寻找EUV随机效应的来源

解决先进光刻技术的问题可以将这种技术推向主流，但这并不容易。

2019年4月15日- By:凯瑟琳德比郡

EUV发展的下一个阶段已经开始——使EUV更可预测，并可能成为主流——它看起来和先进光刻技术的其他发展一样困难和雄心勃勃。

在EUV发展的早期，该技术的支持者认为它“仍然基于光子”，而不是电子束光刻等替代品。虽然这在技术上是正确的，但即使偶尔看一眼EUV光学器件，也会发现这些光子与物质的相互作用不同。EUV光子从等离子体中产生，通过反射光学聚焦，并以91.6 eV的能量撞击到光刻胶中，比波长较长的光子能量高出10倍以上。

光子的能量(hc/λ)随着波长(λ)的减小而增加。在更短的波长，由光源提供的能量剂量分布在更少的单个光子中。这种基本关系就是原因随机打印故障．根本就没有足够的光子来提供清晰的曝光轮廓。然而，硬币的另一方面是，每个光子向电阻传递更多的能量，导致更复杂的相互作用。Imec最近宣布Attolab，一个与公里的实验室，试图详细了解这些相互作用。

高能光子，复杂辐射分解
在DUV抗蚀剂中，入射的光子触发光酸的释放，从而使保护基团从抗蚀剂体内的聚合物分子上脱落。去保护的分子溶于显影剂。然而，在EUV抗蚀剂中，每个光子都会引发一连串的相互作用。

图1:光抗蚀剂和DUV光子之间的相互作用是直接的，每个光子都产生光酸，从而去保护主链聚合物。来源:Imec

图2:光刻胶和EUV光子之间的相互作用是复杂的，每个光子产生一个级联的光电子发射。来源:Imec

入射的EUV光子具有如此大的能量，以至于它不会与分子轨道相互作用到任何显著程度。Imec的首席科学家约翰·彼得森(John Petersen)解释说，它会弹出原子的一个核心电子。在传统的化学放大电阻中，碳原子是最常见的原子，并且占了大部分的相互作用。在金属化的抗蚀剂中，金属原子具有较大的捕获截面，这可能提高整体吸收。在任何一种情况下，光电子都与材料重新结合，喷射出另一个电子。这种吸收/发射事件的级联，每一步都有能量耗散，一直持续到电子能量下降到约30 eV以下。

彼得森说，一旦电子能量在10到20 eV的范围内，研究人员就会看到量子化等离子体振荡的形成等离子体激元．等离子体激元反过来产生电场，对进一步的相互作用的影响尚不清楚。

只有当能量下降到5到10 eV以下，电子与分子轨道发生量子共振时，旧技术中熟悉的抗化学反应才会出现。在这个层次上，分子结构和角动量驱动进一步的相互作用。

更准确地理解分子轨道和入射电子之间的相互作用，可能会产生更有效地吸收入射能量的电阻层和下层。它也可能为掩膜和薄膜材料的行为提供新的见解。考虑到EUV固有的光源亮度限制，光路中的每一步都将受益于吸收损失较低的材料。特别是随着高数值孔径曝光系统在未来几年的出现，需要更薄的抗蚀层来最大限度地减少边缘效应和降低图案崩溃的风险。更有效的吸收可以简化抗蚀剂厚度和暴露剂量之间的权衡。

比激光眨眼还快
了解光子吸收的需求并不新鲜，但其他研究主要着眼于皮秒(10^-12年第二，射程远，速度慢。这个时间尺度足以处理193nm光子相互作用和其他低能量过程。然而，对于EUV光子，电离过程发生在飞秒(10^-15年秒)和更快的时间尺度，而初始吸收发生在几阿秒(10^-18年秒)。目前，没有实验室能够使用13.5nm光在阿秒时间尺度上检测光化学。虽然一些研究人员使用电子束来获得所需的能量，但电子具有不同的功函数，与光刻胶的相互作用不同，反应途径也不同。

Imec材料和组件分析主任Paul van der Heide指出，为Attolab计划的研究需要在源和探测器设计方面取得进展。对于光源，实验室提出的方法从大约92 eV的飞秒激光开始。在来自主激光器的脉冲之间，一个较低能量的“泵浦”脉冲可以将材料中的电子激发到更高的能级。调整泵浦和主激光器之间的时间可以使光源在光刻胶层上实现非常短的相互作用时间。虽然该系统尚未建成，但彼得森表示，实验室希望研究亚20阿秒到200皮秒范围内的相互作用。其他研究人员已经达到了2皮秒，提供了数据来帮助验证新结果。

然后，时间分辨电子和红外光谱以及电子反射可以用来检查电子散射和电子相互作用，显示什么分子被激发以及如何被激发。在较低的能量下，分子轨道变得更加交织，从而产生更复杂的光谱。该实验室计划将实验结果与随时间变化的DFT模拟进行比较。

彼得森说，实验室预计在2019年10月实现第一束光，并将开始红外时间分辨化学研究。他预计，到明年这个时候，他们仍将开发实验和分析方法，首次发表的结果可能在2020年夏季或秋季。虽然之前已经模拟了感兴趣的领域，但小于2皮秒的时间尺度是未探索的实验领域。

Attolab旨在成为世界领先的设施之一，代表了Imec历史上最大的研究投资之一，材料和先进的图案组织都做出了重大贡献。

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