EP1709484A2 - MASQUE A MOTIFS PROTEGES, POUR LA LITHOGRAPHIE PAR REFLEXION DANS LE DOMAINE DE L’EXTREME UV ET DES RAYONS X MOUS - Google Patents

MASQUE A MOTIFS PROTEGES, POUR LA LITHOGRAPHIE PAR REFLEXION DANS LE DOMAINE DE L’EXTREME UV ET DES RAYONS X MOUS

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EP1709484A2
EP1709484A2 EP05717492A EP05717492A EP1709484A2 EP 1709484 A2 EP1709484 A2 EP 1709484A2 EP 05717492 A EP05717492 A EP 05717492A EP 05717492 A EP05717492 A EP 05717492A EP 1709484 A2 EP1709484 A2 EP 1709484A2
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EP
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mask according
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patterns
chosen
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Withdrawn
Application number
EP05717492A
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German (de)
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Inventor
Jean-Louis Stehle
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Societe de Commercialisation des Produits de la Recherche Appliquee SOCPRA
Original Assignee
Societe de Commercialisation des Produits de la Recherche Appliquee SOCPRA
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Publication of EP1709484A2 publication Critical patent/EP1709484A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/22—Masks or mask blanks for imaging by radiation of 100nm or shorter wavelength, e.g. X-ray masks, extreme ultraviolet [EUV] masks; Preparation thereof
    • G03F1/24—Reflection masks; Preparation thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/62—Pellicles, e.g. pellicle assemblies, e.g. having membrane on support frame; Preparation thereof

Definitions

  • the invention relates to the field of patterned masks used in optical lithography.
  • Optical lithography is a well-known technique for reproducing on a resin layer, deposited on a substrate (or "wafer"), patterns present on one of the faces of a mask using a beam of photons and an optical projection device, most often by reduction.
  • the resolution of the lines of the patterns, formed (or “exposed") in the resin is proportional to a critical dimension CD equal to k ⁇ NA, where ⁇ is the wavelength of the photons of the beam, k is a coefficient less than 1 representing the effect of the devices used to lower the theoretical limits (such as for example the non-linearity of the resin), and NA is the numerical aperture of the beam of photons at the level of reasons.
  • CD critical dimension
  • NA NA
  • the masks are difficult to manufacture without defect, and particularly expensive, they must therefore be protected so as not to be “disturbed” by ambient particles.
  • Such protection is relatively simple to implement when the mask is transparent to the photons used for the reproduction of its patterns.
  • the mask can indeed be used in transmission, so that it is possible to place a thin protective membrane made of transparent and non-disturbing material, for example polymer, in front of its front face (where the patterns to be reproduced are placed), so that the particles " disruptive "(or undesirable) are kept at a distance from the patterns preventing their reproduction on the resin (typically 6 mm).
  • This protective membrane (or film) can be cleaned, and in some cases it can be replaced after inspection.
  • Such a mask When the photon wavelength is in the extreme ultraviolet (UV) range, or even soft X-rays (typically between about 120 nm and about 1 nm), the mask is no longer transparent, so that 'it should be used in reflection.
  • a mask then consists of a planar substrate secured to a structure reflecting the wavelength of the photons used (produced, for example for a wavelength of 13.5 nm (located in extreme ultra violet) , in the form of a multilayer structure consisting of an alternation of layers of Silicon (Si) and Molybdenum (Mo)) and comprising a front face provided with selected patterns, made of an absorbent material at said wavelength (for example in Cr or in TaN).
  • Si Silicon
  • Mo Molybdenum
  • the invention therefore aims to remedy this drawback.
  • a patterned mask for a lithography device by reflection of a beam of photons of wavelength ( ⁇ ) less than about 120 nm (and of numerical aperture (NA) chosen at the level of the patterns. ), comprising a planar substrate secured to a reflecting structure comprising a front face provided with selected patterns made of an absorbent material at the wavelength ( ⁇ ).
  • This mask is characterized by the fact that it includes means of protection transparent at wavelength and arranged so as to keep the disturbing particles at a distance (H) from the patterns greater than or equal to one of the values taken by the focusing depth (doF) of the lithographic device and the height (h) which is associated with the tolerated percentage of absorption of photons by the disturbing particles.
  • the protection means can be arranged so as to keep the disturbing particles at a distance (H) from the patterns greater than or equal to the greatest of the values taken by the focusing depth (doF) of the lithographic device and the height (h).
  • This distance (H) is for example between approximately 50 nm and approximately 5000 nm. However, it can be greater when a wavelength which deviates from the range of soft X-rays is used.
  • the mask protection means can constitute a structure having complementary characteristics which can be taken separately or in combination, and in particular it is preferable that:
  • the structure has a maximum variation in optical thickness chosen so as to locally induce a negligible deflection of the beam in front of the placement precision of the patterns, ”the structure does not induce phase variation between the photons of the beam reflected by the mask ,
  • the structure has a front face, opposite the patterns, which can be cleaned of at least some of the particles which it maintains, • the structure is arranged so as to be able to be inspected, with a chosen contrast, using means of observation working in the visible or in the ultraviolet (V),
  • the structure is suitable for thermophoresis,
  • the structure is conductive so as to allow the implementation of an electrostatic effect, for example to repel the disturbing particles,
  • the structure is non-diffractive and non-diffusing in the ultraviolet (UV).
