美国官方报告:对EUV光刻技术的现状、需求和发展进行深入分析
2023-10-14 1013

影响良率的主要工艺变化是边缘贴装误差(EPE)。当光刻胶图案的边缘和侧壁出现意外的纳米级不规则性时,就会发生这种情况。这些不规则性是随机的,通俗地称为线边缘粗糙度 (LER)。随着器件尺寸不断缩小,LER 伪影会严重影响尺寸控制,并且随机 LER 波动的幅度开始与电路图案容差竞争。 LER 控制对于提高设备性能和制造产量至关重要。 LER 可能是由加工流程中的许多因素引起的,包括光刻和蚀刻步骤中的错误,以及光刻胶化学中的纳米级变化。因此,EUVL 行业需要更好地了解 LER 的原因以及缓解这些问题的新工具。

减少线/空间抗蚀刻校正误差的一种策略是通过定向自组装(DSA),因为它可以修复小于间距的缺陷。图9展示了EUV+DSA的工作原理。工作组的一位行业成员提供了针对 18 纳米和 21 纳米金属间距的 EUV、DSA 和自对准双图案 (SADP) 协同组合的案例研究。

640(9).png

综上所述,围绕EUV光刻胶的关键点如下:缩小单元尺寸需要新颖的工艺架构、新颖的器件材料以及将互连间距缩小至12nm。如果芯片良率足够高,EUVL半导体芯片的成本主要受到生产率(吞吐量)的限制。成品率主要由导致边缘放置错误的随机工艺变化决定。金属氧化物抗蚀剂平台在紧密间距下表现出令人印象深刻的分辨率和缺陷性能,而 DSA 从根本上改善了光刻胶的系统和随机变化。

最后,行业参与者强调,目前每个流程变革都需要实验探索,NIST 的计量能力和专业知识在这些活动中发挥着关键作用。具体来说,过程变化的实验探索有四个主要子部分:

(1) 评估数万亿个特征之间的过程变化,需要实验室规模的高通量方法,可能类似于第 2.5.1 节中讨论的高谐波发生 (HHG) 设备。

(2) 抗蚀剂中随机缺陷的化学形成,这是可以在同步加速器源中执行的不可或缺的工具,第 2.5.2 节中讨论。

(3) 检测每个长度尺度的过程变化,并且越来越多地以 3D 方式检测。请注意,这可以通过第 2.5.3 节中讨论的原子探针断层扫描 (APT) 技术来实现。

(4) 在这些小长度尺度上,表面和界面占主导地位,并且不存在尖锐的界面。

当被问及信息产业向研究界提供的前景和情况时,NIST 提供了一份需求清单。对于光刻胶:(a)具有更高量子数的新型光刻胶,(b)光刻胶/底层特征和缺陷形成的起源,(c)MOx光刻胶中随机缺陷的化学形式,(d)减少光刻胶浮渣的策略,以及(e) )有机抗反射涂层的干法显影技术。随着 EUVL 制造从低 NA 过渡到高 NA 甚至更高 NA,这一需求尤其重要,如图 10 所示。

640(10).png

对于校正,业界要求:(a) 对粗糙度和缺陷进行与节距无关的校正,以保留目标布局,如图 11 所示,(b) 具有高选择性干法蚀刻和高气体材料选择性渗透的新 DSA 分子,(c ) 3 吨-ABC 嵌段共聚物,以及 (d) 功能性嵌段共聚物和刷子(可光图案化、可交联等)。

640(11).png


2.4.2. EUV 收集镜:锡离子、蒸气和颗粒表征

由于大多数材料对 13.5 nm 辐射的强烈吸收,使用 EUV 光进行图案化带来了许多新的挑战。由于这种强烈的材料相互作用,使用镜子而不是透镜来在真空中产生和引导光。最初的等离子体源收集镜是凹面和椭圆形的,在第一个焦点处产生等离子体。在第二个或中间焦点处,等离子光被引导至曝光工具(图 12)。整个收集区域的波长匹配和红外光谱过滤是多层收集镜的关键特征。

640(12).png

此外,产生足够量的 EUV 辐射极具挑战性,因此必须努力确保镜子具有尽可能高的反射率和空间均匀性。此外,在光刻工具的操作期间,多层反射镜的反射率必须保持在高水平。光刻过程涉及在光刻胶上曝光图案,光刻胶存储图案以供进一步处理(见 2.4.1)。 EUV 辐射会导致光刻胶发生化学变化,从而导致挥发性化合物可能通过真空系统迁移并吸附到表面上。尽管光致抗蚀剂会影响镜面,但它并不是镜面污染的主要问题。行业成员已经确定了影响收集镜的两种主要碎片类型:(1)直接来自等离子体的碎片,其热量和动量传递给周围的缓冲气体H2; (2) 锡助熔剂在与任何表面碰撞之前进入收集器,由 (i) 停止离子、(ii) 锡蒸气和 (iii) 锡颗粒组成。

目前,用于保护收集镜免受碎片损坏的方法是通过氢气流。 100 Pa 左右的氢气缓冲气体会导致离子减速。氢气从收集器流出,降低了原子锡在收集器上的沉积速率。氢自由基和锡之间的反应形成氢化锡 (SnH4),可以根据方程式所示的反应将其抽走。

带有真空泵的容器中发生的抽气作用可以去除热气体和锡蒸气,这也有助于保护收集镜。此外,内部硬件还会收集颗粒。该行业已经对清洁镜子进行了研究,以解决污染问题。业界一直在努力提高集热镜的使用寿命,特别是到6年,其使用寿命将超过2021个月。

尽管在保护 EUV 收集器反射镜方面取得了重大改进,但行业成员仍表达了两个需求。首先,了解“光子和等离子体材料如何与 EUV 光源中的背景气体、光学器件和等离子体表面相互作用”。知识差距包括次级等离子体及其相互作用、传输和光谱学、等离子体辐射壁物理和化学以及等离子体诊断。其次,了解“锡会发生什么以及如何管理它”。该领域的知识差距包括锡污染、锡的氢自由基清洁、氢化锡形成过程以及相关的热传质传递和化学以及小颗粒检测。


继续......

whatsapp

WhatsApp

Whatsapp:+8618073002950