélation de l'image servent de masque à la gravure de la couche sous-jacente à la résine par attaque ionique réactive dite RIE (initiales de « Reactive Ionic Etching, en terminologie anglo-saxonne) ou par attaque chimique, pour faire apparaître la couche sous jacente, selon les contours des motifs souhaités. Puis la résine est éliminée à I'aide d'un solvant sélectif. Selon les besoins, la couche à graver, peut tre une couche conductrice, par exemple d'aluminium, une couche diélectrique, comme du Si02, Si3N4, Ta205, Ti02, WO3, Al203, NiO, etc... ou une couche semi-conductrice.

Cependant, les procédés photolithographiques sont de plus en plus délicats à mettre en oeuvre du fait que les motifs à réaliser ont des

dimensions de plus en plus réduites, par exemple sensiblement inférieures au micron : on parle alors de micromotifs et de procédés microlithographiques. De plus, les circuits, de plus en plus complexes, nécessitent à l'heure actuelle la superposition de plus de dix niveaux de masquage ou mme davantage, avec des précisions d'alignement pouvant aller jusqu'à la centaine d'angströms et mme au-delà.

Pour augmenter la résolution de l'image enregistrée, il est apparu nécessaire d'utiliser un rayonnement d'insolation pour la lithographie de plus courte longueur d'onde possible, associée à une énergie la plus élevée possible. C'est ainsi que, comme décrit dans l'article du journal « Semiconductor International » de mars 1999, intitulé « Next Generation Lithography Tools : The Choices Narrow », les équipements actuels utilisent des lasers excimères de longueur d'onde égale à 248nm, dans des dispositifs appelés DUV (initiales de « Deep Ultra Violet", c'est-à-dire « ultraviolet profond » en terminologie anglo-saxonne).

Des dispositifs utilisant une longueur d'onde encore plus courte sont également décrits. Ces dispositifs, appelés EUV (initiales de « Extrem Ultra Violet », c'est-à-dire « ultraviolet extrme » en terminologie anglo- saxonne), mettent en oeuvre un rayonnement de longueur d'onde égale à 157 nm, proche des rayons X mous. Les EUV fonctionnent sous vide et utilisent comme source un jet supersonique de Xénon chauffé par un laser de type Nd : YAG, produisant des radiations d'énergie de l'ordre de 45 eV. Cette solution est complexe et coûteuse à mettre en oeuvre.

Ce type de technologie définit la limite de ce qu'il est possible d'obtenir en optimisant les performances des équipements optiques.

Par ailleurs, d'autres technologies non optiques se sont développées, basées sur l'utilisation de rayons X, de faisceaux d'électrons ou de faisceaux ioniques. Ces techniques combinent l'utilisation d'un réticule, servant de masque, et d'une optique de réduction pour former le flux d'insolation projeté sur la résine photosensible. La présente invention relève de la lithographie ionique.

Les techniques basées sur l'utilisation des rayons X butent sur la difficulté de réalisation d'un réticule suffisamment stable et d'une optique de

réduction des dimensions du faisceau issu du réticule, indispensables pour l'industrialisation de l'équipement. En particulier, le réticule, qui forme le masque associé à l'optique de réduction, est constitué d'une fine membrane fragile et instable, destinée à supporter des motifs en or. Un tel réticule est donc hautement délicat à réaliser.

II en est de mme de la lithographie par faisceaux d'électrons : le réticule est encore plus délicat à réaliser et à conserver car il est constitué d'une membrane sensiblement plus fine que celle dédiées aux rayons X. Cette technique est coûteuse mais permet une bonne résolution.

La lithographie ionique IPL (initiales de « lon Projecting Lithography », c'est-a-dire Lithographie par projection d'lons en terminologie anglo-saxonne) présente les avantages d'utiliser des sources puissantes combinées à des dispositifs de réduction ionique performants. Selon cette technique, le faisceau d'ions (hydrogène ou hélium) provenant d'une source à électrodes multiples est homogénéisé,-la mise en forme, la charge et la vitesse des ions étant sélectionnées-, puis les ions sont projetés sur la résine après avoir traversé le réticule.

Cependant, le réticule, réalisé sous la forme d'un pochoir mécanique à fentres de transmission, limite sensiblement la précision de la résolution. De plus, ce type de réticule subit de fortes déformations lorsqu'il est soumis à l'énergie du faisceau. Par ailleurs, ce type de réticule ne permet pas la gravure de motifs comportant des îlots.

L'invention vise à réaliser une lithographie ionique à haute résolution et haute fiabilité qui ne présente pas les défauts précités. Pour ce faire, une interaction particulière est provoquée entre les ions d'un faisceau fortement décéléré et les matériaux actifs d'un réticule aptes à réfléchir sélectivement ces ions en fonction des motifs à graver, grâce à des mécanismes électrostatiques spécifiques induits par ladite interaction.

Plus précisément, l'invention a pour objet un réticule actif pour lithographie ionique, comportant un substrat plein, sur lequel sont déposées des couches comprenant une couche superficielle conductrice de l'électricité et au moins une couche sous-jacente dont au moins une couche isolante. La couche superficielle est gravée en fonction des motifs à insoler, et une partie au moins

de la couche superficielle gravée et une partie au moins de couche conductrice complémentaire sont portées à des niveaux de potentiels électriques tels que le différentiel de niveau est supérieur à la tension de claquage sous vide entre elles pour une couche isolante d'épaisseur minimale. Ces niveaux de potentiels sont également tels que les ions du faisceau incident sont rétrodiffusés et neutralisés respectivement sur l'une et l'autre de ces parties au moins de couches conductrices. La partie au moins de couche conductrice complémentaire est formée soit par une partie de la couche superficielle soit par une couche sous-jacente séparée de la couche superficielle par une couche électriquement isolante.

