Etude et optimisation d'une source laser-plasma pour la lithographie dans l'extrême ultraviolet
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Today, the extreme ultraviolet lithography (EUVL) is considered to be the most promising technology to reach the 32 nanometer-node in 2009. Le challenge for the micro-electronic industry is serious which explains the launching of important R&D projects since 1997 and important investments to overcome the major technical difficulties which are for example related to the reflective optics, the mask or the EUV light source. In France, the PREUVE project started in 1999 to study the different elements, which are necessary to build an experimetal test bench for EUVL (BEL). BEL is today the first experimental EUVL machine available in Europe. Since the end of PREUVE in 2002, BEL is installed at the CEA-LETI in Grenoble to carry out insolation tests and photoresist studies. The work of this thesis has been carried out in the framework of PREUVE and represents a part the efforts at the CEA-DSM/DRECAM/SP AM devoted to the realization of a EUV source which is both powerful and clean in terms of debris emission in order to preserve as long as possible the performances of the collection optics. We privileged a source design based on a plasma produced by a laser. After a first year of conception that we also devoted to validation studies and to numerical simulations of the plasma, we realized in 2001 a prototype source called EUV Lithography Source Apparatus (ELSA). In 2002, we carried out a set of experiments to optimise the ELSA source. In particular, we optimized (1) the operation of the cryogenic injector which produces a dense and directive target consisting of micrometer scaled xenon droplets and (2) the coupling of the laser with this target. To do so, we studied the influence of various laser pulse profiles using an original optical device. The results from these measurements were compared to those obtained from plasma modeling carried out during this thesis. Moreover, we developed and set up a complete set of diagnostics for the characterization of ELSA. The work related to this thesis contributed to the realization of a EUV source at 13. 5 nm operating at a repetition rate of 50Hz and delivering approximately a EUV power of 250 mW in 2% bandwidth and a solid angle of 2π steradian. Finally, this work also contributed to open the way towards an industrial project called EXULITE, in collaboration with Alcatel, Thalès Laser and the CEA-DEN/DPC/SCP, which is part of the European project MEDEA+ T405.
Abstract FR:
"La lithographie dans l'extrême ultraviolet (EUVL) est actuellement considérée comme la technologie de choix pour permettre la réalisation de motifs de 32 nanomètres à partir de 2009. L'enjeu pour l'industrie de la micro électronique est de taille. En France, le projet PREUVE a démarré en 1999 afin d'étudier les différents éléments nécessaires pour construire un banc d'essai pour la lithographie EUV (BEL). Le BEL est aujourd'hui la première machine de EUVL expérimentale en Europe. II est installé au CEA-LETI à Grenoble pour effectuer des tests d'insolation et d'optimisation de résines. Le travail de la présente thèse s'inscrit pleinement dans les activités de PREUVE, notamment dans les efforts du CEA-DSM/DRECAM/SPAM consacrés à la réalisation d'une source EUV puissante et propre en termes de débris, afin de préserver le plus longtemps possible l'optique de collection. Nous avons privilégié une source: "plasma produit par laser ". Après une première année de conception, également consacrée à des études de validation et à des simulations plasma, nous avons réalisé en 2001 un prototype appelé EUV Lithography Source Apparatus (ELSA). Puis, nous avons effectué plusieurs séries d'expériences pour l'optimisation de la source ELSA. Nous avons en particulier optimisé (1) le fonctionnement de l'injecteur cryogénique d'une cible dense et directive de micro-gouttelettes de xénon et (2) le couplage du laser sur la cible. Pour cela, nous avons étudié l'influence de différents profils temporels en réalisant un dispositif optique original. Ces mesures ont été comparées à des simulations plasma, réalisées au cours de ce travail de thèse. Nous avons développé et mis en place un ensemble de diagnostics pour la caractérisation complète d'ELSA. L'ensemble des travaux de cette thèse a contribué à la réalisation d'une source à 13,5 nm fonctionnant avec un taux de répétition de 50Hz et délivrant une puissance EUV de 250 mW (2% BW et 2π). Ce travail a permis d'ouvrir la voie vers un projet industriel: "EXULITE ", en collaboration avec Alcatel, Thalès Laser et le CEA-DEN/DPC/SCP, qui fait partie du projet européen MEDEA+ T405. "