Imec presenteert 20 nm Pitch Line/Space Resist Imaging met High-NA EUV Interferentielithografie

Schematische Darstellungen (nicht maßstabsgetreu) van (links) Lloyd's Mirror-opstelling voor high-NA EUV-interferentie-coupon-experimenten en (rechts) interferentiekamer voor full-wafer-experimenten. / Schematische weergaven (niet op schaal) van (links) Lloyd’s Mirror-opstelling voor high-NA EUV-interferentie-coupon-experimenten en (rechts) interferentiekamer voor full-wafer-experimenten.

Schematische Darstellungen (nicht maßstabsgetreu) van (links) Lloyd's Mirror-opstelling voor high-NA EUV-interferentie-coupon-experimenten en (rechts) interferentiekamer voor full-wafer-experimenten. / Schematische weergaven (niet op schaal) van (links) Lloyd’s Mirror-opstelling voor high-NA EUV-interferentie-coupon-experimenten en (rechts) interferentiekamer voor full-wafer-experimenten.

(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 on 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.

Imec, een wereldwijd toonaangevend onderzoeks- en innovatiecentrum voor nano-elektronica en digitale technologieën, meldt voor het eerst het gebruik van een 13,5 nm High Harmonic Generator-bron voor het printen van lijnen/afstanden met een pitch van 20 nm door interferentielithografie van een Inpria-metaaloxid-resist onder High-NA-omstandigheden (High-Numerical-Aperture). De gedemonstreerde High-NA-capaciteit van EUV-interferentielithografie met gebruik van deze EUV-bron vormt een belangrijke mijlpaal voor AttoLab, een door imec en KMLabs geïnitieerde onderzoeksfaciliteit voor het versnellen van de ontwikkeling van het High-NA-patterning-ecosysteem op 300 mm-wafers. De interferentie-tool wordt ingezet om de fundamentele dynamiek van fotolakafbeelding te onderzoeken en gestructureerde 300 mm-wafers te leveren voor procesontwikkeling, voordat de eerste 0,55 high-NA EXE5000-prototype van ASML beschikbaar komt.

De High-NA-belichting bij 13,5 nm werd nagebootst met een coherente High-Flux-laserbron van KMLabs in een Lloyd's-Mirror-gebaseerde interferentie-opstelling voor coupon-experimenten aan de spectroscopie-beamline van imec. Deze opstelling levert cruciale inzichten voor de volgende stap, de uitbreiding naar 300 mm-wafelinterferentiebelichtingen. In deze configuratie interfereert het door een spiegel gereflecteerde licht met het direct uitgezonden licht van de 13,5 nm-laserbron, waardoor een fijn, gedetailleerd interferentiepatroon ontstaat dat geschikt is voor resistafbeelding. De afstand van het afgebeelde resistpatroon kan worden aangepast door de hoek tussen de interfererende lichtstralen te veranderen. Met deze opstelling kon imec voor het eerst succesvol lijnen/afstanden van 20 nm in een Inpria-metaaloxid-resist (belichtingsdosisbereik van ~54-64 mJ/cm2, interferentiehoek 20°) in één enkele belichting structureren, op couponmonsters.

"De High-Flux-laserbron van KMLabs werd gebruikt bij een recordlaag golflengte van 13,5 nm en zendt een reeks attoseconden-pulsen uit (10-18 s), die de fotolak met een pulsduur van enkele femtoseconden (10-15 s) bereiken. Dit stelde hoge eisen aan de temporele coherentie van de interfererende golven," legt John Petersen uit, Principal Scientist bij imec en SPIE Fellow. "De bewezen capaciteit van deze opstelling om high-NA EUV-lithografiebelichtingen te emuleren, is een belangrijke mijlpaal voor AttoLab. Het toont aan dat we femtoseconden-brede pulsen kunnen synchroniseren, dat we een uitstekende vibratiecontrole hebben en een uitstekende stabiliteit van de straalgeleiding. De 13,5 nm femtoseconden-omhulde attoseconden-laserpulsen stellen ons in staat om de EUV-fotonenabsorptie en ultrasnelle stralingsprocessen te bestuderen die vervolgens in het photoresistmateriaal worden geïnduceerd. Voor deze studies zullen we de beamline koppelen aan spectroscopietechnieken zoals tijdsopgeloste infrarood- en foto-elektronspectroscopie, die we eerder in de laboratoriumopstelling hebben geïnstalleerd. De fundamentele inzichten uit deze spectroscopie-beamline zullen bijdragen aan de ontwikkeling van lithografische materialen die nodig zijn voor de volgende generatie (d.w.z. 0,55 NA) EUV-lithografie scanners, voordat de eerste 0,55-EXE5000-prototype beschikbaar is."

Vervolgens worden de inzichten uit deze eerste proof of concept nu overgebracht naar een tweede, op 300 mm-wafers compatibele EUV-interferentielithografie-beamline, die momenteel wordt geïnstalleerd. Deze beamline is ontworpen voor het screenen van verschillende resistmaterialen onder High-NA-omstandigheden met enkele seconden per enkele belichting en ter ondersteuning van de ontwikkeling van geoptimaliseerde structuur-, etsing- en meettechnologieën die geschikt zijn voor high-NA EUV-lithografie. "De capaciteiten van het laboratorium zijn van cruciaal belang voor fundamenteel onderzoek om de materiaalkunde te versnellen richting high-NA EUV," zegt Andrew Grenville, CEO van Inpria. "We kijken uit naar een intensievere samenwerking met AttoLab."

"Onze interferentie-tools zijn ontworpen om te gaan van 32 nm pitch tot een ongekend 8 nm pitch op 300 mm-wafers en kleinere coupons," zegt John Petersen. "Ze zullen aanvullende inzichten bieden in wat al wordt verkregen met 0,33NA EUV-lithografie-scanners — die momenteel aan hun uiterste grenzen van enkelebelichtingsresolutie worden gebracht. Naast de structuurvorming zullen ook vele andere gebieden van materiaalkunde profiteren van deze ultramoderne onderzoeksfaciliteit van AttoLab. Bijvoorbeeld, de ultrasnelle analysemogelijkheden zullen de materiaalkunde van de volgende generatie logische, geheugen- en kwantumcomponenten, evenals de volgende generatie meet- en testtechnieken versnellen."