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Gerade in jüngster Vergangenheit wurde häufiger darüber berichtet, dass TSMC ältere Fertigungsstraßen abbaut, um Platz für neue Fertigungslinien zu schaffen. Hauptsächlich geht es aber auch darum weniger wirtschaftliche Fertigungsprozesse abzubauen. Wie DigiTimes nun berichtet, will TSMC einige seiner alten Fabs für die Pellicle-Herstellung nutzen.
Pellicles sind ultradünne, transparente Membranen, die in der Halbleiterfertigung als Schutzschicht für Fotomasken (Reticles) während des Lithographieprozesses eingesetzt werden. Bisher bezieht TSMC diese von externen Zulieferern. Für die einfachere DUV-Fertigung sind die Pellicles technisch auch nicht besonders aufwendig und dementsprechend günstig. Mit der Nutzung der EUV-Lithographie sieht dies aber anders aus. Zu den Gründen kommen wir gleich.
Die Kollegen von ComputerBase verweisen auf die deutlich gestiegenen Preise der Pellicles. Diese sollen in der einfachsten Form etwa 720 US-Dollar kosten und halten durch die geringere Belastung in der DUV-Fertigung auch relativ lange. EUV-Pellicles hingegen kosten 10.000 US-Dollar und müssen alle drei bis vier Tage ausgetauscht werden. Der Austausch hat einen Stillstand der Belichtungsmaschine zur Folge und birgt auch immer das Risiko, dass die Fotomaske dabei beschädigt wird.
Mit einer eigenen Herstellung der Pellicles würde sich TSMC unabhängiger von externen Zulieferern machen und kann diese zugleich an die eigenen Prozesse anpassen. Letztendlich könnte ein solcher Schritt also nicht nur wirtschaftlich für TSMC Sinn ergeben, sondern würde die eigenen Prozesse auch robuster machen und könnte für eine höhere Ausbeute sorgen.
Was aber sind Pellicles genau?
Die Hauptfunktion der Pellicles besteht darin zu verhindern, dass mikroskopisch kleine Partikel auf die Fotomaske gelangen und dort Defekte verursachen, die sich direkt auf den Wafer übertragen würden. Das zugrundeliegende Prinzip basiert darauf, dass Partikel, die auf die Pellicle fallen, außerhalb der Fokusebene liegen und daher nicht auf den Wafer abgebildet werden, während die eigentliche Fotomaske in der Fokusebene verbleibt. Für die EUV-Lithographie bei 13,5 nm Wellenlänge stellen Pellicles jedoch eine besondere technische Herausforderung dar, da praktisch alle Materialien bei dieser Wellenlänge stark absorbieren.
Die technischen Anforderungen für EUV-Pellicles sind demnach hoch: Sie müssen eine EUV-Transmission von mindestens 90 % erreichen und thermischen Belastungen von bis zu 5 W/cm² standhalten können. Moderne EUV-Pellicles bestehen typischerweise aus Composite-Strukturen, bei denen eine ultradünne Siliziumnitrid-Membran (SiNₓ) von etwa 20 bis 40 nm Dicke als Grundmaterial dient und mit einer dünnen Ruthenium-Schicht (4 nm) kombiniert wird. In dieser Kombination werden EUV-Transmissionswerte von 80 bis 89 % erreicht, wobei die Ruthenium-Schicht nicht nur die thermische Emissivität verbessert, sondern auch als Wärmeableitung fungiert.
Carbon Nanotube (CNT)-basierte Pellicles stellen die vielversprechendste nächste Generation dar, da sie EUV-Transmissionswerte von bis zu 99 % erreichen können und außergewöhnliche thermische Stabilität bis zu 1.500°C aufweisen.
Die Herstellungsverfahren für Pellicles sind hochkomplex und erfordern präzise Kontrolle der Membrandicke und -uniformität über große Flächen von 110 × 144 mm.
