Наноимпринт литография

I-250, характеристики на сегодняшний день и перспективы развития.
Точность совмещения штампа и подложки
Количество дефектов
Производительность
Краткое сравнение планов развития ИМ и технологий хранения памяти
Планы развития S-FIL литографии
Различные приложения S-FIL литографии
Заключение

Создание началась около 2001

Imprint Lithography
1041 Изобретение глиняных набираемых огранков в Китае.
1436 Гутенберг начал разработку книгопечатного пресса. 1440 Гутенберг закончил пресс с металлическими огранками. 1455 Гутенберг закончил печатание библии с 42 строками на страницу.

Гутенберг разорился из-за ссоры с инвесторами.
1457 Город Майнц становится столицей книгопечатания

1462 Война с епископом Насау заставила всех книгопечатников бежать,
и таким образом распостранить книгопечатание в Европе
1499 Книгопечатание распостранилось в более чем 250 городах Европы.

Введение. Немного истории

Стив Чу продемонстрировал возможность использования импринт литографии для получения нано-структур

переходят
4. Перенос рисунка

•

Поместить штамп на
подложку с двумя слоями

Термическая литография
Chou, Princeton University
http://www.princeton.edu/~chouweb/

с помощью штампа сделанного из углеродной нанотрубки достигло разрешения 2.4 нм. При этом использовался полимер затвердевающий под воздействием ультрафиолета

for S-FIL/R)

Шаг 1: Распределить капли мономера

Шаг 2: Опустить штамп и заполнить рельеф

Шаг 3: Полимеризовать мономер ультрафиолетом

Шаг 4: Отделить штамп и начать новое поле

Substrate

Substrate

Substrate

Step & Repeat

Planarization layer

Planarization layer

Planarization layer

High resolution fused silica template, coated with release layer

very low imprint pressure < 1/20 atmosphere at room temp

MII: Step & Flash™ Импринт Литография (S-FIL)

размеров в данных местах влияет на точность измерения толщины напечатанного слоя методом интерференции. Измерение профиля оттиска в электронном микроскопе дает те же 15 нм.

кремнесодер-жащего планаризационного слоя

Шаг 3: Травление до открытия структур

Шаг 4: Травление в О2 плазме

S-FIL and S-FIL/O

S-FIL/R

Подложка

Напечатанные структуры

Подложка

S-FIL и S-FIL/R процессы

Подложка

33 мм

Успешное внедрение требует штамп и импринт установку

Разрешающая способность импринт литографии определяется разрешением нано-штампа

descum

Etch chrome,
strip resist

Etch quartz,
Strip chrome

6025 Quartz

Resist
Cr

E-beam Exposure Cl2/O2 Fluorine based chemistry

6025 Photomask
(with 4 patterned templates)

Post Dice
(4 templates & discarded glass)

Templates
(4 templates)

Pattern Dice Final 65 mm Template

от дозы экспозиции при различных диаметрах электронного пучка

Amyl Acetate дает лучшую комбинацию
чувствительности и контраста

Чувствительность к изменению дозы
уменьшается в увеличением bias

Контраст и чувствительность для разных проявителей

nm 40 nm

nm

= 309 μC/cm2

Dose = 369 μC/cm2

32 nm

Resolved over dose range of 20%

Dose = 309 μC/cm2

Dose = 369 μC/cm2

28 nm

Y=28nm

Y=33nm

Y=23nm

Y=29nm

дозы

Bias: 0 nm

Exposure latitude is severely impacted when feature biasing is not applied

Dose = 103 μC/cm2

Dose = 123 μC/cm2

Y=28nm

Y=36nm

2006

*

28nm

CDU at 32nm HP

Cr

Expose/develop
e-beam resist, descum

Etch chrome,
strip resist

Etch quartz,
Strip chrome

6025 Quartz

ZEP520
Cr

E-beam Exposure Cl2/O2 Fluorine based chemistry

Альтернативные подходы:
PMMA lift-off
High Resolution HSQ resist

HP

нм

17nm Half Pitch

15nm Half Pitch

half pitch

pitch

но не достаточным
Необходимо точное размещение рисунка. Например, VSB прибор дает ошибку всего 2-4nm 3σ (что необходимо для иммерсионной 193nm литографии). Это близко, что требуется для 32 нм технологии.

Template CD (nm)

45nm logic 35nm contacts

45nm metal

35nm contact

technologies being used to detect down to 20nm defects
Die to die ebeam inspection
(KLA ES32)
Die to database inspection
NGR – 2100

Template repair uses standard mechanical or ebeam subtractive and additive techniques

Rave 650NM

NaWoTec MeRiTMG

фото-маски с 65 нм структурами это может занять 24 часа даже с быстрыми резистами
Преимущества написания штампов
Нет оптической коррекции
Меньшие размеры
Размеры 1:1 позволяют делать репликацию

Single die by ebeam

Multiple template sets by imprint replication

Multi die full field by imprint replication

Исходный штамп

Потенциал для значительного снижения стоимости

Дочерний штамп

Реплики

Репликация штампа

реплики

с предыдущим слоем
Малый уровень дефектов
Высокая производительность

менее 20 нм с соответствующим совмещением рисунков
Жесткий контроль за совмещением и размерами штампа
Установка полностью автоматизирована для 200 / 300 мм-х пластин

для полупериода 22 nm точность должна быть ~ 5 nm
Факторы, влияющие на точность
Аккуратность механического совмещения штампа с нижним рисунком
Увеличение/уменьшение размера штампа
Точность рисунка на штампе
Условия в которых находится установка – позиционная стабильность, контроль температуры и т.д.
Molecular imprints использует стратегию совмещения рисунка и штампа в каждом индивидуальном поле
Все эксперименты проведены в тандеме с 193 наномертовыми сканерами (mix and match mode), которые использовались для нанесения рисунка на нулевом слое (подложке)

(moiré) как на штампе, так и на подложке . Изначально эта техника была развита для рентгеновской электронной литографии.