  • this structure can take various forms, and in particular:
  • It can be deposited on the front face of the reflecting structure and parallel to it, and include at least one anti-reflective layer made of a chosen material,
  • it may comprise a membrane secured by pillars to the front face of the reflecting structure, and in a position substantially parallel to this front face, the thickness of the membrane and the height of the pillars then being chosen so that their sum is equal to the distance chosen,
  • it can be composed of nanotubes, for example oriented in a chosen direction with respect to the normal to the front face of the reflective structure.
  • ⁇ for example equal to 10.9 nm or 13.5 nm
  • Carbon C
  • Carbon nanotubes or CNT
  • Silicon Si
  • Berylium Be
  • Ruthenium Ru
  • Silver Ag
  • Zirconium Zr
  • FIG. 1 schematically illustrates an exemplary embodiment of a lithography by reflection in the extreme ultraviolet (EUV),
  • EUV extreme ultraviolet
  • FIG. 2 illustrates schematically, in a cross-sectional view, a first embodiment of a patterned mask according to the invention
  • Figure 3 is a diagram illustrating the evolution of the parameter h as a function of the diameter d disturbing particles, for two different photon absorption values (1% and 4%)
  • FIG. 4 schematically illustrates, in a cross-section view, a second embodiment of a patterned mask according to the invention
  • Figure 5 illustrates schematically, in a cross-sectional view, a third embodiment of a patterned mask according to the invention
  • Figure 6 illustrates schematically, in a cross-sectional view, a fourth exemplary embodiment of a patterned mask according to the invention
  • Figure 7 illustrates schematically, in a cross-sectional view, a fifth embodiment of a patterned mask according to the invention.
  • the invention relates to a patterned mask intended for use in a reflection lithography device operating with a photon source whose wavelength ( ⁇ ) is less than about 120 nm, that is to say which belongs in the field of extreme ultraviolet (EUV) and soft X-rays, in particular at 10.9 nm and 13.5 nm.
  • EUV extreme ultraviolet
  • FIG. 1 describes a very schematic example of the production of a reflection lithography device using a mask with MM patterns according to the invention.
  • a lithography device mainly comprises an optical image-forming device M3-M8 (also called a projection device) and a source S of photons, coupled to collection mirrors Ml and M2, implanted in an ultra-vacuum enclosure E, in which are defined, very precisely, a positioning zone of a mask with MM patterns and a positioning zone of a wafer (or "wafer”) W.
  • an optical image-forming device M3-M8 also called a projection device
  • S of photons coupled to collection mirrors Ml and M2
  • collection mirrors Ml and M2 implanted in an ultra-vacuum enclosure E, in which are defined, very precisely, a positioning zone of a mask with MM patterns and a positioning zone of a wafer (or "wafer”) W.
  • the MM pattern mask is intended to function in reflection. It will be described later in detail.
  • the wafer W generally consists of a planar substrate provided on one of its faces with a resin layer R sensitive to the photons delivered by the source S of the lithography device.
  • the source S is for example responsible for delivering photons whose wavelength ⁇ is equal to 13.5 nm.
  • a wavelength is for example obtained with a discharge or laser plasma source, in Xenon (Xe) or Tin (Sn).
  • Xe Xenon
  • Tin Tin
  • the mirrors Ml and M2 and the filter FR are responsible for collimating the photons delivered by the source S, so that they reach the level of the front face of the mask MM (which includes the patterns MF (see Figure 2)) in the form of a beam having a digital aperture NA ; chosen.
  • NAj is equal to 0.064, which corresponds to an opening angle on the patterns of ⁇ 3.6 °.
  • the optical image-forming device M3-M8 (also called optical projection device) is responsible for forming the image of the patterns MF of the mask MM at the resin R of the wafer W, with a reduction factor. chosen, for example equal to approximately 4. It is here made up of six mirrors M3 to M8, by way of example.
  • angles of incidence of the photon beam on the different mirrors and the respective positions of the different mirrors are chosen so as to allow the reduction factor and the illumination of the resin layer R to be obtained under a chosen numerical aperture NA f , for example equal to about 0.25.
  • the angle of incidence CC of the photon beam with respect to the normal N at the front face of the patterned mask MM is generally equal to a few degrees, for example around 6 °.
  • FIG. 2 a first exemplary embodiment of a mask with MM patterns, according to the invention.
  • the relative dimensions of the different elements are not representative of their actual relative dimensions.
  • a mask with MM patterns used in reflection, firstly comprises a planar substrate ST, one of the faces of which is secured to a structure SMR reflecting at the wavelength ⁇ of the photons of the source S and comprising a front face provided with selected MF patterns, made of an absorbent material at the wavelength ⁇ .
  • the SMR reflecting structure is a multilayer structure consisting of a stack of 40 pairs of layers of Silicon (Si), for example 4 nm thick, and Molybdenum (Mo), for example 2.7 nm thick.
  • Buffer and protective layers may be added for technological reasons.
  • the absorbent patterns are for example made of Chromium (Cr) or T N. However, any other absorbent material at the wavelength ⁇ of the photons (here equal to 13.5 nm) can be considered.
  • the thickness of the MF patterns is preferably reduced so as to avoid the edge effects of the masks, the dimensions of which are typically of the order of 152 mm ⁇ 152 mm (for an area of 104 mm ⁇ 104 mm reserved for the MF patterns).
  • the lines printed in the resin layer R have for example a width of 25 nm, 32 nm or 45 nm, which corresponds to MF patterns whose widths are 100 nm, 128 nm and 180 nm respectively.
