WO2005029191A2 - Procede et dispositif de lithographie par rayonnement dans l'extreme ultraviolet - Google Patents

Procede et dispositif de lithographie par rayonnement dans l'extreme ultraviolet Download PDF

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WO2005029191A2
WO2005029191A2 PCT/FR2004/002226 FR2004002226W WO2005029191A2 WO 2005029191 A2 WO2005029191 A2 WO 2005029191A2 FR 2004002226 W FR2004002226 W FR 2004002226W WO 2005029191 A2 WO2005029191 A2 WO 2005029191A2
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma

Definitions

  • the invention relates to photolithography by radiation in the extreme ultraviolet, in particular for the manufacture of integrated circuits.
  • the etching is all the finer the shorter the wavelength of the radiation.
  • EUV extreme ultraviolet
  • the wavelength of the radiation extends from approximately 8 nanometers to approximately 25 nanometers, making it possible to achieve an etching fineness typically less than a hundred nanometers.
  • the radiation comes from a plasma, seat of an interaction between a mist comprising micrometric droplets of xenon and / or water and a laser beam.
  • the laser source can be in the form of a nanosecond laser of the Nd: YAG type. It excites a jet of particles from a nozzle and thus forming the aforementioned mist of droplets.
  • publication WO0232197 discloses radiation in the extreme ultraviolet resulting from the excitation of a liquid jet of xenon.
  • EUV radiation is obtained by the interaction between several laser beams and a jet of particles such as a xenon fog.
  • laser sources are arranged to emit shots substantially in the same region of the jet and substantially at the same time.
  • the frequency of laser shots is of the order of one to a few tens of kHz.
  • substantially at the same time thus mean the fact that at each firing period, for example every 0.1 ms, a certain number of elementary light pulses, each generated by an elementary laser, are grouped into a set of simultaneous and / or juxtaposed pulses in time called composite pulses. Possibly this juxtaposition can constitute two groups of pulses at two respective times: a first group to initiate the plasma and a second group to increase it, the time difference between these two groups being much smaller than the period of recurrence of the shots. It should however be noted that the shift of the elementary impulses in space and in time aims at adapting the energy supply to the needs of the plasma according to its temporal evolution, in order to improve the energy balance. The device described in no way seeks to make a fine adjustment of the light power delivered.
  • the prior art does not offer or suggest any other method or device allowing extreme ultraviolet photogravure which on the one hand is effectively continuous, that is to say without steps of the process other than the displacement of the object does not come to slow down the timing of the pulses of extreme ultraviolet radiation, and which on the other hand allows a standard deviation on the distribution of the error on the received doses of the order of 0, 1% or less.
  • the present invention aims to respond to this lack, and describes a method allowing an extreme ultraviolet photogravure which on the one hand is effectively continuous, that is to say without steps of the process other than the displacement of the object. come to slow down the timing of the pulses of extreme ultraviolet radiation, and which on the other hand allows a standard deviation on the distribution of the error on the doses received of the order of 0.1% or less.
  • Another object of the present invention is to provide a device applying this method.
  • the object receives the radiation through an irradiation window of selected width which is substantially immobile with respect to the radiation.
  • the pulses are produced by the impact, on a target capable of generating a plasma comprising at least one emission line in the extreme ultraviolet, of at least two beams of coherent light coming from pulsed laser sources, which will be by the continually designated "laser" at all. So that the number of these lasers remains reasonable despite the importance of the instantaneous power and of the energy required for the plasma to radiate in the extreme ultraviolet, these lasers, a priori of the same power, each have a high peak power, of the order of several hundred kW. They emit pulses with an energy of a few tens of mJ, and their average power is of the order of several hundred watts.
  • the invention requires that this peak power remains below the threshold value P s which firstly produces the ignition of the plasma, then secondly the emission by this plasma of at least one line in extreme ultraviolet. Below this threshold P s , the ignition of the plasma can occur, but not its radiation in the extreme ultraviolet.
  • These laser beams when they strike the same region of the aforementioned target, generate a plasma having at least one emission line in the extreme ultraviolet.
  • the transverse displacement of the object having an area to be exposed is chosen so that between two successive pulses of extreme ultraviolet radiation, its amplitude is a fraction 1 / N of the width of the irradiation window according to the direction of this displacement .
  • the method according to the invention therefore applies to any photolithography process in which: - the object to be lithographed has a flat surface, arranged orthogonally to the light radiation, and having a photosensitive zone, this object being able to move transversely to this.
  • radiation the radiation effecting the etching comprises at least one line in the extreme ultraviolet, and consists of N successive current pulses, the surface energy of which through an irradiation window is measured, - these radiation pulses are produced by the impact on an appropriate target of at least two laser beams coming from pulsed laser sources chosen from a plurality, each emitting at each triggering a quantum of energy of given duration, these lasers being focused at the same location of the target.
  • appropriate target is meant a target capable of emitting a plasma having at least one emission line in the extreme ultraviolet.
  • plural of Jaser sources is meant an amount sufficient to produce the irradiation necessary for photogravure in N current pulses.
  • This process is characterized in that it comprises the following iterative steps, set out for a n ⁇ em ⁇ iteration: a) integration of the surface energy of extreme ultraviolet radiation having passed through the irradiation window during the last N - 1 pulses, b) during the time interval separating two successive pulses of radiation, translation of the photosensitive object by a distance equal to a fraction 1 / N of the width of the irradiation window along the axis of this translation, c ) subtraction of the integral obtained in step a) from the amount of energy required for the photoengraving process, d) determination of the amount of energy remaining to provide to reach this amount of energy, e) calculation of the number from quanta of pulses remaining to be generated for a n 'ee pulse, f) determination of a corresponding number of laser sources to light and selection of laser sources equal in number to the integer part of this number, g) synchronous triggering lasers chosen in step f), and repeating these steps a) to g) for
  • the number of laser sources calculated in step f) is fractional, and the fractional part of this number corresponds to an energy supply less than a quantum.
  • the amount of energy less than a quantum, associated with this fractional part of the number of lasers is provided by a laser source capable of deliver the quantum of energy common to the other laser sources, and triggered with a delay, less than the duration ⁇ t of a quantum, relative to the date of synchronous triggering of the other laser sources which deliver the whole part of the number of quantum of the same current pulse.
  • the pulse bringing the fractional part of a quantum lasts beyond the extinction of the lasers chosen in step f) above, and intended to bring the entire part of the number of lasers. It is then alone, so that the overall instantaneous power becomes less than the threshold P s which produces the emission by the plasma of at least one line in the extreme ultraviolet.
  • the part of the quantum of energy subsequent to the extinction of the first lasers of this same current pulse no longer makes any contribution to extreme ultraviolet radiation.
  • This same laser can, in another current pulse, generate an integer quantum. This also allows very important flexibility and precision in the adjustment of the laser power.
  • the number of laser sources calculated in step f) is fractional
  • the amount of energy less than a quantum, associated with this fractional part of the number of lasers is provided by several laser sources capable to deliver the same quantum of energy as the other laser sources, and of which:
  • the first is triggered at a delay (l-k- ⁇ ) ⁇ t, (where 0 ⁇ k- ⁇ ⁇ 1) after the instant of the triggering of the synchronous lasers representing the whole part of the number of lasers,
  • the second is triggered at a delay (1-k 2 ) ⁇ t (where k 1 ⁇ k 2 ⁇ 1) after the moment of triggering of the synchronous lasers representing the whole part of the number of lasers,
  • the sum of these delays is less than the duration of a quantum ⁇ t.
  • the coefficient k is preferably chosen proportional to the fractional part of the number of lasers.
  • the amount of energy less than a quantum, associated with this fractional part of the number of lasers is provided by a laser source capable to provide energy less than a quantum, and triggered with a delay, less than the duration ⁇ t of a quantum, relative to the synchronous triggering date of the other laser sources which deliver the whole part of the number of quantum of the same pulse common.
  • the amount of energy less than a quantum, associated with this fractional part of the number of lasers is provided by several laser sources capable of delivering an amount of energy less than a quantum, and of which: the first is triggered at a delay (lk- ⁇ ) ⁇ t, (where 0 ⁇ k 1 ⁇ 1) after the instant of the triggering of the synchronous lasers representing the whole part of the number of lasers,
  • the second is triggered at a delay (1-k 2 ) ⁇ t (where k ⁇ ⁇ k 2 ⁇ 1) after the moment of triggering of the synchronous lasers representing the whole part of the number of lasers,
  • the sum of these delays is less than the duration of a quantum ⁇ t.
  • the present invention also relates to a device applying the method of the invention.
  • the ultraviolet radiation photolithography device then comprises:
  • a source of radiation in the extreme ultraviolet comprising at least two laser beams originating from pulsed laser sources each emitting a quantum of energy of given duration during a laser shot, and capable of exciting the same region of a target capable of emitting a plasma having at least one emission line in the extreme ultraviolet,
  • transverse displacement relative to the window, of an object to be photolithographed having a flat surface, orthogonal to the radiation, and having a photosensitive zone, said displacement being chosen so that between two successive pulses of radiation in the extreme ultraviolet, the transverse displacement of the object with respect to the irradiation window is a fraction 1 / N of the width of this window according to the direction of displacement, so that the same strip in said zone of the object is exposed to a predetermined number N of successive pulses of extreme ultraviolet radiation.
  • the device within the meaning of the invention further comprises:
  • - means for calculating, for n 'ee current pulse outputting: * the sum of the measured energy of the extreme ultraviolet radiation in the N-1 last pulses, which means of the integral of the peak irradiation power over the full duration of the last N-1 pulses, * of the amount of energy remaining to be supplied by a next n ⁇ eme pulse, by comparing said sum with a predetermined total energy dose necessary for photogravure, * of a number of quanta of energy which the laser sources must provide to obtain said quantity of energy of said n th pulse, taking into account that the pulses of laser light of instantaneous power lower than the threshold power will not contribute to generate extreme ultraviolet radiation,
  • the means for moving the object to be photoetched with respect to the radiation are active to then move the object in an increment equivalent to said fraction 1 / N of the width of the window.
  • the invention further comprises means capable of generating such delays as a function of the value of the fractional part of the number of lasers, for generating said n 'th current pulse.
  • said target is a directive jet of xenon microdroplets in fog.
  • this target can be a liquid jet of xenon as described in the publication WO0232197 cited above.
  • the laser shots come from pulsed solid lasers operating as oscillators, and pumped by diodes operating continuously.
  • the laser control system can be provided, according to a variant, so that the quanta of energy not required for a current pulse are triggered apart from this pulse, separately, so that that they never exceed the threshold P s .
  • FIG. 1 schematically illustrates a device for implementing the photolithography method at meaning of the invention
  • - Figure 2a schematically represents a variation of the emission coefficient of the EUV radiation source as a function of the number of active laser sources at the same time
  • - Figure 2b schematically represents a variation of the emissivity of the EUV source as a function of the energy supplied by the laser shots
  • - Figure 3a schematically represents the contribution of the laser shots as a function of time, to form EUV pulses of adjusted energies
  • - Figure 3b schematically represents an EUV pulse of adjusted energy, immediately followed by the triggering of quanta of excess energy whose instantaneous power remains below the threshold Ps, - the FIG.
