FR2922330A1 - Procede de fabrication d'un masque pour la lithographie haute resolution - Google Patents

Abstract

Il s'agit d'un masque (1) pour la lithographie haute résolution comportant un substrat (1a) délimitant un fond (2) sur lequel sont répartis un ou plusieurs motifs (3) à transférer lors de la lithographie. Le substrat (1a) est un cylindre de révolution creux, transparent à un rayonnement devant être utilisé lors de la lithographie, au moins un élément parmi le fond, un des motifs, est transparent au rayonnement.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN MASQUE POUR LA LITHOGRAPHIE HAUTE RESOLUTION

DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention est relative à la technique de la lithographie haute résolution. Une telle technique à haute résolution signifie que l'on peut obtenir des tailles de motifs à une échelle inférieure à la centaine de nanomètres. Elle concerne plus particulièrement un masque, un procédé de fabrication de ce masque, un appareil de réalisation du masque, un procédé d'utilisation de ce masque et un appareil de lithographie utilisant ce masque. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les performances actuelles et les progrès à venir dans le domaine de la microélectronique sont fortement liés au procédé de lithographie utilisé. On rappelle que, dans ce domaine, la lithographie concerne l'ensemble des techniques qui permettent de reproduire, dans une résine de lithographie déposée à la surface d'un matériau, le motif d'une structure qu'on désire fabriquer. C'est en effet lors de cette étape que les schémas des microcircuits portés par un masque sont transférés sur le matériau. Depuis son origine la lithographie poursuit deux objectifs principaux. Le premier concerne la diminution de la résolution du motif afin de produire des circuits toujours plus complexes sur une surface donnée. Le deuxième objectif est le rendement que l'on cherche à augmenter dans une perspective de réduction des coûts de production. En terme de résolution, l'organisme International Technology Roadmap for Semiconductor (ITRS) (calendrier international de technologie pour les semi-conducteurs) a fixé les valeurs à atteindre dans un avenir proche, d'ici 2013, et plus lointain, jusqu'en 2020. Il apparaît clairement que d'ici une quinzaine d'années des résolutions de l'ordre de la dizaine à quelques dizaines de nanomètres seront nécessaires. Parmi les techniques de lithographie, on distingue les techniques par projection et les techniques de contact.

La technique de contact est à l'origine de la production des semi-conducteurs avant le début des années 1970. Elle consiste à mettre en contact le masque et la couche de résine de lithographie et à illuminer la résine de lithographie à travers le masque. Il n'y a pas d'optique entre le masque et la résine de lithographie. Elle donne théoriquement la meilleure définition des motifs, mais détériore le masque après chaque opération de masquage en raison des frottements importants à l'échelle microscopique. Elle a été rapidement abandonnée du fait de la pollution du masque avec la résine de lithographie, le masque devant être changé après chaque utilisation. La moindre pollution par la résine de lithographie provenant d'une utilisation antérieure est transférée dans la résine de lithographie lors d'une utilisation postérieure et aucune correction n'est ensuite possible. Une autre raison de l'abandon est l'émergence de la technique par projection. En contact, le masque est la réplique à l'échelle un des motifs à reporter, il doit donc posséder les motifs les plus petits possibles.

La technique de projection consiste à projeter les motifs du masque sur la couche de résine de lithographie à via une optique traversée par un faisceau optique d'insolation. Elle conduit à une moins bonne résolution en raison des effets de diffraction de la lumière. Par contre elle permet d'effectuer une réduction de la taille des motifs. La fabrication du masque est plus simple puisqu'elle n'exige pas une définition au moins égale à celle des motifs à reporter. La lithographie par projection est limitée en résolution du fait de la notion de champ image. L'image qui est transférée sur le support est le résultat d'une convolution entre le motif idéal et la réponse percussionnelle de l'optique employée. Cette réponse percussionnelle possède un diamètre à mi-hauteur DFWHM directement lié à son ouverture numérique ON et à la longueur d'onde À du rayonnement d'insolation : DFWHM= 0,5 À/ON. En pratique à une longueur d'onde de 193 nanomètres et en utilisant une ouverture numérique ON de 1,5 ce qui est le cas d'une lentille à immersion solide, on obtient un diamètre à mi- hauteur de 64 nm. La lithographie par projection nécessite donc une réduction poussée de la longueur d'onde pour atteindre des dimensions de motifs inférieures à environ 50 nanomètres. On a essayé d'utiliser des rayonnements d'insolation dans l'ultraviolet profond ce qui correspond à des longueurs d'ondes de l'ordre de 11 à 14 nanomètres, mais cette gamme de longueurs d'ondes pose des problèmes critiques en terme de transparence pour l'optique. L'essentiel de l'imagerie doit se faire avec des optiques réflectives, le masque doit aussi être utilisé en réflexion. On ne peut utiliser une pellicule de protection sur le masque pour le protéger de pollutions provenant de la résine de lithographie, puisque cette protection serait opaque à de telles longueurs d'ondes. En conséquence, la mise en oeuvre de cette technologie est limitée. L'inconvénient lié aux effets de la diffraction conduit à de nouveau à envisager l'utilisation de lithographie optique par contact pour ne pas subir la diffraction. Deux techniques sont actuellement explorées, la lithographie plasmon qui utilise les fortes résolutions spatiales du champ proche optique et la nano-impression qui utilise la réplique directe des motifs par impression et illumination. Dans la demande de brevet US 2006/0138360, il est préconisé d'utiliser les effets de champ proche et dans le brevet US 5 772 905 il est décrit un procédé de nano-impression avec masque plan. Mais les problèmes existant dans la lithographie par contact à savoir la fabrication du masque pour les résolutions recherchées et sa pollution doivent être résolus. La structuration de motifs à une échelle inférieure à la centaine de nanomètres existe déjà avec la lithographie électronique. Un faisceau d'électrons dessine directement des motifs dans de la résine de lithographie, sans utilisation d'un masque, à l'instar d'un crayon. Cependant cette technique est longue et coûteuse. En outre, il est connu depuis l'antiquité de reporter un motif sur une surface avec un cylindre portant ce motif. Des sceaux cylindriques servaient à apposer des cachets dans des tablettes d'argile. Le domaine de l'impression notamment dans le textile utilise couramment la rotation d'un rouleau pourvu d'un motif en relief enduit d'encre pour transférer ce motif sur une surface. Dans le brevet US 5 259 926 on utilise un outil cylindrique structuré pour réaliser un masque en résine de lithographie sus-jacent à un film mince reposant sur un substrat. Cet outil possède des motifs topographiques qui laissent leur empreinte en relief inversé dans la résine de lithographie. La résine de lithographie est ensuite réticulée thermiquement en utilisant un dispositif de chauffage approprié situé en aval de l'outil.

EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a justement comme but de proposer un masque et un procédé de fabrication d'un masque utilisable pour faire de la lithographie par transmission avec ou sans contact à haute définition.

Le procédé permet de réaliser à un coût acceptable un masque dont la taille des motifs est à une échelle inférieure à la centaine de nanomètres. Un autre but de l'invention est de proposer un masque pour la lithographie par contact qui peut 30 être utilisé plusieurs fois sans risque de pollution.

Plus précisément, la présente invention propose un masque pour la lithographie haute résolution comportant un substrat délimitant un fond sur lequel sont répartis un ou plusieurs motifs à transférer lors de la lithographie. Selon l'invention, le substrat est un cylindre de révolution creux, transparent à un rayonnement devant être utilisé lors de la lithographie, au moins un élément parmi le fond, un des motifs étant transparent au rayonnement.

Au moins un des motifs peut être topographique par rapport au fond, le motif ayant une épaisseur suffisante pour faire de la nano-impression. Au moins un des motifs peut être opaque au rayonnement.

Un motif opaque peut être réalisé à partir d'un matériau opaque dont est revêtu localement le substrat. Le matériau opaque peut être métallique, tel que le chrome ou l'aluminium ou être de la résine de lithographie.

En variante, c'est le fond qui peut être opaque au rayonnement. Le substrat peut comporter à chaque extrémité, une bordure annulaire épaissie afin que le masque ait une partie utile sans contact avec un support sur lequel on veut transférer les motifs, lors d'une opération de lithographie. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication d'un masque pour la lithographie dont les motifs ont des tailles inférieures à la centaine de nanomètres et qui est compatible avec une industrialisation.

Pour y parvenir, le procédé comporte les étapes consistant à : a°) fournir un substrat transparent à un rayonnement, ce substrat étant un cylindre de révolution creux, b°) l'enduire extérieurement de résine de lithographie, c°) l'entraîner en rotation, d°) déplacer en translation le long d'une génératrice du substrat, une tête optique focalisant au moins un faisceau optique modulé en amplitude, ce faisceau optique prenant la forme d'un spot balayant la surface extérieure du substrat enduit sensiblement en hélice de manière à insoler la résine localement selon à un ou plusieurs motifs correspondant à des motifs du masque, e°) éliminer localement toute l'épaisseur de résine pour révéler les motifs du masque ou des motifs provisoires calqués sur ceux du masque.

Avant l'étape b°) on peut revêtir le substrat extérieurement d'une couche de métal (lb), l'élimination locale de la résine à l'étape e°) rendant accessible le métal, on grave le métal rendu accessible pour exposer le substrat et révéler les motifs à partir des motifs provisoires, puis on élimine ce qui reste de résine. Lorsque le masque possède des motifs opaques et topographiques décorrélés et que les motifs formés aux étapes précédentes sont topographiques respectivement opaques, on reproduit les étapes b°), c°), d°), e°) et éventuellement celles conduisant à la gravure du métal pour former les motifs opaques respectivement topographiques. On donne de préférence à l'hélice un pas sensiblement égal à celui du spot.

La tête optique peut focaliser plusieurs faisceaux optiques de manière que les spots qu'ils forment soient alignés dans une direction faisant un angle donné différent de 0 modulo n par rapport à l'hélice de manière à balayer en parallèle la surface extérieure du substrat enduit. La présente invention concerne également un appareil pour réaliser un masque de lithographie ainsi caractérisé, comportant un arbre destiné à recevoir le substrat, ce substrat étant enduit extérieurement de résine de lithographie, des moyens pour entraîner en rotation l'arbre, une tête optique reliée à au moins une source optique, des moyens pour moduler en amplitude, la source optique au rythme du motif que doit porter le masque, des moyens pour déplacer la tête optique en translation selon une génératrice du substrat. L'appareil peut comporter en outre des moyens d'asservissement pour ajuster la position de la tête optique par rapport à la surface extérieure du substrat enduit. Lorsque la tête optique focalise plusieurs faisceaux optiques, elle peut comporter en cascade une optique de focalisation commune et en aval un composant optique muni d'autant d'ouvertures que de faisceaux, ces ouvertures laissant émerger chacune un spot.

La présente invention concerne également un appareil de lithographie utilisant un masque ainsi caractérisé pour transférer les motifs du masque sur un support sensiblement plan placé en regard du masque.

L'appareil comporte des moyens d'éclairage insérés à l'intérieur du substrat du masque, destinés à fournir un rideau lumineux radial, des moyens d'entraînement du masque et/ou du support pour imprimer au masque un mouvement de rotation et de translation par rapport au support, le rideau lumineux étant destiné à balayer la surface du support après avoir traversé le masque sans subir de rotation alors que le masque est en rotation. Les moyens d'éclairage peuvent comporter une source optique et une optique de type lentille barreau. La source optique peut inclure un conduit lumineux à émission latérale. En variante, la source optique peut comporter une pluralité de sources ponctuelles agencées en barrette. Dans une autre configuration, la source optique peut être une source cylindrique. L'appareil de lithographie peut comporter en outre des moyens de nettoyage pour nettoyer le masque lors de sa rotation, ces moyens étant situés à l'opposé du support par rapport au masque. L'appareil de lithographie peut comporter en outre, des moyens de nettoyage pour nettoyer le support avant qu'il n'ait été balayé par le rideau lumineux.

