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Entwicklung einer Nanotechnologie-Plattform für die ... - JuSER

Entwicklung einer Nanotechnologie-Plattform für die ... - JuSER

2 DIE ENTWICKLUNG DER

2 DIE ENTWICKLUNG DER SPEICHERTECHNOLOGIE Retikel größer sein können, als deren Abbildungen auf dem Wafer, da durch die Projektion eine Verkleinerung des Bildes erzielt wird. Die minimale Auflösung, die aus dem Rayleigh-Kriterium unter Berücksichtigung verschiedener Prozesseinflüsse (z.B. Linsenfehler) resultiert, ist gegeben durch [6]: λ MFS = k 1 ⋅ (2.3) NA MFS : Minimum Feature Size k 1 : Technologie Konstante (0.5 – 0.9) λ : Wellenlänge NA : Numerische Apertur des optischen Systems Die Verkleinerung der Strukturen auf dem Wafer schränkt die ganzflächige Belichtung, wie sie bei der Kontaktlithographie geschieht, ein. Ein Stepper-Verfahren wird angewendet, in dem der Wafer unter der Maske auf einem X-Y-Tisch verfährt und rechteckige Teilbereiche (26 mm x 32 mm) seriell auf der Probe belichtet werden [7]. Aus den obigen Gleichungen ist zu erkennen, dass die Auflösung mit der Wellenlänge skaliert. Daraus ist der Trend zu Photoquellen niedrigerer Wellenlängen ersichtlich. Es müssen Komponenten wie Photoquellen, Masken, optische Systeme und Fotolacke in Bezug auf den Wellenlängenbereich optimal aufeinander abgestimmt werden. Dabei sind die Parameter Absorption und Transparenz des optischen Systems wellenlängenabhängig und Materialien zur Linsenherstellung müssen angepasst gewählt werden. Der Fortschritt der kommerziell eingesetzten Lithographie wurde in den letzten Jahren maßgeblich durch die Verringerung der Wellenlänge von 436 nm bis zu 193 nm erzielt. Die ersten Photoquellen waren Quecksilber-Gasentladungs-Lampen mit einer Wellenlänge von 436 nm. Die heutigen Belichter verfügen über einen ArF-Laser mit einer Wellenlänge von 193 nm. Es wird hierbei von der Deep Ultra Violet (DUV) Lithographie gesprochen [8]. Unterhalb der Wellenlänge von 157 nm, die mittels F 2 - Laser im Vakuum für Prototypen-Belichter erzeugt wird (Vacuum Ultra Violet – VUV), ergibt sich eine große Lücke im Spektrum der verwendbaren Lichtquellen, da sämtliche Masken-, Spiegel- und Linsen-Materialen diesen Wellenlängenbereich absorbieren. Erst ab ~ 13 nm öffnet sich ein neues Fenster der Extreme Ultra Violet (EUV) Lithographie [9]. Die EUV-Lithographie wird oft in der Literatur als Technologie der nächsten Generation beschrieben, da Strukturweiten deutlich unter 45 nm aufgelöst werden können. Jedoch bringt auch die EUV-Lithographie die Herausforderung neuartiger, weiterentwickelter Lacke und optischer Systeme mit sich, sodass eine kommerzielle Einführung vor 2012 nicht zu erwarten ist [10]. 13

2 DIE ENTWICKLUNG DER SPEICHERTECHNOLOGIE Wird die Wellenlänge der Photoquellen bis zu ~ 1 nm weiter reduziert, so führt dies zur Verwendung von Röntgenstrahlung und der damit entsprechenden X-Ray-Lithographie. Hierbei können jedoch bislang keine bekannten Materialien für eine Optik genutzt werden. Zusätzlich zur Verringerung der Lampen-Wellenlängen werden optische Verfahren zur Steigerung der lithographischen Performance eingesetzt. Techniken wie das Phase Shifting oder die Off-Axis Belichtung können die Auflösung durch Verringerung von k 1 (siehe Gleichung (2.3)) steigern [11, 12]. Durch die Verwendung von Wasser in der Immersion-Lithographie wird eine Vergrößerung der Numerischen Apertur NA auf 1,2 ~ 1,3 in heutigen Systemen erzielt [13]. Im Endeffekt wird durch diese optischen Verfahren eine vierfache Verkleinerung der Strukturen von dem Retikel auf dem Wafer erreicht. Dies wird in der Literatur als 4X-Lithogarphie bezeichnet. Eine Alternative zur Belichtung mittels photonischer Strahlung bietet die Behandlung sensitiver Lacke mit geladenen Teilchen, also Elektronen oder Ionen. Die Elektronenstrahl- und die Ionenstrahl-Lithographie fallen unter die Kategorie der Dirketschreibverfahren, in denen durch elektromagnetische Linsen gebündelte Fokusdurchmesser von bis zu 1 nm realisiert werden [14, 15]. Das Grundprinzip des Belichtens basiert auf denen der Röhrenbildschirme und der Elektronenstrahl- Mikroskope, in denen Strahlen aus geladenen Teilchen mit Hilfe von Ablenkspulen über eine Oberfläche gerastert werden. Zwar bieten diese Verfahren eine äußerst hohe Strukturauflösung, jedoch ist das serielle Schreibverfahren mit enormen Zeitverlusten verknüpft, die den Waferdurchsatz stark senken. Demzufolge werden auch diese Techniken in der industriellen Fertigung von Computerchips keine Anwendung finden. Die Umgehung der bisherigen Nachteile wurde 1995 erstmals von Stephen Y. Chou mit der Vorstellung der Nanoimprint-Lithographie angekündigt [16]. Eine Verknüpfung von Vorteilen der optischen Lithographie und der Direktschreibverfahren - der hohe Durchsatz und die gute Auflösung - sollte durch das entwickelte Prägeverfahren geliefert werden. 2.1.2 Nanoimprint-Lithographie Die Nanoimprint-Lithographie beruht auf dem Prinzip, durch Abformung eines Stempels in einem Lack, Nanometerstrukturen auf einen Wafer zu übertragen. Dabei wird grundsätzlich zwischen zwei Arten der Imprint-Lithographie unterschieden: I) Thermische Nanoimprint-Lithographie II) UV-Nanoimprint-Lithographie Im Fall I) des thermischen Imprints wird ein thermoplastisches Polymer, z.B. 14