  • FIG. 4 schematically represents a part of a control block for the generation of laser shots
  • FIG. 5 diagrammatically represents steps of a method within the meaning of the invention
  • FIGS. 6a to 6d diagrammatically represent the position of the irradiation window at successive positions during the exposure of the object OBJ.
  • An assembly is made on a surface of a few mm 2 and over a thickness of a few microns which can comprise several thousand components.
  • the starting material is a wafer (or wafer) of silicon with a diameter of about ten cm. This disc undergoes several chemical treatments (deposition of thin layers, doping ). Several integrated circuits are then manufactured on the same silicon wafer.
  • One of the key processes in the manufacture of integrated circuits is photolithography.
  • FIG. 1 representing a wafer OBJ to which radiation is applied in the EUV 23 (extreme ultraviolet) in order to photolithograph the wafer.
  • the object OBJ to be photolithographed has a flat surface, orthogonal to the radiation 23, and has a photosensitive zone coated with a photosensitive resin RP capable of moving (arrow 41) transversely to this radiation 23.
  • the silicon plate is heated beforehand to more than 1000 ° C.
  • the surface of the wafer oxidizes to form a thin insulating layer of silicon oxide.
  • a photosensitive resin RP is then applied to the area to be photosensitive to locally cover the surface of the wafer OBJ.
  • the silicon wafer OBJ is subjected to radiation 23, preferably using a mask (not shown) capable of representing the desired photolithography pattern.
  • This step in the manufacturing process of integrated circuits is called "insolation". On the wavelength of this radiation depends the precision obtained from photolithography and therefore the size of the integrated circuit. Today, these wavelengths are in the visible or the ultraviolet.
  • an EUV source emitting radiation with a wavelength of 13.5 nm has been recently developed, at a preferred-repetition rate of 10 kHz for photolithography.
  • the EUV emission is obtained by the interaction between a preferred number of 10 pulsed Nd'YAG laser beams, emitting at an average rate of 10 kHz in the infrared (solid lasers) and a continuous jet of Xenon.
  • a hot plasma is obtained, emitting radiation at a wavelength of 13.5 nm.
  • laser sources referenced 10 to 19 are shown which are capable of exciting a jet of particles 21 circulating in an interaction chamber 20.
  • this jet of particles 21 comprises a directive mist of xenon microdroplets .
  • the lasers 10 to 19 are capable of emitting laser shots focused on the same region of the jet 21.
  • Active lasers each emitting a shot of an energy of one quantum on the particle jet, excite it and tend to create a plasma there. If the total contribution of quanta in energy exceeds a threshold value P s (corresponding to the threshold emission of extreme ultraviolet radiation), the interaction plasma begins and then the emission line in the extreme ultraviolet appears for a time approximately corresponding to the time of the laser pulse exceeding the threshold P s .
  • P s corresponding to the threshold emission of extreme ultraviolet radiation
  • the arrows referenced EUV indicate the occurrence of such a pulse radiation in the extreme ultraviolet. It propagates in a wide solid angle, and an optical collection device, not shown, is used to collect this radiation and direct it towards the object to be photoetched.
  • FIG. 2a shows schematically, by way of example, the emission coefficient of the EUV source (in percentage) as a function of the number of active laser sources which fire at the same time on the particle jet. In the example described, four laser sources are sufficient to initiate the plasma.
  • FIG. 2b of the emissivity (in arbitrary units) as a function of the energy supplied by the laser shots it is indicated that approximately 2.5 ⁇ 10 11 W / cm 2 delivered to the jet of particles is necessary , in the example described, for heating the plasma.
  • a control table 30 transmits a control signal from each laser source 10 to 19, to form or not to form a pulse in the EUV at a given instant.
  • a time shift is controlled between the laser shots necessary to deliver a pulse at a given instant, in particular for the purpose of adjusting the energy of this pulse.
  • FIG. 3a shows very schematically the pulses emitted l. I 2 , l 3 depending on the number of active laser sources and the date of the laser shots. In the example described, all the laser sources are identical or, at least, provide identical energy to the plasma during a laser shot. This is the reason why we chose to qualify this energy as "quantum".
  • Each laser source here emits a shot of the same duration ⁇ t (typically of the order of 40 nanoseconds for a solid laser Nd: YAG) and of the same peak power.
  • ⁇ t typically of the order of 40 nanoseconds for a solid laser Nd: YAG
  • an alternative solution consisting in choosing laser sources capable of emitting shots of different peak powers and / or of durations ⁇ t different is also envisaged to further refine the energy of the pulses emitted.
  • the quanta of energy supplied by the laser sources can be different from one laser source to another.
  • each quantum Q of energy supplied to the source is represented by a square in which two diagonals cross.
  • all ten laser sources are activated at the same time on the date ti.
  • the plasma reacting to the excitation of laser shots, delivers the pulse in the EUV whose maximum energy is reached appreciably on the date 1 -, + ⁇ t.
  • To deliver a pulse l 2 of energy lower than li only 7 laser sources are used in the example shown.
  • the energy of the pulse delivered in the EUV is proportional to the stack of quanta Q, therefore to the number of active laser sources at the same time.
  • the seventh laser source is activated at an instant t 73 , shifted by a duration less than ⁇ t with respect to the same instant t 3 from the others shots.
  • the quantum bearing the reference 7 in FIG. 3a is delayed by a fraction of the specific duration ⁇ t, compared to the other underlying quanta.
  • the left part of the quantum 7 (which contributes, along with the other quanta, to radiation) makes it possible to provide substantially half of a quantum of energy to the plasma to deliver a pulse, while the right part provides half a quantum which is insufficient to maintain the reaction plasma and therefore does not intervene in the energy of the radiation in the EUV.
  • the period of recurrence of the pulses I- ,, l 2 , l 3 is of the order of 0.1 milliseconds. It will be understood that a typical value of the order of a few tens of nanoseconds for the duration ⁇ t of a laser shot is much less than the period of the EUV pulses.
  • FIG. 3a shows, purely by way of illustration, a stack of two quanta at the same firing date t N.
  • the instantaneous power of a quantum is slightly less than half the threshold P s .
  • the energy provided by the stack on the date t N is insufficient to initiate the plasma on this date t N.
  • the laser sources must fire repeatedly to empty the energy stored in the laser bar.
  • the ten lasers 10 to 19 can fire with a time difference between the shots, barely exceeding the necessary energy threshold (corresponding in the figure to more than four Q quanta, but in practical at little more than the instantaneous power of a quantum) to initiate the plasma and generate a pulse specifically in the EUV, at the moment tj.
  • this can be done to fire all the lasers without however reaching the maximum energy of the pulse I-, described above.
  • the shots offset from the date t do not contribute to the useful energy of the source. For shots following this date tj, it is indicated that the time difference may be less precise.
  • the energy contribution of the laser shots to the emission of an EUV pulse can be adjusted as much as desired.
  • the laser shot referenced 5 takes place at an instant (1-k ⁇ ⁇ t (with 0 ⁇ k 1 ⁇ 1) after the instant tu of ignition of the preceding lasers and the laser shot referenced 6 takes place at an instant
  • a second laser source with a delay (1-k 2 ) ⁇ t (where k 1 ⁇ k 2 ⁇ 1) after the instant of the triggering of the synchronous lasers representing the whole part of the number of lasers,
  • This embodiment can be provided for the same quanta as the lasers deliver, or also for quanta which differ for example by their peak power, which could be delivered by different lasers, as indicated above. It is indicated that a laser firing instant can be controlled with an accuracy greater than a few nanoseconds. Thus, with a firing duration of the order of 40 nanoseconds, it is possible to order at least ten different time offsets, for a laser shot to be carried out. It is thus possible to reach quantum fractions substantially of the order of a tenth of a quantum, in the current state of the art.
  • At least one first laser shot at a predetermined instant t-n (four laser shots in the example shown in FIG. 3b), and
  • the energy of a pulse emitted by the plasma generally depends on the peak power of the sum of the laser shots, we thus show that it is possible to vary the energy of this plasma source by temporally shifting the laser shots.
  • the energy emitted by the source can be varied very quickly and thus independently control the energy of each light pulse for a source operating at a repetition rate of up to several tens of kHz.
  • the advantage of this solution is also that it does not disturb the thermal balance of the source and that it does not disturb the whole of the source. It has in fact been observed that the source immediately returns to its initial state invariably as a function of the number of simultaneous laser shots.
  • the source can for example operate at 80% of its maximum energy and, the next shot, operate at 100% of its maximum energy.
  • the average frequency of the laser shots and, from there, the frequency F of the pulses emitted are of the order of 10 kHz.
  • a time shift of the laser shots consists in that such shifts can easily be controlled.
  • the triggering of each laser shot is carried out using an acousto-optical modulator.
  • the acousto-optical modulators MOA1 to MOA10, each associated with a laser source 10 to 19, are controlled by a radiofrequency supply AL (operating for example at 24 MHz at a power for example of 100 W) .
  • This frequency of 24 MHz is in particular much higher than the rate of fire at 10 kHz (at least a factor of the order of a thousand).
  • the triggering of the Nd: YAG laser pulse is carried out by rapidly reducing the losses in the laser cavity through the use of such an associated acousto-optical modulator.
  • a pulse generator Gl sends the firing dates tu at t 20 from each laser source to this radiofrequency supply AL which triggers the laser shots at the requested times tu at t 20 , in order to trigger a pulse at a time t
  • collimation and focusing means 22 collect the radiation coming from the interaction chamber 21, in the form of a beam 23 irradiating in the EUV the wafer OBJ through an irradiation window , 40, which will henceforth be called “window".
  • this beam is formed by a succession of pulses at l N.
  • a relative displacement is created (arrow 41). of the wafer OBJ with respect to the window 40 and to the beam 23.
  • This displacement 41 is preferably of a pitch p which is a function of the width L of the window 40 (taken in the direction of the displacement 41).
  • the speed V of relative displacement 41 is such that a step p is traversed in a time corresponding to the period T of recurrence of the EUV pulses.
  • N is the aforementioned predetermined number. In a preferred embodiment, this number N is 50.
  • the EUV source emits pulsed radiation, typically at a frequency of 10 kHz as indicated above, which corresponds to a pulse every 0.1 ms.
  • the emitted radiation is then collected in one direction (arrow 23 in FIG. 1), then directed through the window 40 onto a mask (not shown) of the circuit to be lithographed.
  • This mask is imaged on the silicon wafer OBJ with a magnification of 0.25, so that the dimension of the image of the window on the silicon is 26mmx2mm.
  • each strip on the silicon wafer of width corresponding to a pitch p of displacement of the window receives a certain dose of energy.
  • This total dose of energy W tot is for example fixed at 5 mJ / cm z .
  • each band in the exposed area must receive a dose of 50 pulses.
  • the speed of movement of the image of the window 40 on the silicon wafer OBJ is then adapted so that during the movement (preferably continuously) of the silicon wafer, each strip is exposed to 50 pulses. Consequently, the width of the window 40 at the level of the silicon wafer corresponds to 50 times the pitch p of displacement of the wafer between two successive pulses.
  • This displacement considered to be continuous in terms of process, can in reality be indifferently achieved by a stepping motor or by an effectively continuous motor. In the latter case, since the EUV pulses are very brief, the displacements of the object can be considered to be practically zero during the duration of an EUV pulse.
