FR2802311A1 - Dispositif de lithographie utilisant une source de rayonnement dans le domaine extreme ultraviolet et des miroirs multicouches a large bande spectrale dans ce domaine - Google Patents
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Abstract
Dispositif de lithographie utilisant une source de rayonnement dans le domaine extrême ultraviolet et des miroirs multicouches à large bande spectrale dans ce domaine.Chaque miroir (24, 26, 29) comprend un empilement de couches d'un premier matériau et de couches d'un deuxième matériau alternant avec les précédentes. Le premier matériau a un numéro atomique supérieur à celui du deuxième. L'épaisseur de paires de couches adjacentes est une fonction monotone de la profondeur dans l'empilement. La source (22) comprend au moins une cible (28) qui émet le rayonnement par interaction avec un faisceau laser focalisé sur l'une de ses faces. On utilise une partie (36) du rayonnement émise à partir de l'autre face. L'invention s'applique à la fabrication de circuits intégrés à haut degré d'intégration.
Description
<B>DISPOSITIF DE</B> LITHOGRAPHIE UTILISANT <B>UNE SOURCE DE</B> RAYONNEMENT <B>DANS LE</B> DOMAINE EXTRÊME ULTRAVIOLET <B>ET DES</B> <B>MIROIRS MULTICOUCHES À</B> LARGE <B>BANDE</B> SPECTRALE DANS <B>CE</B> DOMAINE <B>DESCRIPTION</B> DOMAINE <B>TECHNIQUE</B> La présente invention concerne un dispositif de lithographie utilisant une source de rayonnement extrême ultraviolet ainsi que des miroirs multicouches prévus pour réfléchir ce rayonnement extrême ultraviolet que l'on appelle aussi rayonnement EUV ou rayonnement X-üV .
La longueur d'onde d'un tel rayonnement est comprise dans le domaine allant de 8 nm à 25 nm. L'invention s'applique tout particulièrement à la fabrication de circuits intégrés à très haut degré d'intégration, l'utilisation d'un rayonnement EUV permettant de diminuer le pas gravure de tels circuits.
<B>ÉTAT DE LA TECHNIQUE</B> ANTÉRIEURE On connaît principalement deux techniques de production d'un rayonnement EUV intense. E1 reposent toutes deux sur la collection des photons produits, grâce au processus microscopique d'émission spontanée, par un plasma chaud et peu dense qui est engendré au moyen d'un laser. La première technique utilise un de xénon irradié par un laser YAG dont la puissance est voisine de 1 kW. En effet, lorsque la nature du et les conditions de détente dans le vide ( vacuum ) sont bien choisies, il se crée naturellement dans le jet, par interaction à plusieurs corps, des agrégats ( clusters ). Ce sont des macro-particules qui peuvent contenir jusqu'à un million d'atomes et présentent une densité suffisamment élevée (environ un dixième de la densité du solide) pour absorber le faisceau laser et chauffer ainsi les atomes du gaz environnant qui peuvent alors, par fluorescence, émettre des photons.
La deuxième technique utilise la couronne d'un plasma de numéro atomique élevé, obtenu par interaction d'un faisceau laser, qui provient laser KrF et dont l'intensité est voisine de 1012 W/cm2 et d'une cible solide de forte épaisseur (au moins 1M).
Le faisceau laser est focalisé sur une face cette cible, appelée face avant et l'on utilise le rayonnement EUV émis par cette face avant et engendré par interaction du faisceau laser et du matériau de la cible.
Que l'on utilise la première ou la deuxième technique, le rayonnement EUV obtenu comprend un spectre continu en énergie et d'intenses raies d'émission.
Les sources de rayonnements EUV qui mettent en oeuvre la première ou la deuxième technique présentent les inconvénients suivants. Ces sources ont une émission isotrope, présentant donc une grande divergence angulaire, et le spectre du rayonnement EUV émis comporte des raies de faible largeur spectrale.
A chaque source, il faut alors associer moyens optiques de collection complexes, permettant de récupérer le maximum du large domaine angulaire d'émission de la source.
Ces moyens optiques formés à partir de miroirs multicouches, doivent être réalisés de façon que leurs réponses spectrales soient centrées sur la raie d'émission choisie pour l'insolation d'un échantillon, en limitant au mieux la perte d'intensité due aux multiples réflexions sur les miroirs multicouches.
Un exemple connu de dispositif de lithographie utilisant des rayonnements EUV, dont les longueurs d'onde se situent par exemple aux environs de 10 nm à 14 nm, est schématiquement représenté sur figures 1 et 2. Un tel dispositif est également appelé dispositif de lithographie EUV .
Ce dispositif connu est destiné à insoler échantillon E. I1 s'agit en général d'un substrat semiconducteur 2 (par exemple en silicium) sur lequel t déposée une couche de résine photosensible ( photoresist layer ) 3 et l'on veut insoler cette couche suivant un motif ( pattern ) déterminé.
Après insolation de la couche 3, développe cette dernière et l'on peut alors graver ( etch ) le substrat 2 suivant le motif.
Le dispositif des figures 1 et 2 comprend - un support 4 de l'échantillon, - un masque 5 comprenant le motif déterminé sous une forme agrandie, - une source 6 de rayonnement dans le domaine extrême ultraviolet (figure 2), des moyens optiques 7 de cdllection et transmission du rayonnement au masque 5, ce dernier fournissant une image du motif sous forme agrandie et des moyens optiques 8 de réduction de cette image et de projection de l'image réduite sur la couche de résine photosensible (choisie de façon à être sensible au rayonnement incident).
La source connue 6 de rayonnement comprend des moyens de formation d'un jet J d'agrégats ( clusters ) de xénon. Seule la buse 9 que comprennent ces moyens de formation est représentée sur la figure 2.
