FR2887645A1 - Illuminateur ameliore d'un dispositif de photolithographie - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un illuminateur d'un dispositif de photolithographie comportant une source (1') d'illumination (20) et un élément de formation d'une pupille, caractérisé en ce que l'élément comporte un barreau (100) optique apte à recevoir l'illumination (20) issue de la source (1') sur une (103) de ses faces et apte à former la pupille en sortie d'une autre (104) de ses faces.L'invention concerne également un procédé de formation d'une pupille utilisant l'illuminateur précité.

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL

La présente invention concerne un illuminateur d'un dispositif de 5 photolithographie.

ETAT DE L'ART La photolithographie également appelée microlithographie - est utilisée depuis de nombreuses années pour la fabrication de dispositifs semiconducteurs et utilise pour cela un rayonnement électromagnétique pour générer des motifs fins sur les dispositifs semiconducteurs. A cet effet, un illuminateur d'un dispositif de photolithographie illumine un masque dont l'image est projetée sur une tranche semiconductrice (ou wafer selon la terminologie anglo-saxonne généralement utilisée par l'homme du métier) qui fournit un circuit après un traitement ad hoc connu de l'homme de l'art.

Comme le montre la figure 1, le système d'illumination appelé illuminateur dans la suite de la présente description - d'un dispositif de photolithographie est complexe. Il doit prendre en compte plusieurs paramètres simultanément pour satisfaire les besoins de la microlithographie. Les paramètres dont il s'agit sont notamment: - le profil d'éclairement dans la pupille du dispositif; - l'uniformité d'éclairement sur le masque (et donc la tranche) ; et - le profil d'illumination sur le masque.

A cet effet, un illuminateur connu comporte généralement un élément optique diffractif 1 (également appelé diffractive optical element ou DOE en anglais) qui est illuminé par une source 1' d'illumination. L'élément 1 peut être n'importe quel élément généralement utilisé pour produire de la diffraction, comme par exemple un réseau en deux dimensions de microlentilles sphériques, une lentille de Fresnel, un réseau de diffraction, etc. L'élément 1 joue le rôle d'un diffuseur optique et a pour fonction principale de produire à sa sortie une pupille de motif général voulu, par exemple un motif en forme de disque ou d'anneau, ou encore un motif dipolaire ou quadripolaire. L'élément 1 est interchangeable, car un élémnent 1 d'un type donné ne peut générer qu'un seul motif à la fois.

L'illuminateur comporte en sortie de l'élément 1 un zoom 2 formé de plusieurs lentilles. La fonction du zoom 2 est de ramener l'image de la pupille à une distance finie et de pouvoir la faire varier en dimension.

La sortie du zoom 2 est dirigée vers des axicons 3 qui donnent sa forme définitive à la pupille. Par exemple dans le cas d'axicons composés de lentilles coniques, on peut contrôler le diamètre intérieur d'une pupille en forme d'anneau.

L'ensemble élément 1 zoom 2 axicons 3 permet donc d'obtenir un profil d'éclairement voulu dans la pupille.

Le faisceau lumineux est généralement plié à 45 par un miroir plan 4 de sorte que la sortie de l'ensemble précité illumine un élément optique diffractif 5. L'élément 5 est préférentiellement un réseau en deux dimensions de microlentilles sphériques qui découpe la pupille obtenue en sortie de l'ensemble élément 1 zoom 2 axicons 3. La pupille du zoom 2 se retrouve au niveau de l'élément 5 dont la sortie illumine un condenseur 6.

Le condenseur 6 comporte une pluralité de lentilles qui permettent de superposer au niveau de l'obturateur 7 les sous faisceaux issus de l'élément diffractif 5.

L'ensemble élément 5 condenseur 6 uniformise ainsi l'éclairement dans le plan d'un obturateur 7.

En effet, la sortie du condenseur 6 illumine un obturateur 7 (également appelé slit en anglais) comportant notamment des lames dont certaines sont mobiles pour l'obturation. L'obturation peut s'effectuer à une vitesse d'environ 160 mm/s. L'obturateur 7 permet de contrôler la dose, le format image, et le profil d'illumination sur un masque 11 grâce à un groupe 8 de lentilles d'illumination (ou illumination lens group (ILG) ) placé en sortie de l'obturateur 7.

Le groupe 8 forme un relais optique qui conjugue le plan de l'obturateur 7 et le masque. En fait, sans le groupe 8, l'obturateur 7 et le masque 11 devraient être situés dans le même plan, ce qui est impossible du point de vue mécanique.