  • the silicon wafer has moved a certain distance corresponding to the aforementioned step p.
  • the energy dose required for exposure corresponds in the example described to 50 pulses in the EUV.
  • the standard deviation of the dose distribution must be less than 0.1%, which corresponds in shooting to open-loop noise to a standard deviation of 1%.
  • WMAX corresponds to the maximum energy of a pulse reached with the ten simultaneous laser shots
  • W to t 40 W MA X
  • part of the radiation 23 in the EUV is deflected without attenuation towards a sensor 31 measuring the surface illumination produced by a current pulse. It can be a photodiode or a CCD camera.
  • the response time of such a sensor 31 is fast enough to be able to acquire measurements at a frequency at least equal to 10 kHz.
  • the measurement is then communicated to a computer system integrating the control table 30 (control represented by the arrow 32 in FIG. 1).
  • the sensor 31 has been shown between the EUV source and the window 40. In practice, provision is rather made to have this sensor 31 after the window 40 in the radiation path 23 (practically on the wafer OBJ) so that the peak power EUV that the OBJ wafer actually receives is as accurate as possible.
  • the computer system 33 of FIG. 4 performs several functions. It consists of a classic hardware architecture. It can be a microcontroller integrating a memory, a processor, a clock, or others, or even a microprocessor integrating input / output acquisition cards and making it possible to implement various functions. Given the very strong time constraint of measuring the EUV peak power every 0.1 ms, the calculation of the command to be applied, its application and the routing of information must be performed in real time. The commands for the firing dates t 10 to t 20 are therefore programmed and executed in a real time environment.
  • the processor SI equipping the computer system 33 is of course of recent generation, capable of performing all of these functions at a frequency greater than the frequency of the EUV pulses emitted. More particularly, the sensor 31 (rapid acquisition) and the computer system 33, to carry out these calculations, can operate jointly for a period less than a period of recurrence of the EUV pulses.
  • the step 51 calculates “the state of the exposed strips”, that is to say the respective doses which the strips have received up to now of the area being exposed to EUV radiation, taking into account the EUV peak power measurement of the last pulse emitted (measured in step 57).
  • the components of the vector are shifted such that the component associated with the band exposed for the last time leaves the vector, while between a new component associated with a strip which is going to be exposed for the first time. This shift is made to take into account the displacement of the exposed area of the wafer OBJ, this area having moved between two shots.
  • step 52 the energy which would have to be supplied to this band exposed for the last time at the next EUV pulse is calculated from a dose associated with a future outgoing band to arrive at the required dose W tot .
  • This EUV pulse energy is then converted into a quantum energy contribution provided by the laser sources, taking into account the energy conversion rate between the laser shots and the EUV energy.
  • the energy of the future pulse to be delivered is refined by temporally shifting the pulse dates of the laser shots, as described above.
  • step 53 the appropriate dates of the future laser shots are then estimated. By temporally superimposing only a part of the quanta of energy supplied by the shots, we can then obtain a very fine discretization in the control of the EUV energy that we wish to attribute to the future impulse.
  • step 54 the laser shots are triggered on the dates estimated in step 53, which generates, in step 55, an EUV pulse of selected energy.
  • the process continues by measuring, at step 57, the effective peak power EUV of the pulse emitted at step 55 and by the relative displacement of a step p, at step 56, of the wafer relative to window and EUV radiation source.
  • the calculation steps carried out by the computer system 33 are therefore represented, on the left of this figure.
  • the actual regulation is preferably carried out for the last pulse to be in a running band of the area of the wafer OBJ exposed to radiation.
  • FIGS. 6a to 6d the photosensitive zone created by the deposition of a film of photosensitive resin RP on the surface of the wafer OBJ is shown by hatching.
  • FIG. 6a represents the position of the window 40 at the time when the insolation process begins.
  • the window 40 is then displaced by an increment of position p corresponding to the width L of the window divided by the number N of pulses to be delivered in the same strip of the area exposed to the radiation, which corresponds to the position of the window shown in Figure 6b.
  • a first EUV pulse is sent in this configuration of FIG. 6b.
  • the peak power EUV is measured during this first pulse emitted, then integrated over the duration of the pulse, while the window 40 continues to move relative to the wafer OBJ of the step p, in accordance with the regulation process described above. front with reference to FIG. 5.
  • FIG. 6c Illustrative in FIG. 6c is the position of window 40 in which it now allows full irradiation of the photosensitive region of the wafer OBJ.
  • the band Z1 which was first irradiated in FIG. 6 b now receives its last (fiftieth) pulse, regulated according to the method described above, while the band Z2 immediately adjacent (on the right in FIG. 6c) receives its 49 th impulse.
  • the window 40 has moved another step p, it is this strip Z2 immediately adjacent which then receives the fiftieth pulse, of energy regulated as a function of the dose of energy which it previously received, with a view to reaching the total dose of energy mentioned above and denoted W to t.
  • the insolation process is continued until reaching the edge of the photosensitive region (to the right of this FIG. 6d).
  • the start of the exposure process can be summarized as follows: aO) the photosensitive object to be lithographed is positioned under the window, so that only a section of area to be exposed having a width equal to said fraction is exposed 1 / N of window width, ai) at least part of the laser sources are selected in order to excite the plasma-generating target, and trigger a current pulse towards the area to be exposed, a2) the peak power of l is measured current pulse of extreme ultraviolet radiation actually supplied to the area to be exposed from the object, and its integral is calculated over the duration of the pulse, a3) the object is moved relative to the window, by an increment of position equal to a fraction 1 / N of the window width, a4) repeat steps ai) to a3) as long as the area to be exposed from the object, located under the window, is narrower than the window, delivering estimated energy pulses in s omitting the energy W tot to be supplied to photoetch the object the sum of the energies measured during n successive passages by step a

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Abstract

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de photolithographie par rayonnement extrême ultraviolet, utilisant une source résultant de l'excitation d'un plasma par plusieurs lasers. L'objet à photograver se déplace derrière une fenêtre d'irradiation. Le rayonnement lui-même est constitué de N impulsions courantes successives, dont l'énergie surfacique est mesurée. En particulier, chaque laser émet, à chaque déclenchement, un quantum d'énergie de durée donnée. Ainsi, pour une nième itération d'un procédé itératif, on somme l'énergie surfacique de rayonnement reçu par l'objet au cours des N-1 dernières impulsions. On déplace l'objet photosensible d'une distance égale à une fraction l/N de la largeur de la fenêtre d'irradiation selon l'axe de cette translation. On soustrait la somme précitée à la quantité d'énergie totale, nécessaire au processus de photogravure. On détermine la quantité d'énergie restant à fournir pour atteindre cette quantité d’énergie totale et, de là, le nombre de quanta d'impulsions restant à générer pour une nième impulsion, en choisissant en particulier le nombre correspondant de sources lasers à allumer. On déclenche enfin ces lasers sélectionnés pour délivrer une impulsion.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE LITHOGRAPHIE PAR RAYONNEMENT DANS L'EXTRÊME ULTRAVIOLET
L'invention concerne la photolithographie par rayonnement dans l'extrême ultraviolet, notamment pour la fabrication de circuits intégrés.
Pour effectuer une photolithographie d'un objet tel qu'un futur circuit intégré, des zones choisies de l'objet, préalablement recouvertes d'une résine photosensible, sont exposées à une source de rayonnement dans le visible ou dans l'ultraviolet. Ce rayonnement insole les zones précitées et, de là, provoque des gravures locales dans l'objet.
En règle générale, la gravure est d'autant plus fine que la longueur d'onde du rayonnement est courte. Dans le document EP-1 222 842, on a proposé une source de rayonnement dans l'extrême ultraviolet (ou "EUV" ci-après) et son application à la photolithographie. La longueur d'onde du rayonnement s'étend d'environ 8 nanomètres à environ 25 nanomètres, permettant d'atteindre une finesse de gravure typiquement inférieure à une centaine de nanomètres. Le rayonnement est issu d'un plasma, siège d'une interaction entre un brouillard comportant des gouttelettes micrométriques de xénon et/ou d'eau et un faisceau laser. La source laser peut se présenter sous la forme d'un laser nanoseconde de type Nd:YAG. Elle excite un jet de particules issues d'une buse et formant ainsi le brouillard de gouttelettes précité.
On connaît en outre par la publication WO0232197 un rayonnement dans l'extrême ultraviolet résultant de l'excitation d'un jet liquide de xénon.
Dans un développement plus récent, décrit dans la publication FR-2 814 599, un rayonnement EUV est obtenu par l'interaction entre plusieurs faisceaux lasers et un jet de particules tel qu'un brouillard de xénon. En particulier, des sources lasers sont agencées pour émettre des tirs sensiblement en une même région du jet et sensiblement en même temps. Ainsi, on comprendra qu'en associant plusieurs sources lasers qui irradient sensiblement en même temps le jet de particules, on augmente la puissance crête du rayonnement que produit le plasma. La fréquence de tirs des lasers est de l'ordre de un à quelques dizaines de kHz. On entend ainsi par les termes "sensiblement en même temps" le fait qu'à chaque période de tir, par exemple toutes les 0,1 ms, un certain nombre d'impulsions élémentaires de lumière, chacune générée par un laser élémentaire, sont regroupées en un ensemble d'impulsions simultanées et/ou juxtaposées dans le temps appelées impulsions composites. Éventuellement cette juxtaposition peut constituer deux groupes d'impulsions à deux instants respectifs : un premier groupe pour amorcer le plasma et un deuxième groupe pour l'accroître, le décalage temporel entre ces deux groupes étant beaucoup plus petit que la période de récurrence des tirs. Il convient toutefois de remarquer que le décalage des impulsions élémentaires dans l'espace et dans le temps vise à adapter l'apport d'énergie aux besoins du plasma en fonction de son évolution temporelle, afin d'améliorer le bilan énergétique. Le dispositif décrit ne cherche aucunement à effectuer un réglage fin de la puissance lumineuse délivrée.
Depuis la publication de ce document FR-2 814 599, les attentes des industriels demandeurs d'un procédé de gravure dans l'extrême ultraviolet ont significativement évolué. Actuellement, ces industriels demandent, à l'instar du consortium néerlandais ASML : - un processus de fabrication sensiblement continu, avec une vitesse de déplacement de la tranche de semiconducteur (ou "wafer") à insoler de 400 mm/s, - une cadence de récurrence des impulsions de rayonnement dans l'extrême ultraviolet de 10 kHz, - en chaque point de la surface à insoler, une dose cumulée de rayonnement extrême ultraviolet de 5 mJ/crn2, apportée par une succession de 50 impulsions, - cette dose reçue ayant une distribution d'erreur devant être inférieure à 0,1 % de la consigne.
