Brevet FR2876808A1 — publié le 20060421

STRUCTURE DE MASQUE POUR LITHOGRAPHIE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne une structure pour masque de lithographie en réflexion, en particulier pour la lithographie extrême ultra violet (EUV). L'invention concerne également un procédé de fabrication de ce masque. Un tel masque est utilisable notamment pour la lithographie en réflexion, en particulier pour la lithographie Extrême UV. L'invention concerne plus spécifiquement l'empilement absorbant utilisé dans les masques EUV. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La lithographie ou photolithographie est le procédé qui permet de transférer l'image d'un masque dans une couche de résine photosensible déposée sur un échantillon. Cette étape d'insolation d'une résine au travers d'un masque, à l'aide d'une source de lumière et d'un système optique, est réalisée sur un équipement dénommé photo-masqueur. Après insolation, la résine est révélée permettant ainsi d'obtenir sur l'échantillon un masque de résine qui servira pour les étapes nécessaires à la réalisation de dispositif microélectronique (masque à la gravure, masque au dépôt ou masque à l'implantation ionique). Les progrès de la lithographie optique ont été un facteur-clé de la croissance de l'industrie des circuits intégrés (CI) toutes ces dernières années. Le principal vecteur d'amélioration est l'utilisation d'une longueur d'onde de plus en plus courte pour l'insolation des résines. Ainsi, les longueurs d'ondes utilisées en lithographie sont passées de 365 nanomètres à 248 nanomètres et aujourd'hui 193 nanomètres. La diminution de la longueur d'onde permet de réduire les dimensions critiques des circuits intégrés jusqu'à atteindre des dimensions des circuits intégrés de l'ordre du dixième de micromètre. Ces progrès techniques et la disponibilité, à temps, des équipements de production pour la photolithographie, des masques et des résines ont permis, depuis 30 ans, à l'industrie de la microélectronique de poursuivre sa croissance. Cependant, la poursuite de la miniaturisation des circuits intégrés avec des motifs sub-0.1 micromètre nécessite une nouvelle approche technologique en rupture avec la lithographie optique. En effet, les matériaux réfractifs couramment utilisés pour la lithographie optique deviennent trop absorbants pour des longueurs d'onde inférieures à 190 nanomètres. Différentes solutions regroupées sous le nom de NGL ou lithographie de nouvelle génération (en anglais New Generation Lithography) ont été proposées. L'enjeu est capital pour l'industrie des semi-conducteurs. Parmi les lithographies de nouvelle génération, la lithographie Extrême Ultra-Violet (EUV) utilisant des longueurs d'onde comprises entre 10 et 14 pm (rayonnement X mou) est une des voies les plus prometteuses. A ces courtes longueurs d'onde, une résolution inférieure à 0.1 nanomètres peut être obtenue, tout en gardant une ouverture numérique faible et une profondeur de champ supérieure à un micromètre. Cette technologie peut satisfaire plusieurs générations technologiques sub-0.1 micromètre jusqu'à la génération 256 Gbit prévue en production en 2012 par la Semiconductor Industry Association (SIA). La lithographie EUV est une des solutions choisies. Des travaux importants sont en cours à ce sujet aux Etats-Unis, au Japon et en Europe. Les défis technologiques posés par la mise en uvre d'une lithographie dans l'extrême UV concerne particulièrement cinq aspects la source de rayonnement EUV, l'optique de projection du photo- masqueur, les masques, les procédés utilisant des résines et la métrologie associée au développement des optiques et des masques. Contrairement aux masques actuels de lithographie optique (masques en transmission réalisés par un dépôt de chrome sur un support en quartz) un masque pour la lithographie EUV est un masque en réflexion et non plus en transmission. La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un masque EUV selon l'art connu. Ce masque se compose d'un substrat 1 sur lequel est déposé un revêtement réflecteur 2 qui est à son tour recouvert d'une couche absorbante 4. Le motif à projeter sur la résine à insoler est formé sur le masque par gravure de la couche absorbante 4. Ainsi, seules les zones gravées seront réfléchissantes et viendront s'inscrire lors de la projection lithographique. On peut prévoir, comme cela est illustré sur la figure 1, entre la couche absorbante 4 et le revêtement réflecteur 2, une couche 3 servant de couche barrière à la gravure de la