Massenfertigungstauglichkeit von EUVL in Sicht

ForschungIn diesem Monat lieferte die Firma Carl Zeiss das erste optische System für EUV-Lithografie (EUVL, "Extreme Ultraviolet Lithography") an ASML. Erst im Juli 2009 lieferte die Firma Cymer erste voll integrierte EUV-Strahlungsquelle („laser produced plasma extreme ultraviolet“ (LPP EUV) Lithografie-Quelle) an ASML und verkündete das Erreichen des 75 Watt-Leistungsmeilensteines (volle Belichtung des 300 mm-Wafers) und stellte in Aussicht, im Laufe des Quartals die Leistung auf 100 Watt steigern zu können, womit man 60 300 mm-Wafers pro Stunde belichten könnte. Dies war bisher die Forderung vom Anlagenbauer ASML, um eine kostendeckende Massenfertigung realisieren zu können. Mit dem Kauf des optischen Systems von Carl Zeiss stellte ASML daher auch für das zweite Halbjahr 2010 für die Massenfertigung-taugliche Anlagen in Aussicht. Fünf Bestellungen für EUVL-Fertigungssysteme, deren Auslieferung im Jahr 2010 beginnt, hat ASML bereits erhalten.

Aber nicht nur bei den Anlagen gibt es Fortschritte, sondern auch bei dem EUV-Herstellungsprozess an sich. Das unabhängige Forschungsinstitut IMAC, das mit vielen Firmen im Bereich Forschung kooperiert, konnte im April 2009 erste, teilweise mit EUV-hergestellte, voll funktionsfähige 22 nm-CMOS-SRAM-Zellen präsentieren. Verwendet wurde dabei ein Vollfeld Extreme Ultraviolet (EUV) Alpha Demo Tool von ASML für circa 45 nm große Kontakte und ersten Metallayer mit 60 nm breiten Leitungen und 46 nm Abstand zwischen diesen. Die Zellen waren 0,099 µm² groß, womit sich eine 47 prozentige Flächenverkleinerung gegenüber den in 32 nm gefertigten 0,186 µm² großen Zellen ergibt, bei denen damals im Jahre 2008 lediglich für Kontaktlöcher EUVL verwendet wurde. Für die high-k/metal-gate FinFet Layer wurde aber auch diesmal nicht EUVL verwendet, sondern die bisher übliche Immersionslithografie. Als High-K-Dielektrikum wurde übrigens Hafniumdioxid (HFO2) verwendet, während das Metal-Gate aus Titannitrid (TiN) und Source und Drain aus Nickel-Platin-(NiPt)-Silizid besteht.

EUVL Alpha Demo Tool von ASML bei IMAC

Ursprünglich spielte Intel mit dem Gedanken, bereits beim 22 nm-Prozess EUVL einzusetzen, allerdings hatte man damals wohl noch die nötige Forschung für EUVL unterschätzt, so dass man inzwischen wie die IMB-Allianz auch noch beim 22 nm-Prozess auf Immersionslithografie mit „double pattering“ –Verfahren setzen will, was bei Intel für Ende 2011 geplant ist. Theoretisch könnte man es auch noch für 16 nm-Immersionslithografie einsetzen, allerdings dann nur mit aufwendigem Mehrfach-Pattering - ein Verfahren, bei dem die Anzahl der Belichtungsschritte vervielfacht werden, um die komplette Struktur zu bekommen. So sind bereits bei „double pattering“ doppelt so viele Belichtungsschritte nötig als bei „Single Pattering“, was die Fertigungskosten steigert und zudem sehr genaue Stepper erfordert. Im Gegenzug werden bei EUVL neben den technisches Herausforderungen die Kosten in der Fertigung auch dadurch erhöht, dass die Belichtung vollständig im Vakuum geschehen muss, da EUV-Strahlung sonst von Luftmolekülen absorbiert wird.

Zu den technischen Herausforderungen gehört unter anderem auch die Belichtungsmaske für EUVL. Kurt Ronse, Forschungsleiter der fortschrittlichen Lithografien bei IMEC meinte, dass inzwischen große Fortschritte in der Entwicklung der passenden Fotolacke für EUVL gemacht wurden, aber die Anforderung an die Reinheit und Defektlosigkeit der Maske zum Zeitpunkt der Belichtung zu immer größerem Anliegen wird, weswegen im Juli 2009 IMAC eine Kooperation mit Hama Tech eingegangen ist, um ein Verfahren zu entwickeln, mit dem man EUV-Masken zuverlässig kurz vor der Belichtung reinigen kann. Nach erfolgreichem Abschließen dieses Projektes hofft man bei IMAC, im Jahr 2010 die erste Pilotfertigung starten zu können.

Der Auftragsfertiger TSMC will übrigens - wenn möglich - das Problem mit den teuren Belichtungsmasken komplett umgehen und forscht gemeinsam mit dem Institut Leti an Elektronenstrahl-Lithografie (e-beam Lithography). Das größte Problem der Elektronenstrahllithografie ist der Durchsatz, denn im Gegensatz zu EUVL und anderen Lithografieverfahren werden bei diesem Ansatz die Strukturen nacheinander direkt vom Elektronenstrahl gezeichnet, anstatt durch eine Maske die ganze Fläche eines Wafers zu belichten. Die Geschwindigkeit kann man mit einer Plattform steigern, die mit massivem Paralleleinsatz mehrerer Elektronenstrahlen den Wafer bearbeitet.


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2 Kommentare

2.) Duplex 18.09.2009 - 19:50 Uhr
carl zeiss rules !

die kommen von da wo ich aufgewachsen bin =D , Heidenheim ^^
1.) curie 18.09.2009 - 18:38 Uhr
Hört sich alles spannend an. Aber das Proble mit dem Vakuum und der absoluten Reinheit welche ja so schon gegeben ist. ist beachtlich.