Couverture ElectroniqueS n°127

Une technique de lithographie en immersion permettrait d'utiliser des scanners 193 nm pour réaliser des motifs de 22 nm ! Une technique utilisée depuis 125 ans dans la microscopie pourrait bien permettre d'allonger la durée d'exploitation des équipements de lithographie 193 nm, le haut de gamme actuellement en production pour les technologies de semiconducteurs 110 nm. Ces scanners 193 nm pourraient en effet continuer à servir jusqu'aux n&oelig;uds technologiques(*) de 65 nm et 45 nm, grâce à… de l'eau ! Cette technique s'appelle la lithographie en immersion. Elle se traduit par l'introduction d'un liquide entre l'optique et la tranche de silicium (à la place de l'air), ce qui permet d'augmenter la profondeur de champ, et donc d'obtenir un meilleur contraste sur un champ plus étendu. Avec un système optique doté d'une plus grande ouverture numérique que la valeur actuelle, qui est typiquement de 0,75 à 0,85, on améliore, en plus, la résolution. Pour la production de semiconducteurs, le liquide serait notamment de l'eau désionisée, hyperpure. Son indice de réfraction est de 1,43 environ, contre 1 pour l'air. Certains chercheurs travaillent également sur des liquides de type perfluoropolyéther (comme le Krytox de Du Pont). Mais il y a consensus : la lithographie en immersion permettrait de repousser la nécessité de passer à de nouvelles générations de machines et de longueur d'ondes à savoir les équipements 157 nm et les solutions EUV (UV extrêmes) au-delà de 2010. Des problèmes subsistent toutefois avant que cette technique ne devienne une solution viable en production de volume : il faudra maîtriser la densité de défauts et assurer la répétabilité du process, notamment en évitant les bulles.La lithographie est l'une des étapes les plus délicates dans la production de semi-conducteurs, et aussi l'une des plus coûteuses en termes d'équipements et de développement de ces derniers. Les fabricants s'ingénient donc à repousser les limites d'utilisation de chaque génération de machines en améliorant les points critiques. En lithographie, la résolution des motifs réalisables sur une puce de silicium est dictée par deux facteurs : l'ouverture numérique du système optique (NA) et la longueur d'ondes de la source de lumière utilisée. Le premier facteur est notamment fonction de l'index de réfraction du “ milieu ” que traverse la lumière lors de l'exposition.Les principaux acteurs sur le marché de la lithographie ASML, Nikon et Canon, ainsi que divers laboratoires de recherche et fournisseurs de matériaux travaillent déjà depuis quelque temps sur la technique de l'immersion. « Mais elle n'a été introduite comme une technique viable pour la production de volume de semiconducteurs dans la feuille de route des process de lithographie qu'il y a six mois », indique Boudewijn Sluijk, directeur du marketing produits chez ASML. Depuis, les informations concernant les performances qu'elle permettrait d'atteindre s'accumulent. Le Rochester Institute of Technology (RIT) vient ainsi de dévoiler la faisabilité de motifs de 45 nm par le biais de cette technique à la suite de travaux réalisés en coopération avec Photronics, sans changement notable au niveau des masques. D'aucuns se basent sur des simulations pour aller jusqu'à envisager la faisabilité de structures de 22 nm.En production de volume entre fin 2004 et début 2006 ?Dans un premier temps, il s'agit de vérifier leur faisabilité en production. Sur ce sujet, plusieurs bonnes nouvelles sont tombées. ASML a déjà annoncé l'arrivée pour cet automne du premier scanner lithographique équipé pour l'immersion. Il sera installé chez le fondeur taïwanais TSMC. « La faisabilité de la technique a été prouvée dans nos laboratoires sur quelque 6 000 tranches. TSMC va maintenant travailler au développement du process dans des conditions réelles et le qualifier pour la production », précise M. Sluijk. Parallèlement, l'Imec est en train de mettre en place, avec ASML, un programme d'exploration des effets spécifiques de l'immersion sur le process de lithographie. L'immersion peut se faire de deux façons. Une première solution aurait pu consister à plonger la tranche de silicium dans un bain de liquide, le système optique arrivant, lui, tout juste à la surface de ce bain. Mais la machine d'ASML a été dotée d'un système limitant la présence de liquide à la partie imagerie, plus exactement à la zone précise entre la dernière lentille du système optique et la tranche de silicium. L'ouverture numérique du système optique est toutefois toujours de 0,85. Nikon vient, pour sa part, d'annoncer pour fin 2005, soit six mois plus tôt qu'initialement prévu, un équipement de lithographie en immersion avec un système optique à ouverture numérique d'au moins 1 à 1,2 qui sera destiné à la production de volume. Le fabricant japonais a, semble-t-il, également opté pour une configuration de localisation du liquide, comme ASML. De là découle une deuxième bonne nouvelle : un surcoût relativement limité par rapport au prix actuel d'un scanner 193 nm. « Les modifications du scanner 193 nm de base ont pu être limitées à la partie imagerie, ce qui réduit le surcoût de l'équipement dû à la technique d'immersion à 10 % », se réjouit M. Sluijk. Rappelons que les équipements classiques de ce type coûtent aujourd'hui quelque 20 millions de dollars l'unité.(*) Selon la définition de l'ITRS, la valeur en nanomètres indiquée pour le n&oelig;ud technologique correspond au demi-pas soit d'une cellule de Dram, soit du premier niveau d'interconnexion en métal.

L’eau pourrait repousser les limites de la lithographie 193 nm

Couverture ElectroniqueS n°127

IBM grave les premières puces en 2 nm en abandonnant les FinFET

Zeta, le protocole LPWAN made in China, arrive en Europe

Harting invente le connecteur électronique sur mesure

L’eau pourrait repousser les limites de la lithographie 193 nm

Dans la même rubrique

Couverture ElectroniqueS n°127

IBM grave les premières puces en 2 nm en abandonnant les FinFET

Zeta, le protocole LPWAN made in China, arrive en Europe

Harting invente le connecteur électronique sur mesure