EP1287178A1 - Procede de fabrication d'un modulateur de transmission pour microlithographie en ultraviolet profond et modulateur obtenu par ce procede - Google Patents
Procede de fabrication d'un modulateur de transmission pour microlithographie en ultraviolet profond et modulateur obtenu par ce procedeInfo
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Classifications
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Definitions
- the present invention relates to the manufacture of transmission and phase modulators for deep ultraviolet microlithography and relates more particularly to the manufacture of transmission modulators with variable transmission aperture for deep ultraviolet microlithography (157 nm).
- Amorphous adamantine carbon is one of the new materials proposed for applications in deep ultraviolet microlithography.
- the technique recently proposed by Lucent Technologies makes it possible to manufacture DLC transmission modulators.
- DLC is an absorbent material, so that transmission can be modulated by varying the thickness of the DCL layer.
- the main limitation of Lucent Technologies' technique comes from an intrinsic constraint which is always present in the DLC. The stress increases with the thickness and can lead to delamination or destruction of the film. The presence of the constraint limits the thickness of the film and the attenuation of the corresponding transmission.
- the invention aims to remedy the drawbacks of the prior art set out above.
- a transmission modulator for microlithography in deep ultraviolet characterized in that it consists in obtaining amorphous adamantine carbon by a process using a plasma composed of a mixture of acetylene and argon and maintained by the power of a microwave source, in depositing a adamantine amorphous carbon thin film on a weakly absorbing substrate in the deep ultraviolet to which a variable polarization is applied, to vary the forbidden band by controlling the partial pressure of argon and thus to vary the corresponding extinction coefficient in order to modulate the transmission of the modulator without modifying the thickness of the film deposited.
- the forbidden band is varied between 1 and 2 eV by controlling the partial pressure of argon between 0 and 0.5 mTorr and preferably between 0.1 and 0.4 mTorr;
- the thickness of the film is modified by varying the duration of the deposition of said film.
- the subject of the invention is also:
- the modulator is manufactured according to the process defined above by modifying the thickness of the film in order to ensure to said transmission modulator the function of phase modulator.
- - Fig.1 is a graph representing the extinction coefficient (k) as a function of the partial pressure of argon;
- - Fig.2 is a graph showing the prohibited band Tauc and E04 as a function of the partial pressure of argon.
- - Fig.3 is a graph representing the refractive index as a function of the band gap.
- the material used in the context of the invention is amorphous adamantine carbon (diamond-like carbon, DLC).
- DLC diamond-like carbon
- sp 2 and sp 3 the mixture of different hybridization states
- the present invention aims to master the engineering of the DLC band gap with a view to optimizing its properties compared to applications in deep ultraviolet microlithography.
- the band gap engineering of the DLC is the subject of the study currently being carried out at the CNRS.
- the thin layers in DLC are deposited using plasma immersion combined with the polarization of the substrate. This controls with fineness and excellent reproductibt 'ity process parameters such as the composition of the precursor gas, the plasma density, tempera- ture and the electronic energy of the ions that reach the substrate.
- the plasma deposition is carried out at room temperature.
- the deposition process is compatible with 300 mm wafers.
- the active elements in DLC are used and the transmission of monochromatic light is modulated through a layer of DLC by varying the width of the forbidden band and the corresponding extinction coefficient.
- plasma deposition is used with a mixture of acetylene and argon.
- the energy transfer processes of the ions, the nucleation and growth dynamics of the DLC and its hybridization are modified. This allows playing on the width of the prohibited band.
- the proposed process allows you to adjust the width of the prohibited band for a given thickness in DLC.
- the phase change which accompanies the passage of a beam of monochromatic light through a thin film with a thickness d depends essentially on the refractive index (n) and on the thickness.
- the phase change can be varied by playing on l film thickness.
- the situation is more complex.
- One of the characteristics of the DLC material which is the subject of the present invention is that the refractive index evolves slowly as a function of the band gap as shown in the graph in FIG. 3.
- the active elements in DLC are used to modulate the phase change of the monochromatic light by varying the thickness of the DLC layer and possibly on the forbidden band.
