EUV到来,但更多的问题

EUV已经到来。经过几十年的发展和数十亿美元的投资,EUV光刻是占据中心舞台在世界领先的晶圆厂。

20多年后阿斯麦的极端紫外线光刻技术研究项目开始,将近十年后首次接触预生产工具,公司预计在2019年交付30 EUV曝光系统。是安装基础的近两倍,这个技术,它向前移动针设备扩展。

现在的焦点转移到许多流程优化的挑战依然存在。极端的挑战缩放和EUV技术的潜在优势是众所周知的。几年来,门扩展已经被晶体管静电学有限。增加电路密度,制造商已经转向规模较小的接触,加强联系。位置和侧壁概要文件变得更加重要,即使是复杂的多模式计划用于扩展193 nm光刻已经侵蚀了误差预算和过程。

EUV承诺改善决议用一个简单流程和不严谨的设计规则。对于sub-7纳米设备,它提供了一个明确的成本优势,根据Ryoung-Han金正日,集团经理Imec在最近的一个有先进光刻技术会议。

然而EUV才刚刚开始进入自己的制造技术。设备停机时间和缺陷水平仍然居高不下。之间的相互作用等基本主题EUV光子和光刻胶仍然需要彻底的调查。和很多工作仍随着行业寻求优化EUV-centric流程流。

在光刻初代,EUV面临分辨率之间的权衡,线边缘粗糙度和照射剂量。首席技术官克里斯•麦克Fractilia解释说,EUV有了2.5倍分辨率的改善前缘193海里曝光,像素密度增加6倍。虽然目前增加像素吞吐量约2 x,决议和吞吐量都可能限制线边缘粗糙度。几个技术代线边缘粗糙度的大小保持不变的整体特征尺寸缩小了。粗糙度现在似乎总体解决改善的限制因素。

线边缘粗糙度密切相关过程的可变性。当前EUV光源产生光子14倍少于193海里。这些光子的随机分布(所谓的“散粒噪声”)可以把某些区域曝光不足。

同时增加照射剂量可以增加吞吐量和减少underexposure-related缺陷,它也可以使overexposure-related缺陷变得更糟。个人抵抗分子同样维度与所需的特征尺寸。photoacid和聚合物分子引入了噪声的随机分布到捕获的图像区域。

最后,使用扫描电子显微镜检查抵抗特性接近自己的分辨率限制,模糊的实际抵抗模式与测量误差。作为EUV成熟,制造商必须区分光刻固有的物理变化,变化,只是表明一个控制不好的过程。

从光源到光掩模:模式定义
尽管有其局限性,CD-SEMs仍然提供了最好的可用的速度、精度和生产应用程序的易用性。在缺乏替代技术,智能采样可以帮助区分计量误差的影响,接触噪音,和抵抗不均匀性,Imec Gian Lorusso说科学家。如果相同的位置测量两次,两个测量之间的差异可以归因于SEM噪音。测量两次相同的位置在两个不同的骰子给散粒噪声和SEM噪音。使两个测量两个死在两个不同的晶圆,反过来,可以将总误差分解为抵制错误,散粒噪声和SEM噪声组件。

程序“锚”缺陷保证这样的重复测量定位正确。Lorusso集团发现好的协议分解分析基于晶片数据和面具的功率谱密度分析数据。他们能够得出这样的结论:增加粗糙度之间的面具,晶片没有由于掩盖缺陷。相反,SEM观察噪声是一个主要因素“粗糙度”线和空间模式,同时为接触孔EUV散粒噪声更重要。

多个源亮度,更大的光学
的相对混沌EUV光源的《盗梦空间》以来一直是一个问题的技术。虽然193 nm激光照明直接来自ArF, EUV等离子体所发射的光子由过热锡滴。20千瓦的激光可以用来产生等离子体,但只有250 w或少13.5 nm的辐射其实是被收藏家视神经。Mo / Si多层反射镜组成的光学路径吸收更多;只有一小部分源亮度是交付给光刻胶。Igor Fomenkov在ASML表示,该公司现在是航运250 w来源和展示了450 w照明在短暂的爆发,而Gigaphoton Hakaru沟口健二说,他的公司预计达到330 w(2019年底源动力。

同时,数值孔径0.55曝光系统寻求更有效地使用可用的光子。大数值孔径聚焦光从更广泛的角度,提高分辨率为代价的减少景深。在浅入射角入射光子的面具,导致跟踪和不受欢迎的边缘效应。反射光学的问题尤其严重。像那些用于EUV,入站和出站梁可以交叉和面具边缘与互动。

