FR2823949A1 - Procede et dispositif de generation de lumiere dans l'extreme ultraviolet notamment pour la lithographie - Google Patents
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Abstract
Procédé et dispositif de génération de lumière dans l'extrême ultraviolet notamment pour la lithographie.Selon l'invention, on fait interagir un faisceau laser (24) et un brouillard dense (20) de micro-gouttelettes d'un liquide. Ce liquide est un gaz rare liquéfié. On utilise en particulier le xénon liquide (6), on produit ce dernier par liquéfaction de xénon gazeux (10) avec lequel on pressurise le xénon liquide à une pression de 5x105 Pa à 50x105 Pa, et l'on maintient ce xénon liquide à une température de -70degreC à -20degreC, on injecte le xénon liquide pressurisé dans une buse (4) dont le diamètre intérieur minimal va de 60 m à 600 m, cette buse débouchant dans une zone où la pression est égale ou inférieure à 10-1 Pa.
Description
d'éclair.
PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE GÉNÉRATION DE LUMIÈRE DANS
L'EXTR ME ULTRAVIOLET NOTAMMENT POUR LA LITHOGRAPHIE.
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de génération de lumière dans le domaine extrême ultraviolet, notamment destinés à la
lithagraphie au moyen d'une telle lumière.
L'accroissement de la puissance- des cTrcuits intogrés et l'intégration de fonctions de plus en plus nombreuses dans un faible espace requièrent un saut technologique important dans la technique de lithographie, traditionnellement utilisée pour la
fabrication de ces cTrcuits intégrés.
L'industrie de la micro-électronique prévoit notamment l'utilisation d'un rayonnement du domaine extrême ultraviolet (EW) pour l' insolation de résines photosensibles afin d'atteindre, sur le siliclum, des dimensions critiques inférieures ou
égales à 50 nanomètres.
Pour produire ce rayonnement, dont la longueur d'onde est comprise entre 10 nm et 15 nm, de nombreuses techniques ont déjà été proposées. En particulier, l' irradiation d'une cible par un rayonnement laser focalisé semble être la technique la plus prometteuse pour obtenir à moyen terme de bonnes performances à la fois en termes de puissance moyenne,
de stabilité spatiale et temporelle, et de fiabilité.
L'optimisation de ces performances est obtenue en utilisant comme cible un jet de brouillard dense et directif de gouLtelettes micrométriques. En outre, l'utilisation de cette cible produit très peu de détris, et la directivité du jet permet de réduire considérablement la quantité de détris produits indirectement par érosion de la buse émettant le jet, érosion qui est provoquée par le plasma formé par
l' impact du rayonnement laser sur la cible.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
On connaît diverses techniques de production d'un rayonnement E W. par exemple celle qui consiste à irradier par un faisccau laser une cible
placée sous vide.
En particulier, dans le domaine de la lithographie des circuits intogrés, il faut trouver une cible qui soit susceptible d'être irradiée par un laser pour la production de lumière dans l'extrême ultraviolet et qui soit compatible avec une
exploitation industrielle de la lithographie.
La génération d'un rayonnement E W. par irradiation d'un jet dense d'agrégats (en anglais " clusters ") de xénon sur lequel on focalise un faisccau émis par un laser nanoseconde, est connue par les documents suivants: [1] Paul D. Rockett et al., " A high-power laser-produced plasma WL source for ETS ", 2 International Workshop on E W Lithography (San Francisco, octobre 2000) [2] Kubiak et Richardson, " Cluster beam targets for laser plasma extreme ultraviolet and soft x-ray sources ", US 5 577 092 A. On se reportera aussi au document suivant: [3] Haas et al., " Energy Emission System for Photolithography ", WO 99 51357 A. Dans ce document [3], on ne mentionne pas précisément l'utilisation d'un jet d'agrégats de xénon comme cible mais on suppose clairement que la formation de la cible est obtenue par agrégation d'atomes d'un gaz. On rappelle que les agrégats de xénon sont des grains de taille moyenne bien inférieure à 1,um, qui sont obtenus par agrégation de xénon gazeux lors d'une expansion adiabatique de celui-ci à travers une
buse, dans une enceinte à vide.
L' irradiation de ces agrégats par un faisceau laser dans le proche infrarouge produit un plasma qui émet un rayonnement plus énergétique dont la
longueur d'onde est située dans l'extrême ultraviolet.
Le couplage entre le laser et la cible, et donc l'efficacité de ce processus de conversion, peuvent être importants dans le cas de l' irradiation d'un jet d'agrégats de xénon dans la gamme de longueur d'onde d'intérêt. Une partie importante de la lumière laser est ainsi absorbée, ce qui favorise la création d'un
plasma par échauffement des agrégats.
De plus, la densité locale des atomes dans chaque agrégat est relativement élevoe, ce qui fait donc intervenir un grand nombre d'atomes. En outre, le grand nombre d'agrégats comportant un nombre moyen d'atomes suffisamment élevé, et se trouvant dans la zone de focalisation du faisceau laser, rend l'émission
dans l'extrême ultraviolet relativement intense.
Par contre, des débris matériels importants peuvent résulter de l'érosion de la buse lorsque celle ci est placée trop près de la zone illuminée par le laser. En outre, la proximité de la zone illumince et de la buse peut provoquer un échauffement de celle
ci, détériorant les caractéristiques du jet.
L'utilisation d'un jet, qui constitue une cible renouvelable, permet de travailler à haute cadence (de l'ordre de 10 kHz et au-delà), ce qui est parfaitement adapté aux appareils de lithographie pour la fabrication de circuits intogrés à très haut degré dintégration. L'utilisation de xénon comme gaz dagrégation donne les meilleurs résultats en ce qui concerne l'émission de rayonnement extrême ultraviolet car ce gaz dispose d'un grand nombre de raies démission dans la gamme spectrale considérce,
notamment entre 13 nm et 14 nm.