  • the invention proposes placing protective means SP transparent to the wavelength ⁇ of photons in front of the patterns MF and responsible for keeping the disturbing particles PP at a distance H from the patterns, which is greater than or equal to one of the values taken by the focus depth doF of the lithographic device and the height h associated with the tolerated percentage of photon absorption by the disturbing particles PP.
  • the focusing depth doF is equal to ⁇ f NA; 2 .
  • a focusing depth doF equal to approximately 3296 nm is obtained.
  • doF can typically vary between about 50 nm and about 5000 nm depending on the values chosen for NAj and ⁇ , or even more when using a length of wave which moves away from the soft X-ray domain.
  • d is the diameter of the disturbing particles PP
  • h is the parameter representative of the height separating the disturbing particles from the patterns MF.
  • the value of H must therefore be chosen greater than or equal to one of the values taken by doF and h.
  • the distance H must be greater than or equal to doF, while if doF is less than h, the distance H must be greater than or equal to h.
  • the value of H is chosen greater than or equal to the largest of the values taken by doF and h.
  • the protection means SP may moreover have one or more additional characteristics which can reinforce their performance and / or advantages.
  • the protection means SP do not (or very little) absorb the photons. It is indeed recalled that in reflection lithography the optical thickness T of the protection means SP is crossed twice. For this purpose, it is preferable to use a material with low, or even very weak, aging, resistant to the photon beam and with weak, even very weak, oxidation.
  • a disturbing particle PP can be crossed twice, but not by the same beam.
  • the protection means SP have a maximum variation in optical thickness T locally inducing a deflection of the photon beam negligible compared to the placement accuracy of the patterns MF.
  • the protection means SP do not induce (or very little) phase variation between the photons of the beam which are reflected by the mask MM.
  • the protection means SP is, for example, also advantageous for the protection means SP to be hydrophobic. He recalled that the water molecules (H 2 O) are absorbent at 13.5 nm.
  • the front face of the protection means SP which is opposite to the patterns MF, can be cleaned of at least some of the disturbing particles PP which it maintains.
  • the means of SP protection can be inspected, with a selected contrast, by means of observation working in the visible or in uitraviolet, for example at 248 nm.
  • protection means SP are suitable for thermophoresis.
  • the protection means SP are electrically conductive, in order to use them to implement an electrostatic effect, for example to repel the disturbing particles when they are ionized.
  • the SP protection means is non-diffractive and non-diffusing in the ultraviolet (UV), including in the extreme UV, for the quality of the image, in particular when the wavelength is equal to 13.5 nm, and for the quality and contrast during the inspection.
  • UV ultraviolet
  • the protection means SP can constitute a planar antireflection structure, preferably of the multilayer type, deposited on the front face of the reflecting structure SMR and parallel to it.
  • the protection means SP can constitute a structure composed of nanotubes oriented in a chosen direction relative to the normal N at the front face of the reflecting structure SMR.
  • CNT carbon nanotubes or
  • the protection means SP can constitute a structure comprising layers CL in 1 in which channels CX of defined dimensions are defined relative to those of the disturbing particles PP, in order to block them at level of their front ends. These CX channels being filled with "vacuum", they make it possible to reduce the density of the material.
  • Such a structure can be defined using a lithography technique applied to a material such as silicon (Si) or a polymer, such as for example PMMA. It can also be obtained by adding a photonic crystal or porous silicon to the front face of the SMR reflecting structure.
  • the protection means SP can constitute a foam structure forming a membrane (or film), preferably secured to the front face of the reflecting structure SMR.
  • the foam contains numerous empty spaces which make it possible to reduce the density of the material.
  • This foam can for example be made from a polymer, such as PMMA, or nanotubes, for example carbon (or CNT), or Berylium (Be), or Ruthenium (Ru), or Silver (Ag), or also Zirconium (Zr).
  • the protection means SP can constitute a structure made up of a membrane (or film) ME secured by pillars PS to the front face of the reflecting structure SMR. Certain ends of PS abutments can rest on the MF patterns, as illustrated.
  • the membrane ME is placed substantially parallel to the front face of the reflecting structure SMR. Furthermore, the thickness of the membrane ME and the height of the pillars PS are chosen so that their sum is equal to the distance H chosen.
  • the pillars can for example be obtained by growth of germs (or "seeds").
  • Such a structure can for example be produced from of a polymer, such as PMMA, or of Silicon (Si), or also in an anti-reflective material, such as Mo-Si.
  • the material constituting this structure can also be in the form of a foam, as in the third variant presented above with reference to FIG. 6.

Abstract

Un masque (MM) à motifs (MF) est destiné à être utilisé dans un dispositif de lithographie par réflexion d’un faisceau de photons de longueur d’onde inférieure à environ 120 nm. Ce masque (MM) comprend un substrat planaire (ST) solidarisé à une structure réfléchissante (SMR) comportant une face avant munie de motifs choisis (MF), réalisés dans un matériau absorbant à la longueur d’onde. Il comprend également des moyens de protection (SP) transparents à la longueur d’onde et agencés de manière à maintenir les particules perturbatrices (PP) à une distance (H) des motifs (MF) supérieure ou égale à l’une des valeurs prises par la profondeur de mise au point du dispositif lithographique et la hauteur qui est associée au pourcentage toléré d’absorption de photons par les particules perturbatrices (PP).

