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| Optiken für 193 nm Immersionslithographie |
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Einführung
Die Immersionslithographie hat ihre Wurzeln in der bewährten Technologie der Immersionsmikroskopie. Bereits im 19. Jahrhundert nutzten Wissenschaftler bei Carl Zeiss ein Prinzip, das von dem italienischen Physiker Giovanni Battista Amici (1786 – 1863) entdeckt und erstmals beschrieben wurde. Ein dünner Flüssigkeitsfilm zwischen Mikroskopobjektiv und Probe steigert die Tiefenschärfe und ermöglicht den Bau von Objektiven mit einer numerischen Apertur höher als 1 und somit eine bessere Auflösung.
Technische Prinzipien
Durch eine Immersionsflüssigkeit zwischen dem Wafer und dem Objektiv wird der Strahlengang signifikant verändert. Das bietet zwei Vorteile: Zum einen wird die Tiefenschärfe bei einer gegebenen numerischen Apertur erhöht, und zum anderen gestattet die Immersion eine Objektivbauweise mit einer numerischen Apertur deutlich über 1, die somit eine höhere Auflösung erzielt.
NA<1: Steigerung der Tiefeschärfe aufgrund kleinerer Winkel in Wasser.
NA>1: Nur durch Immersion realisierbar. Bei trockenen Linsen würde an der letzten Oberfläche eine totale Reflektion stattfinden. Mit Immersionsobjektiven lassen sich kleinere kritische Dimensionen auflösen. Verbesserte Auflösung!
Starlith® 1150i – das Objektiv, das die Roadmap der optischen Lithographie veränderte
Eine Gruppe Wissenschaftler bei der Carl Zeiss SMT AG hat das Prinzip der Immersion übernommen und ein für die Immersionslithographie geeignetes Objektiv entwickelt . Aus verschiedenen Gründen entschied man sich für eine Beleuchtungswellenlänge von 193 nm und für Wasser mit hohem Reinheitsgrad als Immersionsflüssigkeit. Ausgangspunkt für die Entwicklung war das bereits bewährte Lithographie-Objektiv Starlith® 1150 mit einer numerischen Apertur von 0,75 und einer Auflösung von 90 nm. Die Entwicklungsarbeiten begannen im Sommer 2002 und schon nach wenigen Monaten wurde das Starlith® 1150i als erstes Großfeld-Immersionsobjektiv vorgestellt, dessen technische Daten weitgehend der „Trockenversion“ entsprechen. Bereits im Sommer 2003 wurde das Starlith® 1150i in ein Pilotsystem von ASML – das AT:1150i - integriert. In den folgenden Monaten wurde der Nachweis für die Realisierbarkeit der Immersionslithographie erbracht. Die vielversprechenden Ergebnisse führten zu einer unvorhergesehenen Änderung in der Roadmap für die optische Lithographie. Galt nur zwei Jahre zuvor noch die 157nm-Lithographie (F2) als Technologie der Wahl, um die Auflösungslücke zwischen der „trockenen“ 193nm-Lithographie und der EUV-Lithographie zu schließen, so hat sich die 193nm Immersionslithographie inzwischen gegenüber der F2-Technologie vollständig durchgesetzt und peilt eine Auflösung von mindestens 45 nm an.
In einer Belichtungsserie wurde der Wafer absichtlich aus seiner Idealposition heraus entlang der optischen Achse verschoben. Während in der “trockenen” Lithographie" (oben) schon bei einer Defokussierung von 0,3µm die Strukturen nicht mehr deutlich abgebildet werden, ist bei der Immersionsversion desselben Objektivtyps (unten) auch eine Defokussierung von +/- 0,5 µm noch unkritisch. Das verdeutlicht sehr eindrucksvoll die Steigerung der Tiefenschärfe durch die Immersionsflüssigkeit.
Starlith® 1250i – tauglich für den Einsatz in der Massenproduktion
Auf der Semicon West 2004 stellte Carl Zeiss SMT das neuentwickelte Optiksystem Starlith® 1250i vor, das erste serientaugliche Objektiv für Immersionslithographie bei der Belichtungswellenlänge 193 nm. Das Objektiv wird in den TWINSCANTM XT:1250i von ASML eingebaut, einen Lithographiescanner für die Vorbereitung der Serienproduktion. Die Plattform des TWINSCANTM verbindet die verbesserte Tiefenschärfe der Immersionssysteme mit der Präzision „trockener“ Lithographiesysteme. Das Objektiv Starlith® 1250i stellt für die 193 nm-Immersionslithographie einen wichtigen Schritt in Richtung Einsatz in der Massenproduktion dar. Das Objektiv verfügt über eine numerische Apertur von 0,85; seine Auflösung ist mit 70 nm spezifiziert. Der Hauptvorteil dieser Optik besteht in ihrer gegenüber der “Trockenversion” um ca. 50% höheren Tiefenschärfe, wodurch bei der Belichtung erheblich breitere Prozessmargen möglich werden. Dieses Objektiv gestattet es den Chipherstellern, ihre Produktionsprozesse auf die Immersionslithographie auszurichten und sich dadurch einen wesentlichen Wettbewerbsvorteil zu sichern.
Starlith® 1400i
Starlith® 1400i, war der nächste Schritt in der Weiterentwicklung der Immersionslithografie für die Belichtungswellenlänge 193 nm. Es erreicht mit einer NA von 0,93 eine Auflösung von 65 nm. Im Vergleich zu seinem Pendant, dem "trockenen" System Starlith® 1400, von welchem mittlerweile über 100 Systeme an ASML ausgeliefert worden sind, bietet es eine noch höhere Tiefenschärfe.
Starlith® 1700i
Starlith® 1700i überspringt zum ersten Mal die Grenze 1,0 bei der numerischen Apertur. Mit einer NA von 1,2 - bei vollem Bildfeld - bietet es eine um 30% höhere NA als das Vorgängermodell, und entsprechend eine um 30% höhere Auflösung. Es ermöglicht damit die ökonomische Serienproduktion von Mikrochips mit 45 nm Strukturen. Weitere Informationen (engl.)
Mit dem Starlith® 1700i gehört Carl Zeiss SMT zu den fünf Finalisten in der Kategorie Großunternehmen bei der Verleihung des "Innovationspreises der deutschen Wirtschaft" 2006.
Weitere Informationen (engl.)
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