La dernière contrainte énoncée représente déjà en elle-même un défi technologique, sans solution dans l'art antérieur à la connaissance des inventeurs. En effet, certains phénomènes liés à la génération d'un plasma par illumination laser d'une cible, notamment lorsque celle-ci est constituée d'agrégats de xénon, sont encore mal connus ou, du moins, sont sujets à de nombreuses incertitudes. La position du jet de particules et les faisceaux lasers peuvent dériver temporellement en position, notamment à causes des variations importantes de température dans l'enceinte d'interaction. Le jet lui-même subit d'inévitables fluctuations. Le document US 4 804 978 décrit un contrôle d'une dose d'énergie pour la photolithographie en utilisant des filtres atténuateurs montés sur une roue motorisée. Cette solution ne permet pas toutefois un fonctionnement à cadence élevée car les tirs lasers sont interrompus pendant qu'un filtre est mis en place. Par ailleurs, un déplacement relatif continu de l'objet à graver par rapport à la source, est incompatible avec ce procédé qui impose au contraire une immobilité totale jusqu'à obtention de la dose cumulée d'énergie. Enfin, l'existence d'un nombre fini de filtres, correspondant à des valeurs discrètes d'atténuation, ne permet pas d'apporter la dose exacte d'énergie cumulée.
Le document US 6 034 978 décrit un autre type de contrôle de la stabilité de la source de rayonnement entre deux impulsions afin d'assurer la stabilité de la dose d'énergie fournie. Il est prévu en particulier un contrôle de la température du milieu gazeux qui est la source du rayonnement afin de contrôler la stabilité en intensité du rayonnement. Or, cette solution n'est pas transposable au dispositif décrit dans FR- 2 814 599 puisque la source de rayonnement n'est pas un plasma comme dans FR- 2 814 599, mais plutôt un laser gazeux. Un tel système de régulation de l'émission par refroidissement du laser gazeux par une circulation d'eau contrôlée est difficilement applicable dans le dispositif de FR-2 814 599 à jet de particules en brouillard. D'une part, un tel procédé ne peut prendre en compte les fluctuations du rendement de conversion entre énergie laser et énergie extrême ultraviolet, ce qui rend impossible son application à la génération de rayonnement extrême ultraviolet par interaction de lumière cohérente sur une cible plasmagène. D'autre part, il ne semble pas en l'état actuel de la technique qu'un tel laser puisse fournir l'énergie impulsionnelle intense et à haute cadence spécifiée par le consortium ASML.
En conclusion, à la connaissance des inventeurs, l'art antérieur n'offre ni ne suggère aucun autre procédé ou dispositif permettant une photogravure extrême ultraviolet qui d'une part soit effectivement en continu, c'est-à-dire sans que des étapes du processus autre que le déplacement de l'objet ne vienne ralentir le cadencement des impulsions de rayonnement extrême ultraviolet, et qui d'autre part permette un écart type sur la distribution de l'erreur sur les doses reçues de l'ordre de 0,1% ou inférieur. La présente invention vise à répondre à ce manque, et décrit un procédé permettant une photogravure extrême ultraviolet qui d'une part soit effectivement en continu, c'est-à-dire sans que des étapes du processus autre que le déplacement de l'objet ne vienne ralentir le cadencement des impulsions de rayonnement extrême ultraviolet, et qui d'autre part permette un écart type sur la distribution de l'erreur sur les doses reçues de l'ordre de 0,1% ou inférieur.
Un autre but de la présente invention vise un dispositif faisant application de ce procédé.
A cet effet, la présente invention prévoit d'abord un procédé de photolithographie par rayonnement dans l'extrême ultraviolet, dans lequel un objet ayant une surface plane, orthogonale au rayonnement, présentant une zone photosensible apte à se déplacer transversalement au rayonnement, reçoit un nombre prédéterminé N d'impulsions successives dans l'extrême ultraviolet (selon les spécifications ASML, N=50), en chaque point de la zone photosensible courante exposée au rayonnement. L'objet reçoit le rayonnement à travers une fenêtre d'irradiation de largeur choisie et qui est sensiblement immobile par rapport au rayonnement.
Les impulsions sont produites par l'impact, sur une cible apte à générer un plasma comportant au moins une raie d'émission dans l'extrême ultraviolet, d'au moins deux faisceaux de lumière cohérente issus de sources lasers puisés, qui seront par la suite désignées "laser" tout court. Afin que le nombre de ces lasers reste raisonnable malgré l'importance de la puissance instantanée et de l'énergie requises pour que le plasma rayonne dans l'extrême ultraviolet, ces lasers, a priori de même puissance, ont chacun une puissance crête élevée, de l'ordre de plusieurs centaines de kW. Ils émettent des impulsions d'une énergie de quelques dizaines de mJ, et leur puissance moyenne est de l'ordre de plusieurs centaines de watts.
On appellera dans ce qui suit "quantum" la quantité d'énergie lumineuse générée à chaque tir par de tels lasers, semblables entre eux, ayant autant que possible une même durée Δt de tir laser (par exemple de l'ordre de 50 nanosecondes), et une même puissance crête de ces tirs (allant, selon la réalisation choisie, de plusieurs centaines de KW à plus d'un MW).
Par ailleurs, l'invention requiert que cette puissance crête reste inférieure à la valeur de seuil Ps qui produit dans un premier temps l'allumage du plasma, puis dans un second temps l'émission par ce plasma d'au moins une raie dans l'extrême ultraviolet. En dessous de ce seuil Ps, l'allumage du plasma peut se produire, mais pas son rayonnement dans l'extrême ultraviolet.
Ces faisceaux lasers, lorsqu'ils frappent une même région de la cible précitée, génèrent un plasma possédant au moins une raie d'émission dans l'extrême ultraviolet. Le déplacement transversal de l'objet ayant une zone à insoler est choisi de manière qu'entre deux impulsions successives de rayonnement extrême ultraviolet, son amplitude soit une fraction 1/N de la largeur de la fenêtre d'irradiation selon la direction de ce déplacement.
Le procédé selon l'invention s'applique donc pour tout procédé de photolithographie dans lequel : - l'objet à lithographier possède une surface plane, disposée orthogonalement au rayonnement lumineux, et présentant une zone photosensible, cet objet étant apte à se déplacer transversalement à ce. rayonnement, le rayonnement effectuant la gravure comporte au moins une raie dans l'extrême ultraviolet, et est constitué de N impulsions courantes successives, dont l'énergie surfacique à travers une fenêtre d'irradiation est mesurée, - ces impulsions de rayonnement sont produites par l'impact sur une cible appropriée d'au moins deux faisceaux laser issus de sources lasers puisées choisies parmi une pluralité, émettant chacun à chaque déclenchement un quantum d'énergie de durée donnée, ces lasers étant focalisés au même endroit de la cible.
Par "cible appropriée", on entend une cible apte à émettre un plasma possédant au moins une raie d'émission dans l'extrême ultraviolet. Par "pluralité de sources Jaser" on entend une quantité suffisante pour produire l'irradiation nécessaire à une photogravure en N impulsions courantes.
Ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes itératives suivantes, énoncées pour une nιemβ itération : a) intégration de l'énergie surfacique de rayonnement extrême ultraviolet ayant traversé la fenêtre d'irradiation au cours des N - 1 dernières impulsions, b) pendant l'intervalle de temps séparant deux impulsions successives de rayonnement, translation de l'objet photosensible d'une distance égale à une fraction 1/N de la largeur de la fenêtre d'irradiation selon l'axe de cette translation, c) soustraction de l'intégrale obtenue à l'étape a) à la quantité d'énergie nécessaire au processus de photogravure, d) détermination de la quantité d'énergie restant à fournir pour atteindre cette quantité d'énergie, e) calcul du nombre de quanta d'impulsions restant à générer pour une n'e e impulsion, f) détermination d'un nombre correspondant de sources lasers à allumer, puis choix de sources lasers en nombre égal à la partie entière de ce nombre, g) déclenchement synchrone des lasers choisis à l'étape f), et répétition ces étapes a) à g) pour le point courant suivant.
Dans le cas le plus général, le nombre de sources laser calculé à l'étape f) est fractionnaire, et la partie fractionnaire de ce nombre correspond à un apport d'énergie inférieur à un quantum.
Selon la réalisation préférentielle, dans laquelle le nombre de sources lasers calculé à l'étape f) est fractionnaire, la quantité d'énergie inférieure à un quantum, associée à cette partie fractionnaire du nombre de lasers, est apportée par une source laser capable de délivrer le quantum d'énergie commun aux autres sources lasers, et déclenchée avec un retard, inférieur à la durée Δt d'un quantum, par rapport à la date de déclenchement synchrone des autres sources lasers qui délivrent la partie entière du nombre de quantum de la même impulsion courante.
Dans ce cas en effet, l'impulsion apportant la partie fractionnaire d'un quantum dure au-delà de l'extinction des lasers choisis à l'étape f) ci-dessus, et destinés à apporter la partie entière du nombre de lasers. Elle est alors seule, de sorte que la puissance instantanée globale devient inférieure au seuil Ps qui produit l'émission par le plasma d'au moins une raie dans l'extrême ultraviolet. Ainsi donc, la partie du quantum d'énergie postérieure à l'extinction des premiers lasers de cette même impulsion courante n'apporte plus aucune contribution au rayonnement extrême ultraviolet. Cela revient à réaliser, de fait, un quantum fractionnaire, mais ceci au moyen d'un laser identique aux lasers générant un quantum. Ce même laser peut, lors d'une autre impulsion courante, générer un quantum entier. Cela permet aussi une souplesse et une précision très importantes dans l'ajustement de la puissance laser.
Selon une seconde réalisation préférentielle, dans laquelle le nombre de sources lasers calculé à l'étape f) est fractionnaire, la quantité d'énergie inférieure à un quantum, associée à cette partie fractionnaire du nombre de lasers, est apportée par plusieurs sources laser capables de délivrer un même quantum d'énergie que les autres sources lasers, et dont :
- la première est déclenchée à un retard (l-k-ι)Δt, (où 0<k-ι<1) après l'instant du déclenchement des lasers synchrones représentant la partie entière du nombre de lasers,
- la seconde est déclenchée à un retard (1-k2)Δt (où k1<k2<1) après l'instant du déclenchement des lasers synchrones représentant la partie entière du nombre de lasers,
- et ainsi de suite, la q'eme étant déclenchée à un retard (1-kq)Δt, (où 0<kq<1 ) après l'instant du déclenchement des lasers synchrones représentant la partie entière du nombre de lasers, et
- en outre, la somme de ces retards est inférieure à la durée d'un quantum Δt.
Le coefficient k est préférentiellement choisi proportionnel à la partie fractionnaire du nombre de laser.
Selon une troisième réalisation préférentielle, dans laquelle le nombre de sources lasers calculé à l'étape f) est fractionnaire, la quantité d'énergie inférieure à un quantum, associée à cette partie fractionnaire du nombre de lasers, est apportée par une source laser capable de fournir une énergie inférieure à un quantum, et déclenchée avec un retard, inférieur à la durée Δt d'un quantum, par rapport à la date de déclenchement synchrone des autres sources lasers qui délivrent la partie entière du nombre de quantum de la même impulsion courante.
Selon une quatrième réalisation préférentielle, combinant les deux précédentes, dans laquelle le nombre de sources lasers calculé à l'étape f) est fractionnaire, la quantité d'énergie inférieure à un quantum, associée à cette partie fractionnaire du nombre de lasers, est apportée par plusieurs sources laser capables de délivrer une quantité d'énergie inférieure à un quantum, et dont : - la première est déclenchée à un retard (l-k-ι)Δt, (où 0<k1<1) après l'instant du déclenchement des lasers synchrones représentant la partie entière du nombre de lasers,
- la seconde est déclenchée à un retard (1-k2)Δt (où kι<k2<1) après l'instant du déclenchement des lasers synchrones représentant la partie entière du nombre de lasers,
- et ainsi de suite, la qιeme étant déclenchée à un retard (1-kq)Δt, (où 0<kq<1) après l'instant du déclenchement des lasers synchrones représentant la partie entière du nombre de lasers, et
- en outre, la somme de ces retards est inférieure à la durée d'un quantum Δt.
