Halbleiterfertigung: Logik- und Speicher-Chips Angström-Ära: Weltweit erste High-NA-EUV-Pilotlinie für Speicher-Chips

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In einer Studie haben imec und ASML gezeigt, dass Wafer für Logik- und Speicher-Chips mittels High NA EUV strukturiert werden können. Mit den Ergebnissen belegen die Forscher, dass das Ökosystem für die hochauflösende High-NA-EUV-Lithografie mit Einfachbelichtung einsatzbereit ist.

Die EUV-Lithografie ist in der modernen Halbleitertechnik Stand der Technik, um Strukturen auf Wafern zu verkleinern. Dabei handelt es sich um ein Fotolithografie-Verfahren, das extrem ultraviolette Strahlung (englisch: extreme ultra violet, EUV) mit einer Wellenlänge von 13,5 nm nutzt. Mit der High-NA-EUV-Lithographie (NA steht für numerische Apertur, Öffnungswinkel, von 0,55 statt 0,33) ist eine optische Auflösung von weniger als 10 nm auf dem Mikrochip möglich – d.h., man kann rund dreimal mehr Strukturen auf der gleichen Fläche unterbringen.

Das belgische Forschungsinstitut imec hat nun Lithografiestrukturen präsentiert, die nach der Belichtung mit dem NA-EUV-Lithografen im Labor in Veldhoven, Niederlande, erstellt wurden. Das Labor betreiben imec und ASML.

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Random Logic-Strukturen mit einer Größe bis hinunter zu 9,5 nm (19 nm Pitch), Random Vias mit einem Abstand von 30 nm von Mitte zu Mitte, Strukturen in 2D mit einem Pitch von 22 nm und ein DRAM-spezifisches Layout mit P32 nm wurden nach einer einzigen Belichtung erzeugt.

Verwendet wurden Materialien und Basisprozesse, die von imec und seinen Partnern im Rahmen des Advanced Patterning Program für High NA EUV optimiert wurden. Mit diesen Ergebnissen belegen die Forscher, dass das Ökosystem für die hochauflösende High-NA-EUV-Lithografie mit Einfachbelichtung einsatzbereit ist.

Das High NA EUV Lithography Lab in Veldhoven

Nach der kürzlich erfolgten Eröffnung des gemeinsamen ASML-imec High NA EUV Lithography Lab in Veldhoven, Niederlande, haben Kunden nun Zugang zum High NA EUV-Scanner, um eigene High-NA-EUV-Anwendungsfälle unter Nutzung der kundenspezifischen Design-Regeln und Layouts zu entwickeln.

imec hat erfolgreich Single-Exposure-Random-Logic-Strukturen mit 9,5 nm engen Metallbahnen strukturiert, was einem Pitch von 19 nm entspricht, und dabei Abmessungen von weniger als 20 nm Tip-to-Tip erreicht. Random Vias mit einem Center-to-Center-Abstand von 30 nm zeigten eine hervorragende Strukturtreue und Gleichmäßigkeit der kritischen Dimensionen. Darüber hinaus zeigten zweidimensionale Strukturen mit einem Pitch von 22 nm eine ausgezeichnete Leistung, was das Potenzial der High-NA-Lithografie für das 2D-Routing unterstreicht.

Mehrere Belichtungsmasken durch einzige Belichtung ersetzen

Über Logikstrukturen hinaus hat imec erfolgreich mit einer einzigen Belichtung Designs strukturiert, die den Storage Node Landing Pad mit der Bit-Line-Peripherie für DRAM integrieren. Damit ist das Potenzial High-NA-Technologie belegt, mehrere Belichtungsmasken durch eine einzige Belichtung zu ersetzen.

Diese bahnbrechenden Ergebnisse sind das Ergebnis intensiver Vorarbeiten von imec und ASML – in enger Zusammenarbeit mit ihren Partnern – zur Vorbereitung des Patterning-Ökosystems und der Metrologie für die erste Generation der High-NA-EUV-Lithografie. Vor den Belichtungen bereitete imec spezielle Waferstapel (einschließlich fortschrittlicher Resists, Basisschichten und Fotomasken) vor und transferierte High-NA-EUV-Baseline-Prozesse (wie die optische Proximity-Korrektur (OPC), integrierte Strukturierungs- und Ätztechniken) auf den 0,55-NA-EUV-Scanner.

Steven Scheer, Senior Vice President für Computertechnologien und -systeme/Computersystemskalierung bei imec erklärt: „Wir freuen uns, im gemeinsamen ASML-imec-Labor die weltweit erste High-NA-fähige Logik- und Speichermusterung als erste Validierung von Industrieanwendungen zu demonstrieren. Die Ergebnisse zeigen das einzigartige Potenzial von High-NA-EUV, die Erstellung von 2D-Merkmalen in einem einzigen Schritt zu ermöglichen, was die Designflexibilität verbessert und die Kosten und Komplexität der Strukturierung reduziert. Mit Blick auf die Zukunft wollen wir unseren Partnern im Bereich der Strukturierung wertvolle Erkenntnisse liefern und sie bei der Weiterentwicklung von High-NA-EUV-spezifischen Materialien und Anlagen unterstützen.“

Luc Van den hove, Präsident und CEO von imec ergänzt: „Die Ergebnisse bestätigen die seit langem vorhergesagte Auflösungsfähigkeit der High-NA-EUV-Lithografie, die auf Metallschichten mit einem Pitch von unter 20 nm in einer einzigen Belichtung abzielt. High NA EUV wird daher eine entscheidende Rolle bei der Fortsetzung der dimensionalen Skalierung von Logik- und Speichertechnologien spielen, einer der wichtigsten Säulen, um die Roadmaps tief in die „Angström-Ära“ voranzutreiben.“ (kr)

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