Description

MASQUE A MOTIFS PROTEGES, POUR LA LITHOGRAPHIE PAR REFLEXION DANS LE DOMAINE DE L'EXTRÊME UV ET DES RAYONS X MOUS
L'invention concerne le domaine des masques à motifs utilisés en lithographie optique.
La lithographie optique est une technique bien connue permettant de reproduire sur une couche de résine, déposée sur un substrat (ou "wafer"), des motifs présents sur l'une des faces d'un masque à l'aide d'un faisceau de photons et d'un dispositif optique de projection, le plus souvent par réduction.
Comme le sait l'homme de l'art, la résolution des traits des motifs, formés (ou "insolés") dans la résine, est proportionnelle à une dimension critique CD égale à kλ NA, où λ est la longueur d'onde des photons du faisceau, k est un coefficient inférieur à 1 représentant l'effet des artifices utilisés pour abaisser les limites théoriques (comme par exemple la non- linéarité de la résine), et NA est l'ouverture numérique du faisceau de photons au niveau des motifs. En d'autres termes, les dimensions des motifs reproduits dépendent de la longueur d' onde des photons utilisés.
En raison des propriétés et avantages offerts par les composants électroniques de très petites dimensions, on utilise, pour les réaliser, des longueurs d'onde toujours plus petites. Ainsi, on est progressivement passé de photons présentant une longueur d'onde dans le visible (436 nm) à des photons présentant une longueur d'onde dans l'ultraviolet (UV) proche (365 nm ou 248 nm), puis à des photons présentant une longueur d'onde dans l'ultraviolet lointain (193 nm ou 157 nm), en utilisant respectivement les raies G et I du mercure, puis des lasers à excimères KrF, ArF et F2.
Les masques étant difficiles à fabriquer sans défaut, et particulièrement onéreux, ils doivent donc être protégés afin de ne pas être "perturbés" par des particules ambiantes. Une telle protection est relativement simple à mettre en oeuvre lorsque le masque est transparent aux photons utilisés pour la reproduction de ses motifs. Dans ce cas, le masque peut en effet être utilisé en transmission, si bien qu'il est possible de placer une membrane protectrice fine et en matériau transparent et non perturbant, par exemple en polymère, devant sa face avant (où se trouvent placés les motifs à reproduire), afin que les particules "perturbatrices" (ou indésirables) soient retenues à une distance des motifs interdisant leur reproduction sur la résine (typiquement 6 mm). Cette membrane protectrice (ou pellicule) peut être nettoyée, et dans certains cas elle peut être remplacée après inspection.
Lorsque l'on tend vers les limites de transparence du masque, par exemple pour une longueur d'onde de 157 nm, la protection de ses motifs est plus délicate. H faut d'abord purger le trajet optique avec de l'Azote (N2) pour enlever les gaz, tels que l'oxygène (O2), les molécules, telles que l'eau (H2O), et les polymères absorbants. Puis, il faut placer devant les motifs une pellicule protectrice solide, en quartz spécial SiOF ou en CaF2, transparente à 157 nm, traitée antireflet, présentant des faces très parallèles et une épaisseur choisie de sorte qu'elle fasse partie du calcul optique de formation de l'image des motifs sur la résine.
Lorsque la longueur d'onde des photons est dans le domaine de l'ultraviolet (UV) extrême, voire même des rayons X mous (typiquement entre environ 120 nm et environ 1 nm),le masque n'est plus transparent, si bien qu'il doit être utilisé en réflexion. Un tel masque est alors constitué d'un substrat planaire solidarisé à une structure réfléchissante à la longueur d'onde des photons utilisés (réalisée, par exemple pour une longueur d'onde de 13, 5 nm (située dans l'ultra violet extrême), sous la forme d'une structure multicouches constituée d'une alternance de couches de Silicium (Si) et de Molybdène (Mo)) et comportant une face avant munie de motifs choisis, réalisés dans un matériau absorbant à ladite longueur d'onde (par exemple en Cr ou en TaN).
Or, pour ce type de masque utilisé en lithographie par réflexion, il n'existe pas de moyen connu permettant de protéger les motifs.
L'invention a donc pour but de remédier à cet inconvénient.
Elle propose à cet effet un masque à motifs, pour un dispositif de lithographie par réflexion d'un faisceau de photons de longueur d'onde (λ) inférieure à environ 120 nm (et d'ouverture numérique (NA) choisie au niveau des motifs), comprenant un substrat planaire solidarisé à une structure réfléchissante comportant une face avant munie de motifs choisis réalisés dans un matériau absorbant à la longueur d'onde (λ).
Ce masque se caractérise par le fait qu'il comprend des moyens de protection transparents à la longueur d'onde et agencés de manière à maintenir les particules perturbatrices à une distance (H) des motifs supérieure ou égale à l'une des valeurs prises par la profondeur de mise au point (doF) du dispositif lithographique et la hauteur (h) qui est associée au pourcentage toléré d'absorption de photons par les particules perturbatrices.
Par exemple, les moyens de protection peuvent être agencés de manière à maintenir les particules perturbatrices à une distance (H) des motifs supérieure ou égale à la plus grande des valeurs prises par la profondeur de mise au point (doF) du dispositif lithographique et la hauteur (h).
Cette distance (H) est par exemple comprise entre environ 50 nm et environ 5000 nm. Mais, elle peut être plus grande lorsque l'on utilise une longueur d'onde qui s'éloigne du domaine des rayons X mous.
