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Lithographie EUV vs DUV : quelle différence ?

La lithographie imprime les motifs des circuits sur le wafer à l'aide de la lumière. La lithographie DUV (ultraviolet profond) utilise la lumière à 193 nm d'un laser ArF, avec des lentilles et une couche d'eau entre la lentille et le wafer (immersion). La lithographie EUV (ultraviolet extrême) utilise une lumière à 13.5 nm et peut donc imprimer des motifs bien plus fins en une seule exposition, mais cette lumière est absorbée par presque tous les matériaux : tout le système doit être construit avec des miroirs, sous vide. L'EUV est bien plus coûteuse et complexe.

CritèreDUV (ArF à immersion)EUV
Longueur d'onde193 nm13.5 nm
Source lumineuseLaser excimère ArFPlasma produit par laser : un laser frappe de minuscules gouttelettes d'étain fondu
OptiqueLentilles (réfractives), avec de l'eau entre la dernière lentille et le wafer dans les systèmes à immersionUniquement des miroirs (multicouches réfléchissantes), car presque tous les matériaux absorbent la lumière EUV
PhotomasqueMasque transmissif en quartzMasque réfléchissant avec un revêtement multicouche
EnvironnementAir ou azote, plus l'eau d'immersionVide
RésolutionUne seule exposition résout des pas jusqu'à environ 80 nm ; les motifs plus fins nécessitent le multipatterningUne seule exposition peut imprimer des pas d'environ 30 nm ou moins ; l'EUV High-NA va plus loin
Complexité du procédéLe multipatterning (comme le SADP ou le SAQP) multiplie le nombre d'étapesMoins d'étapes pour les couches les plus fines, mais de nouveaux défis pour les résines et les masques
Principaux défautsErreurs d'overlay et défauts liés au multipatterningDéfauts stochastiques dus au faible nombre de photons, et défauts de masque
Coût de l'équipementPlusieurs dizaines de millions de dollars par machineBien plus de cent millions de dollars par machine
FournisseursASML, Nikon et d'autresASML est de fait le seul fournisseur
Usage typiqueLa plupart des couches de la plupart des puces, y compris les plus avancéesLes couches les plus critiques et les plus fines, à partir de la classe 7 nm environ et en dessous

Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.

Quand choisir l'un ou l'autre ?

DUV
Imprime encore la grande majorité des couches, même dans les puces de pointe. Elle est mature, rapide et beaucoup moins chère par couche.
EUV
Utilisée pour les couches critiques les plus fines, là où la DUV nécessiterait plusieurs étapes de patterning. Elle simplifie le procédé, mais les coûts d'équipement et d'exploitation sont très élevés.
Étape suivante
L'EUV High-NA utilise une ouverture numérique plus grande pour résoudre des motifs encore plus petits aux prochains nœuds.

Questions fréquentes

Pourquoi l'EUV utilise-t-elle une longueur d'onde de 13.5 nm ?

Une longueur d'onde plus courte imprime des motifs plus fins. À 13.5 nm, la lumière EUV est environ 14 fois plus courte que la lumière à 193 nm de la DUV ArF, si bien qu'une seule exposition peut imprimer des motifs qui nécessiteraient le multipatterning en DUV.

Pourquoi les systèmes EUV sont-ils si coûteux ?

La source lumineuse est un plasma d'étain chauffé par laser, l'optique est entièrement constituée de miroirs multicouches et tout le système fonctionne sous vide. Une seule machine coûte bien plus de cent millions de dollars.

Qui fabrique les machines de lithographie EUV ?

ASML est de fait le seul fournisseur d'équipements de lithographie EUV.

L'EUV a-t-elle remplacé la DUV ?

Non. La plupart des couches, même dans les puces avancées, sont encore imprimées en DUV. L'EUV est utilisée pour les couches les plus fines et les plus critiques.

Vérifier vos connaissances

Quelle est la longueur d'onde de la lumière utilisée en lithographie EUV ?

  1. A193 nm
  2. B248 nm
  3. C13,5 nm
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Réponse : C. 13,5 nm

La lithographie EUV (ultraviolet extrême) utilise une lumière de 13,5 nm de longueur d'onde, environ 1/14 de celle de l'ArF, ce qui permet de former des motifs fins en une seule exposition. Cette lumière étant absorbée par presque toutes les matières, y compris l'air et le verre, on utilise non pas des lentilles mais une optique réflective à miroirs multicouches molybdène-silicium, et l'intérieur de l'équipement est sous vide. La réflectivité d'un miroir est d'environ 70 % ; après une dizaine de miroirs, la majeure partie de la lumière est perdue, d'où la nécessité d'une source puissante.

Quelle description de la lithographie ArF à immersion est correcte ?

  1. ALe wafer entier est plongé dans l'eau pour le développement
  2. BLa résine est diluée dans l'eau avant enduction
  3. CL'espace entre la lentille de projection et le wafer est rempli d'eau pour augmenter l'ouverture numérique (NA)
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Réponse : C. L'espace entre la lentille de projection et le wafer est rempli d'eau pour augmenter l'ouverture numérique (NA)

En lithographie à immersion, l'interstice d'environ 1 mm entre la lentille de projection et le wafer est rempli d'eau ultrapure, d'indice de réfraction (environ 1,44 à 193 nm) supérieur à celui de l'air (environ 1). Comme NA = n·sinθ, l'ouverture numérique peut dépasser 1 (jusqu'à 1,35), ce qui permet de résoudre des motifs plus fins à la même longueur d'onde de 193 nm. Introduite en production vers 2006, elle a nécessité le développement de buses retenant l'eau malgré le déplacement rapide du wafer et de couches supérieures de résine peu perméables à l'eau.

Quelle caractéristique du « High-NA EUV », développé comme équipement de lithographie EUV de nouvelle génération, est correcte ?

  1. AL'ouverture numérique de l'optique de projection passe de 0,33 à 0,55, ce qui améliore la résolution
  2. BLa longueur d'onde d'exposition est allongée à 193 nm
  3. CL'exposition se fait sans masque
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Réponse : A. L'ouverture numérique de l'optique de projection passe de 0,33 à 0,55, ce qui améliore la résolution

L'ouverture numérique des équipements EUV classiques est de 0,33 ; le High-NA EUV la porte à 0,55, améliorant la résolution d'environ 1,7 fois et permettant d'exposer en une fois des motifs au pas de l'ordre de 20 nm bas. La longueur d'onde reste de 13,5 nm. En contrepartie, la profondeur de champ diminue, et le facteur de réduction différant selon la direction, la zone exposable (champ) est réduite de moitié. Développé par ASML, il coûterait de l'ordre de 50 milliards de yens l'unité.

  1. Quelle est la principale cause des fluctuations aléatoires (effets stochastiques) qui posent problème en lithographie EUV ?
  2. Quelle entreprise fournit de fait seule les équipements de lithographie EUV ?
  3. Quelle caractéristique du masque utilisé en lithographie EUV est correcte ?

Questions d'entraînement sur Lithographie

Termes clés expliqués

Lithographie EUV
Technique de lithographie utilisant l'ultraviolet extrême de longueur d'onde 13,5 nm. Elle emploie une optique réflective et un environnement sous vide.
Lithographie à immersion
Exposition réalisée en remplissant d'eau l'espace entre la lentille et la plaquette. L'ouverture numérique peut dépasser 1, ce qui permet des motifs plus fins avec un laser excimère ArF.
EUV High-NA
Équipement d'exposition EUV de nouvelle génération dont l'ouverture numérique (NA) de l'optique de projection passe de 0,33 à 0,55 pour améliorer la résolution.

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