„Beyond EUV“-Chipherstellungstechnologie bringt die Soft-Röntgen-Lithographie näher an die anspruchsvolle Hyper-NA-EUV heran

Forscher der Johns Hopkins University haben einen neuen Ansatz zur Chipherstellung vorgestellt, der Laser mit einer Wellenlänge von 6,5 nm bis 6,7 nm - verwendet, auch bekannt als weiche Röntgenstrahlen -, die die Auflösung von Lithographiewerkzeugen auf 5 nm und weniger erhöhen könnten, berichtet Cosmos unter Berufung auf einen in Nature veröffentlichten Artikel.

Die Wissenschaftler nennen ihre Methode „jenseits-EUV“ -, was darauf hindeutet, dass ihre Technologie die branchenübliche -Standard-EUV-Lithographie - ersetzen könnte, aber die Forscher geben zu, dass sie derzeit noch Jahre davon entfernt sind, auch nur ein experimentelles B-EUV-Werkzeug zu entwickeln.

Weiche Röntgenstrahlen können Hyper-NA herausfordern. Auf Papier

Die fortschrittlichsten Chips werden heutzutage mithilfe der EUV-Lithographie hergestellt, die bei einer Wellenlänge von 13,5 nm arbeitet und Strukturen von nur 13 nm (Low-NA EUV von 0,33 numerischer Apertur), 8 nm (High-NA EUV von 0,55 NA) oder sogar 4 nm ~ 5 nm (Hyper-NA EUV von 0,7–0,75 NA) erzeugen kann die Kosten der extremen Komplexität der Lithographiesysteme mit sehr fortschrittlicher Optik, die Hunderte Millionen Dollar kosten.

Durch die Verwendung einer kürzeren Wellenlänge können Forscher der Johns Hopkins University selbst bei Objektiven mit mäßiger NA eine intrinsische Auflösungssteigerung erzielen. Allerdings stehen sie mit B-EUV vor vielen Herausforderungen.

Erstens sind B-EUV-Lichtquellen noch nicht fertig. Verschiedene Forscher haben mehrere Methoden zur Erzeugung von Strahlung mit einer Wellenlänge von 6,7 nm ausprobiert (z. B. mit einem Gadoliniumlaser-erzeugtes Plasma), es gibt jedoch keinen branchenüblichen Standardansatz. Zweitens interagieren diese kürzeren Wellenlängen - aufgrund ihrer hohen Photonenenergie - schlecht mit herkömmlichen Fotolackmaterialien, die bei der Chipherstellung verwendet werden. Drittens wurden mehrschichtig beschichtete Spiegel für diese Art von Strahlung bisher nicht hergestellt, da Licht mit einer Wellenlänge von 6,5 nm bis 6,7 nm von praktisch allem absorbiert und nicht reflektiert wird.

Schließlich müssen diese Lithografiewerkzeuge von Grund auf neu entwickelt werden, und derzeit gibt es kein Ökosystem, das die Entwürfe mit Komponenten und Verbrauchsmaterialien unterstützt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Bau eines B-EUV-Geräts (oder eines Soft-Röntgengeräts?) Durchbrüche bei Lichtquellen, Projektionsspiegeln, Resisten und sogar Verbrauchsmaterialien wie Pellikeln oder Fotomasken erfordert.

Herausforderungen einzeln lösen

Forscher der Johns Hopkins University unter der Leitung von Professor Michael Tsapatsis untersuchten, wie bestimmte Metalle die Wechselwirkung zwischen B-EUV-Licht (ca. 6 nm Wellenlänge) und Resistmaterialien verbessern können, die bei der Chipherstellung verwendet werden (d. h. sie arbeiteten nicht an anderen Herausforderungen im Zusammenhang mit weichen Röntgenstrahlen).

Das Team entdeckte, dass Metalle wie Zink B-EUV-Licht absorbieren und Elektronen emittieren können, die dann chemische Reaktionen in organischen Verbindungen, sogenannten Imidazolen, auslösen. Diese Reaktionen ermöglichen das Ätzen sehr feiner Muster auf Halbleiterwafern.

Interessanterweise schneidet Zink bei herkömmlichem 13,5-nm-EUV-Licht zwar schlecht ab, wird aber bei kürzeren Wellenlängen hochwirksam, was unterstreicht, wie wichtig es ist, das Material auf die richtige Wellenlänge abzustimmen.

Um diese metallorganischen Verbindungen auf Siliziumwafer aufzutragen, entwickelten die Forscher eine Technik namens Chemical Liquid Deposition (CLD). Diese Methode erzeugt dünne, spiegelartige Schichten aus einem Material namens aZIF (amorphe zeolithische Imidazolat-Gerüste), die mit einer Geschwindigkeit von 1 nm pro Sekunde wachsen. CLD ermöglicht auch das schnelle Testen verschiedener Metall-Imidazol-Kombinationen und erleichtert so die Ermittlung der besten Paarungen für verschiedene Lithographiewellenlängen. Während Zink für B-EUV gut geeignet ist, stellte das Team fest, dass andere Metalle bei anderen Wellenlängen möglicherweise eine bessere Leistung erbringen und Flexibilität für zukünftige Chipherstellungstechnologien bieten.

Dieser Ansatz bietet Herstellern einen Werkzeugkasten mit mindestens zehn Metallelementen und Hunderten von organischen Liganden, um maßgeschneiderte Resists zu erstellen, die auf bestimmte Lithografieplattformen zugeschnitten sind, gaben die Forscher bekannt.

Zusammenfassung

Obwohl die Forscher nicht alle B-EUV-Herausforderungen (z. B. Quellenleistung, Masken) gelöst haben, haben sie einen der kritischsten Engpässe gelöst: die Suche nach Resistmaterialien, die mit Licht mit einer Wellenlänge von 6 nm arbeiten können. Sie entwickelten das CLD-Verfahren, um dünne, gleichmäßige Filme amorpher zeolithischer Imidazolat-Gerüste (aZIFs) auf Siliziumwafer aufzutragen. Sie zeigten experimentell, dass bestimmte Metalle (wie Zink) weiches Röntgenlicht absorbieren und Elektronen emittieren können, die chemische Reaktionen in Imidazol-basierten Resists auslösen.

Es gibt viele Herausforderungen, die mit B-EUV gelöst werden müssen, und die Technologie hat keinen klaren Weg zum Massenmarkt. Der CLD-Prozess kann jedoch in großem Umfang eingesetzt werden, sowohl in Halbleiter- als auch in Nicht-Halbleiteranwendungen.

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