Maskenfertigung für die EUV-Lithographie Aufbau und Charakterisierung

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1 Maskenfertigung für die EUV-Lithographie Aufbau und Charakterisierung Michaela Wullinger Christian Holfeld Advanced Mask Technology Center GmbH & Co KG Dresden, Germany

2 Gliederung Mooresches Gesetz: Immer kleinere Strukturen Übersicht EUV Lithographie Herausforderung EUV Blank Herausforderung Maskenfertigung Zusammenfassung

3 Mooresches Gesetz Gordon E. Moore 1965 Die Komplexität von integrierten Schaltungen verdoppelt sich alle 12 Monate 1971 korrigiert auf alle 18 Monate 1980 korrigiert auf alle 24 Monate N = 2 (n-1959) (Electronics, Band 38, Nr. 8, 19 April 1965, Seiten ) Kleinere Strukturen größere Packungsdichte größere Taktfrequenzen geringere Kosten

4 Photolithographiemasken sind Vorlagen, die wie bei einem Dia benutzt werden, um elektronische Schaltungen auf einem Silizium Wafer zu erzeugen. Jede integrierte Schaltung braucht Photomasken unterschiedlicher Qualität Wafer querschnitt

5 Kleinere Strukturen Wie geht es weiter? Lithographie-Option Maskenlösung R = k 1 λ NA EUV (λ=13.5nm) Immersions-Lithographie NA > 1 EUV Masken Opt. Masken λ Mehrfachbelichtung k 1 < R = 0.25 k1 NA Opt. Masken Nanoimprint Stempel Elektronstrahl-Direktschreiben Keine Masken

6 Gliederung Mooresches Gesetz: Immer kleinere Strukturen Übersicht EUV Lithographie Herausforderung EUV Blank Herausforderung Maskenfertigung Zusammenfassung

7 Rahmenbedingungen für die EUV Lithographie Belichtungswellenlänge: 13.5 nm starke Absorption durch alle Materialien reflektive Optik + Vakuumbetrieb Wellenlänge im Bereich der Strukturgrößen extreme Ebenheit der Masken kein Pellicle verfügbar geringe Anforderungen an Hilfsstrukturen unterhalb der Auflösungsgrenze kurze Wellenlänge reflektive Optik/Masken nicht-axiale Beleuchtung starke 3D-Effekte extreme Defektanforderungen große Unterschiede zur optischen Lithographie

8 Schematischer Aufbau eines EUV-Scanners source: VNL/EUV-LLC, ETS-Prototype EUV exposure tool

9 Schichtenfolge von EUV-Masken TaN absorber SiO buffer 2, CrN layer multilayer capping Si, Ru layer Mo+Si LTEM substrate Cr backside coating nm 2-10nm 280nm nm absorber/arc buffer layer Maskengröße: capping layer multilayer Maskendicke: substrate backside coating - defines dark features - protects multilayer during repair 152mm 152mm (6 6 inch) - seals multilayer to environment -6,35mm reflects (0,25 EUV inch) light (40 bilayers Mo/Si) - low-thermal-expansion material - electrostatic chucking

10 Overview about EUV Mask Types zwei unterschiedliche Maskentypen Strukturierung einer Absorberschicht (absorber mask, ABM) direkte Strukturierung des Multilayers (etched-multilayer masks, EMBM) Absorber Mask Etched-multilayer Mask

11 Gliederung Mooresches Gesetz: Immer kleinere Strukturen Übersicht EUV Lithographie Herausforderung EUV Blank Herausforderung Maskenfertigung Zusammenfassung

12 Herausforderung EUV Blank Beschichtungstechniken: Ion Beam Deposition Magnetron-Sputtern Anforderungen: sehr gute Materialhomogenität extreme Substrat-Ebenheit geringe Schichtdicken-Toleranz ausgezeichnete Schichtdicken-Homogenität geringe Schichtspannung geringe Rauhigkeit sehr geringe Defektdichten (> 26nm)