La présente invention vise aussi un dispositif faisant application du procédé de l'invention. Le dispositif de photolithographie par rayonnement dans l'extrême ultraviolet comporte alors :
- une source de rayonnement dans l'extrême ultraviolet comportant au moins deux faisceaux lasers issus de sources lasers puisées émettant chacune un quantum d'énergie de durée donnée au cours d'un tir laser, et capables d'exciter une même région d'une cible apte à émettre un plasma possédant au moins une raie d'émission dans l'extrême ultraviolet,
- une fenêtre d'irradiation de largeur choisie, interposée entre la source de rayonnement et l'objet, et immobile par rapport à la source de rayonnement,
- des moyens de déplacement transversal par rapport à la fenêtre, d'un objet à photolithographier ayant une surface plane, orthogonale au rayonnement, et présentant une zone photosensible, ledit déplacement étant choisi de manière qu'entre deux impulsions successives de rayonnement dans l'extrême ultraviolet, le déplacement transversal de l'objet par rapport à la fenêtre d'irradiation soit une fraction 1/N de la largeur de cette fenêtre selon la direction du déplacement, de sorte qu'une même bande dans ladite zone de l'objet soit exposée à un nombre prédéterminé N d'impulsions successives de rayonnement extrême ultraviolet.
Le dispositif au sens de l'invention comporte en outre :
- des moyens de mesure de la puissance crête du rayonnement à travers la fenêtre d'irradiation,
- des moyens de calcul, pour une n'e e impulsion courante à délivrer : * de la somme de l'énergie mesurée du rayonnement dans l'extrême ultraviolet des N-1 dernières impulsions, ce qui revient à dire de l'intégrale de la puissance crête d'irradiation sur la durée complète des N-1 dernières impulsions, * de la quantité d'énergie restant à fournir par une prochaine nιeme impulsion, en comparant ladite somme à une dose d'énergie totale prédéterminée nécessaire à la photogravure, * d'un nombre de quanta d'énergie que doivent fournir les sources lasers pour obtenir ladite quantité d'énergie de ladite nιeme impulsion, en tenant compte que les impulsions de lumière laser de puissance instantanée inférieure à la puissance de seuil ne contribueront pas à générer du rayonnement extrême ultraviolet,
- des moyens de sélection et de commande en synchronisme d'un nombre choisi de lasers en fonction du nombre de quanta calculé.
Les moyens de déplacement de l'objet à photograver par rapport au rayonnement sont actifs pour déplacer ensuite l'objet d'un incrément équivalent à ladite fraction 1/N de la largeur de la fenêtre.
Selon la première variante où la partie fractionnaire du nombre de lasers est représentée par un q uantum d'énergie en retard sur le déclenchement synchrone des précédents lasers, l'invention comporte en outre des moyens apte à générer de tels retards en fonction de la valeur de la partie fractionnaire du nombre de lasers, pour générer ladite n'eme impulsion courante.
Selon une réalisation préférentielle, ladite cible est un jet directif de microgouttelettes de xénon en brouillard. En variante, cette cible peut être un jet liquide de xénon comme décrit dans la publication WO0232197 précitée.
Selon une réalisation préférentielle, cumulable avec la précédente, les tirs lasers sont issus de lasers solides impulsionnels fonctionnant en oscillateurs, et pompées par des diodes fonctionnant de façon continue.
Certains types de laser fonctionnent plus efficacement lorsque leur barreau, une fois chargé, est complètement déchargé avant la phase de pompage suivante. Pour satisfaire cette contrainte, le système de commande des lasers selon l'invention peut être prévu, selon une variante, pour que les quanta d'énergie non requis pour une impulsion courante soient déclenchés en dehors de cette impulsion, séparément, de manière à ce qu'ils ne dépassent jamais le seuil Ps. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la ..description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement un dispositif pour la mise en œuvre du procédé de photolithographie au sens de l'invention, - la figure 2a représente schématiquement une variation du coefficient d'émission de la source de rayonnement EUV en fonction du nombre de sources lasers actives en même temps, - la figure 2b représente schématiquement une variation de l'émissivité de la source EUV en fonction de l'énergie fournie par les tirs lasers, - la figure 3a représente schématiquement la contribution des tirs lasers en fonction du temps, pour former des impulsions EUV d'énergies ajustées, - la figure 3b représente schématiquement une impulsion EUV d'énergie ajustée, immédiatement suivie du déclenchement de quanta d'énergie en excès dont la puissance instantanée reste inférieure au seuil Ps, - la figure 4 représente schématiquement une partie d'un bloc de commande pour la génération des tirs lasers, - la figure 5 représente schématiquement des étapes d'un procédé au sens de l'invention, - et les figures 6a à 6d représentent schématiquement la position de la fenêtre d'irradiation à des positions successives au cours de l'insolation de l'objet OBJ.
On indique que le procédé et le dispositif au sens de l'invention sont, de façon générale, appliqués à la photolithographie de circuits intégrés.
On réalise sur une surface de quelq ues mm2 et sur une épaisseur de quelques microns un assemblage pouvant comporter plusieurs milliers de composants. Le matériau de départ est une tranche (ou "wafer") de silicium d'un diamètre d'une dizaine de cm. Ce disque subit plusieurs traitements chimiques (dépôt de couches minces, dopage...). Plusieurs circuits intégrés sont alors fabriqués sur la même tranche de silicium. L'un des traitements clés de la fabrication de circuits intégrés est la photolithographie.
On se réfère à la figure 1 représentant un wafer OBJ auquel est appliqué un rayonnement dans l'EUV 23 (extrême ultraviolet) en vue de photolithographier le wafer. Plus particulièrement, l'objet OBJ à photolithographier présente une surface plane, orthogonale au rayonnement 23, et possède une zone photosensible enduite d'une une résine photosensible RP apte à se déplacer (flèche 41 ) transversalement à ce rayonnement 23.
Pour préparer cette phase, la plaque de silicium est chauffée au préalable à plus de 1000°C. La surface du wafer s'oxyde en formant une fine couche isolante d'oxyde de silicium. On applique ensuite, sur la zone devant être photosensible, une résine photosensible RP pour recouvrir localement la surface du wafer OBJ. Puis, la tranche de silicium OBJ est soumise au rayonnement 23, préférentiellement en utilisant un masque (non représenté) susceptible de représenter le motif de photolithogravure recherché. Cette étape dans le procédé de fabrication des circuits intégrés est dénommée "insolation". De la longueur d'onde de ce rayonnement dépend la précision obtenue de photolithographie et donc la talle du circuit intégré. Aujourd'hui, ces longueurs d'onde sont dans le visible ou l'ultraviolet. Afin d'obtenir une finesse de gravure de 40nm, une source EUV émettant un rayonnement de longueur d'onde 13,5 nm a été développée récemment, à une cadence-de répétition -préférée de 10kHz pour la photolithographie. L'émission EUV est obtenue par l'interaction entre un nombre préféré de 10 faisceaux lasers Nd'YAG puisés, émettant à une cadence moyenne de 10kHz dans l'infrarouge (lasers solides) et un jet continu de Xénon. On obtient un plasma chaud émettant un rayonnement à une longueur d'onde de 13,5 nm.
Sur la figure 1, on a représenté des sources lasers référencées 10 à 19 qui sont capables d'exciter un jet de particules 21 circulant dans une chambre d'interaction 20. Préférentiellement, ce jet de particules 21 comporte un brouillard directif de microgouttelettes de xénon. Plus particulièrement, les lasers 10 à 19 sont capables d'émettre des tirs lasers focalisés en une même région du jet 21.
Les lasers actifs, en émettant chacun sur le jet de particules un tir d'une énergie de un quantum, l'excitent et tendent à y créer un plasma Si la contribution totale des quanta en énergie dépasse une valeur seuil Ps (correspondant au seuil d'émission de rayonnement extrême ultraviolet), le plasma d'interaction s'amorce puis la raie d'émission dans l'extrême ultraviolet apparaît pendant un temps correspondant approximativement au temps de l'impulsion laser dépassant le seuil Ps. Sur la figure 1 , les flèches référencées EUV signalent l'occurrence une telle impulsion de rayonnement dans l'extrême ultraviolet. Elle se propage dans un large angle solide, et un dispositif optique de collection, non représenté, est utilisé recueillir ce rayonnement et le diriger vers l'objet à photograver.
On a représenté schématiquement sur la figure 2a, à titre d'exemple, le coefficient d'émission de la source EUV (en pourcentage) en fonction du nombre de sources lasers actives qui tirent en même temps sur le jet de particules. Dans l'exemple décrit, quatre sources lasers suffisent pour amorcer le plasma. Dans la représentation plus exhaustive de la figure 2b de l'émissivité (en unités arbitraires) en fonction de l'énergie fournie par les tirs lasers, on indique qu'environ 2,5.1011 W/cm2 délivrés au jet de particules sont nécessaires, dans l'exemple décrit, pour chauffer le plasma.
En se référant à nouveau à la figure 1 , une table de commande 30 émet un signal de commande de chaque source laser 10 à 1 9, pour former ou non une impulsion dans l'EUV à un instant donné. Dans un mode de réalisation préféré, on commande un décalage temporel entre les tirs lasers nécessaires pour délivrer une impulsion à un instant donné, en particulier dans le but d'ajuster l'énergie de cette impulsion. On a représenté très schématiquement sur la figure 3a les impulsions émises l . I2, l3 en fonction du nombre de sources lasers actives et de la date des tirs lasers. Dans l'exemple décrit, toutes les sources lasers sont identiques ou, du moins, apportent une énergie identique au plasma pendant un tir laser. C'est la raison pour laquelle on a choisi de qualifier cette énergie de "quantum". Chaque source laser émet ici un tir d'une même durée Δt (typiquement de l'ordre de 40 nanosecondes pour un laser solide Nd:YAG) et d'une même puissance crête. Toutefois, une solution alternative consistant à choisir des sources lasers capables d'émettre des tirs de puissances crête différentes et/ou de durées Δt différentes est aussi envisagée pour affiner davantage l'énergie des impulsions émises. Dans ce cas, les quanta d'énergie que fournissent les sources lasers peuvent être différents d'une source laser à l'autre.
