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Neues EUV-Reflektometer

Charakterisierung optischer Oberflächen, kontaminationsfrei und mit hoher Positioniergenauigkeit

PTBnews 3.2023
22.09.2023
Besonders interessant für

Halbleiterindustrie

EUV-Lithografie

optische Messtechnik

Seit 25 Jahren unterstützt die PTB die Entwicklung der Lithografie mit Extrem-Ultraviolettstrahlung in Europa über die Charakterisierung optischer Beschichtungen. Seit 2019 wird diese europäische Technologie in der Massenfertigung von hochwertigen Halbleiterbauelementen eingesetzt. Die Anforderungen an die Qualität der Messungen haben sich damit noch einmal deutlich erhöht. Daher wurde jetzt ein neues, verbessertes Reflektometer in Betrieb genommen.

Das Innere des neuen EUV-Reflektometers während der Endmontage

Die Extrem-Ultraviolett(EUV)-Lithografie ist ein optisches Verfahren bei der Arbeitswellenlänge von 13,5 Nanometern, mit dem in der industriellen Massenfertigung High-End-Halbleiterbauelemente (etwa Prozessoren) strukturiert werden. In den Belichtungsmaschinen werden Präzisions-Spiegeloptiken verwendet, deren Eigenschaften – insbesondere der Reflexionsgrad – bei der Arbeitswellenlänge hochgenau bestimmt werden müssen. Die PTB arbeitet dafür mit der deutschen und europäischen Zulieferindustrie für die EUV-Lithografie zusammen.

Um den gestiegenen Anforderungen zu genügen, wurde ein in der PTB entwickeltes, neues Reflektometer mit einem kohlenwasserstofffreien Vakuumsystem und verbesserter Probenpositionierung in Betrieb genommen. Es ersetzt ein bereits in den ersten Jahren der Kooperationen aufgebautes System. In diesem waren Vakuumschmierstoffe eingesetzt worden, die zu einer molekularen Kontamination der Probenoberflächen geführt und damit die Messdaten signifikant beeinflusst hatten. Dieser Einfluss hatte durch notwendige Korrekturen in der Auswertung zu erhöhten Messunsicherheiten geführt. Außerdem war die Kontamination für die inzwischen industrielle Nutzung der Optiken nicht mehr akzeptabel. Die neue Mechanik erlaubt es zudem, den Messstrahl auf großen Elementen (beispielsweise den Kollektorspiegeln für die Strahlungsquellen der Belichtungsmaschinen) besser zu positionieren: Aufgrund der örtlichen Gradienten in den Schichtsystemen ist es notwendig, auch auf großen Spiegeln mit Durchmessern von bis zu 700 mm die Messposition mit einer Genauigkeit von nur 0,1 mm zu treffen. Die einzigartige Mechanik ist die wesentliche Komponente und wurde im Gerätebau der PTB konstruiert und insbesondere die kritischen Teile hier auch gefertigt.

Das Instrument steht seit dem ersten Quartal 2023 zur Verfügung und kann durch weitestgehend automatisierte Messprozeduren täglich rund um die Uhr genutzt werden. Pro Jahr kommen so mehr als 2500 Messstunden zusammen.