13 Substrat-Ebenheit Vorderseite: < 70 nm Rückseite: < 70 nm Fläche: 142 mm x 142 mm Fläche: 142 mm x 142 mm Ebenheit und Dickenschwankung von 50nm erforderlich Qualitätsfläche 142 mm x 142 mm Thermischer Ausdehnungskoeffizient ~0 ± 5 ppb/k

14 Schichtdicken und Mikrostruktur Röntgen-Kleinwinkelstreuung (SAXS) Röntgen-Weitwinkelstreuung (WAXS) Röntgenstreuung: Schichtdickenmessung Materialhomogenität Mikrostruktur und Grenzflächenrauhigkeit

15 Schichtspannung und Lagegenauigkeit Layout Experiment FE Simulation Strukturierung des Blanks führt zu lokaler Deformation Lageabweichung der Strukturen <5nm erforderlich Minimale Schichtspannungen erforderlich

16 Gliederung Mooresches Gesetz: Immer kleinere Strukturen Übersicht EUV Lithographie Herausforderung EUV Blank Herausforderung Maskenfertigung Zusammenfassung

17 Herausforderung EUV Blank Herstellungsprozesse: Strukturerzeugung durch Elektronenstrahlschreiber in Photolack Plasmaätzen des Absorbers Naßchemisches oder Plasmaätzen des Buffers Metrologie Defektinspektion und Reparatur Anforderungen: sehr gute Ätzselektivität hohe Auflösung steile Seitenwandwinkel sehr geringe Strukturgrößen-Schwankung geringe Größenabweichung der Strukturen (Linearität) vollständige Defektfreiheit von abbildenden Defekten

18 Maskenstrukturierung 200nm Dichte Linien 125nm Dichte Linien 125nm Kontaktloch Profil-Charakterisierung mit SEM und AFM Gleiches Querschnittsform für alle Strukturtypen und größen benötigt Tendenziell hohe Aspektverhältnisse erschweren gleichmäßige Strukturierung Sehr gute Selektivität zur nächsten Schicht erforderlich

19 Strukturauflösung Linien-Strukturen 200nm 180nm 160nm 140nm 120nm Loch-Strukturen 400nm 280nm 200nm 140nm 100nm Capability Courtesy: IMS Chips

20 Simulation von SEM-Signalen Ziel: Verständnis des Meßsignals Meßsignal wird beeinflußt von Schichtdicken Seitenwandwinkel Kantenrundung Material Elektronen-Energie Strahlgröße Measured SE-signal Simulated SE-signal Verschiedene Größenmessungen je nach Kantenoperator Courtesy: AMTC, PTB Genaues Verständnis der SEM-Abbildung für präzise Größenmessungen benötigt

21 Funktioniert das denn das auch?

22 EUV-Maske zur Scanner-Charakterisierung Beispiel: EUV-Maske zur Charakterisierung des weltweit ersten EUV-Vollfeld-Belichters (ASML Alpha-Scanner)

23 Erfolgreiche EUV-Belichtungen mit AMTC-Masken Mit EUV-Lithographie auf den Wafer abgebildetes AMTC-Logo. (Linienbreite = 75nm)

24 Gliederung Mooresches Gesetz: Immer kleinere Strukturen Übersicht EUV Lithographie Herausforderung EUV Blank Herausforderung Maskenfertigung Zusammenfassung

25 Zusammenfassung Innovation der Halbleiterindustrie durch stetige Strukturverkleinerung EUV-Lithographie ist eine Option für Strukturen von 32 nm und kleiner Extreme Anforderungen an EUV-Blanks: Ebenheit des Substrate Schichtdicken und Schichthomogenität Schichtspannung Maskenprozeß muß sehr kleine Strukturen bei geringer Toleranz erreichen Vollfeld-EUV-Masken erfolgreich am AMTC gefertigt

26 Danksagung Herzlichen Dank an alle Mitarbeiter des AMTC und unserer Partner- Institutionen für hervorragende Unterstützung. Das AMTC ist ein Joint Venture der Firmen AMD, Inc., Infineon Technologies AG und Toppan Photomasks, Inc. Diese Arbeiten wurden finanziell vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Projekt 01M3154A unterstützt ( Abbildungsmethodiken für nanoelektronische Bauelemente ).

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