La présente concerne enfin un procédé d'utilisation du masque ainsi caractérisé, dans lequel on déplace en rotation et en translation le masque par rapport à un support sensiblement plan sur lequel les motifs du masque doivent être transférés et on éclaire le support par un rideau lumineux émergeant radialement de l'intérieur du masque par l'élément transparent, le support étant sensible à la lumière du rideau lumineux. Le masque peut être sans contact avec le support. Lorsque le masque a un motif topographique, le masque peut venir en contact avec le support et imprimer son empreinte dans le support lors du déplacement.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : Les figures 1A, 1B, 1C, 1D, 1E montrent des exemples d'un masque selon l'invention à motif topographique ou sensiblement sans relief ; La figure 2 montre un appareil pour la 25 réalisation d'un masque de lithographie haute résolution ; La figure 3 montre trois spots utilisés simultanément pour inscrire un motif sur le substrat lors de la réalisation du masque ; 30 La figure 4 montre une coupe de la tête optique qui délivre plusieurs spots ; Les figures 5A à 5I illustrent différentes étapes d'un exemple de procédé de réalisation de masques pour lithographie selon l'invention ; Les figures 6A, 6B, 6C, 6D montrent diverses vues d'un appareil de lithographie par transmission utilisant le masque selon l'invention ; Les figures 7A, 7B, 7C montrent diverses vues d'un appareil de lithographie par transmission et par nano-impression utilisant le masque selon l'invention ; La figure 8 montre un appareil de lithographie utilisant un masque selon l'invention équipé de moyens pour le nettoyer. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On se réfère aux figures 1A, 1B, 1C, 1D, 1E qui montrent des exemples de masque pour la lithographie haute définition objet de l'invention. Le masque 1 est formé à base d'un substrat la qui est un cylindre de révolution creux. Le substrat la est transparent à un rayonnement utilisé lors d'une opération de lithographie avec un tel masque. Le masque 1 est formé classiquement d'un fond 2 sur lequel sont répartis un ou plusieurs motifs 3 à transférer sur un support lors d'une opération de lithographie. Au moins un motif 3 et/ou le fond 2 sont transparents au rayonnement utilisé lors de la lithographie.

Le fond 2 peut être matérialisé par le substrat la. Il est alors transparent tout comme lui. Les motifs 3 peuvent se distinguer du fond 2 par le fait qu'ils sont opaques au rayonnement comme sur la figure 1A. Dans le mode de réalisation de la figure 1A, leur épaisseur est faible et n'autorise pas la nanoimpression. On pourrait envisager que ce soit les motifs 3 qui soient transparents et le fond qui soit opaque. En variante comme sur les figures 1B, 1C, les motifs 3 peuvent se distinguer du fond 2 par le fait qu'ils sont topographiques, ils sont en relief par rapport au fond 2. Le relief peut être une saillie ou un creux. Le relief a une épaisseur suffisante pour faire de la nano-impression. Les motifs 3 en relief peuvent être opaques comme sur la figure 1B ou transparents comme sur la figure 1C, ou les deux comme sur la figure 1E. Les motifs 3 en saillie par rapport au fond 2 matérialisé par le substrat la peuvent être réalisés par une couche épaisse qui revêt partiellement le substrat la. Lorsque les motifs en relief sont transparents tout comme le fond 2, il est possible de faire avec le masque 1 de la nano-impression en mode de photoréticulation. Lorsqu'on a à la fois au moins un motif en relief opaque et au moins un motif en relief transparent comme sur la figure 1D, le motif en relief opaque est obtenu à partir d'une couche opaque épaisse et le motif en relief transparent à partir d'une couche transparente épaisse. Les motifs en relief opaques et transparents sont décorrélés. La variante de la figure 1E combine à la fois la configuration avec motifs en relief transparents 3 et motifs opaques 3' en couche mince. Les motifs 3 en relief sont en creux. On peut créer un masque de motifs opaques 3' qui ne modifient pas sensiblement la topographie du substrat la. On crée des motifs en relief 3. Un motif en relief 3 transparent peut être rendu partiellement opaque par un motif opaque, car les deux types de motifs sont décorrélés. Comme matériau opaque, on peut utiliser une en résine de lithographie ou un métal par exemple à base de chrome ou d'aluminium. Dans le cas où l'on désire faire de la nano-impression, on peut utiliser la résine de lithographie. Comme matériau transparent utilisé pour faire les motifs en relief et notamment en saillie par rapport au fond, on peut utiliser des résines, du sol gel, des matériaux à changement de phase et plus généralement tout type de matériaux qui présente une bonne sélectivité de gravure entre une zone insolée ou non. Les motifs transparents en creux sont gravés dans le matériau du substrat 1. Ce dernier peut être par exemple en quartz ou en verre. On va maintenant s'intéresser à un procédé de fabrication d'un tel masque cylindrique en se référant à la figure 2.

