Transcript CECCOTTI-litografia - Dipartimento di Fisica
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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
Slide 2
Struttura del seminario
• La litografia del futuro
• Il progetto R&D PREUVE
• La sorgente CEA-DRECAM
• Il progetto industriale EXULITE
Slide 3
”… in Moore we trust “
Il numero di transistors in un circuito integrato raddoppia ogni 18 mesi
”… in 30 anni, i circuiti integrati hanno avuto sull’economia 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 @ 157nm
la proiezione EUV @ 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“
10 mai 1999
Réunion DAM - JY ROBIC
4
Slide 5
Il ”sine qua non“ della litografia ottica
dimensione tratto
La domanda industriale per il ”dopo 2006“: R < 100 nm
DOF > 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)
Slide 6
La scelta della lunghezza d’onda
Disponibilità ottiche
altamente riflettive
”… la lunghezza d’onda e ’ fissata
definitivamente a 13.5 nm.“
Sematech, novembre 2000
?
Requisiti sorgente
(emissività, pulizia,…)
Capitalizzazione studi
già effettuati (litio)
Necessità di uno standard
(ottiche, maschere)
Mo
Si
”… ok, diciamo piuttosto
tra i 13 e i 14 nm.“
Sematech, marzo 2002
Slide 7
La prospettiva intorno al 2008-2010
EUVL
2008
2010
0.05 µm
Scenario ”Photons Forever“
0.013 µm
Slide 8
Dalla litografia ottica alla litografia EUV
Punti di continuità:
Punti di rottura:
• Bagaglio scientifico-tecnico
• Assorbimento luce a 13.5 nm
• Risoluzione e DOF funzioni di NA e l
• Utilizzo ottiche in riflessione
• Utilizzo ottiche di riduzione (4x)
• Utilizzo di maschere in riflessione
• Utilizzo tecniche ”estensione ottica“
• Necessità processo sotto vuoto
Conseguenze economiche:
Soluzione:
• Necessità molteplici competenze
• Necessità strumenti adeguati
• Piano ”aggressivo“ di R&D
• Rivoluzione piu’ che evoluzione
• Sviluppare tecnologia di base
• Dimostrarne la validità con un
prototipo (a-tool)
• Trasferimento tecnologia verso
l’industria litografica
Slide 9
I grandi progetti della litografia del futuro
Giugno 1997
Agosto 1998
Ottobre 1998
ASET EUVL
EUV LLC
Fujitsu, Hitachi, Intel, Nec
AMD, Intel, Motorola
Matsushita, Mitsubishi, Oki, Sharp
LBNL, LLNL, SNL
Nikon, Samsung, Sony, SPC, Toshiba
EUCLIDES
ASML, Zeiss, Oxford Instr.
Slide 10
Vuoto
Le sfide tecniche imposte
dalla litografia EUV
1 mTorr (assorbimento EUV)
assenza d’acqua ( < ppm)
assenza idrocarburi ( < ppm)
Maschera
Camera
sorgente
Ottiche riflessive multistrato
forte riflettività (~70% Mo-Si)
debole rugosità (< 2Å rms)
ottiche asferiche (proiezione)
grande diametro (condensatore, proiezione)
Sorgente
plasma
Maschere
zero difetti
buon contrasto
Micromeccanica
es: posizionamento wafer et maschera
Sorgente
flusso, dimensione, assenza di frammenti
Wafer
Camera
proiezione
Slide 11
• La litografia del futuro
• Il progetto R&D PREUVE
• La sorgente CEA-DRECAM
• Il progetto industriale EXULITE
Slide 12
Il progetto PREUVE*
• Riunire le competenze francesi e valorizzarle
PREUVE
Novembre 1999
nel dominio della litografia EUV
• Sviluppare i diritti intellettuali (brevetti)
SORGENTE
• Realizzare dei componentiEmissione
industriali
per gli
faccia anteriore
CEA - DRECAM
forte divergenza: 180°
quantità importante frammenti
”steppers“
EUV o dei prototipi di strumenti per
CEA - DAM
GREMI
la metrologia
