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Metrologie mit 13-nm-Strahlung für die EUV-Mikrolithographie

In der Halbleiterfertigung erfordert die photolithographische Erzeugung immer kleinerer Strukturen Strahlung mit immer geringerer Wellenlänge. Das stellt auch an die Metrologie neue Anforderungen. Zur Durchführung von Messungen für die Entwicklung der EUV-Lithographie, eines Verfahrens der "nächsten Generation", nutzt die PTB in großem Umfang Synchrotronstrahlung im Wellenlängenbereich um 13 nm.

Reflektometer der PTB für die Charakterisierung optischer Komponenten (Spiegel, Gitter, Filter) in monochromatischer Synchrotronstrahlung

Der Fortschritt in der Halbleiterfertigung lässt sich zum Beispiel an den Strukturbreiten von Speicherbausteinen für Computer ablesen: Diese Breiten konnten seit drei Jahrzehnten etwa alle fünf Jahre halbiert werden. Nach den Vorgaben der alljährlich fortgeschriebenen "International Technology Roadmap for Semiconductors", an der sich die Entwicklungsarbeiten orientieren, soll dies auch weiterhin zumindest für die nächsten fünfzehn Jahre erreicht werden und schließlich zu Strukturbreiten von etwa 20 nm führen.

Neben der Elektronenstrahl-Projektionslithographie wird die Photolithographie im Extrem-UV-Spektralbereich (EUV) als zukünftige Technologie zur Erzeugung von Halbleiterstrukturen mit Breiten von 70 nm und weniger angesehen. Die Entwicklung dieses Verfahrens erfordert in großem Umfang "at-wavelength"-Messungen, d. h. Messungen bei Wellenlängen um 13 nm. Der PTB stehen dazu in ihrem Synchrotronstrahlungslabor am Elektronenspeicherring BESSY II in Berlin-Adlershof mehrere Messplätze zur Verfügung, die wegen der starken Nachfrage überwiegend im Mehrschichtbetrieb genutzt werden. Derzeit werden vor allem die folgenden Aufgabenstellungen bearbeitet:

  • Messung des Reflexionsgrades und der Homogenität von Mo/Si-Multilayerspiegeln, die für die Projektion der Maskenstrukturen auf den Wafer eingesetzt werden, mit typischen relativen Messunsicherheiten von 0,2 %
  • Untersuchung der Degradation von EUV-Optiken, Filtern und Detektoren bei intensiver EUV-Bestrahlung
  • Entwicklung von Systemmesstechnik für EUV-Projektionsoptiken
  • Kalibrierung von Messeinrichtungen wie Spektrographen und Filter-Photodioden-Kombinationen, die zur Charakterisierung von EUV-Strahlungsquellen eingesetzt werden, mit Messunsicherheiten bis hinab zu 1 %.

Die Arbeiten werden in national und international geförderten Kooperationen mit Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen durchgeführt.

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Telefon: +49-531-592-0