Inaugural speech Prof.dr. W.M.J.M Coene : "Lensless imaging for metrology in lithography"

The official ceremony will be on February 3rd and starts at 15:00 hrs in the Auditorium of the TU Delft.

Kijk, zonder lenzen !  (Lensless imaging for metrology in lithography.)

ENGLISH ABSTRACT

Wim M.J.M. Coene
Inaugural speech,  February 3rd 2017

Metrology of 3D nanostructures as in patterned ICs is essential for optimizing the manufacturing yield in the semiconductor industry, hereby enabling Moore’s law, which basically targets to double the IC functionality every two years at a similar cost. The ITRS roadmap of the semiconductor industry is driven by continuous shrink and an increased 3D-complexity. We will address the future requirements of wafer metrology in connection to lithography. Metrology of these complex structures requires a high lateral resolving power, together with a reasonable penetration depth to probe the alignment of the vertical stacking. SEM offers a high lateral resolution but no penetration depth, and optical critical-dimension metrology, which can only be applied on periodic structures, offers penetration depth but too limited resolution. For 3D a-periodic patterns, we propose soft-X-ray metrology with wavelengths of 10-30 nm, enabling both requirements. Since no imaging optics exists for soft-X-rays which covers the desired wavelength range, we advocate lensless imaging, specifically ptychography. This approach uses a diversity of far-field diffraction patterns recorded from the sample, which are computationally synthesized into an image. An overview of the state-of-the art of ptychography will be given, together with the new challenges for application in wafer metrology. One of these challenges is sub-wavelength metrology down to a resolution of 1-2 nm, via advanced ptychography using prior information.   

NEDERLANDSTALIGE ABSTRACT

Wim M.J.M. Coene
Intree-rede, 3 Februari 2017

Metrologie van 3D nanostructuren zoals in gepatroneerde ICs is essentieel voor een optimale en kosten-efficiënte productie in de halfgeleider-industrie. Op deze manier kan de wet van Moore gerealiseerd worden, die stelt dat de functionaliteit van ICs elke twee jaar verdubbelt, en dit tegen dezelfde kosten. De ITRS roadmap van de halfgeleider industrie wordt gedreven door een continue krimp en een toenemende 3D-complexiteit van de IC structuren. In deze intree-rede worden de toekomstige vereisten gesteld aan de metrologie op silicium wafers nader toegelicht, in nauw verband met de lithografie. Metrologie van deze complexe structuren vereist een hoog lateraal oplossend vermogen, samen met een redelijke penetratie diepte om de alignering in de verticale richting, loodrecht op de wafer, te kunnen meten. SEM biedt een hoge laterale resolutie, maar geen penetratie-diepte; optische metrologie voor het bepalen van de kritische dimensies kan alleen maar toegepast worden op periodieke structuren, en biedt wel een goede penetratie-diepte maar een te beperkte resolutie. Voor 3D a-periodieke patronen heeft metrologie met zachte rontgen straling in het golflengte-gebied van 10 tot 30nm de potentie om beide eisen mogelijk te maken. Omdat er geen afbeeldende optiek bestaat voor zachte rontgen straling die het beoogde golflengte bereik afdekt, pleiten wij voor lensloze beeldvorming, en in het bijzonder ptychografie. Deze aanpak maakt gebruik van een diversiteit van verre-veld diffractie-patronen van het preparaat, die via computationele weg gesynthetiseerd worden in een beeld. Een overzicht van de “state-of-the-art” van lensloze beeldvorming en ptychografie zal besproken worden, samen met de nieuwe uitdagingen voor toepassing in wafer metrologie. Een van de grootste uitdagingen is sub-golflengte metrologie tot een resolutie van 1 à 2 nm, en dit via geavanceerde ptychografie, door gebruik te maken van beschikbare voorkennis.