ALIGNEMENT DES LITHOGRAPHIES OPTIQUE & ELECTRONIQUE

Les premières expériences ont été consacrées à l’optimisation de l’alignement de ces deux types de lithographie.

Pour ce faire, nous avons réalisé un échantillon test spécifique. Sur un substrat de GaSb nous avons réalisé la première étape du procédé c'est-à-dire que l’on a effectué une gravure sèche de 55 s avec le premier niveau du jeu de masque sur lequel le masque intermédiaire de silice a été déposé pour obtenir un échantillon structuré comportant les différentes croix et repères d’alignement.

Un masque de motifs tests a été conçu pour estimer de façon précise le décalage entre les lithographies optique et électronique. Les motifs tests utilisés sont des carrés puis des rectangles de différentes dimensions et dont la distance par rapport au ridge varie. En effet, de bas en haut la largeur des motifs est incrémentée de 1 µm, en d’autres termes le premier carré situé en bas a une largeur de 3.5 µm tandis que celui situé en dernière position vers le haut a une largeur de 9.5 µm. La distance par rapport au ridge diffère également d’un carré à l’autre : nous partons d’un espacement de 4 µm pour le premier carré pour se rapprocher et « rentrer » dans le ridge d’une distance de 2 µm, Figure 3.22.

106

Figure 3.22 : Détails des motifs tests.

a. ALIGNEMENT MANUEL

La première procédure d’alignement utilisée est celle de l’alignement manuel en trois points éloignés. Comme nous l’avons montré plus haut dans ce chapitre (cf. Figure 3.18), des croix d’alignement numérotées ont été insérées dans le premier masque de lithographie optique pour pouvoir se repérer et faire correspondre le dessin du masque à insoler à l’échantillon traité.

Une fois les réglages de la colonne du masqueur électronique effectués, la procédure d’alignement débute. Il s’agit de faire coïncider le repère (X,Y) relatif à la position de notre échantillon au repère (U,V) qui est propre au fichier GDSII de façon à faire correspondre le fichier GDSII et l’échantillon.

Chaque croix d’alignement possède un centre bien défini, on se fixe alors sur ce centre et notons ses coordonnées (U,V). Cette opération est répétée trois fois pour trois points distincts. Cet alignement effectué, nous lançons l’insolation des motifs de test.

b. ALIGNEMENT AUTOMATIQUE

Comme précédemment, nous calons le masque par rapport à l’échantillon sur 3 croix d’alignement éloignées le plus possible les unes des autres.

Ensuite, nous allons utiliser la procédure d’alignement automatique du masqueur électronique en utilisant les repères d’alignement réalisés en même temps que les rubans

Ridge

Marques ou repères d’alignement Motifs tests à insoler

107

laser. Ces repères ont été positionnés dans 3 angles des champs où seront insolés les miroirs à CP. Au niveau du dessin, on rajoute des marques automatiques sur un niveau spécial dédié à la détection automatique, représentées en vert sur la Figure 3.23. Ces dernières ont été positionnées perpendiculairement à chacun des repères définis lors de la gravure sèche. Lors de l’exécution de l’écriture du champ, le masqueur traite en priorité le niveau spécifique. C'est-à-dire qu’il effectue un balayage ligne couvrant la surface de la marque automatique. Celui-ci permet d’acquérir l’image de la zone correspondante qui est ensuite traitée par différents algorithmes prédéfinis dont certains paramètres peuvent être ajustés par l’utilisateur. Comme traitement, nous avons retenu l’algorithme de seuil noté « Threshold » qui permet de rendre compte des modifications de contraste et de luminosité liées à la gravure de la marque d’alignement et d’extraire ainsi la position précise du centre de la marque analysée. Si les résultats obtenus lors des balayages des 6 marques automatiques permettent une détection correcte de la marque, le masqueur réajuste alors le repère local du champ et ensuite seulement il insole les motifs de test. Dans le cas contraire, aucune correction supplémentaire n’est apportée.