Selon des modes de réalisation : -les couches comprennent une couche superficielle conductrice, une couche sous-jacente conductrice et d'une couche isolante disposée entre les deux couches conductrices ; la couche superficielle et la couche isolante sont préalablement gravées pour conserver des zones conformées selon les motifs à insoler, à un coefficient de réduction près, et dans lequel la couche sous-jacente est portée à un niveau de potentiel apte à neutraliser les ions et la couche superficielle à un niveau de potentiel apte à les rétrodiffuser par répulsion électrostatique, ces niveaux étant déterminés en liaison avec la densité ionique du faisceau incident ; -la couche superficielle et la couche isolante sont gravées selon les motifs à graver, la couche sous-jacente étant portée à un potentiel apte à rétrodiffuser les ions du faisceau incident et la couche superficielle à un potentiel apte à neutraliser les ions de ce faisceau.

Selon un autre mode réalisation, la couche superficielle conductrice est gravée selon des sillons au droit des contours des motifs à insoler, à un coefficient de réduction près, et dans lequel les portions de la couche situées à l'intérieur de ces contours, conformées selon lesdits motifs, sont portées à un potentiel apte à rétrodiffuser les ions, les autres portions de cette couche conductrice étant portées à un potentiel apte à les neutraliser.

Cette solution présente t'avantage de présenter une surface externe sensiblement plane.

Selon des formes de réalisation plus particulières, le réticule présente : une couche sous-jacente supplémentaire pour alimenter la couche superficielle par des liaisons formées dans des vias, afin de permettre plus spécialement I'alimentation d'îlots dans le cas où la couche superficielle en comporte ; lorsqu'un îlot est de dimensions extrmement réduites, c'est-à-dire inférieures à celle d'un via, il est remplacé par un trou pratiqué dans un îlot de dimensions suffisantes pour tre relié à la couche sous-jacente supplémentaire par un via, les polarisations des couches conductrices étant alors inversées, l'inversion de polarité s'accompagnant d'une inversion de résine (la résine utilisée pour l'îlot entourant le trou étant une résine négative qui s'élimine, lors de la révélation, là où elle n'est pas excitée par les ions) ; -la couche superficielle est en aluminium, tungstène ou or et, le cas échéant, la couche sous-jacente conductrice en or ; -des espaceurs sont formés autour des motifs de la couche superficielle et dans les sillons pour réaliser un auto-alignement isolant sur les flancs de la couche superficielle et de la couche isolante afin d'augmenter sensiblement la tension de claquage sous vide et le différentiel AV de potentiels applicable ; -le différentiel de potentiels AV des couches ou parties de couches de rétrodiffusion et de neutralisation des ions du faisceau incident est supérieur à un seuil correspondant aux tolérances nominales relatives aux tensions d'alimentation, de stabilisation et de décélération du faisceau d'ions.

Un autre objet de l'invention est un procédé de réalisation d'un tel réticule. Le réticule peut tre réalisé, après dépôt d'au moins une couche sous-jacente dont au moins une couche isolante et une couche superficielle conductrice, en déposant une résine électrosensible sur la couche superficielle, en lithographiant par faisceau d'électrons et gravant cette résine et la couche superficielle conductrice par RIE selon les motifs à insoler sur la tranche de silicium, à un facteur de réduction près.

La lithographie électronique est utilisée du fait de ses performances en terme de dimensions, des dimensions inférieures à 50 nm pouvant tre obtenues ; le coût en temps relativement élevé de cette technique

lithographique est aisément amorti car il permet l'insolation de milliers de tranches de silicium ; Une gravure par usinage ionique peut remplacer la gravure RIE de la résine et de la couche superficielle, la gravure par usinage pouvant tre complétée par une gravure RIE de la couche isolante dans le cas de l'utilisation d'une couche conductrice sous-jacente.

Une étape supplémentaire permet d'augmenter la tension de claquage par enduction de la face externe du réticule par dépôt d'une couche de diélectrique,-dépôt réalisé par des techniques classiques pulvérisation cathodique ou en phase vapeur sous vide de type LPCVD-, puis gravure directive de cette couche par RIE ou gravure anisotrope à I'aide du faisceau ionique homogène et parallèle mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention, pour former des espaceurs au droit des flancs de la (ou des) couche (s) préalablement gravée (s).

En variante, dans le cas d'un réticule comportant deux couches conductrices séparées par une couche isolante, les potentiels étant polarisés pour que la couche superficielle soit neutralisante et la couche sous-jacente rétrodiffusante, la gravure préalable de la couche isolante est stoppée à un stade intermédiaire, le potentiel de la couche conductrice sous-jacente étant réglé pour que les ions soient repoussés avant d'arriver dans la zone d'explosion coulombienne de la couche isolante.

Afin de repérer les défauts éventuels de la structure multicouche formant le réticule, l'invention concerne également un procédé de contrôle du réticule mettant en oeuvre un microscope électronique de type à balayage SEM (initiales de « Scanning Electron Microscopy » en terminologie anglo-saxonne). Les électrons de ce microscope réglé en position de « contraste de potentiel forme une image des motifs du réticule en fonction de leur potentiel.

Ce contrôle permet également d'optimiser les réglages des niveaux des potentiels du réticule et de la tension de décélération des ions du faisceau incident pour que ces ions, rétrodiffusés et absorbés par les surfaces équipotentielles du réticule, forment une image calculée par le SEM conformément aux motifs à insoler dans le matériau ionosensible.

Un autre objet de l'invention est un procédé de lithographie ionique utilisant le réticule actif précédemment présenté. Un tel procédé est effectué sous vide pour former des motifs sur une couche superficielle d'un substrat nappée d'un matériau ionosensible, du type utilisant une source d'ions et un réticule pour former un faisceau d'ions dont le profil d'intensité correspond aux motifs à réaliser par insolation du matériau ionosensible, après concentration à travers une optique ionique réductrice. La mise en forme du faisceau d'ions et la sélection ionique en charge, en vitesse, en densité et en direction forment un faisceau homogène et parallèle. Une décélération des ions est alors provoquée à I'approche du réticule jusqu'à atteindre un niveau d'énergie cinétique proche de zéro. Les ions sont alors rétrodiffusés sur le réticule selon les motifs à réaliser par répulsion électrostatique provoquée par une application sélective des potentiels électriques sur ce réticule. Le faisceau ionique sélectivement rétrodiffusé est ensuite accéléré, avant d'tre concentré par réduction à travers l'optique ionique réductrice et d'insoler le matériau ionosensible.