La source comprend aussi un laser (non représenté) dont le faisceau F est focalisé en un point S du jet J par des moyens optiques de focalisation 10. L'interaction de ce faisceau F et des agrégats de xénon engendre le rayonnement EUV référencé R.
Le point S est visible sur la figure 1 (mais pas la buse ni le jet d'agrégats de xénon).
Parmi les moyens optiques 7 de collection et de transmission du dispositif se trouve un collecteur optique 11 pourvu d'une ouverture centrale 12 pour laisser passer le faisceau laser focalisé F.
Ce collecteur optique 11 est placé en regard du jet d'agrégats de xénon et destiné à collecter une partie du rayonnement EUV émis par les agrégats de xénon et à transmettre rayonnement collecté 13 vers d'autres composants optiques faisant également partie des moyens optiques 7 de lection et de transmission.
Ces moyens optiques 7 de collection et de transmission, le masque 5, qui est utilisé en réflexion, et les moyens optiques 8 de réduction et de projection sont des miroirs multicouches 14 qui réfléchissent sélectivement le rayonnement EUV et sont conçus de telle façon que leurs réponses spectrales soient centrées sur la longueur d'onde choisie pour 1 insolation de la couche de résine photosensible 3.
On précise que le motif suivant lequel on veut graver l'échantillon est formé le miroir multicouches correspondant au masque 5, avec un facteur grandissement adapté aux moyens optiques de réduction et de projection, et ce miroir multicouches est recouvert, sauf au niveau de ce moti d'une couche (non représentée) qui est apte à absorber le rayonnement EUV incident.
Dans le domaine des longueurs d'onde des rayonnements EUV, la résolution spectrale AX/X des miroirs vaut environ 4%.
La largeur du domaine spectral utile pour 1 insolation est obtenue par convolution de la largeur spectrale de la source de rayonnement et de cette résolution spectrale.
Les miroirs multicouches connus, sur lesquels on reviendra par la suite et qui sont utilisés dans le dispositif de lithographie des figures 1 et 2, présentent en particulier l'inconvénient suivant : leur bande spectrale, qui est centrée sur la longueur d'onde choisie pour l'insolation, est étroite.
I1 en résulte une réduction de 'efficacité du dispositif de lithographie.
Ces miroirs multicouches EUV présentent également l'inconvénient de se déformer lorsqu'ils sont exposés au flux thermique important, provenant de la source de rayonnement EUV du dispositif.
<B>EXPOSÉ DE</B> L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer un dispositif de lithographie EUV beaucoup plus efficace que les dispositifs connus, considérés plus haut.
Le dispositif objet de l'invention comprend une source de rayonnement EüV qui est anisotrope. Ce rayonnement EUV est émis par la face arrière d'une cible solide d'épaisseur appropriée sur face avant de laquelle est focalisé un faisceau laser.
Une telle source anisotrope permet augmenter la partie utile du faisceau de rayonnement EUV et de simplifier la collection de ce rayonnement.
De plus, le dispositif objet de l'invention comprend des miroirs multicouches aptes à réfléchir le rayonnement EUV engendré, chaque miroir multicouches ayant une bande spectrale (encore appelée largeur spectrale ou bande passante ) plus importante que celle des miroirs multicouches connus, mentionnés plus haut. La source utilisée dans l'invention, dont spectre d'émission est plus proche du corps noir sur large domaine spectral, et les miroirs multicouches à large bande spectrale, également utilisés dans l'invention, coopèrent pour conduire à un dispositif apte à fournir, à l'échantillon que 1.'on veut insoler, un rayonnement EUV plus intense que dans l'art antérieur.
Un autre but de l'invention de minimiser les déformations thermiques des miroirs multicouches qui sont utilisés dans l'invention lorsque ces miroirs multicouches sont exposés au flux intense de rayonnement EUV.
De façon précise, la présente invention a pour objet un dispositif de lithographie comprenant - un support d'un échantillon destiné à être insolé suivant un motif déterminé, - un masque comprenant le motif déterminé sous une forme agrandie, - une source de rayonnement dans le domaine extrême ultraviolet, des moyens optiques de collection et de transmission du rayonnement au masque, ce dernier fournissant une image du motif sous forme agrandie, et des moyens optiques de réduction de cette image de projection de l'image réduite sur l'échantillon, le masque, les moyens optiques de collection et de transmission et les moyens optiques de réduction et de projection comprenant des miroirs multicouches, chaque miroir multicouches comprenant un substrat et, sur ce substrat, un empilement de couches d'un premier matériau et de couches d'un deuxième matériau qui alternent avec les couches du premier matériau, ce premier matériau ayant un numéro atomique supérieur à celui du deuxième matériau, les premières et deuxièmes couches coopérant pour réfléchir le rayonnement extrême ultraviolet, l'empilement ayant une surface libre sur laquelle arrive le rayonnement à réfléchir, dispositif étant caractérisé en que la source comprend au moins une cible solide, ayant des première deuxième faces, cette cible étant apte à émettre le rayonnement extrême ultraviolet par interaction avec un faisceau laser focalisé sur la première face de la cible, cette cible étant apte à émettre, de façon anisotrope, une partie du rayonnement extrême ultraviolet à partir de la deuxième face de cette cible, en ce que les moyens optiques collection et de transmission sont prévus pour transmettre, au masque, la partie du rayonnement extreme ultraviolet provenant de la deuxième face de la cible de la source, et en ce que l'épaisseur de paires de couches adjacentes de l'empilement de couches que comprend chaque miroir est une fonction monotone de la profondeur dans l'empilement, cette profondeur étant comptée à partir de la surface libre de l'empilement.