La source de rayonnement E W. qui est connue par les documents [1] et [2], présente cependant un certain nombre d'inconvénients que l'on mentionne ci-après. - Selon ces documents [1] et [2], la densité des agrégats décroît fortement lorsqu'on s'éloigne de la buse que comporte la source, ce qui est le signe
d'une divergence trop importante du jet d'agrégats.
C ' est pourquoi l ' excitation par le faisceau laser doit avoir lieu à proximité immédiate de la buse, ce qui entraîne une érosion importante de cette buse par limpact d'ions issus du plasma engendré ou par décharge électrique. L'érosion de la buse réduit de facon significative sa durée de vie, et donc la fiabilité de la source de rayonnement E W. et engendre d'importantes quantités de débris, susceptibles de détériorer prématurément les optiques dun appareil de lithagraphie utilisant une telle source. - La mauvaise directivité du jet d'agrégats de xénon induit un phénomène de réabsorption du rayonnement E W par le jet d'agrégats luimême, l' interaction avec le laser ayant lieu au centre du jet d'agrégats, ce qui diminue sensiblement ltintensité du
rayonnement E W effectivement utilisable.
- La taille moyenne des agrégats ainsi formés par condensation à partir de xénon gazeux ne peut être au maximum que de l'ordre de quelques centaines de nanomètres et reste dans tous les cas bien inférieure
à 1,um du fait de la méthode de formation utilisée.
Or, l' interaction avec un laser impulsionnel de type YAG, qui est typiquement utilisé pour cette application et dont la durée d'une impulsion est comprise entre 3 ns et 80 ns, est optimale, en terme dintensité du rayonnement EW produit, avec des grains de matière ayant une taille moyenne supérieure à 1,um, et typiquement comprise dans l'intervalle
allant de 5,um à 50 um.
On se reportera aussi au document suivant: [4] Richardson et al., " Water laser plasma x-ray point sources ", US 5 577 091 A. Ce document [4] divulgue une source de rayonnement EW qui utilise, en tant que cible, un jet de microcristaux de glace. Il s'agit d'une succession de microcristaux à très haute cadence de répétition o chaque microcristal a typiquement un diamètre moyen
supérieur à 50,um.
De tels microcristaux sont trop gros pour que la pénétration du faisccau laser d' excitation soit complète. Une réduction du diamètre de chaque microcristal permet d'améliorer l' interaction avec le laser, mais on réduit alors le nombre d'émetteurs de photons E W dans le plasma. La technique décrite dans le document [4] ne satisfait donc pas aux critères dobtention d'une source de rayonnement E W
suffisamment intense.
On se reportera en outre au document suivant: [5] Hertz et al., " Method and apparatus for generating x-ray or EW radiation " WO 97 40650 A. On connaît par ce doenment [5] une autre source de rayonnement E W. fondée sur l' irradiation d'un micro-jet continu de xénon liquide. Ce genre de cible présente également l'inconvénient de contenir une quantité de matière beaucoup trop faible pour avoir un nombre suffisant d'émetteurs E W potentiels. Ceci est dû au diamètre relativement faible (environ 10 um) du
jet de xénon liquide.
De plus, les sources connues par les documents [4] et [5] sont peu stables du point de vue de l'intensité. Dans le cas du document [4], il est difficile d'irradier de la même façon chaque microcristal de glace du fait d'un problème de synchronisation avec le laser. Dans le cas du document [5], les variations d'intensité EW sont dues aux
instabilités du jet continu de xénon.
EXPOSÉ DE L' INVEN17ION
La présente invention concerne un générateur de brouillard dense de gouLtelettes micrométriques d'un gaz rare, en particulier le xénon, et plus particulièrement l'utilisation de ce brouillard pour la production de lumière dans l'extréme ultraviolet (10 nm à 15nm), par irradiation laser de ce
brouillard dense.
L' invention est fondée sur la production d'un jet dense et directif de brouillard de gouttelettes micrométriques sous vide, à partir d'un
gaz rare liquéfié, en particulier le xénon liquide.
Les inventeurs ont trouvé que l'utilisation de ce gaz rare liquéfié, en particulier le xénon liquide, donne les meilleures performances en terme d'intensité du rayonnement E W produit dans un intervalle de longueur d'onde allant de 13 nm à 14 nm, correspondant parfaitement aux caractéristiques des optiques réflectives utilisoes dans des photorépéteurs industriels. Le jet de brouillard dense de xénon se propage dans le vide à une vitesse de l'ordre de plusieurs dizaines de m/s. La cible est donc renouvelée suffisamment rapidement pour permettre l' irradiation de cette cible par un laser à impulsions à haute cadence de répétition (supérieure ou égale à 10 kHz). Un laser de ce type est requis pour obtenir la puissance moyenne nscessaire à la production industrielle de cTrcuits
intégrés à l' aide d'un photo-répéteur industriel.
Par ''vide" nous entendons une pression qui est suffisamment faible pour ne pas entraver la propagation de ce jet, et qui peut être de l'ordre de quelques Pa. Toutefois, pour éviter la réabsorption de la lumière, il faut, comme on le verra plus loin, avoir un vide beaucoup plus poussé que celui qui est
nécessaire ici.
Dans l' invention, on utilise des moyens cryogéniques afin de produire le gaz rare liquéfié, en
particulier le xénon liquide.
Le xénon est acheminé sous forme gazeuse jusqu'à un réservoir jouxtant une buse de sortie. Le xénon gazeux injecté dans le réservoir y est localement liquéfié par les moyens cryogéniques. La pulvérisation du xénon liquide à la sortie de la buse donne lieu à la formation d'un jet dense et directif de gouLtelettes de xénon. Le jet peut être continu ou pulsé par des moyens électromécaniques ou piézoélectriques. La pression du gaz injecté et la température du liquide contenu dans
le réservoir peuvent être réqulées.
L' irradiation du jet ainsi formé par un laser focalisé engendre la création d'un plasma susceptible de présenter un pic d'émission de rayonnement EW entre 13 et 14 nm, ce rayonnement étant utilisable comme source de lumière pour la lithographie. La présente invention propose une technique de génération de rayonnement E W qui ne présente pas
les inconvénients mentionnés plus haut.
