Nederlands
Menu

EUV- versus DUV-lithografie: golflengte, optiek en kosten vergeleken

Lithografie is het proces waarbij met licht een circuitpatroon op de wafer wordt afgebeeld. DUV (deep ultraviolet) gebruikt het 193 nm-licht van een ArF-laser en belicht via lenzen en water (immersie) tussen lens en wafer. EUV (extreme ultraviolet) gebruikt licht van 13,5 nm, waarmee in één belichting veel fijnere patronen mogelijk zijn. Dit licht wordt echter door vrijwel alle materialen geabsorbeerd, dus het hele systeem moet uit spiegels in vacuüm bestaan. EUV is veel duurder en complexer.

KenmerkDUV (ArF-immersie)EUV
Golflengte193 nm13,5 nm
LichtbronArF-excimerlaserLaser-geproduceerd plasma. Een laser raakt kleine druppels gesmolten tin
OptiekLenzen (refractief). Bij immersie zit er water tussen de laatste lens en de waferAlleen spiegels (reflectie met meerlaagse coating), omdat vrijwel alle materialen EUV-licht absorberen
FotomaskerTransmissief masker van kwartsReflectief masker met een meerlaagse coating
OmgevingLucht of stikstof, plus het immersiewaterVacuüm
ResolutieTot een pitch van ongeveer 80 nm in één belichting. Voor fijnere patronen is multipatterning nodigPitches van rond 30 nm of kleiner in één belichting. High-NA EUV gaat nog fijner
ProcescomplexiteitMultipatterning (SADP, SAQP enzovoort) verhoogt het aantal processtappenVoor de fijnste lagen minder stappen, maar er zijn nieuwe uitdagingen voor resist en masker
Belangrijkste defectenOverlayfouten en defecten door multipatterningStochastische defecten door het kleine aantal fotonen en maskerdefecten
Prijs van de machineEnkele tientallen miljoenen dollars per stukRuim boven de 100 miljoen dollar per stuk
LeveranciersASML, Nikon en anderenIn feite alleen ASML
Belangrijkste gebruikDe meeste lagen van de meeste chips, ook van geavanceerde chipsDe kritiekste en fijnste lagen vanaf de 7 nm-generatie

De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.

Wanneer welke variant?

DUV
Ook bij geavanceerde chips wordt het grootste deel van de lagen nog steeds met DUV belicht. Het is volwassen, snel en de kosten per laag zijn veel lager.
EUV
Voor de fijnste lagen, die met DUV over meerdere belichtingen moeten worden verdeeld. Het proces wordt eenvoudiger, maar de machine en de bedrijfskosten zijn zeer hoog.
Volgende generatie
High-NA EUV vergroot de numerieke apertuur en lost in de volgende generaties nog kleinere patronen op.

Veelgestelde vragen

Waarom is de golflengte van EUV 13,5 nm?

Hoe korter de golflengte, hoe fijner de patronen die kunnen worden afgebeeld. EUV-licht van 13,5 nm is ongeveer 14 keer korter dan de 193 nm van ArF-DUV en kan in één belichting fijne patronen afbeelden waarvoor met DUV multipatterning nodig is.

Waarom zijn EUV-machines zo duur?

De lichtbron is een met een laser verhit tinplasma, de optiek bestaat volledig uit meerlaagse spiegels en het hele systeem werkt in vacuüm. Eén machine kost ruim meer dan 100 miljoen dollar.

Wie maakt EUV-lithografiemachines?

In feite levert alleen ASML EUV-lithografiemachines.

Heeft EUV DUV vervangen?

Nee. Ook bij geavanceerde chips wordt het grootste deel van de lagen nog steeds met DUV belicht. EUV wordt gebruikt voor de fijnste en meest kritieke lagen.

Test uw begrip

Welke golflengte heeft het licht dat bij EUV-belichting wordt gebruikt?