Lors de nos différents tests, nous nous sommes rendu compte que de nombreuses marques d’alignement étaient mal détectées. Elles ne présentaient pas un contraste suffisant.

Figure 3.23 : Image de la détection des marques d’alignement.

Motifs tests Ridge Marques d’alignement Marques automatiques

108

c. ALIGNEMENT AUTOMATIQUE EN DEUX ETAPES

Cette dernière procédure d’alignement diffère par rapport aux deux autres énoncées précédemment car elle se fait en deux étapes. Elle reprend les mêmes procédures d’alignement que celles évoquées pour la procédure d’alignement automatique avec une petite variante. En effet, cette procédure d’alignement se fait par une première étape qui consiste à insoler uniquement les marques d’alignement avec des carrés dits de « dégagement » représentés sur la Figure 3.24. L’échantillon est ensuite sorti du RAITH, les marques d’alignement sont révélées puis l’échantillon est inséré une seconde fois dans le RAITH pour l’insolation des miroirs. Ce choix d’exposer uniquement les marques d’alignement en premier lieu a été fait de façon à améliorer la précision de l’alignement des deux lithographies. Il est bien évident que les carrés de dégagement une fois révélés permettent d’obtenir un meilleur contraste des marques d’alignement en raison de la suppression de la résine. Un exemple de balayage d’une marque d’alignement est illustré par le graphique de la Figure 3.25, celui-ci montre bien la nette détection des bordures de la marque.

Figure 3.24 : Détails des motifs tests avec les carrés de dégagement servant à insoler lors d’une première étape les marques d’alignement.

109

Figure 3.25 : Exemple de graphique de la détection d’une marque automatique.

d. RESULTATS DES DIFFERENTES METHODES

De façon systématique, nous avons observé au microscope électronique tous les motifs insolés. La Figure 3.26 présente de gauche à droite les résultats successifs de l’alignement manuel, l’alignement automatique puis ceux de l’alignement que nous avons mis en place. Comme on peut le voir sur l’image de gauche, le réalignement de la lithographie électronique avec la lithographie optique n’est pas au point puisque les motifs sont bien décalés vers la droite. Un décalage moyen de 1.475 µm entre les deux lithographies est mesuré. L’image du milieu correspond à l’exposition faite de manière automatique, les marques automatiques réalisées sur les marques d’alignement sont bien visibles avec le balayage en blanc présent sur ces dernières. Le décalage moyen mesuré sur une vingtaine de motifs est moins manifeste mais il reste important puisque il est de 0.662 µm.

La troisième procédure d’alignement nous a permis d’obtenir, comme on peut le voir sur l’image de droite, un meilleur alignement d’une valeur moyennée, également sur une vingtaine de motifs, de 0.209 µm. Les carrés blancs qui se trouvent autour des marques d’alignement sont le résultat de la première étape d’insolation qui consiste à insoler ces dernières. La mesure obtenue du réalignement entre les lithographies optique et électronique correspond à la précision de fabrication des masques optiques, elle est donc optimale.

110

Alignement manuel Alignement automatique

Alignement en 2 étapes : dégagement des marques d’alignement + insolation des

miroirs

Figure 3.26 : Images des motifs insolés par les différentes méthodes d’alignement.

Figure 3.27 : Evolution de la précision de l’alignement entre les lithographies optique et électronique pour chaque procédure d’alignement.

Le graphique ci-dessus (Figure 3.27) retrace l’évolution du réalignement entre les deux lithographies.

111

En conclusion, la procédure optimale pour réaligner la lithographie électronique avec la lithographie optique est celle qui se fait en deux étapes. Dans la suite du procédé, cette dernière sera systématiquement utilisée.

Après chaque lithographie électronique des miroirs il nous est possible de cartographier les résultats de la procédure automatique d’alignement, c’est-à-dire de savoir pour chaque miroir si la correction automatique a été appliquée ou non. Cette procédure de vérification s’effectue à partir d’un fichier d’exploitation généré par le RAITH.