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
- Einleitung
- Zielstellung
- Verfahren zur Bestimmung optischer Konstanten mittels Swingkurven
- Theoretische Grundlagen der Dünnschichtoptik
- Dünnschichtinterferenz
- Swingkurven in der Fotolithografie zur Optimierung von Schichtdicken
- Einsatz von Antireflektionsbeschichtungen in der Fotolithografie
- Nutzung von Swingkurven zur Berechnung optischer Konstanten
- Verfahren zur Bestimmung von n und k
- Swingfit und Ermittlung der Werte für n und k
- Theoretische Grundlagen der Dünnschichtoptik
- Berechnung von Multischichtsystemen mit Hilfe der Matrixmethode
- Grundlagen
- Rechenmethoden der Dünnschichtoptik zur Bestimmung des Reflektionsgrades
- Grundlegende Definitionen zur Anwendung der Matrixmethode
- Herleitung der Matrix für elektromagnetische Wellengleichungen
- Wellengleichungen
- Aufbau eines Schichtsystems
- Fresnelsche Koeffizienten für nichtabsorbierende Medien
- Einfluss der Polarisation
- Anwendung der Grenzbedingung
- Aufstellung der Matrix
- Anpassung für absorbierende Medien
- Berechnung der Matrizenelemente
- Berechnungsalgorithmus der Matrixmethode
- Entwicklung der Winkelabhängigkeit
- Winkelabhängige Fresnelkoeffizienten
- Winkelabhängige Phasenverschiebung
- Aufstellung der endgültigen Matrix
- Grundlagen
- Entwicklung der Software zur Berechnung von Multischichtsystemen
- Übersicht der einzelnen Programmmodule
- Modul zur Berechnung der Swingkurve
- Modul für Ellipsometerberechnungen
- Modul zur Berechnung des Swingfits
- Modul für Beugungsberechnungen
- Aufgabenstellung zur Weiterentwicklung der Software
- Weiterentwicklungen an der Software
- Berechnung der Swingkurve mit Hilfe der Matrixmethode
- Berechnung der Ellipsometergrößen
- Rechenzeitoptimierung
- Übersicht der einzelnen Programmmodule
- Verwendete Messtechnik zur Aufnahme der Swingkurven
- Reflektometer
- Aufbau des Messsystems
- Durchführung der Messungen
- Ellipsometer
- Optischer Aufbau und Messprinzip des Ellipsometers
- Reflektometer
- Bestimmung der optischen Konstanten des Fotolackes SL4800
- Erstellung der Schleuderkurve
- Bestimmung der Dispersion des SL4800 und Schichtdickenmessung
- Reflektionsmessung der Swingkurve zur Bestimmung von n und k
- Bestimmung der optischen Konstanten
- Swingfitberechnungen
- Vergleich der ermittelten Konstanten
- Diskussion der Ergebnisse
- Zusammenfassung
- Untersuchungen an der Antireflektionsbeschichtung ARIOL-600
- Bestimmung der optischen Konstanten
- Aufnahme der Schleuderkurve des ARC
- Bestimmung der Dispersion des ARIOL-600
- Messungen zur Aufnahme der Swingkurve
- Ellipsometermessungen
- Reflektometermessungen
- Berechnung der optischen Konstanten für 190'C Softbake
- Berechnung der optischen Konstanten für 150'C Softbake
- Vergleich der berechneten Konstanten
- Bestimmung der technologisch relevanten Schichtdicken
- Untersuchung zum Ausbleichverhalten von ARIOL
- Reflektometermessungen
- Homogenitätsuntersuchung
- Zusammenfassung
- Bestimmung der optischen Konstanten
- Technologiesimulationen mit Swingkurven
- Zusammenfassung
- Literaturverzeichnis
- Bildverzeichnis
- Tabellenverzeichnis
- Verzeichnis der Anlagen
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit zielt darauf ab, ein Verfahren zur Bestimmung der optischen Konstanten von Fotolacken und Antireflektionsbeschichtungen mittels Swingkurven in der Fotolithografie weiterzuentwickeln. Das Ziel ist es, die optischen Eigenschaften von Multischichtsystemen präzise zu berechnen und so die Optimierung von Schichtsystemen für die Mikroelektronik zu ermöglichen.
- Dünnschichtinterferenz und Swingkurven
- Optimierung von Prozessparametern in der Fotolithografie
- Einsatz von Antireflektionsbeschichtungen
- Matrixmethode zur Berechnung von Multischichtsystemen
- Softwareentwicklung zur Berechnung von Swingkurven
Zusammenfassung der Kapitel
- Verfahren zur Bestimmung optischer Konstanten mittels Swingkurven: Dieses Kapitel behandelt die theoretischen Grundlagen der Dünnschichtoptik und erklärt das Verfahren zur Bestimmung der optischen Konstanten mittels Swingkurven. Es erläutert die Dünnschichtinterferenz, die Anwendung von Swingkurven in der Fotolithografie und die Nutzung von Swingkurven zur Berechnung der optischen Konstanten.