Le procédé selon l'invention présente entre autres t'avantage de permettre une insolation apte à réaliser tout type de motif, comme en photolithographie classique, notamment des motifs comportant des ilots, ce que ne permettent pas les réticules de type à transmission utilisé en lithographie ionique, tels que les réticules de type pochoir.

L'invention concerne également un équipement de lithographie ionique sous vide utilisant le réticule précédemment présenté. Un tel équipement comporte une source de production d'ions de type ECR (initiales de « Electron Cyclotron Resonance » en dénomination anglo-saxonne) couplée à des moyens de contrôle et de sélection en charge, en densité, en vitesse et en direction des ions, et à des moyens de décélération des ions à I'approche d'un réticule selon l'invention, monté sur des moyens mobiles selon une direction.

Des moyens d'accélération des ions rétrodiffusés par le réticule projettent ce faisceau, après réduction par des moyens optiques de rétrécissement, sur la résine ionosensible à insoler. La résine et la tranche de semi-conducteur sont montés sur des moyens mobiles selon deux directions orthogonales.

Selon des modes particuliers de mise en oeuvre :

-la source ECR produit des ions dont l'énergie cinétique est comprise entre 5 et 20 keV/q par application d'une tension d'extraction d'une dizaine de kilovolts ; -les ions générés sont des ions de gaz rares de charge uniforme, pris parmi les gaz Argon, Azote, Néon, Krypton et Xénon, les ions étant sélectionnés en nature et en direction par tri magnétique en fonction de leur rapport charge/masse, par exemple par spectromètre de masse ; -les ions produits sont des ions Argon de charge uniforme comprise, au sens large, entre +8 à +18 ; -la densité des ions à I'approche du réticule est comprise entre 108 et 1016 ion S/CM2. s, de préférence entre 1 or2 et 1015 ionS/CM2. S ; -la direction et la densité des ions sont contrôlées par des moyens de réglage de la source d'ions et de réglage des dimensions du faisceau par l'application d'un champ électrique et/ou magnétique ; -une sélection fine des ions en direction, en vitesse et en parallélisme est réalisée respectivement par un scanner, par des moyens de filtrage de type passe-bande ou passe-haut à champ électrique, qui sélectionnent les ions en vitesse en fonction de leur énergie cinétique, et par des moyens de collimation, qui sélectionnent les ions en direction par élimination des ions dont la vitesse latérale est supérieure à un certain seuil ; les moyens de collimation sont constitués préférentiellement par une série de diaphragmes de diamètre millimétrique distants de quelques dizaines de centimètres ; -la décélération des ions est obtenue par I'application d'un champ électrique contrôlé par une tension de décélération d'une dizaine de kilovolts ; -le réticule est disposé selon un plan incliné, pouvant varier entre 45° et quelques degrés par rapport à la direction générale du faisceau incident ; -des moyens électromagnétiques sont prévus pour générer un champ magnétique parallèle à la surface du réticule ; l'intensité du courant circulant dans les bobines qui génèrent le champ magnétique, est réglée pour que le champ magnétique dévie le faisceau d'ions perpendiculairement et à

proximité de la surface du réticule, aussi bien avant qu'après rétrodiffusion sélective sur cette surface.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, relative à des exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux figures annexées qui représentent respectivement : -la figure 1, une vue en coupe schématique, perpendiculaire au plan de la tranche de silicium à insoler, d un exemple d'équipement de lithographie ionique selon l'invention ; -la figure 2, une vue en coupe schématique d'un exemple de réticule selon l'invention ; -la figure 3, une vue en coupe schématique de l'exemple selon la figure 1, illustrant l'absorption et la rétrodiffusion d'un faisceau incident d'ions sur le réticule ; -la figure 4, une vue en coupe schématique d'un autre exemple de réticule selon l'invention, illustrant l'absorption et la rétrodiffusion d'un faisceau incident d'ions sur ce réticule ; -les figures 5 et 6, des vues en coupe schématique illustrant la formation d'espaceurs sur le réticule ; -la figure 7, une vue en coupe schématique d'une variante de réticule selon la figure 4 ; -la figure 8, une vue en coupe schématique d'un exemple de réticule à vias pour alimenter des motifs à îlots ; -la figure 9, une vue de face partielle du réticule selon la figure précédente ; -les figures 10 à 12, des vues en coupe schématique illustrant la formation d'un autre exemple de réticule selon un autre mode de réalisation à couche superficielle quasi plane en formation ; et -la figure 13, deux diagrammes de répartition des tensions à proximité de la surface d'un réticule à couche superficielle quasi plane, dont la coupe est disposée en regard, en fonction de la tension de décélération du faisceau incident et des potentiels appliqués au réticule.

Sur les figures, les mmes signes de référence désignent des éléments identiques ou équivalents.

L'équipement illustré en coupe sur la figure 1 est disposé dans une enceinte sous un vide poussé, de l'ordre de 10-6 à 10-11 mbar, obtenu par des moyens de pompage connus.

L'équipement comporte une source 10 de faisceau d'ions, de type ECR. La source produit des ions Argon Ar14+ à basse énergie cinétique, de quelques keV/q (q étant le nombre de charges par ion), généralement de 1 à 20 keV/q, 10 keV/q dans l'exemple de mise en oeuvre. L'énergie cinétique d'extraction est réglée par l'application d'une tension d'extraction, qui est égale à 10 kV dans le cas présent. En variante, la source produit des ions argon dont la charge est différente (par exemple de Ar8+ à AR18+) ou d'autres ions (par exemple à partir de I'azote ou à partir des gaz rares).

