The role of argon plasma etching species on ultrathin extreme ultraviolet resists

Promovendus/a: Shikhar Arvind

Promotor(en): Prof. dr. Stefan De Gendt, Dr. John Petersen, Dr. Esben Witting Larsen

In deze moderne tijd maakt digitaal computergebruik deel uit van ons dagelijks leven en is het een cruciaal onderdeel van bijna elke sector in de samenleving. Met de recente opkomst van kunstmatige intelligentie is de behoefte aan computerbronnen groter dan ooit tevoren. In het hart van al deze digitale elektronica, of het nu gaat om mobiele telefoons, grafische kaarten of autosystemen, bevinden zich microchips of geïntegreerde schakelingen. Deze microchips bestaan uit piepkleine elektronische componenten die transistors worden genoemd. Moderne microchips kunnen meer dan een miljard onderling verbonden transistors bevatten. Een van de belangrijkste doelen bij het verbeteren van de fabricage van microchips is om meer transistors op een bepaald oppervlak te plaatsen, omdat dit het rekenvermogen van deze chips vergroot. Dit kan worden bereikt door de transistors kleiner te maken en hun dichtheid in een microchip te verhogen. Wanneer men een dwarsdoorsnede van deze chips bekijkt, ziet men een meerlagige stapel van tot wel honderd lagen van verschillende materialen. Elke laag heeft een ingewikkeld patroon en vervult een specifieke functie bij de constructie van de transistors en de verbindingen. Het fabricageproces van deze chips bestaat uit vele stappen, beginnend met een puur siliciumsubstraat.

In dit project richten we ons op twee stappen in dit proces: fotolithografie en plasma-etsen. Deze stappen zijn betrokken bij het creëren van de ingewikkelde patronen in de chip. Bij fotolithografie (of eenvoudigweg lithografie) wordt een lichtgevoelig materiaal, de fotoresist, op de doellaag aangebracht. Vervolgens wordt licht gebruikt om het patroon van een hoofdsjabloon, het masker genoemd, over te brengen op de fotoresist. Het gebruik van licht met een korte golflengte maakt het mogelijk kleinere patronen op de fotoresist te printen, wat de fabricage van kleinere transistors verder mogelijk maakt. De meest geavanceerde lithografietools gebruiken licht met een golflengte van 13,5 nm, ook wel extreme ultraviolet-lithografie genoemd. Na de lithografie wordt het patroon dat op de fotoresist is geprint, overgebracht naar de doellaag met behulp van plasma, een proces dat plasma-etsen wordt genoemd. In dit proces fungeert de gepatroneerde fotoresist als een beschermend masker, waardoor de plasmasoorten alleen de onbeschermde gebieden van de doellaag verwijderen (of etsen), wat resulteert in de patroonoverdracht. Het is daarom belangrijk dat de fotoresist intact blijft tijdens de plasma-expositie voor een correcte patroonoverdracht. Een van de uitdagingen bij extreme ultraviolet-lithografie is dat de gebruikte fotoresists ultradun zijn (dikte < 50 nm). Dit kan de patroonoverdracht tijdens plasma-etsen bemoeilijken, omdat de fotoresists in plasma kunnen degraderen voordat een succesvolle patroonoverdracht plaatsvindt. Bovendien worden er nieuwe chemieën voor fotoresists ontwikkeld voor extreme ultraviolet-lithografie. Er is nog steeds een gebrek aan begrip van de interactie van plasmasoorten met deze ultradunne fotoresists. Het doel van dit project is om dit begrip uit te breiden door de impact van verschillende plasmasoorten op ultradunne fotoresists te bestuderen.

In dit project hebben we de impact van argonplasmasoorten, met name ultraviolette fotonen en argonionen, op verschillende ultradunne fotoresists onderzocht. We hebben ons gericht op hoe deze soorten verschillende fotoresistchemieën beïnvloeden. Om dit te doen, stellen we de fotoresistfilms bloot aan deze plasmasoorten en onderzoeken we de veranderingen in de fysische en chemische eigenschappen van de films. De resultaten van deze studie geven inzicht in de verschillende reactiepaden die optreden in ultradunne fotoresists door ultraviolette fotonen en argonionen in een argonplasma. Ze dienen als eerste bevindingen over interacties tussen plasma en ultradunne fotoresists, waarbij aan het einde ook toekomstige onderzoeksmogelijkheden worden besproken.