Par fonction monotone , on entend une fonction qui est soit croissante soit décroissante. Selon un mode de réalisation préféré du dispositif objet de l'invention, la cible contient un matériau qui est apte à émettre le rayonnement extrême ultraviolet par interaction avec le faisceau laser et dont l'épaisseur est comprise dans un intervalle allant d'environ 0,05 um à environ 5 um.
De préférence, la cible contient un matériau qui est apte à émettre le rayonnement extrême ultraviolet par interaction avec le faisceau laser et dont le numéro atomique appartient à l'ensemble des numéros atomiques allant de 13 à 92.
Selon un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, ce dispositif comprend pluralité de cibles qui sont rendues solidaires les unes des autres, le dispositif comprenant en outre des moyens de déplacement de cette pluralité de cibles pour ces cibles reçoivent successivement le faisceau laser.
Le dispositif peut comprendre en outre des moyens de support auxquels sont fixées les cibles et qui sont aptes à laisser passer le faisceau laser en direction de ces cibles, les moyens de déplacement étant prévus pour déplacer ces moyens de support et donc les cibles.
Ces moyens de support peuvent être aptes à absorber des rayonnements émis par la première face de chaque cible qui reçoit le faisceau laser et réémettre ces rayonnements vers cette cible.
Selon un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, moyens de support comprennent une ouverture en regard de chaque cible, cette ouverture étant délimitée par deux parois sensiblement parallèles l'une à l'autre et perpendiculaires à cette cible. Selon un deuxième mode de réalisation particulier, les moyens de support comprennent une ouverture en regard de chaque cible, cette ouverture etant délimitée par deux parois qui vont vers la cible s'écartant l'une de l'autre.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le dispositif comprend en outre des moyens auxiliaires fixes qui sont aptes à laisser passer le faisceau laser en direction de la cible, à absorber le faisceau laser en direction de la cible, à absorber des rayonnements émis par la première face de cette cible et à réémettre ces rayonnements vers cette cible.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'empilement que comporte chaque miroir multicouches est subdivisé en ensembles d'au moins une paire de première et deuxième couches l'épaisseur de ces ensembles est une fonction monotone de la profondeur dans l'empilement, cette profondeur étant comptée à partir de la surface libre de 'empilement.
Selon un-mode de réalisation particulier de l'invention, les accroissements d'épaisseur de ces ensembles forment une progression arithmetique.
De préférence, les première et deuxième couches de chaque ensemble ont sensiblement la même épaisseur.
A titre d'exemple, les premier et deuxième matériaux peuvent être respectivement le molybdène et le béryllium ou le molybdène et le silicium.
Le substrat peut être par exemple en silicium ou en germanium. De préférence, l'épaisseur du substrat est comprise dans l'intervalle allant d'environ 5 mm à environ 40 mm et l'épaisseur de l'empilement vaut environ 1 um.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, chaque miroir multicouches est muni de moyens de refroidissement de ce miroir multicouches pour en réduire les déformations lors un éclairement par le rayonnement EUV.
De préférence, ces moyens de refroidissement sont prévus pour refroidir le miroir jusqu' une température environ égale à K.
On utilise par exemple des moyens de refroidissement du miroir par l'hélium liquide, le fréon, 'azote liquide ou un fluide de refroidissement caloporteur à basse température proche de 0 K.
L'échantillon que l'on veut insoler peut comprendre un substrat semiconducteur sur lequel est déposée une couche de résine photosensible qui est destinée à être insolée suivant le motif déterminé.
BRÈVE <B>DESCRIPTION DES DESSINS</B> La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels # les figures 1 et 2 illustrent schématiquement un dispositif connu de lithographie EUV et ont déjà été décrites, # la figure 3 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif de lithographie objet de l'invention, # la figure 4 est une vue en perspective schématique d'un ruban formant un ensemble de cibles qui sont utilisables dans l'invention, # les figures 5 et 6 sont des vues en perspectives schématiques et partielles de sources rayonnement EUV utilisables dans l'invention, # la figure 7 est une vue en perspective schématique et partielle d'une autre source rayonnement EUV utilisable dans l'invention, # la figure 8 est une vue en coupe schématique d'un miroir multicouches connu, # la figure 9 montre la courbe représentative variations du pouvoir réflecteur en fonction de 1 énergie pour ce miroir multicouches connu (courbe I) et pour un miroir multicouches utilisable dans l'invention (courbe II), # figure 10 est une vue en coupe schématique d'un mode de réalisation particulier d'un miroir multicouches utilisable dans l'invention, # la figure 11 illustre schématiquement courbure générale subie par un miroir multicouches soumis à un flux thermique important, # la figure 12 illustre schématiquement déformation locale subie par un miroir multicouches soumis à un flux thermique important, # la figure 13 montre la courbe représentative des variations de la conductivité thermique k (courbe I) et du coefficient dilatation thermique a (courbe II), pour silicium, en fonction de la température, # la figure 14 montre la courbe représentative des variations du rapport a/k en fonction de la température, et # la figure 15 est une vue schématique de moyens de refroidissement d'un miroir multicouches, qui sont utilisables dans l'invention.