Laser
Emissione faccia posteriore
debole divergenza: 60°
frammenti scarsi
• OTTICHE
Preparare/facilitare la partecipazione dei partners
francesi
ai programmi
internazionali
REOSC
- SAGEM
Bersaglio: foglio sottile
UDESAM - CNRS
•MASCHERE
Realizzazione di un banco di prova per la litografia (BEL)
EUV
= partners industriali
SESO
LETI
SOPRA
*RMNT
Slide 13
Le Groupe d’Applications des Plasmas
Martin Schmidt, Olivier Sublemontier, Tiberio Ceccotti
Patrick Haltebourg, Didier Normand
Dominique Descamps, Jean-François Hergott, Sébastien Hulin
Marc Segers, Fabien Chichmanian
Slide 14
• La litografia del futuro
• Il progetto R&D PREUVE
• La sorgente CEA-DRECAM
• Il progetto industriale EXULITE
Slide 15
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
elettrica
Fomenkov (Cymer), plasma focus
Lebert (FHG Aix la Chapelle), hollow cathode
Mc Geoch (Plex LLC), z-pinch
Silfvast (Université de Floride) capillary discharge
Slide 16
I differenti tipi di ”targhetta“ jet considerati
1. Micro-jet liquido
Pro:
• Quasi-assenza riassorbimento
• Alta densità
• Impatto distante
• Facilità di pompaggio
Contro:
• Dimensione
• Instabilità
• Onde di choc
2. Jet d’aggregati
Pro:
• Stabilità
• Forte CE (sub-ns)
Contro:
• Forte riassorbimento
• Debole densità
• Impatto molto vicino
• Pompaggio critico
3. Jet GAP
Pro:
• Debole riassorbimento
• Forte densità
• Impatto suff. distante
• Stabilità
• Facilità di pompaggio
Contro:
• Importante flusso di materia
Slide 17
1a fase di PREUVE:
la sorgente a getto d’acqua
• jet a forte confinamento
(angolo d’apertura ~ 5°)
• debole riassorbimento d’ EUV
intorno al jet
• zona d’interazione
@ 1-5mm dalla valvola
• facilità di pompaggio
• tecnologia semplice e affidabile
• costi estremamente contenuti
Slide 18
1a fase di PREUVE :
il prototipo WEGA
Iniettore
Camera d’ interazione
Lente di
focalizzazione
Laser
Sorgente EUV
verso il riflettometro
verso lo spettrometro
Slide 19
1a fase di PREUVE :
le diagnostiche
Il riflettometro
• monocromatore
multistrato
• testa goniometrica
• diodo EUV calibrato
• filtri Zr doppio-strato
(assenza micro fori)
Slide 20
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
# T.
Wilhein et al., Rev. Sci. Instr. 70, 1694 (1999)
* ringraziamenti: Prof. Schmahl, Institut für Röntgenphysik, Göttingen
Dr. T. Wilhein, Institute for Applied Physics, Remagen
Slide 21
1a fase di PREUVE :
le diagnostiche
Lo spettrometro a reticolo in trasmissione
1200
1000
Ly
800
600
400
20000
60000
40000
20000
0
200
400
600
800
1000
1200
40000
Slide 22
1a fase di PREUVE :
le diagnostiche
Lo spettrometro di massa a tempo di volo
Zone
interaction
10-3 mbar
Laser
• Misura diretta dei
frammenti ionici
(energia et rapporto m/q)
•Ottimizzazione di un
dispositivo anti-frammenti
Slide 23
1a fase di PREUVE :
le diagnostiche
La pin-hole camera
pinhole
50 m
FWHMy= 430 µm
Valvola
jauge
• pin-hole =50µm
laser
• ingrandimento 7.5
plasma
filtro Zr
• risoluzione 50 µm
d=14 cm
D=105 cm
• dimensione e stabilità
spaziale della sorgente
FWHMx=425 µm
x
y
CCD
Slide 24
1a fase di PREUVE :
le diagnostiche
La pin-hole camera
FWHMy= 430 µm
y
Fluttuazioni spaziali della sorgente
in x e y inferiori a 50 µm
FWHMx=425 µm
x
Slide 25
Le simulazioni numeriche: I-il getto d’acqua
i codici FILM* (idrodinamica) e TRANSPEC# (fisica atomica)
targetta: ~ 40 cellule
