Die genaue Kenntnis der Brechzahlnund des Absorptionskoeffizientenkaller in der Fotolithografie verwendeten Materialien ist von großem Interesse bei der Optimierung von Prozessen und Fertigungstechnologien in der Mikroelektronik.
Da bei der Herstellung integrierter Schaltungen die Miniaturisierung eine immer größere Rolle spielt, ist die Reproduzierbarkeit und Stabilität kleinster Strukturen ein wichtiger Parameter in der Lithografie. Dies gilt insbesondere für die modernen (Sub-) 130nm-Technologien, bei denen Strukturen erzeugt werden, die um Vielfache kleiner als die Wellenlänge des zur Belichtung verwendeten Laserlichts sind. Vor allem die optischen Eigenschaften des dabei eingesetzten Fotolacks und einer eventuell vorhandenen Antireflektionsbeschichtung beeinflussen die bei einer Belichtung des Wafers entstehenden Strukturen stark. Daher ist es sowohl für die gesamte Prozessführung und Technologieentwicklung als auch zur Optimierung der Lithografieprozesse von großem Interesse, die optischen Eigenschaften der verwendeten Fotolacke bei der eingesetzten Belichtungswellenlänge mit hoher Präzision bestimmen zu können. Aus diesen Ergebnissen lassen sich dann unter anderem die für den jeweiligen Prozess optimalen Dicken der verwendeten Schichtmaterialien bestimmen. Zur Bestimmung der optischen Konstanten von Fotolacken und Antireflektionsbeschichtungen existieren unterschiedliche Verfahren. Absolutmessungen vonnundksind mit hochgenauen Ellipsometern und Reflektometern möglich, erfordern jedoch einen hohen messtechnischen Aufwand und können im allgemeinen nicht mit Inline-Messgeräten realisiert werden, wie sie im Reinraum der IHP GmbH zur Prozesskontrolle verwendet werden. Diese Geräte erreichen nicht die für Absolutmessungen nötige Genauigkeit. Eine andere Methode basiert auf der Anwendung von Dispersionsmodellen. Da jedoch sowohl Fotolacke als auch organische Antireflektionsbeschichtungen im Spektralbereich um 248.4nm relativ steile Molekülbanden im Dispersionsverlauf aufweisen, ist die Anwendung dieser Modelle nicht zur Bestimmung vonnundkgeeignet. Daher wird in dieser Arbeit auf die Nutzung von Swingkurven zurückgegriffen, durch deren Auswertung eine genaue Bestimmung der optischen Konstanten möglich ist.
Inhaltsverzeichnis
- Inhaltsverzeichnis
- Verzeichnis der Abkürzungen und Formelzeichen
- 1 Einleitung
- 2 Zielstellung
- 3 Verfahren zur Bestimmung optischer Konstanten mittels Swingkurven
- 3.1 Theoretische Grundlagen der Dünnschichtoptik
- 3.1.1 Dünnschichtinterferenz
- 3.2 Swingkurven in der Fotolithografie zur Optimierung von Schichtdicken
- 3.3 Einsatz von Antireflektionsbeschichtungen in der Fotolithografie
- 3.4 Nutzung von Swingkurven zur Berechnung optischer Konstanten
- 3.4.1 Verfahren zur Bestimmung von n und k
- 3.4.2 Swingfit und Ermittlung der Werte für n und k
- 4 Berechnung von Multischichtsystemen mit Hilfe der Matrixmethode
- 4.1 Grundlagen
- 4.1.1 Rechenmethoden der Dünnschichtoptik zur Bestimmung des Reflektionsgrades
- 4.1.2 Grundlegende Definitionen zur Anwendung der Matrixmethode
- 4.2 Herleitung der Matrix für elektromagnetische Wellen
- 4.2.1 Wellengleichungen
- 4.2.2 Aufbau eines Schichtsystems
- 4.2.3 Fresnelsche Koeffizienten für nichtabsorbierende Medien
- 4.2.4 Einfluss der Polarisation
- 4.2.5 Anwendung der Grenzbedingung
- 4.2.6 Aufstellung der Matrix
- 4.2.7 Anpassung für absorbierende Medien
- 4.2.8 Berechnung der Matrizenelemente
- 4.3 Berechnungsalgorithmus der Matrixmethode
- 4.4 Entwicklung der Winkelabhängigkeit
- 4.4.1 Winkelabhängige Fresnelkoeffizienten
- 4.4.2 Winkelabhängige Phasenverschiebung
- 4.4.3 Aufstellung der endgültigen Matrix
- 5 Entwicklung der Software zur Berechnung von Multischichtsystemen
- 5.1 Übersicht der einzelnen Programmmodule
- 5.1.1 Modul zur Berechnung der Swingkurve
- 5.1.2 Modul für Ellipsometerberechnungen
- 5.1.3 Modul zur Berechnung des Swingfits
- 5.1.4 Modul für Beugungsberechnungen
- 5.2 Aufgabenstellung zur Weiterentwicklung der Software
- 5.3 Weiterentwicklungen an der Software
- 5.3.1 Berechnung der Swingkurve mit Hilfe der Matrixmethode
- 5.3.2 Berechnung der Ellipsometergrößen
- 5.3.3 Rechenzeitoptimierung
- 6 Verwendete Messtechnik zur Aufnahme der Swingkurven
- 6.1 Reflektometer
- 6.1.1 Aufbau des Messsystems
- 6.1.2 Durchführung der Messungen
- 6.2 Ellipsometer
- 6.2.1 Optischer Aufbau und Messprinzip des Ellipsometers
- 7 Bestimmung der optischen Konstanten des Fotolackes SL4800
- 7.1 Erstellung der Schleuderkurve
- 7.2 Bestimmung der Dispersion des SL4800 und Schichtdickenmessung