Plus généralement, la présente invention concerne un procédé et un dispositif de génération d'un brouillard dense de gouLtelettes d'un liquide, ce procédé et ce dispositif étant utilisables pour la production de rayonnement E W et ayant aussi une grande fiabilité ainsi qu'une grande simplicité, ce qui est
essentiel pour une utilisation industrielle.
De façon précise, la présente invention a pour objet un procédé de génération de lumière dans l'extrême ultraviolet par création d'un plasma d' interaction entre un faisceau laser et une cibie, ce procédé étant caractérisé en ce que: la cible est constituée d'un brouillard dense composé de micro-gouLtelettes de liquide, ce liquide étant un gaz rare liquéfié, en particulier le xénon liquide, on produit ce liquide par liquéfaction du gaz rare, on pressurise le liquide par ce gaz rare, à une pression comprise dans l'intervalle allant de x105 Pa à 50x105 Pa dans le cas du xénon, tout en maintenant ce xénon liquide à une température comprise dans l'intervalle allant de -70 C à -20 C, la pression et la température du gaz étant en outre cho is i es pour que le gaz rare soit sous forme liquide, on injecte le liquide ainsi pressurisé dans une buse dont le diamètre intérieur minimal est compris dans l'intervalle allant de 60,um à 600 um, cette buse déLouchant dans une zone o la pression est égale ou inférieure à 101 Pa, et lon engendre ainsi, dans la zone, à la sortie de la buse, un brouillard dense et directif de gouLtelettes du gaz rare liquéfié dont la taille moyenne est supérieure à 1,um, en particulier comprise dans l'intervalle allant de 5,um à 50,um dans le cas du xénon, ce brouillard dense formant un jet qui est dirigé suivant l'axe de la buse, et on focalise en outre un faisceau laser sur le brouillard dense ainsi obtenu, ce faisceau laser étant apte à interagir avec ce brouillard dense pour engendrer une lumière dans le domaine extrême ultraviolet. Selon un mode de mise en _uvre préféré du procédé objet de l'invention, le gaz rare est le xénon et l'on pressurise le xénon liquide par le xénon gazeux à une pression comprise dans l'intervalle allant de x105 Pa à 25x105 Pa et l'on maintient ce xénon liquide à une température comprise dans l'intervalle allant de
-45 C à -30 C.
Lorsque le gaz rare est de préférence le xérc., on peu_ utiliser la lumière engendrce dans le domaine extrême ultraviolet pour l' insolation d'un substrat sur lequel est déposoe une couche de résine
photosensible.
La présente invention a également pour objet un dispositif de génération de lumière dans l'extrême ultraviolet par création d'un plasma d' interaction entre un faisceau laser et un brouillard dense composé de micro-gouttelettes d'un liquide, ce dispositif étant caractérisé en ce que le liquide est un gaz rare liquéfié, en particulier le xénon liquide, et en ce que le dispositif comprend: - un réservoir destiné à contenir le liquide, - des moyens d'ingection du gaz rare sous pression dans le réservoir, prévus pour pressuriser, par ce gaz rare, le liquide contenu dans le réservoir et soumettre ce liquide à une pression comprise dans ltintervalle allant de 5x105 Pa à 50x105 Pa dans le cas du xénon, - des moyens de production du liquide contenu dans le réservoir, par liquéfaction du gaz rare qui est injecté dans ce réservoir, le liquide, lorsque le gaz rare est le xénon, étant maintenu à une température comprise dans l'intervalle allant de -70 C
à -20 C,
- une buse dont le diamètre intérieur minimal est compris dans l'intervalle allant de 60,um à 600 m et qui est reliée au réservoir, - une chambre à vide contenant la buse, - des moyens permettant de faire pénétrer dans la chambre à vide un faisccau laser apte à interagir avec le brouillard, - des moyens permettant de récupérer la lumière produite, en vue de l'utilisation de cette lumière, et - des premiers moyens de pompage prévus pour établir dans cette chambre à vide une première pression environ égale ou inférieure à 101 Pa, les moyens d' injection et les moyens de production du liquide étant placés dans des conditions de fonctionnement maintenant le gaz rare liquide dans la buse et permettant d'engendrer, dans la chambre à vide, à la sortie de la buse, un brouillard dense et directif de gouLtelettes du gaz rare liquéLié dont la tail le moyenne est supérieure à 1,um, en particulier comprise dans l'intervalle allant de 5,um à 50,um dans le cas du xénon, ce brouillard dense formant un jet qui
est dirigé suivant laxe de la buse.
Selon un mode de réalisation préféré du dispositif objet de l' invention, le gaz rare est le xénon et la pression à laquelle est soumis le xénon liquide contenu dans le réservoir est comprise dans l'intervalle allant de 15xlOs Pa à 25xlOs Pa et la température à laquelle est maintenu le xénon liquide
est comprise dans l'intervalle allant de -45 C à -30 C.
Le dispositif objet de l' invention peut comprendre en outre: - une paroi qui délimite une zone secondaire et qui est pourvue d'un perçage en regard de la buse, ce perçage se trouvant sur l'axe de cette buse, et - des deuxièmes moyens de pompage prévus pour établir dans cette zone secondaire une deuxTème
pression supérieure à la première pression.
De préférence, la paroi comporte un écorceur (en anglais " skimmer ") dont l'axe coïncide avec l'axe de la buse et dont l' orifice constitue le
perçage de la paroi.
Le dispositif objet de l' invention peut comprendre en outre un écran thermique qui est percé en regard de la buse pour laisser passer le jet formé par
le brouillard dense.
De préférence, la résistivité du matériau constitutif de la buse est supérieure ou égale à 108 Q. cm, la conductivité thermique de ce matériau est supérieure ou égale à 40 W/mK et l'indice de dureté Vickers du matériau est supérieure ou égale à
8000 N/mm2.
Ce matériau est par exemple une céramique.
Cette céramique est de préférence du
nitrure d'aluminTum.
Le dispositif objet de l' invention peut comprendre en outre un collecteur apte à diriger ou à focaliser la lumière engendrce, vers des moyens
dutilisation de cette lumière.