direzione d’osservazione: 20°
LASER
FILM 1.5D
Per ogni cellula
Ne/i , Te/i , velocità e dimensione
in funzione del tempo
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)
TRANSPEC
Calcolo dello spettro emergente
Slide 26
Le simulazioni numeriche: I-il getto d’acqua
i risultati
2 1
2 1
( S)2p - 1s
( S)4d
Emissività in1sfunzione
della
potenza laser
12.98
nm
(NIST)
5
7 100
10
6 10
O
5
5+
• Durata e profilo dell’impulso
4 10
5
• Dimensione targhetta
3 10
5
Intensité (erg/cm /nm/sr)
Intensité relative
5
5 10
10
2
• Energia laser
15
2 10
1 10
5
GAUSS
CARRÉE
0
0.1
0
12.6
10
12.8
20
30 13 40 13.2
50
longuer
d'onde (ns)
(nm)
FWHM/Durée
13.4 70
60
Slide 27
Messa in evidenza dei limiti
intrinseci del getto d’acqua
• rendimento insufficente
(0.08% 2psr 2%bw)
• lunghezza d’onda non adatta
(13.0 invece di 13.5 nm )
• ossidazione delle ottiche
Abbandono del getto d’acqua
Slide 28
2a fase di PREUVE :
il getto di xenon
Iniettore criogenico
Pompaggio differenziale inverso
Riciclaggio dello xenon
Slide 29
2a fase di PREUVE :
il nuovo set-up sperimentale
Slide 30
2a fase di PREUVE :
la sorgente xenon
• Potenza laser:
40W @ 1064nm (50Hz)
• rendimento:
0.5% @ 13.5nm (2psr 2%bw)
• potenza media EUV :
0. 20 W @ 13.5nm (2psr 2%bw)
Slide 31
2a fase di PREUVE :
primi spettri dello xenon
T° jet
a
d
a
Xe10+
b
d
c
Scarica
capillare
Getto
d’aggregati
Getto
liquido
di gas
Slide 32
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
(?) codice fisica atomica
per lo xenon (Z=54)
r(t)
targhetta: 200 cellule
* P. Aussage and J. Faure, Rapport CE Limeil-Valenton, DO-88062, W/PAP 142 (1988)
Slide 33
Le simulationi numeriche: II-il getto di xenon
la realizzazione di un post-processore
Problema: stimare la ”qualità“ dell’accoppiamento laser-targhetta
attraverso l’emissione di riga dello ione Xe10+
+
Calcolo
distribuzione
ione Xe10+
+
Calcolo emissione
di riga
X
=
+
Presa in conto
dell’ opacità
Soluzione: approccio di tipo
”pragmatico“
Slide 34
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
Slide 35
Le simulationi numeriche: II-il getto di xenon
la realizzazione di un post-processore
Equazione di rate per il modello collisionale-radiativo
dn Z 1
dt
n e n z S z , T e n e n z 1 S z 1, T e a r z 1, T e n ea 3 b z 1, T e
n e n z 2 a r z 2 , T e n ea 3 b z 2 , T e
Coefficenti d’ionizzazione collisionale (S), ricombinazione radiativa (ar)
e ricombinazione a tre corpi (a3b)
9 10 z T e z
1 2
6
S
z
3 2
4 . 88 T e
a r 5 . 2 10
14
a 3 b 2 . 97 10
z
27
exp z T e cm s
3
z
Te
1 2
Z 0 . 429
1
2
1
log z T e 0 . 469 z T e
z T e z 4 . 88 T e z s
2
1 2
cm
3
s
1
1
z = potenziale d’ionizzazione
z = numero d’elettroni nel guscio esterno
Colombant et Tonon, J. Appl. Phys., 44, 3524 (1973)
Slide 36
Le simulationi numeriche: II-il getto di xenon
la realizzazione di un post-processore
Equazione di rate per il modello collisionale-radiativo : caso stazionario
n z 1 n z S z , Te a r z 1, Te n ea 3 b z 1, Te
2
3
4 5 6
nz/nT
z=1
7
10
température (eV)
8
9 10 11 12
Slide 37
Le simulationi numeriche: II-il getto di xenon
la realizzazione di un post-processore
Valutazione della potenza dell’emissione di riga
Prad 4p e
bb
4
2p
3m e k B
ne
Te
n10
f nm g y exp y
1 Const
ne
gy
3
T e E nm
y
E nm
Te
1 234567
Presa in conto (approssimativa)
dell’ opacità
Mc
t p re l f nm n i m d
2
2p k B T i l
2
2
1
2
P1 exp-(t2t3t4...