Les moyens de protection du masque peuvent constituer une structure présentant des caractéristiques complémentaires qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment il est préférable que :
• la structure présente une variation maximale d'épaisseur optique choisie de manière à induire localement une déflexion du faisceau négligeable devant la précision de placement des motifs,» la structure n'induise pas de variation de phase entre les photons du faisceau réfléchis par le masque,
• la structure soit hydrophobe,
• la structure présente une face avant, opposée aux motifs, pouvant être nettoyée de certaines au moins des particules qu'elle maintient, • la structure soit agencée de manière à pouvoir être inspectée, avec un contraste choisi, à l'aide de moyens d'observation travaillant dans le visible ou dans l'ultraviolet ( V),
• la structure soit apte à la thermophorèse, • la structure soit conductrice de manière à permettre la mise en oeuvre d'un effet électrostatique, par exemple pour repousser les particules perturbatrices,
• la structure soit non diffractante et non diffusante dans l'ultraviolet (UV).
Par ailleurs, cette structure peut se présenter sous différentes formes, et notamment :
• elle peut être déposée sur la face avant de la structure réfléchissante et parallèlement à celle-ci, et comprendre au moins une couche antireflet réalisée dans un matériau choisi,
• elle peut se présenter sous la forme d'une mousse d'un matériau choisi, • elle peut être réalisée dans un matériau choisi, être déposée sur la face avant de la structure réfléchissante, et définir des canaux permettant de réduire sa densité,
• elle peut comprendre une membrane solidarisée par des piliers à la face avant de la structure réfléchissante, et dans une position sensiblement parallèle à cette face avant, l'épaisseur de la membrane et la hauteur des piliers étant alors choisies de sorte que leur somme soit égale à la distance choisie,
• elle peut être composée de nanotubes, par exemple orientés suivant une direction choisie par rapport à la normale à la face avant de la structure réfléchissante.
Parmi les matériaux qui peuvent être choisis pour réaliser la structure, on peut notamment citer les polymères transparents à la longueur d'onde (λ, par exemple égale à 10,9 nm ou 13,5 nm), le Carbone (C), les nanotubes de Carbone (ou CNT), le Silicium (Si), le Bérylium (Be), le Ruthénium (Ru), l'Argent (Ag) et le Zirconium (Zr).
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels :
• la figure 1 illustre de façon schématique un exemple de réalisation d' un dispositif de lithographie par réflexion dans l'ultraviolet extrême (EUV),
• la figure 2 illustre de façon schématique, dans une vue en coupe transversale, un premier exemple de réalisation d'un masque à motifs selon l'invention, • la figure 3 est un diagramme illustrant l'évolution du paramètre h en fonction du diamètre d des particules perturbatrices, pour deux valeurs d'absorption de photons différentes (1% et 4%), • la figure 4 illustre de façon schématique, dans une vue en coupe transversale, un deuxième exemple de réalisation d'un masque à motifs selon l'invention,
• la figure 5 illustre de façon schématique, dans une vue en coupe transversale, un troisième exemple de réalisation d'un masque à motifs selon l'invention, • la figure 6 illustre de façon schématique, dans une vue en coupe transversale, un quatrième exemple de réalisation d'un masque à motifs selon l'invention, et
• la figure 7 illustre de façon schématique, dans une vue en coupe transversale, un cinquième exemple de réalisation d'un masque à motifs selon l'invention.
Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
L'invention concerne un masque à motifs destiné à être utilisé dans un dispositif de lithographie par réflexion fonctionnant avec une source de photons dont la longueur d'onde (λ) est inférieure à environ 120 nm, c'est-à-dire qui appartient au domaine de l'ultraviolet extrême (EUV) et des rayons X mous, notamment à 10,9 nm et 13,5 nm.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 pour décrire un exemple, très schématique, de réalisation d'un dispositif de lithographie par réflexion utilisant un masque à motifs MM selon l'invention.
Un dispositif de lithographie comprend principalement un dispositif optique de formation d'image M3-M8 (également appelé dispositif de projection) et une source S de photons, couplée à des miroirs de collection Ml et M2, implantés dans une enceinte à ultravide E, dans laquelle sont définies, de façon très précise, une zone de positionnement d'un masque à motifs MM et une zone de positionnement d'une tranche (ou "wafer") W.
Le masque à motifs MM est destiné à fonctionner en réflexion. Il sera décrit plus loin en détail.
Le wafer W est généralement constitué d'un substrat planaire muni sur l'une de ses faces d'une couche de résine R sensible aux photons délivrés par la source S du dispositif de lithographie. La source S est par exemple chargée de délivrer des photons dont la longueur d'onde λ est égale à 13,5 nm. Une telle longueur d'onde est par exemple obtenue avec une source à décharge ou à plasma laser, dans du Xénon (Xe) ou de l'Etain (Sn). Mais, bien entendu, elle pourrait délivrer des photons présentant d'autres longueurs d'onde comprises entre environ 120 nm et environ 1 nm, et notamment une longueur d' onde égale à 10,9 nm (qui correspond à un autre domaine d'émission du Xénon (Xe)).
Dans l'exemple illustré, les miroirs Ml et M2 et le filtre FR sont chargés de collimater les photons délivrés par la source S, de sorte qu'ils parviennent au niveau de la face avant du masque MM (qui comprend les motifs MF (voir figure 2)) sous la forme d'un faisceau présentant une ouverture numérique NA; choisie. Par exemple, NAj est égale à 0,064, ce qui correspond à un angle d'ouverture sur les motifs de ±3,6°.
