Die wichtigste Prozessänderung, die sich auf die Ausbeute auswirkt, ist der Kantenplatzierungsfehler (EPE). Dies geschieht, wenn an den Kanten und Seitenwänden von Fotolackmustern unerwartete nanoskalige Unregelmäßigkeiten auftreten. Diese Unregelmäßigkeiten sind zufällig und werden umgangssprachlich als Linien-Kanten-Rauheit (LER) bezeichnet. Da die Gerätegrößen weiter schrumpfen, können LER-Artefakte die Dimensionskontrolle ernsthaft beeinträchtigen und die Amplitude zufälliger LER-Schwankungen beginnt mit den Toleranzen der Schaltungsmuster zu konkurrieren. Die LER-Steuerung ist entscheidend für die Verbesserung der Geräteleistung und des Fertigungsdurchsatzes. LER kann durch viele Faktoren im Verarbeitungsablauf verursacht werden, darunter Fehler in Lithographie- und Ätzschritten sowie nanoskalige Variationen in der Fotolackchemie. Daher benötigt die EUVL-Branche ein besseres Verständnis der Ursachen von LER und neue Tools zur Minderung dieser Probleme.

Eine Strategie zur Reduzierung von Fehlern bei der Linien-/Abstands-Anti-Ätzkorrektur ist die gerichtete Selbstorganisation (Directed Self-Assembly, DSA), da dadurch Defekte behoben werden können, die kleiner als der Rasterabstand sind. Abbildung 9 zeigt das Funktionsprinzip von EUV+DSA. Ein Mitglied der Arbeitsgruppe aus der Industrie stellte eine Fallstudie zur synergistischen Kombination von EUV, DSA und selbstausgerichteter Doppelmusterung (SADP) für Metallabstände von 18 nm und 21 nm vor.

Zusammenfassend sind die wichtigsten Punkte rund um den EUV-Fotolack wie folgt: Die Verkleinerung der Einheitsgröße erfordert neuartige Prozessarchitekturen, neuartige Gerätematerialien und eine Reduzierung der Verbindungsabstände auf 12 nm. Wenn die Chipausbeute hoch genug ist, werden die Kosten von EUVL-Halbleiterchips hauptsächlich durch die Produktivität (Durchsatz) begrenzt. Die Ausbeute wird hauptsächlich durch zufällige Prozessschwankungen bestimmt, die Fehler bei der Kantenplatzierung verursachen. Die Metalloxid-Resistplattform bietet eine beeindruckende Auflösung und Defektleistung bei engen Abständen, während DSA systematische und zufällige Variationen im Fotoresist grundlegend verbessert.

Schließlich betonen Branchenteilnehmer, dass jede Prozessänderung derzeit eine experimentelle Erkundung erfordert, wobei die messtechnischen Fähigkeiten und das Fachwissen des NIST bei diesen Aktivitäten eine entscheidende Rolle spielen. Im Einzelnen besteht die experimentelle Untersuchung von Prozessänderungen aus vier Hauptabschnitten:

(1) Bewertung von Prozessvariationen zwischen Billionen von Merkmalen, die Hochdurchsatzmethoden im Labormaßstab erfordern, möglicherweise wie in Abschnitt 2.5.1 besprochene HHG-Geräte (High Harmonic Generation).

(2) Chemische Bildung zufälliger Defekte in Resists, ein unverzichtbares Werkzeug, das in einer Synchrotronquelle durchgeführt werden kann (siehe Abschnitt 2.5.2).

(3) Erkennung von Prozessänderungen auf jeder Längenskala und zunehmend auch in 3D. Beachten Sie, dass dies durch Techniken der Atomsondentomographie (APT) erreicht werden kann, die in Abschnitt 2.5.3 erläutert werden.

(4) Auf diesen kleinen Längenskalen dominieren Oberflächen und Grenzflächen, scharfe Grenzflächen existieren nicht.

Auf die Frage nach den Aussichten und den Informationen, die die Industrie der Forschungsgemeinschaft bereitstellt, stellt NIST eine Liste mit Anforderungen zur Verfügung. Für Fotolacke: (a) neuartige Fotolacke mit höheren Quantenzahlen, (b) Ursprünge der Fotolack-/unterliegenden Struktur- und Defektbildungen, (c) chemische Formen zufälliger Defekte in MOx-Fotolacken, (d) Strategien zur Milderung von Fotolackablagerungen und (z ) Trockenentwicklungstechniken für organische Antireflexbeschichtungen. Diese Nachfrage ist besonders wichtig, da die EUVL-Fertigung von einer niedrigen NA zu einer hohen NA und sogar noch höheren NA übergeht, wie in Abbildung 10 dargestellt.