Le principe est de balayer la surface du substrat la cylindrique de révolution, enduit d'un matériau sensible, entraîné rotation, à l'aide d'au moins un spot 7 animé d'un mouvement de translation le long d'une génératrice G du substrat la, le spot 7 étant modulé en amplitude, de manière à y inscrire au moins un motif 70 qui se distinguera du reste du substrat formant un fond 71. Sur la figure 2, la référence 8 illustre un faisceau optique traversant une tête optique 9 comprenant au moins une optique de focalisation 9a de manière à générer le spot 7. Le faisceau optique 8 est délivré par une source optique S qui peut être un laser, tel un laser émettant dans le bleu par exemple. Le spot 7 correspond à la partie du faisceau optique 8, émergeant de la tête optique 9 après focalisation, et qui est interceptée par le substrat la revêtu. La tête optique 9 est animée d'un mouvement en translation illustré par la flèche 10 le long de la génératrice G du substrat la cylindrique. Le substrat la est entraîné en rotation pendant que s'effectue la translation, le mouvement de rotation étant illustré par la flèche 11. Le faisceau optique 8 est modulé en amplitude. Le matériau sensible au faisceau optique 8 dont est enduit extérieurement le substrat la est référencé 17. Ce matériau sensible 17 est de la résine de lithographie. Le spot 7 suit un trajet en hélice et donc inscrit un ou plusieurs motifs d'inscription 70 en hélice à la surface du substrat la enduit, au rythme de la modulation en amplitude. Les motifs d'inscription 70 conduiront ensuite aux motifs du masque. La référence 6 représente une zone déjà inscrite sur le substrat la. L'inscription des motifs 70 sur le matériau sensible 17 correspond à une insolation au rythme de la modulation. On donne à l'hélice un pas p faible, de l'ordre de grandeur du spot 7. La résine 17 est donc insolée suivant un motif linéaire de forme tridimensionnelle hélicoïdale. On met donc en oeuvre un double mouvement de rotation et de translation entre la tête optique 9 et le substrat la. Dans l'art antérieur, lorsque l'on voulait transférer un motif sur un support plan pour en faire un masque sensiblement rectangulaire de taille LXxLy, en suivant un balayage selon y, la distance LT parcourue par la tête optique s'exprimait par LT- LXxLy/p si p est le pas. Ce balayage nécessitait une translation continue de la tête optique à vitesse linéaire V1in d'inscription sensiblement constante afin de garantir l'homogénéité de la réponse du matériau sensible. La durée de l'insolation était donnée par le rapport LT/ V1in Pour un masque plan rectangulaire de taille 26x32 mm2, ce qui correspond à une cellule élémentaire en lithographie, le tableau suivant donne les durées d'insolation requises en fonction du pas et de la vitesse d'avancement de la tête optique. p (nm) Vlin O, lm/s Vlin O, 5m/s Vlin lm/s Vlin 2m/s Viin 5m/s 10 9,6 jours 2 jours 1 jour 11 h 33 mn 4 h 37 mn 20 4,8 jours 1 jour 11 h 33 mn 5 h 46 mn 2 h 18 mn 40 2,4 jours 11 h 33 mn 5 h 46 mn 2 h 53 mn 1 h 09 mn On s'aperçoit que la vitesse linéaire V1in est un paramètre clé pour que le procédé de réalisation du masque soit compatible avec les rendements industriels. Des valeurs du m/s sont à rechercher pour que le temps d'insolation soit de l'ordre de quelques heures. L'inscription des motifs se faisant par modulation en amplitude du faisceau optique 8, la vitesse de balayage est donc limitée par la durée minimale de modulation de la source optique. Si la source optique est modulable à une fréquence maximale fs, la résolution spatiale ôy dans la direction y de balayage est donnée par la relation ôy= V1in/2fs. Pour une vitesse linéaire d'inscription V1in de l'ordre de 1 m/s et une résolution ôy de l'ordre du nanomètre, il faudrait une fréquence de modulation de 500 MHz au minimum. Une telle fréquence correspond aux limites que l'on peut atteindre de nos jours avec les sources laser à l'état solide modulables en numérique comme par exemple la source référencée LDM A350 de la société Omicron Laserage Laserprodukte GmbH qui est une source à 405 nm modulable à 500 MHz ou les modulateurs optiques comme par exemple les modulateurs d'amplitude de la société Newfocus comme celui référencé 4104 fonctionnant à 200 MHz. On sait aussi réaliser un balayage avec deux mouvements de translation croisés avec des platines de translation en x et en y. Avec un tel balayage, on est aussi limité en terme de vitesse de balayage, puisque la tête optique doit faire des allers-retours, il faut prévoir des phases d'accélération et de décélération, ce qui est compliqué.

Dans la présente invention, il s'agit d'un balayage en tambour, il n'y a donc pas de phase d'écriture perdue, cette dernière s'effectuant à vitesse sensiblement constante.

La vitesse de translation Vtrans (en pm/s) de la tête optique 9, la vitesse de rotation Vrot (en tours/mn) du substrat la, le pas p en (pm), le rayon Rcyi du substrat la (en mm), et la vitesse linéaire V1in d'inscription (en m/s) sont liées par deux relations simples : Vtrans ù v inù V x p/60 x 2n x Rcyi x 10-3/60 La vitesse linéaire correspond à la vitesse d'inscription dans la direction de l'hélice.

Si on choisit un périmètre du substrat la correspondant au grand côté d'une cellule élémentaire de lithographie soit 32 mm, nous obtenons un rayon extérieur Rcyi pour le substrat la de 5mm. Si la vitesse de rotation Vrot est de 2000 tr/mn et le pas p de 40 nm, on obtient une vitesse de translation Vtrans de 1,3 pm/s. Ces grandeurs sont tout à fait envisageables. Si on souhaite une vitesse linéaire V1in d'inscription de 1 m/s avec un pas p de 40 nm pour conserver une durée d'insolation de quelques heures, alors ce pas p est insuffisant pour atteindre des motifs de taille comprise entre environ 10 à 50 nm. Pour améliorer la résolution des motifs, il est possible de prévoir un mode d'inscription en parallèle à l'aide de plusieurs faisceaux optiques et donc de plusieurs spots 7, espacés d'une distance d, alignés suivant une direction inclinée d'un angle a donné avec la direction de la vitesse linéaire d'inscription Vain, c'est-à-dire avec l'hélice. L'angle donné a est non nul modulo i. On se réfère à la figure 3. On a dessiné N spots 7 alignés. Dans l'exemple N vaut 3. Le pas entre chaque spot 7 vaut p' alors que l'ensemble des N spots 7 se déplace en hélice avec le pas p. Le pas p' s'exprime par : p'= dxsin (a) = p/N Avec N=3 et p = 40 nm, on obtient p' = 10,33 nm, un exemple de réalisation peut être d'espacer les spots 7 de d= 300 nm et d'adopter une inclinaison a de 2,5 degrés. Cette configuration avec plusieurs spots 7 en parallèle permet de concilier à la fois le pas p' et la vitesse linéaire d'inscription V1nn• La figure 4 illustre un mode de réalisation de la tête optique 9 permettant d'obtenir N spots 7. On dispose de N faisceaux optiques 8a, 8b, 8c, inclinés les uns par rapport aux autres qui vont traverser la tête optique 9. Elle comporte, en cascade, une optique de focalisation unique 9a suivie d'un composant 14 présentant N ouvertures 15, une pour chacun des faisceaux optiques 8a, 8b, 8c. Le composant 14 est un élément structuré permettant de gérer un confinement du champ localisé à l'échelle sub-micrométrique. Les axes optiques de faisceaux optiques sont sécants en un unique point de l'optique de focalisation 9a et se prolongent chacun jusqu'à une des ouvertures 15. Les ouvertures 15 peuvent être réalisées dans une couche métallique 15' portée par le composant 14. Cette couche métallique 15' peut être par exemple réalisée à base d'argent, d'aluminium, de chrome. On a représenté l'interception des faisceaux optiques 8a, 8b, 8c, par le substrat la recouvert de la couche sensible 17, après leur traversée de la tête optique 9. Les figures 5A à 5I illustre différentes étapes d'un exemple de procédé de réalisation du masque pour lithographie haute résolution.