P2 exp-(t3t4t5...
P3 exp-(t4t5t6...
laser
Slide 38
L’interfaccia
del
post-processore
Slide 39
Le simulationi numeriche: II-il getto di xenon
primi risultati: l’influenza della scelta della maglia iniziale
maglia ”a“
maglia ”b“
Slide 40
Le simulationi numeriche: II-il getto di xenon
primi risultati: lo studio del profilo laser
Slide 41
Le simulationi numeriche: II-il getto di xenon
la validazione del post-processore
Confronto: Chivas + post-processore GAP
vs
basso Z
Chivas + Transpec
Confronto: Chivas + post-processore GAP
vs
esperimenti (es: aumento
durata impulso laser)
xenon
Slide 42
Confronto
Transpec vs Post-processore GAP
Caso considerato: emissione della riga He-a del carbone, l = 40.2678 Å
1.2
1.2
Chivas + Transpec
Chivas + Post-Proc GAP
Chivas + Transpec
Chivas + Post-Proc GAP
1
Emissivité (norm)
Emissivité (norm)
1
0.8
0.6
0.4
0.6
0.4
0.2
0.2
0
11
10
0.8
12
10
13
10
14
10
2
Intensité laser (W/cm )
Plasma otticamente sottile
15
10
0
11
10
12
10
13
10
14
10
2
Intensité laser (W/cm )
Plasma otticamente spesso
15
10
Slide 43
• La litografia del futuro
• Il progetto R&D PREUVE
• La sorgente CEA-DRECAM
• Il progetto industriale EXULITE
Slide 44
2001-2004: la R&D in Europa
sulle sorgenti EUV: MEDEA+
Tecnologie
Litografia
Sorgenti EUV
EXULITE
Progetti
Gruppi
Slide 45
Il progetto EXULITE
• Realizzazione di una sorgente industriale
ad alta cadenza per la litografia EUV
ALCATEL VACUUM
Coordinatore
EXULITE
Roadmap sorgente EUV
Sistema
vuoto
Ottiche
CEA-DPC
THALES Laser
CEA-DRECAM
ALCATEL
Problema del ”time-to-market“
Integrazione
CEA-DRECAM
CEA-DPC
ALCATEL
THALES Laser
Slide 46
Capitolato del prototipo industriale
Slide 47
Verso l’industrializzazione
della nostra sorgente EUV
Performances
attuali
7 mW raccolti
in 0.2 sr
50 Hz
0.7 mJ/tiro/sr
Progetto
EXULITE
3570
16
200
~1
Performances
future
25 W raccolti
in p sr
10 kHz
0.8 mJ/tiro/sr
Performances attuali soddisfacenti
Transizione difficile verso l ’alta cadenza
(problemi termici, usura iniettore e riassorbimento)
Slide 48
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, d’arricchire
le risorse di simulazione numerica)
PREUVE e il BEL: buona base di partenza per
le sfide del progetto EXULITE
Slide 49
Per saperne di piu’...
http://www.sematech.org
http://www.medea.org
http://www.asml.com
http://www.ca.sandia.gov/industry_partner/euvlfacts1.html
http://www.llnl.gov/str/Sweeney.html
http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/euv_milestone.html
Slide 50
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 (Z+1) 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:
Ne (cm-3)
(tz ~ tc ) << tlaser
1021
1020
tz
1019
1
ne
z
1
S i 1, T
i 1
e
2 k c v Ti
1 2
tc
1018
1017
10
102
103
Te (eV)
a0
1 2
~1 ns
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
Slide 2
Struttura del seminario
• La litografia del futuro
• Il progetto R&D PREUVE
• La sorgente CEA-DRECAM
• Il progetto industriale EXULITE
Slide 3
”… in Moore we trust “
Il numero di transistors in un circuito integrato raddoppia ogni 18 mesi
”… in 30 anni, i circuiti integrati hanno avuto sull’economia US un impatto
due volte piu’ importante che i primi 60 anni di sfruttamento delle ferrovie
nel secolo XIX “
Slide 4
… e dopo i 193 nm?