couche absorbante si la sélectivité de gravure entre la couche absorbante et le revêtement réflecteur n'est pas suffisante. Cette couche 3 participe également à l'absorption. Le substrat 1 peut être une plaquette de silicium de 200 mm de diamètre. D'autres substrats peuvent être envisagés afin de tenir compte des problèmes de stabilité sous flux lumineux, par exemple un verre à faible coefficient de dilatation. Le réflecteur 2 est constitué d'un empilement de multicouches. Un grand facteur de réflexion est obtenu à l'aide d'une structure interférentielle de multicouches et par le bon choix des matériaux constituant les multicouches. Le molybdène et le silicium offrent de bonnes performances à la longueur d'onde de 13 nanomètres et des facteurs de réflexion supérieurs à 65% peuvent être obtenus avec environ une quarantaine de multicouches. Chaque multicouche est formée d'une couche de molybdène et d'une couche de silicium. D'autres couches de matériaux sont envisageables comme par exemple Mo/Be ou encore Ru/Be. La couche absorbante 4 doit être absorbante dans la gamme spectrale de l'EUV, notamment autour de 13 nanomètres. Les matériaux utilisables pour la constituer sont nombreux. Les matériaux utilisés en microélectronique (comme Ti, Ta, TaSi, TiW, W, Cr, TiN, Al) sont préférés. Pour une optique ayant un facteur de réduction de 4, la taille du motif gravé dans la couche absorbante sera quatre fois plus grande que le motif insolé sur le circuit. On parle de réticule à l'échelle 4X. Pour tenir les spécifications liées à l'étape d'insolation, c'est-à- dire imprimer sur la résine insolée un motif de bonne définition géométrique, conservant les dimensions souhaitées sur toute la zone insolée et sans défauts, la réalisation du masque doit répondre à certaines conditions: - Le masque doit posséder une certaine planéité, avec uniquement des valeurs de déformations inférieures à 0.4 micromètre pour un diamètre de 200 mm. - Le coefficient de réflexion du masque doit être suffisant pour garantir la dose de rayonnement EW nécessaire à l'insolation, soit un coefficient de réflexion supérieur à 60%. - La couche absorbante doit être réalisée (dépôt et gravure) conformément à la géométrie souhaitée. - Le taux de défauts en surface du masque doit être extrêmement faible, de l'ordre de quelques 10-3 défauts/cm2, pour des défauts de dimensions égales ou supérieures à 50 nanomètres environ. - Le multicouche et la couche absorbante qui constituent le masque sont situés au plan objet du système optique. En conséquence, toute variation significative de phase ou d'amplitude du champ réfléchi par le masque peut potentiellement être répliqué par le procédé de lithographie et peut ainsi imprimer un défaut rédhibitoire dans la résine. S'il existe des procédés pour réparer les défauts de la couche absorbante, il n'existe pas de solution satisfaisante pour réparer les défauts dans le multicouche réflecteur. Cette dernière condition reste le problème majeur pour la maîtrise de la réalisation des masques. Les meilleurs résultats obtenus sont de quelques 10-2 défauts/cm2. Les spécifications des masques, en terme de contrôle et de défauts, impliquent la maîtrise technologique de toutes les étapes de réalisation de celui-ci. L'élaboration des masques se fait en deux grandes étapes: la réalisation du substrat réflecteur 15 multicouche appelé "blank mask" dans la littérature spécialisée anglo-saxonne. - la réalisation du réticule (appelé "mask patterning" en anglais), c'està-dire la réalisation des motifs absorbants sur le réflecteur multicouche. De nombreux matériaux ont été proposés pour réaliser l'empilement absorbant. Les matériaux absorbants trouvés dans la littérature sont la plupart du temps des matériaux métalliques, tels le Ti, Ta, TaSi, TiW, W, Cr, TiN, Cr, Ru. On peut également trouver des matériaux non métalliques tels le Ge. Il est nécessaire de prévoir la couche tampon 3 (figures 1 et 2) pour les raisons suivantes: - Maîtriser l'arrêt de gravure (ne pas abîmer le miroir) - Réaliser une inspection en lumière Deep UV (par exemple 257 nanomètres) pour voir les défauts et éventuellement les corriger. Par ailleurs, il convient de ne pas abîmer 5 le revêtement réflecteur, et pour cela, il convient de: - ne pas détériorer les couches supérieures au cours des étapes technologiques - ne pas dépasser 150 C au cours des étapes technologiques, sinon on a un risque de perte de réflectivité du masque (réflectivité voulue supérieure à 67%). En ce qui concerne l'élément absorbant 4, il doit