Conception, montage et caractérisation d'un interféromètre achromatique pour l'étude de la lithographie à immersion à 193nm

Miniaturization has become the key word in microelectronics. Indeed, manufacturers aim at shrinkingdevice critical dimensions in order to improve their performances and to decrease their costs.In that respect, lithography plays a predominant role since it is the step that defines the circuit.The lithography technique used for mass production today and that addressed the 65 nm technologynode is optical lithography at a wavelength of 193 nm. But it is difficult to improve resolutionwithout greatly increasing complexity, tool price and difficulty in controlling the process. A solutionis immersion lithography which principle is to introduce a fluid of higher refractive index than airbetween the last lens element and the wafer : it, firstly, releases the process constraints by a depthof-focus improvement and, secondly, improves the resolution in keeping 193 nm infrastructures.The purpose of this PhD is to create and validate a 193 nm immersion interferometric setup tostudy, in advance of tool availability, some aspects of this new optical lithography technique. In thisthesis, we describe the design of an achromatic interferometric setup working in immersion at 193nm. Such a setup has the great advantage of enabling the use of a laboratory excimer laser anddoes not suffer from its poor coherence parameters. We focused on the characterization of the opticalsetup and have determined parameters for depth-of-focus and transmission. Finally, we studiedimaging at high numerical apertures. We showed the benefit of immersion on resolution and thecorrelation between roughness increase and contrast loss due to polarisation.La miniaturisation est aujourd'hui, plus que jamais, devenue le maître mot en microélectronique.En effet, les industriels poursuivent l'objectif, de plus en plus ambitieux, de diminuer les dimensionscritiques des dispositifs actuels afin d'en améliorer les performances et d'en diminuer le coˆut. Danscette perspective, la lithographie joue un rˆole majeur car c'est la première étape qui définit le circuitintégré. La technique de lithographie utilisée aujourd'hui pour la production de masse et ayantpermis d'atteindre le noeud technologique 65 nm est la lithographie optique à 193 nm. Pour aller ende¸cà, il nous faut améliorer la résolution des outils de lithographie et cela ne peut se faire sans uneforte augmentation de leur complexité, de leur prix et de la difficulté de contrˆoler les procédés. Unesolution est la technique de lithographie à immersion à 193 nm qui consiste en l'introduction d'unfluide d'indice supérieur à celui de l'air entre la lentille de projection et la plaquette de silicium :elle permet, dans un premier temps, de relâcher les contraintes sur les procédés en améliorant laprofondeur de champ et, dans un second temps, d'améliorer la résolution tout en conservant l'infrastructuredu 193 nm.L'objectif de ce travail de thèse est de monter et valider un interféromètre à immersion à 193 nmpour étudier, par anticipation, certains aspects de la technique. Dans ce manuscrit, nous décrivonsla conception d'un montage interférométrique en immersion à 193 nm ayant la particularité d'êtreachromatique et présentant donc l'avantage de ne pas pâtir de la faible cohérence des sources excim`eres à 193 nm. Nous nous sommes focalisés sur la caractérisation du montage optique et avonsconclu sur les paramètres de profondeur de champ et de transmission du système. Finalement, nousnous sommes intéressés à l'étude de l'imagerie à haute ouverture numérique. Nous avons pu montrerl'amélioration de la résolution en immersion, ainsi que la corrélation entre l'augmentation de larugosité et la perte de contraste due à la polarisation