Opzioni e vincoli per la Next Generation Lithography
• Candidati :
la proiezione ottica @ 157nm
la proiezione EUV @ 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“
10 mai 1999
Réunion DAM - JY ROBIC
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Il ”sine qua non“ della litografia ottica
dimensione tratto
La domanda industriale per il ”dopo 2006“: R < 100 nm
DOF > 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)
Slide 6
La scelta della lunghezza d’onda
Disponibilità ottiche
altamente riflettive
”… la lunghezza d’onda e ’ fissata
definitivamente a 13.5 nm.“
Sematech, novembre 2000
?
Requisiti sorgente
(emissività, pulizia,…)
Capitalizzazione studi
già effettuati (litio)
Necessità di uno standard
(ottiche, maschere)
Mo
Si
”… ok, diciamo piuttosto
tra i 13 e i 14 nm.“
Sematech, marzo 2002
Slide 7
La prospettiva intorno al 2008-2010
EUVL
2008
2010
0.05 µm
Scenario ”Photons Forever“
0.013 µm
Slide 8
Dalla litografia ottica alla litografia EUV
Punti di continuità:
Punti di rottura:
• Bagaglio scientifico-tecnico
• Assorbimento luce a 13.5 nm
• Risoluzione e DOF funzioni di NA e l
• Utilizzo ottiche in riflessione
• Utilizzo ottiche di riduzione (4x)
• Utilizzo di maschere in riflessione
• Utilizzo tecniche ”estensione ottica“
• Necessità processo sotto vuoto
Conseguenze economiche:
Soluzione:
• Necessità molteplici competenze
• Necessità strumenti adeguati
• Piano ”aggressivo“ di R&D
• Rivoluzione piu’ che evoluzione
• Sviluppare tecnologia di base
• Dimostrarne la validità con un
prototipo (a-tool)
• Trasferimento tecnologia verso
l’industria litografica
Slide 9
I grandi progetti della litografia del futuro
Giugno 1997
Agosto 1998
Ottobre 1998
ASET EUVL
EUV LLC
Fujitsu, Hitachi, Intel, Nec
AMD, Intel, Motorola
Matsushita, Mitsubishi, Oki, Sharp
LBNL, LLNL, SNL
Nikon, Samsung, Sony, SPC, Toshiba
EUCLIDES
ASML, Zeiss, Oxford Instr.
Slide 10
Vuoto
Le sfide tecniche imposte
dalla litografia EUV
1 mTorr (assorbimento EUV)
assenza d’acqua ( < ppm)
assenza idrocarburi ( < ppm)
Maschera
Camera
sorgente
Ottiche riflessive multistrato
forte riflettività (~70% Mo-Si)
debole rugosità (< 2Å rms)
ottiche asferiche (proiezione)
grande diametro (condensatore, proiezione)
Sorgente
plasma
Maschere
zero difetti
buon contrasto
Micromeccanica
es: posizionamento wafer et maschera
Sorgente
flusso, dimensione, assenza di frammenti
Wafer
Camera
proiezione
Slide 11
• La litografia del futuro
• Il progetto R&D PREUVE
• La sorgente CEA-DRECAM
• Il progetto industriale EXULITE
Slide 12
Il progetto PREUVE*
• Riunire le competenze francesi e valorizzarle
PREUVE
Novembre 1999
nel dominio della litografia EUV
• Sviluppare i diritti intellettuali (brevetti)
SORGENTE
• Realizzare dei componentiEmissione
industriali
per gli
faccia anteriore
CEA - DRECAM
forte divergenza: 180°
quantità importante frammenti
”steppers“
EUV o dei prototipi di strumenti per
CEA - DAM
GREMI
la metrologia
Laser
Emissione faccia posteriore
debole divergenza: 60°
frammenti scarsi
• OTTICHE
Preparare/facilitare la partecipazione dei partners
francesi
ai programmi
internazionali
REOSC
- SAGEM
Bersaglio: foglio sottile
UDESAM - CNRS
•MASCHERE