- Berechnung von Multischichtsystemen mit Hilfe der Matrixmethode: Hier werden die mathematischen Grundlagen zur Berechnung der optischen Eigenschaften von Multischichtsystemen hergeleitet. Es werden die verschiedenen Rechenmethoden der Dünnschichtoptik vorgestellt und die Matrixmethode von Abbelés erläutert, die in der Diplomarbeit zur Entwicklung der Software verwendet wird. Die Herleitung umfasst die Beschreibung der elektromagnetischen Wellengleichungen, die Fresnelschen Koeffizienten, die Anwendung der Grenzbedingung, die Aufstellung der Matrix, die Anpassung für absorbierende Medien und die Berechnung der Matrizenelemente. Abschließend wird der Berechnungsalgorithmus der Matrixmethode vorgestellt und die Entwicklung der Winkelabhängigkeit erläutert.
- Entwicklung der Software zur Berechnung von Multischichtsystemen: Dieses Kapitel beschreibt die Weiterentwicklung der Software OPTILITH, die im IHP zur Optimierung von Schichtsystemen in der Fotolithografie genutzt wird. Es gibt einen Überblick über die einzelnen Programmmodule, erläutert die Aufgabenstellung zur Weiterentwicklung der Software und beschreibt die Weiterentwicklungen, die im Rahmen der Diplomarbeit durchgeführt wurden. Dazu gehören die Berechnung der Swingkurve mit Hilfe der Matrixmethode, die Berechnung der Ellipsometergrößen und die Rechenzeitoptimierung.
- Verwendete Messtechnik zur Aufnahme der Swingkurven: Dieses Kapitel stellt die Messtechnik vor, die zur Aufnahme der Swingkurven verwendet wird. Es werden Reflektometer und Ellipsometer erläutert, die im Fertigungsprozess in der Mikroelektronik zur zerstörungsfreien Messung der optischen Eigenschaften von Schichten eingesetzt werden. Der Aufbau und die Funktionsweise der Geräte werden beschrieben, sowie die Durchführung der Messungen.
- Bestimmung der optischen Konstanten des Fotolackes SL4800: Dieses Kapitel beschreibt die Bestimmung der optischen Konstanten des Fotolackes SL4800. Es werden die Erstellung der Schleuderkurve, die Bestimmung der Dispersion und die Reflektionsmessung der Swingkurve erläutert. Abschließend werden die optischen Konstanten des Lacks mit Hilfe von Swingfitberechnungen bestimmt und die Ergebnisse diskutiert.
- Untersuchungen an der Antireflektionsbeschichtung ARIOL-600: Dieses Kapitel behandelt die Untersuchungen an der Antireflektionsbeschichtung ARIOL-600. Es werden die Bestimmung der optischen Konstanten, die Untersuchung des Ausbleichverhaltens, die Homogenitätsuntersuchung und die Zusammenfassung der Ergebnisse erläutert. Die Bestimmung der optischen Konstanten umfasst die Aufnahme der Schleuderkurve, die Bestimmung der Dispersion, die Messungen zur Aufnahme der Swingkurve und die Berechnung der optischen Konstanten für die beiden Softbaketemperaturen 190'C und 150'C. Die Untersuchung des Ausbleichverhaltens erfolgt mit Hilfe von Reflektometermessungen, die Homogenitätsuntersuchung mit einem Waferscan.
- Technologiesimulationen mit Swingkurven: Dieses Kapitel demonstriert die Anwendung der Software OPTILITH zur Simulation von Schichtsystemen in der Fotolithografie. Es werden zwei Beispiele für Schichtsysteme, die in der STR-Ebene und der Metallisierungsebene 1 verwendet werden, simuliert und die zugehörigen Schichtdicken berechnet.
Schlüsselwörter
Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die Bestimmung der optischen Konstanten von Fotolacken und Antireflektionsbeschichtungen mittels Swingkurven in der Fotolithografie. Die Arbeit behandelt die Dünnschichtinterferenz, die Optimierung von Prozessparametern, den Einsatz von Antireflektionsbeschichtungen, die Matrixmethode zur Berechnung von Multischichtsystemen und die Softwareentwicklung zur Berechnung von Swingkurven. Die Arbeit befasst sich außerdem mit der Messtechnik, die zur Aufnahme der Swingkurven verwendet wird, und der Auswertung von Messdaten für die beiden Materialien SL4800 und ARIOL-600. Die Arbeit liefert wichtige Erkenntnisse für die Optimierung von Schichtsystemen in der Mikroelektronik.
- 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
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