On part d'un substrat la en forme d'un cylindre de révolution creux transparent à un rayonnement optique devant être utilisé lors de la lithographie (figure 5A). Ce substrat la peut être en verre ou en quartz par exemple. Ce substrat la doit être propre et on prévoit de le nettoyer de manière appropriée. On peut recouvrir ce substrat la d'une sous-couche lb d'un matériau métallique, lorsque l'on souhaite que le masque 1 soit utilisé en lithographie par transmission (figure 5B), ce qui implique que le masque 1 aura des motifs obtenus à l'aide de cette sous-couche lb sensiblement sans topographie. Les motifs pourront être opaques et le fond transparent ou vice-versa.

Cette étape est optionnelle, si le masque est prévu pour faire de la nano-impression. Le dépôt de la sous-couche lb peut se faire par tout procédé classique de métallisation d'un substrat tel que le dépôt physique en phase vapeur connu sous l'acronyme PVD. Le métal déposé peut être du chrome par exemple.

On recouvre le substrat la d'une couche de résine de lithographie 1c sur laquelle un ou plusieurs motifs souhaités pour le masque vont être transférés (figure 5D). Cette couche 17 sera sensible au faisceau optique qui sera utilisé pour l'inscription. Un dépôt à la tournette peut être utilisé. La buse de projection utilisée sera animée d'un mouvement de translation le long d'une génératrice du cylindre pendant que le substrat la sera entraîné en rotation. Les conditions de dépôt telles que la vitesse de rotation du substrat la, la vitesse d'avance de la buse de projection, la viscosité de la résine de lithographie sont des paramètres à adapter car ils conditionnent l'épaisseur de la couche de résine 17.

Il est possible d'intercaler entre la couche de résine 17 et le substrat la une sous-couche anti-réfléchissante 1c connue en lithographie sous l'acronyme de BARC pour bottom anti-reflective coating soit couche anti-réfléchissante inférieure (figure 5C).

Cette couche 1c permet d'éviter que des réflexions parasites du faisceau optique lors de l'inscription amènent des défauts au niveau des motifs à transférer. Cette sous-couche anti-réfléchissante 1c prend tout son intérêt si la sous-couche métallique lb a été prévue. Une étape classique de recuit de la résine de lithographie 17 suit pour évaporer le solvant qu'elle contient. Cette étape n'est pas visible. Ce recuit peut se faire dans un four dans lequel est placé le substrat la ou à l'aide d'un mandrin chauffant sur lequel est enfilé le substrat la.

Ensuite on peut procéder au transfert des motifs sur le substrat la. Des données d'image IM caractérisant les motifs à inscrire sont chargées dans une unité de traitement UT qui va commander en amplitude au moins une source optique S destinée à émettre un faisceau optique 8. Des moyens de déplacement T1 permettent d'entraîner en translation la tête optique 9. le mouvement de la tête optique se fait selon une génératrice du substrat la. Le substrat la enduit est positionné sur un arbre A0, cet arbre A0 est entraîné en rotation par un moteur M1 (figure 5E). Le faisceau optique 8 émis par la source optique S est mis en forme dans un dispositif de mise en forme MO situé en aval de la source optique S.

On règle la position de la tête optique 9 et donc de l'optique de focalisation 9a qu'elle comprend, de manière à obtenir une focalisation appropriée en surface de la résine 17 qui revêt le substrat la. On prévoit pour cela des moyens d'asservissement AS de mise en proximité de la tête optique 9 avec la surface de la résine 17. Le substrat la étant mis en rotation, l'inscription à l'aide de faisceau optique modulé 8 peut débuter alors que la tête optique 9 est entraînée en translation. Le faisceau optique 8 insole la résine 17. Des règles de codage en rotation et en translation permettent de synchroniser la modulation du laser par rapport à la position du spot sur le substrat. A l'issue de cette étape d'inscription, le substrat la est ôté de l'arbre A0 (figure 5F) et les motifs sont révélés dans la résine de lithographie 17 par élimination localisée de la résine. Cette élimination se fait par des techniques de gravure humides classiques (figures 5G, 5H). Si on n'a pas prévu de couche métallique lb, la révélation expose localement le substrat la, ce qui forme le fond 2 qui correspond à des zones transparentes 2 en creux, la résine 17 restante formant les motifs 3 qui sont des zones opaques en relief (figure 5G). Le masque pourra fonctionner en impression et en transmission.

Si une sous-couche métallique lb est présente, l'élimination localisée de la résine 17 forme des motifs provisoires correspondant à ceux qu'aura le masque. La gravure de la résine 17 expose localement la sous-couche métallique lb (figure 5H). On prévoit dans ce cas, une étape de gravure additionnelle pour passer des motifs provisoires aux motifs définitifs du masque. Cette étape de gravure peut être, par exemple une gravure humide. Elle permet d'attaquer le métal de la sous-couche lb exposé par la gravure de la résine 17 et d'atteindre le substrat la. Le substrat la exposé forme des zones transparentes 2 du masque. On élimine totalement la résine 17 par nettoyage chimique. Le métal de la sous- couche lb restant forme les motifs 3 qui sont des zones opaques du masque, et ces motifs 3 sont sensiblement sans relief par rapport au fond 2 qui est matérialisé par des zones transparentes (figure 5I). Le masque fonctionnera en transmission. La source optique S peut être par exemple un laser bleu ayant une longueur d'onde de 405 nm. Bien entendu, la résine 17 est choisie parmi les résines disponibles dans le commerce sensibles à cette longueur d'onde. Selon le cadre d'application, le masque 1 fonctionnera donc uniquement en transmission ou bien en transmission et en impression. Il se peut que le masque possède des motifs de plusieurs types, c'est-à-dire à la fois un ou plusieurs motifs opaques et un ou plusieurs motifs topographiques et que ces motifs soient décorrélés.

