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Il progetto PREUVE e lo sviluppo di una sorgente
nell'estremo ultravioletto per la futura
litografia a 13.5 nm al CEA-DRECAM.
T. Ceccotti, Groupe des Applications
Plasma CEA-DSM/DRECAM/SPAM C.E. de Saclay, FRANCE
Seminario Istituto per i Processi Chimico-Fisici
Pisa, 18 aprile 2002
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Struttura del seminario

• La litografia del futuro

• Il progetto RD PREUVE

• La sorgente CEA-DRECAM

• Il progetto industriale EXULITE

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in Moore we trust
in 30 anni, i circuiti integrati hanno avuto
sulleconomia US un impatto due volte piu
importante che i primi 60 anni di sfruttamento
delle ferrovie nel secolo XIX
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e dopo i 193 nm? Opzioni e vincoli per la Next
Generation Lithography

• Candidati
• la proiezione ottica _at_ 157nm
• la proiezione EUV _at_ 13nm
• la litografia X (a contatto) / sincrotrone
• la scrittura diretta a fascio d elettroni

• Principali caratteristiche da rispettare
• 80 wafer/ora (? 300mm)
• dimensione tratto
• maschere di prezzo ragionevole
• padronanza processi resine
• sorgente pulita e intensa
• Cost of Ownership e Time to market

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Il sine qua non della litografia ottica
La domanda industriale per il dopo 2006
R lt 100 nm dimensione tratto DOF gt 1000 nm
topologia del wafer
Risoluzione R k1l/NA Prof. di campo
DOF k2l/ (NA)2
Lo scenario della litografia ottica resta
possibile !
k1, k2 0.7 parametri del sistema NA apertura
numerica ( ? 0.2)
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La scelta della lunghezza donda
Disponibilità ottiche altamente riflettive
Requisiti sorgente (emissività, pulizia,)
Capitalizzazione studi già effettuati (litio)
Necessità di uno standard (ottiche, maschere)
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La prospettiva intorno al 2008-2010
Scenario Photons Forever
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Dalla litografia ottica alla litografia EUV
Punti di continuità
Punti di rottura

• Bagaglio scientifico-tecnico
• Risoluzione e DOF funzioni di NA e l
• Utilizzo ottiche di riduzione (4x)
• Utilizzo tecniche estensione ottica

• Assorbimento luce a 13.5 nm
• Utilizzo ottiche in riflessione
• Utilizzo di maschere in riflessione
• Necessità processo sotto vuoto

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I grandi progetti della litografia del futuro
Agosto 1998
Giugno 1997
Ottobre 1998
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Le sfide tecniche imposte dalla litografia EUV
Vuoto ? 1 mTorr (assorbimento EUV) assenza
dacqua ( lt ppm) assenza idrocarburi ( lt ppm)
Ottiche riflessive multistrato forte riflettività
(70 Mo-Si) debole rugosità (lt 2Å rms) ottiche
asferiche (proiezione) grande diametro
(condensatore, proiezione)
Maschere zero difetti buon contrasto
Micromeccanica es posizionamento wafer et
maschera
Sorgente flusso, dimensione, assenza di frammenti
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• La litografia del futuro

• Il progetto RD PREUVE

• La sorgente CEA-DRECAM

• Il progetto industriale EXULITE

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Il progetto PREUVE

• Riunire le competenze francesi e valorizzarle
• nel dominio della litografia EUV
• Sviluppare i diritti intellettuali (brevetti)
• Realizzare dei componenti industriali per gli
• steppers EUV o dei prototipi di strumenti
  per
• la metrologia
• Preparare/facilitare la partecipazione dei
  partners
• francesi ai programmi internazionali
• Realizzazione di un banco di prova per la
  litografia (BEL)

Novembre 1999
RMNT
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Le Groupe dApplications des Plasmas
Martin Schmidt, Olivier Sublemontier, Tiberio
Ceccotti Patrick Haltebourg, Didier Normand
Dominique Descamps, Jean-François Hergott,
Sébastien Hulin
Marc Segers, Fabien Chichmanian
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• La litografia del futuro