研究确定替代吸收材料减少这些影响正在进行,但high-NA光学会使问题变得更糟。增加透镜放大减少阴影效果,Jan van Schoot表示高级ASML首席架构师。他指出,可以显著降低吞吐量除非面具的大小也增加。

拟议中的0.55 NA光学将解决这个问题通过使用8 x / 4变形的镜头,只在扫描方向放大倍数越高。这种设计削减一半的曝光字段长度,改善0.25 x圆大小8 x光学领域,但仍提出了吞吐量挑战。减少开销晶片和分划板移动,ASML提出的系统将使第一中场所有晶片在一个很多,在机载储料器存储结果,然后让第二个半部分。

更好的面具模型,更好的目标
光学和曝光系统光掩模共同负责提供一个精确的图像在光刻胶。“准确”在这种情况下意味着一个真正的表示图像的指定的设计,和一个照明配置文件以指定的特性。而面具需要考虑边缘效应和邻近效应多年来,修正模型适合EUV仍在发展。

克里斯•Progler光电池的首席技术官,观察到大量增加缺陷水平与一个相对较小的线间距的变化,从32到30 nm。这种行为通常是一个迹象表明系统阈值附近的印刷适性。在一个测试中,面具由一个标准的光学邻近校正模型导致看似随机的换行符抵抗图像。

换行符通常是由于随机抵抗效果,如扩散photoacid从暴露到未曝光区域,但这个特定的案例归因于内在限制似乎为时过早。模拟基于掩模的轮廓,而不是设计,更准确地预测晶片结果,Progler说。

更好的模拟使研究人员更准确的目标所需的照明形象和消除换行的缺陷。

抗拒、缺陷和模式捕获
一旦照明光学系统供应所需的概要文件,光致抗蚀剂负责捕捉一个物理模式,可以转移到晶圆。EUV抗拒面临着许多挑战再次,由于相对较低的光子。他们必须足够敏感的捕捉图像,但同时高纵横比晶片结构,因此需要更长的腐蚀时间更好的光刻胶的耐腐蚀。抗拒的薄层更可取,因为又高又窄的抵制支柱往往简单地摔倒。不利的一面是,薄抗拒捕获光子更少,更容易受到侵蚀腐蚀。

根据这些挑战,该行业正考虑替代现有的光刻过程中使用的化学放大抗拒。化学放大抵制,每个入射光子可能生成几个photoacid分子。反过来,每个photoacid分子”deprotects“抵制聚合物分子,使其溶于开发者。抗拒的“灵敏度”是衡量photoacid分子生成的每个光子的数量。photoacid分子的扩散距离的点放大他们生成的是至关重要的成功,但也会导致图像模糊当photoacid扩散边界之外的接触面积。

研究最广泛的替代化学放大抵制取决于金属氧化物集群有机壳包围。虽然无机核心提供EUV吸收和耐腐蚀,有机层定义了影片的加工性能。透露,近期纳米研究中心高级研究员指出,有机层是溶解在开发人员或与相邻分子交叉链接。小改变有机壳锆和铪基于集群的光阻来改善性能。

另一种方法,在Imec展示,浸润氧化铝之前曝光和腐蚀后的抵制。这个想法是为了分离模式捕获和模式转移角色,每个单独的优化。

主席c·格兰特威尔逊的德州大学奥斯丁分校化学工程,提出了第三种方法基于“剖”开聚合物辐射解聚。EUV光子能量更由于波长较短,因此造成了一连串的二次电子排放时,与抗拒。在威尔逊提出的材料,每个放射化学的相互作用可以打破许多共价键,展示所需的增益足够的灵敏度。解反应局限于单个高分子链,而不依赖于photoacid催化剂的扩散。没有photoacid扩散,没有相关的图像模糊。

管理缺陷可制造性
不管涉及的化学,无故障窗口是一个衡量的工艺性抵制的过程。随着线紧密和线边缘粗糙度增加,最终微桥相邻行之间的形式。如果这些坚持通过腐蚀过程短路。的最小间距微桥的数量仍低于所需的缺陷阈值的最小可制造的维度。