Lorsque les motifs d'un type ont été réalisés comme on vient de le décrire, on reproduit les étapes d'enduction du substrat de résine comme à la figure 5D, d'entraînement en rotation, de déplacement de la tête optique pour insoler localement la résine comme aux figures 5E, 5F, d'élimination de la résine pour révéler les motifs manquants ou des motifs provisoires comme aux figures 5G. On répète aussi éventuellement les étapes de gravure du métal et d'élimination de ce qui reste de résine si nécessaire comme aux figures 5H, 5I.

Les motifs obtenus à partir de la gravure du métal conduisant à des motifs opaques non topographiques. La résolution désirée conduisant à des tailles de motifs dans une gamme comprise entre environ 10 et 50 nm, peut être obtenue en employant les techniques de confinement optique en champ proche. On se base notamment sur l'article Fabrication of half- pitch 32 nm resist patterns using near-field lithography with a Si-mask , Ito, T. et al., Applied physics, Letters, 2006, page 89 et suivantes. Des confinements de champ ont pu aboutir à des motifs de quelques dizaines de nanomètres. Le confinement de champ peut aussi être obtenu par l'utilisation de l'effet des plasmons de surface comme décrit dans la demande de brevet US 2006/0138360 ou dans le brevet US 7 106 935. La résolution désirée peut également être obtenue par l'association, dans la tête optique 9 d'une optique de focalisation 9a de type à immersion solide et d'une résine 17 sur le substrat cylindrique la de type à changement de phase. L'immersion solide permet de réduire la taille du spot 7 à des diamètres à mi-hauteur inférieur à 100 nm comme décrit dans l'article Recent adances in near-field-based small form factor optical storage D. H. Davies et al., IEEE Transactions on magnetics, 2007, pages 798-772. La résine à changement de phase permet un développement de motifs avec un facteur de forme réduit par rapport à la taille du spot. De ce fait des motifs inférieurs à 50 nm peuvent être obtenus.

On va maintenant décrire en se référant aux figures 6A, 6B, 6C, 6D un premier exemple d'appareil de lithographie utilisant un masque 1 cylindrique tel que décrit précédemment, pour faire de la lithographie par projection ou par contact mais sans impression. Le masque 1 utilisé dans cet exemple est celui fonctionnant en transmission uniquement, c'est-à-dire celui dont les motifs 3 sont métallisés. On désire transférer le motif du masque 1 sur un support 100 sensible. Le support 100 comporte sur une de ses faces principales de la résine de lithographie 101. Les figures 6A et 6C sont respectivement des coupes transversales et longitudinales de l'appareil de lithographie utilisé. Sur la figure 6A, le masque est proche de la résine 101 mais ne vient pas en contact avec elle, sur la figure 6C, il n'y a pas de contact entre le masque 1 et la résine 101 sauf éventuellement au niveau de ses bords s'ils sont épaissis. La référence 24 illustre une telle bordure épaissie. On va entraîner le masque 1 dans un double mouvement de rotation (flèche F1) et de translation (flèche F2) relatif par rapport au support 100 et simultanément on va éclairer le support 100 à travers le masque 1. On prévoit pour cela des moyens d'entraînement 30 du masque et/ou du support pour imprimer au masque 1 un mouvement de rotation et de translation par rapport au support 100. Ces moyens 30 peuvent agir sur le masque 1 et/ou le support 100. La rotation du masque 1 est une rotation sans glissement. On va ainsi insoler la résine 101 qui recouvre le support 100 via les zones transparentes 2 du masque 1. On utilise pour cela des moyens d'éclairage 16 qui fournissent un rideau lumineux 16' qui balaye le support 100 alors que le masque 1 est entraîné en rotation. Ce rideau lumineux 16' forme une ligne lumineuse au niveau de son interception par le support 100. Le rideau lumineux 16' est radial par rapport au substrat, ce qui fait que la ligne lumineuse est dirigée selon une génératrice du masque 1. Les moyens d'éclairage 16 peuvent comprendre une source optique 18 associée à une optique de focalisation 19.

