EUV-Lithographie Christian Krause HHU Düsseldorf, 2013-04-15, Matrikelnr. 1956616
Inhalt Grundlagen der Lithographie Moore'sches Gesetz Konventionelle Lithographie Technische Herausforderungen der EUV Aktueller Entwicklungsstand
Lithographie Ätzen von Strukturhalbleiter-Bauelementen durch die Belichtung von mit photoempfindlichen Lacken beschichtete Silizium-Wafer Struktur eines aktuellen Intel Sandy Bridge Prozessors in 32 nm 6 Transistoren in 90 nm Struktur
Silizium Wafer
Moore'sches Gesetz Die Transistoranzahl von Mikroprozessoren verdoppelt sich alle 18 Monate.
Verwendete Wellenlängen
Technologieknoten-Generation Strukturgrößenmaß für Halbleiterbauelement-Herstellungsverfahren Branchenweite Roadmap für gemeinsame Zukunftsinvestitionen Messung in "half pitch": Halbe Abstandsweite zwischen zwei Leiterbahnen Nicht zwangsläufig die "kleinste herstellbare Struktur", aber: Gutes Vergleichsmaß Ursprünglich: Verkleinerung je Generation auf halbe Fläche = 1/ 2 Längenskala Aber: Zwischenschritte aufgrund zunehmender Verkleinerungsprobleme
Technologieknoten-Generation
Belichtungs-Optik Linsenkonfiguration einer Belichtungsoptik (links) Wafer ist mit photoempfindlichem Lack beschichtet Masken werden verkleinert auf den Wafer projeziert Belichteter Lack wird abgewaschen Ätzung mit Flusssäure
Silizium Wafer
Auflösungsvermögen
Strukturgröße
Technische Hürden der EUV
Technische Hürden der EUV Lösung: Spiegel statt Linsen, aber: Nahezu alle Materialien absorbieren EUV, daher Bragg Reflexe an MoSi-Schichten Mehr als 100 Schichten Schichtdicke: 3-4 nm Toleranz: ~1 Å Nur 70% Reflexion Ebenfalls: Neue Spiegel- Positionierungs-Systeme
Technische Hürden der EUV Bei 8 Spiegeln: 94,2 % Absorption
Technische Hürden der EUV Absorption von EUV auch durch Gase Arbeiten im Hochvakuum nötig Reinigungen und Justage benötigen 7 Tage ++ für Vakuumerzeugung => Produktivitätsverlust
Technische Hürden der EUV Reflexive Masken Maskenträger mit 15 cm Kantenlänge darf kein Staubkorn > 50nm enthalten. Hohe Absorption => Maskenmaterial mit geringer Temperaturausdehnung (wenige ppb / K)
Technische Hürden der EUV Dafür: Geringe Maskenkomplexität, keine Beugungskorrekturen erforderlich
Technische Hürden der EUV Durch hohe Absorption: starke EUV-Quellen (> 100 Watt) Ausschließlich Plasmaquellen kommen in Frage Fokussierung hochintensiver Laserstrahlung oder Hochenergetische Entladung Zinn und Xenon als Quellmaterial
Technische Hürden der EUV Bei geringerer Beleuchtung => längere Belichtung => nicht für Produktiveinsatz geeignet (mind. 100 Wafer/Stunde) 13,5 nm: Charakteristische Linien & Beschichtungen hoher Reflektivität
Technische Hürden der EUV Photolacke bisher: Protonisierung langkettiger Polymere erhöht Löslichkeit nach Belichtung EUV Absorption an den inneren Orbitalen: Elementspezifische Absorption statt molekularer Veränderungen Ausgasen ins Vakuum führt zu Verunreinigung der Spiegel Entwicklung neuer Photolacke erforderlich
EUV Belichtungsoptik
Zusammenfassung Keine Linsen für EUV Bragg Spiegel besitzen schlechten Wirkungsgrad Produktion nur im Hochvakuum Masken: Geringe Temperaturausdehnung, staubfrei EUV-Quelle ausreichender Stärke Entwicklung neuer Photolacke
Stand heute
Stand heute Deutliche Verzögerungen bei der Markteinführung (geplant: 2009) Demogeräte verfügbar, nach wie vor geringer Durchsatz, geringe Ausbeute, hohe Fertigungskosten
Quellen Lithografie- Stand der Technik und Entwicklungen Autoren: Ilona Hirt, Martin Hoffmann TU Ilmenau; Fachgebiet MMS (2006) Telepolis Artikel: Mathematische Notbeatmung für das Mooresche Gesetz http://www.heise.de/tp/artikel/36/36996/1.html (2012) EUV-Lithographie die Chipfertigung der Zukunft von Tilmann Heil, Martin Lowisch, Carl Zeiss SMT AG, Oberkochen (2008) C'T: Lithographie am Limit Lutz Aschke, Stefan Mengel, Jenspeter Rau (Heft 13, 2003)
Belichtungs-Apperaturen
Belichtungs-Apperaturen
Belichtungs-Apperaturen
Belichtungsoptimierung Immersion (Eintauchen, Einbetten)
Belichtungsoptimierung Beugungskorrigierte Masken Erzeugen Interferenzeffekte, die die Beugungseffekte korrigieren
Belichtungsoptimierung Phasenverschiebung rückt Leiterbahnen näher aneinander