Realizzazione di un banco di prova per la litografia (BEL)
EUV
= partners industriali
SESO
LETI
SOPRA
*RMNT
Slide 13
Le Groupe d’Applications des Plasmas
Martin Schmidt, Olivier Sublemontier, Tiberio Ceccotti
Patrick Haltebourg, Didier Normand
Dominique Descamps, Jean-François Hergott, Sébastien Hulin
Marc Segers, Fabien Chichmanian
Slide 14
• La litografia del futuro
• Il progetto R&D PREUVE
• La sorgente CEA-DRECAM
• Il progetto industriale EXULITE
Slide 15
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
elettrica
Fomenkov (Cymer), plasma focus
Lebert (FHG Aix la Chapelle), hollow cathode
Mc Geoch (Plex LLC), z-pinch
Silfvast (Université de Floride) capillary discharge
Slide 16
I differenti tipi di ”targhetta“ jet considerati
1. Micro-jet liquido
Pro:
• Quasi-assenza riassorbimento
• Alta densità
• Impatto distante
• Facilità di pompaggio
Contro:
• Dimensione
• Instabilità
• Onde di choc
2. Jet d’aggregati
Pro:
• Stabilità
• Forte CE (sub-ns)
Contro:
• Forte riassorbimento
• Debole densità
• Impatto molto vicino
• Pompaggio critico
3. Jet GAP
Pro:
• Debole riassorbimento
• Forte densità
• Impatto suff. distante
• Stabilità
• Facilità di pompaggio
Contro:
• Importante flusso di materia
Slide 17
1a fase di PREUVE:
la sorgente a getto d’acqua
• jet a forte confinamento
(angolo d’apertura ~ 5°)
• debole riassorbimento d’ EUV
intorno al jet
• zona d’interazione
@ 1-5mm dalla valvola
• facilità di pompaggio
• tecnologia semplice e affidabile
• costi estremamente contenuti
Slide 18
1a fase di PREUVE :
il prototipo WEGA
Iniettore
Camera d’ interazione
Lente di
focalizzazione
Laser
Sorgente EUV
verso il riflettometro
verso lo spettrometro
Slide 19
1a fase di PREUVE :
le diagnostiche
Il riflettometro
• monocromatore
multistrato
• testa goniometrica
• diodo EUV calibrato
• filtri Zr doppio-strato
(assenza micro fori)
Slide 20
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
# T.
Wilhein et al., Rev. Sci. Instr. 70, 1694 (1999)
* ringraziamenti: Prof. Schmahl, Institut für Röntgenphysik, Göttingen
Dr. T. Wilhein, Institute for Applied Physics, Remagen
Slide 21
1a fase di PREUVE :
le diagnostiche
Lo spettrometro a reticolo in trasmissione
1200
1000
Ly
800
600
400
20000
60000
40000
20000
0
200
400
600
800
1000
1200
40000
Slide 22
1a fase di PREUVE :
le diagnostiche
Lo spettrometro di massa a tempo di volo
Zone
interaction
10-3 mbar
Laser
• Misura diretta dei
frammenti ionici
(energia et rapporto m/q)
•Ottimizzazione di un
dispositivo anti-frammenti
Slide 23
1a fase di PREUVE :
le diagnostiche
La pin-hole camera
pinhole
50 m
FWHMy= 430 µm
Valvola
jauge
• pin-hole =50µm
laser
• ingrandimento 7.5
plasma
filtro Zr
• risoluzione 50 µm
d=14 cm
D=105 cm
• dimensione e stabilità
spaziale della sorgente
FWHMx=425 µm
x
y
CCD
Slide 24
1a fase di PREUVE :
le diagnostiche
La pin-hole camera
FWHMy= 430 µm
y
Fluttuazioni spaziali della sorgente
in x e y inferiori a 50 µm
FWHMx=425 µm
x
Slide 25
Le simulazioni numeriche: I-il getto d’acqua
i codici FILM* (idrodinamica) e TRANSPEC# (fisica atomica)
targetta: ~ 40 cellule
direzione d’osservazione: 20°
LASER
FILM 1.5D
Per ogni cellula
Ne/i , Te/i , velocità e dimensione
in funzione del tempo