A la sortie de la source 10, les ions produits selon un faisceau F1 sont triés en charge, suivant leur rapport masse/charge, par un électroaimant de tri 20. Un spectromètre de masse réalise ce type de sélection.

Les paramètres de réglage de la source et les dimensions du faisceau d'ions sont par ailleurs ajustés par des moyens d'application de champ électrique ou magnétique, pour fournir le débit et la densité d'ions souhaités. La densité des ions est définie à partir du débit, c'est-à-dire par le nombre d'ions par unité de surface et de temps. Dans le cas présent, la densité d'ions est de 1014 ions/cm2. s.

Un faisceau d'ions parallèle et homogène F2 est ensuite mis en forme à I'aide des moyens 30 qui sélectionnent les ions en direction, en vitesse et en parallélisme. II est ainsi formé un pinceau de la largeur du réticule 40, mesurée perpendiculairement au plan de la figure, et d'épaisseur de l'ordre de 0,5 à quelques millimètres dans des exemples du type de celui illustré.

Les moyens 30 sont composés d'un scanner, d'un filtre et de diaphragmes.

Un scanner à recueil de charges contrôle la position du faisceau d'ions pour régler sa direction. II est également possible d'utiliser un détecteur de lumière comportant un tel scanner et d'établir le profil d'intensité et

la position du faisceau à partir du nombre de photons émis par les ions captés sur la grille ou les plaques du scanner.

Les ions sont sélectionnés en vitesse et en direction par des moyens constitués par un filtre de type passe-bande ou passe-haut, les ions d'énergie égale à environ 10 keV/q étant sélectionnés dans l'exemple, couplé à une série de diaphragmes, de diamètre de l'ordre du millimètre.

Un champ électrique de décélération ralentit les ions à l'approche de la surface du réticule 40 jusqu'à atteindre une énergie cinétique au plus égale à quelques eV/q. Ce champ électrique est produit au milieu d'un condensateur plan formé par une électrode 50 et le réticule entre lesquels une tension AU de décélération est appliquée. Cette tension, réglée par un potentiomètre, est ajustée généralement entre 1 et 20 kV, 10 kV dans l'exemple.

Le réticule 40 présente une surface externe globalement plane, perpendiculaire au plan de la figure, comme la tranche de silicium 60 revtue de sa résine ionosensible à insoler. Le plan du réticule 40 est avantageusement incliné d'un angle 0, compris entre quelques degrés et 45°, proche de 45° dans cet exemple de réalisation, par rapport à la direction globale D2 du faisceau d'ions F2, afin de ne pas provoquer d'interférence entre ce faisceau F2 d'ions incidents sur le réticule 40 et le faisceau rétrodiffusé F3 par ce réticule. Le plan de la tranche de silicium 60 à insoler est, lui, perpendiculaire à la direction du faisceau d'ions F3 projeté à sa surface, après rétrodiffusion sur le réticule 40, accélération par des moyens 70 et réduction en dimension par une optique ionique de concentration 80.

Le réticule 40 est monté sur un chariot mobile 41 qui le déplace selon une direction D parallèlement à lui-mme dans le plan de coupe de la figure, c'est-à-dire selon la mme inclinaison par rapport au faisceau F2. Le faisceau F2 balaye ainsi toute la longueur du réticule 40, alors que, perpendiculairement au plan de coupe, le faisceau F2 embrasse directement toute la largeur du réticule 40 sans avoir à le déplacer. En variante des moyens de déplacement du réticule perpendiculairement au plan de coupe peuvent tre prévus. On peut ainsi soit balayer le réticule par un pinceau étroit, soit au contraire arroser toute sa surface.

La réalisation de la topographie d'un circuit intégré peut nécessiter, suivant sa complexité, un nombre de réticules pouvant aller, par exemple, de 6 à 25. Les réticules restent sous vide pour ne pas subir d'oxydation ou d'altération et sont donc stockés dans un magasin 42, dans la mme enceinte sous vide que l'équipement décrit. Les réticules sont rangés et sortis du magasin à I'aide d'un « handler » (manipulateur en terminologie anglo- saxonne) connu de l'homme de fart.

Avant son utilisation, tout réticule subit de préférence un décapage de surface pour éliminer toute trace d'oxydation. Le décapage classique consiste à immerger le réticule dans un bain d'acide fluorhydrique suivi d'un rinçage à t'eau désionisée. Cependant, il est avantageux de ne pas sortir les réticules de l'enceinte à vide, et d'utiliser les ions du type de ceux produits par le présent équipement pour réaliser le décapage souhaité par interaction spécifique à distance. Dans ce cas, les particules d'oxyde sont récupérées par un masque électriquement chargé, disposé entre le réticule 40 et le condensateur d'accélération ionique 70.

Une fois sorti de son magasin et décapé, le réticule actif est monté sur son support, et connecté à des potentiels électriques fournis par une source de tension 200. Selon la forme des motifs, les potentiels sont choisis afin de tirer les meilleures performances du réticule en termes de contraste et définition de la topographie à réaliser. Une telle optimisation est décrite ci- après.

La structure du réticule 40 qui sera également décrite également ci-après induit une rétrodiffusion sélective des ions pour former le faisceau d'insolation F3. Ce faisceau rétrodiffusé se compose de faisceaux élémentaires F'3 d'ions aptes à insoler le substrat selon les motifs correspondant rigoureusement, à un facteur de réduction près, à ceux formés par le matériau du réticule qui rétrodiffuse ces ions.

Afin d'ajuster au mieux la forme du faisceau rétrodiffusé sur celle des motifs présentés par le réticule 40 au regard des mécanismes d'interaction ions/réticule, un électroaimant 90 est avantageusement prévu à proximité de la face externe du réticule 40 pour former des lignes de champ magnétique 91 parallèles au plan du réticule. L'intensité du courant de

I'électroaimant est réglée pour que le champ magnétique, d'amplitude pouvant aller de 0,05 à 0,5 tesla dévie les faisceaux d'ions perpendiculairement au plan du réticule, juste avant et après rétrodiffusion sélective sur la face active de celui-ci.