- the power of the microwave source is for example from 600 to 2000 Watt.
- the gap or band gap is given by the following relation E TAUC > 1.
- the process according to the invention has the following technical advantages.
- the cost of lithography represents approximately one third of the cost of manufacturing a microprocessor.
- the development of efficient microlithography tools at low cost to the user is fundamental for the profitability of the manufacture of silicon integrated circuits.
- the technique for manufacturing optical elements for microlithography in deep UV proposed in the context of the present invention represents a very competitive solution taking into account in particular the following elements: - thermal budget (deposition at room temperature)
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Abstract
Procédé de fabrication d'un modulateur de transmission pour microlithographie en ultraviolet profond, caractérisé en ce qu'il consiste à obtenir du carbone amorphe adamantin par un procédé mettant en oeuvre un plasma composé d'un mélange d'acétylène et d'argon et entretenu par la puissance d'une source de micro-ondes, à déposer un film mince en carbone amorphe adamantin sur un substrat faiblement absorbant dans l'ultraviolet profond auquel est appliquée une polarisation variable, à faire varier la bande interdite entre 1 et 2 eV par le contrôle de la pression partielle d'argon et à faire ainsi varier le coefficient d'extinction correspondant afin de moduler la transmission du modulateur sans modifier l'épaisseur du film déposé.
Description
Procédé de fabrication d'un modulateur de transmission pour microlithographie en ultraviolet profond et modulateur obtenu par ce procédé.
La présente invention est relative à la fabrication de modulateurs de transmission et de phase pour la microlithographie en ultraviolet profond et se rapporte plus particulièrement à la fabrication de modulateurs de transmission à ouverture de transmission variable pour la microlithographie en ultraviolet pro- fond (157nm).
Les méthodes et les matériaux utilisés actuellement en microlithographie à 248 nm ne peuvent pas être utilisés eh UV profond : pour les longueurs d'onde inférieures à 193 nm, les coefficients d'absorption des matériaux sont beaucoup trop élevés. Un effort considérable est à présent orienté vers la mise au point de nouveaux matériaux utilisables en UV profond.
Le carbone amorphe adamantin (DLC) est parmi les nouveaux matériaux proposés pour les applications en microlithographie en ultraviolet profond. La technique proposée récemment par Lucent Technologies permet de fabriquer les modulateurs de transmission en DLC. Le DLC est un matériau absorbant, de sorte qu'on peut moduler la transmission en variant l'épaisseur de la couche du DCL. La principale limitation de la technique de Lucent Technologies vient d'une contrainte intrinsèque qui est toujours présente dans le DLC. La contrainte croît avec l'épaisseur et peut conduire au délaminage ou à la destruction du film. La présence de la contrainte limite l'épaisseur du film et l'atténuation de la transmis- sion correspondante.
Un autre inconvénient de la technique proposée par Lucent Technologies réside dans la convolution de la modulation de la transmission et de la modulation de phase.
L'invention vise à remédier aux inconvénients de la technique anté- rieure énoncées ci-dessus.