<B>EXPOSE DÉTAILLÉ DE MODES DE</B> RÉALISATION <B>PARTICULIERS</B> Un plasma créé par interaction d'une cible solide et d'un faisceau laser comporte plusieurs zones. I1 y certes la zone d'interaction 'on appelle la couronne mais il y a aussi, de façon successive et simplifiée - une zone appelée zone de conduction où le faisceau laser ne pénètre pas et dont 'evolution est commandée par les conductions thermique, électronique et radiative, une partie des photons émis par les ions de la couronne étant émise en direction de la partie froide et dense de la cible, et - la zone d'absorption et de ré-émission où les photons d'énergies élevées, qui arrivent de la couronne ou de la zone de conduction, sont absorbés la matière dense et froide et contribuent ainsi au chauffage de cette matière et donc à l'émission de photons d'énergies inférieures. Ces derniers forment une onde radiative qui possède, dans le milieu, une direction privilégiée de propagation le long du gradient de température et qui peut, lorsque la cible n'est pas trop épaisse sortir de la cible par la face arrière de celle-ci, face qui est géométriquement opposée à celle ou le laser a interagi. L'efficacité de conversion en la face arrière (rapport entre l'énergie radiative, toutes longueurs d'onde comprises, à l'énergie laser incidente) peut être voisine de 30%.
Cette émission à partir de la face arrière de la cible se caractérise par une distribution spectrale très différente de celle de la face avant car les conditions de température et de densité des zones responsables de l'émission de photons sont très férentes. Le rayonnement émis possède naturellement distribution angulaire, même avec une cible parfaitement plane : ce rayonnement n'est pas isotrope.
De plus, la vitesse caractéristique de détente de la face arrière est inférieure, de plusieurs ordres de grandeur, à celle de la face avant, la majorité de l'énergie étant sous forme de rayonnement.
Ainsi utilise-t-on, dans la présente invention, le rayonnement EüV émis par la face arrière cible solide d'épaisseur appropriée, sur la face avant de laquelle on focalise le faisceau laser. On obtient de cette façon un rayonnement EUV anisotrope et ' réduit au minimum les débris de matière.
Pour engendrer le rayonnement EUV, la cible contient, de préférence, un matériau dont le numéro atomique Z est tel que 13 < Z < 92. On peut mélanger ou associer à ce matériau d'autres matériaux également aptes à engendrer, par interaction avec le faisceau laser, un rayonnement EUV possédant les bonnes caractéristiques spectrales.
En outre, on peut éventuellement lui associer un plusieurs autres matériaux destinés à filtrer un rayonnement parasite.
L'epaisseur du matériau générateur de rayonnement EUV, ou élément actif, est de préférence comprise entre 0,05 um et 5 pm.
De préférence, on optimise la cible pour obtenir une émission efficace par la face arrière, sans que la détente de la matière soit trop importante.
On adapte aussi les caractéristiques du laser (en particulier la durée et la forme temporelle des impulsions lumineuses qu'il fournit, la longueur d'onde et 1 intensité) à l'obtention des conditions thermodynamiques requises dans la cible pour une conversion optimale en la face arrière dans la gamme de longueurs d'onde souhaitée qui va par exemple de 10 nanomètres à 20 nanomètres.
la figure 3 on a représenté schématiquement un mode de réalisation particulier du dispositif lithographie objet de l'invention.
Ce dispositif de lithographie comprend un support 16 d'un substrat semiconducteur 18, par exemple un substrat de silicium, sur lequel est déposée une couche 20 de résine photosensible, destinée à être insolée suivant un motif déterminé.
Outre une source 22 de rayonnement EUV, le dispositif comprend - un masque 24, comprenant le motif sous une forme agrandie, - des moyens optiques 26 de collection et de transmission, au masque 24, de la partie de rayonnement EUV fournie par la face arrière de la cible solide 28 que comporte la source, le masque 24 fournissant une image de ce motif sous forme agrandie, et des moyens optiques 29 de réduction de cette image et de projection de l'image réduite sur la couche 20 de résine photosensible.
La cible est par exemple faite d'un matériau tel que l'argent, le cuivre, l'etain, le samarium ou le rhénium et a une faible épaisseur (par exemple de l'ordre de 1 pm).
Pour engendrer le rayonnement EUV destiné à insoler la couche de résine photosensible, focalise une première face 30 de la cible, appelée face avant , par l'intermédiaire de moyens optiques de focalisation 32, un faisceau pulsé 34 émis un laser pulsé 35. La cible 28 émet alors un rayonnement EUV anisotrope 36 à partir de sa face arrière 37 qui est opposée à la face avant 30.
On précise que la source 22, les moyens optiques 26 de collection et de transmission, le collecteur 26, le masque 24, les moyens optiques 29 et support 16 portant le substrat 20 sont placés dans enceinte (non représentée) où l'on établit une basse pression. Le faisceau laser est envoyé dans cette enceinte à travers un hublot approprié (non représenté). Dans l'exemple de la figure 3 les moyens optiques de collection 26 consistent en un collecteur optique qui est disposé en regard de la face arrière 37 de la cible 28, prévu pour collecter le rayonnement EUV émis de façon anisotrope par cette face arrière, mettre en forme ce rayonnement et l'envoyer vers masque 24.
Dans le dispositif de la figure 3, il n'est donc pas nécessaire de prévoir des moyens optiques supplémentaires entre le collecteur 26 et masque 34, où une simplification des moyens optiques du dispositif de lithographie.
On voit que la cible de faible épaisseur 28 fixée par sa face avant 30 à un support 38 pourvu d'une ouverture 40 permettant le passage du faisceau laser focalisé 34 pour que celui atteigne cette face avant.
En pratique, étant donné qu' impulsion laser détruit localement la cible de faible épaisseur, on ne peut pas envoyer deux fois le faisceau laser au même endroit de la cible. C'est pourquoi munit le support 38 de moyens de déplacement (non représentés sur la figure 3) permettant d'exposer successivement différentes zones de la cible au faisceau laser focalisé.
