Photolithographie der nächsten Generation

Photolithographietechniken werden in der Industrie für integrierte Schaltkreise häufig eingesetzt. Neue Industriestandards haben dazu geführt, dass kleinere Merkmale geschaffen werden müssen, die einen geringeren Stromverbrauch ermöglichen. 

Die erreichbaren Größen der Merkmale, die durch Lithografieverfahren erzielt werden können, hängen von der Wellenlänge des verwendeten Lichts ab. Zwei gängige Wellenlängen sind g-line (435 nm) und i-line (365 nm). Bei der Lithografie der nächsten Generation (NGL) wird die Möglichkeit erforscht, kürzere Wellenlängen zu erreichen, um kleinere Merkmale zu erzeugen. Kürzere Wellenlängen führen jedoch auch zu einer geringeren optischen Absorption und unerwünschten Substratreflexionen. Derzeit werden verschiedene NGL-Techniken erforscht und getestet, um die photolithographischen Herstellungsverfahren zu verbessern. Dazu gehören die Röntgenlithographie, die Extrem-Ultraviolett-Lithographie und die Ionenprojektionslithographie.  

Röntgen-Nahbereich  

Die Röntgenlithografie (XRL) ist ein Schattenbelichtungsverfahren mit speziellen Röntgenmasken. Röntgenmasken sind viel dünner als die in der Fotolithografie verwendeten traditionellen Fotomasken. Die Merkmale der Maske müssen so beschaffen sein, dass sie mit denen übereinstimmen, die auf ein Substratmaterial übertragen werden sollen. Die Maske wird mit Röntgenstrahlen bestrahlt, wobei die Auflösung der Merkmale vom Durchmesser der Röntgenquelle, dem Spaltabstand zwischen Maske und Substrat und dem Abstand zwischen Röntgenquelle und Maske abhängt. Die Bedingungen, denen die Maske während der Belichtung ausgesetzt ist, können eine Verformung der Maske und Vibrationsverbiegung verursachen. Diese Verformungen wirken sich direkt auf die Ausrichtung der Maske und die Struktur der Merkmale aus. Kleinere XRL-Wellenlängen (0,4-5 nm) werden jedoch verwendet, damit mehr elektrische Komponenten wie Transistoren auf ein Substrat passen.  

Extrem-Ultraviolett-Lithographie 

Bei der Extrem-Ultraviolett-Lithografie (EUV) wird eine Plasmalichtquelle verwendet, die durch eine reflektierende Maske dringt. EUV-Masken reflektieren das Licht, anstatt es durchzulassen. Die Plasmaquelle wird zur Erzeugung von 13,5 nm-Photonen verwendet, die in einem optischen Kollektor gesammelt werden. Bei dieser Technik werden sehr kleine reflektierende optische Systeme mit Wellenlängen verwendet, die kürzer sind als die gewünschten Abmessungen der Merkmale. Bei EUV werden Mehrschichtspiegel oder Bragg-Reflektoren verwendet, um konstruktive Interferenz zu erzeugen. Mit EUV lassen sich zweidimensionale Designmerkmale erzeugen und mehrere Muster erzeugen.  

Ionenprojektionslithographie 

Bei der Ionenprojektionslithografie (IPL) werden beschleunigte Wasserstoffionen verwendet, um Beugungsproblemen entgegenzuwirken. Die schwere Masse der Ionen erzeugt weniger Streuung, was zu einer höheren Auflösung der Muster führt. Hochgradig UV-beständige Resists wie PMMA werden verwendet, um Strahlungsschäden zu verringern und die bei der Belichtung freigesetzten Ionen zu absorbieren. Das Maskenmaterial besteht in der Regel aus einer Siliziumschablone, die mit einer Kohlenstoffbeschichtung versehen ist, um ein Aufquellen des Substrats und Verformungen zu verhindern. Darüber hinaus werden die Masken oft mit Löchern versehen, um eine Schablonenmaske zu erzeugen. Elektrostatische Linsen werden verwendet, um die beschleunigten Ionen zu fokussieren und abzulenken. Obwohl mit IPL hochauflösende Muster erzeugt werden, ist diese Technik im Vergleich zu herkömmlichen Lithografieverfahren teurer. Darüber hinaus sind längere Bearbeitungszeiten üblich, und bei der Verwendung von Negativresisten kann das Substrat aufquellen.  

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