比较随机过程变异N7乐队,它们和N3 EUV

由亚历山德罗Vaglio现成的^一个,特雷的坟墓^一个大卫·布兰肯希普^一个,昆仑呗^b斯图尔特,罗伯逊^一个彼得·德·Bisschop^c约翰·j .他^一个

^一)KLA-Tencor公司、奥斯汀、TX 78759,美国
^b)KLA-Tencor公司苗必达,95035年,美国
^c)IMEC, Kapeldreef 75、3000

文摘
推断统计学效应的终极限制器光学光刻技术和主要关心下一代技术节点EUV光刻。

去年发表的跟进工作,我们比较的性能有机chemically-amplified和浓缩金属氧化物抵抗暴露在不同的施胶剂使用代理2 d SRAM布局。

为每个组合的材料、技术节点,和光刻的方法,我们执行550000物理存储器单元的蒙特卡罗模拟。我们看许多性能数据,包括随机过程变异带固定,名义条件假设没有变化工艺参数与随机过程变异乐队得到包含过程变化的影响。这些应用扰动,我们预计自然变化过程中发生:照射剂量,焦点,肘线方位角度,面具CD,堆栈厚度,钢的温度。

我们研究随机响应三个技术节点:

• SRAM单元7纳米技术节点,数值孔径= 0.33和图案有机化学放大抗拒
• SRAM单元5纳米技术节点,数值孔径= 0.33和图案:
  • 有机化学放大抵制
  • 快photospeed有机化学放大抗拒
  • 金属氧化物抵制
• SRAM单元3纳米技术节点,与有机化学放大抵制和图案:
  • 在单一曝光数值孔径= 0.33
  • 数值孔径与双重曝光= 0.33
  • 数值孔径与变形瞳孔= 0.55

对于每个案例,我们优化面具偏见,源照明和工艺条件在集中最大化光学对比。我们没有光学邻近校正应用于面具。

这项工作的目的是评估不同功能的函数的随机行为材料策略,技术节点,光刻的方法。

关键词:EUVL, SRAM、PW基民盟,尼尔斯,PPM,随机

1。介绍
在以前的工作¹,作者展示了我们修改了PROLITH X6.0™^,2电子的散射模型EUV抗拒捕捉电子的差异反应的有机,摘要与金属颗粒(有机),和金属氧化物平台。评估这些材料的光刻性能,我们比较数据等优点的临界尺寸均匀性(CDU),模式位置错误(PE),和失败每百万,模拟一百万年随机接触孔(CHs)为每个节点组合的材料和技术。与实验数据一致^3、4、5在最佳条件,我们发现CD发行版(最佳剂量和焦点)偏离真正的高斯的行为,显示出日益严重的偏态和峰态^4、6当吸收、航拍图像对比度或照射剂量减少,模糊长度增加。即使在7纳米技术节点(N7),花费不对称的左右σCD分布会导致丢失的CHs如果一个足够大的人口被认为是。

当前的失败率规范对于某些半导体应用程序在PPM,十亿或兆(PPM、磅、PPT),这就需要大大超过6σ特性控制、报告,如图1所示。550000次试验允许统计上有效的使用4σ分析。

图1:概率情节为σ的函数。PPM、磅、PPT分别代表PPM,十亿,兆。

在本文中,我们使用相同的方法在参考1中,用一个金属层代替SRAM代理单元和模拟其性能与技术节点,抵制平台,光刻的方法。

2。建模和数据分析
Imec⁷设计了SRAM代理单元用来模拟N7(图2)。金属液面,浓密的投入x方向是42海里,21纳米特性的宽度。这些短线条和空间的目标CD是21纳米之间。CD的差距y方向措施25 nm。

单元5纳米技术节点的一个近似密度(它们)是由减少螺距38海里和CD的差距21 nm,使用0.905的比例因子x和0.851y方向。细胞为3纳米技术节点(N3)近似使用水平半个球场和17海里的空白CDx和y缩放因子分别为0.895和0.790,根据分析imec发表的⁸。

对于每个节点,我们优化的照明和面具的偏见在60纳米的焦点。模拟执行最好的焦点和最佳剂量除非另有说明。我们没有光学临近修正(OPC)适用于任何节点。

我们使用三种校准抵制模型来模拟每个单元:一个有机化学放大抵制(汽车),fast-organic汽车和金属氧化物抗拒。都一直在imec校准使用广泛的实验数据收集和报告在以前的工作^1、9、10。

如图2所示,我们测量了26个位置收集CD,基民盟,放置错误,失败,和吸收光子密度从10行,8空间,和8个缺口。线的平均长度和空间计量箱等于目标CD;平均长度是3海里的差距。这种计量方法收集1430万CD数据为每个组合。

图2:左:imec SRAM单元金属层为N7设计节点代理。中心:它们被细胞。右:N3细胞。绿色的盒子代表26个计量为每个模拟飞机收集

一。N7模拟
N7,两组不同的模拟进行了使用一个强大的偶极子x照明:理想情况下和真实的案例。

的理想情况下代表了一个不切实际的但有用的场景中,可行的只有通过计算光刻:所有光刻参数是固定的名义没有变化;例如,只有550000模拟中参数变化的随机种子^11、12。照射剂量是固定在45 mJ /厘米²,我们选择最好的焦点在ProDATA使用Windows (PW)分析过程^TM2.0¹³。