Le faisceau d'ions rétrodiffusé F3 est orienté selon une direction D3 sensiblement orthogonale à la direction D2 du faisceau incident F2, du fait des déviations provoquées par le champ magnétique 91. Le faisceau F3 traverse un champ électrique d'accélération des ions jusqu'à atteindre une énergie cinétique égale à 10 keV/q. Ce champ électrique est produit par une tension d'accélération AU', 10 kV dans l'exemple, appliquée aux bornes d'un condensateur plan 70.

Les ions ainsi accélérés sont concentrés par une lentille électrostatique unipolaire 80 afin de pouvoir insoler des motifs de la taille de 50 nm. Suivant la dimension des plus petits motifs du réticule, par exemple 150, 200 ou 250 nm, un facteur de réduction adapté, égal à 3,4 ou 5 dans cet exemple, est appliqué par la lentille 80.

Le faisceau d'ions réduit F4 se projette alors sur la tranche de silicium 60, revtue de sa résine ionosensible à insoler. Cette tranche est montée sur un double chariot 61 pour réaliser un balayage deux axes afin de couvrir toute la surface de la tranche. Ce type de chariot est habituellement mis en oeuvre en optique, pour permettre une limitation des surfaces insolées afin qu'elles ne soient pas trop affectées par la déformation de la tranche de silicium au cours des différentes étapes de fabrication du circuit intégré.

L'insolation se fait à partir des ions rétrodiffusés sur les motifs du réticule formés par un matériau semi-conducteur, par projection de ces ions sur la surface à graver au travers de l'optique de réduction. Les chariots 41 et 61, respectivement du réticule et de la tranche à insoler, sont commandés en déplacement de façon synchrone. Les mouvements, contrôlés par exemple par interférométrie laser, ont des amplitudes et des rapports de vitesse égaux aux taux de réduction appliqués.

Le réticule selon l'invention est plein et multicouche. II est dit actif du fait de sa connexion à une source de tension extérieure. Selon un premier exemple de réalisation, le réticule 40 se présente en coupe selon le

schéma illustré en figure 2. II comporte un substrat plan 400, en quartz fondu dans cet exemple, semblable à celui utilisé pour les réticules optiques, ou une tranche de silicium.

Sur ce substrat, une première couche isolante 401 puis une couche conductrice 402 sont déposées. Les dépôts sont effectués par tout procédé connu, par exemple par pulvérisation cathodique. Le métal peut tre de I'aluminium, du tungstène, du titane, de l'or ou tout métal pouvant tre déposé en couche mince. L'épaisseur de la couche conductrice est de l'ordre de 10 nm à 1 pm. Dans l'exemple illustré, la couche est en or et son épaisseur est très fine, par exemple elle peut tre de l'ordre de 50 nm.

Sur cette couche conductrice 402, une couche isolante 403 puis une seconde couche de matériau conducteur 404 sont successivement déposées. Les couches conductrices 402 et 404 ne véhiculent pratiquement aucun courant et forment simplement des équipotentielles. Une épaisseur très fine, de l'ordre de 20 nm à 100 nm, suffisent alors à maintenir de telles surfaces à l'état d'équipotentielles.

La couche 403 isole électriquement les couches conductrices l'une de l'autre. La couche conductrice superficielle 404 est gravée selon les motifs à lithographier sur la tranche de silicium finale, au coefficient de réduction près.

Cette gravure est formée dans l'exemple de réalisation par dépôt d'une résine électrosensible sur la couche 404 et lithographie de cette résine à I'aide d'une machine à faisceaux électroniques et gravure RIE des deux couches superficielles, la couche conductrice 404 et la couche isolante 403, jusqu'à la surface de la couche conductrice sous-jacente 402.

Lorsqu'une gravure RIE est utilisée, la couche superficielle peut tre en tungstène, aluminium ou titane, et la couche sous-jacente est de préférence en or car ce métal n'est pas attaqué par la gravure RIE. II est possible de procéder alternativement à une gravure par usinage ionique. Dans ce cas, la couche superficielle peut également tre en or. Cependant, l'usinage ionique n'étant pas sélectif et tout étant alors gravé à peu près à la mme vitesse, il convient d'arrter la gravure dans la couche 403 d'isolation, puis de

finir de graver cette couche 403 par gravure RIE, qui elle est très sélective, et de ce fait n'attaquera pas la couche d'or 402.

Selon des exemples de réalisation décrits plus loin, la source de tension extérieure 200 porte la couche conductrice sous-jacente 402 à un potentiel V1 de rétroréflexion des ions, égal à la somme des potentiels correspondants -à l'énergie cinétique des ions, sensiblement égal à la tension d'extraction des ions de la source ECR, soit 10 kV dans l'exemple de réalisation, -à l'attraction née de l'effet d'image électrique, dont l'intensité dépend du matériau constituant la couche et de la charge de l'ion ; pour un ion Ar au-dessus d'une couche métallique, ce potentiel est d'environ 10 Volts ; et -au potentiel de répulsion proprement dit.

L'ensemble des motifs de la couche superficielle 404 est porté à un potentiel de neutralisation V2, qui est égal à la somme des potentiels correspondants -à l'énergie cinétique des ions, et -à l'attraction de l'image électrique, pondérée par un coefficient de pondération donné.

Dans ces conditions, t'écart AV entre V1 et V2 dépend de l'attraction pondérée de l'image électrique de des ions, et du potentiel de répulsion à appliquer. Cet écart reste inférieur à une valeur plafond, par exemple inférieure à 5 volts, pour éviter le claquage électrique entre les couches conductrices. Les potentiels sont fournis en sortie de la source de tension 200 par des liaisons qui seront décrites en détail ci-après.

La figure 3 illustre le fonctionnement du réticule actif 40.