Ceci est schématiquement illustré par la figure 4 où l'on voit une cible solide de faible épaisseur (par exemple 1 gm) sous forme d' ruban fixé à un support souple 44 qui est par exemple en matière plastique et pourvu d'une ouverture longitudinale 46 pour laisser passer le faisceau focalisé 34. L'ensemble cible-support forme un ruban composite souple qui est déroulé à partir d'une première bobine 48 et s'enroule sur une deuxième bobine 50 susceptible d'être mise en rotation par des moyens appropriés (non représentés), ce qui permet de déplacer la cible en regard du faisceau laser focalisé dont les impulsions atteignent successivement différentes zones de la cible. On peut alors considérer qu'on a plusieurs cibles assemblées les unes aux autres.
Dans une variante (non représentée), on peut encore utiliser un ruban souple en matière plastique en tant que support de cible et fixer plusieurs cibles à intervalles réguliers sur ce support, une ouverture étant alors prévue dans le support en regard de chaque cible pour laisser passer le faisceau focalisé.
De préférence, au lieu d'un ruban en matière plastique, on utilise, en tant que support de cible, un ruban 52 (figure 5) par exemple en cuivre, en argent, en étain, en samarium ou en rhénium, apte à absorber le ou les rayonnements émis par la face avant de la cible 42 sous l'impact du faisceau focalisé 34 et à réémettre ce ou ces rayonnements en direction de cette cible (qui est mobile avec le ruban 52). Ce ruban 52 a par exemple une épaisseur de l'ordre de 5 um à 10 j.im.
L'ouverture longitudinale permettant le passage du faisceau laser 34 qui est focalisé sur la cible peut être délimitée par deux parois 54 et 56 sensiblement parallèles l'une à l'autre et sensiblement perpendiculaires à la cible comme on le voit sur la figure Cependant, pour une meilleure absorption du ou des rayonnements émis par la face avant de la cible et une meilleure réémission de ceux-ci vers la cible, il est préférable que les deux parois délimitant l'ouverture aillent en s'écartant l'une de l'autre vers la cible comme on le voit sur la figure 6 où ces deux parois les références 55 et 57.
Dans un autre exemple schématiquement représenté sur la figure 7 la cible 42 est fixée à un support mobile 44 du genre de celui qui a été décrit en faisant référence à la figure 4. De plus, dans l'exemple de la figure 7, la source de rayonnement EUV comprend une pièce 58 fixe par rapport au faisceau laser focalisé 34 et disposée en regard de la face avant la cible.
Cette pièce comprend une ouverture permettant le passage du faisceau laser que l'on focalise sur cette face avant de la cible et l'ouverture dont est pourvue cette pièce va en s'évasant vers la cible et comprend donc deux parois 60 et 62 inclinées par rapport à cette cible et allant en s'éloignant l'une de l'autre vers la cible.
Le ou les rayonnements 64 émis par la face avant la cible 42 sont alors absorbés ces parois 60 et et réémis en direction de la face avant de la cible.
Le rayonnement EUV 36 émis la face arrière la cible est ainsi plus intense. Avant de décrire un exemple de miroir multicouches utilisable dans l'invention, on revient sur un miroir multicouches connu, destiné à réfléchir des rayonnements du domaine extrême ultraviolet, en faisant référence à la figure 8.
Ce miroir multicouches connu comprend un substrat 64 par exemple en silicium et, sur ce substrat 64 un empilement de couches 66 d'un premier matériau et de couches 68 d'un deuxième matériau qui alternent avec les couches du premier matériau.
Ce premier matériau (par exemple le molybdène) a un numéro atomique supérieur à celui du deuxième matériau (par exemple le silicium).
Les premières et deuxièmes couches coopèrent pour réfléchir les rayonnements du domaine extrême ultraviolet dans un intervalle longueurs d'onde centré sur une longueur d'onde déterminée.
L'empilement a une surface libre 70 sur laquelle arrivent les rayonnements 40 l'on veut réfléchir.
Dans ce miroir multicouches connu, l'épaisseur d des paires de couches acentes de l'empilement est constante. Cette épaisseur s'appelle la distance inter-réticulaire .
On note 6 l'angle d'attaque d'un rayonnement 40 que l'on veut réfléchir. angle est le complémentaire de l'angle d'incidence de ce rayonnement. En outre on note X la longueur d'onde du rayonnement réfléchi et k l'ordre de réflexion.
L'alternance des couches premier matériau, ou matériau lourd, et des couches deuxième matériau, ou matériau léger, induit une variation périodique de l'indice optique en fonction l'épaisseur. Cette variation permet de réfléchir selectivement les rayonnements incidents.
En effet, si une onde électromagnétique frappe un grand nombre de couches réfléchissantes équidistantes, les interférences sont partout destructives dans la direction des ondes réfléchies sauf si la différence de marche est égale à un nombre entier de longueurs d'onde.
Ce phénomène de réflexion sélective peut être décrit par une loi analogue à la loi de Bragg 2d x sin9 = k x X,.
Sur la figure 9, on a tracé la courbe I représentative des variations du pouvoir réflecteur P ( unités arbitraires) d'un miroir multicouches du genre de celui de la figure 8 en fonction de l'énergie En (en eV) du rayonnement incident, pour des valeurs déterminées de k et 6. La largeur à mi-hauteur de cette courbe I vaut environ 6 eV.
Le miroir multicouches de la figure 8 est donc une structure périodique qui possède une bande passante étroite.
Dans la présente invention, on souhaite utiliser des miroirs multicouches dont la bande passante est large, afin de collecter des flux photons aussi grands que possible.
Pour obtenir cette augmentation de la bande passante, conformément à l'invention on modi graduellement la distance inter-réticulaire d lorsque le rayonnement pénètre dans la multicouche.
