Dans la feuille de route de l’ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) de 1997, l’utilisation de la longueur d’onde à 157 nm n’était pas mentionnée. Son développement était considéré comme inutile puisque son application aurait servi à une unique génération. D’autant que le changement de longueur d’onde est le moyen le plus coûteux pour l’industrie pour obtenir une meilleure résolution.
Toujours en 1997, pour les dimensions inférieures, les technologies envisagées étaient celles utilisant le rayonnement X ou d’autres faisceaux, électrons ou ions. Ces technologies sont souvent rassemblées sous le sigle NGL pour Next Generation Lithography. Toutefois, les avancées dans ces technologies n’ont pas été assez rapides, et en 1998 le rayonnement à 157 nm réapparaît comme une solution applicable dans les délais fixés par la feuille de route de l’ITRS [Lawes99]. Cependant, le monde de la lithographie évolue rapidement.
Pour la technologie à 90 nm, bien que le rayonnement à 157 nm permette de travailler avec un paramètre k1 plus élevé qu’à 193 nm (0,48 au lieu de 0,39 pour une ouverture numérique de 0,75), les
recherches plus avancées en technologie 193 nm en font le premier choix. Cependant, il est nécessaire d’utiliser au maximum les connaissances actuelles en lithographie pour obtenir un si faible paramètre k1.
Les futurs nœuds technologiques prévus sont le 65 nm en 2005, le 45 nm en 2007, et le 32 nm en 2009. Le rayonnement à 157 nm [Bates01] était prévu pour le nœud de 90 nm, mais les progrès en lithographie à 193 nm font qu’un consensus s’est dégagé pour continuer à l’utiliser pour le nœud de 90 nm mais aussi pour celui de 65 nm avec une technologie à immersion [Borodovsky02]. Cependant des ouvertures numériques élevées (>0,8) et de considérables améliorations dans le système optique et le réticule sont nécessaires. Le choix de la lithographie pour les technologies inférieures provoque de vifs débats au sein du monde de la microélectronique. Les principales options sont les suivantes, la lithographie à 157 nm, la lithographie à 193 nm sèche ou à immersion, la lithographie extrême U.V. à 13,5 nm, et enfin la lithographie par faisceau d’électrons.
L’immersion consiste à insérer un liquide entre le réticule et le substrat à irradier. L’intérêt est d’augmenter l’ouverture numérique grâce à l’indice du milieu liquide supérieur à celui de l’air. On peut artificiellement considérer que la longueur d’onde irradiant la résine est inférieure d’un rapport n à celle émise. Par exemple, l’eau a un indice optique de 1,44 à 193 nm soit une longueur d’onde “effective” de 134 nm. L’immersion présente donc d’importants avantages puisqu’elle permet de continuer sur le même
rayonnement que les nœuds technologiques précédents. L’idée de modifier l’indice du milieu pour améliorer l’ouverture numérique est déjà utilisée en optique conventionnelle. Elle a même déjà été proposée il y a quelques années pour la lithographie [Kawata89] [Owen92], mais l’idée avait été abandonnée pour d’autres techniques agissant sur les paramètres k1 et NA de l’équation (I.1). Les valeurs
de ces paramètres approchant de leur limite, l’immersion revient au devant de la scène, mi 2003. La technique bien que venant d’une idée assez ancienne reste encore peu mature, alors que les recherches continues sur la lithographie à 157 nm datent de plusieurs années. Plusieurs workshop sur la lithographie par immersion, organisé par Sematech, se sont déroulés depuis fin 2002, le dernier datant du début 2004 [Immersion04]. Initialement, plusieurs difficultés majeures étaient attendues dont les principales étaient :
• La détermination précise des propriétés du fluide, dont les indices optiques. A priori, l’idéal est un indice équivalent à celui de la résine.
• La mise au point de la technique dans les délais annoncés des nœuds technologiques.
• Contrôler, caractériser et retirer la présence de microbulles.
• Les effets de polarisation du rayonnement lors du passage entre le fluide et l’extérieur.
• La contamination chimique de la résine par le fluide et inversement.
Début 2004, d’important progrès ont été fait et l’utilisation de la lithographie par immersion à 193 nm pour le nœud à 65 nm semble acquise, et plusieurs constructeurs développent des systèmes Canon™, Nikon™, ASML™ [Immersion04]. Le premier liquide utilisé est simplement de l’eau très pure qui présente une faible absorption et un relativement fort indice optique. Son utilisation permet semble-t- il d’obtenir de bons résultats [Immersion04] [Switkes03].
Pour le nœud de 45 nm, la lithographie à 193 nm à immersion et la lithographie à 157 nm sont en compétition. Aucune des deux technologies ne ressort réellement, la lithographie à 157 nm est en développement depuis de nombreuses années, d’importantes sommes d’argent ont été investies par les constructeurs, et les problèmes initiaux sont en partie résolues [Itani04] [Ronse04]. Ainsi, les dispositifs mis au point par les constructeurs sont globalement prêts pour ce nœud technologique. L’extension de la lithographie à 157 nm en immersion est aussi envisagée, par contre le liquide n’est plus de l’eau mais un solvant fluoré. [Switkes01].
Pour le nœud de 32 nm, le 157 nm éventuellement en immersion, rentre toujours en compétition avec la lithographie à 193 nm à immersion mais aussi avec l’Extrême U.V. (E.U.V.). La préférence se porte sur l’EUV car cette technologie peut servir sur plusieurs nœuds inférieurs à 32 nm. Cependant, son
avancement n’est pas aussi poussé que la lithographie à 157 nm et nécessite encore de nombreuses améliorations sur la durée de vie de la source, les résines (résolution, sensibilité).
Il apparaît que l’insertion de la lithographie à 157 nm n’est pas impérative, puisqu’à chaque fois une ou plusieurs autres techniques sont envisagées. Cependant, rien n’indique pour l’instant qu’elles seront effectivement utilisées : l’industrie manque de recul vis-à-vis de l’immersion, et l’extrême U.V. est encore en voie de développement.
La lithographie à 157 nm a rencontré de nombreux problèmes dans son développement. Certains sont sur le point d’être résolus, d’autres restent encore critiques. La partie suivante présente les difficultés liées aux matériaux utilisés.