EUV-technologie

More documents

Recommendations

Info

Microchips Figuur 1: Overzicht lichtbronnen: waar bevindt zich EUV in lichtspectrum? De belangrijkste factoren die kunnen worden beïnvloed door de optische technologie zijn λ, de golflengte van het licht, en NA, de numerieke apertuur van het optische systeem. De NA bepaalt het bereik van de hoeken waarover het systeem licht kan ontvangen. Om de kleinst mogelijke details te bereiken is een grote apertuur en licht met een korte golflengte nodig. De zogenaamde procesfactor k1 is van essentieel belang voor de halfgeleiderindustrie. De procesfactor geeft aan hoe complex het productieproces is. Bij een hoge k1 is de productie relatief eenvoudig, maar is er weinig ruimte voor miniaturisatie. Als de k1 onder het theoretische minimum van 0,25 komt, kan de vereiste resolutie alleen bereikt worden met complexe methoden zoals ‘double patterning’, een technologie waarbij de afbeeldingen elkaar deels overlappen. Deze maken het hele proces echter duurder en vatbaar voor overlayfouten. Immersie Immersie Overeenkomstig de roadmap die de halfgeleiderindustrie heeft opgesteld, wordt de volgende resolutie 32 nanometer halfpitch (hp), wat betekent dat er 32-nanometer-brede lijnen worden geprint met een 32-nanometer-brede opening tussen de lijnen. Met de huidige lichtbrontechnologie kan dit doel niet bereikt worden zonder de procesfactor k1 lager te maken dan 0,25. Alle werkbare methoden om de numerieke apertuur groter In het november/december 2008-nummer van Het Ingenieursblad vindt u een artikel over de toepassing van immersie, het gebruik van water als extra lichtbreker, om bovenvermelde NA te bereiken. Op http://youtu.be/X7FMo_xevpU kunt u in een videofragment zien hoe immersie werkt. 56 | Het Ingenieursblad JG 79 · 3/2010 te maken dan het theoretische maximum van 1,0 zijn al toegepast (het praktische maximum van de NA door het gebruik van immersielithografie is bepaald op 1,35). Daarom lijkt een aanzienlijk kortere golflengte de enige haalbare manier om een toekomstbestendige technologie te ontwikkelen waarmee rendabele halfgeleiders met een resolutie < 32 nm geproduceerd kunnen worden. De volgende stap: EUV © Nasa EUV staat voor extreem ultraviolette straling. Momenteel maken geavanceerde lithografieapparaten gebruik van kryptonfluoride of argonfluoride excimeerlasers die ultra violet licht met een golflengte van respectievelijk 248 of 193 nm uitstralen. Vergeleken met deze waarden, is de volgende stap gigantisch. EUV heeft een golflengte van ca. 13,5 nm en komt daarmee bijna binnen het bereik van de Röntgenstraling. Daarom moesten de ingenieurs en ontwikkelaars bijna elk aspect van de optische kolom en de rest van het lithografiesysteem opnieuw bestuderen. Optica: De traditionele lithografiesystemen gebruiken sets van verschillende lenselementen om het licht te bundelen, een te groot diffractieverlies te vermijden en de kleinste details mogelijk te maken. Omdat geen enkel optisch materiaal transparant is in de golflengte van EUV maakt de nieuwe technologie gebruik van spiegels in plaats van lenzen. En deze spiegels moeten voorzichtig worden gebruikt. Vanwege de korte golflengte weerkaatst elke spiegel met soms wel 100 lagen van afwisselend molybdenum en silicium op zijn best ongeveer 70% van de straling. Voor een grote productiviteit moet het aantal spiegels dus beperkt blijven. Bij een klein aantal spiegels stijgt de optische efficiency van de hele optische kolom, maar bij een relatief hoog aantal spiegels kan de apertuur groter zijn. De ontwikkelaars moeten
zorgvuldig proberen de juiste evenwicht te vinden om optimale lithografische resultaten te kunnen bereiken. Een andere uitdaging bij het ontwerpen van het optische systeem is dat spiegels niet in één lijn kunnen worden opgesteld, zoals bij lenzen. Ze mogen elkaar niet in de weg staan en moeten toch zo efficiënt mogelijk het licht weerkaatsen. Dat vereist een ingewikkelde opstelling. Om de kleinste details te produceren, kunnen afwijkingen worden gecorrigeerd door de spiegels asferisch te maken, al worden ze hierdoor wel moeilijker te produceren. Het oppervlak moet ongelooflijk nauwkeurig zijn: afwijkingen van meer dan 0,2 nm op het oppervlak zijn niet toegestaan. De EUV-bron: De lichtbron blijkt een van de grootste uitdagingen te zijn bij de ontwikkeling van EUV lithografie. Een groot deel van de straling gaat verloren tussen de bron en de wafer, door het beperkte reflectievermogen van de spiegels. De lichtstraal moet echter toch krachtig genoeg zijn