On doit donc choisir la nature les épaisseurs successives des couches déposées pour adapter la structure du miroir multicouches.
L'optimisation de ce miroir multicouches ce qui concerne la nature et les épaisseurs des couches déposées) s'effectue à l'aide d'un code de calcul récursif de transport du faisceau de rayonnement dans l'empilement des couches.
La figure 10 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un mode de réalisation particulier de miroirs multicouches utilisables dans l'invention.
Le miroir multicouches de la figure 10 comprend un substrat 74 et, sur ce substrat , un empilement de couches 76 d'un premier matériau et de couches 78 d'un deuxième matériau qui alternent avec les couches du premier matériau, ce premier matériau, ou matériau lourd, ayant un numéro atomique supérieur à celui du deuxième matériau, ou matériau léger.
Les premières et deuxièmes couches coopèrent pour réfléchir des rayonnements EUV dans un intervalle de longueur d'onde centrée sur une longueur d'onde déterminée.
On voit aussi sur la figure 10 la surface libre 80 de l'empilement sur laquelle arrive le rayonnement EUV 82 à réfléchir.
Contrairement au miroir multicouches connu de la figure 8, dans le miroir multicouches de la figure 10, l'épaisseur des paires de couches adjacentes de l'empilement est une fonction croissante de la profondeur dans l'empilement, cette profondeur étant comptée à partir de la surface libre 80 l'empilement. Dans l'exemple représenté sur la figure , les premier et deuxième matériaux sont encore respectivement le molybdène et le silicium et le substrat 74 est en silicium. Cependant, on pourrait aussi utiliser le béryllium en tant que deuxième matériau et le substrat 74 pourrait être en germanium.
Dans l'exemple de la figure 10, 1 empilement est composé de plusieurs groupes comprenant chacun une pluralité de bi-couches (une couche de premier matériau et une couche adjacente de deuxième matériau), par exemple sept bi-couches ou huit couches, et l'épaisseur de ces groupes va augmentant depuis la surface libre 80 de l'empilement 'usqu'au substrat 74. Les accroissements d'épaisseur des groupes forment par exemple une progression arithmétique et, dans chaque groupe, toutes les couches sensiblement la même épaisseur.
A titre d'exemple, on trouve en allant surface libre 80 jusqu'au substrat 74, sept paires ayant une épaisseur totale E1 puis sept paires ayant une épaisseur totale E1+DE puis sept paires ayant une épaisseur totale E1+24E et ainsi de suite jusqu'au substrat 74.
Dans le miroir multicouches de la figure 10, l'épaisseur totale de l'empilement de couches vaut par exemple 1 um. Le rayonnement EUV 82 se réfléchit sur les dioptres consécutifs formés entre le matériau lourd et le matériau léger. Si la condition d'interference constructive entre les ondes réfléchies les différents dioptres est réalisée (2d x sinA = kxk), le rayonnement sort de la multicouches (loi de Bragg).
L'épaisseur du substrat 74 dépend de la forme et de la qualité de polissage de ce substrat. Cette epaisseur du substrat 74 est comprise entre 5 mm et 40 Pour fabriquer un empilement du genre de celui de la figure 10, on dépose successivement toutes les couches 78 et 76, avec les épaisseurs souhaitées, sur le substrat 74, par exemple au moyen d'une technique de pulvérisation cathodique ( cathodic sputtering ).
Certes, il est connu d'utiliser des multicouches ayant une configuration comparable à celle de la figure 10 mais pour un tout autre domaine de longueurs d'onde et pour une tout autre fonction : ces empilements multicouches connus servent de filtres passe-bande pour des rayonnements du domaine visible.
I1 convient de noter que, dans le domaine EUV, la conception des miroirs multicouches utilisables dans l'invention est particulière notamment en qui concerne la nature, les épaisseurs, les densités les constantes optiques des matériaux et la qualité des dépôts.
Dans le dispositif de lithographie de la figure 3 les miroirs multicouches avec lesquels sont formés le collecteur 26, le masque 24 et les moyens optiques 29 de projection et de réduction sont des miroirs multicouches du genre de celui de la figure 10 et aptes à réfléchir des rayonnements EUV dont les longueurs d'onde sont centrées sur une longueur d'onde determinée (par exemple 12 nm).
En particulier le collecteur 26 peut être formé par la réunion de plusieurs collecteurs élémentaires constituant des miroirs multicouches du genre de celui de la figure 10.
La figure 9 montre la courbe II représentative des variations du pouvoir réflecteur P ( unités arbitraires) en fonction de l'énergie En (en eV), pour un miroir multicouches utilisable dans l'invention, par exemple du genre de celui de la figure On voit l'augmentation importante de la largeur à mi-hauteur qui vaut 9 eV pour la courbe rapport à un miroir multicouches de l'art antérieur (courbe I).
Dans l'invention on augmente donc bien bande passante des miroirs multicouches pour rayonnement EUV.
On explique maintenant une manière minimiser les déformations thermiques subies par un miroir multicouches quelconque, en particulier miroir multicouches utilisable dans l'invention lorsque ce miroir multicouches est exposé à un rayonnement EUV intense.
Pour obtenir un tel miroir, on dépose par exemple, sur un substrat en silicium, poli optiquement à la forme désirée, une centaine de paires de couches épaisseurs appropriées (les couches de matériau lourd alternant avec les couches de matériau léger), pour obtenir une épaisseur totale de couches de l'ordre de um. Cette épaisseur est donc négligeable par rapport à celle du substrat (par exemple quelques millimètres) qui assure la forme du miroir multicouches.
Les déformations d'un miroir plan soumis à densité de flux thermique sur sa face avant sont nature géométrique. Ces déformations ont deux composantes.