• Il progetto RD PREUVE

• La sorgente CEA-DRECAM

• Il progetto industriale EXULITE

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Le sorgenti EUV nel mondo nel 1999
1. LPP Kubiak (EUV-LLC), Kondo
(Université de Tsukuba), Chang (TRW),
Hertz (RIT Stockholm), Schriever
(Université de Floride), Constantinescu
(Philips Eindhoven) 2.Sincrotrone
Ockwell (Oxford Instr.) 3. Scarica
Fomenkov (Cymer), plasma focus elettrica
Lebert (FHG Aix la Chapelle), hollow
cathode Mc Geoch (Plex LLC),
z-pinch Silfvast (Université de
Floride) capillary discharge
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I differenti tipi di targhetta jet considerati
1. Micro-jet liquido
2. Jet daggregati
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1a fase di PREUVE la sorgente a getto dacqua

• jet a forte confinamento
• (angolo dapertura 5)
• debole riassorbimento d EUV
• intorno al jet
• zona dinterazione
• _at_ 1-5mm dalla valvola
• facilità di pompaggio
• tecnologia semplice e affidabile
• costi estremamente contenuti

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1a fase di PREUVE il prototipo WEGA
Iniettore
Lente di focalizzazione
Camera d interazione
Laser
Sorgente EUV
verso il riflettometro
verso lo spettrometro
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1a fase di PREUVE le diagnostiche
Il riflettometro

• monocromatore
• multistrato
• testa goniometrica
• diodo EUV calibrato
• filtri Zr doppio-strato
• (assenza micro fori)

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1a fase di PREUVE le diagnostiche
Lo spettrometro a reticolo in trasmissione

• reticolo in trasmissione in
• Si, 10000 linee/mm
• l/Dl ? 200
• CCD raffreddata, retro-illuminata
• 1300x1340 pixels

ringraziamenti Prof. Schmahl, Institut für
Röntgenphysik, Göttingen Dr. T. Wilhein,
Institute for Applied Physics, Remagen
T. Wilhein et al., Rev. Sci. Instr. 70, 1694
(1999)
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1a fase di PREUVE le diagnostiche
Lo spettrometro a reticolo in trasmissione
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1a fase di PREUVE le diagnostiche
Lo spettrometro di massa a tempo di volo

• Misura diretta dei
• frammenti ionici
• (energia et rapporto m/q)
• Ottimizzazione di un
• dispositivo anti-frammenti

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1a fase di PREUVE le diagnostiche
La pin-hole camera

• pin-hole ? 50µm
• ingrandimento ?7.5
• risoluzione ? 50 µm
• dimensione e stabilità
• spaziale della sorgente

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1a fase di PREUVE le diagnostiche
La pin-hole camera
Fluttuazioni spaziali della sorgente in x e y
inferiori a 50 µm
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Le simulazioni numeriche I-il getto dacqua i
codici FILM (idrodinamica) e TRANSPEC (fisica
atomica)
targetta 40 cellule
direzione dosservazione 20
LASER
FILM 1.5D
TRANSPEC
Per ogni cellula Ne/i , Te/i , velocità e
dimensione in funzione del tempo
Calcolo dello spettro emergente
popolazione ionica
J.C. Gauthier, J.P. Geindre et al, J. Phys. D
16, 321 (1983)
O. Peyrusse, J. Quant. Spectrosc. Radiat.
Transfer, 51, 281 (1994)
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Le simulazioni numeriche I-il getto dacqua i
risultati

• Energia laser
• Durata e profilo dellimpulso
• Dimensione targhetta

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Messa in evidenza dei limiti intrinseci del getto
dacqua

• rendimento insufficente
• (0.08 2psr 2bw)
• lunghezza donda non adatta
• (13.0 invece di 13.5 nm )
• ossidazione delle ottiche

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2a fase di PREUVE il getto di xenon
Iniettore criogenico
Pompaggio differenziale inverso
Riciclaggio dello xenon
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2a fase di PREUVE il nuovo set-up sperimentale
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2a fase di PREUVE la sorgente xenon

• Potenza laser
• 40W _at_ 1064nm (50Hz)
• rendimento
• 0.5 _at_ 13.5nm (2?sr 2bw)
• potenza media EUV
• 0. 20 W _at_ 13.5nm (2?sr 2bw)