Un miroir 9 et une série de lentilles 10 permettent respectivement de replier le faisceau issu du groupe 8 et de contrôler le grandissement du faisceau.

Les miroirs 4 et 9 sont facultatifs et le montage de la figure 1 peut bien 5 entendu être en ligne droite.

Les illuminateurs de l'art antérieur présentent des inconvénients.

La pupille est générée par un grand nombre de composants optiques, à savoir l'élément optique diffractif 1, le zoom 2 et les axicons 3. Les composants comportent notamment de grosses lentilles. Les grosses lentilles sont difficiles et onéreuses à fabriquer (c'est le cas notamment des axicons 3).

La pluralité de composants optiques est de plus difficile et onéreuse à monter et à déplacer mécaniquement premièrement sur de grandes courses et deuxièmement avec précision.

PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose de pallier au moins un des inconvénients précités.

A cet effet, l'invention propose un illuminateur d'un dispositif de photolithographie comportant une source d'illumination et un élément de formation d'une pupille, caractérisé en ce que l'élément comporte un barreau optique apte à recevoir l'illumination issue de la source sur une de ses faces et apte à former la pupille en sortie d'une autre de ses faces.

L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible: - le barreau est un cylindre dont la section droite est un carré, un rectangle ou un disque; - la face de réception de l'illumination et la face de sortie de la pupille sont des bases opposées du barreau; - le barreau est constitué d'un matériau réfringent apte à laisser passer une 30 longueur d'onde de l'illumination; - l'illuminateur comporte en outre des moyens de focalisation de l'illumination sur une face du barreau; - l'illuminateur comporte des moyens aptes à déplacer les moyens de focalisation selon une direction sensiblement parallèle à un axe longitudinal du barreau, de sorte que les moyens de focalisation forment un zoom; - l'illuminateur comporte en outre un objectif de reprise de la pupille, l'objectif ayant une distance focale fixe; - l'illuminateur comporte des moyens aptes à translater et à faire pivoter la source dans un plan sensiblement parallèle à la face de réception et/ou à la face de sortie du barreau; - l'illuminateur comporte une matrice de barreaux.

L'invention concerne également un procédé de mise en oeuvre de l'illuminateur.

L'invention présente de nombreux avantages.

La multiplicité des composants optiques participant dans l'art antérieur à la génération de la pupille est remplacée par un ensemble comportant moins de composants, notamment un barreau. Le barreau permet de remplacer les nombreux composants optiques et les grosses lentilles de l'art antérieur.

Le barreau est de taille compatible avec une fabrication aisée. II est facile à monter et ne nécessite pas de déplacement.

Seule la source d'illumination est déplacée ou modifiée dans un montage selon l'invention, ce qui ne demande qu'un montage mécanique simple et bon marché, tout en procurant une très bonne précision sur la génération de la pupille.

PRESENTATION DES FIGURES

D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1, déjà commentée, représente schématiquement un illuminateur connu; - les figures 2A à 5B représentent schématiquement plusieurs formes de barreaux utilisés dans un illuminateur selon l'invention, ainsi que les pupilles formées correspondantes; - la figure 5C représente de face une configuration préférée dans laquelle on obtient une pupille conforme à la figure 5B; - la figure 6 représente des positions possibles d'incidence d'illumination sur une face d'un barreau d'un illuminateur selon l'invention; et - la figure 7 représente schématiquement un illuminateur selon l'invention. Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références numériques identiques.

DESCRIPTION DETAILLEE

Un illuminateur selon l'invention, l'illuminateur étant adapté pour être placé dans un dispositif de photolithographie par ailleurs classique, comporte principalement, comme le montre la figure 7, une source 1' d'illumination 20 et un élément 123 de formation d'une pupille 21.

La source 1' est classique et n'est pas décrite plus en détails dans la suite de la présente description. L'illumination 20 est typiquement dans le domaine des UV, par exemple avec une longueur d'onde comprise entre 150 nm et 250 nm.

De même, les composants optiques numérotés de 4 à 11 de la figure 7 sont identiques aux composants connus de l'état de l'art et commentés en référence à la figure 1, et ne sont pas décrits de nouveau par la suite.

On constate que l'invention consiste principalement à remplacer l'ensemble de la figure 1 composé par l'élément 1 le zoom 2 les axicons 3 par l'élément 123.

En référence aux figures 2A à 6, on constate que l'élément 123 comporte principalement un barreau 100 optique apte à recevoir l'illumination 20 issue de la source 1' sur une de ses faces 103. De plus, le barreau 100 est apte à former la pupille 21 en sortie d'une autre de ses faces 104. Les rayons lumineux de l'illumination 20 sont injectés dans le barreau 100 par la face 103, traversent ainsi le barreau 100 et en ressortent par la face 104 pour former une pupille 21.