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)
TRANSPEC
Calcolo dello spettro emergente
Slide 26
Le simulazioni numeriche: I-il getto d’acqua
i risultati
2 1
2 1
( S)2p - 1s
( S)4d
Emissività in1sfunzione
della
potenza laser
12.98
nm
(NIST)
5
7 100
10
6 10
O
5
5+
• Durata e profilo dell’impulso
4 10
5
• Dimensione targhetta
3 10
5
Intensité (erg/cm /nm/sr)
Intensité relative
5
5 10
10
2
• Energia laser
15
2 10
1 10
5
GAUSS
CARRÉE
0
0.1
0
12.6
10
12.8
20
30 13 40 13.2
50
longuer
d'onde (ns)
(nm)
FWHM/Durée
13.4 70
60
Slide 27
Messa in evidenza dei limiti
intrinseci del getto d’acqua
• rendimento insufficente
(0.08% 2psr 2%bw)
• lunghezza d’onda non adatta
(13.0 invece di 13.5 nm )
• ossidazione delle ottiche
Abbandono del getto d’acqua
Slide 28
2a fase di PREUVE :
il getto di xenon
Iniettore criogenico
Pompaggio differenziale inverso
Riciclaggio dello xenon
Slide 29
2a fase di PREUVE :
il nuovo set-up sperimentale
Slide 30
2a fase di PREUVE :
la sorgente xenon
• Potenza laser:
40W @ 1064nm (50Hz)
• rendimento:
0.5% @ 13.5nm (2psr 2%bw)
• potenza media EUV :
0. 20 W @ 13.5nm (2psr 2%bw)
Slide 31
2a fase di PREUVE :
primi spettri dello xenon
T° jet
a
d
a
Xe10+
b
d
c
Scarica
capillare
Getto
d’aggregati
Getto
liquido
di gas
Slide 32
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
(?) codice fisica atomica
per lo xenon (Z=54)
r(t)
targhetta: 200 cellule
* P. Aussage and J. Faure, Rapport CE Limeil-Valenton, DO-88062, W/PAP 142 (1988)
Slide 33
Le simulationi numeriche: II-il getto di xenon
la realizzazione di un post-processore
Problema: stimare la ”qualità“ dell’accoppiamento laser-targhetta
attraverso l’emissione di riga dello ione Xe10+
+
Calcolo
distribuzione
ione Xe10+
+
Calcolo emissione
di riga
X
=
+
Presa in conto
dell’ opacità
Soluzione: approccio di tipo
”pragmatico“
Slide 34
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
Slide 35
Le simulationi numeriche: II-il getto di xenon
la realizzazione di un post-processore
Equazione di rate per il modello collisionale-radiativo
dn Z 1
dt
n e n z S z , T e n e n z 1 S z 1, T e a r z 1, T e n ea 3 b z 1, T e
n e n z 2 a r z 2 , T e n ea 3 b z 2 , T e
Coefficenti d’ionizzazione collisionale (S), ricombinazione radiativa (ar)
e ricombinazione a tre corpi (a3b)
9 10 z T e z
1 2
6
S
z
3 2
4 . 88 T e
a r 5 . 2 10
14
a 3 b 2 . 97 10
z
27
exp z T e cm s
3
z
Te
1 2
Z 0 . 429
1
2
1
log z T e 0 . 469 z T e
z T e z 4 . 88 T e z s
2
1 2
cm
3
s
1
1
z = potenziale d’ionizzazione
z = numero d’elettroni nel guscio esterno
Colombant et Tonon, J. Appl. Phys., 44, 3524 (1973)
Slide 36
Le simulationi numeriche: II-il getto di xenon
la realizzazione di un post-processore
Equazione di rate per il modello collisionale-radiativo : caso stazionario
n z 1 n z S z , Te a r z 1, Te n ea 3 b z 1, Te
2
3
4 5 6
nz/nT
z=1
7
10
température (eV)
8
9 10 11 12
Slide 37
Le simulationi numeriche: II-il getto di xenon
la realizzazione di un post-processore
Valutazione della potenza dell’emissione di riga
Prad 4p e
bb
4
2p
3m e k B
ne
Te
n10
f nm g y exp y
1 Const
ne
gy
3
T e E nm
y
E nm
Te
1 234567
Presa in conto (approssimativa)
dell’ opacità
Mc
t p re l f nm n i m d
2
2p k B T i l
2
2
1
2
P1 exp-(t2t3t4...