La source optique 18 peut être formée par un conduit de lumière à émission latérale 18' (connu sous la dénomination anglaise de light pipe) alimenté par une source L par exemple de type laser comme illustré sur les figures 6. En variante, la source optique 18 pourrait être formée d'une barrette de sources ponctuelles 18a alignées, par exemple des sources ponctuelles de type LED ou VCSEL (laser à émission de surface) émettant un rayonnement auquel est sensible la résine 101 comme sur les figures 7. Une autre possibilité encore serait d'utiliser une source cylindrique par exemple de type lampe à arc, filament incandescent. On suppose que cette variante est illustrée sur la figure 8. Préférentiellement la source optique 18 émet dans l'ultra-violet, la résine 101 étant choisie pour être sensible à ce rayonnement. Les moyens d'éclairage 16 sont placés à l'intérieur du masque 1, mais ils sont désolidarisés du substrat cylindrique la de manière a ne pas être entraînés en rotation lors de la rotation du masque 1. Le masque 1 est entraîné en rotation sans induire de rotation des moyens d'éclairage 16. Le masque 1 peut être monté sur un arbre 16a qui contribue au mouvement du masque. Les moyens d'éclairage 16 peuvent être solidaires d'un arbre 16a qui contribue au déplacement du masque 1 mais être libres en rotation autour de cet arbre 16a. Le masque 1 peut être libre en translation et peut venir en contact avec le support 100 lors de la rotation, c'est le contact du masque 1 sur le support 100 et sa rotation qui provoque la translation relative entre le masque et le support 100. En variante, le masque 1 peut être libre en rotation, c'est le contact entre le masque 1 et le support 100 et la translation relative entre le masque 1 et le support 100 qui provoque la rotation du masque 1. Enfin, il n'est pas nécessaire qu'il y ait un contact entre le masque 1 et support 100 pourvu de la résine 101, ils sont toutefois très proches l'un de l'autre. Le masque 1 est mis en rotation et un mouvement de translation relatif est appliqué entre le masque 1 et le support 100. Dans ce dernier cas, la lithographie se fait par projection. L'insolation du support 100 permet de transférer les motifs du masque 1 sur le support 100, une étape de révélation étant prévue ensuite. La figure 6B montre de manière agrandie l'insolation d'une portion du support 100 recouvert résine 101. La référence 23 représente la lumière qui traverse le masque 1 et insole la résine 101. Le contact entre le masque et le support 100, s'il existe, garantit un transfert des motifs avec un facteur de forme proche de un, même pour des motifs de taille de 10 à 50 nm environ. En lithographie en champ proche, les zones transparentes 2 les plus petites du masque 1 généreront des ondes évanescentes, alors que des zones transparentes plus grandes généreront des ondes propagatives comme décrit dans le brevet US 7 136 145. La figure 6D illustre le champ évanescent 26 qui insole la résine 101 recouvrant le support 100 au niveau d'une zone transparente 2 de petite taille du masque 1. La référence 25 illustre l'espacement qui existe entre le masque 1 et le support lors de l'opération de lithographie par projection. En cas de lithographie par projection, en champ proche, lorsqu'il n'y a pas de contact entre le masque 1 et le support 100, il peut être intéressant de contrôler la distance 25 entre les deux. Le substrat la du masque 1 peut comporter à chacune de ses extrémités, une bordure annulaire épaissie 24, cela permet que la partie centrale du masque 1 ne vienne pas en contact avec la résine 101 recouvrant le support 100. Ces bordures épaissies 24 ont un rôle de cale. Les bordures épaissies 24 peuvent être continues ou morcelées. Sur les figures 7A, 7B, 7C on a représenté, de la même manière qu'aux figures 6, l'appareil de lithographie avec le masque 1 topographique. Le masque 1 comporte des motifs qui se distinguent d'un fond 2, les motifs 3 sont des zones en relief 3 et le fond 2 est en creux. Sur la figure 7B, la coupe est faite au niveau des motifs 3. Le principe est le même que précédemment sauf que le masque 1 vient toujours en contact avec la résine 101 pour que les motifs 3 en relief laissent leur empreinte 101a en creux dans la résine 101 recouvrant le support 100. Les zones de résine 101 qui jouxtent les empreintes en creux 101a sont référencées 101b. Ainsi, on obtient dans la couche de résine 101 du support 100 lorsque le masque 1 est passé, des zones en creux 101a et en relief 101b qui sont le miroir des motifs 3 en relief et du fond 2 en creux du masque 1.

Simultanément, les moyens d'éclairage 16 insolent la résine 101 à travers le masque. Dans cette variante, les moyens d'éclairage 16 sont formés d'une source d'éclairage 18 qui est formée d'une pluralité de sources ponctuelles 18a agencées en barrette. Dans cette configuration, le masque 1 fonctionne en transmission pour insoler localement la résine et donc la transformer chimiquement. L'insolation se fait au niveau des zones transparentes 2 en creux du masque, les motifs étant opaques. L'inverse serait possible. En variante, le masque pourrait être entièrement transparent avec des motifs en relief. On réalise donc une étape de nana-impression combinée à une étape de lithographie par contact. L'avantage de la combinaison nano-impression et lithographie par contact est que la taille des empreintes 101a dans la résine 101 est sensiblement la même que celle des zones en relief 3. Dans la nana- impression thermique telle que décrite dans le brevet US 7 136 145 cité plus haut, des phénomènes de dilatation apparaissent lors du chauffage, et il est difficile de prévoir à l'avance, la taille des motifs obtenus. Le transfert des motifs du masque sur le support ne se fait pas fidèlement. La pollution du masque 1 par la résine 101 constitue un inconvénient de la lithographie par contact comme cela été évoqué plus haut. Avec les bordures épaissies 24, il n'y a plus de contact entre la partie utile du masque et le support, le problème de pollution est moindre.

S'il y a contact, il est possible de s'affranchir de ce problème, en nettoyant le masque 1 en temps réel lors de sa rotation. On peut faire coopérer un dispositif de nettoyage 27 avec le masque 1. On peut par exemple le placer, à l'opposé du support 100 comme illustré sur la figure 8. Le nettoyage peut consister en une ablation laser, en la mise en contact d'un feutre par exemple. Cette liste n'est pas limitative.

Pour éviter que de la poussière ne vienne se coller sur la résine 101 en amont du masque 1, c'est-à-dire juste avant que la résine 101 ne soit insolée, il est possible de doter l'appareil de lithographie d'un dispositif de traitement 28. Ce dispositif de traitement 28 peut projeter un flux gazeux inerte sur la résine 101 située en amont du masque. Le gaz peut être de l'azote. Bien que plusieurs modes de réalisation de la présente invention aient été représentés et décrits de façon détaillée, on comprendra que différents changements et modifications puissent être apportés sans sortir du cadre de l'invention. L'invention n'est pas limitée à un masque dont les motifs sont opaques et dont le fond est transparent, bien que plusieurs figures montrent une telle configuration. L'inverse est bien sûr possible. Le masque peut aussi être entièrement transparent et avoir des motifs en relief.

Claims (25)

REVENDICATIONS

1. Masque (1) pour la lithographie haute résolution comportant un substrat (la) délimitant un fond (2) sur lequel sont répartis un ou plusieurs motifs (3) à transférer lors de la lithographie, caractérisé en ce que le substrat (la) est un cylindre de révolution creux, transparent à un rayonnement devant être utilisé lors de la lithographie, au moins un élément parmi le fond, un des motifs étant transparent au rayonnement.

2. Masque selon la revendication 1, dans lequel au moins un des motifs (3) est topographique par rapport au fond (2), le motif ayant une épaisseur suffisante pour faire de la nano-impression.