在真实的案例统一测试,但随机分布的扰动的关键参数应用于评估站得住脚的变化的影响实验:

1. 首席射线方位角:-88.6°到-91.4°相应的1/13^th狭缝的长度
2. 照射剂量:45 mJ /厘米²±0.025%
3. 重点范围:±15海里
4. 抵制厚度:±0.3海里
5. 钢温度:±0.02°(在这里,我们使用与温度有关的随机抵制模型)
6. 面具x和yCD偏见:±0.3 nm(圆片规模)

b。它们被模拟
对于它们,我们模拟三种不同材料的偶极子x照明。这个实验的目的是探讨如何抵制平台影响模式失败率。暴露剂量参考有机汽车fast-organic车,和金属氧化物材料是35岁,17岁和53 mJ /厘米²分别。

我们执行所有模拟(如N7最佳剂量和焦点理想情况下),只改变审判数量。

c。N3模拟
我们执行N3模拟参考有机汽车的最佳剂量和焦点,和选择三个不同的光刻方法:

1. 单一暴露与数值孔径电流EUV工具NA= 0.33,六极照明方案(图3);照射剂量是~ 39 mJ /厘米²
2. 双重曝光对当前EUV工具NA= 0.33和偶极照明(图3 b);照射剂量是34 mJ /厘米²每曝光。即使一个简单的Litho-Etch-Litho-Etch (LE²分裂的)方法x球场将最有可能不会采用在实际过程中,它允许我们测试差距小于20 nm如何打印。
3. 单一接触变形放大(使用x, y图像还原配给4、8)NA= 0.55¹⁴和类星体照明(图3 c);照射剂量是~ 41 mJ /厘米²

图3:3例N3面具和照明。照明图报告0^th,±1^圣衍射的订单。图c)显示了一个按比例缩小的版本的面具2倍在x和y方向。

d。概率等高线分析
为每个550000个模拟细胞外,我们还提取轮廓设计定位较弱的地方。第一个图我们是生成的边缘位置乐队在2014年,类似德Bisschop呈现¹⁵并在2017年报道⁵。边缘位置乐队通过布尔操作考虑所有细胞的随机试验。图4显示了进化的乐队在多个试验。

图4:边缘位置的例子乐队与数量的试验。)和b):两个轮廓的两种不同的随机模拟相同的过程。c):重叠的轮廓试验1 + 2,白色带的边缘位置的空间范围。d)和e):边缘位置乐队当16 - 550000试验重叠。

曲线图在图4中,4 b显示相同的两个随机模拟过程,白色代表光刻胶和绿色代表了衬底。红线代表边缘轮廓,每个试验略有不同(由于随机效应)。如果这两个轮廓重叠,得到图4 c,白色带代表的空间范围的边缘位置试验1和2。最后两个图相同的图在相同的方法获得,但额外试验(16 - 550000)。

随着越来越多的随机轮廓,带的宽度增加。在过去的图向右,白色的乐队开始接触不同的行。这并不表明失败的概率,比如桥,但它确实表明,相反的轮廓的空间范围重叠,如果足够多的试验。

第二个图用来评估结果使用的概率光刻胶作为位置函数(图5)超过550000种不同的试验。图是绘制在日志中₁₀规模,0(黄色)表明,抵抗发现概率等于团结所有试验,而-5.74036…(深蓝色)表明,抵抗是从来没有发现(空间)。的光谱颜色代表之间的随机变化明显。因此检查简单的情节来定位领域的“黑天鹅”事件^4、16——故障发生概率很小,可能出现。

图5:可能性):在日志找到抵制₁₀规模由550000年模拟。在右边,一个特定的位置放大,布局是容易失败概率的10000。b):空中图像阈值目标(灰色)和面具多边形(蓝色)。c):σ)轮廓提取。黑色线代表1σ抵抗分布,相当于找到抵制在特定位置的至少68%的病例。蓝色,绿色,红色代表2,3和4σ,分别。

从这个图表,可以提取轮廓代表连续σ的边缘位置。在图5 c, 1、2、3和4σ分别显示黑色,蓝色,绿色和红色。

也是有趣的比较形象的天线与图5中的σ轮廓图5 b c。虽然形象很符合面具的天线(或设计在这种情况下),σ轮廓——这是“随机意识”——清楚地表明相邻线路的两端之间衔接机制,特别是特别是在出现4σ轮廓。

3所示。结果

N7模拟:理想与现实情况
表1显示了N7结果理想的和真实的案例模拟。见第二部分。一个for an explanation of the setup.