Ainsi, sur la figure 3a, chaque quantum Q d'énergie fournie à la source est représentée par un carré dans lequel se croisent deux diagonales. Pour délivrer une impulsion ^ d'énergie maximale, toutes les dix sources lasers sont activées en même temps à la date ti. Le plasma, réagissant à l'excitation des tirs lasers, délivre l'impulsion dans l'EUV dont le maximum d'énergie est atteint sensiblement à la date 1-,+Δt. Pour délivrer une impulsion l2 d'énergie plus faible que li, on a seulement recours à sept sources lasers dans l'exemple représenté. On comprendra ainsi que l'énergie de l'impulsion délivrée dans l'EUV est proportionnelle à l'empilement de quanta Q, donc au nombre de sources lasers actives en même temps. Dans une réalisation particulièrement avantageuse, pour délivrer une impulsion l3 dont l'énergie ne correspond pas à un nombre entier de quanta Q, on choisit de décaler temporellement le tir d'une ou plusieurs sources lasers. Ainsi, dans l'exemple représenté sur la figure 3a, pour délivrer la troisième impulsion 13, la septième source laser est activée à un instant t73, décalé d'une durée inférieure à Δt par rapport à un même instant t3 des autres tirs. Ainsi, le quantum portant la référence 7 sur la figure 3a est retardé d'une fraction de la durée spécifique Δt, par rapport aux autres quanta sous-jacents. Dans l'exemple représenté, la partie de gauche du quantum 7 (qui contribue, avec les autres quanta, au rayonnement) permet d'apporter sensiblement une moitié de quantum en énergie au plasma pour délivrer une impulsion, tandis que la partie de droite apporte un demi quantum qui est insuffisant pour entretenir le plasma de réaction et n'intervient donc pas dans l'énergie du rayonnement dans l'EUV. La période de récurrence des impulsions I-,, l2, l3 est de l'ordre de 0,1 milliseconde. On comprendra qu'une valeur typique de l'ordre de quelques dizaines de nanosecondes pour la durée Δt d'un tir laser est bien inférieure à la période des impulsions EUV. Ainsi, même si l'on commande un décalage temporel entre les tirs lasers d'une même salve, globalement, ces tirs ont lieu répétitivement à des dates sensiblement récurrentes et définissant une période de récurrence des impulsions EUV. Le décalage temporel entre tirs d'une même salve ne perturbe donc en rien la fréquence d'émission des impulsions.
On a représenté sur la figure 3a, à titre purement illustratif, un empilement de deux quanta à une même date de tir tN. Pour simplifier le raisonnement, on supposera dans que la puissance instantanée d'un quantum est un peu inférieure à la moitié du seuil Ps . Ainsi sur cette figure, l'énergie apportée l'empilement à la date tN est insuffisante pour amorcer le plasma à cette date tN. En réalité, il nous faut généralement entre un et deux quanta pour atteindre ce seuil Ps.
On indique que dans la réalisation décrite ici , les sources lasers doivent tirer répétitivement pour vider l'énergie stockée dans le barreau laser. Ainsi, en se référant à la figure 3b, les dix lasers 10 à 19 peuvent tirer avec un décalage temporel entre les tirs, en dépassant à peine le seuil d'énergie nécessaire (correspondant sur la figure à plus de quatre quanta Q, mais en pratique à un peu plus de la puissance instantanée d'un quantum) pour amorcer le plasma et générer une impulsion spécifiquement dans l'EUV, à l'instant tj. Avantageusement, on peut procéder ainsi pour faire tirer tous les lasers sans atteindre pour autant l'énergie maximale de l'impulsion I-, décrite ci-avant. Ainsi, les tirs décalés par rapport à la date t, ne contribuent pas à l'énergie utile de la source. Pour les tirs suivant cette date tj, on indique que le décalage temporel peut être moins précis. En effet, pour créer le plasma et émettre l'énergie dans la bande spectrale désirée (dans l'EUV), il faut atteindre le seuil d'amorçage précité. Ainsi, on choisit avantageusement des lasers tels que l'énergie d'un seul laser ne crée pas de plasma ou crée un plasma qui n'émet pas dans la bande spectrale désirée.
Plus particulièrement, en se référant à la figure 3b, on constate que l'on peut ajuster, autant que souhaité, la contribution énergétique des tirs lasers à l'émission d'une impulsion EUV. En particulier, on peut commander un décalage temporel progressif des tirs référencés 5 et 6 pour générer une impulsion, la somme de ces décaiages restant inférieur à la durée des tirs Δt.
Ainsi, le tir laser référencé 5 a lieu à un instant (1-k^Δt (avec 0<k1<1) après l'instant tu d'allumage des lasers précédents et le tir laser référencé 6 a lieu à un instant
(1-k2)Δt (avec k-ι<k2<1) après l'instant tnι d'allumage des lasers précédents. Ainsi, un mode de réalisation pour générer un "quantum fractionnaire" (quantité d'énergie fournie au plasma inférieure à un quantum et correspondant ainsi à une "partie fractionnaire du nombre de lasers"), on déclenche :
- la première source laser à un retard (1-k^Δt, (où 0<k.,<1) après l'instant du déclenchement des lasers synchrones représentant une partie entière du nombre de lasers,
- une seconde source laser à un retard (1-k2)Δt (où k1<k2<1 ) après l'instant du déclenchement des lasers synchrones représentant la partie entière du nombre de lasers,
- et ainsi de suite, la q'e e source laser étant déclenchée à un retard (1-kq)Δt, (où
0<kq<1) après l'instant du déclenchement des lasers synchrones représentant la partie entière du nombre de lasers, comme représenté schématiquement sur la figure
3b.
Toutefois, la somme de ces retards reste inférieure à la durée d'un quantum Δt.
Ce mode de réalisation peut être prévu pour de mêmes quanta que délivrent les lasers, ou encore pour des quanta qui diffèrent par exemple par leur puissance crête, que pourraient délivrer différents lasers, comme indiqué précédemment. On indique qu'un instant de tir laser peut être commandé avec une précision supérieure à quelques nanosecondes. Ainsi, avec une durée de tir de l'ordre de 40 nanosecondes, il est possible de commander au moins une dizaine de décalages temporels différents, pour un tir laser à effectuer. On peut ainsi atteindre des fractions de quantum sensiblement de l'ordre d'un dixième de quantum, dans l'état actuel de la technique.
En bref, on commande ici le déclenchement :
- d'au moins un premier tir laser à un instant prédéterminé t-n (quatre tirs lasers dans l'exemple représenté sur la figure 3b), et
- d'un ou plusieurs tirs lasers successifs à des instants respectifs t15, t-ι6 choisis pour ajuster l'énergie d'une impulsion dans l'extrême ultraviolet à émettre, ces instants respectifs étant répartis dans un intervalle de temps inférieur à la durée des tirs Δt.
Comme l'énergie d'une impulsion émise par le plasma dépend de manière générale de la puissance crête de la somme des tirs lasers, on montre ainsi qu'il est possible de faire varier l'énergie de cette source-plasma en décalant temporellement les tirs lasers. Avantageusement, on peut faire varier très rapidement l'énergie émise par la source et ainsi commander indépendamment l'énergie de chaque impulsion lumineuse pour une source fonctionnant à une cadence de répétition pouvant aller jusqu'à plusieurs dizaines de kHz. L'avantage de cette solution est aussi qu'elle ne perturbe pas l'équilibre thermique de la source et qu'elle ne dérègle pas l'ensemble de la source. On a en effet observé que la source revient immédiatement à son état initial invariablement en fonction du nombre de tirs lasers simultanés. Ainsi, la source peut par exemple fonctionner à 80% de son énergie maximale et, le tir suivant, fonctionner à 100% de son énergie maximale. Dans l'exemple décrit, la fréquence moyenne des tirs lasers et, de là, la fréquence F des impulsions émises, sont de l'ordre de 10 kHz.
Un autre intérêt que procure l'utilisation d'un décalage temporel des tirs lasers consiste en ce que de tels décalages peuvent facilement être commandés. En effet, préférentiellement, le déclenchement de chaque tir laser s'effectue en utilisant un modulateur acousto-optique. En se référant à la figure 4, les modulateurs acousto- optiques MOA1 à MOA10, chacun associés à une source laser 10 à 19, sont commandés par une alimentation radiofréquence AL (opérant par exemple à 24 MHz à une puissance par exemple de 100 W). Cette fréquence de 24 MHz est en particulier bien supérieure à la cadence des tirs à 10 kHz (au moins d'un facteur de l'ordre de mille). Le déclenchement de l'impulsion des lasers Nd :YAG s'effectue en diminuant rapidement les pertes dans la cavité laser grâce à l'utilisation d'un tel modulateur acousto-optique associé. Un générateur d'impulsion Gl envoie les dates de tirs tu à t20 de chaque source laser à cette alimentation radiofréquence AL qui déclenche les tirs lasers aux instants demandés tu à t20, pour déclencher une impulsion à un temps t|. On comprendra ainsi que ces instants tu à t20 sont estimés par la table de commande 30 de la figure 1.
En se référant à nouveau à la figure 1 , des moyens de collimation et de focalisation 22 collectent le rayonnement issu de la chambre d'interaction 21, en format un faisceau 23 irradiant dans l'EUV le wafer OBJ à travers une fenêtre d'irradiation, 40, qui sera dorénavant appelée "fenêtre" tout court. En fait, ce faisceau est formé d'une succession d'impulsions à lN. Avantageusement, on crée un déplacement relatif (flèche 41). du wafer OBJ par rapport à la fenêtre 40 et au faisceau 23. Ce déplacement 41 est préférentiellement d'un pas p qui est fonction de la largeur L de la fenêtre 40 (prise dans le sens du déplacement 41). Plus particulièrement, cette largeur L et le pas de déplacement p sont liés par la relation L=N.p, où N est le nombre prédéterminé d'expositions d'une même région du wafer OBJ au rayonnement EUV. Par ailleurs, la vitesse V de déplacement relatif 41 est telle que l'on parcourt un pas p en un temps correspondant à la période T de récurrence des impulsions EUV. Ainsi, la vitesse V est donnée par la relation V=p.F, où F est la fréquence des impulsions dans l'EUV. Chaque région dont la largeur correspond au pas p, recevant le rayonnement à travers la fenêtre 40, est bien insolée N fois, où N est le nombre prédéterminé précité. Dans une réalisation préférée, ce nombre N est de 50.
Plus précisément, dans une réalisation pratiquement imposée par les constructeurs de circuits intégrés, le précédé se déroule comme suit. La source EUV émet un rayonnement puisé, typiquement à une fréquence de 10 kHz comme indiqué ci-avant, ce qui correspond à une impulsion toutes les 0,1 ms. Le rayonnement émis est ensuite collecté dans une direction (flèche 23 de la figure 1 ), puis dirigé au travers de la fenêtre 40 sur un masque (non représenté) du circuit à lithographier. Ce masque est imagé sur la tranche de silicium OBJ avec un grandissement de 0,25, de telle sorte que la dimension de l'image de la fenêtre sur le silicium soit de 26mmx2mm. En fonction de la vitesse de déplacement du masque et de la fenêtre 40, chaque bande sur la tranche de silicium de largeur correspondant à un pas p de déplacement de la fenêtre reçoit une certaine dose d'énergie. Cette dose totale d'énergie Wtot est par exemple fixée à 5 mJ/cmz. Pour atteindre cette énergie avec une source par exemple de 115 W à 10 kHz, chaque bande de la zone exposée devra recevoir une dose de 50 impulsions. La vitesse de déplacement de l'image de la fenêtre 40 sur la tranche de silicium OBJ est alors adaptée de sorte que lors du déplacement (préférentiellement continu) de la tranche de silicium, chaque bande est exposée à 50 impulsions. En conséquence, la largeur de la fenêtre 40 au niveau de la tranche de silicium correspond à 50 fois le pas p de déplacement de la tranche entre deux impulsions successives.
