Lumière du domaine de l'ultraviolet profond utilisée en lithographie des semi-conducteurs. La lithographie DUV désigne généralement l'exposition avec des lasers excimères KrF (248 nm) et ArF (193 nm) comme sources de lumière.
Nom japonais: DUV(深紫外線)
« DUV (ultraviolet profond) » apparaît dans 2 questions d'entraînement réparties sur 2 thèmes, dont Photonique sur silicium, Matériaux de procédé (gaz et produits chimiques).
Domaine: Lithographie
Les sources de lumière de la lithographie sont passées de la raie g (436 nm) et de la raie i (365 nm) des lampes à mercure à l'ultraviolet profond (DUV), de longueur d'onde plus courte. La lithographie DUV utilise des lasers excimères : le KrF, à base de krypton et de fluor, émet à 248 nm, et l'ArF, à base d'argon et de fluor, à 193 nm. Le KrF s'est généralisé à partir de la génération 0,25 µm à la fin des années 1990 et s'est répandu avec la résine à amplification chimique. Un laser F2 à 157 nm, de longueur d'onde encore plus courte, a aussi été développé, mais des problèmes de matériaux de lentilles, entre autres, et l'arrivée de la lithographie à immersion ArF l'ont tenu à l'écart de la production en volume.
La taille des motifs résolus est approchée par l'équation de Rayleigh R = k1·λ/NA : plus la longueur d'onde λ est courte et plus l'ouverture numérique NA est grande, plus les motifs sont fins. En ArF sec, avec de l'air entre la lentille et la plaquette, la NA plafonne vers 0,93, mais la lithographie à immersion ArF remplit cet espace d'eau et utilise son indice de réfraction à 193 nm (environ 1,44) pour porter la NA à 1,35. Avec NA 1,35 et k1 0,27, par exemple, R ≈ 39 nm (demi-pas) ; des motifs plus fins s'obtiennent en combinant le multi-patterning, comme le SADP.
La lithographie EUV utilise un ultraviolet extrême de 13,5 nm, environ 1/14 des 193 nm du DUV, et peut imprimer des motifs plus fins en une seule exposition. La lumière EUV est cependant fortement absorbée même par l'air et le verre ; elle exige donc le vide, des miroirs multicouches et des masques réfléchissants. Le DUV utilise des lentilles en silice fondue et en fluorure de calcium avec des masques transmissifs, et n'a pas besoin de vide. Les équipements EUV sont bien plus coûteux, tandis que le DUV est une technologie mûre, avantageuse en coût et en productivité. L'EUV utilise une NA de 0,33, et l'EUV High-NA, avec une NA de 0,55, a commencé à être introduit au milieu des années 2020.
Même dans la fabrication de logique et de DRAM de pointe, l'EUV n'est utilisé que pour les couches qui demandent les motifs les plus fins, tandis que de nombreuses autres couches sont exposées en ArF à immersion, en ArF sec ou en KrF. Les couches moins exigeantes en précision et les motifs pour l'implantation ionique utilisent aussi le KrF ou la raie i. La logique des nœuds matures, les semi-conducteurs de puissance, l'analogique, les MEMS et la photonique sur silicium sont fabriqués principalement en lithographie DUV. Les scanners DUV, les lasers excimères et les résines restent donc des technologies essentielles de la fabrication des semi-conducteurs, même à mesure que l'EUV se répand.
Réponse : A. Elle peut utiliser le même matériau silicium que le CMOS, ainsi que les plaquettes de grand diamètre et les équipements et procédés de lithographie, de gravure, etc.
En photonique sur silicium, on réalise les guides d'onde sur une plaquette SOI par lithographie et gravure sèche, les jonctions pn des modulateurs par implantation ionique, les photodétecteurs en Ge par épitaxie sélective, et l'on relie les électrodes par des interconnexions métalliques. Ce sont tous des matériaux et procédés établis dans les usines CMOS, qui permettent une production de masse avec une précision et une reproductibilité élevées sur des plaquettes de 200 mm ou 300 mm. La largeur des guides étant de quelques centaines de nm, la miniaturisation de la logique de pointe n'est pas nécessaire et la lithographie DUV suffit. En revanche, les semi-conducteurs composés comme l'InP présentent un risque de contamination et sont en général traités séparément des usines CMOS.
Réponse : A. Le verre de quartz synthétique
En lithographie ArF (193 nm), le substrat de masque est en verre de quartz synthétique, qui transmet bien les courtes longueurs d'onde et se dilate peu ; le motif y est formé par une couche opaque de chrome ou un film à décalage de phase. Le verre sodocalcique absorbe l'ultraviolet profond et se dilate beaucoup : il est inutilisable. En EUV, aucun matériau ne transmettant la lumière, le masque est réfléchissant : un multicouche est formé sur un verre à très faible dilatation thermique, quasi nulle.
Le DUV utilise des lasers excimères KrF (248 nm) ou ArF (193 nm) et expose à travers des lentilles et des masques transmissifs. L'EUV utilise une lumière de 13,5 nm et exige donc le vide, des miroirs et des masques réfléchissants. L'EUV peut imprimer des motifs plus fins en une exposition, mais ses équipements sont coûteux.
Oui. La lithographie ArF à immersion est une lithographie DUV utilisant un laser excimère ArF (193 nm), dans laquelle de l'eau remplit l'espace entre la lentille et la plaquette pour porter l'ouverture numérique à 1,35.
On ne la compte généralement pas dans le DUV. La raie i est une lumière de 365 nm issue d'une lampe à mercure, et la lithographie DUV désigne normalement l'exposition par lasers excimères KrF ou ArF.
La largeur des guides étant de quelques centaines de nm, la miniaturisation de la logique de pointe n'est pas nécessaire et la lithographie DUV suffit.
Quelle est la principale raison pour laquelle on dit que la…Le verre sodocalcique absorbe l'ultraviolet profond et se dilate beaucoup : il est inutilisable.
Quel matériau est utilisé comme substrat des photomasques p…Photonique sur silicium Plaquette SOI Gravure sèche Implantation ionique Épitaxie sélective CMOS InP (phosphure d'indium) Autoassemblage dirigé (DSA) Couche antireflet (BARC) EUV High-NA