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Computational Proximity-Lithographie mit extrem ultravioletter Strahlung = Computational proximity lithography with extreme ultraviolet radiation
2021 & 2022
Dissertation, RWTH Aachen University, 2021
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2022
Genehmigende Fakultät
Fak01
Hauptberichter/Gutachter
; ;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2021-11-19
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2022-02884
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/843117/files/843117.pdf
Einrichtungen
Projekte
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Computational Proximity-Lithographie (frei) ; EUV (frei) ; Lithographie (frei) ; Maskenherstellung (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530
Kurzfassung
Die EUV-Projektionslithographie wird heutzutage effektiv in der Serienanfertigung von Mikochips eingesetzt. Parallel dazu ist die hochauflösende Nanostrukturierung mit Hilfe der Interferenzlithographie demonstriert worden. Nachteile sind bei der Projektionslithographie das aufwändige optische System und bei der Nanostrukturieung die Beschränkung auf periodische Strukturen. Der hier vorgestellte Ansatz - basierend auf Methoden der Computerlithographie – kommt ohne abbildender Optik aus und erlaubt darüber hinaus das Drucken beliebiger (nicht-periodischer) Strukturen. Unter Ausnutzung der Vorteile des iterativen Designs synthetischer Hologramme ermöglicht die beschriebene Idee die Erstellung optischer Strukturen, die für die Proximity-Lithographie mit EUV-Strahlung verwendet werden können. Die Methode erfordert kein ausgeklügeltes optisches System, sondern die numerische Berechnung einer Hologramm-Maske, die die gewünschte Intensitätsverteilung in der Waferebene erzeugt. Es handelt sich um ein inverses Problem: Die Intensitätsverteilung in Waferebene ist bekannt, eine entsprechende Maske muss entworfen werden. Die Lichtfeldverteilung in der Maskenebene wird mit Hilfe des Gerchberg-Saxton-Algorithmus durch Phasenrückgewinnung berechnet. Im EUV-Stektrum sind alle Materialien absorbierend, dies hat einen Einfluss auf die Effizienz der entworfenen Hologramm-Maske und wird in die Berechnungen miteinbezogen. So entsteht eine Maske, die sowohl Phasen- als auch Amplitudenverteilung moduliert. Der Prozess kann als iterative Ausbreitung der Lichtfeldverteilung zwischen Masken- und Waferebene beschrieben werden, wobei bestimmte Einschränkungen gelten: begrenzte Anzahl von Phasenleveln, minimale Elementgröße auf der Maske aufgrund des Herstellungsprozesses, Korrelation zwischen Absorption und Phasenverschiebungen und auch die Resist-Response-Funktion. Aufgrund der optimalen optischen Eigenschaften (geringere Absorption bei ausreichender Phasenverschiebung) wurde als phasenverschiebendes Material ein Photoresist gewählt, der die Strukturierung beliebiger Maskenstrukturen ermöglicht. Für die Realisierung der phasenverschiebenden Hologramm-Maske sind zwei Phasenlevel verwendet worden. Der Herstellungsprozess der entworfenen Maske und die experimentelle Realisierung und Charakterisierung werden besprochen. Die Hologramm-Masken werden bei 13,5 nm Wellenlänge an einem Synchrotron und einer entladungsbasierten Plasmaquelle im Labor belichtet. In verschiedenen Experimenten wird der Einfluss der eBeam-Dosis beim Maskenschreiben, der EUV-Dosis in der Waferebene, des Masken-Wafer-Abstandes, der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse, der Dicke des phasenverschiebenden Materials, anderer EUV-Resists und der Kohärenz untersucht und mit Simulationen verglichen.Nowadays, EUV projection lithography has been proven effective for high-volume manufacturing of microchips. In parallel, high-resolution nanopatterning has been demonstrated utilizing interference lithography. However, the former suffers from the complexity of projection optics, and the latter is limited to periodic structures. The presented approach – based on computational lithography methods – is free of imaging optics and moreover allows for printing arbitrary (non-periodic) structures. Taking advantage of iterative designing of synthetic holograms, the described idea enables creating dedicated optical structure that can be applied for proximity lithography with EUV radiation. The method does not require a sophisticated optical system but necessitates numerical computation of a holographic mask which gives desired intensity distribution at wafer. It is an inverse problem – knowing the intensity distribution at the wafer a mask has to be designed. The light field distribution in the plane of the mask can be calculated using phase retrieval methods based on Gerchberg-Saxton algorithm. Due to the non-negligible attenuation of materials that can be utilized for EUV radiation, there is a need to introduce in calculations its influence on the efficiency of the designed holographic structure (being our mask), thus an element modulating both phase and amplitude distributions is obtained. The process can be described as iterative propagation of light field distribution between mask and wafer planes at which certain constrains are applied: limited number of phase levels, minimal element size on the mask due to the fabrication process, correlation between absorption and phase-shifts and also the resist response. The correlation results from a fact that a phase shifting mask in the EUV regime modifies both amplitude and phase of the incident wave front. Due to the optimal optical properties (lower absorption with sufficient phase shift), a photoresist has been chosen as phase shifting material allowing for patterning of arbitrary mask structures. For the realization of the holographic phase shifting mask we used two phase shifting levels. The fabrication process of the designed mask and experimental realization and characterization will be discussed. The hologram masks are exposed at 13.5 nm wavelength at a synchrotron facility and a plasma-based source. In different experiments the influence of the eBeam dose on the mask, the EUV dose in wafer plane, the mask wafer distance, the reproducibility of results, the thickness of the phase-shifting material, other EUV resists and coherence is investigated and compared to simulations.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
German
Externe Identnummern
HBZ: HT021297302
Interne Identnummern
RWTH-2022-02884
Datensatz-ID: 843117
Beteiligte Länder
Germany
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