Laser à argon et fluor émettant un rayonnement ultraviolet de longueur d'onde 193 nm. Combinée à l'immersion, la lithographie ArF à immersion est, avec l'EUV, une technique d'exposition de pointe. La version à 248 nm est le laser excimère KrF.
Nom japonais: ArFエキシマレーザー
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Domaine: Lithographie
La chambre du laser contient un mélange gazeux d'une petite quantité d'argon et de fluor dilués dans du néon servant de gaz tampon. Une décharge électrique rapide excite le mélange et forme des molécules ArF qui ne sont liées qu'à l'état excité : un excimère, ou dimère excité. Lorsque la molécule émet un photon à 193 nm, elle retombe dans un état fondamental répulsif et se dissocie immédiatement : le niveau laser inférieur est donc en pratique toujours vide, et l'inversion de population est facile à obtenir. Le laser est pulsé, les lasers de lithographie fonctionnant à des cadences de plusieurs kHz.
Peu de matériaux sont transparents à 193 nm : les objectifs de projection sont donc construits en silice fondue, avec quelques éléments en fluorure de calcium. Avec un choix de verres aussi réduit, l'aberration chromatique ne peut pas être corrigée comme en optique visible, et l'émission du laser doit au contraire être affinée jusqu'à une largeur spectrale bien inférieure au picomètre. Les lasers de lithographie stabilisent aussi l'énergie et la longueur d'onde d'une impulsion à l'autre, et le remplissage gazeux à base de fluor se dégrade avec le temps et doit être renouvelé périodiquement. Les résines ont dû elles aussi évoluer, car les résines phénoliques utilisées en KrF absorbent trop fortement à 193 nm.
La résolution suit la relation de Rayleigh R = k1·λ/NA. Les scanners ArF secs atteignent une ouverture numérique (NA) d'environ 0,93. L'ArF à immersion remplit d'eau l'espace entre la dernière lentille et la plaquette ; son indice de réfraction à 193 nm, d'environ 1,44, permet une NA allant jusqu'à 1,35. Avec k1 proche de sa limite pratique, une exposition unique résout environ 38 à 40 nm de demi-pas. Les pas plus fins s'obtiennent par multi-patterning, comme le litho-gravure-litho-gravure (LELE) ou le double et quadruple patterning auto-aligné : c'est ainsi que l'ArF à immersion a atteint des nœuds bien en deçà de sa limite en exposition unique.
Le laser excimère KrF utilise du krypton et du fluor pour émettre à 248 nm et sert aux couches moins critiques, où le coût compte davantage que la résolution. La lithographie EUV à 13,5 nm n'utilise pas du tout de laser excimère : sa lumière provient d'un plasma d'étain, et son optique est constituée de miroirs réfléchissants. Même dans les puces de pointe dont les couches les plus serrées sont réalisées en EUV, de nombreuses autres couches sont encore exposées en ArF à immersion, qui offre un débit plus élevé et une infrastructure mature.
Réponse : C. Argon et fluor (avec un gaz tampon comme le néon)
Le laser excimère ArF excite par décharge un mélange de petites quantités d'argon et de fluor dilué dans un gaz tampon de néon, et émet une lumière de 193 nm. Un excimère est une molécule liée uniquement à l'état excité (excited dimer) ; elle se dissocie en revenant à l'état fondamental, ce qui donne efficacement de l'ultraviolet. Le laser excimère KrF (248 nm) utilise le krypton et le fluor. Ni l'oxygène et l'azote, ni l'hydrogène et l'hélium n'émettent de lumière à 193 nm.
Il émet une lumière dans l'ultraviolet profond à 193 nm. Le laser excimère KrF, génération précédente de la lithographie, émet à 248 nm.
En ArF sec, il y a de l'air entre l'objectif et la plaquette, ce qui limite l'ouverture numérique à environ 0,93. L'immersion remplit cet espace d'eau, portant la NA à environ 1,35, ce qui permet de résoudre des motifs environ 30 % plus petits à longueur d'onde égale.
Excimère est la contraction de excited dimer (dimère excité), une molécule comme ArF qui n'est liée qu'à l'état excité. Comme elle se dissocie dès qu'elle émet, le niveau laser inférieur reste vide, ce qui rend possible une émission laser ultraviolette efficace.
Le laser excimère ArF excite par décharge un mélange de petites quantités d'argon et de fluor dilué dans un gaz tampon de néon, et émet une lumière de 193 nm.
Quelle combinaison de gaz est appropriée pour l'émission d'…MOL (middle-of-line) Couche antireflet (BARC) EUV High-NA Fenêtre de procédé Lithographie à immersion Lithographie EUV Lithographie par nano-impression Masque à décalage de phase Multi-patterning OPC (correction optique de proximité)