34. EMLC 2018 Bienvenue à Grenoble!

Entwicklungen im Bereich der Lithografie und Multi-Beam-Maskenschreiber
Entwicklungen im Bereich der Lithografie und Multi-Beam-Maskenschreiber

Vom 18. bis 20. Juni 2018 fand die 34. European Mask and Lithography Conference EMLC2018 in Grenoble statt. Der Fokus lag auf den Entwicklungen im Bereich der optischen Lithografie und der Multi-Beam-Maskenschreiber - sowie Themen wie Metrologie, photonische und andere nicht Halbleiter-Anwendungen.

Zum dritten Mal fand die EMLC im Minatec-Konferenzzentrum in Grenoble statt. Warum? In Europa gibt es drei Zentren für die Mikroelektronik: Dresden, Leuven/Eindhoven und Grenoble – oft auch »Smart Valley« genannt. Außerdem hat Grenoble eines der besten Mikroelektronik-Ökosysteme. Mehr als 40 weltweit agierende Firmen bilden dort eine Wertkette für Mikroelektronik. Die dreitägige Tagung begann mit einer »Tutorial Session«. Themen waren die Inspektionsherausforderungen auf dem Gebiet EUV-Lithografie sowie ein Überblick über die Methoden OPC (Optical Proximity Correction), RET (Resolution Enhancement Technology) und SMO (Source Mask Optimation).

Etwa 150 Teilnehmer aus elf Ländern haben an der internationalen VDE-Fachtagung teilgenommen. Besonders die Beteiligung der Franzosen war hoch: 40 Prozent aller Beiträge kamen aus dem Gebiet rund um Grenoble. Hauptbeitragende waren CEA-Leti und ST in Crolles. Dr. Uwe Behringer, Geschäftsführer der internationalen Unternehmensberatung UBC Microelectronics, fungierte – wie seit 25 Jahren – als Chairman der Veranstaltung.

Neben den aktuellen Entwicklungen im Bereich der optischen Lithografie und Multi-Beam-Maskenschreiber waren auch Themen wie Metrologie, photonische und andere nicht Halbleiter-Anwendungen Hauptschwerpunkte der Konferenz.

Techniken von heute und morgen

Der erste Keynote-Specher Olivier Noblance von ST Crolles informierte über die Technik für optische Sensoren. Er erwähnte, dass ST Crolles über eine 200-mm-Linie mit 6700 m2 Reinraum für die Strukturierung bis 120 nm und eine 300-mm-Linie mit 12.600 m2 Reinraum für die Strukturierung bis 28 nm verfügt.

Der Markt für CMOS-Image-Sensoren lag 2017 bei 13 Milliarden US-Dollar bei einem jährlichem Wachstum von 10,5 Prozent – sie belegten 89 Prozent des totalen Image-Sensor-Markts in 2017. Laurent Pain von CEA-Leti bemerkte in seiner Keynote »The Battle Field of Lithography«, dass die Lithografie für jede neue Technikeinführung ausschlaggebend ist. Er stellte die Frage: Brauchen wir neue Techniken über die Lichtoptik hinaus? Für den Moment deckt die optische Lithografie die volle Auflösungsbreite ab, aber die Kosten für die Masken (Reticle) haben sich in den letzten zehn Jahren verdreifacht. Bei neue Techniken wie EUV-Lithografie liegen die Kosten für ein Belichtungsgerät bei 100 Millionen US-Dollar. Die komplexen Masken und der noch fehlende geeignete Resist sind weiterhin die Engpässe.

Alternativen sieht Pain in der Verwendung der Multi-Beam-Technik. Hier sind es mehrere Tausend Elektronenstrahlen, die parallel maskenfrei strukturieren. Auch NIL (Nano Imprint Lithography) sieht Pain als geeignete Alternative. Bei dieser Nanoprägelithografie wird ein Template – z.B. eine strukturierte Quarzplatte wie ein Stempel direkt in den Resist gepresst. Drei Techniken werden dabei verwendet:

  • Roller Imprint: Das zu strukturierende Band wird unter einer rotierenden Rolle mit den Strukturen hindurchgefahren.
  • Step and Step/Flash: Nur ein Teil der Unterlage wird strukturiert. Die Unterlage wird anschließend weitergefahren und eine neue Stelle der Unterlage wird strukturiert.
  • Beim dritten Verfahren wird gleich die ganze Unterlage strukturiert, wie z.B. beim Pressen einer CD oder DVD.

Fortschritte der Extrem-UV-Lithografie

Bei der EUV-Lithografie gibt es viele Unterschiede zur normalen optischen Lithografie. Innerhalb des Belichtungsgerätes herrscht Vakuum. Außerdem wird mit weichen Röntgenstrahlen mit einer Wellenlänge von 13,6 nm bestrahlt. Die Strahlung wird durch reflektierende Spiegel fokusiert – Quarzlinsen sind an dieser Stelle ungeeignet. Zusätzlich besteht die Maske aus einer sehr komplexen Multischichtenfolge. Damit sie vor kleinen Partikeln geschützt ist, wird eine dünne Folie (Pellicle) in geringem Abstand über die Maske gespannt. Kleine Partikel auf dieser Folie werden bei der Belichtung nicht übertragen. Die Technik wird auch in der Lichtoptik verwendet.

Allerdings muss die Strahlung bei EUVL zweimal durch die Folie. Bei einer Transparenz von etwa 83 Prozent sinkt die Leistung der Strahlung auf rund 70 Prozent. Die abbildenden Spiegel haben auch keine 100-prozentige Reflexion, sodass die Strahlungsintensität weiter abnimmt. Eine hohe  Strahlungs-intensität an der Quelle ist für den Durchsatz (Wafer/Stunde) sehr wichtig. Laser mit extremer Leistung sind im Einsatz, um eine hohe EUV-Strahlungsleistung zu erzeugen.

TSMC, Samsung, Intel und Globalfoundries sind im Begriff, EUV im Zeitraum 2018 bis 2020 für Logikfertigung einzuführen – Samsung will außerdem für Speicherprodukte EUV einführen. Die Bereiche defektfreie Masken, Pellicles mit hoher Transparenz, hochempfindlicher Resist und nicht zuletzt die extreme Leistungsfähigkeit der Laser zur Erzeugung der EUV-Strahlung stellen nach wie vor eine große Herausforderungen dar. Dennoch sind die ersten EUV-Belichtungsgeräte bereits im Einsatz.