om een grote productiviteit te kunnen garanderen. Daarom moet de stralingsbron ten minste 100 Watt sterk zijn bij de ingang van het optische systeem van de scanner. Dat is ongeveer twee keer meer dan bij de huidige excimeerlasers. Bovendien mag de stralingsdosis niet meer variëren dan 0,5% tijdens de belichting van de chip. Leveranciers als Ushio, Gigaphoton en Cymer werken hard om plasmabronnen te ontwikkelen die voldoen aan de eisen van de halfgeleiderindustrie. Om een puls van plasmalicht te creëren wordt een sterke elektrische stroom of een lasertrigger door een doelmateriaal (meestal tin) gestuurd. Daardoor stijgt de temperatuur van dat materiaal tot ongeveer 500.000°C. Hierdoor ioniseert het gas en worden de elektronen gescheiden van de kern. Zo ontstaat een plasma, een zeer hete wolk van ionen, elektronen en neutrale atomen. Terwijl de elektronen terug vallen naar de grondtoestand zenden ze EUV-licht uit. Die puls kan vervolgens worden gebruikt voor het lithografieproces. Het masker: De maskers die worden gebruikt bij de EUV-technologie werken op basis van reflectie, in tegenstelling tot de traditionele lithografiemaskers die het licht doorlaten. Het maskeroppervlak lijkt op de coating van de spiegels in de optische trein, om een zo groot mogelijke reflectievermogen te bereiken.Net als bij de traditionele maskers worden de structuren op het masker geschreven en overgebracht op de wafer via het optische systeem. Omgeving: De EUV-fotonen worden gemakkelijk geabsorbeerd door omgevende media, waaronder de lucht. Daarom kan EUV uitsluitend worden uitgezonden in een vacuüm. Dat is een van de meest kenmerkende eigenschappen en een belangrijke voorwaarde voor de EUVlithografie. Het EUV-licht zelf levert ook een speciale uitdaging op. Als er verontreiniging is in het vacuüm of op de spiegel kan er namelijk een chemische reactie optreden. Om verontreiniging van de uiterst gevoelige optische apparatuur te voorkomen en de transmissie van de optische kolom te behouden moeten er speciale reinigingsmechanismen worden toegepast. Daarnaast zijn er ook nog een aantal werktuigbouwkundige en thermische uitdagingen. De EUV-apparatuur moet voldoen aan strenge eisen wat de uitlijning en overlay betreft. Daarom moet de machine absoluut trillingsvrij zijn. Om een goede beeldvorming te garanderen moet de temperatuur van de optische trein zeer nauwkeurig worden gereguleerd. Van de ontwikkeling tot de productie Voor buitenstaanders lijken de ontwikkelingen in de halfgeleiders enorm snel te verlopen. Zoals hierboven is beschreven is de technologie zeer complex en daarom spreekt het voor zich dat de ontwikkeling ervan een langetermijnproject is. Aan het eind van de jaren 90 was het al duidelijk dat de grens van 40 nm niet zou worden overschreden met de traditionele lithografiesystemen. ASML, producent van lithografische steppers en scanners, is al in 1999 begonnen met de ontwikkeling van een modulair concept. De producent besloot uit te gaan van de eigen TWINSCAN-systemen en te bepalen welke kenmerken daarvan behouden konden blijven, welke moesten worden aangepast en welke helemaal opnieuw moesten worden ontworpen. De ondersteunende systemen konden voor een groot deel ongewijzigd blijven, maar de optische kolom moest opnieuw worden uitgevonden. Zelfs een onderneming als ASML kon zo’n uitdaging niet alleen aan. Voor een aantal specifiekere taken werd daarom een beroep gedaan op vertrouwde samenwerkingspartners, die de expertise bezitten voor de ontwikkeling van EUV-lichtbronnen of krachtige asferische spiegels. De noodzakelijke vacuümomgeving ontwerpen was geen eenvoudige opdracht voor de researchers. In de oudere generaties steppers en scanners wordt het licht hoofdzakelijk uitgestraald door de lucht, maar er bestond geen specifieke knowhow op het gebied van de benodigde vacuümtechnologie. In het begin moest het bedrijf de expertise buiten de onderneming zoeken. Daarom moest de onderneming ook nieuwe partners aantrekken die deskundig waren op dit gebied. Het ontwerpen realisatieproces van de twee R&D-systemen (de alfa-demotools genoemd) heeft bijna zeven jaar JG 79 · 3/2010 Het Ingenieursblad | 57 Microchips Figuur 2: Vanaf het midden van de jaren 80, is de golflengte van licht gebruikt bij lithografiesystemen met bijna de helft verminderd, van 365 nm naar 193 nm. De omschakeling naar EUV lithografie verminderd de golflengte nog met een factor van bijna 15.
Page 1: Hans Meiling Director Product Manag

EUV-technologie

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?