Zur Korrektur fordert die Industrie: (a) abstandsunabhängige Korrektur von Rauheit und Defekten, um das Ziellayout beizubehalten, wie in Abbildung 11 dargestellt, (b) neue DSA-Moleküle mit hochselektiver Trockenätzung und selektiver Penetration für Materialien mit hohem Gasgehalt, (c ) 3-Tonnen-ABC-Blockcopolymere und (d) funktionelle Blockcopolymere und Bürsten (fotostrukturierbar, vernetzbar usw.).

2.4.2. EUV-Kollektorspiegel: Charakterisierung von Zinnionen, -dampf und -partikeln

Die Verwendung von EUV-Licht zur Strukturierung bringt aufgrund der starken Absorption der 13.5-nm-Strahlung durch die meisten Materialien viele neue Herausforderungen mit sich. Aufgrund dieser starken Materialwechselwirkung werden Spiegel anstelle von Linsen verwendet, um Licht im Vakuum zu erzeugen und zu leiten. Die ursprünglichen Kollektorspiegel der Plasmaquelle sind konkav und ellipsoidförmig, wobei im ersten Fokus Plasma erzeugt wird. Beim zweiten bzw. Zwischenfokus wird das Plasmalicht zum Belichtungsgerät geleitet (Abbildung 12). Wellenlängenanpassung über den gesamten Sammelbereich und Infrarot-Spektralfiltration sind Schlüsselmerkmale von mehrschichtigen Kollektorspiegeln.

Darüber hinaus ist die Erzeugung einer ausreichenden Menge an EUV-Strahlung äußerst anspruchsvoll, sodass Anstrengungen unternommen werden müssen, um sicherzustellen, dass die Spiegel eine möglichst hohe Reflektivität und räumliche Gleichmäßigkeit aufweisen. Darüber hinaus muss das Reflexionsvermögen der Mehrschichtspiegel während des Betriebs der Lithographieanlage auf einem hohen Niveau gehalten werden. Beim Lithographieprozess werden Muster auf einem Fotolack belichtet, der das Muster für die weitere Verarbeitung speichert (siehe 2.4.1). EUV-Strahlung verursacht chemische Veränderungen im Fotolack, was zu flüchtigen Verbindungen führt, die durch das Vakuumsystem auf Oberflächen wandern und dort adsorbieren können. Obwohl der Fotolack die Spiegeloberfläche beeinträchtigen kann, ist er nicht die Hauptursache für die Verunreinigung des Spiegels. Branchenvertreter haben zwei Haupttypen von Trümmern identifiziert, die auf die Sammelspiegel treffen: (1) Trümmer direkt aus dem Plasma, wobei Wärme und Impuls auf das umgebende Puffergas H2 übertragen werden; und (2) Zinnfluss, der in den Kollektor eintritt, bevor er mit einer Oberfläche kollidiert, bestehend aus (i) Stoppionen, (ii) Zinndampf und (iii) Zinnpartikeln.

Derzeit wird der Kollektorspiegel durch einen Wasserstoffgasstrom vor Beschädigungen durch Trümmer geschützt. Ein Wasserstoffgas-Puffergas bei etwa 100 Pa bewirkt eine Ionenverzögerung. Wasserstoff strömt aus dem Kollektor, wodurch die Ablagerungsrate von atomarem Zinn auf dem Kollektor verringert wird. Bei der Reaktion zwischen Wasserstoffradikalen und Zinn entsteht Zinnhydrid (SnH4), das entsprechend der in der Gleichung dargestellten Reaktion abgepumpt werden kann.

Der Pumpvorgang, der in einem Behälter mit einer Vakuumpumpe stattfindet, entfernt thermische Gase und Zinndämpfe, was auch zum Schutz des Kollektorspiegels beiträgt. Darüber hinaus sammelt die interne Hardware Partikel. Die Branche hat Untersuchungen zur Reinigung von Spiegeln durchgeführt, um Kontaminationsproblemen zu begegnen. In der Branche wurden Anstrengungen unternommen, um die Lebensdauer von Kollektorspiegeln zu verbessern, insbesondere mit einer Lebensdauer von mehr als 6 Monaten im Jahr 2021.

Trotz erheblicher Verbesserungen beim Schutz von EUV-Kollektorspiegeln haben Branchenvertreter zwei Bedürfnisse geäußert. Erstens geht es darum, zu verstehen, „wie Photonen und Plasmamaterialien mit Hintergrundgasen, Optik und Plasmaoberflächen in einer EUV-Lichtquelle interagieren“. Wissenslücken umfassen Sekundärplasma und seine Wechselwirkungen, Transport und Spektroskopie, Plasmastrahlungswandphysik und -chemie sowie Plasmadiagnostik. Zweitens: Verstehen, „was mit Zinn passiert und wie man damit umgeht“. Wissenslücken in diesem Bereich umfassen Zinnverunreinigungen, die Reinigung von Zinn durch Wasserstoffradikale, Prozesse zur Bildung von Zinnhydriden sowie die damit verbundene Wärme- und Stoffübertragung und Chemie sowie die Erkennung kleiner Partikel.

Fortsetzung folgt...