Imec präsentiert 20nm Pitch Line/Space Resist Imaging mit High-NA EUV Interferenzlithographie

Schematische Darstellungen (nicht maßstabsgetreu) von (links) Lloyd's Mirror-Anordnung für High-NA EUV-Interferenz-Coupon-Experimente und (rechts) Interferenzkammer für Full-Wafer-Experimente. / Schematic representations (not to scale) of (left) Lloyd’s Mirror setup for high-NA EUV interference coupon experiments and (right) interference chamber for full-wafer experiments.

Schematische Darstellungen (nicht maßstabsgetreu) von (links) Lloyd's Mirror-Anordnung für High-NA EUV-Interferenz-Coupon-Experimente und (rechts) Interferenzkammer für Full-Wafer-Experimente. / Schematic representations (not to scale) of (left) Lloyd’s Mirror setup for high-NA EUV interference coupon experiments and (right) interference chamber for full-wafer experiments.

(Links) Querschnitts-SEM-Aufnahme eines 20-nm-L/S-Musters auf einem Inpria-Metalloxid-Resist, belichtet in einem Lloyd's-Spiegel-Interferenzaufbau bei einer Dosis von 64mJ/cm2 und einem Interferenzwinkel von 20°. (Rechts) Fourier-Transformationsanalyse, wobei 0,05=20nm Abstand. / (Left) Cross-section SEM image of a 20nm L/S pattern imaged an Inpria metal-oxide resist, exposed in a Lloyd’s mirror interference setup at a dose of 64mJ/cm2 and interference angle 20°. (Right) Fourier transform analysis where 0.05=20nm pitch.

IImec, ein weltweit führendes Forschungs- und Innovationszentrum für Nanoelektronik und digitale Technologien, meldet erstmals den Einsatz einer 13,5 nm High Harmonic Generator-Quelle für das Printing von Linien/Abständen mit 20 nm Pitch mittels Interferenzlithografie eines Inpria-Metalloxid-Resists unter High-NA-Bedingungen (High-Numerical-Aperture). Die demonstrierte High-NA-Fähigkeit der EUV-Interferenzlithographie unter Verwendung dieser EUV-Quelle stellt einen wichtigen Meilenstein des AttoLab dar, einer von imec und KMLabs initiierten Forschungseinrichtung zur Beschleunigung der Entwicklung des High-NA-Patterning-Ökosystem auf 300 mm-Wafern. Das Interferenz-Tool wird eingesetzt, um die grundlegende Dynamik der Fotolackabbildung zu erforschen und strukturierte 300 mm-Wafer für die Prozessentwicklung bereitzustellen, bevor der erste 0,55 high-NA EXE5000-Prototyp von ASML verfügbar wird.

Die High-NA-Belichtung bei 13,5nm wurde mit einer kohärenten High-Flux-Laserquelle von KMLabs in einem Lloyd's-Mirror-basierten Interferenzaufbau für Coupon-Experimente an der Spektroskopie-Beamline des imec emuliert. Diese Apparatur liefert entscheidende Erkenntnisse für den nächsten Schritt, die Erweiterung auf 300 mm-Wafer-Interferenzbelichtungen. In dieser Anordnung interferiert das von einem Spiegel reflektierte Licht mit dem direkt von der 13,5nm-Laserquelle emittierten Licht und erzeugt so ein feines, detailliertes Interferenzmuster, das für die Resistabbildung geeignet ist. Der Abstand des abgebildeten Resistmusters kann durch Veränderung des Winkels zwischen den interferierenden Lichtstrahlen eingestellt werden. Mit diesem Aufbau konnten am imec erstmals erfolgreich 20nm Linien/Abstände in einem Inpria-Metalloxid-Resist (Belichtungsdosisbereich von ~54-64mJ/cm2, Interferenzwinkel 20°) in einer Einzelbelichtung strukturiert werden, beschichtet auf Couponproben.

"Die High-Flux-Laserquelle von KMLabs wurde bei einer rekordverdächtig kleinen Wellenlänge von 13,5 nm eingesetzt und emittiert eine Reihe von Attosekunden-Pulsen (10-18s), die den Fotolack mit einer Pulsdauer von wenigen Femtosekunden (10-15s) Breite erreichen. Dies stellte hohe Anforderungen an die zeitliche Kohärenz der interferierenden Wellen", erklärt John Petersen, Principal Scientist am imec und SPIE Fellow. "Die nachgewiesene Fähigkeit dieses Aufbaus zur Emulation von High-NA EUV-Lithographie-Belichtungen ist ein wichtiger Meilenstein für das AttoLab. Es zeigt, dass wir Femtosekunden breite Pulse synchronisieren können, dass wir eine exzellente Vibrationskontrolle haben und eine ausgezeichnete Stabilität der Strahlführung. Die 13,5nm Femtosekunden-umhüllten Attosekunden-Laserpulse ermöglichen es uns, die EUV-Photonenabsorption und ultraschnelle Strahlungsprozesse zu untersuchen, die anschließend im Photoresistmaterial induziert werden. Für diese Studien werden wir die Beamline mit Spektroskopietechniken koppeln, wie z.B. zeitaufgelöste Infrarot- und Photoelektronenspektroskopie, die wir zuvor in der Laboreinrichtung installiert haben. Die grundlegenden Erkenntnisse aus dieser Spektroskopie-Beamline werden dazu beitragen, die lithografischen Materialien zu entwickeln, die für die nächste Generation (d.h. 0,55 NA) von EUV-Lithografie-Scannern benötigt werden, bevor der erste 0,55-EXE5000-Proto-Typ verfügbar ist."

Als nächstes werden die Erkenntnisse aus diesem ersten Proof of Concept nun auf eine zweite, 300-mm-Wafer-kompatible EUV-Interferenzlithographie-Beamline übertragen, die derzeit installiert wird. Diese Beamline ist für das Screening verschiedener Resistmaterialien unter Hoch-NA-Bedingungen mit wenigen Sekunden pro Einzelbelichtung und für die Unterstützung der Entwicklung von optimierten Struktur-, Ätz- und Messtechnologien, die für die Hoch-NA-EUV-Lithographie geeignet sind, konzipiert. "Die Fähigkeiten des Labors sind für grundlegende Untersuchungen zur Beschleunigung der Materialentwicklung in Richtung Hoch-NA-EUV von entscheidender Bedeutung", sagte Andrew Grenville, CEO von Inpria. "Wir freuen uns auf eine vertiefte Zusammenarbeit mit dem AttoLab".

"Unsere Interferenz-Tools sind darauf ausgelegt, von 32nm Pitch bis zu einem beispiellosen 8nm Pitch auf 300 mm Wafern sowie kleineren Coupons zu gehen", sagt John Petersen. "Sie werden komplementäre Einblicke in das bieten, was bereits mit 0,33NA EUV-Lithographie-Scannern gewonnen wird - die derzeit an ihre ultimativen Grenzen der Einzelbelichtungsauflösung gebracht werden. Neben der Strukturierung werden auch viele andere Bereiche der Materialforschung von dieser hochmodernen Forschungseinrichtung des AttoLab profitieren. Zum Beispiel wird die ultraschnelle Analysefähigkeit die Materialentwicklung der nächsten Generation von Logik-, Speicher- und Quantenbauelementen sowie der nächsten Generation von Mess- und Prüftechniken beschleunigen."