La première composante est parallèle à surface de la plaque formant le miroir. Cette première composante conduit à une courbure sphérique générale un effet de bilame et résulte de la différence température entre la face avant et la face arrière du miroir.
La deuxième composante est perpendiculaire à la surface du miroir et provoque une déformation locale, à savoir une augmentation locale, de l'épaisseur du miroir. Elle est due à l'inhomogénéité de la densité du flux thermique auquel est soumis le miroir.
La courbure générale (effet de bilame) est schématiquement illustrée par la figure 11. On voit le rayonnement EUV 84 incident sur le miroir multicouches 86.
La différence de température ATs entre face avant et la face arrière du miroir provoque courbure générale sphérique avec une pente maximale associée Ap. Pour un miroir non refroidi, dont les bords sont libres, cette pente s'exprime par l'équation suivante où (p est la densité de flux thermique W/mma), (X le coefficient de dilatation thermique du miroir, k la conductivité thermique du miroir, C une constante qui vaut 1 pour une courbure sphérique et 1/2 dans le cas d'une courbure cylindrique et 1i la moitié de la longueur du miroir Ap = C x (oc/k) x (p x l i.
Cette pente associée à la courbure générale varie de manière linéaire avec le flux incident. Elle est d'autant plus grande que le rapport ec/k est grand et que les dimensions du faisceau sur le miroir sont importantes.
La pente dp est indépendante de l'épaisseur du miroir et de l'angle d'attaque du rayonnement sur miroir. Le rayon de courbure associé à la déformation du miroir ne dépend pas des dimensions de ce miroir. rayon de courbure R s'exprime par la relation R = (p-1 x (k/(c) .
On considère maintenant la déformation locale qui est schématiquement illustrée sur la figure 12. Cette déformation locale est due à la dilatation du miroir perpendiculairement à sa surface. Elle est due à l'inhomogénéité du flux incident sur le miroir. Cette inhomogénéité est induite par la divergence angulaire du faisceau 84 qui peut par exemple suivre une loi de distribution gaussienne.
La pente maximale Oh associée à cette déformation locale s'exprime par la relation suivante Ah = 2 x x/k) x (e2/Li) x (po.
Dans cette formule, (po est densité de flux au centre de l'empreinte du faisceau le miroir multicouches, e l'épaisseur de ce miroir, a le coefficient de dilatation thermique, k conductivité thermique du miroir et Li la largeur- ' mi-hauteur de l'empreinte du faisceau sur le miroir.
La pente ah varie de manière linéaire avec le flux incident. Elle est d'autant plus grande que le rapport oc/k est grand et que l'impact faisceau sur le miroir est faible. Cette pente varie comme le carré de l'épaisseur du miroir.
Pour réduire les effets de ces déformations mécaniques il faut que l'empreinte du faisceau sur le miroir multicouches ait de grandes dimensions, pour étendre la densité de flux thermique, et il faut un miroir de faible épaisseur, peu absorbant vis-à-vis du rayonnement et possédant un faible rapport W k.
L'empreinte du faisceau sur le miroir multicouches dépend de l'angle d'attaque choisi pour la réflexion. Cet angle d'attaque est voisin de 90 , ce minimise l'empreinte du faisceau.
Les choix de la nature du miroir et de son épaisseur dépendent des techniques de polissage permettant d'obtenir la forme et la rugosité souhaitées.
La conductivité thermique k et le coefficient de dilatation oc varient en fonction de la température. Comme le montre la figure 13, dans le cas du silicium, on peut profiter du très faible coefficient de dilatation a de ce matériau, associé à une forte conductivité thermique k lorsque la température est voisine de 125 K.
On voit sur cette figure 13 la courbe II représentative des variations du coefficient oc dilatation thermique du silicium .(en 10-6 K-1) fonction de la température T (en K) et la courbe I représentative des variations de la conductivité thermique k (en W/m.K) en fonction de la température (en K).
Dans ce cas, le rapport #/k tend vers 0 quand température tend vers zéro, ce qui minimise les déformations mécaniques dues au flux thermique. On se reportera à la figure 14 qui montre la courbe représentative des variations de oc/k (en 10-6 m/W) en fonction de la température (en K).
De préférence, dans l'invention, on refroidit donc les miroirs multicouches par exemple du genre celui de la figure 10, à une basse température, voisine de 100 K, pour minimiser les déformations mécaniques dues au flux thermique lors de l'utilisation du dispositif de lithographie EUV, quel que soit le matériau du substrat du miroir (silicium germanium par exemple).
La figure 15 illustre schématiquement cela.
On y voit un miroir multicouches qui comprend empilement 88 de couches alternées sur un substrat 90 et qui est refroidi. Pour ce faire, le miroir est placé sur un support 92 dans lequel on fait circuler l'azote liquide. En variante, ce support 92 contient réservoir d'azote liquide.
On 'duit ainsi les déformations du miroir multicouches lorsqu'il reçoit un flux important de rayonnement EUV Revenons à la figure 10. Dans l'exemple de cette figure l'épaisseur des paires de couches adjacentes de l'empilement du miroir multicouches est une fonction croissante de la profondeur dans l'empilement. Cependant on obtient encore un miroir multicouches utilisable dans l'invention et comprenant un empilement dans lequel l'épaisseur des paires de couches adjacentes est une fonction décroissante de la profondeur dans cet empilement.