Ce collecteur peut comporter au moins un
réflecteur concave.
Selon un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l' invention, ce dispositif comprend en outre des moyens de protection des optiques susceptibles d'être contenues dans le dispositif vis-à
vis d'éventuels débris.
Selon divers modes de réalisation particuliers, ces moyens de protection sont: - des moyens de cTrculation du gaz rare de la chambre à vide devant la surface de ces optiques qui est exposoe à ces déUris, - ou des moyens de chauffage de la surface de ces optiques qui est exposée à ces déUris, ou des moyens de polarisation positive
d'une couche métallique que comportent ces optiques.
La présente invention concerne en outre un appareil de lithographie de substrats semiconducteurs, cet appareil comprenant: - des moyens de support d'un substrat semiconducteur sur lequel est déposée une couche de résine photosensible qui est destinée à être insolée suivant un motif déterminé, - un masque comprenant le motif déterminé sous une forme agrandie, - un dispositif de génération de lumière dans le domaine extrême ultraviolet conforme à l' invention, - des moyens optiques de transmission de la lumière au masque, ce dernier fournissant une image du motif sous forme agrandie, et - des moyens optiques de réduction decette image et de projection de l' image réduite sur la couche
de résine photosensible.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
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: la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l' invention, pour la génération d'un brouillard dense de gouLtelettes de xénon, À les figures 2 et 3 sont des vues schématiques dexemple de buses utilisables dans le dispositif de la figure 1, la figure 4 est une partie du diagramme de phase du xénon, montrant au dessus de la courbe de pression de vapeur saturante le domaine de fonctionnement du dispositif de la figure 1 (hachuré) et le domaine de fonctionnement optimal de ce dispositif (hachures croisces), À la figure 5 est une courbe expérimentale représentant l'évolution de l'intensité relative du rayonnement E W produit en fonction de la température de la buse et du réservoir du dispositif de la figure 1, et À la figure 6 est une vue schématique d'un appareil de
lithographie conforme à l' invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Le dispositif A de génération de brouillard conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 1, comprend un réservoir 2 et une buse 4. Cette buse 4 est disposoe à proximité du
réservoir 2 et communique avec celui-ci.
Ce réservoir 2 est destiné à contenir du xénon liquide 6. Des moyens cryogéniques 8 sont prévus pour produire ce xénon liquide 6 à partir de xénon
gazeux 10.
De plus, le xénon liquide 6 est pressurisé par ce xénon gazeux 10. Ce dernier est injecté dans le réservoir 2 par l'intermédiaire d'une canalisation 12 et liquéfié par les moyens cryogéniques 8 pour former
le xénon liquide 6.
A titre d'exemple, ces moyens cryogéniques comprennent un tuyau 8a qui enserre le réservoir et la buse, seules des portions de ce tuyau étant représentées en traits mixtes sur la figure 1, et ce tuyau est parcouru par un fluide cryogénique, par
exemple l'azote.
En outre, ces moyens cryogéniques 8 comprennent des moyens de régulation (non représentés), aptes à maintenir le xénon liquide à une température fixe T. avec -70 C<T<-20 C et de préférence
-45 C<T<-30 C.
Les conditions de température de la buse 4 et du réservoir 2 et les conditions de pression du xénon gazeux 10 injecté dans le réservoir 2 constituent les paramètres essentiels déterminant la taille des
gouLtelettes de xénon liquide issues de la buse 4.
Cette buse 4 débouche dans une chambre à vide (" vacuum chamber ") 14 qui est munie de moyens de pompage 16 permettant d'y établir une pression très
inférieure à la pression du xénon gazeux 10.
Le xénon liquide 6, qui arrive dans la buse 4, est ainsi violemment expulsé à travers le trou 18 de celle-ci dans la chambre à vide 14 et y forme un brouillard dense 20, formé par les gouLtelettes de
xénon liquide.
Le brouillard dense 20 forme un jet qui est fortement confiné sur l'axe X de la buse qui est aussi
l'axe du trou 18 de cette buse.
On considère maintenant lapplication du brouillard dense 20 de gouttelettes de xénon liquide à la génération d'un rayonnement E W. Pour exciter ce brouillard 20, on utilise par exemple un laser 22 impulsionnel de type YAG, dont l'énergie par impulsion est de préférence comprise entre 0,2 J et 2 J. et dont la durée d'impulsion est de préférence comprise entre 3 ns et 80 ns. En outre, des moyens de focalisation doivent permettre au faisceau 1 7 laser d'atteindre, sur la cible, un éclairement suffisant pour allumer le plasma, c'est à dire, pour le
xénon, un éclairement égal ou supérieur à 5X101l W/cm2.
Le faisceau 24 fourni par le laser 22 est focalisé, à l' aide d'une lentille 26 ou dun miroir,
sur le brouillard 20.
On précise que, dans l'exemple représenté, le faisceau laser 24 est introduit dans la chambre à vide 14 à travers un hublot 28 transparent à ce faisccau laser et monté sur une paroi de la chambre à vide. Sur la figure 1, le rayonnement E W émis par les gouLtelettes de xénon liquide est symbolisé par
les flèches 30 orientées selon toutes les directions.
Toutefois la plus grande quantité de lumière E W est produite par la demisphère de plasma faisant face au faisccau laser, ce plasma résultant de ltinteraction
entre le brouillard dense et le faisceau laser.
Un ou plusieurs hublots (non représentés) sont prévus sur une ou plusieurs parois de la chambre 14 pour réaupérer le rayonnement E W en vue de son utilisation. Toutefois, on ne sortirait pas du cadre de l' invention en intégrant la source à l'intérieur d'un appareil destiné à utiliser le rayonnement produit, notamment si cet appareil fonctionne dans le même environnement gazeux que la source et permet ainsi de se dispenser du hublot. Dans ce cas, la fonction de lienceinte 14 est remplie par lenceinte de l'appareil entier. Pour que l' interaction entre le brouillard dense 20 et le faisccau laser focalisé 24 produise un rayonnement E W 30 optimisé, la taille moyenne des gouLtelettes est aj ustée en agissant sur la press ion du xénon gazeux injecté et sur la température de la buse 4
et du réservoir 2.