3. Masque selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel au moins un des motifs (3) est opaque au rayonnement.

4. Masque selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le motif (3) opaque est réalisé à partir d'un matériau opaque (la) dont est revêtu localement le substrat (1).

5. Masque selon la revendication 4, dans lequel le matériau opaque (lb) est métallique, tel que le chrome ou l'aluminium ou est de la résine de lithographie.

6. Masque selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le fond (2) est opaque au rayonnement.

7. Masque selon l'une des revendications précédentes dans lequel substrat (la) comporte à chaque extrémité, une bordure annulaire épaissie (24).

8. Procédé de fabrication d'un masque (1) 10 pour la lithographie haute résolution comportant les étapes consistant à : a°) fournir un substrat (la) transparent à un rayonnement, ce substrat étant un cylindre de révolution creux, 15 b°) l'enduire extérieurement de résine (17) de lithographie, c°) l'entraîner en rotation, d°) déplacer en translation le long d'une génératrice (G) du substrat (la), une tête optique (9) 20 focalisant au moins un faisceau optique modulé en amplitude, ce faisceau optique prenant la forme d'un spot (7) balayant la surface extérieure du substrat (la) enduit sensiblement en hélice de manière à insoler la résine (17) localement selon à un ou plusieurs 25 motifs correspondant à des motifs du masque, e°) éliminer localement toute l'épaisseur de résine (17) pour révéler les motifs du masque ou des motifs provisoires calqués sur ceux du masque. 30

9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel avant l'étape b°) on revêt le substrat (la)extérieurement d'une couche de métal (lb), l'élimination locale de la résine à l'étape e°) rendant accessible le métal (lb), on grave le métal rendu accessible pour exposer le substrat (la) et révéler les motifs à partir des motifs provisoires, puis on élimine ce qui reste de résine.

10. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, dans lequel lorsque le masque possède des motifs opaques et topographiques décorrélés et que les motifs formés sont topographiques, respectivement opaques, on reproduit les étapes b°), c°), d°), e°) de la revendication 8 et éventuellement celles de la revendication 9 pour former les motifs opaques, respectivement topographiques.

11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel on donne à l'hélice un pas (p) sensiblement égal à celui du spot (7).

12. Procédé selon l'une des revendications 8 à 11, dans lequel la tête optique (9) focalise plusieurs faisceaux optiques (8a, 8b, 8c) de manière que les spots (7) qu'ils forment soient alignés dans une direction faisant un angle donné (a) différent de 0 modulo par rapport à l'hélice de manière à ce qu'ils balayent en parallèle la surface extérieure du substrat (la) enduit.

13. Appareil pour réaliser un masque de lithographie selon l'une des revendications 1 à 7,comportant un arbre (AO) destiné à recevoir le substrat (la), ce substrat (la) étant enduit extérieurement de résine (17) de lithographie, des moyens (Ml) pour entraîner en rotation l'arbre (AO), une tête optique (9) reliée à au moins une source optique (S), des moyens pour moduler en amplitude (MO) la source optique au rythme des motifs que doit porter le masque, des moyens (T1) pour déplacer la tête optique (9) en translation selon une génératrice du substrat.

14. Appareil selon la revendication 13, comportant en outre des moyens d'asservissement (AS) pour ajuster la position de la tête optique (9) par rapport à la surface extérieure du substrat (la) enduit.

15. Appareil selon l'une des revendications 13 ou 14, dans lequel, lorsque la tête optique (9) focalise plusieurs faisceaux optiques (8a, 8b, 8c), la tête optique (8) comporte en cascade une optique de focalisation commune (9a) et en aval un composant optique (14) muni d'autant d'ouvertures (15) que de faisceaux optiques, ces ouvertures laissant émerger chacune un spot (7).

16. Appareil de lithographie utilisant un masque selon l'une des revendications 1 à 7 pour transférer les motifs du masque (1) sur un support (100) sensiblement plan placé en regard du masque, comportant des moyens d'éclairage (16) insérés à l'intérieur du substrat (la) du masque, destinés àfournir un rideau lumineux (16') radial , des moyens d'entraînement (30) du masque et/ou du support pour imprimer au masque (1) un mouvement de rotation et de translation par rapport au support (100), le rideau lumineux (16') étant destiné à balayer la surface du support (100) après avoir traversé le masque (1) sans subir de rotation alors que le masque est en rotation.

17. Appareil de lithographie selon la revendication 16, dans lequel les moyens d'éclairage (16) comportent une source optique (18) et une optique (19) de type lentille barreau.

18. Appareil de lithographie selon la revendication 17, dans lequel la source optique (18) inclut un conduit lumineux (18') à émission latérale.

19. Appareil de lithographie selon la revendication 17, dans lequel la source optique (18) comporte une pluralité de sources ponctuelles (18a) agencées en barrette.

20. Appareil de lithographie selon la revendication 17, dans lequel la source optique (18) est une source cylindrique.

21. Appareil de lithographie selon l'une des revendications 16 à 20, comportant des moyens de nettoyage (27) pour nettoyer le masque lors de sa rotation, situés à l'opposé du support par rapport au masque.

22. Appareil de lithographie selon l'une des revendications 16 à 21, comportant en outre un dispositif de traitement (28) pour nettoyer le support (100) avant qu'il n'ait été balayé par le rideau lumineux (16') .

23. Procédé d'utilisation du masque selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel on déplace en rotation et en translation le masque (1) à la surface d'un support (100, 101) sensiblement plan sur lequel les motifs du masque doivent être transférés et on éclaire le support par un rideau lumineux (16') émergeant radialement de l'intérieur du masque (1) par l'élément transparent, le support (100, 101) étant sensible à la lumière du rideau lumineux.

24. Procédé d'utilisation selon la revendication 23, dans lequel le masque (1) est sans contact avec le support (100, 101).

25. Procédé d'utilisation selon la revendication 23, dans lequel lorsqu'au moins un motif du masque est topographique, le masque (1) est en contact avec le support (100, 101) et imprime son empreinte dans le support lors du déplacement.