Claims (19)
1. Dispositif de lithographie comprenant - un support (16) d'un échantillon destiné à être insole suivant un motif déterminé, - un masque (24) comprenant le motif déterminé sous forme agrandie, - une source (22) de rayonnement dans le domaine extrême ultraviolet, - des moyens optiques (26) de collection et transmission du rayonnement au masque, ce dernier fournissant une image du motif sous forme agrandie et - des moyens optiques (29) de réduction de cette image et projection de l'image réduite sur l'échantillon, le masque, les moyens optiques de collection et de transmission et les moyens optiques de réduction et de projection comprenant des miroirs multicouches, chaque miroir multicouches comprenant un substrat (74) et, sur ce substrat, un empilement de couches (76) d'un premier matériau et de couches (78) d'un deuxième matériau qui alternent avec les couches du premier matériau, ce premier matériau ayant un numéro atomique supérieur à celui du deuxième matériau, les premières et deuxièmes couches coopérant pour réfléchir le rayonnement extrême ultraviolet, l'empilement ayant une surface libre (80) sur laquelle arrive le rayonnement à réfléchir, ce dispositif étant caractérisé en ce que la source comprend au moins une cible solide (28), ayant des première et deuxième faces, cette cible étant apte à émettre le rayonnement extrême ultraviolet par interaction avec un faisceau laser (34) focalisé sur la première face (30) de la cible, cette cible étant apte à émettre de façon anisotrope, une partie (36) du rayonnement extrême ultraviolet à partir de la deuxième face (37) de cette cible, en ce que les moyens optiques (26) de collection et de transmission sont prévus pour transmettre, au masque (24), la partie (36) du rayonnement extrême ultraviolet provenant de la deuxième face (37) de la cible de la source, et en ce que l'épaisseur de paires de couches adjacentes (76, 78) de l'empilement de couches que comprend chaque miroir est une fonction monotone de la profondeur dans l'empilement, cette profondeur étant comptée à partir de la surface libre (80) de l'empilement.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la cible (28) contient un matériau qui est apte à émettre le rayonnement extrême ultraviolet par interaction avec le faisceau laser et dont l'épaisseur est comprise dans un intervalle allant d'environ <B>0,05</B> lzm à environ 5 #= <B>.</B>
3. Dispositi selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la cible (28) contient un matériau est apte à émettre le rayonnement extrême ultraviolet par interaction avec le faisceau laser et dont numéro atomique appartient à l'ensemble des numéros atomiques allant de 13 à 92.
4. Dispositi selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant une pluralité de cibles (42) qui sont rendues solidaires les unes des autres, le dispositif comprenant en outre des moyens (48, 50) de déplacement de cette pluralité de cibles pour que ces cibles reçoivent successivement le faisceau laser (34).
5. Dispositif selon la revendication 4 comprenant en outre des moyens de support (38, 44, 52 auxquels sont fixées les cibles (42) et qui sont aptes laisser passer le faisceau laser en direction de ces cibles, les moyens de déplacement (48, 50) étant prévus pour déplacer ces moyens de support et donc les cibles.
6. Dispositif selon la revendication 5 dans lequel les moyens de support (52) sont aptes absorber des rayonnements émis par la première face de chaque cible qui reçoit le faisceau laser et réémettre ces rayonnements vers cette cible.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, dans lequel les moyens de support comprennent une ouverture (40, 46) en regard de chaque cible, cette ouverture étant délimitée par deux parois (54, 56) sensiblement parallèles l'une à l'autre perpendiculaires à cette cible.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, dans lequel les moyens de support comprennent une ouverture en regard de chaque cible, cette ouverture étant délimitée par deux parois (55, 57) qui vont vers la cible en s'écartant l'une l'autre.
9. Dispositif selon l'une quelconque revendications 1 à 5, comprenant en outre des moyens auxiliaires fixes (58) qui sont aptes à laisser passer le faisceau laser (34) en direction de la cible, à absorber des rayonnements émis par la première face de cette cible et à réémettre ces rayonnements vers cette cible.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l'empilement est subdivisé en ensembles d'au moins une paire de première et deuxième couches (76, 78) et l'épaisseur de ces ensembles est une fonction monotone de la profondeur dans 'empilement, cette profondeur étant comptée à partir de la surface libre (80) de l'empilement.
11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel les accroissements d'épaisseur de ensembles forment une progression arithmétique.
12. Dispositif selon l'une quelconque revendications 10 et 11, dans lequel les première et deuxième couches (76, 78) de chaque ensemble sensiblement la même épaisseur.
13. Dispositif selon l'une quelconque revendications 1 à 12, dans lequel les premier et deuxième matériaux sont respectivement le molybdène le béryllium ou le molybdène et le silicium.
14. Dispositif selon l'une quelconque revendications 1 à 13, dans lequel le substrat (74) est fait un matériau qui est choisi parmi le silicium le germanium.
15. Dispositif selon l'une quelconque revendications 1 à 14, dans lequel l'épaisseur substrat (74) est comprise dans l'intervalle allant d'environ 5 mm à environ 40 mm et l'épaisseur l'empilement vaut environ 1 um.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel chaque miroir multicouches est muni de moyens ) de refroidissement de ce miroir multicouches pour en réduire les déformations lors d'un éclairement par le rayonnement extrême ultraviolet.
17. Dispositif selon revendication 16, dans lequel les moyens de refroidissement (92) sont prévus pour refroidir le miroir multicouches jusqu'à une température environ égale à K.
18. Dipositif selon 'une quelconque des revendication 16 et 17, dans lequel les moyens de refroidissement (92) sont des moyens de refroidissement par l'hélium liquide, le fréon, 'azote liquide ou un fluide de refroidissement caloporteur à basse température proche de 0 K.
19. Dispositif selon l'une quelconque de revendications 1 à 18, dans lequel l'échantillon comprend un substrat semiconducteur (18) sur lequel est déposée une couche (20) de résine photosensible qui est destinée à être insolée suivant le motif déterminé.
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