Elle a donc pour objet un procédé de fabrication d'un modulateur de transmission pour microlithographie en ultraviolet profond; caractérisé en ce qu'il consiste à obtenir du carbone amorphe adamantin par un procédé mettant en oeuvre un plasma composé d'un mélange d'acétylène et d'argon et entretenu par la puissance d'une source de micro-ondes, à déposer un film mince en carbone amorphe adamantin sur un substrat faiblement absorbant dans l'ultraviolet profond auquel est appliquée une polarisation variable, à faire varier la bande interdite par le contrôle de la pression partielle d'argon et à faire ainsi varier le
coefficient d'extinction correspondant afin de moduler la transmission du modulateur sans modifier l'épaisseur du film déposé. Suivant d'autres caractéristiques :
- on fait varier la bande interdite entre 1 et 2 eV par le contrôle de la pression partielle d'argon entre 0 et 0,5 mTorr et de préférence entre 0,1 et 0,4 mTorr ;
- le coefficient d'extinction correspondant varie entre 0,012 et 0, 50 ;
- l'épaisseur du film est modifiée en faisant varier la durée du dépôt dudit film. L'invention a également pour objet :
- un modulateur de transmission pour microlithographie en ultraviolet profond, caractérisé en ce qu'il est fabriqué selon le procédé défini ci-dessus ;
- le modulateur est fabriqué selon le procédé défini ci-dessus en modifiant l'épaisseur du film afin d'assurer audit modulateur de transmission la fonction de modulateur de phase.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Fig.1 est un graphique représentant le coefficient d'extinction (k) en fonction de la pression partielle d'argon ;
- la Fig.2 est un graphique représentant la bande interditeTauc et E04 en fonction de la pression partielle d'argon ; et
- la Fig.3 est un graphique représentant l'indice de réfraction en fonction de la bande interdite. Le matériau utilisé dans le cadre de l'invention est le carbone amorphe adamantin (diamond-like carbon, DLC). Par certains côtés proche du diamant mais incomparablement moins cher, le DLC est un matériau sans ordre à longue distance contenant le mélange de différents états d'hybridation (sp2 et sp3). II existe sous une multitude de formes qui diffèrent par la microstructure, la densité macroscopique, la largeur du gap optique ou bande interdite, l'indice de réfraction, le coefficient d'absorption, la microdureté, la stabilité thermique, etc.
Ses propriétés physiques particulièrement intéressantes qui incluent la grande dureté, la résistance au frottement, la friction statique et dynamique faible, la conductivité thermique similaire à celle du cuivre, etc, en font un matériau de prédilection pour des applications très variées. La présente invention a pour objectif la maîtrise de l'ingénierie de la bande interdite du DLC en vue de l'optimisation de ses propriétés par rapport aux applications en microlithographie en ultraviolet profond. L'ingénierie de la bande interdite du DLC fait objet de l'étude menée actuellement au CNRS.
Le dépôt du DLC mis au point par le demandeur est réalisé comme suit.
Les couches minces en DLC sont déposées en utilisant l'immersion dans le plasma combinée avec la polarisation du substrat. Ceci permet de contrôler avec finesse et une excellente reproductibt'lité les paramètres du procédé tels que la composition du gaz précurseur, la densité du plasma, la tempéra- ture électronique et l'énergie des ions qui atteignent le substrat.
Chacun de ces paramètres a un impact sur la structure et les propriétés physiques du matériau. Le dépôt sous plasma est effectué à la température ambiante. Le procédé de dépôt est compatible avec les plaquettes de 300 mm.
Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence la relation en- tre les principaux paramètres du procédé--de dépôt sous plasma et les propriétés physiques du DLC déposé.
On a pu démontrer ainsi que la pression partielle d'argon dans un gaz précurseur composé d'un mélange d'argon et d'acétylène a un impact direct sur la largeur du gap optique ou bande interdite du DLC et par conséquent sur le coefficient d'extinction. Ces résultats sont illustrés aux figures 1 et 2.
Suivant l'invention, on utilise les éléments actifs en DLC et on module la transmission de lumière monochromatique à travers une couche du DLC en jouant sur la largeur de la bande interdite et sur le coefficient d'extinction correspondant. Afin de faire varier la largeur de la bande interdite, on utilise le dépôt sous plasma avec un mélange d'acétylène et d'argon. En faisant varier la pression partielle d'argon, on modifie les processus de transfert d'énergie des ions, la dynamique de nucléation et de croissance du DLC ainsi que son hybridation. Ceci permet de jouer sur la largeur de la bande interdite. Le procédé proposé
permet d'ajuster la largeur de la bande interdite pour une épaisseur donnée en DLC.
Dans un milieu transparent, le changement de phase qui accompagne le passage d'un faisceau de lumière monochromatique à travers un film mince d'une épaisseur d dépend essentiellement de l'indice de réfraction (n) et de l'épaisseur.
Pour une longueur d'onde λ, l'épaisseur requise pour un changement de phase égal à π est de : d(π)=λ/4n Pour un indice de réfraction donné, on peut faire varier le changement de phase en jouant sur l'épaisseur du film.