- 7.3 Reflektionsmessung der Swingkurve zur Bestimmung von n und k
- 7.4 Bestimmung der optischen Konstanten
- 7.4.1 Swingfitberechnungen
- 7.4.2 Vergleich der ermittelten Konstanten
- 7.5 Diskussion der Ergebnisse
- 7.6 Zusammenfassung
- 8 Untersuchungen an der Antireflektionsbeschichtung AR10L-600
- 8.1 Messungen zur Aufnahme der Swingkurve
- 8.1.1 Aufnahme der Schleuderkurve des ARC
- 8.1.2 Bestimmung der Dispersion des AR10L-600
- 8.1.3 Ellipsometermessungen
- 8.1.3.1 Reflektometermessungen
- 8.1.4 Bestimmung der optischen Konstanten
- 8.1.5 Berechnung der optischen Konstanten für 190°C Softbake
- 8.1.6 Berechnung der optischen Konstanten für 150°C Softbake
- 8.1.7 Vergleich der berechneten Konstanten
- 8.1.7 Bestimmung der technologisch relevanten Schichtdicken
- 8.2 Untersuchung zum Ausbleichverhalten von AR10
- 8.2.1 Reflektometermessungen
- 8.3 Homogenitätsuntersuchung
- 8.4 Zusammenfassung
- 9 Technologiesimulationen mit Swingkurven
- 10 Zusammenfassung
- Literaturverzeichnis
- Bildverzeichnis
- Tabellenverzeichnis
- Verzeichnis der Anlagen
- Anlage 1 Dispersionsmodell nach Cauchy
- Anlage 2 Ausblick auf weiterführende Untersuchungen
- A 2.1 Amplitudenveränderungen der Swingkurve eines Implantationslacks
- A 2.2 Inline – Reflektionsmessungen mit dem Scanner NSR S207D
- A 2.3 Softwareentwicklung
- Anlage 3 Beeinflussung des AR10L-600 durch Ellipsometermessungen
- Anlage 4 Ergänzende Abbildungen und Tabellen
- Anlage 5 VBA - Programmcode der Matrixmethode
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Weiterentwicklung eines Verfahrens zur Bestimmung der optischen Konstanten von Fotolacken mittels Swingkurven in der Fotolithografie. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Verfahren zur Bestimmung optischer Konstanten durch die Messung der Swingkurve der Reflektion als Funktion der Schichtdicke zu entwickeln und zu optimieren.
- Theoretische Grundlagen der Dünnschichtoptik und Swingkurven
- Einsatz von Antireflektionsbeschichtungen in der Fotolithografie
- Entwicklung einer Software zur Berechnung von Multischichtsystemen
- Bestimmung optischer Konstanten von Fotolacken und Antireflektionsbeschichtungen
- Optimierung von Schichtsystemen durch theoretische Berechnungen
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Einleitung
Dieses Kapitel bietet eine Einführung in die Thematik der Fotolithografie und die Bedeutung der optischen Konstanten von Fotolacken.
- Kapitel 2: Zielstellung
Hier werden die Ziele der Diplomarbeit präzise definiert und die Forschungsfragen, die in der Arbeit behandelt werden, formuliert.
- Kapitel 3: Verfahren zur Bestimmung optischer Konstanten mittels Swingkurven
In diesem Kapitel werden die theoretischen Grundlagen der Dünnschichtoptik und Swingkurven erläutert. Die Anwendung von Swingkurven in der Fotolithografie zur Optimierung von Schichtdicken wird diskutiert.
- Kapitel 4: Berechnung von Multischichtsystemen mit Hilfe der Matrixmethode
Dieses Kapitel behandelt die Matrixmethode als ein Verfahren zur Berechnung der optischen Eigenschaften von Multischichtsystemen.
- Kapitel 5: Entwicklung der Software zur Berechnung von Multischichtsystemen
Hier wird die Entwicklung einer Software zur Berechnung von Multischichtsystemen beschrieben.
- Kapitel 6: Verwendete Messtechnik zur Aufnahme der Swingkurven
In diesem Kapitel werden die verwendeten Messgeräte, Reflektometer und Ellipsometer, vorgestellt und ihre Funktionsweise erläutert.
- Kapitel 7: Bestimmung der optischen Konstanten des Fotolackes SL4800
Dieses Kapitel beschreibt die detaillierte Bestimmung der optischen Konstanten des Fotolackes SL4800 mittels Swingkurvenmessungen.
- Kapitel 8: Untersuchungen an der Antireflektionsbeschichtung AR10L-600
Hier werden die optischen Konstanten der Antireflektionsbeschichtung AR10L-600 bestimmt und das Ausbleichverhalten untersucht.
- Kapitel 9: Technologiesimulationen mit Swingkurven
In diesem Kapitel werden Technologiesimulationen mit Swingkurven durchgeführt und die Ergebnisse diskutiert.
Schlüsselwörter
Fotolithografie, optische Konstanten, Swingkurven, Dünnschichtoptik, Antireflektionsbeschichtung, Matrixmethode, Softwareentwicklung, Messtechnik, Reflektometer, Ellipsometer, Dispersion, SiGeC: BiCMOS Technologie
- Arbeit zitieren
- Marko Szuggars (Autor:in), 2005, Weiterentwicklung eines Verfahrens zur Bestimmung der optischen Konstanten von Fotolacken mittels Swingkurven in der Fotolithografie, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/58492