Un faisceau d'ions incident F2 est décéléré, comme décrit précédemment, à I'approche des zones 4A, 4B et 4C de la couche 404 correspondant à des motifs du réticule 40. Le potentiel V2 de ces zones, d'une dizaine de kilovolts, est tel que les ions jA is, ic, du faisceau F2, qui approchent respectivement ces zones, sont repoussés et rétrodiffusés : le potentiel V2 repousse les ions par effet de répulsion électrostatique en les réfléchissant.

Seuls les ions réfléchis conservent l'image des zones 4A, 4B, 4C. Ces ions, qui forment le faisceau F3, sont ensuite accélérés et passent à travers l'optique ionique réductrice 80 pour former le faisceau F4, avant d'insoler la résine ionosensible déposée sur la tranche de silicium 60 à traiter (figure 1).

Les zones 2A de la couche 402, qui complètent la face externe du réticule entre les zones 4A, 4B, 4C et qui sont portées au potentiel V1, attirent alors les ions i2 dirigés vers elles. Les ions i2 viennent alors en contact de la surface des zones 2A et sont neutralisés. Ls niveaux des potentiels V1 et V2 sont régies en fonction de la densité ionique du faisceau F2.

Alternativement, il est possible d'appliquer une combinaison inversée des potentiels par une gravure adaptée des couches superficielles, comme illustré en figure 4 : la couche superficielle 404 et la couche isolante 403 sont gravées pour qu'apparaissent les zones 2A', 2B', 2C'correspondant aux motifs dans la couche conductrice sous-jacente 402, les zones 4A'de la couche superficielle restante 404 formant par complémentarité la face externe du réticule 40'vis-à-vis du faisceau incident F2. La tension V1 est appliquée à la couche superficielle 404 pour attirer et neutraliser les ions i4 du faisceau F2 dirigés vers elle, et la tension V2 est appliquée à la couche sous-jacente 402 pour rétroréfléchir (RETRODIFFUSER) les ions jA, XB, C et former le faisceau F3.

Afin d'optimiser la résolution et la définition du faisceau rétroréfléchi, il convient de trouver un compromis entre l'utilisation d'une épaisseur de couche d'isolation 403 minimale, et le respect d'un différentiel de tension AV supérieur à la tension de claquage sous vide. Ce différentiel est également choisi pour permettre le respect des tolérances sur les tensions d'alimentation, de stabilisation et de décélération du faisceau ionique.

Pratiquement, la tension de claquage est supérieure à 50 KV/cm, soit 0,5 V pour 100 nm d'épaisseur. Dans ces conditions, il suffit d'un différentiel de tension de 0,5 V pour provoquer respectivement une rétention et une rétroréflexion complètes des ions sur les zones appropriées. Mais plus la différence de tension entre les couches 402 et 404 est petite, plus la vitesse du faisceau d'ion doit tre contrôlée en tout point du faisceau.

La valeur minimale de la tension, dite tension de claquage, correspond ici aux risques de claquage entre les bords des zones de gravure de la couche 404,-les bords des zones 4A, 4B, 4C ou 4A'-, et la couche sous-jacente 402, ces couches étant séparées par exemple de 100 nm. Loin de ces bords, la tension de claquage au travers de la couche isolante 403, est sensiblement plus grande.

Pour limiter les risques, il est donc avantageux d'augmenter la tension de claquage. Pour ce faire, il est proposé en référence aux vues en coupe partielles des figures 5 et 6, de former des espaceurs 201, entre les bords des zones de la couche superficielle 404, de la couche isolante 403 et la couche sous-jacente 402. La technique dite de l'espacer est connue de l'Homme de I'Art dans la réalisation des transistors sous l'appellation « Low Doped Drain » (c'est-à-dire courant à faible gain en terminologie anglo-saxonne).

Plus précisément, après gravure des couches 403 et 404, une couche dié ! ectrique 405 de Si02, d'épaisseur de l'ordre de 20 à 50 nm, est déposée sur toute la surface du réticule 40. Le dépôt est effectué par pulvérisation cathodique ou par dépôt sous vide en phase vapeur (dépôt dit LPCVD), afin de bien contrôler l'épaisseur en bordure des flancs 3b et 4b des couches 403 et 404.

La gravure de la couche isolante 405 est ensuite réalisée de manière sélective, en choisissant une gravure anisotrope qui ne grave quasiment que « (verticalement", c'est-à-dire perpendiculairement à la surface extérieure du réticule. Une telle gravure anisotrope est obtenue par exemple par gravure RIE lorsque la couche de diélectrique est du Si02.

Avantageusement, il est possible d'utiliser d'autres matériaux diélectriques à forte permittivité, tels que Ta205, Ti02, A1203, NiO, ou W03, si une à faisceau d'ions décéléré, de type à source ECR, est mise en oeuvre.

Cette gravure reprend la source d'ions et les moyens d'élaboration et de contrôle d'un faisceau parallèle et homogène décrits précédemment. Elle consiste à utiliser un masque conducteur, par exemple en aluminium, prédécoupé par gravure RIE, pour que le faisceau d'ions décéléré forme des tranchées à flancs « verticaux, dans la couche diélectrique.

Les flancs des tranchées sont creusés exactement au droit de la découpe du masque, du fait que des ions inclinés qui se dirigeraient vers ces flancs ne pourraient provoquer d< explosion coulombienne » qui entraînerait une gravure du diélectrique. En effet, cette gravure se produit à partir d'une accumulation de charges électriques positives en un point du diélectrique, résultant de la capture d'électrons par l'ion incident à charge multiple. Or, dans les conditions présentes, le vecteur vitesse de l'ion incident incliné ayant une composante parallèle à la surface du matériau diélectrique, le point d'apparition des charges positives induites va se déplacer en suivant l'ion, si bien qu'il ne peut y avoir accumulation de charges, et donc ni explosion coulombienne ni gravure. II s'en suit que la gravure présente un fort caractère anisotrope.