Dans un matériau absorbant la situation est plus complexe. Une des caractéristiques du matériau DLC qui fait l'objet de la présente invention est que l'indice de réfraction évolue lentement en fonction de la bande interdite comme le montre le graphique de la figure 3.
Suivant l'invention, on utilise les éléments actifs en DLC pour moduler le changement de phase de la lumière monochromatique en jouant sur l'épaisseur de la couche de DLC et éventuellement sur la bande interdite.
On va maintenant décrire des exemples de conditions de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
En ce qui concerne la proportion d'acétylène et d'argon, la pression totale du mélange d'acétylène et d'argon est donnée par la relation :
P = Par + PC2H2 = 0,8 mTorr et 0,1 < Par < 0,4 m Torr
Il en résulte une proportion d'argon et d'acétylène (Par/PG2H2) comprise entre 1/7 et 1.
La puissance de la source de micro-ondes est par exemple de 600 à 2000 Watt. Le substrat faiblement absorbant dans l'ultraviolet profond et un substrat en CaF2 ou en quartz ou en silice fondue à faible teneur en OH.
Dans la gamme de pressions indiquée, le gap ou bande interdite est donné par la relation suivante ETAUC > 1.
Le procédé suivant l'invention présente les avantages techniques suivants.
Le coût de la lithographie représente environ un tiers du coût de fabrication d'un microprocesseur. La mise au point des outils de microlithographie performants et à faible coût pour l'utilisateur est fondamentale pour la profitabilité de la fabrication de circuits intégrés au silicium. La technique de fabrication des éléments optiques pour la microlithographie en UV profond proposée dans le cadre de la présente invention représente une solution très compétitive compte tenu notamment des éléments suivants : - budget thermique (dépôt à la température ambiante)
- investissement en équipement modeste et coût d'utilisation bas pour une technique compatible avec des dimensions de 300 mm.
Claims
1. Procédé de fabrication d'un modulateur de transmission pour microlithographie en ultraviolet profond , caractérisé en ce qu'il consiste à obtenir du carbone amorphe adamantin par un procédé mettant en oeuvre un plasma composé d'un mélange d'acétylène et d'argon et entretenu par la puissance d'une source de micro-ondes à déposer un film mince en carbone amorphe adamantin sur un substrat faiblement absorbant dans l'ultraviolet profond auquel est appliquée une polarisation variable à faire varier la bande interdite par le contrôle de la pression partielle d'argon et à faire ainsi varier Je coefficient d'extinction correspondant afin de moduler la transmission du modulateur sans modifier l'épaisseur du film déposé.
2. Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que la proportion d'argon et d'acétylène dudit mélange (Par + PC2H2) est comprise entre 1/7 et 1.
3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la puissance de la source de micro-ondes est comprise entre 600 et 2000 W.
4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la bande interdite est donnée par la relation ETAUC > 1.
5. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 4, caractérisé en ce que le substrat faiblement absorbant dans l'ultraviolet profond est réalisé en
CaF2 ou en quartz ou en silice fondue à faible teneur en OH.
6. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on fait varier la bande interdite entre 1 et 2 eV par le contrôle de la pression partielle d'argon entre 0 et 0,5 mTorr et de préférence entre 0,1 et 0,4 mTorr.
7. Procédé suivant les revendications 1à 8, caractérisé en ce que le coefficient d'extinction correspondant varie entre 0,012 et 0,150.
8. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'épaisseur du film est modifiée en faisant varier la durée du dépôt dudit film.
9. Modulateur de transmission pour microlithographie en ultraviolet profond, caractérisé en ce qu'il est fabriqué par le procédé suivant l'une des revendications 1 à 8.
10. Modulateur de transmission suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est fabriqué par le procédé suivant la revendication 8 dans lequel le contrôle de l'épaisseur du matériau permet d'assurer audit modulateur de transmission, la fonction de modulateur de phase.
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Inventor name: PELLETIER, JACQUES HENRI LUCIEN Inventor name: ARNAL, YVES, ALBAN, MARIE Inventor name: LACOSTE, ANA Inventor name: PIAZZA, FABRICE Inventor name: GOLANSKI, ANDRE |
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