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2a fase di PREUVE primi spettri dello xenon
a
T jet
d
a
b
d
c
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Le simulationi numeriche II-il getto di xenon il
codice CHIVAS (idrodinamica)

• codice lagrangiano
• equazione di stato dei gas perfetti
• assorbimento laser per bremsstrahlung inverso
• conduzione termica elettronica a flusso limitato
• scelta del profilo temporale del laser

r(t)
targhetta 200 cellule
P. Aussage and J. Faure, Rapport CE
Limeil-Valenton, DO-88062, W/PAP 142 (1988)
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Le simulationi numeriche II-il getto di xenon la
realizzazione di un post-processore
Problema stimare la qualità dellaccoppiamento
laser-targhetta attraverso
lemissione di riga dello ione Xe10
X
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Le simulationi numeriche II-il getto di xenon la
realizzazione di un post-processore
CHIVAS
r.
p.
b.
? cellula, ? passo temporale Ne, Te, Ti, Z, rho,
r
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Le simulationi numeriche II-il getto di xenon la
realizzazione di un post-processore
Equazione di rate per il modello
collisionale-radiativo
Coefficenti dionizzazione collisionale (S),
ricombinazione radiativa (ar) e ricombinazione a
tre corpi (a3b)
?z potenziale dionizzazione ?z numero
delettroni nel guscio esterno
Colombant et Tonon, J. Appl. Phys., 44, 3524
(1973)
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Le simulationi numeriche II-il getto di xenon la
realizzazione di un post-processore
Equazione di rate per il modello
collisionale-radiativo caso stazionario
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Le simulationi numeriche II-il getto di xenon la
realizzazione di un post-processore
Valutazione della potenza dellemissione di riga
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Linterfaccia del post-processore
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Le simulationi numeriche II-il getto di
xenon primi risultati linfluenza della scelta
della maglia iniziale
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Le simulationi numeriche II-il getto di
xenon primi risultati lo studio del profilo
laser
CONFIDENTIEL
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Le simulationi numeriche II-il getto di xenon la
validazione del post-processore
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Confronto Transpec vs Post-processore GAP
Caso considerato emissione della riga He-a del
carbone, l 40.2678 Å
Plasma otticamente sottile
Plasma otticamente spesso
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• La litografia del futuro

• Il progetto RD PREUVE

• La sorgente CEA-DRECAM

• Il progetto industriale EXULITE

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2001-2004 la RD in Europa sulle sorgenti EUV
MEDEA
EXULITE
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Il progetto EXULITE

• Realizzazione di una sorgente industriale
• ad alta cadenza per la litografia EUV

EXULITE
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Capitolato del prototipo industriale
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Verso lindustrializzazione della nostra sorgente
EUV
Progetto EXULITE
Performances attuali
Performances future
25 W raccolti in ? sr 10 kHz 0.8 mJ/tiro/sr
7 mW raccolti in 0.2 sr 50 Hz 0.7 mJ/tiro/sr
Performances attuali soddisfacenti Transizione
difficile verso l alta cadenza (problemi
termici, usura iniettore e riassorbimento)
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Conclusioni
Acquisizione di competenze e savoir-faire nella
nanolitografia, 2 brevetti depositati,
realizzazione di una sorgente per il BEL
Allestimento di un insieme completo di
diagnostiche per la caratterizzazione della
sorgente
Realizzazione di un post-processore specifico per
le nostre esigenze (necessità, comunque,
darricchire le risorse di simulazione numerica)
PREUVE e il BEL buona base di partenza per le
sfide del progetto EXULITE
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Per saperne di piu...
http//www.sematech.org
http//www.medea.org
http//www.asml.com
http//www.ca.sandia.gov/industry_partner/euvlfact
s1.html
http//www.llnl.gov/str/Sweeney.html
http//www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/euv_mi
lestone.html
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Validità del modello collisionale-radiativo

• La distribuzione di velocità elettronica deve
  essere maxwelliana
• Il plasma deve essere otticamente sottile
• La densità di popolazione dello ione di carica
  (Z1) non deve cambiare in modo
• significativo durante l installazione di una
  distribuzione quasi-stazionaria
• della densità di popolazione dello ione (Z)

Validità del caso stazionario
(tz tc ) ltlt tlaser
1 ns