Par ailleurs, le dispositif optique de formation d'image M3-M8 (également appelé dispositif optique de projection) est chargé de former l' image des motifs MF du masque MM au niveau de la résine R du wafer W, avec un facteur de réduction choisi, par exemple égal à environ 4. Il est ici constitué de six miroirs M3 à M8, à titre d'exemple.
Les angles d'incidence du faisceau de photons sur les différents miroirs et les positions respectives des différents miroirs sont choisis de manière à permettre l'obtention du facteur de réduction et l'illumination de la couche de résine R sous une ouverture numérique NAf choisie, par exemple égale à environ 0,25.
L'angle d'incidence CC du faisceau de photons par rapport à la normale N à la face avant du masque à motifs MM (voir figure 2) est généralement égal à quelques degrés, par exemple environ 6°.
Bien entendu, il ne s'agit que d'un exemple illustratif très schématique. De nombreuses autres combinaisons de moyens optiques peuvent être envisagées pour assurer la collimation et la formation d'image.
On se réfère maintenant plus particulièrement à la figure 2 pour décrire un premier exemple de réalisation de masque à motifs MM, selon l'invention. Sur cette figure, comme sur les figures 4 à 7, les dimensions relatives des différents éléments ne sont pas représentatives de leurs dimensions relatives réelles.
Un masque à motifs MM, utilisé en réflexion, comprend tout d'abord un substrat planaire ST dont l'une des faces est solidarisée à une structure SMR réfléchissante à la longueur d'onde λ des photons de la source S et comportant une face avant munie de motifs MF choisis, réalisés dans un matériau absorbant à la longueur d'onde λ.
Par exemple, la structure réfléchissante SMR est une structure multicouches constituée d'un empilement de 40 paires de couches de Silicium (Si), par exemple de 4 nm d' épaisseur, et de Molybdène (Mo), par exemple de 2,7 nm d'épaisseur.
Des couches tampon et de protection peuvent être ajoutées pour des raisons technologiques.
Les motifs absorbants sont par exemple réalisés en Chrome (Cr) ou en T N. Mais, tout autre matériau absorbant à la longueur d'onde λ des photons (ici égale à 13,5 nm) peut être envisagé. L'épaisseur des motifs MF est préférentiellement réduite de manière à éviter les effets de bord des masques dont les dimensions sont typiquement de l'ordre de 152 mm x 152 mm (pour une zone de 104 mm x 104 mm réservée aux motifs MF). Par ailleurs, compte tenu d'un facteur de réduction d ' environ 4, les traits imprimés dans la couche de résine R ont par exemple une largeur de 25 nm, 32 nm ou 45 nm, ce qui correspond à des motifs MF dont les largeurs sont respectivement de 100 nm, 128 nm et 180 nm.
Comme le sait l'homme de l'art, et comme évoqué dans la partie introductive, de nombreuses particules perturbatrices PP de très petites dimensions (par exemple 30 à 60 nm) sont susceptibles de venir s'insérer entre les parties absorbantes constituant les motifs MF, altérant ainsi l'intégrité du masque MM. Les particules perturbatrices PP ne gênent de façon sensible ni la formation d' image ni 1 ' absorption, lorsqu' elles sont placées sur les parties absorbantes.
Afin d'empêcher qu'une telle insertion ne survienne, l'invention propose de placer devant les motifs MF des moyens de protection SP transparents à la longueur d'onde λ des photons et chargés de maintenir les particules perturbatrices PP à une distance H des motifs, qui est supérieure ou égale à l'une des valeurs prises par la profondeur de mise au point doF du dispositif lithographique et la hauteur h associée au pourcentage toléré d'absorption de photons par les particules perturbatrices PP.
La profondeur de mise au point doF est égale à λf NA;2. Par exemple dans le cas d'une ouverture numérique NAj égale à 0,064 et d'une longueur d'onde λ égale à 13,5 nm on obtient une profondeur de mise au point doF égale à environ 3296 nm. Bien entendu, il ne s'agit que d'un exemple, et doF peut varier typiquement entre environ 50 nm et environ 5000 nm en fonction des valeurs choisies pour NAj et λ, voire même plus encore lorsque l'on utilise une longueur d'onde qui s'éloigne du domaine des rayons X mous.
Par ailleurs, il est rappelé que le pourcentage d'absorption de photons par les particules perturbatrices PP est défini par le facteur (ou pourcentage) d'ombre qui est donné par la formule :
Pourcentage d' Ombre - h*2NAt
où d est le diamètre des particules perturbatrices PP, h est le paramètre représentatif de la hauteur séparant les particules perturbatrices des motifs MF.
Si l'on tolère une absorption de photons égale à environ 1%, on obtient alors la relation simplifiée h = 80*d. En revanche, si l'on tolère une absorption de photons égale à environ 4%, on obtient alors la relation simplifiée h = 40 *d. On a représenté sur le diagramme de la figure 3 l'évolution du paramètre h (en nanomètres (nm)) en fonction du diamètre d (en nanomètres (nm)) des particules perturbatrices, pour des valeurs d'absorption de photons égales à 1% (courbe supérieure) et à 4% (courbe inférieure).
Plus le diamètre d de la particule perturbatrice PP est petit, moins le paramètre h intervient dans le choix de la distance H séparant la partie avant du moyen de protection SP de la face avant de la structure réfléchissante SMR (où sont formés les motifs MF). La valeur de H doit donc être choisie supérieure ou égale à l'une des valeurs prises par doF et h.
