difficultés.
De nombreux matériaux sont nécessaires pour obtenir un système complet de lithographie. Leur interaction avec le rayonnement U.V. à 157 nm posent de nombreux problèmes. Cette partie donne une présentation non-exhaustive des difficultés rencontrées. Outre la résine qui concerne plus particulièrement l’étude développée dans ce manuscrit, d’autres matériaux, tels que ceux utilisés pour l’optique ou le réticule, demandent des améliorations [Wagner00].
D-1-Les lentilles et le réticule.
A 157 nm, la plupart des matériaux organiques sont trop absorbants. Pour un système optique composé uniquement d’éléments qui réfractent la lumière, les meilleurs matériaux pour les lentilles sont des cristaux fluorés. Le plus prometteur est le CaF2, développé initialement pour la longueur d’onde à
193 nm [Webb00], qui est mécaniquement suffisamment résistant pour être poli facilement [Bloomstein97]. Son coefficient d’absorption à 157 nm est de 0,004 cm-1 [Bates01] [Bloomstein97] [Rothschild99], et il semblerait qu’il ne soit pas modifié après plusieurs impulsions de photons [Bates01] [Bloomstein98]. Malgré ses qualités, il est encore actuellement difficile d’obtenir une lentille avec les dimensions souhaitées, c’est à dire un diamètre de 20 cm et une épaisseur de 5 cm, avec un coût “raisonnable”. D’autant plus que des contraintes importantes sont à respecter comme une inhomogénéité d’indice inférieure à 1 ppm et une biréfringence faible [Rothschild03]. L’utilisation de CaF2 pour les
à 0,2 pm [Bates01] [Rothschild99]. La possibilité d’utiliser une seconde lentille faite d’un second matériau permet de réduire cette contrainte. Toutefois, jusqu'à présent aucun d’eux ne se révèlent être satisfaisant, certains à cause de leur biréfringence (MgF2), d’autres à cause de leurs mauvaises propriétés
mécaniques (LiF ou NaF) [Rothschild99] [Liberman99]. Seul le BaF2 semble convenir [Bates01],
toutefois il est étudié depuis peu et par conséquent des améliorations, en particulier sur son polissage, sont requises.
Les réticules traditionnels faits en silice fondue transparente avec le motif représenté par un absorbant en chrome, réclament quelques modifications à 157 nm. La silice fondue n’est pas suffisamment transparente à une longueur d’onde de 157 nm [Liberman99]. Le matériau CaF2 préconisé
comme matériau pour les lentilles a malheureusement un coefficient d’expansion thermique de 40 à 80 fois supérieur à celui de la silice fondue, et d’importantes distorsions peuvent apparaître, soit lors de l’écriture par faisceau d’électrons du motif, soit pendant l’exposition du substrat au travers du réticule. Ces déformations peuvent par exemple créer des problèmes de recouvrement de motifs. C’est pour cette raison que la transmission de la silice fondue a été améliorée, en réduisant en son sein la quantité de liaisons absorbantes, telles que les liaisons OH. Elles peuvent être remplacées, en modifiant la méthode de synthèse de la silice, par des atomes de fluor [Smith03], ce qui permet d’obtenir des transmissions de l’ordre de 80% pour des réticules épais de 6 mm. L’absorbant à base de chrome semble a priori convenir pour une utilisation à 157 nm.
Un seul réticule est utilisé pour imager plusieurs milliers de substrats. Des particules issues principalement de la résine photosensible peuvent venir se coller sur le réticule pendant l’irradiation. De graves conséquences sur la lithographie, simplement en terme de transparence des matériaux, peuvent alors advenir. Ainsi, les réticules doivent être protégés au moyen d’une fine couche, nommée pellicule qui réduit l’adsorption des particules sur la surface. A 248 et 193 nm, cette couche était faite d’un polymère fluoré, malheureusement à 157 nm ces matériaux présentent une transparence insuffisante, car ils se dégradent sous le faisceau U.V. et deviennent opaques. De nombreuses recherches ont permis d’obtenir de nouveaux matériaux toujours à base de fluor, mais avec des transmissions bien meilleures [French03]. Toutefois leur comportement sous irradiation reste toujours un problème avec une durée de vie trop courte. Une solution alternative consiste à faire une pellicule épaisse de 800 µm en silice fondue fluorée. Une telle épaisseur nécessite de prendre en compte le matériau dans le système optique. Mais cette masse placée sous le réticule peut se déformer sous son propre poids et créer des inhomogénéités à la surface du substrat irradié. Cette solution est envisageable uniquement pour les importants volumes de production à cause du coût important ; pour les petits volumes de productions les fines pellicules sont préférées.
D-2-Le milieu ambiant.
Le milieu de propagation de la lumière doit aussi être considérablement contrôlé. Premièrement, la plupart des espèces contaminatrices de l’air ambiant sont très absorbantes à 157 nm. Ainsi le gaz introduit dans l’enceinte d’exposition doit contenir un minimum de produits réactifs [Bates01]. A noter que ces produits peuvent venir de l’extérieur comme des différents matériaux introduits dans l’enceinte, en particulier de la résine photosensible qui peut désorber lors de l’exposition [Cefalas99]. Ainsi, même si les gaz introduits sont contrôlés, l’ensemble de ces espèces contaminatrices peut venir s’adsorber sur la surface des différentes lentilles ou du masque et réduire considérablement leur transmission. Il est donc nécessaire de nettoyer régulièrement le système optique. Il est montré qu’avec un flux contrôlé d’oxygène et l’irradiation UV, pendant une minute, le système peut être correctement nettoyé [Bates01] [Duisterwinkel03].
D-3-Les résines.
A chaque nouvelle génération de longueur d’onde, les résines photosensibles réclament des améliorations [Brainard02]. Les contraintes qu’elles doivent satisfaire sont nombreuses. Les deux principales sont une bonne reproduction du motif et une bonne résistance au plasma. La reproduction du motif doit se faire dans une fenêtre de procédure suffisamment large. Autrement dit, de légères déviations dans la focalisation ou dans la dose ne doivent pas provoquer de trop grande variation sur la géométrie des motifs. Malheureusement, ces deux propriétés sont généralement contradictoires, et il est nécessaire de trouver un compromis.