Mehrfachstrukturierung

Unter Mehrfachstrukturierung (englisch multiple patterning) werden in der Halbleitertechnik verschiedene Strukturierungsverfahren für die Herstellung sehr dichter und feiner Strukturen zusammengefasst. Die meisten Verfahren basieren auf einer fotolithografischen Strukturierung (in der Regel die anspruchsvolle Immersionslithografie) mit doppeltem Abstandmaß (engl. pitch) der gewünschten Strukturen. Prinzipiell können so die erzielbaren Strukturgrößen gegenüber Einfachstrukturierung halbiert werden; wobei im Fall der Immersionslithografie die erreichbaren Strukturgrößen bereits unterhalb der eigentlichen Auflösungsgrenze der für die Abbildung verwendeten Wellenlänge liegen.

Die einfachste Variante ist die Doppelstrukturierung (englisch double patterning), wobei auch unter diesem Begriff unterschiedliche Techniken zusammenfasst werden, siehe unten. Die Doppelstrukturierung wurde in der Halbleiterindustrie Mitte bis Ende der 2000er-Jahre beim 32-nm-Technologieknoten eingeführt, da mit den damaligen Fertigungsverfahren (193-nm-Fotolithografie und Immersionslithografie) die Abbildung von Fotolackstrukturen bei einem Half-Pitch von 45 nm nicht mehr ausreichend scharf^[1] abgebildet werden konnten. Da die Fotolithografietechniken der nächsten Generation damals zu teuer waren bzw. noch nicht für die Produktion mit hohen Stückzahlen zur Verfügung standen, ermöglichte die Doppelstrukturierung eine verhältnismäßig „einfache“ und „kostengünstigere“ Fertigung von Strukturen höherer Strukturdichten mit konventionellen Fotolithografieanlagen. Die Technik wird seitdem in verschiedenen Formen eingesetzt. Die Verfahren der Mehrfachstrukturierung stellen in der Regel Erweiterungen bzw. Kombinationen von Einzeltechniken dar, die bereits bei der Doppelstrukturierung angewendet werden.^[2]

Die Mehrfachstrukturierung gehört zur Gruppe der Auflösungsverbesserungsverfahren (engl.: resolution enhancement technique, RET), welche bei Strukturgrößen unterhalb der Lichtwellenlänge (193 nm) zum Einsatz kommen.

1. ↑ Tokuyuki Honda, Yasuhiro Kishikawa, Yuichi Iwasaki, Akinori Ohkubo, Miyoko Kawashima, Minoru Yoshii: Influence of resist blur on ultimate resolution of ArF immersion lithography. In: Journal of Microlithography, Microfabrication, and Microsystems. Band 5, 2006, S. 043004, doi:10.1117/1.2397018. 
2. ↑ Carlos Fonseca, Mark Somervell, Steven Scheer, Wallace Printz, Kathleen Nafus, Shinichi Hatakeyama, Yuhei Kuwahara, Takafumi Niwa, Sophie Bernard, Roel Gronheid: Advances and challenges in dual-tone development process optimization. SPIE, 2009, S. 72740I, doi:10.1117/12.814289.