EUV-Interferenzlithographie

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  Intensitätsverteilung hinter einer EUV Interferenzmaske Fraunhofer ILT | Hyun-su Kim Intensitätsverteilung hinter einer EUV Interferenzmaske

Ende des XX Jahrhunderts ist die proximity lithography mit der Benutzung harter Röntgenstrahlen eine der vielversprechendsten Lithographie-Technologien gewesen. Mit der kurzen Wellenlänge harter Röntgenstrahlung ist der Einfluss des Beugungslimits für die Auflösung vernachlässigbar und somit hochauflösende Strukturierung möglich. Weitere Reduktion der Strukturen unterhalb von 3 nm Wellenlänge ist allerdings ineffektiv, da die freie Weglänge der Photoelektronen im Photorestist und somit die Unschärfe des belichteten Bereichs zunimmt. Aufgrund dieser Herausforderungen und schneller Entwicklung der immersion lithography ist die proximity lithography nicht über den Vorproduktionsstatus hinaus weiter entwickelt worden. Der nächste Schritt in der Geschichte der optischen Lithographie ist die radikale Verkleinerung der Wellenlänge von aktuellen 193 nm zu 13,5 nm, welche das Skalieren der Strukturen unterhalb von 10 nm half-pitch levels ermöglichen sollte. Diese Strahlung liegt in dem sogenannten extremen ultravioletten (EUV) Wellenlängenbereich, in dem die Photonenenergie (verglichen mit dem optischen Bereich) signifikant höher ist. Somit unterscheidet sich als Konsequenz die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie von der gut untersuchten ultravioletten Strahlung.

Während des letzten Jahrzehnts sind eine Reihe von Interfenz-Schemata einschließlich des Lloyd-Spiegels, Einfachgitters und Doppelgitters untersucht worden. Jedoch haben diese eine vergleichsweise hohe Anforderung an räumliche und/oder zeitliche Kohärenz, welche diese sehr ineffizient für den Gebrauch mit verfügbaren EUV-Laborquellen macht. Kürzlich ist gezeigt worden, dass es unter Ausnutzung der Fresnel-Beugung kurzwelliger Strahlung an Nanostrukturen möglich ist, die Auflösung des proximity printing zu verbessern. Dies ermöglicht das Erreichen von unter 30 nm Auflösung mit einem Maske-Wafer-Abstand von 30 µm, welcher in industrieller Umgebung realisierbar ist [1-3].

Wir sind an der Machbarkeit der EUV-Interferenzlithographie durch den Talbot-Effekt und dem Ausloten des Auflösungslimits interessiert. In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Lasertechnik werden in Lithographie-Experimenten die EUV-Laborquellen auf dem neuesten Stand der Technik verwendet. Hier wird Strahlung einer Wellenlänge von 10,9 nm und Bandweite von 3%, welche durch ein Xe/Ar gasentladungsproduziertes Plasma erzeugt wird, verwendet [4]. Die Untersuchungen zielen auf die Herstellung von großen nanostrukturierten Feldern für die Anwendungen wie zum Beispiel optische Nanoantennen, Biosensoren, optische Speicher, Nanolithographie und weitere.

 

Referenzen

[1] S. Danylyuk, H. Kim, S. Brose, C. Dittberner, P. Loosen, T. Taubner, K. Bergmann and L. Juschkin: ‘Diffraction-assisted extreme ultraviolet proximity lithography for fabrication of nanophotonic arrays’, J. Vac. Sci. Technol. B 31, 021602 (2013)

[2] S. Brose, S. Danylyuk, L. Juschkin, C. Dittberner, K. Bergmann, J. Moers, G. Panaitov, St. Trellenkamp, P. Loosen, D. Grützmacher: ‘Broadband transmission masks, gratings and filters for extreme ultraviolet and soft X-ray lithography’, Thin Solid Films, 520(15), 5080–5085 (2012)

[3] S. Danylyuk, P. Loosen, K. Bergmann, H. Kim and L. Juschkin: ‘Scalability limits of Talbot lithography with plasma-based extreme ultraviolet sources’, J. Micro/Nanolith. MEMS MOEMS. 12(3), 033002 (2013)

[4] K. Bergmann, S. V. Danylyuk, and L. Juschkin : ‘Optimization of a gas discharge plasma source for extreme ultraviolet interference lithography at a wavelength of 11 nm’, J. Appl. Phys., 106, 073309 (2009)