Très préférentiellement, le barreau 100 est un cylindre dont la section droite est un carré, un rectangle ou un disque. Très préférentiellement encore, la face 103 et la face 104 sont des bases opposées du barreau 100.

Comme on va le décrire maintenant, la forme du barreau 100, ainsi que la façon dont l'illumination est reçue par la face 103, permettent de contrôler le profil d'éclairement dans la pupille 21 en sortie du barreau.

Dans le cas de la figure 2A, le barreau 100 est un cylindre à symétrie de révolution et il présente une section droite en forme de disque. On référence par 101 un axe longitudinal du cylindre et par 103 et 104 les bases du cylindre. La paroi latérale s'étendant entre les faces 103 et 104 est référencée par 102. On référence par 107 le centre géométrique de la face 103. L'axe 101 passe parle centre 107.

Le barreau 100 est situé entre des moyens de focalisation 12 du côté de la face 103 et un objectif 13 de reprise de la pupille 21 situé du côté de la face 104.

Les moyens de focalisation 12 comportent au moins une lentille convergente qui permet de focaliser l'illumination 20 en provenance de la source 1' et optiquement à l'infini, de sorte que l'illumination 20 puisse être reçue par la face 103 du barreau. On référence par 108 le point de focalisation de l'illumination 20 et par 200 un axe principal de propagation de l'illumination 20 après le passage des moyens 12 de focalisation. On appelle 0 l'angle d'ouverture de l'injection, à savoir l'angle entre l'axe 200 et un rayon extrême de l'enveloppe de l'illumination 20. 0 caractérise la largeur angulaire selon laquelle l'illumination est reçue par le barreau 100. 0 est le demi-angle de l'illumination 20 au sommet 108.

Très préférentiellement, l'objectif 13 a une distance focale fixe. On simplifie par conséquent le montage par rapport à un illuminateur de l'art antérieur dans lequel un zoom est disposé en sortie de l'élément optique diffractif.

L'objectif 13 est très simple de conception. Il a juste pour fonction de récupérer la pupille 21 en sortie du barreau 100 et de l'envoyer vers l'élément optique diffractif 5, éventuellement par l'intermédiaire d'un miroir 4, comme le montre la figure 7.

La figure 2B montre que lorsque l'axe 200 de l'illumination 20 est confondu avec l'axe 101 et que le point de focalisation 108 est confondu avec le centre 107, la pupille 21 en sortie de la face 104 présente une forme de disque de rayon r. D'une manière générale, pour obtenir un profil d'éclairement de la pupille 21 en forme de disque, l'axe principal 200 de l'illumination après focalisation et le point de focalisation 108 doivent être confondus avec l'axe 101.

En augmentant l'angle 0 par rapport à l'axe 200, on augmente le rayon r du disque de la pupille 21 en sortie de la face 104. On voit donc qu'on peut facilement contrôler le profil d'éclairement de la pupille 21.

Pour contrôler la valeur de 0, les moyens de focalisation 12 comportent des moyens 15 de déplacement de lentilles selon une direction parallèle à l'axe 101, ou perpendiculaire aux faces 103 et 104, de sorte que les moyens 12 puissent former un zoom. On actionne les moyens 15 et on règle la valeur du zoom jusqu'à obtenir une pupille 21 dont le rayon r est satisfaisant pour l'application considérée.

Les figures 3A à 3C montrent un autre mode de réalisation de l'élément 123 pour obtenir un profil d'éclairement dans la pupille 21 qui est dipolaire, avec deux pôles 211 et 212 diamétralement opposés sur la pupille. Les pôles sont séparés d'une distance R et ont une largeur radiale r.

Le barreau 100 est toujours cylindrique à symétrie de révolution.

Contrairement au cas de la figure 2A - où l'illumination 20 est incidente sur la face de réception 103 avec un axe 200 parallèle et confondu à l'axe 101 - la figure 3A montre que l'illumination 20 est incidente sur la face 103 de réception avec un angle d'ouverture d'injection 0 et un angle d'incidence 0 entre l'axe longitudinal 101 et l'axe 200.

L'angle 0 correspond à l'angle d'ouverture de l'optique d'injection de l'illumination dans le barreau 100. Sur l'exemple de la figure 3A, le point de focalisation 108 et le centre 107 sont confondus.