Préférentiellement, lorsque le gaz rare est du xénon, la pression du xénon gazeux injecté peut être comprise entre 15 bars (15x105 Pa) et 25 bars (25x105 Pa) et la température de la buse et du réservoir entre -45 C et -30 C pour que la taille moyenne des gouLtelettes soit comprise entre 5,um et um. La réqulation de la température de la buse et du réservoir peut être réalisée en utilisant conjointement de l'azote liquide et un moyen queleouque dapport de chaleur pour maintenir une température donnce. Elle peut aussi être réulisoe en utilisant un ou plusieurs modules à effet Peltier ou en utilisant un système réfrigérant classique, ou encore un système
fonctionnant en pompe à chaleur.
Pour un fonctionnement optimal de la source de rayonnement E W produit par interaction du faisceau laser focalisé 24 avec le brouillard 20, le matériau de la buse 4, par laquelle le xénon liquide passe du réservoir 2 à la chambre à vide 14 en étant pulvérisé en gouLtelettes, doit avoir les propriétés physiques
mentionnces ci-après.
1) Ce matériau doit être électriquement isolant, pour éviter d'éventuels phénomènes de décharge électrique entre la buse 4 et le plasma, formé par interaction entre le faisceau laser et la cible (brouillard dense). La résistivité électrique de ce matériau doit être supérieure à 108 Q.cm et peut être
préférentiellement de l'ordre de 1014 Q.cm.
2) Ce matériau doit être un bon conducteur thermique, de manière à garder le xénon à l'état liquide entre l'entrée et la sortie de la buse 4. La conductivité thermique de ce matériau doit être supérieure à 40 W/mK. Préférentiellement, elle peut
être de l'ordre de 180 W/mK.
3) Ce matériau doit être suffisamment dur, pour résister à l'écoulement du xénon liquide à travers la buse 4 et à l'abrasion éventuellement provoquée par le plasma qui résulte de l' interaction entre le faisceau laser et la cible formoe par le brouillard dense. Son indice de dureté " Vickers " doit être supérieur à 8000 N/mm2 et peut être préférentiellement
de l'ordre de 12000 N/mm2.
Le matériau utilisé préférentiellement pour la buse est une céramique, de préférence le nitrure
d'aluminium (A1N).
Cependant d'autres céramiques sont utilisables, par exemple l'alumine ou le nitrure de .. slllclum. Un diaphragme, c'est à dire une simple membrane munie d'un orifice calibré, ou un écorceur 32 peut être prévu dans la chambre à vide 14 et placé face à la buse 4 en vue de faciliter le pompage de la chambre à vide 14, en séparant celle-ci en deux parties distinctes 34 et 36, l'écorceur se distinguant du diaphragme en ce que sa forme en pointe lui permet de moins intercepter le rayonnement E W. ce qui le rend
plus avantageux.
Pour ce faire, comme on le voit sur la figure 1, une paroi 38 est prévue pour délimiter la partie 36 par rapport à l'autre partie 34 et l'écorceur
32 prolonge cette paroi 38.
L'axe de cet écorceur 32 est confondu avec laxe X de la buse 4. De plus, cet écorceur est placé à une distance D de la buse 4, qui est compriseentre le voisinage de la zone éclairée et une distance à la buse de 10 mm, et le diamètre intérieur de cet écorceur est
compris entre 1 mm et 4 mm.
La partie 34 de la chambre à vide 14, partie qui contient la buse 4 ainsi que le plasma formé par interaction entre le faisceau laser et le jet de gouttelettes, est pempée, par les moyens de pempage 16, jusqu'à l'obtention d'une pression inférieure ou égale à 101 Pa dans cette partie 34. Cette valeur de 101 Pa est une valeur maximale admissible pour éviter un phénomène de réabsorption trop important du rayonnement EW par le xénon gazeux présent dans cette partie 34,
ou partie supérieure, de la chambre à vide 14.
La partie du brouillard qui n'a pas subi l' interaction avec le faisceau laser traverse lécorceur 32 pour être pompée dans la partie 36, ou partie inférieure, de la chambre à vide 14. Dans cette partie inférieure 36 de la chambre à vide 14, la pression peut atteindre environ 10 Pa sans que le fonctionnement de la source de rayonnement EW ne soit détérioré. Il est préférable que le pompage des deux parties 34 et 36 de la chambre 14 n'engendre aucun hydrocarbure, de manière à ne pas polluer chimiquement les optiques (non représentées) de collection du rayonnement E W. Les moyens 16 de pompage de la partie supérieure 34 de la chambre à vide 14 peuvent être constitués, par exemple, d'une ou plusieurs pompes de type turbomoléaulaire à paliers magnétiques, associées
à des pompes primaires sèches.
Les moyens 16a de pompage de la partie inférieure 36 de la chambre à vide 14 peuvent être
constitués d'une ou plusieurs pompes primaires sèches.
De préférence, le matériau de l'écorceur possède les propriétés physiques mentionnces plus haut à propos de la buse 4, afin déviter l'érosion de cet écorceur. Le matériau utilisé préférentiellement pour cet écorceur est le nitrure d'aluminium (AlN) ou dautres céramiques telles que l'alumine ou le nitrure
de silicium.
On précise que l'écorceur 32 peut être remplacé par un simple diaphragme formé par une plaque plane fermant la paroi 38 et pourvue d'un pergage situé sur l'axe X, en regard du trou 18 de la buse 4, cette
plaque étant faite du même matériau que l'écorceur.
Un écran thermique 39 peut être prévu entre la buse 4 et le point 0 d' interaction du faisceau 24 avec la cible 20, de manière à réduire l'échauffement de la buse qui pourrait être induit par le plasma
résultant de cette interaction.