Par exemple, au premier ordre on peut fixer les conditions suivantes : si doF est supérieure à h, la distance H doit être supérieure ou égale à doF, tandis que si doF est inférieure à h, la distance H doit être supérieure ou égale à h. En d'autres termes, au premier ordre, la valeur de H est choisie supérieure ou égale à la plus grande des valeurs prises par doF et h. Des calculs de simulation de formation d'image prenant en compte des paramètres complémentaires, comme par exemple la diffraction et/ou les différences d'indice, permettent d'affiner les conditions précitées.
Les moyens de protection SP peuvent par ailleurs présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires qui peuvent en renforcer les performances et/ou les avantages.
II est par exemple avantageux que les moyens de protection SP n' absorbent pas (ou très peu) les photons. Il est en effet rappelé qu'en lithographie par réflexion l'épaisseur optique T des moyens de protection SP est traversée deux fois. A cet effet, il est préférable d'utiliser un matériau à faible, voire très faible, vieillissement, résistant au faisceau de photons et à faible, voire très faible, oxydation.
On remarquera qu'une particule perturbatrice PP peut être traversée deux fois, mais pas par le même faisceau.
Il est par exemple également avantageux que les moyens de protection SP présentent une variation maximale d'épaisseur optique T induisant localement une déflexion du faisceau de photons négligeable devant la précision de placement des motifs MF.
Il est par exemple également avantageux que les moyens de protection SP n' induisent pas (ou très peu) de variation de phase entre les photons du faisceau qui sont réfléchis par le masque MM.
Il est par exemple également avantageux que les moyens de protection SP soient hydropho- bes. Il en effet rappelé que les molécules d'eau (H2O) sont absorbantes à 13,5 nm.
II est par exemple également avantageux que la face avant des moyens de protection SP, qui est opposée aux motifs MF, puisse être nettoyée de certaines au moins des particules perturbatrices PP qu'elle maintient. Dans ce cas, il est préférable que les moyens de protection SP puissent être inspectés, avec un contraste choisi, à l' aide de moyens d' observation travaillant dans le visible ou dans uitraviolet, par exemple à 248 nm.
Au lieu de nettoyer la face avant des moyens de protection SP, on peut envisager de les retirer du masque MM afin de les remplacer. Ce retrait peut par exemple s'effectuer par combustion ou par oxydation (notamment lorsqu'ils sont réalisés à base de nanotubes de carbone, comme on le verra plus loin) à l'aide de gaz carbonique (CO2), lequel est ensuite évaporé et pompé afin d'éviter les dépôts résiduels. Une fois ce retrait effectué, on peut alors inspecter le masque MM puis déposer de nouveaux moyens de protection SP sur sa face avant.
Il est par exemple également avantageux que les moyens de protection SP soient aptes à la thermophorèse.
II est par exemple également avantageux que les moyens de protection SP soient conducteurs électriquement, afin de les utiliser pour mettre en oeuvre un effet électrostatique, par exemple pour repousser les particules perturbatrices lorsqu'elles sont ionisées.
Il est par exemple également avantageux que les moyens de protection SP soient non dififractants et non diffusants dans l'ultraviolet (UV), y compris dans l'UV extrême, pour la qualité de l'image, notamment lorsque la longueur d'onde est égale à 13,5 nm, et pour la qualité et le contraste lors de l'inspection.
De nombreuses structures peuvent constituer les moyens de protection SP présentés ci-avant. Ces structures doivent toujours être solidarisées au substrat ST ou à la structure réfléchissante SMR, et peuvent comprendre une partie assurant le maintien à distance des particules perturbatrices PP, également appelée pellicule (ou membrane), qui est soit distante des motifs MF, soit au contact de ceux-ci.
Comme cela est schématiquement illustré sur la figure 1, les moyens de protection SP peuvent constituer une structure antireflet planaire, de préférence de type multicouches, déposée sur la face avant de la structure réfléchissante SMR et parallèlement à celle-ci. A cet effet, on peut par exemple utiliser des couches en Mo-Si. Dans une première variante, illustrée sur la figure 4, les moyens de protection SP peuvent constituer une structure composée de nanotubes orientés suivant une direction choisie par rapport à la normale N à la face avant de la structure réfléchissante SMR. Par exemple, on peut utiliser des nanotubes en carbone ou (CNT), préseniant préférentiellement des parois d'épaisseur monoatomique, espacés les uns des autres d'une distance inférieure au diamètre des particules perturbatrices PP les plus petites, et pouvant éventuellement présenter une désorientation par rapport à la normale N.
Dans une deuxième variante, illustrée sur la figure 5, les moyens de protection SP peuvent constituer une structure comportant des couches CL dans 1 esquelles sont définis des canaux CX de dimensions adaptées par rapport à celles des particules perturbatrices PP, en vue de les bloquer au niveau de leurs extrémités avant. Ces canaux CX étant remplis de "vide", ils permettent de réduire la densité du matériau. Une telle structure peut être définie à l'aide d'une technique de lithographie appliquée à un matériau tel que le Silicium (Si) ou un polymère, comme par exemple le PMMA. Elle peut également être obtenue par ajout sur la face avant de la structure réfléchissante SMR d'un cristal photonique ou de Silicium poreux.
