Brevet FR2809190A1 — publié le 20011123

La présente invention est relative à la fabrication de modulateurs de transmission et de phase pour la microlithographie en ultraviolet profond et se rapporte plus particulièrement à la fabrication de modulateurs de transmission à ouverture de transmission variable pour la microlithographie en ultraviolet pro fond (157nm). méthodes et les matériaux utilisés actuellement en microlithogra- phie à nm ne peuvent pas être utilisés en UV profond : pour les longueurs d'onde inferieures à 193 nm, les coefficients d'absorption des matériaux sont beaucoup trop élevés. Un effort considérable est à présent orienté vers la mise au point nouveaux matériaux utilisables en UV profond. carbone amorphe adamantin (DLC) est parmi les nouveaux maté riaux proposes pour les applications en microlithographie en ultraviolet profond. La technique proposée récemment par Lucent Technologies permet de fabriquer les modulateurs de transmission en DLC. Le DLC est un matériau absorbant, de sorte peut moduler la transmission en variant l'épaisseur de la couche du DCL. principale limitation de la technique dé Lucent Technologies vient d'une contrainte intrinsèque qui est toujours présente dans le La contrainte croit avec l'épaisseur et peut conduire au délaminage ou à destruction du film. La présence de la contrainte limite l'épaisseur du film et l'attenuation de la transmis sion correspondante. Un autre inconvénient de la technique proposée par Lucent Technolo gies réside dans la convolution de la modulation de la transmission et de la mo dulation de phase. L'invention vise à remédier aux inconvénients de la technique anté rieure énoncées ci-dessus. Elle a donc pour objet un procédé de fabrication modulateur de transmission pour microlithographie en ultraviolet profond caractérisé en ce qu'il consiste à obtenir du carbone amorphe adamantin par un procédé mettant en oeuvre un plasma composé d'un mélange d'acétylène d'argon et entretenu par la puissance d'une source de micro-ondes, à déposer film mince en car bone amorphe adamantin sur un substrat faiblement absorbant dans l'ultraviolet profond auquel est appliquée une polarisation variable, faire varier la bande interdite par le contrôle de la pression partielle d'argon et à faire ainsi varier le coefficient d'extinction correspondant afin de moduler la transmission du modu lateur sans modifier l'épaisseur du film déposé. Suivant d'autres caractéristiques - on fait varier la bande interdite entre 1 et 2 eV par le controle de la pression partielle d'argon entre 0 et 0,5 mTorr et de préférence entre 1 et 0,4 mTorr ; - le coefficient d'extinction correspondant varie entre 0,012 et 150 ; - l'épaisseur du film est modifiée en faisant varier la durée dépôt dudit film. L'invention a également pour objet - un modulateur de transmission pour microlithographie en ultraviolet profond, caractérisé en ce qu'il est fabriqué selon le procédé défini ci-dessus ; - le modulateur est fabriqué selon le procédé défini ci-dessus en mo difiant l'épaisseur du film afin d'assurer audit modulateur de transmission la fonction de modulateur de phase. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la 1 est un graphique représentant le coefficient d'extinction (k) en fonction de pression partielle d'argon ; - la 2 est un graphique représentant la bande interditeTauc et E04 en fonction de pression partielle d'argon ; et - la 3 est un graphique représentant l'indice de réfraction en fonc tion de la bande interdite. Le matériau utilisé dans le cadre de l'invention est le carbone amor phe adamantin (diamond-like carbon, DLC). Par certains côtés proche du dia mant mais incomparablement moins cher, le DLC est un matériau sans ordre à longue distance contenant le mélange de différents états d'hybridation (spz et sp3). II existe sous une multitude de formes qui diffèrent par la microstruc ture, la densité macroscopique, la largeur du gap optique ou bande interdite, l'indice de réfraction, le coefficient d'absorption, la microdureté, la stabilité ther mique, etc. Ses propriétés physiques particulièrement intéressantes qui incluent grande dureté, la résistance au frottement, la friction statique et dynamique la conductivité thermique similaire à celle du cuivre, etc, en font un matériau prédilection pour des applications très variées. La présente invention a pour objectif la maîtrise de l'ingénierie de la bande interdite du DLC en vue de l'optimisation de ses propriétés par rapport applications en microlithographie en ultraviolet profond. L'ingénierie de la bande interdite du DLC fait objet de l'étude menée actuellement au CNRS. Le dépôt du DLC mis au point par le demandeur est réalisé comme suit. Les couches minces en DLC sont déposées en utilisant l'immersion dans le plasma combinée avec la polarisation du substrat. Ceci permet contrôler avec finesse et une excellente reproductibilité les paramètres du proce dé tels que la composition du gaz précurseur, la densité du plasma, la tempéra ture électronique et l'énergie des ions qui atteignent le substrat. Chacun de ces paramètres a un impact sur la structure et les prophé tés physiques du matériau. Le dépôt sous plasma est effectué à la température ambiante. Le procédé de dépôt est compatible avec les plaquettes de 300 mm. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence la relation en tre les principaux paramètres du procédé de dépôt sous plasma et les propriétés physiques du DLC déposé. On a pu démontrer ainsi que la pression partielle d'argon dans un précurseur composé d'un mélange d'argon et d'acétylène a un impact direct sur la largeur du gap optique ou bande interdite du DLC et par conséquent sur le coefficient d'extinction. Ces résultats sont illustrés aux figures 1 et 2. Suivant l'invention, on utilise les éléments actifs en DLC et on module la transmission de lumière monochromatique à travers une couche du DLC en jouant sur la largeur de la bande interdite et sur le coefficient d'extinction corres pondant. Afin de faire varier la largeur de la bande interdite, on utilise le dépôt sous plasma avec un mélange d'acétylène et d'argon. En faisant varier la pres sion partielle d'argon, on modifie les processus de transfert d'énergie des ions, la dynamique de nucléation et de croissance du DLC ainsi que son hybridation. Ceci permet de jouer sur la largeur de la bande interdite. Le procédé proposé permet d'ajuster la largeur de la bande interdite pour une épaisseur donnée en DLC. Dans un milieu transparent, le changement de phase qui accompagne le passage d'un faisceau de lumière monochromatique à travers un film mince d'une épaisseur d dépend essentiellement de l'indice de réfraction (n) et l'épaisseur. Pour une longueur d'onde 1., l'épaisseur requise pour un changement de phase égal à n est de d(n)=n,/4n Pour un indice de réfraction donné, on peut faire varier le changement de phase en jouant sur l'épaisseur du film. Dans un matériau absorbant la situation est plus complexe. Une caractéristiques du matériau DLC qui fait l'objet de la présente invention est l'indice de réfraction évolue lentement en fonction de la bande interdite comme montre le graphique de la figure 3. Suivant l'invention, on utilise les éléments actifs en DLC pour moduler le changement de phase de la lumière monochromatique en jouant l'épaisseur de la couche de DLC et éventuellement sur la bande interdite. On va maintenant décrire des exemples de conditions de mise oeuvre du procédé suivant l'invention. ce qui concerne la proportion d'acétylène et d'argon, la pression totale du melange d'acétylène et d'argon est donnée par la relation Par + Pc2H2 = 0,8 mTorr et 0 Le substrat faiblement absorbant dans l'ultraviolet profond et un subs trat en ou en quartz ou en silice fondue à faible teneur en OH. Dans la gamme de pressions indiquée, le gap ou bande interdite est donné par relation suivante ETAuc'- 1. Le procédé suivant l'invention présente les avantages techniques sui vants. Le coût de la lithographie représente environ un tiers du coût de fabri cation d'un microprocesseur. La mise au point des outils de microlithographie performants et à faible coût pour l'utilisateur est fondamentale pour la profitabilite la fabrication de circuits intégrés au silicium. La technique de fabrication eléments optiques pour la microlithographie en UV profond proposée dans cadre de la présente invention représente une solution très compétitive compte tenu notamment des éléments suivants - budget thermique (dépôt à la température ambiante) - investissement en équipement modeste et coût d'utilisation bas pour une technique compatible avec des dimensions de 300 mm. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un modulateur de transmission pour mi- crolithographie en ultraviolet profond , caractérisé en ce qu'il consiste ' obtenir du carbone amorphe adamantin par un procédé mettant en oeuvre plasma composé d'un mélange d'acétylène et d'argon et entretenu par la puissance d'une source de micro-ondes à déposer un film mince en carbone amorphe adamantin sur un substrat faiblement absorbant dans l'ultraviolet profond auquel est appliquée une polarisation variable à faire varier la bande interdite par le contrôle de la pression partielle d'argon et à faire ainsi varier le coefficient d'extinction correspondant afin de moduler la transmission du modulateur sans modifier l'épaisseur du film déposé. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la propor tion d'argon et d'acétylène dudit mélange (Par + Pc2H2) est comprise entre 1I7 et 1. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce la puissance de la source de micro-ondes est comprise entre 600 et 2000 W. 4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérise en ce la bande interdite est donnée par la relation ETAuc ? 1. 5. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 4, caractérise en ce le substrat faiblement absorbant dans l'ultraviolet profond est réalisé en CaF2 ou en quartz ou en silice fondue à faible teneur en OH. 6. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on fait varier la bande interdite entre 1 et 2 eV par le contrôle de la pression partielle d'argon entre 0 et 0,5 mTorr et de préférence entre 0,1 et 0,4 mTorr. 7. Procédé suivant les revendications 1à 8, caractérisé en ce que le coefficient d'extinction correspondant varie entre 0,012 et 0,150. 8. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'épaisseur du film est modifiée en faisant varier la durée du dépôt dudit film. 9. Modulateur de transmission pour microlithographie en ultraviolet profond, caractérisé en ce qu'il est fabriqué par le procédé suivant l'une des re vendications 1 à 8. 10. Modulateur de transmission suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est fabriqué par le procédé suivant la revendication 8 dans lequel le contrôle de l'épaisseur du matériau permet d'assurer audit modulateur de trans mission, la fonction de modulateur de phase.