De préférence, cet écran thermique 39 est formé dun matériau présentant les mêmes caractéristiques physiques que le matériau de la buse (par exemple A1N), et fixé sur une partie 4a des moyens de génération du brouillard, cette partie étant refroidie par les moyens cryogéniques 8. Cette partie
entoure la buse 4 dans lexemple représenté.
Ainsi l'écran thermique est-il refroidi par les moyens cryagéniques 8. Plus généralement, cet écran thermique est de préférence muni de moyens de refroidissement qui peuvent être les moyens servant à liquéfier le xénon gazeux mais qui peuvent aussi être
distincts de ces derniers.
La géométrie de la buse 4 est l'un des paramètres influant sur la directivité du jet 20. Les figures 2 et 3 représentent respectivement deux
exemples de cette géométrie de la buse.
Dans les conditions de pression du xénon gazeux injecté 10 (entre 5x105 Pa et 50x105 Pa) et les conditions de température de la buse et du réservoir (entre -70 C et -20 C), le diamètre minimal d de la buse ou plus précisément le diamètre minimal du trou 18
de celle-ci, est compris entre 60,um et 600,um.
Dans ces mêmes conditions, le trou 18 de la buse 4 peut présenter globalement la forme d'un cône sur toute la longueur de la buse, comme le montre la figure 2. Le diamètre de ce cône augmente dans le sens de propagation du jet 20. Le demi-angle au sommet de
ce cône peut être compris entre 1 dogré et 10 degrés.
En variante, le trou 18 de la buse 4 présente une forme cylindrique de révolution autour de l'axe X. Quelle que soit la forme (cylindrique ou conique) du trou de la buse, l'extrémité 18a de ce trou qui déLouche dans la chambre à vide, peut présenter une forme évasée, sur une longueur 1 comprise entre 0,2 mm et 2 mm, conduisant à un accroissement local du diamètre de la buse, comme le montre la figure 3. Cette forme évasoe peut suivre (en coupe longitudinale suivant l'axe X) une courbe circulaire, parabolique,
hyperbolique, exponentielle ou logarithmique.
Le choix judicieux de la géométrie de la buse 4 permet d'optimiser la directivité du jet sur
l'axe X de propagation de ce jet.
Par exemple, une buse de forme intérieure cylindrique, de diamètre moyen 150m et comportant un évasement de forme circulaire en son extrémité 18a, sur une longueur 1 de 1 mm, permet d'obtenir un brouillard de gouttelettes présentant un demi-angle de divergence d' environ 3 degrés, pour une température de la buse d' environ -35 C et une pression du xénon gazeux injecté
d' environ 20x105 Pa.
Ce demi-angle de divergence est très faible par comparaison avec celui d'un jet d'agrégats classique (de l'ordre de 20 dogrés - voir les documents [1] et [2]) et permet de garder une distance suffisamment importante entre la sortie de la buse et le point d' impact du faisceau laser sur le brouillard,
sans réduire l'intensité du rayonnement E W produit.
Si cette distance n'est pas suffisamment importante, comme dans le cas d'un jet d'agrégats classique (documents [1] et [2]) o elle est inférieure ou égale à 1 mm, un échauffement intense de la sortie de la buse est produit par le plasma induit par l' interaction entre le laser et le jet et provoque une détérioration du jet et une érosion de la buse, érosion
qui induit des débris.
Le jet de brouillard dense de gouLtelettes de xénon liquide peut être suffisamment directif pour pouvoir conserver une distance comprise entre 1 mm et mm, entre la sortie de la buse et le point d'impact du faisceau laser sur ce jet, ce qui permet d'obtenir une source de rayonnement E W plus intense et
pratiquement exempte de déUris matériels.
La source de lumière EW selon l' invention comporte aussi, de facon préférentielle, un collecteur de lumière E W. Un tel collecteur est constitué d'une optique réflective comme par exemple un ou plusieurs miroirs concaves placés autour de la source, de manière à recevoir le plus possible de rayonnement E W et à le diriger ou le focaliser vers les moyens d'utilisation de cette lumière. Un tel collecteur, bien connu de lhomme du métier, ne sera pas davantage décrit. Il nest pas non plus représenté sur les dessins, puisque sa position dépend de la position des moyens d'utilisation de cette lumière, et que ces moyens, eux aussi connus de l'homme du métier, nont pas été
représentés sur la figure 1.
Enfin, l 'invention comporte aussi de manière préférentielle des moyens destinés à protéger les optiques du dispositif (par exemple hublots, dispositifs de focalisation) d'éventuels détris issus de la source, même si la source selon l' invention en génère très peu. Ces moyens peuvent être des moyens pour engendrer un léger soufflage, devant la surface exposée au rayonnement E W. du gaz amblant de
lencointe, même s'il est sous très faible.pression.
Ils peuvent aussi être constitués de moyens aptes à générer une loger chanffage de ces optiques. Enfin, ils peuvent aussi être constitués de moyens aptes à générer une polarisation positive de la couche métallique que ces optiques comportent généralement, à une tension suffisante pour éloigner les débris ioniques, par
exemple quelques centaines de volts ou plus.
La figure 4 est une partie du diagramme de phase du xénon, montrant le domaine de fonctionnement de l' invention (hachuré) dont la pression est comprise entre 5xlOs Pa et 50x105 Pa et la température entre -70 C et 20 C, et qui est situé en outre au dessus de la courbe de pression de vapeur saturante. Elle montre aussi le domaine de fonctionnement optimal (hachures croisoes) correspondant à une pression comprise entre x105 Pa et 25x105 Pa et à une température comprise entre -45 C et -30 C. La courbe des variations de la pression de vapeur saturante P est exprimée en bars (1 bar étant égal à 105 Pa), en fonction de la température
t exprimée en C.
La partie du diagramme, située en haut et à gauche de cette courbe correspond au xénon liquide (L) tandis que la partie située en bas et à droite
correspond au xénon gazeux (G).
La figure 5 montre, pour un point d'impact du laser situé à 3 mm de la buse et pour une pression de xénon gazeux injecté d' environ 24xlOs Pa, l'évolution de l'intensité relative Ir du rayonnement EW produit, de longueur d'onde voisine de 13,5 nm, en fonction de la température mesurée T (en C) du
réservoir et de la buse.