Dans une troisième variante, illustrée sur la figure 6, les moyens de protection SP peuvent constituer une structure en mousse formant une membrane (ou pellicule), préférentiellement solidarisée à la face avant de la structure réfléchissante SMR. Comme dans la deuxième variante, la mousse contient de nombreux espaces vides qui permettent de réduire la densité du matériau. Cette mousse peut être par exemple réalisée à partir d'un polymère, tel que le PMMA, ou de nanotubes, par exemple en carbone (ou CNT), ou de Bérylium (Be), ou de Ruthénium (Ru), ou d'Argent (Ag), ou encore de Zirconium (Zr).
Dans une quatrième variante, illustrée sur la figure 7, les moyens de protection SP peuvent constituer une structure constituée d'une membrane (ou pellicule) ME solidarisée par des piliers PS à la face avant de la structure réfléchissante SMR. Certaines extrémités de piliers PS peuvent s'appuyer sur les motifs MF, comme illustré. La membrane ME est placée sensiblement parallèlement à la face avant de la structure réfléchissante SMR. Par ailleurs, l'épaisseur de la membrane ME et la hauteur des piliers PS sont choisies de sorte que leur somme soit égale à la distance H choisie. Les piliers peuvent être par exemple obtenus par croissance de germes (ou "seeds"). Une telle structure peut être par exemple réalisée à partir d'un polymère, tel que le PMMA, ou de Silicium (Si), ou encore dans un matériau antireflet, tel que Mo-Si. Le matériau constituant cette structure peut également se présenter sous la forme d'une mousse, comme dans la troisième variante présentée ci-avant en référence à la figure 6.
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de masque à motifs décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS
1. Masque (MM) à motifs (MF), pour un dispositif de lithographie par réflexion d'un faisceau de photons de longueur d' onde inférieure à environ 120 nm, comprenant un substrat planaire (ST) solidarisé aune structure réfléchissante (SMR) comportant une face avant munie de motifs (MF) choisis, réalisés dans un matériau absorbant à ladite longueur d'onde, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de protection (SP) transparents à ladite longueur d'onde et agencés pour maintenir des particules perturbatrices (PP) à une distance (H) desdits motifs (MF) supérieure ou égale à l'une de deux valeurs prises parmi une profondeur de mise au point (doF) dudit dispositif et une hauteur motif/particule perturbatrice (h) associée à un pourcentage toléré d'absorption de photons par lesdites particules perturbatrices (PP), fonction de leur diamètre (d).
2. Masque selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits moyens de protection (SP) sont agencés pour maintenir les particules perturbatrices (PP) aune distance (H) desdits motifs (MF) supérieure ou égale à la plus grande des deux valeurs prises par la profondeur de mise au point (doF) du dispositif et la hauteur motifparticule perturbatrice (h).
3. Masque selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de protection (SP) constituent une structure présentant une variation maximale d'épaisseur optique choisie de manière à induire localement une déflexion du faisceau négligeable devant la précision de placement desdits motifs (MF).
4. Masque selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de protection (SP) constituent une structure n'induisant sensiblement pas de variation de phase entre photons du faisceau réfléchis par ledit masque.
5. Masque selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de protection (SP) constituent une structure hydrophobe.
6. Masque selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de protection (SP) constituent une structure dont au moins une face avant, opposée auxdits motifs(MF), est propre à être nettoyée de certaines au moins des particules perturbatrices (PP) qu'elle maintient.
I 7. Masque selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de protection (SP) constituent une structure propre à être inspectée, avec un contraste choisi, à l'aide de moyens d'observation travaillant dans le visible ou dans l'ultraviolet.
5. Masque selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de protection (SP) constituent une structure apte à la thermophorèse.
9. Masque selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de protection (SP) constituent une structure conductrice apte à mettre en oeuvre un effet électrostatique.
10. Masque selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit effet électrostatique est destiné à repousser lesdites particules perturbatrices (PP).
11. Masque selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que lesdits moyens de protection (SP) constituent une structure non diffractante et non diffusante dans uitraviolet.
12. Masque selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ladite distance (H) est comprise entre environ 50 nm et environ 5000 nm.
13. Masque selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de protection (SP) constituent une structure déposée sur la face avant de la structure réfléchissante et parallèlement à celle-ci, et comprenant au moins une couche antireflet réalisée dans un matériau choisi.
14. Masque selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de protection (SP) constituent une structure constituée d'une mousse d'un matériau choisi.
15. Masque selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de protection (SP) constituent une structure réalisée dans un matériau choisi, déposée sur la face avant de la structure réfléchissante (SMR), et définissant des canaux (CX) permettant de réduire la densité dudit matériau.
16. Masque selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de protection (SP) constituent une structure comprenant une membrane (ME) solidarisée par des piliers (PS) à la face avant de la structure réfléchissante, et dans une position sensiblement parallèle à ladite face avant, l'épaisseur de ladite membrane (ME) et la hauteur desdits piliers (PS) étant choisies de sorte que leur somme soit égale à ladite distance choisie (H).
17. Masque selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de protection (PS) constituent une structure composée de nanotubes orientés suivant une direction choisie par rapport à la normale (N) à ladite face avant de la structure réfléchissante (SMR).
18. Masque selon l'une des revendications 13 à 17, caractérisé en ce que ledit matériau est choisi parmi au moins les polymères transparents à ladite longueur d'onde, le Carbone, les nanotubes de Carbone, le Silicium, le Bérylium, le Ruthénium, l'Argent et le Zirconium.
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