L'angle d'injection 0 entre l'axe 101 et l'axe 200 permet de contrôler le rayon R visible à la figure 3C. Plus l'angle 0 est grand, plus R est grand et plus les pôles 211 et 212 sont diamétralement écartés l'un de l'autre.

On contrôle l'angle en déplaçant la source 1' grâce à des moyens 14 qui permettent de translater la source 1' dans un plan sensiblement parallèle à la face 103 de réception et/ou à la face 104 de sortie, comme le montre la figure 3B. L'angle est également contrôlé en faisant pivoter la source 1' grâce aux moyens 14 dans un plan parallèle à la face 103 de réception et/ou à la face 104 de sortie, c'est à dire en lui faisant subir une rotation autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe 101. On fait varier la position et l'inclinaison de la source 1' jusqu'à obtenir l'angle qui donne la distance R désirée pour l'application considérée.

L'angle 0 permet quant à lui de contrôler la largeur radiale r des deux pôles 211 et 212. Plus l'angle 0 est grand, plus la largeur r des pôles 211 et 10 212 est grande.

Comme précédemment, pour contrôler la valeur de 0, les moyens de focalisation 12 comportent des moyens 15 de déplacement de lentilles, de sorte que les moyens 12 puissent former un zoom. On actionne les moyens 15 et on règle la valeur du zoom jusqu'à obtenir une pupille 21 dont le rayon r est satisfaisant pour l'application considérée.

La surface de chaque pôle 211 ou 212 est déterminée par la forme du rayon d'entrée. La largeur et la longueur de chaque pôle varient proportionnellement. Pour obtenir des pôles 211 et 212 de forme différente de celle du rayon d'entrée, il faut introduire avant le barreau un zoom anamorphoseur, comportant par exemple des lentilles cylindriques ou des lames.

La figure 4A et la figure 4B montrent que si d'une part l'illumination 20 est injectée dans le barreau 100 sur la face 103 avec un angle d'incidence entre l'axe longitudinal 101 et l'axe 200 et que si d'autre part le point de focalisation 108 n'est pas situé au centre 107 de la face 103, alors la pupille 21 une forme d'anneau de diamètre interne R et de largeur radiale r. La pupille 21 de la figure 4B n'a pas une forme de disque, ni de dipôle.

Comme précédemment, l'angle contrôle la valeur de R tandis que l'angle 0 contrôle la largeur radiale de l'anneau. Plus les angles et 0 ont une valeur importante, plus les valeurs respectives de R et de r sont importantes également.

La valeur de est contrôlée par la position et l'inclinaison de la source 1' dans un plan parallèles à la face 103 et/ou 104. La valeur de 0 est contrôlée par la valeur de zoom des moyens 12 de focalisation.

Dans le cas de la figure 5A, le barreau 100 est un cylindre dont la section droite est carrée. Les faces 103 et 104 sont les bases du cylindre. La paroi latérale s'étendant entre les faces 103 et 104 est référencée par 102 et une arrête latérale par 105. On référence par 107 le centre géométrique de la face 103. L'axe longitudinal 101 passe par le centre 107.

De même que précédemment, le barreau 100 est situé entre des moyens de focalisation 12 du côté de la face 103 et un objectif 13 de reprise de la pupille 21 situé du côté de la face 104. Le point 108 est le point de focalisation de l'illumination 20, et 200 est l'axe principal de propagation de l'illumination 20 après le passage des moyens 12 de focalisation.

La figure 5A montre que l'illumination 20 est injectée dans le barreau 100 par la face 103 avec un angle d'ouverture 0, avec un angle d'injection entre l'axe longitudinal 101 et l'axe 200, mais également avec un angle ô d'inclinaison de 45 , de sorte que l'axe 200 intersecte l'arrête 105 dans le barreau. Le point 108 n'est pas confondu avec le centre 107.

On obtient alors la pupille 21 de la figure 5B, à savoir une pupille 20 quadripolaire avec quatre pôles 211, 212, 213 et 214 séparés par une distance R et ayant un largeur radiale r.

De même que pour les exemples précédents, l'angle entre l'axe 101 et l'axe 200 permet de contrôler le rayon R visible à la figure 5B. Plus l'angle $ est grand, plus R est grand, et plus les pôles 211 et 212 sont diamétralement écartés l'un de l'autre. En augmentant l'angle 0 par rapport à l'axe 200, on augmente la largeur radiale r des pôles 211 à 214.

Le réglage des angles et 0 s'effectue comme précédemment par la translation et/ou le pivotement de la source 1' par rapport aux faces 103 et 104 et par le réglage du zoom des moyens 12 respectivement.