Les flancs ne sont donc pas creusés au-delà du champ d'interaction des ions dirigés perpendiculairement à la surface du réticule, soit moins de 2 nm.

L'intensité des forces de répulsion, et donc la capacité d'extraction de matière qui s'en déduit, dépend des caractéristiques du faisceau d'ions, et en particulier de sa densité de charges qui peut varier entre 108 à 1016 ions/cm2. s, mais plus particulièrement entre 1012 et 1015, suivant la charge des ions utilisée, respectivement entre Ar4+ et Ar18+. le processus d'éjection de matière est auto-stoppant : lorsque la tranchée qui se creuse sous l'effet des expulsions de matière atteint les couches conductrices 402 et 404, les ions chargés sont neutralisés par les électrons pompés des profondeurs de ces couches.

La gravure anisotrope de la couche 405 provoque une gravure uniforme des surfaces S4 et S2 des couches 404 et 402, t'épaisseur de la couche 405 diminuant régulièrement, perpendiculairement à sa surface.

Lorsque la gravure de la couche 405 est achevée par extraction de matière des surfaces S1 et S2, il s'est formé, comme illustré sur la figure 6, un espaceur 201 sur les flancs 4b et 3b des couches 404 et 403.

Cet espaceur forme une fine couche isolante au bord de la couche 404, ce qui permet d'augmenter la tension de claquage entre les couches 404 et 402 par un facteur de l'ordre de 10. Dans ces conditions, la

différence de tension entre V1 et V2 peut tre de l'ordre de 5V, sans que la résolution ni la définition du faisceau rétroréfléchi en soit diminuée.

Une variante de structure à couche sous-jacente rétroréfléchissante, telle que présentée par le réticule 40'en figure 4, permet également d'augmenter sensiblement la tension de claquage et donc le différentiel de potentiel AV. A cette fin, comme illustré sur la vue en coupe partielle de la figure 7, lors de la gravure sélective de la couche superficielle 404 pour réaliser les motifs du réticule 40', la couche diélectrique 403 n'est que partiellement attaquée. II reste alors sur la couche conductrice sous-jacente 402 une fine couche diélectrique, qui repousse la tension de claquage vers des valeurs plus élevées.

Pour éviter I' « explosion coulombienne » de la couche isolante 403 qui provoque l'éjection de matière, il convient d'appliquer à la couche 402 un potentiel de réflexion pour que les ions i soient repoussés avant d'arriver dans la zone critique d'interaction, définie par la distance de capture des électrons d'environ 2 nm au-dessus de la surface. Lorsque l'ion se trouve dans cette zone, l'explosion coulombienne peut avoir lieu.

Un exemple de structure d'application de tensions électriques aux différentes couches conductrices d'un réticule actif selon l'invention, est illustré schématiquement à la figure 8. Une telle structure permet en particulier de mettre en oeuvre des topographies dont les motifs présentent des îlots 5.

La structure multicouche présente trois couches : -une première couche équipotentielle 404', étalée sur toute la surface du réticule, reliée à la source de tension 200 pour tre portée au potentiel V2 ; -la couche 402, déposée sur la couche 404'et isolée de cette dernière, cette couche 402 étant reliée au potentiel V1 fourni par la source de tension 200 ; et -La couche 404, isolée de la couche 402 et gravée pour former les motifs du réticule, cette couche 404 étant reliée au potentiel V2 de la source 200.

Des trous 4, dénommés ci-après « vias », sont formés dans la couche intermédiaire 402, avant le dépôt de la couche 404, pour relier la

couche équipotentielle 404'aux îlots 5 formés dans la couche 404. Ces îlots sont mis au mme potentiel que le reste de la couche 404, bien que sans liaison électrique avec cette couche, par des liaisons électriques 6 entre les couches 404'et 404 au travers des vias 4.

Un îlot 5 est représenté en vue de face sur la figure 9. L'îlot apparaît sous la forme d'un rectangle 5, entouré par une zone hachurée appartenant à la couche 402, et donc complètement isolé du reste de la couche 404. Pour amener la tension V2 à cet îlot, un via 4 qui apparaît en traits pointillés, est pratiqué sous la surface de 1'îlot afin de réaliser la liaison électrique 6.

La figure 9 illustre également un mode particulier de réalisation d'un îlot lorsque celui-ci est de taille trop réduite pour former un via au regard des dimensions de sa surface. Dans ce cas, les polarités des tensions V1 et V2 sont inversées afin que cet îlot apparaisse sous la forme équivalente d'un trou 5m pratiqué dans un îlot 5 de la couche 404 (figure 8), les ions étant réfléchis par la couche 402 au travers de ce trou.

Les procédés de fabrication des vias, sont connus de I'Homme de I'Art et ne présentent pas de difficultés hors de sa compétence.

Selon un autre mode de réalisation, il est proposé une organisation des couches du réticule permettant d'obtenir une surface externe quasiment plane, comme illustré par les vues en coupe partielles des figures 10 à 12.

Le réticule actif 40"comporte, en référence aux figures 10 et 11, une première couche isolante 401 puis une couche conductrice 404, déposées sur le substrat plan 400 de quartz fondu ou de tranche de silicium, comme dans les exemples de réticule 40 et 40'décrits précédemment. Les dépôts sont effectués par tout procédé connu, par exemple par pulvérisation cathodique.

Dans la couche conductrice, des sillons 407 sont gravés. Ces sillons forment les contours des motifs 4D, 4E du réticule actif 40". Les motifs sont reliés au potentiel V2 de rétroréflexion des ions incidents et le reste 4X de la couche 404 au potentiel V1 de neutralisation des ions. La largeur des sillons est inférieure à environ 100 nm.

Afin d'augmenter le différentiel de tensions AV entre les motifs et les parties restantes 4X de la couche 402, une couche mince de matériau isolant est déposée sur la couche conductrice puis gravée, comme illustré en figure 11, afin que cette couche 405'ne subsiste que dans les sillons 407. La gravure de la couche 405'reprend la technique dite de l'espacer décrite précédemment.