Cette figure 5 permet de mettre en évidence la différence d'intensité du rayonnement E W produit avec un jet d'agrégats de xénon classique et un
brouillard dense de gouLtelettes de xénon liquide.
La figure 5 se décompose en trois parties distinctes: - Partie I: La température mesurée du
réservoir 2 et de la buse 4 est inférieure à -25 C.
Dans cette partie I, le diagramme de phase du xénon montre clairement que le xénon est liquide dans ces conditions de température et de pression. Le réservoir 2 contient uniquement du xénon liquide. On est donc en présence d'un jet de brouillard dense de gouLtelettes de xénon, formées par la pulvérisation du xénon liquide présent en amont de la buse 4. Le flux de rayonnement
E W produit est élevé.
- Partie II: La température mesurée du réservoir et de la buse est comprise entre -25 C et environ -21,3 C. Dans cette partie II, le diagramme de phase du xénon montre que le xénon passe de l'état liquide à l'état gazeux. Le réservoir 2 contient à la fois du xénon liquide et du xénon gazeux. I1 sagit la transition de phase liquide-vapeur. Le flux de
rayonnement EW produit baisse.
- Partie III: La température mesurée du réservoir et de la buse est supérieure à -21,3 C. Dans cette partie III, le diagramme de phase du xénon montre clairement que le xénon est gazeux dans ces conditions de température et de pression. Le réservoir 2 contient uniquement du xénon gazeux. Dans ces conditions de température et de pression, et avec une buse d'un diamètre de 500,um, un jet classique d'agrégats de xénon est formé, par condensation du xénon gazeux présent en amont de la buse. Le flux de rayonnement E W produit est faible. Il est environ cinq fois plus faible qu'avec un brouillard dense de gouttelettes de xénon. La figure 6 illustre très schématiquement l'utilisation du rayonnement EW obtenu avec un dispositif conforme à l' invention pour la nanolithographie. L'appareil de nanolithagraphie schématiquement représenté sur cette figure 6 comprend un dispositif 40 de génération de rayonnement E W du genre de la source de rayonnement EW qui a été décrite
en faisant référence à la figure 1.
Néanmoins, cet appareil fonctionnant lui aussi sous très faible pression, il peut avoir certains éléments en commun avec la source, notamment des moyens de pempage. Il peut aussi comporter des éléments comme le collecteur de lumière EW, qui fonctionnellement appartient à la source, mais qui peut mécaniquement être fixé sur l'appareil de gravure sans sortir du cadre de l' invention. Les moyens optionnels de nettoyage des optiques vis à vis des débris de la source peuvent également être mécaniquement implantés
sur liappareil de nanolithagraphie.
L,appareil de nanolithographie de la figure 6 comprend aussi un support 42 pour le substrat semiconducteur 44 que l'on veut traiter et qui est 2 recouverL d'une couche 46 de rsine phoLosens11e
desL1ne ALre insole suivanL un moL1f d6Lermin6.
L'appare11 comprend aussi: - u masque 48 comprenanL ce moL1f sous une forme agrandie, - des oL1ques 50 6vues pour meLLre e forme un rayonnemenL EUV rfrenc 52, 1ssu du disos1L1f 40, eL ameer ce rayonnemenL 52 au masque 48 qu1 fourniL alors une 1mage dn moLif sous forme agrandie, eL - des opLiques 54 prvues our /)dulre ceLLe image agrandie eL projeLer l' image rduiLe sur la
couche 46 de rsine hoLosensible.
Le suporE 42, le masque 48 eL les oLioss 50 eL 54 sont disoss dans une chambre vide non reprsenL6e ui, ar souci de simplificaL10n, esL de rfrence la chambre vide dans lauelle on forme le
rayonnemenL EUV d'1nsolaL10n 52.
L'invenLion ne s'aDliue Pas seulemenL la liLhograbie, en vue de fabriguer des cicuiLs inL6grs Lrs baut degr d'inL6graLion: le rayonnemenL FUV roduiL grAce la senLe 1nvenLion a de nombreuses auLres apllcaLions, noLammenL en science
des maL6riaux et en microscopie.
En outre, l'invenLion n'esL as limiL6e au xdnon. On peuL uLiliser d'auLres ga rares, Lels ue largon pour former le brouillard dense eL roduire le
rayonnemenL EUV.
CependanL, pour la liLbograble, il est
prfrable d'uLiliser le xnon.
L'1nvention vise la producL10n de lum16re EUV. TouLefois alla roJu1L an grand nombre de rages allanL du domains visible aux rayons mous, eL euL ALre uL111se pour LouLes lea longueurs d'onde produ1Les.
Claims (18)
1. Procédé de génération de lumière (30) dans l'extrême ultraviolet par création d'un plasma d' interaction entre un faisccau laser (24) et une cible, ce procédé étant caractérisé en ce que: la cible est constituée d'un brouillard dense (20) composé de micro-gouLtelettes de liquide, ce liquide étant un gaz rare liquéfié, en particulier le xénon liquide, on produit ce liquide par liquéfaction du gaz rare, on pressurise le liquide par ce gaz rare, à une pression comprise dans l'intervalle allant de x105 Pa à 50x105 Pa dans le cas du xénon, tout en maintenant ce xénon liquide à une température comprise dans l'intervalle allant de -70 C à -20 C, la pression et la température du gaz étant en outre choisies pour que le gaz rare soit sous forme liquide, on injecte le liquide ainsi pressurisé dans une buse (4) dont le diamètre intérieur minimal est compris dans l'intervalle allant de 60 um à 600,um, cette buse débouchant dans une zone o la pression est égale ou inférieure à 101 Pa, et l'on engendre ainsi, dans la zone, à la sortie de la buse, un brouillard dense et directif de gouttelettes du gaz rare liquéfié dont la tail le moyenne est supérieure à 1,um, en particul ier comprise dans l'intervalle allant de 5, um à 50,um dans le cas du xénon, ce brouillard dense formant un jet qui est dirigé suivant l'axe (X) de la buse, et on focalise en outre un faisceau laser sur le brouillard dense ainsi obtenu, ce faisceau laser étant apte à interagir avec ce brouillard dense pour engendrer une lumière dans le domaine extrême ultraviolet.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le gaz rare est le xénon et l'on pressurise le xénon liquide par le xénon gazeux à une pression comprise dans l'intervalle allant de 15x105 Pa à xlOs Pa et l'on maintient ce xénon liquide à une température comprise dans l'intervalle allant de -45 C
à -30 C.
3. Procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 et 2, dans lequel le gaz rare est le
xénon et l'on utilise la lumière engendrée dans le domaine extrême ultraviolet pour l' insolation dun substrat (44) sur lequel est déposoe une couche (46) de
résine photosensible.
4. Dispositif de génération de lumière (30) dans l'extrême ultraviolet par création d'un plasma d' interaction entre un faisceau laser (24) et un brouillard dense (20) composé de micro-gouLtelettes dun liquide, ce dispositif étant caractérisé en ce que le liquide est un gaz rare liquéfié, en particulier le xénon liquide, et en ce que le dispositif comprend: - un réservoir (2) destiné à contenir le liquide, - des moyens (12) d'injection du gaz rare sous pression dans le réservoir, prévus pour pressuriser, par ce gaz rare, le liquide contenu dans le réservoir et soumettre ce liquide à une pression comprise dans l'intervalle allant de 5xlOs Pa à 50xlOs Pa dans le cas du xénon, - des moyens (8) de production du liquide contenu dans le réservoir, par liquéfaction du gaz rare qui est injecté dans ce réservoir, le liquide, lorsque le gaz rare est le xénon, étant maintenu à une température comprise dans l'intervalle allant de -70 C
à -20 C,
- une buse (4) dont le diamètre intérieur minimal est compris dans l'intervalle allant de 60,um à 600,um et qui est reliée au réservoir, une chambre à vide (14) contenant la buse, - des moyens (28) permettant de faire pénétrer dans la chambre à vide un faisceau laser apte à interagir avec le brouillard, - des moyens permettant de réaupérer la lumière produite, en vue de l'utilisation de cette lumière, et - des premiers moyens de pompage (16) prévus pour établir dans cette chambre à vide une première pression environ égale ou inférieure à 101 Pa, les moyens d' injection et les moyens de production du liquide étant placés dans des conditions de fonctionnement maintenant le gaz rare liquide dans la buse et permettant d'engendrer, dans la chambre à vide, à la sortie de la buse, un brouillard dense et directif de gouttelettes du gaz rare liquéfié dont la taille moyenne est supérieure à 1,um, en particulier comprise dans l'intervalle allant de 5,um à 50,um dans le cas du xénon, ce brouillard dense formant un jet qui
est dirigé suivant l'axe (X) de la buse.
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le gaz rare est le xénon et la pression à laquelle est soumis le xénon liquide contenu dans le réservoir (2) est comprise dans l'intervalle allant de 15x105 Pa à 25x105 Pa et la température à laquelle est maintenu le xénon liquide est comprise dans
l'intervalle allant de -45 C à -30 C.
6. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 4 et 5, comprenant en outre:
- une paroi (38) qui délimite une zone secondaire et qui est pourvue d'un perçage en regard de la buse, ce perçage se trouvant sur l'axe (X) de cette buse, et - des deuxièmes moyens de pompage (16a) prévus pour établir dans cette zone secondaire une
deuxième pression supérieure à la première pression.
7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel la paroi comporte un écorceur (32) dont l'axe coïncide avec l'axe (X) de la buse et dont
l' orifice constitue le perçage de la paroi.
8. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 5 à 8, comprenant en outre un écran
thermique (39) qui est percé en regard de la buse pour
laisser passer le jet formé par le brouillard dense.
9. Dispositif selon l'une queleonque des
revendications 4 à 8, dans lequel la résistivité du
matériau constitutif de la buse (4) est supérieure ou égale à 108 Q. cm, la conductivité thermique de ce matériau est supérieure ou égale à 40 W/mK et l'indice de dureté Vickers du matériau est supérieure ou égale à
8000 N/mm2.
10. Dispositif selon la revendication 9,
dans lequel le matériau est une céramique.
11. Dispositif selon la revendication 10,
dans lequel la céramique est du nitrure d'aluminTum.
12. Dispositif selon l'une quelcouque des
revendications 4 à 11, comprenant en outre un
collecteur apte à diriger ou à focaliser la lumière engendrée, vers des moyens d'utilisation de cette lumière.
13. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel le collecteur comporte au moins un
réflecteur concave.
14. Dispositif selon l'une quelcouque des
revendications 4 à 13, comprenant en outre des moyens
de protection des optiques susceptibles d'être contenues dans le dispositif, vis-à-vis d'éventuels débris.
15. Dispositif selon la revendication 14, dans lequel ces moyens de protection sont des moyens de circulation du gaz rare de la chambre à vide devant la
surface de ces optiques qui est exposée à ces débris.
16. Dispositif selon la revendication 14, dans lequel ces moyens de protection sont des moyens de chauffage de la surface de ces optiques qui est exposoe
à ces déUris.
17. Dispositif selon la revendication 14, dans lequel ces moyens de protection sont des moyens de polarisation positive d'une couche métallique que
comportent ces optiques.
18. Apparei1 de lithagraphie de substrats semiconducteurs, cet appareil comprenant: - des moyens (48) de support d'un substrat semiconducteur (44) sur lequel est déposée une couche de résine photosensible (46) qui est destinée à être insolée suivant un motif déterminé, - un masque (48) comprenant le motif déterminé sous une forme agrandie, - un dispositif de génération de lumière dans le domaine extrême ultraviolet conforme à l'une
quelconque des revendications 4 à 17,
- des moyens optiques (50) de transmission de la lumière au masque, ce dernier fournissant une image du motif sous forme agrandie, et - des moyens optiques (5a) de réduction de cette image et de projection de l' image réduite sur la
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