La tranche de silicium OBJ se déplaçant continûment par rapport à la source EUV et à la fenêtre 40, on assure la reproduction d'un motif de gravure complet. Ce déplacement, considéré comme continu en terme de processus, peut en réalité être indifféremment réalisé par un moteur pas à pas ou par un moteur effectivement continu. Dans ce dernier cas, comme les impulsions EUV sont très brèves, les déplacements de l'objet peuvent être considérés comme pratiquement nuls pendant la durée d'une impulsion EUV. Par contre, entre deux impulsions lumineuses, la tranche de silicium s'est déplacée d'une certaine distance correspondant au pas p précité. La dose d'énergie nécessaire pour l'insolation correspond dans l'exemple décrit à 50 impulsions dans l'EUV. L'écart-type de la distribution des doses doit être inférieur à 0,1%, ce qui correspond en bruit tir à tir en boucle ouverte à un écart type de 1%. En raison des nombreuses incertitudes liées à la source EUV, cette contrainte de 1% de bruit tir à tir peut difficilement être assurée. Le contrôle de la dose reçue nécessite alors un asservissement en boucle fermée qui doit assurer cette contrainte tout en permettant une tolérance plus importante sur le bruit tir à tir. On appelle ici "bruit tira tir" la fluctuation non contrôlée de l'énergie des impulsions émises.
Dans l'exemple décrit, on choisit préférentiellement les sources lasers de sorte que, si WMAX correspond à l'énergie maximale d'une impulsion atteinte avec les dix tirs lasers simultanés, la dose totale d'énergie Wtot que reçoit chaque région exposée est telle que Wtot = 40 WMAX, en gardant à l'esprit que cette dose totale Wtot doit être atteinte à partir de 50 impulsions émises. On comprendra que la régulation de l'énergie des impulsions émises, à partir d'un décalage temporel des tirs lasers, permet notamment d'augmenter la tolérance du système au bruit "tir à tir", tout en assurant la stabilité de la dose d'énergie de la source. On décrit ci-après cette régulation, préférentiellement basée sur un asservissement en boucle fermée.
Avant de parvenir sur la tranche de silicium OBJ, une partie du rayonnement 23 dans l'EUV est déviée sans atténuation vers un capteur 31 mesurant l'éclairement surfacique produit par une impulsion courante. Il peut s'agir d'une photodiode ou d'une caméra CCD. Avantageusement, le temps de réponse d'un tel capteur 31 est suffisamment rapide pour pouvoir acquérir des mesures à une fréquence au moins égale à 10 kHz. La mesure est communiquée ensuite à un système informatique intégrant la table de commande 30 (asservissement représenté par la flèche 32 de la figure 1). Pour simplifier le dessin de la figure 1, on a représenté le capteur 31 entre la source EUV et la fenêtre 40. En pratique, on prévoit plutôt de disposer ce capteur 31 après la fenêtre 40 dans le chemin du rayonnement 23 (pratiquement sur le wafer OBJ) de manière à ce que la mesure de la puissance crête EUV que reçoit effectivement le wafer OBJ soit la plus exacte possible.
Le système informatique 33 de la figure 4 assure plusieurs fonctions. Il est constitué d'une architecture matérielle classique. Il peut s'agir d'un microcontrôleur intégrant une mémoire, un processeur, une horloge, ou autres, ou encore d'un microprocesseur intégrant des cartes d'acquisitions entrée/sortie et permettant d'implémenter différentes fonctions. Compte tenu de la contrainte temporelle très forte consistant à mesurer la puissance crête EUV toutes les 0,1 ms, le calcul de la commande à appliquer, son application et le cheminement des informations doivent être exécutés en temps réel. Les commandes des dates de tirs t10 à t20 sont donc programmées et exécutées dans un environnement temps réel. Le processeur SI équipant le système informatique 33 est bien entendu de génération récente, capable d'exécuter toutes ces fonctions à une fréquence supérieure à la fréquence des impulsions EUV émises. Plus particulièrement, le capteur 31 (rapide en acquisition) et le système informatique 33, pour mener ces calculs, peuvent opérer conjointement pendant une période inférieure à une période de récurrence des impulsions EUV.
On se réfère maintenant à la figure 5 pour décrire les étapes successives de la régulation en boucle. Après avoir émis une ou plusieurs impulsions vers le wafer OBJ, on calcule, à l'étape 51 , "l'état des bandes exposées", c'est-à-dire les doses respectives qu'ont reçu jusqu'à présent les bandes de la zone en cours d'exposition au rayonnement EUV, en tenant compte de la mesure de la puissance crête EUV de la dernière impulsion émise (mesurée à l'étape 57). On construit ainsi un vecteur "état' contenant 50 composantes représentant l'état des 50 bandes venant d'être exposées. A chaque tir, les composantes du vecteur sont décalées pour une mise à jour telle que la composante associée à la bande exposée pour la dernière fois sorte du vecteur, tandis qu'entre une nouvelle composante associée à une bande qui va être exposée pour la première fois. Ce décalage est effectué pour prendre en compte le déplacement de la zone exposée du wafer OBJ, cette zone s'étant déplacée entre deux tirs.
A l'étape 52, on calcule, à partir d'une dose associée à une future bande sortante, l'énergie qu'il faudrait fournir à cette bande exposée pour la dernière fois à la prochaine impulsion EUV pour parvenir à la dose requise Wtot. Cette énergie d'impulsion EUV est ensuite convertie en contribution de quanta d'énergie fournis par les sources lasers, en tenant compte du taux de conversion de l'énergie entre les tirs lasers et l'énergie EUV. On affine l'énergie de la future impulsion à délivrer en décalant temporellement les dates d'impulsion des tirs lasers, comme décrit ci-avant. A l'étape 53, on estime alors les dates appropriées des futurs tirs lasers. En ne superposant temporellement qu'une partie des quanta d'énergie fournie par les tirs, on peut alors obtenir une discrétisation très fine dans la commande de l'énergie EUV que l'on souhaite attribuer à la future impulsion. A l'étape 54, on déclenche les tirs lasers aux dates estimées à l'étape 53, ce qui génère, à l'étape 55, une impulsion EUV d'énergie choisie. Le procédé se poursuit en mesurant, à l'étape 57, la puissance crête EUV effective de l'impulsion émise à l'étape 55 et par le déplacement relatif d'un pas p, à l'étape 56, du wafer par rapport à la fenêtre et à la source de rayonnement EUV. Sur cette figure 5, on a donc représenté, à gauche de cette figure, les étapes de calcul menées par le système informatique 33.
Ainsi, dans ce mode de réalisation, la régulation proprement dite s'effectue préférentiellement pour la dernière impulsion à é ettre en une bande courante de la zone du wafer OBJ exposée au rayonnement. Sur les figures 6a à 6d, on a représenté par des hachures la zone photosensible créée par le dépôt d'un film de résine photosensible RP sur la surface du wafer OBJ. La figure 6a représente la position de la fenêtre 40 à l'instant auquel commence le procédé d'insolation. On déplace alors la fenêtre 40 d'un incrément de position p correspondant à la largeur L de la fenêtre divisée par le nombre N d'impulsions à délivrer en une même bande de la zone exposée au rayonnement, ce qui correspond à la position de la fenêtre représentée sur la figure 6b. On envoie une première impulsion EUV dans cette configuration de la figure 6b. La puissance crête EUV est mesurée pendant cette première impulsion émise, puis intégrée sur la durée de l'impulsion, tandis que la fenêtre 40 continue à se déplacer relativement au wafer OBJ du pas p, et ce, conformément au procédé de régulation décrit ci-avant en référence à la figure 5. Dans une réalisation préférée et dans une configuration intermédiaire entre les figures 6b et 6c où ia zone à insoler du wafer OBJ située sous la fente d'insolation est plus étroite que cette fenêtre, on estime l'énergie de l'impulsion à émettre en soustrayant à l'énergie Wtot à fournir pour insoler la surface photosensible courante la somme des énergies mesurée au cours des n impulsions successives précédentes, puis en divisant le résultat de cette soustraction par N-n (où N=50 dans l'exemple décrit et n est bien entendu inférieur à N). On comprendra ainsi que l'on incrémente le nombre n après chaque mesure de la puissance crête EUV d'une impulsion délivrée, puis le calcul de son intégrale donnant l'énergie effectivement reçue. Pour ajuster l'énergie des impulsions émises, on utilisera avantageusement des salves composites de tirs lasers du type représenté sur la figure 3b, avec des décalages temporels successifs des tirs 5,6 restant inférieurs à la durée Δt des tirs.
Lorsque la zone à insoler de l'objet, située sous la fenêtre d'irradiation, est plus large que la largeur de la fenêtre (configuration de la figure 6c), on estime l'énergie exacte restant à fournir pour que la tranche (ou "bande" comme désignée précédemment) de la zone à insoler subissant sa dernière irradiation obtienne la quantité totale d'énergie nécessaire à sa photogravure.
On a représenté à titre illustratif sur la figure 6c la position de la fenêtre 40 dans laquelle elle permet maintenant une irradiation pleine de la région photosensible du wafer OBJ. La bande Z1 qui était irradiée en premier sur la figure 6 b reçoit maintenant sa dernière (cinquantième) impulsion, régulée selon le procédé décrit ci-avant, tandis que la bande Z2 immédiatement adjacente (à droite sur la figure 6c) reçoit sa 49ième impulsion. Lorsque la fenêtre 40 s'est déplacée encore d'un pas p, c'est cette bande Z2 immédiatement adjacente qui reçoit alors la cinquantième impulsion, d'énergie régulée en fonction de la dose d'énergie qu'elle a reçu précédemment, en vue d'atteindre la dose totale d'énergie précitée et notée Wtot. Ainsi, on comprendra, de façon générale, que la première impulsion parmi les N impulsions (ici N=50) que doit recevoir une n'eme bande courante en cours d'irradiation correspond, en fait, à une n ième jmpU|sjon depuis le début du procédé de photogravure.
Comme le montre la figure 6d, on poursuit le procédé d'insolation jusqu'à atteindre le bord de la région photosensible (à droite de cette figure 6d).
Ainsi, le début du procédé d'insolation peut se résumer comme suit: aO) on positionne l'objet photosensible à lithographier sous la fenêtre, de manière à ce que seule soit exposée une tranche de zone à insoler ayant une largeur égale à ladite fraction 1/N de largeur de fenêtre, ai) on sélectionne une partie au moins des sources lasers en vue d'exciter la cible génératrice de plasma, et déclencher une impulsion courante vers la zone à insoler, a2) on mesure la puissance crête de l'impulsion courante de rayonnement extrême ultraviolet effectivement fournie à la zone à insoler de l'objet, et on calcule son intégrale sur la durée de l'impulsion, a3) on déplace l'objet par rapport à la fenêtre, d'un incrément de position égal à une fraction 1/N de la largeur de fenêtre, a4) répéter les étapes ai) à a3) tant que la zone à insoler de l'objet, située sous la fenêtre, est plus étroite que la fenêtre, en délivrant des impulsions d'énergies estimées en soustrayant à l'énergie Wtot à fournir pour photograver l'objet la somme des énergies mesurées au cours de n passages successifs par l'étape a2), puis en divisant le résultat de la soustraction par N-n, où n est un entier inférieur au nombre prédéterminé d'impulsions N, a5) lorsque la zone à insoler de l'objet, située sous la fenêtre, atteint la largeur de la fenêtre, on estime l'énergie exacte restant à fournir pour que la tranche de la zone à photograver recevant sa dernière impulsion obtienne la quantité totale d'énergie Wtot pour sa photogravure.