permettre d'obtenir un bon pouvoir absorbant de l'empilement absorbant (couche 3 et couche 4) dans l'Extrême UV, soit une réflectivité moyenne de l'empilement absorbeur inférieure à 0,5%. On doit avoir une réflectivité faible en insolation DUV de l'empilement absorbant (à une longueur d'onde comprise entre 120 nanomètres et 257 nanomètres) : réflectivité inférieure à 20% (classe D), voire réflectivité inférieure à 5% (classe A). En ce qui concerne les états de surfaces, on doit avoir un taux de défauts extrêmement faible sur le miroir: de l'ordre de quelques 10-3 défauts/cm2 pour des défauts de dimensions égales ou supérieures à 50 nanomètres environ. On doit avoir peu de rugosités sur les parois de l'empilement d'absorbant. Par ailleurs, comme cela est représenté sur la figure 2, l'élément absorbant produit une zone d'ombre 6 de dimension 7 sur la surface du revêtement réflecteur lors de l'éclairement du masque par un rayonnement 5. Pour minimiser les effets d'ombrage liés à l'angle d'incidence du faisceau extrême UV sur le masque (même pour un angle d'incidence faible, généralement 5-6 et parfois un peu moins), on a intérêt à diminuer l'épaisseur de l'empilement absorbant, d'autant que cet effet d'ombrage est d'autant plus marqué et gênant que les motifs à insoler sont petits. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objet de réduire ces effets d'ombrage dus à la couche d'absorbant. Elle a également pour objet de fournir une 15 alternative au matériau métallique traditionnellement utilisé comme absorbeur. L'invention concerne donc un masque de lithographie par réflexion comprenant sur un substrat un revêtement réflecteur et, sur ce revêtement 20 réflecteur, au moins un élément absorbant en couche d'une forme déterminée telle que l'élément recouvre une partie seulement du revêtement réflecteur. Selon l'invention, l'élément absorbant contient un matériau diélectrique. Ledit matériau diélectrique est absorbant de préférence dans la gamme des longueurs d'onde des Extrêmes Ultra Violet. Avantageusement, le matériau diélectrique est sous forme d'une couche de diélectrique. De plus, l'élément absorbant peut être entièrement en matériau diélectrique. 30 Par ailleurs, on peut prévoir que l'élément absorbant comporte une ou plusieurs couches métalliques. Selon une forme de réalisation préférée de 5 l'invention, le matériau diélectrique contient de l'Hafnium Hf. Ce matériau diélectrique peut être sous forme d'un oxyde d'Hafnium Hf O2. Avantageusement, le masque comporte entre 10 l'élément absorbant et le revêtement réflecteur, une couche d'arrêt de gravure. Le matériau diélectrique étant un oxyde d'Hafnium, cette couche d'arrêt à la gravure peut être en oxyde d'aluminium Al203. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un masque tel que décrit précédemment. Ce procédé comporte les étapes suivantes: - Etape 1: Dépôt, sur un substrat, d'une alternance de couches réflectrices d'indices différents. - Etape 2: Dépôt d'une couche d'arrêt d'attaque chimique sur ladite alternance de couches. - Etape 3: Dépôt d'une couche dudit matériau diélectrique en vue de réaliser l'élément absorbant AB. - Etape 4: Etalement d'une résine de lithographie. - Etape 5: Réalisation, par lithographie UV dans la résine d'un motif ayant la forme de l'élément 30 absorbant à obtenir. - Etape 6: Gravure chimique de la couche de diélectrique. - Etape 7: retrait à sec de la résine suivi d'un retrait humide. - Etape 8: gravure de la couche d'arrêt. Le matériau diélectrique est avantageusement du HfO2 et l'étape 3 peut être réalisée par pulvérisation par faisceau d'ions (en anglais: ion beam sputtering) à une température d'environ 50 C. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre ainsi que dans les figures annexées qui représentent: - les figures 1 et 2, un masque de lithographie par réflexion connu dans la technique et déjà décrites précédemment, - les figures 3a et 3b, des exemples de 20 réalisation de masques selon l'invention, - les figures 4a à 4h, différentes étapes d'un exemple de réalisation d'un procédé de fabrication d'un masque selon l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS En se reportant à la figure 3a, on va donc décrire un exemple de réalisation d'un masque selon l'invention. Ce masque comporte, sur un substrat S, un revêtement réflecteur RR qui est typiquement un empilement de couches de matériaux d'indices différents de telle façon que cet empilement de couches se comporte comme un miroir de Bragg pour un rayonnement incident à une