Совмещение по жидкому мономеру

<0.1 μm

Подложка

Штамп

пространственное разрешение метода лучше 2 нм

Изменение размера штампа

Подложка

Штамп

Параметры подстройки: X, Y, Mx, My, ϑ (угол), δ(неортогональность)

193 нм сканерами
Точность совмещения была измерена на стандартной KT установке.
32 поля на пластине, 81 точек измерений в каждом поле
Достигнута точность 20 nm, 3σ

Путь к достижению точности 5 nm найден, а оставшиеся трудности носят инженерный характер

– приблизительно один порядок в год

Feb 04
Jun 04 Oct 04
Feb 05
Jun 05
Oct 05
Feb 06
Jun 06
Oct 06
Feb 07

Total Defect Density

Date

на установке eS32, которая обладает лучшим пределом разрешения (25 нм), чем KLA2132 (200 нм).
Было обнаружено только увеличение посторонних частиц, но не дефектов связанных с самой импринт технологией.

к механическому воздействию частиц во время процесса печатания
Активный контроль над силой соприкосновения позволяет избежать серьезных повреждений
Жидкость действует как амортизатор при соприкосновении
Кварцевые штампы не изнашиваются и не эродируют под воздействием жидкостей с малой вязкостью, или в процессе химической очистки

для увеличения производительности.

Storage)

ITRS Roadmap for DRAM
Storage Roadmap

Планы Information Storage намного более агрессивны, чем планы ITRS для ИМ
Высоко – скоростные установки не будут готовы вовремя
Цена установки EUV запредельно высока (~$50-75M)
Генераторы на электронных пучках имеют необходимое разрешение, но очень медленные
Импринт литография сочетает разрешение и скорость

193nm

Next Generation Lithography

EBDW – медленная технология

UV-IL – оптимальная конфигурация

100
70
40
20
10
5

32 нм планируется на 2010 год. Этот срок определен планом развития элементов памяти

Next Gen Tool

Material

Process

Templates

элементом памяти с размерами менее 30 нм
Растет интерес со стороны производителей логических схем и микропроцессоров к 3-х мерному печатанию для использования в производстве медных контактов

Research

Litho Process Dev

Process Integration

Production

Производство структур с полупериодом 32 нм начнется около 2010 года, что определяется развитием элементов памяти

to Nano Addressing Block
Ячейка – 3-х мерный вид

Содружество

Требуется произвести 10 нм линии с 20 нм периодом
в ближайшие 5-7 лет при малой стоимости

K. Gopalakrishnan et al, IEDM Tech. Dig., 2005, pp. 471-474
R.S. Shenoy et al, Proc. Symp. VLSI Technology, June 2006, pp. 140-141

нм период

80 нм глубина травления

Вертикальность стенок ~880

вертикальностью стенок и малой шероховатостью
SFIL процесс интегрирован с 7 другими литографическими процессами (3-мя при 193 нм, 4-мя при 248 нм). «Mix and match» совмещение рисунка лучше 20 нм

Кремниевые полоски, полученные после травления с резистивной и оксидной масками

Кремниевые полоски, покрытые оксидом со всех сторон и готовые к ионной имплантации, и к дальнейшим литографическим шагам

и протравить каналы
Заполнить медью и прополировать химико-механической полировкой (CMP)

Существующий процесс

Palmieri et al – SPIE C1 Tuesday 4.00pm

268nm Pitch

шероховатостью линий (LER)
Совместима с CMOS технологией
Буквальная замена оптической литографии без изменения процессов до и после этого этапа
Низкая себестоимость
Репликация
Не нужно применять оптическую коррекцию и нет ограничений на моделирование рисунка
Возможность нанесения бинарного рисунка для носителей на дисках
Возможность печатания 3-х мерного профиля
Применение к фотонным кристаллам для ультра-ярких фотодиодов (LED)
Приложения к другим секторам индустрии

Заключение. Почему именно импринт литография?

Panel Displays

Future Applications

Hard Disk Drives (HDD)

Интегральные микросхемы

Нано-технология

High Brightness Light Emitting Diodes (LED)

CMOS Image Sensors (CIS)

CMOS Integrated Circuits (IC)

Bio-Medical

Potential
$7+ Billion/Yr
Lithography
Equipment
Market

установок для CMOS!

25nm L/S

32nm half pitch

Поставка Imprio® 250
Для CMOS Integrated Device Manufacturer (IDM)

Поставка EUVL
Для исследовательского консорциума Albany Nanotech/IMEC