在另一个极端,随着空间得到更广泛和它们之间的线窄,最终出现换行符。这些成为开放电路完成的设备。无故障的这一边窗口定义的最小线宽的优惠的数量低于所需的阈值。接触孔阵列,无故障仍然开放的窗口位于最小的洞之间,和最大的洞,可以打印没有合并他们的邻居。可制造的过程通常有一个所谓的“随机悬崖”两侧的无故障窗口,除了观察到失败的数量急剧下降。

图:随机峭壁和无故障窗口的函数意味着CD。来源:Imec。

因为大量的通过在现代GPU和CPU、缺陷阈值很低。这种芯片可以超过100公里的互连布线,根据达斯汀·琼斯,一个应用程序工程师在屏幕上。通过失败甚至十亿分之一的水平可以减少25%的收益率。在彬彬有礼的过程中,几乎所有的功能将属于紧密分布在平均CD。不过,平均CD不足以描述这个过程。设备的“尾巴”分布,。

这些反面包含罕见事件的定义。他们很难定义,结果高度依赖数量的测量。然而,Imec研究员Peter De Bisschop指出简单地推断缺陷为零作为CD数量的增加(或减少,在另一边的窗口)是不够的。并不是所有的缺陷分布高斯。在某些情况下,有一个缺陷的“地板”,失败率是零,但独立的特征维度。

普遍认为,这些缺陷在本质上是随机的,但不清楚哪些方面的过程负责。微桥形式当两个相邻行之间的抵抗无法溶解。Anuja De Silva技术项目领导模式材料和工艺技术在IBM,质疑曝光不提供足够的光子清晰的桥,还是抵制溶解度太低。

并不是所有的工艺参数也同样容易调整。增加照射剂量,防止微桥极具挑战性,还可能增加光子的换行符的尾巴照明配置文件超出所需的特性。增加photoacid浓度会导致增加扩散和模糊;添加更多的基地饮料会导致溶混性和不均匀性问题。

理解抵制行为
而抵制敏感性发挥作用,抵制用同样的敏感性并不一定有相同的无故障窗口或缺陷分布。调查问题系统地,伊凡Pollentier集团在Imec残余气体分析用于跟踪抵抗表面暴露的物种进化和获得一定程度的化学反应的数量随着照射剂量的函数。RGA虽然不能直接测量photoacid代,它可以区分聚合物去反应和photon-induced分离反应。对比曲线反映抵制溶解度与照射剂量的变化。结合这些信息与内部的去保护和扩散过程的模拟抵抗层允许他们提取的变化率photoacid代照射剂量的函数,这似乎与抵制失败最密切相关的曲线。

Post-resist处理和模式转移
特性最终出现在晶片的光致抗蚀剂的曝光系统的交互,而且腐蚀等因素的资料,沉积均匀性,晶片的压力。一般来说,它更容易改变抗拒比曝光系统和模式转移过程。更容易引入自组装单层或改善post-etch残渣去除比增加的有用输出laser-produced等离子体。通常,post-lithography处理可以修复抵制留下的缺陷暴露的步骤。如果接触孔是由不溶性抵制部分屏蔽,那么选择性腐蚀可能会在年底成功打开它。

接触后抵抗化学处理也可以揭示问题或抵制/晶片交互。Hidetami八重樫饰,一边高级经理东京电子发现,通过似乎是开放在CD-SEM检查仍不能准确地转移到晶圆。抵制与晶片接触比大部分不溶性。Post-develop通过仍有抵抗底部材料,导致不完整的腐蚀。添加post-develop de-scumming一步似乎解决问题。

功能优化与自组装单层膜
首先考虑使用193纳米分辨率增强方案,定向自组装仍然是相关的EUV光刻技术的时代。定向自组装使用一个准备表面吸引的一端嵌段共聚物,而另一端提供耐腐蚀或其他功能。

斯泰西弯曲,斯坦福大学的一位化学工程教授解释说,选择性沉积可能可以减少光刻技术措施。与每个曝光步骤安装误差积累,因此减少步骤的数量应该恢复过程。例如,一个抑制层可能被用来防止原子层沉积在一些地区,也可能是蚀刻升空沉积的缺陷。

自组装是一个能量最小化过程。嵌段共聚物的表面能最低的配置形式,只有他们的运动动力学有限。渐进的轮廓通常比剧烈波动更积极。自组装单层沉积在一个数组的接触孔应孔更小,更均匀,查理·刘说,IBM的研究人员。胎侧上,它可以帮助使腐蚀资料更垂直的。它可以是一个重要的工具在post-lithography努力改善模式转移和减少边缘位置错误。

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