Globalfoundries EUV-Lithografie bis 2014 oder 2015 in Massenproduktion

Auf der Semicon-West-Konferenz in San Francisco gab Gregg Bartlett, Senior-VP für Forschung und Entwicklung bei der Foundry Globalfoundries den Fahrplan für die Einführung von EUV-Lithografie bekannt. 2014 oder spätestens 2015 soll die Technologie in der Massenproduktion eingesetzt werden.

EUV-Lithografie (EUVL) ist ein Fotolithografie-Verfahren, das elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge  von 13,5 nm (91,82 eV) nutzt, sogenannte extrem ultraviolette Strahlung  (extreme ultra violet, EUV). Dies soll es ermöglichen, auch zukünftig die Strukturverkleinerung in der Halbleiterindustrie  fortzusetzen, um kleinere, effizientere, schnellere und günstigere Chips herstellen zu können.

Globalfoundries-VP Greg Bartlett erklärte in seiner Keynote-Rede, dass Globalfoundries wie schon zuvor Intel, Samsung, Toshiba und TSMC ein Pre-Produktions-Tool von ASML kaufen zu wollen. In der 2. Jahreshälfte 2012 soll dann ein erstes Produktions-Tool zum Einsatz kommen, 2014 oder spätestens 2015 die Massenproduktion mit EUV-Lithografie beginnen. Das Produktions-EUV-Tool wird von Globalfoundries in Fab 8 in Malta im US-Bundestaat New York installiert werden.

Wenig überraschend erklärte Bartlett, das die 193-nm-Immersionslithografie mit Double-Patterning mit schrumpfenden Strukturgrößen zu teuer wird und er hofft, die Fertigungskosten mit EUV-Lithografie deutlich senken zu können. Beim Double-Patterning-Verfahren wird ein Wafer zweimal belichtet. Zunächst wird eine Struktur mit der maximal erreichbaren optischen Auflösung aufgebracht (z. B. mit 45 nm Strukturbreite), danach die Position des Wafers um die halbe Auflösung verändert (22 nm) und dann eine zweite Struktur projiziert. Die Positioniergenauigkeit der Wafer-Stepper reicht für diesen Prozess aus, durch die wiederholte Belichtung erhöhen sich aber die Prozesszeiten. Durch Double-Patterning konnten in Kombination mit der Immersionslithografie bei 193 nm bereits Strukturgrößen von 22 nm erzielt werden. Eine Kombination von Double-Patterning und der 32-nm-Immersionslithographie könnte gar eine Strukturgröße von 16 nm ermöglichen, allerdings auf Kosten explodierender Fertigungskosten.

Unsprünglich war der Einsatz von EUV bereits für 65-nm-Chips geplant, allerdings gab es signifikante Probleme, die den Einsatz seinerzeit verhindert haben. Mit seiner sehr kurzen Wellenlänge von 13,5 nm wird die EUV-Strahlung schon von Luft und von den meisten Materialien vollständig absorbiert. Die mittlere Absorptionslänge in Luft beträgt weniger als einen mm, somit wird die Verwendung von Hochvakuum unumgänglich.

Die hohe Absorption bringt es mit sich, dass keine refraktiven Optiken, z. B. Linsen, verwendet werden können, stattdessen müssen Spiegeloptiken eingesetzt werden. Die Masken müssen ebenfalls stark reflektierende (rund 70 %) Oberflächen besitzen und unterscheiden sich somit von den konventionellen Belichtungsmasken. Des Weiteren stellt die EUV-Technologie sehr viel höhere Anforderungen an die Oberflächenrauheit (0,25 nm) aufgrund der Rayleigh-Streuung sowie an die Formtreue der Masken und der zu belichtenden Materialien. Das erforderliche Auflösungsvermögen und die Empfindlichkeit der Fotolacke stellen weitere Herausforderungen dar. Das größte Problem bestand jedoch in der Erzeugung der hohen erforderlichen EUV-Strahlungsleistung (es werden mehr als 100 W am Zwischenfokus benötigt).