Dans le cas où la topographie comporte des îlots 5, des liaisons à travers des vias peuvent également tre mises en ceuvre. Comme illustré à la figure 12, une couche conductrice sous-jacente 406 est préalablement déposée sur le substrat 400 avant d'tre isolée de la couche 402. Un via 4 est pratiqué à travers la couche isolante 401 au regard de chaque îlot 5 et un contact électrique 6 est établi à travers chaque via. Dans le cadre de ce mode de réalisation, les vias sont plus simples à réaliser que précédemment, car ils ne traversent qu'une couche isolante.

Les structures multicouches, telles que celles utilisées pour le réticule actif selon l'invention, sont complexes et donc exposées à présenter des défauts de forme et/ou de connexions électriques. Ainsi, il suffirait que le contact au travers d'un via soit défectueux, pour que le motif correspondant n'apparaisse pas.

II est donc avantageux d'appliquer à ce réticule actif, un procédé de contrôle du type de celui dédié aux interconnexions des circuits intégrés pour repérer les défauts et optimiser les réglages de la source de tension. Le procédé selon l'invention permet de contrôler également le réglage de la tension de décélération des ions incidents et des tensions du réticule, ces tensions devant tre réglées en combinaison afin d'optimiser l'utilisation du réticule, comme illustré ci-après.

Un tel procédé met en oeuvre un Microscope Electronique à Balayage, SEM en abréviation anglo-saxonne, régie en position « contraste de potentiel,. Les tensions V1 et V2 sont appliquées aux parties de couches correspondantes aux zones de neutralisation et de rétroréflexion. La surface extérieure du réticule est balayée avec les électrons du microscope.

A l'image des ions, les électrons seront attirés ou repoussés selon la polarité des zones du réticule. Une image en clair et en sombre ayant

la forme des motifs apparaît alors sur l'écran de contrôle du SEM. Les surfaces équipotentielles des motifs correspondant aux tensions appliquées V1 et V2 appliquées, se repèrent facilement. Selon le cas, elles peuvent ne pas correspondre à l'image prévue des motifs. La figure 13 en donne un exemple.

La figure 13 comporte une vue en coupe partielle schématique du réticule actif 40"selon l'invention, à couche externe quasi plane, et deux diagrammes 13A et 13B de répartition des tensions observées à proximité immédiate de la surface extérieure du réticule, correspondant à deux réglages différents de la tension d'accélération des ions et des potentiels du réticule.

Dans le réticule illustré par la figure 13, les parties de couche 4D et 4E limitées par les sillons 407 forment bien l'image des motifs du reticule. L'image formée par le SEM permet alors de vérifier que tous les motifs sont bien présents. Dans le cas contraire, les motifs qui ne sont pas correctement reliés à leur potentiel sont identifiés. La forme des motifs permet ensuite de vérifier le réglage des tensions.

Un cas de répartition optimal des réglages des tensions est illustré par la courbe 13A. Les paliers de courbe 13X, 13Y et 13Z correspondent aux parties 4X, 4Y, et 4Z de la couche 404 reliée au potentiel V1, pour lesquelles les ions sont absorbés, et les paliers 13D et 13E aux parties de couche 4D et 4E, reliées au potentiel V2, pour lesquels les ions sont repoussés.

Les paliers sont reliés par des portions linéaires quasi verticales, limitées verticalement par des traits mixtes correspondant aux extrémités des sillons 407.

La courbe 13A illustre le cas où la tension de décélération des ions et les potentiels du réticule sont régies pour que les ions viennent suffisamment près des parties de la couche externe du réticule, et réalisent l'interaction électrostatique correspondant aux parties de surface ayant l'une ou l'autre des tensions. Ainsi, les largeurs des paliers 13D et 13E de la courbe 13A correspondent aux largeurs Ld et Le des parties 4D et 4E de la surface du réticule formant les motifs.

Dans le cas de la courbe 13B, la tension de décélération des ions est trop basse et les ions sont en général arrtés avant d'atteindre la distance d'interaction électrostatique à la surface du réticule. Pour compenser,

les tensions V1 et V2 du réticule sont augmentées tout en restant liées par leur différentiel AV.

Les deux phénomènes combinées,-augmentation des tensions du réticule et distance d'interaction trop importante-, ne permettent pas d'obtenir des interactions électrostatiques correspondant aux parties de surface 4X, 4Y, 4Z d'une part, et 4D, 4E d'autre part, auxquelles sont appliquées respectivement les potentiels V1 et V2.

Dans ces conditions, seules des zones centrales des surfaces 4D, 4E et 4X, 4Z du réticule, correspondant aux largeurs L'd, L'e et L'x, L'z sur la courbe 13B, permettent une interaction électrostatique provoquant respectivement la rétroréflexion et l'absorption des ions correspondant aux potentiels V2 et V1. Dans les portions intermédiaires Pi de la courbe 13B, les ions ne sont ni correctement absorbés ni correctement rétroréfléchis. Certaines portions, pourtant reliées au potentiel d'absorption V1, telle que la partie 4Y, n'atteignent pas un potentiel d'interaction suffisant en surface pour attirer et absorber les ions. Ainsi, l'image formée par le faisceau d'ions rétroréfléchis ne correspond pas aux dimensions des motifs du réticule. Le procédé permet d'éviter ce type de réglage erroné.

En termes de finesse de réglage, pour une tension de décélération de 10 KV, et un différentiel de potentiel de 0,5 V entre V1 et V2, il est avantageux dans les conditions exposées ci-dessus de pouvoir contrôler la tension de décélération à mieux que 0,1 V près. Les alimentations devraient donc délivrer une tension de 10 KV à 0,1 V, soit une stabilité de 10-5. Ce type d'alimentation existe bien dans le commerce.

Par ailleurs, les phénomènes d'interaction électrostatique sont bien modélisés : il est possible d'apporter des corrections aux motifs du réticuie, pour en parfaire l'image ionique.