De manière plus générale, des tests ont montré que l'utilisation d'un asservissement du type ci-avant assure une stabilité de dose de 0,1 % d'écart type, tout en autorisant un bruit tir à tir ayant un écart type pouvant aller jusqu'à 4% lorsqu'une commande fine des décalages temporels des tirs lasers est utilisée comme décrit ci-avant.

Claims

Revendications
1. Procédé de photolithographie par rayonnement extrême ultraviolet, dans lequel : - un objet (OBJ) à lithographier possède une surface plane, disposée orthogonalement au rayonnement lumineux, et présentant une zone photosensible (PR), cet objet étant apte à se déplacer (41) transversalement à ce rayonnement (23), le rayonnement (23) effectuant la gravure comporte au moins une raie dans l'extrême ultraviolet, et est constitué de N impulsions courantes successives, dont l'énergie surfacique à travers une fenêtre d'irradiation (40) est mesurée, - ces impulsions de rayonnement sont produites par l'impact sur une cible (21 ) appropriée d'au moins deux faisceaux laser issus de sources lasers puisées (10-19) choisies parmi une pluralité, émettant chacune à chaque déclenchement un quantum (Q) d'énergie de durée donnée (Δt), ces sources lasers étant focalisées au même endroit de la cible, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes itératives suivantes, énoncées pour une rième itération : a) intégration de l'énergie surfacique de rayonnement extrême ultraviolet ayant traversé la fenêtre d'irradiation au cours des N - 1 dernières impulsions, b) pendant l'intervalle de temps séparant deux impulsions successives de rayonnement, translation de l'objet photosensible d'une distance égale à une fraction 1/N de la largeur (L) de la fenêtre d'irradiation selon l'axe de cette translation, c) soustraction de l'intégrale obtenue à l'étape a) à la quantité d'énergie (Wtot) nécessaire au processus de photogravure, d) détermination de la quantité d'énergie restant à fournir pour atteindre cette quantité d'énergie (Wtot), e) calcul du nombre de quanta d'impulsions restant à générer pour une nιeme impulsion, f) détermination d'un nombre correspondant de sources lasers à allumer, puis choix de sources lasers en nombre égal à la partie entière de ce nombre, g) déclenchement synchrone des lasers choisis à l'étape f), et répétition ces étapes a) à g) pour le point courant suivant.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel, le nombre de sources lasers calculé à l'étape f) est fractionnaire, et la quantité d'énergie inférieure à un quantum, associée à cette partie fractionnaire du nombre de lasers, est apportée par une source laser capable de délivrer le quantum d'énergie commun aux autres sources lasers, et déclenchée avec un retard, inférieur à la durée (Δt) d'un quantum, par rapport à la date de déclenchement synchrone des autres sources lasers qui délivrent la partie entière du nombre de quantum de la même impulsion courante.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le nombre de sources lasers calculé à l'étape f) est fractionnaire, la quantité d'énergie inférieure à un quanta, associée à cette partie fractionnaire du nombre de lasers, est apportée par une source laser capable de fournir une énergie inférieure à un quantum, et déclenchée avec un retard, inférieur à la durée (Δt) d'un quantum, par rapport à la date de déclenchement synchrone des autres sources lasers qui délivrent la partie entière du nombre de quantum de la même impulsion courante.
4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel le nombre de sources lasers calculé à l'étape f) est fractionnaire, et la quantité d'énergie inférieure à un quanta, associée à cette partie fractionnaire du nombre de lasers, est apportée par plusieurs sources laser dont :
- la première est déclenchée à un retard (1-k Δt, (où 0<k1<*1) après l'instant du déclenchement des lasers synchrones représentant la partie entière du nombre de lasers,
- la seconde est déclenchée à un retard (1-k2)Δt (où k1<k2<*1 ) après l'instant du déclenchement des lasers synchrones représentant la partie entière du nombre de lasers,
- et ainsi de suite, la qième étant déclenchée à un retard (1-kq)Δt, (où 0<kq<1) après l'instant du déclenchement des lasers synchrones représentant la partie entière du nombre de lasers, et
- en outre, la somme de ces retards est inférieure à la durée d'un quantum Δt.
5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'on commande le déclenchement :
- d'au moins un premier tir laser à un instant prédéterminé (tt1), et
- d'un ou plusieurs tirs lasers successifs à des instants respectifs choisis pour ajuster l'énergie d'une impulsion dans l'extrême ultraviolet à émettre, ces instants respectifs étant répartis dans un intervalle de temps inférieur à ladite durée des tirs (Δt).
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on commande les sources lasers pour émettre répétitivement des tirs lasers à une fréquence moyenne définissant sensiblement une période de récurrence des impulsions qu'émet le plasma, et en ce que le déplacement de l'objet par rapport au rayonnement est sensiblement continu et d'une vitesse (V) correspondant à une fraction 1/N de largeur de fenêtre (L) divisée par une période de récurrence des impulsions.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il commence sensiblement par les étapes suivantes : aO) positionner l'objet photosensible à lithographier sous la fenêtre, de manière à ce que seule soit exposée une tranche de zone à insoler ayant une largeur égale à ladite fraction 1/N de largeur de fenêtre, ai ) sélectionner une partie au moins des sources lasers en vue d'exciter la cible génératrice de plasma, et déclencher une impulsion courante vers la zone à insoler, a2) mesurer la puissance crête de l'impulsion courante de rayonnement extrême ultraviolet effectivement fournie à la zone à insoler de l'objet, a3) déplacer l'objet par rapport à la fenêtre, d'un incrément de position égal à ladite fraction 1/N de la largeur de fenêtre, a4) répéter les étapes ai) à a3) tant que la zone à insoler de l'objet, située sous la fenêtre, est plus étroite que la fenêtre, en délivrant des impulsions d'énergies estimées en soustrayant à l'énergie (Wtot) à fournir pour photograver l'objet la somme des énergies mesurées au cours de n passages successifs par l'étape a2), puis en divisant le résultat de la soustraction par N-n, où n est un entier inférieur au nombre prédéterminé d'impulsions N, a5) lorsque la zone à insoler de l'objet, située sous la fenêtre, atteint la largeur de la fenêtre, on estime l'énergie exacte restant à fournir pour que la tranche de la zone à photograver recevant sa dernière impulsion obtienne la quantité totale d'énergie (Wtot) pour sa photogravure.
8. Dispositif de photolithographie par rayonnement dans l'extrême ultraviolet, comportant :
- une source de rayonnement dans l'extrême ultraviolet comportant au moins deux faisceaux lasers issus de sources lasers puisées (10-19) émettant chacune un quantum d'énergie (Q) de durée donnée (Δt) au cours d'un tir laser, et capables d'exciter une même région d'une cible (21 ) apte à émettre un plasma possédant une raie d'émission dans l'extrême ultraviolet,
- une fenêtre d'irradiation (40) de largeur choisie (L), interposée entre la source de rayonnement et l'objet (OBJ), et immobile par rapport à la source de rayonnement (20,22),
- des moyens de déplacement transversal (41) par rapport à la fenêtre, d'un objet à photolithographier (OBJ) ayant une surface plane, orthogonale au rayonnement, et présentant une zone photosensible (PR), ledit déplacement étant choisi de manière qu'entre deux impulsions successives de rayonnement dans l'extrême ultraviolet, le déplacement transversal de l'objet (OBJ) par rapport à la fenêtre soit une fraction 1/N de la largeur de la fenêtre d'irradiation selon la direction du déplacement, de sorte qu'une même bande (Z1.Z2) de ladite zone de l'objet soit exposée à un nombre prédéterminé N d'impulsions successives dans l'extrême ultraviolet, caractérisé en ce qu'il comporte :
- des moyens (31) de mesure de l'énergie surfacique du rayonnement à travers la fenêtre d'irradiation (40),
- des moyens de calcul, pour une nlè e impulsion courante à délivrer : * de la somme de l'énergie mesurée du rayonnement dans l'extrême ultraviolet des N-1 dernières impulsions, * d'une quantité d'énergie restant à fournir par une prochaine nιeme impulsion en comparant ladite somme à une dose d'énergie totale prédéterminée (Wtot) nécessaire à la photogravure, * d'un nombre de quanta d'énergie que doivent fournir les sources lasers pour obtenir ladite quantité d'énergie de ladite n'eme impulsion,
- des moyens (30) de sélection et de commande en synchronisme d'un nombre choisi de lasers en fonction du nombre de quanta calculé, et en ce que les moyens de déplacement de l'objet à photograver par rapport au rayonnement sont actifs pour déplacer ensuite l'objet d'un incrément équivalent à ladite fraction 1/N de la largeur de la fenêtre.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de calcul (33) sont agencés pour estimer des dates de tirs lasers pour ajuster l'énergie d'une impulsion à émettre dans l'extrême ultraviolet, et en ce que les moyens de commande (Gl, Al, MOA1-MOA10) sont agencés pour commander un décalage temporel des tirs lasers dans un intervalle de temps entre tirs inférieur à ladite durée (Δt) des tirs.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de commande comportent des modulateurs acousto-optiques (MOA1-MOA10) pour commander chaque source laser à une date choisie, ainsi qu'une alimentation radiofréquence de puissance (AL) pour commander lesdits modulateurs acousto- optiques, et en ce que ladite alimentation et lesdits modulateurs sont capables de fonctionner à une fréquence maximale plus grande, au moins d'un facteur de l'ordre de mille, que la fréquence des impulsions dans l'extrême ultraviolet.
11. Dispositif selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que ledit capteur (31), d'une part, est de durée d'acquisition choisie et les moyens de calcul (33), d'autre part, sont équipés d'un processeur de fréquence de traitement choisie, de sorte que le capteur et les moyens de calcul sont capables de fonctionner conjointement pendant une période inférieure à une période de récurrence des impulsions dans l'extrême ultraviolet.
12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que ladite cible est un jet de xénon.
13. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que ladite cible est un jet directif de particules comportant des microgouttelettes de xénon et/ou d'eau en brouillard.
14. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que les tirs lasers sont issus de lasers solides impulsionnels fonctionnant en oscillateurs, et pompées par des diodes fonctionnant de façon continue.
15. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 14, caractérisé en ce qu'une partie fractionnaire du nombre de lasers est représentée par un quantum d'énergie en retard sur le déclenchement synchrone des précédents lasers, et en ce que les moyens de sélection sont aptes à générer ces retards en fonction de la valeur de la partie fractionnaire du nombre de lasers, pour générer ladite nlème impulsion courante.
16. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 15, caractérisé en ce que les moyens de sélection sont agencés pour déclencher un nombre restant de lasers ne contribuant pas à l'émission d'une impulsion dans l'extrême ultraviolet, séparément, de manière à ce que les tirs séparés, issus de ces lasers, ne suffisent pas à l'émission d'une impulsion dans l'extrême ultraviolet.
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