longueur d'onde d'utilisation en lithographie. Cet empilement de couches peut être une alternance de couches de molybdène et de silicium. Un élément AB en matériau absorbant est situé sur la surface RR1 du revêtement réflecteur. Entre l'élément AB et la surface RR1 est prévue une couche d'arrêt de gravure AC dont le rôle est de protéger la surface RR1 lors de la gravure de l'élément AB pour définir son contour. Selon l'invention, il est prévu dans l'élément AB un matériau diélectrique et notamment un diélectrique à moyenne ou haute permittivité. Par exemple, il est prévu une couche de matériau diélectrique AD. Sur la figure 3a, cette couche AD est située dans l'épaisseur de l'élément absorbant, mais elle pourrait être située à la partie supérieure ou à la partie inférieure de l'élément AB. Le matériau diélectrique est absorbant dans la gamme des Extrêmes UV pour une utilisation dans cette gamme de longueurs d'onde. Selon l'exemple de réalisation de la figure 3b, l'élément AB est entièrement en matériau diélectrique. Le matériau absorbant peut être avantageusement un matériau diélectrique contenant de l'Hafnium, par exemple de l'oxyde d'Hafnium HfO2. L'utilisation d'oxyde d'Hafnium HfO2 permet de réduire l'épaisseur de l'élément car il présente un très bon coefficient d'absorption. Ainsi lors de 2876808 12 l'utilisation du masque dans une opération de lithographie par réflexion, le masque éclairé par un faisceau F donnera une zone d'ombre Z qui produira une ombre portée sur la surface RR1 de dimension d. Cette dimension de cette ombre portée sera plus petite que la dimension 7 de l'ombre faite par l'élément absorbant de la figure 2. L'utilisation d'oxyde d'Hafnium HfO2 dans l'élément absorbant permet ainsi de réduire les effets 10 d'ombrage sur la surface du revêtement réflecteur du masque. La couche d'arrêt d'attaque de gravure peut être alors de l'oxyde d'aluminium Al2O3. Ce pourrait être également un empilement de plusieurs couches, par exemple des couches de chrome et d'Al2O3. On pourrait également, pour réaliser l'empilement absorbant, combiner ce type de couches diélectriques avec des couches métalliques connues de l'art antérieur (Ti, Cr...). On peut aussi utiliser des "dérivés" de ce style de couches HfXSiyOZ par exemple. Dans le cas particulier d'un empilement HfO2/Al2O3, on pourra prévoir une couche de diélectrique HfO2 de 40 nanomètres d'épaisseur et une couche d'arrêt d'attaque de gravure Al2O3 d'épaisseur 20 nanomètres. On aura alors un empilement d'une épaisseur totale de 60 nanomètres. Ces épaisseurs sont bien plus faibles que celles couramment connues dans la technique (typiquement de l'ordre de 120 nanomètres). En se reportant aux figures 4a à 4h, nous allons décrire un exemple de réalisation d'un procédé de fabrication d'un masque selon l'invention tel que décrit précédemment. Ce procédé comporte les étapes suivantes: - Etape 1: Dépôt par IBS ou pulvérisation par faisceau d'ions (en anglais:Ion Beam Sputtering), sur un substrat S, de 40 paires de couches Molybdène/Silicium. L'alternance de couches présente une période 6,95 nm. On obtient ainsi le revêtement réflecteur RR (figure 4a). - Etape 2: Dépôt d'une couche de Al2O3 de 20 nanomètres d'épaisseur par un procédé de dépôt ALCVD ou dépôt chimique de couches atomiques en phase vapeur (en anglais:Atomic Layer Chemical Vapor Deposition) à 120 C. On réalise ainsi la couche d'arrêt de gravure AC (figure 4b). Dans notre exemple, il s'agit d'une couche d'arrêt à la gravure plasma. - Etape 3: Dépôt d'une couche de Hf 02 de 40 nanomètres d'épaisseur à 50 C par IBS (en anglais:Ion Beam Sputtering) en vue de réaliser l'élément absorbant AB (figure 4c). - Etape 4: Etalement d'une résine de lithographie telle que la résine W5 commercialisé par Rhom & Haas Electronics Materials (RHEM) (figure 4d). - Etape 5: Réalisation, par lithographie W (à 248 nm) ou ebeam par exemple, dans la résine d'un motif ayant la forme de l'élément absorbant à obtenir (figure 4e). - Etape 6: Gravure, par plasma par exemple, de l'oxyde d'Hafnium HfO2 à une température de l'ordre 30 de 100 C, par exemple avec une chimie C12, HBr et 02. Puis par exemple nettoyage au HF (acide fluorhydrique) 1% (figure 4f). D'autres types de gravures pourront, bien sûr, être choisis en fonction du diélectrique à graver. - Etape 7: Enlèvement de la résine (figure 4g), par exemple, en deux étapes: retrait à sec (stripping) suivi d'un retrait humide (par exemple par traitement EKC 265, le produit EKC 265 étant commercialisé par la Société EKC). Le