表1:结果N7理想(上)和真实(底部)。):边缘位置。b):抵抗概率图。c): normplot图形的线条和空间(蓝色)和空白(红色),和所有cd的直方图归一化,集中在零(粉色)。d)汇总表;尼尔斯·代表图像Log-Slope正常化。

在这两种情况下,收集1430万张cd 550000随机模拟。观察到的主要区别是失败率,右边表中总结报告,增加了一个数量级的真实的案例。同时,从normplot的检验^4、17图在表1 c,很明显,小扰动过程增加空白CD的偏态和峰态分布(红色),使黑天鹅事件的可能性更大。

b。N7模拟:理想情况下,过程窗口比较
随机计算光刻(sci)也可以用来更精确地评估PW。理想情况下,我们复制一个18×16 Focus-Exposure矩阵(FEM),模拟每个dose-focus组合~ 2000倍。在图6中,我们比较线的重叠PW,空间和空白不包括限值器,包括故障过程窗口。景深(自由度)和曝光宽容度% (EL)如果故障被认为是减少。的印刷适性,这些特性是由瑞利决议,因此不局限,而是失败的发生¹⁸。

图6::PW比较没有(左)和(右)失败。底部:曝光宽容度(%)与景深比较。

c。它们被模拟:材料的比较
我们使用它们被车辆比较不同材料的性能给出相同的航拍图像质量。表2显示了有机的车,结果fast-organic车,和一个金属氧化物材料。所有的模拟使用进行理想条件(最好的不断集中和剂量)。之间的主要区别三光子吸收材料:光子散粒噪声的影响(PSN)通过比较明显的有机汽车更快的版本(表1和2的行)。

金属氧化物抵抗normplot分布表明,比那些汽车、高斯和它的故障率是至少两个数量级的更好。这些材料通常有以下特点:

1. 他们需要略高剂量相比,有机的汽车
2. 他们吸收3-4x更多的光子¹⁹,大大减少PSN-related可变性^1,10。
3. 他们减少了电子模糊,几乎不存在PEB模糊^1,10。
4. 他们有chemical-shot噪音很低^20.。

表2:它们被模拟的结果与有机汽车(上),fast-organic汽车(中间),和金属氧化物材料(底部)。):边缘位置。b):抵抗概率图。c): normplot图形的线条和空间(蓝色)和空白(红色),和所有cd的直方图归一化,集中在零(粉色)。d)汇总表。

d。N3模拟:在光刻的方法

表3:结果N3模拟在单曝光,双曝光,和单一暴露与下一代的工具,从上到下一行。):边缘位置。b):抵抗概率图。c): normplot图形的线条和空间(蓝色)和空白(红色),和所有cd的直方图归一化,集中在零(粉色)。d)汇总表。

我们进行N3模拟只使用有机汽车材料的理想情况。对于这个节点,我们比较三种不同的方法:单曝光与当前EUV工具NA双重曝光(LE²)与当前EUV工具NA和单一的接触变形hyper-NA工具¹³(表3)。

我们使用了双重曝光方法通常被认为是在这个工作了解如果它将可以打印非周期的差距小于20纳米有机材料和合理的剂量在伪随机二维设计。放松在水平方向上,我们可以更好地优化照明提高图像对比的差距。然而,失败的差距~ 700 PPM,这会直接在一个概率1捏在一个差距每350个细胞。

增加对比度和放松的一些阴影效果上NA变形的工具应该允许失败的速度与当前N7情况。

4所示。结论
在本文中,我们使用随机计算光刻(sci)模拟调查印刷故障的SRAM代理5σ政权。我们使用不同的物理抵抗模型技术节点,7 - 3海里。我们探索替代光刻技术,如double-patterning和hyper-NA变形的EUV系统理解抵制和照明限制跨技术节点的伪随机二维布局。

下面的语句总结结果:

• 7纳米技术节点,单一特征的维度可能大到足以允许当前材料打印在一个合理的剂量和故障率小于ca。1 PPM。然而,即使在光刻工艺参数的微小扰动,可能导致失败的数量级的增加。
• 过程窗口成为流体概念EUV光刻如果失败是用来调整曝光宽容度和深度的专注:对于每个dose-focus组合,应考虑足够的重复试验为了有一个完整的CD和一个很好的估计分布的概率罕见的事件。
• 5纳米技术节点,光刻胶的体积/特性可能不足以确保低散射噪声效应,光子和化学,除非高度吸收材料是实现的。可能需要一个更复杂的从技术共同最大化图像对比度和控制照射剂量。一个多模式的光刻技术可能或者被应用。
• 3纳米技术节点上hyper-NA变形系统可能需要多模式光刻技术和替代抵制技术的发展。EUV光刻的挑战包括计量方法:如何收集、描述、预测,并可能解决随机一旦发生故障,每十亿或兆特征吗?如果它是不可能解决此类故障,如何定位和监控?

确认
作者要感谢希瑟·斯皮尔斯(KLA-Tencor)有用的讨论。我们要感谢Peter de Schepper Jason (Stowers迈克柯奇士便因史蒂文•迈耶斯(Michael Greer,安德鲁·格伦维尔(Inpria) Satoshi一些吴克群路过,正文霍里和Yusuke庵野(JSR),光阻的信息和支持。

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这是最早出版于学报2018年先进光刻会议:Proc。相比10583年,极端的紫外线(EUV)光刻第九,105830 k(2018年3月19日);doi: 10.1117/12.2299825