Document sans-titre

IV) L'insolation et ses limites :

L'insolation de la plaquette peut se réaliser de différentes manières,

- par contact,

- par proximité,

- par projection,

comme représenté figure 65. Chacune d'entre elles présente ses avantages et ses inconvénients. Par exemple, la technique par contact donne théoriquement la meilleure définition des motifs, mais détériore le masque après chaque opération de masquage en raison des frottements importants à l'échelle microscopique. La projection donne la moins bonne définition optique, comme le montre la figure 66, en raison des effets de diffraction de la lumière, mais permet par contre d'effectuer une réduction ; dans ce dernier cas, la fabrication du masque est plus simple puisqu'elle n'exige pas une définition au moins égale à celle du motif reporté sur la plaquette.

contact

proximité

projection

Figure 65 : différentes techniques d'insolation : par contact, par proximité et projection. Par projection, il est possible de jouer sur le grandissement optique pour réaliser des motifs sur le masque de dimension 5 fois supérieure à celle des motifs projetés sur la plaquette (d'après S.M. Sze [5]).

Figure 66 : intensité de la lumière au niveau de la résine photosensible après insolation par contact, par proximité ou par projection (d'après J.G. Skinner [13]).

Apparemment, la projection constitue le cas le plus défavorable. Mais en exploitant le fait que la réponse de la résine à la lumière n'est pas linéaire (figure 67), on peut améliorer la définition des motifs en jouant sur la quantité de photons reçus (intensité lumineuse, temps d'insolation). En ajustant la dose d'insolation pour être au niveau 0,5 Io, on récupère la même dimension de motif.

Figure 67 : effet de la non linéarité de polymérisation. En choisissant le seuil astucieusement on peut améliorer la définition des motifs.

La figure 68 donne un exemple de machine à insoler par contact. Le principe pour les insolateurs par proximité est le même.

Figure 68 : machine à insoler par contact. Une fois le masque et la plaquette alignés, on déplace la source lumineuse sur l'ensemble. L'insolation dure en général quelques dixièmes de secondes à quelques secondes.

Dans le cas des insolateurs par projection avec photorépétition, la projection se fait par secteur, c'est-à-dire, puce par puce ou bloc par bloc de plusieurs puces. Dans ce cas, il faut pouvoir parfaitement positionner la plaquette. Un système d'analyse d'image et de positionnement par interférométrie laser du porte substrat permet d'effectuer le bon alignement des motifs. Une plaquette de 200 mm de diamètre nécessite plusieurs minutes d'insolation (donc par niveau d'insolation) par la technique de photorépétition.

Les procédés photolithographiques classiques utilisant des rayons lumineux dans les limites du domaine visible (proche Ultra Violet) ne permettent pas d'atteindre une définition suffisante pour les nouvelles technologies en développement, ceci étant essentiellement dû au phénomène physique de diffraction. Aussi l'évolution des dimensions entraîne la mise au point de nouveaux procédés tels que la lithographie par rayons X, la lithographie par faisceaux d'électrons.

La lithographie par faisceau d'électrons est un procédé très intéressant mais dont il faut connaître les limites. La longueur d'onde associée aux électrons peut être suffisamment faible puisqu'elle est simplement liée à l'énergie d'accélération. La tâche de diffraction associée peut donc être de quelques dizaines d'Angström. Cependant, il faut tenir compte du fait que toute la surface doit être balayée en pilotant le faisceau (figure 69).

Figure 69 : principe de l'écriture directe sur tranche par faisceau d'électrons. Le faisceau est modulé par un wehnelt, le balayage est assuré électroniquement.

Un faisceau de taille minimale de 0,05 mm balayant une plaquette de 100 cm² à une fréquence de commande d'extinction du faisceau de 100 MHz, aura parcouru l'ensemble de la plaquette au bout du temps suivant :

tb = 10- 8 x 100 x (2 x 105) x (2 x 105) = 4 x 104s = 11 heures

Ce temps est beaucoup trop long, puisqu'il correspond à l'opération d'écriture d'une seule plaque. Un faisceau de 0,1 mm donne un temps de 3 heures qui devient "raisonnable. En effet, ce temps est acceptable si on bénéficie du fait que le masque est informatique. On peut ainsi réaliser, sur la même plaquette, des circuits intégrés de nature différente (clients différents) alors que de façon classique c'est le même circuit qui est réalisé sur un masque physique après photo-répétition des motifs correspondant à une puce. Les industriels disent dans ces conditions qu'ils réalisent des circuits multi-projets (CMP). Cette technique est donc bien adaptée à des petites séries. Il faut cependant être conscient qu'un tel système, représenté figure 70, est extrêmement coûteux puisqu'il faut éviter toute vibration d'amplitude supérieure à un dixième de microns. Il faut donc un dispositif antisismique régulé en température et très protégé de toute poussière..

Figure 70 : représentation schématique d'une machine à écriture directe sur tranche utilisant un faisceau d'électrons. Dans ce cas, le masque est informatique (d'après S.M. Sze [5]).

DEBUTANT >>

EXPERT >>