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Preis für Angewandte Forschung

Thüringer Forschungspreis 2007 in der Kategorie "Angewandte Forschung"

"Komponenten und Systeme für die EUV-Lithographie bei 13,5 nm"

v.l.n.r.: Dr. Thomas Peschel, Tino Benkenstein, Dr. Torsten Feigl, Christoph Damm, Dr. Sergiy Yulin, Sven Schröder, Dr. Uwe Zeitner

"Komponenten und Systeme für die EUV-Lithographie bei 13,5 nm"

Dr. Torsten Feigl,
Sergiy Yulin, Kandidat Nauk, Karazin-Nationaluniversität Charkow,
Dr. Uwe Zeitner,
Dr. Thomas Peschel,
Dipl.-Phys. Sven Schröder,
Dipl.-Ing. (FH) Christoph Damm
Dipl.-Ing. (FH) Tino Benkenstein

Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) in Jena

Seit den frühen 1970er Jahren folgt die Chipherstellung der Halbleiterindustrie dem sogenannten Mooreschen Gesetz: der Verdoppelung der Zahl der Transistoren pro Chip alle zwei Jahre. Nach allgemeinem Konsens führender Halbleiterhersteller wird sich die Miniaturisierung integrierter Schaltkreise auch in den kommenden Jahren fortsetzen. So gilt die EUV-Lithographie mit einer extrem kurzen Wellenlänge von nur 13,5 Nanometer (nm) als das bisher aussichtsreichste Herstellungsverfahren für zukünftige Generationen von Computerchips mit Strukturbreiten weit unter 32 nm. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) in Jena hat sich mit dem Aufbau einer interdisziplinären Forschungsgruppe der Herausforderung gestellt, bisher nicht geklärte Phänomene von Komponenten und Systemen für den extrem ultravioletten Spektralbereich zu erarbeiten und damit zur industriellen Einführung der EUV-Lithographie beizutragen.
Die nutzbare Leistung einer Hochleistungs-EUV-Quelle bei 13,5 nm sowie die Lebenszeit von Quelle und Kollektoroptik stellen gegenwärtig eine der größten Herausforderungen beim Übergang der EUV-Lithographie vom Entwicklungsstatus in die Produktion dar. Am Fraunhofer IOF Jena wurden verschiedene Technologien zur definierten Abscheidung hochtemperaturbeständiger, hochreflektierender lateraler Gradientenschichtsysteme auf stark gekrümmten Kollektorsubstraten entwickelt und patentiert. Besonderheit bei der Beschichtung von Kollektorspiegeln ist die extreme Variation des Einfallswinkels auf der Spiegeloberfläche mit dem Spiegelradius, so dass die Realisierung von lateralen Schichtdickegradienten erforderlich ist, wobei an jedem Ort der Spiegeloberfläche Schichtdickegenauigkeiten von weniger als 0,025 Nanometer eingehalten werden müssen. Essentiell für die Funktionalität von Kollektorspiegeln ist die thermische Stabilität seiner Beschichtung bis zu einer Temperatur von 600 °C bei gleichzeitiger Erhaltung einer hohen Reflektivität bei der Lithographiewellenlänge 13,5 nm. Das hierfür entwickelte Schichtsystem verhindert die Interdiffusion der beiden Schichtmaterialen Molybdän und Silizium durch den Einsatz neuer thermischer Blockerschichten mit Einzelschichtdicken von wenigen Atomlagen.

Für die Entwicklung von Resistlacken für die EUV-Lithographie wurde der Prototyp eines Laborresistbelichters bei einer Arbeitswellenlänge von 13,5 nm entwickelt. Herzstück des Gerätes ist ein ebenfalls am Fraunhofer IOF Jena realisiertes beugungsbegrenztes EUV-Schwarzschild-Objektiv. Wegen der maximal zulässigen Deformation der optisch wirksamen Flächen im Subnanometer-Bereich ist die Verformung der Spiegelsubstrate durch Gravitation, Spannungen der Beschichtung sowie die mechanische Objektivhalterung zu berücksichtigen und zu korrigieren. Am Beispiel des Schwarzschild-Mikroskopobjektives wurde ein polymerfreies Fügeverfahren für optische Elemente auf der Basis eines Lötprozesses entwickelt, das es ermöglicht, diese Bauelemente mit einer Genauigkeit von einem Mikrometer zu zentrieren. Gleichzeitig konnte die durch die Aufhängung bedingte Oberflächendeformation der Spiegel auf weniger als einem Nanometer reduziert werden. In ersten Experimenten gelang die Direktstrukturierung verschiedener EUV-Resists bei 13,5 nm mit einer Auflösung von weniger als 100 Nanometern.

Um EUV-Optiken anwendungsnah hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit zu charakterisieren, wurde eine neue Messtechnik entwickelt. Mit dem Messsystem können EUV-Komponenten schnell und umfassend direkt vor Ort charakterisiert werden. Die vor Ort durchführbare Qualitätskontrolle bietet so eine wichtige Grundlage für die EUV-Systementwicklung. Darüber hinaus bietet das System die Möglichkeit, Rauheitsspektren nanostrukturierter Oberflächen mit extrem hoher Auflösung zu untersuchen. Es schließt dabei die Lücke zwischen existierenden Systemen, die im sichtbaren Spektralbereich oder im Röntgenbereich arbeiten.

Laudatio:
Dipl.-Phys. Winfried Kaiser
Leiter Produktentwicklung und Strategie Lithographie-Optik
der Carl Zeiss SMT AG

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