  1. A193 nm
  2. B248 nm
  3. C13,5 nm
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. 13,5 nm

EUV-belichting (extreem ultraviolet) gebruikt licht met een golflengte van 13,5 nm, ongeveer 1/14 van die van ArF, en kan fijne patronen in één belichting vormen. Licht met deze golflengte wordt door vrijwel alle stoffen, waaronder lucht en glas, geabsorbeerd; daarom wordt in plaats van lenzen een reflecterend optisch systeem met multilayer-spiegels van molybdeen en silicium gebruikt en wordt het binnenste van het apparaat in vacuüm gehouden. De reflectie per spiegel is ongeveer 70%, en na bijna 10 spiegels gaat het grootste deel van het licht verloren, dus een sterke lichtbron is nodig.

Welke omschrijving van ArF-immersiebelichting is juist?

  1. ADe hele wafer wordt voor het ontwikkelen in water ondergedompeld
  2. BDe resist wordt met water verdund aangebracht
  3. CDe ruimte tussen de projectielens en de wafer wordt met water gevuld om de numerieke apertuur (NA) te vergroten
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. De ruimte tussen de projectielens en de wafer wordt met water gevuld om de numerieke apertuur (NA) te vergroten

Bij immersiebelichting wordt de spleet van ongeveer 1 mm tussen projectielens en wafer gevuld met ultrazuiver water, dat een hogere brekingsindex heeft dan lucht (ongeveer 1) en bij 193 nm ongeveer 1,44 is. Omdat NA = n·sinθ, kan de numerieke apertuur groter dan 1 worden (maximaal 1,35) en kunnen bij dezelfde golflengte van 193 nm fijnere patronen worden opgelost. Het werd vanaf ongeveer 2006 in massaproductie ingevoerd, en er werden mondstuktechnieken ontwikkeld die het water ook bij snel bewegende wafers vasthouden, en resistoppervlaklagen waar water moeilijk in dringt.

Welke eigenschap van „High-NA EUV”, ontwikkeld als volgende generatie EUV-belichtingsapparatuur, is juist?

  1. ADe numerieke apertuur van het projectie-optiek is van 0,33 naar 0,55 vergroot, waardoor de resolutie hoger is
  2. BDe belichtingsgolflengte is verlengd tot 193 nm
  3. CBelichten zonder masker
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. De numerieke apertuur van het projectie-optiek is van 0,33 naar 0,55 vergroot, waardoor de resolutie hoger is

De numerieke apertuur van conventionele EUV-belichtingsapparaten is 0,33, maar bij High-NA EUV is die vergroot tot 0,55; de resolutie neemt ongeveer 1,7 keer toe en patronen met een pitch van het begin van de twintigtallen nm kunnen in één belichting worden belicht. De golflengte is dezelfde 13,5 nm. Daar staat tegenover dat de scherptediepte ondieper wordt en door de afhankelijkheid van de verkleining van de richting het belichtbare gebied (shot) de helft van het conventionele is. ASML heeft het ontwikkeld, en een systeem kost naar verluidt ongeveer 50 miljard yen.

  1. Wat is de juiste hoofdoorzaak van de stochastische fluctuaties (stochastics) die bij EUV-belichting een probleem vormen?
  2. Welk bedrijf levert EUV-belichtingsapparatuur praktisch als enige?
  3. Welke eigenschap van het masker voor EUV-belichting is juist?

Oefenvragen over Lithografie

Belangrijke termen uitgelegd

EUV-belichting
Belichtingstechniek met extreem ultraviolet licht met een golflengte van 13,5 nm. Gebruikt reflecterende optiek en een vacuümomgeving.
Immersielithografie
Belichtingsmethode waarbij de ruimte tussen lens en wafer met water is gevuld. De numerieke apertuur kan hoger dan 1 worden, waardoor met een ArF-excimerlaser fijnere patronen mogelijk zijn.
High-NA EUV
EUV-belichtingsapparatuur van de volgende generatie met een hogere resolutie, doordat de numerieke apertuur (NA) van de projectieoptiek is vergroot van 0,33 bij het gangbare EUV naar 0,55.

Verwante vergelijkingen