Conclusions du chapitre V 176

Dans ce chapitre, nous avons étudié en détails deux traitements plasma destinés à renforcer les résines 193 nm vis-à-vis des étapes de gravure.

Dans un premier temps nous avons pu mettre en évidence par ellipsométrie que la résine après traitement plasma comportait une fine couche en surface (~10 nm) essentiellement composée d'un matériau de type carbone amorphe. Le reste du film de résine est également modifié par le plasma.

Les analyses XPS de la surface nous ont permis de mettre en évidence un phénomène de réticulation du polymère, accompagné d'une diminution importante de la quantité d'atomes d'oxygène. Nous avons en outre pu voir que ce phénomène était plus prononcé dans le cas du plasma HBr. Ce phénomène est attribué au bombardement ionique de faible énergie, probablement associé aux rôles des UV (synergie).

Dans un second temps les analyses infra-rouge ont révélé qu'en plus de cette transformation en surface, la résine est également fortement modifiée par le plasma dans son volume. On a notamment pu observer que les groupements latéraux de la chaîne polymère peuvent être clivés pendant le traitement plasma par dégradation des fonctions esters. Le groupement lactone est le plus touché par le plasma.

Aux vues de ces résultats et des modifications en profondeur de la résine même dans le cas du plasma d'argon, nous avons cherché à identifier les origines de ces modifications. L'hypothèse formulée était que les UV émis par le plasma jouait un rôle important. Nous avons donc cherché à isoler l'action des UV des autres espèces du plasma (neutres, ions). Grâce à l'utilisation de fenêtres permettant de filtrer les UV, nous avons pu montrer que ces rayonnements étaient intégralement responsables des modifications observées en profondeur dans le film de résine. De plus nous avons montré que les UV seuls ne permettaient pas la formation de la couche de type graphite en surface de la résine.

Ainsi ce chapitre a permis dans un premier temps de mettre en évidence l'action des traitements plasma sur les résines 193 nm, et dans un second temps d'expliquer l'origine des modifications obserbvées.

Le dernier chapitre de ce manuscrit sera consacré à l'application de ces traitements plasma afin d'une part d'évaluer la résistance à la gravure des résines après traitement, et d'autre part d'observer l'impact de ces procédés sur des motifs de résine générés par photolithographie.

Chapitre V : Etude des procédés de traitement des résines par plasma

Bibliographie du chapitre V

1 P. Van Zant,

"Microchip fabrication : A Practical Guide to Semiconductor Processing" McGraw-Hill Professional, Ch. 9, p. 252 (2004)

2 L. F. Thompson, C. Grant Willson, M. J. Bowden, “Introduction to Microlithography”,

ACS, Second Edition, Ch. 4, 1994 3 H. Kawahira et al.,

"Changes of Chemical Nature of Photoresists Induced by Various Plasma Treatments and Their

Impact on LWR"

Proc. SPIE, vol. 6153, 19 (2006) 4 A. Ando et al.,

"Improvement in gate LWR with plasma curing of ArF photoresists" Thin Solid Films 515, 4928 (2007)

5 M-C Kim, D. Shamiryan, Y. Jung, W. Boullart, C-J Kang et H-K Cho,

"Effects of various plasma pretreatments on 193 nm photoresist and linewidth roughness after

etching"

J. Vac. Sci. Technol. B 24 (6), 2645 (2006)

6 A. P. Mahorowala, K-J Chen, R. Sooriyakumaran, A. Clancy, D. Muethy et S. Rasgon, "Line edge roughness reduction by plasma curing photoresists"

Proc. SPIE, vol. 5753, 380 (2005) 7 D. Nest et al.,

"Synergistic effects of vacuum ultraviolet radiation, ion bombardment, and heating in 193 nm

photoresist roughening and degradation"

Appl. Phys. Lett. 92, 153113 (2008)

8 J. Y. Lee, P. C. Painter et M. M. Coleman,

"Hydrogen Bonding in Polymer Blends. 3. Blends Involving Polymers Containing Methacrylic Acid

and Ether Groups"

Macromolecules 21, 346-354 (1988)

9 S. Kang, B. D. Vogt, W-L Wu, V. M. Prabhu, D. L. VanderHart, A. Rao et E. K. Lin, "Characterization of Compositional Heterogeneity in Chemically Amplified Photoresist Polymer

Thin Films with Infrared Spectroscopy"

Chapitre V : Etude des procédés de traitement des résines par plasma

10. H. J. Scheibe, D. Drescher et P. Alers

"Raman characterization of amorphous carbon films" Fresenius J. Anal. Chem., 353, 695 (1995)

11. E. Dartois et al.,

"Ultraviolet photoproduction of ISM dust. Laboratry characterisation and astrophysical relevance" Astronomy and Astrophysics, 432 (3), 895 2005

12. R. P. Vidano, D. B. Fishbach, L. J. Willis et T. M. Loehr,

"Observation of Raman band shifting with excitation wavelenght for carbons and graphites" Solid State Com., 39 (2), 341 (1981)

13. M. A. Tamor et W. C. Vassel,

"Ramana fingerprinting of amorphous carbon films" J. Appl. Phys. 76, 3823 (1994)

14 A.C. Fozza, A. Kruse, A. Holländer, A. Ricard et M. R. Wertheimer,

"Vacuum ultraviolet to visible emission of some pure gases and their mixtures used for plasma

processing"

J. Vac. Sci. Technol. A 16 (1), 72 (2004)

15 A. Holländer, J. E. Klemberg-Sapieha et M. R. Wertheimer, "Polymer oxidation induced by vacuum-ultraviolet emission" Surface and Coatings Technology 74-75, 55 (1995)

16 M. R. Wertheimer, A. C. Fozza et A. Holländer,

"Industrial processing of polymers by low-pressure plasmas: the role of VUV radiation" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 151, 65 (1999)

17 A. C. Fozza, J. Roch, J. E. Klemberg-Sapieha, A. Kruse, A. Holländer et M. R. Wertheimer, "Oxidation and ablation of polymers by vacuum-UV radiation from low pressure plasmas"

Nuclear Instruments and Methods in Physic Resarch B 131, 205 (1997) 18 A. Holländer et M. R. Wertheimer,

"Vacuum ultraviolet emission from microwave plasmas of hydrogen and its mixtures with helium

and oxygen"

J. Vac. Sci. Technol. A 12 (3), 879 (1994)

19 A. Holländer, J. E. Klemberg-Sepieha et M. R. Wertheimer, "Vacuum-Ultraviolet-Induced Oxidation of Polyethylene" Macromolecules 27, 2893 (1994)

Chapitre V : Etude des procédés de traitement des résines par plasma

21 D. T. Clark et A. Dilks,

"An investigation of the vacuum UV spectra of inductively coupled RF plasmas excited in inert gases

as a function of some of the operating parameters"

J. Polym. Sci., Polym. Chem. 18, 1233 (1980)

22 J. A. Moore et J. O. Choi,

"Degradation of Poly(methyl methacrylate) – Deep UV, X-ray, Electron-Beam, and Proton-Beam

Irradiation"

Radiation effects on polymer, American Chemical Society, Chapitre 11 (1991) 23 H. Hiraoka,

"Radiation Chemistry of Poly(methacrylates)" IBM J. Res. Dev., 21, 121 (1977)