P2 exp-(t3t4t5...
P3 exp-(t4t5t6...
laser
Slide 38
L’interfaccia
del
post-processore
Slide 39
Le simulationi numeriche: II-il getto di xenon
primi risultati: l’influenza della scelta della maglia iniziale
maglia ”a“
maglia ”b“
Slide 40
Le simulationi numeriche: II-il getto di xenon
primi risultati: lo studio del profilo laser
Slide 41
Le simulationi numeriche: II-il getto di xenon
la validazione del post-processore
Confronto: Chivas + post-processore GAP
vs
basso Z
Chivas + Transpec
Confronto: Chivas + post-processore GAP
vs
esperimenti (es: aumento
durata impulso laser)
xenon
Slide 42
Confronto
Transpec vs Post-processore GAP
Caso considerato: emissione della riga He-a del carbone, l = 40.2678 Å
1.2
1.2
Chivas + Transpec
Chivas + Post-Proc GAP
Chivas + Transpec
Chivas + Post-Proc GAP
1
Emissivité (norm)
Emissivité (norm)
1
0.8
0.6
0.4
0.6
0.4
0.2
0.2
0
11
10
0.8
12
10
13
10
14
10
2
Intensité laser (W/cm )
Plasma otticamente sottile
15
10
0
11
10
12
10
13
10
14
10
2
Intensité laser (W/cm )
Plasma otticamente spesso
15
10
Slide 43
• La litografia del futuro
• Il progetto R&D PREUVE
• La sorgente CEA-DRECAM
• Il progetto industriale EXULITE
Slide 44
2001-2004: la R&D in Europa
sulle sorgenti EUV: MEDEA+
Tecnologie
Litografia
Sorgenti EUV
EXULITE
Progetti
Gruppi
Slide 45
Il progetto EXULITE
• Realizzazione di una sorgente industriale
ad alta cadenza per la litografia EUV
ALCATEL VACUUM
Coordinatore
EXULITE
Roadmap sorgente EUV
Sistema
vuoto
Ottiche
CEA-DPC
THALES Laser
CEA-DRECAM
ALCATEL
Problema del ”time-to-market“
Integrazione
CEA-DRECAM
CEA-DPC
ALCATEL
THALES Laser
Slide 46
Capitolato del prototipo industriale
Slide 47
Verso l’industrializzazione
della nostra sorgente EUV
Performances
attuali
7 mW raccolti
in 0.2 sr
50 Hz
0.7 mJ/tiro/sr
Progetto
EXULITE
3570
16
200
~1
Performances
future
25 W raccolti
in p sr
10 kHz
0.8 mJ/tiro/sr
Performances attuali soddisfacenti
Transizione difficile verso l ’alta cadenza
(problemi termici, usura iniettore e riassorbimento)
Slide 48
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, d’arricchire
le risorse di simulazione numerica)
PREUVE e il BEL: buona base di partenza per
le sfide del progetto EXULITE
Slide 49
Per saperne di piu’...
http://www.sematech.org
http://www.medea.org
http://www.asml.com
http://www.ca.sandia.gov/industry_partner/euvlfacts1.html
http://www.llnl.gov/str/Sweeney.html
http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/euv_milestone.html
Slide 50
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 (Z+1) 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:
Ne (cm-3)
(tz ~ tc ) << tlaser
1021
1020
tz
1019
1
ne
z
1
S i 1, T
i 1
e
2 k c v Ti
1 2
tc
1018
1017
10
102
103
Te (eV)
a0
1 2
~1 ns