procédé utilisé pour le stripping sec est un procédé à base d'argon, d'oxygène et de CF4. La température atteinte lors du stripping sec est comprise entre 54 C et 60 C. Elle a été vérifiée à l'aide de "stickers". Les stickers sont des indicateurs constitués de différents polymères qui changent de couleur lorsque la température sur la plaque dépasse leur température de transition vitreuse Tg. Le stripping humide est réalisé avec une solution chimique EKC 265. La température maximale atteinte lors du stripping humide est comprise entre 65 C et 70 C (vérification réalisée à l'aide de stickers). - Etape 8: Gravure de la couche d'arrêt dans les zones gravées de la couche de Hf02 pour mettre à nu localement le revêtement réflecteur (figure 4h). Cette étape peut être, par exemple dans le cas d'une couche d'arrêt en Al203, une gravure chimique HF 1%. Le masque ainsi réalisé a fait l'objet d'essais et de simulations. - Il apparaît que l'indice d'absorption dans l'EUV (à 13,5 nm) du Hf02 est de 0,0465 et est meilleur que ceux de matériaux utilisés tel que le TaN qui à un indice d'absorption de 0,044 et le chrome qui a un indice de 0,0383. - Par simulation la réflectivité de l'empilement du Hf02 et de la couche de Al203 (40 nm de Hf02 et 20nm de Al203) a été trouvé inférieur à 0,5% pour un éclairement dans l'EUV (à 13.5 nm). - Egalement par simulation, la réflectivité de cet empilement a été trouvée de l'ordre de 1,9% à une longueur d'onde de 248 nm et de 2,9% à une longueur d'onde de 257 nm. On voit donc que le masque de l'invention donne satisfaction avec une épaisseur d'absorbant nettement inférieure aux dispositifs connus. Citons à titre d'exemple le masque tel que décrit dans le document "Cr Absorber Mask for Extrême Ultraviolet 20 Lithography" de Guojing Zhang et al, Intel Corporation, 3065 Bowers Ave. Santa Clara, ÇA 95052 et comportant une couche d'absorbant à base de chrome et une couche tampon de SiO2 qui nécessite 70 nm de chrome et 90 nm de SiO2, ce qui fait une hauteur de l'élément absorbant de 160 nm. REVENDICATIONS 1. Masque de lithographie par réflexion comprenant sur un substrat (S) un revêtement réflecteur (RR) et, sur ce revêtement réflecteur, au moins un élément absorbant (AB) en couche d'une forme déterminée telle que l'élément recouvre une partie seulement du revêtement réflecteur, caractérisé en ce que l'élément absorbant (AB) contient un matériau diélectrique. 2. Masque selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau diélectrique est absorbant dans la gamme des longueurs d'onde des Extrêmes Ultra Violet. 3. Masque selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau diélectrique 15 est sous forme d'une couche de diélectrique. 4. Masque selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément absorbant est entièrement en matériau diélectrique. 5. Masque selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément absorbant comporte une ou plusieurs couches métalliques. 6. Masque selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau 25 diélectrique contient de l'Hafnium Hf. 7. Masque selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau diélectrique est un oxyde d'Hafnium HfO2. 8. Masque selon l'une quelconque des 30 revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte B 14824.3 pv 2876808 entre l'élément absorbant et le revêtement réflecteur, au moins une couche d'arrêt à la gravure. 9. Masque selon la revendication 8, caractérisé en ce que le matériau diélectrique étant un 5 oxyde d'Hafnium, la couche d'arrêt à la gravure est en oxyde d'aluminium Al2O3. 10. Procédé de fabrication d'un masque selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a. Etape 1: dépôt, sur un substrat S, d'une alternance de couches réflectrices d'indices différents. b. Etape 2: dépôt d'une couche d'arrêt sur ladite alternance de couches. c. Etape 3: dépôt d'une couche d'un 15 matériau diélectrique en vue de réaliser l'élément absorbant AB. d. Etape 4: étalement d'une résine de lithographie. e. Etape 5: réalisation, par lithographie 20 dans la résine d'un motif ayant la forme de l'élément absorbant à obtenir. f. Etape 6: gravure de la couche de diélectrique. g. Etape 7: retrait de la résine. h. Etape 8: gravure de la couche d'arrêt 11. Procédé de fabrication d'un masque selon la revendication 10, caractérisé en ce que le matériau diélectrique est du HfO2. 12. Procédé de fabrication selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape 3 est réalisée par pulvérisation par faisceau d'ions à une température d'environ 50 C.