La figure 6 montre que le point 108 n'a pas besoin de se situer sur la face 103 pour qu'il y ait génération d'une pupille en sortie du barreau 100. C'est davantage la position radiale de 108 par rapport à l'axe 101 qui est importante, plutôt que la position longitudinale de 108 par rapport à la face 103.

Ainsi, les trois positions 108, 108' - où la focalisation d'une illumination 20' a lieu avant la face 103, à savoir à l'extérieur du barreau - et 108" où la focalisation d'une illumination 20" a lieu après la face 103, à savoir dans le barreau 100 - on obtient les mêmes profils de pupille.

Il faut noter que pour un bon rendement de transmission de l'illumination dans le barreau, l'ensemble de l'illumination doit frapper la face 103, c'est-à-dire que même dans le cas d'une convergence avant la face 103, cette dernière doit capter l'ensemble des rayons divergents. Il y a donc une distance maximale à ne pas dépasser entre le point de focalisation 108' et la face 103.

La solution 108' est préférée à cause d'un échauffement du barreau moins important.

Ainsi la figure 5C représente de face une configuration préférée dans laquelle on obtient une pupille conforme à la figure 5B. La focalisation de l'illumination 20' au point 108' avant la face 103 est très préférée.

L'illuminateur selon l'invention peut comporter une pluralité de barreaux pour former une matrice d'au moins deux barreaux. Dans ce cas, l'optique d'injection, c'est à dire les moyens 12 de focalisation, peuvent comporter une matrice de lentilles correspondantes.

Dans tous les cas, le barreau 100 est constitué d'un matériau réfringent apte à laisser passer une longueur d'onde de l'illumination 20, par exemple de la silice, de la fluorine et/ou du verre optique.

L'uniformité d'éclairement dans la pupille dépend du rapport longueur/diamètre du barreau. Plus ce rapport est grand et plus l'éclairement dans la pupille est uniforme. Le rapport est préférentiellement compris entre 10 et 100, par exemple de l'ordre de 50. Ainsi, pour un barreau d'une longueur de 100 mm, la section droite du barreau a un côté de 2 mm, ou un diamètre de 2 mm.

Claims (1)

11 REVENDICATIONS

1. Illuminateur d'un dispositif de photolithographie comportant une source (1') d'illumination (20) et un élément (123) de formation d'une pupille (21), caractérisé en ce que l'élément (123) comporte un barreau (100) optique apte à recevoir l'illumination (20) issue de la source (1') sur une (103) de ses faces et apte à former la pupille (21) en sortie d'une autre (104) de ses faces.

2. Illuminateur selon la revendication précédente, dans lequel le barreau (100) est un cylindre dont la section droite est un carré, un rectangle ou un disque.

3. Illuminateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la 15 face (103) de réception de l'illumination (20) et la face (104) de sortie de la pupille sont des bases opposées du barreau.

4. Illuminateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le barreau (100) est constitué d'un matériau réfringent apte à laisser passer 20 une longueur d'onde de l'illumination (20).

5. Illuminateur selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre des moyens (12) de focalisation de l'illumination (20) sur une (103) face du barreau.

6. Illuminateur selon la revendication précédente, comportant des moyens (15) aptes à déplacer les moyens de focalisation (12) selon une direction sensiblement parallèle à un axe (101) longitudinal du barreau (100), de sorte que les moyens de focalisation forment un zoom.

7. Illuminateur selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre un objectif (13) de reprise de la pupille (21), l'objectif ayant une distance focale fixe.

8. Illuminateur selon l'une des revendications précédentes, comportant des moyens (14) aptes à translater et à faire pivoter la source (1') dans un plan sensiblement parallèle à la face (103) de réception et/ou à la face (104) de sortie du barreau (100).

9. Illuminateur selon l'une des revendications précédentes, comportant une matrice de barreaux (100).

10. Procédé de formation d'une pupille (21) d'un Illuminateur d'un dispositif de photolithographie comportant une source (1') d'illumination (20) et un élément (1) de formation de la pupille, caractérisé en ce qu'il comporte une étape selon laquelle on envoie l'illumination (20) issue de la source (1') sur une (103) des faces d'un barreau (100) optique de l'élément (1) de formation et on récupère la pupille (21) en sortie d'une autre (104) face du barreau.

11. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on contrôle la forme de la pupille (21) en contrôlant notamment la largeur (0) de l'illumination et l'angle (0, 6) d'incidence de l'illumination (20) sur le barreau (100).