Литография в крайнем ультрафиолете

Эта статья может потребовать очистки, чтобы соответствовать стандартам качества Википедии . Конкретная проблема: плохой / первичный источник, изображения, содержащие текст, и т. Д. Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, если можете. ( Январь 2021 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Литография в крайнем ультрафиолете (также известная как EUV или EUVL ) - это технология литографии (в основном чип-печать / изготовление, также известная как «изготовление»), использующая диапазон длин волн экстремального ультрафиолета (EUV), примерно охватывающий 2% ширины полосы на полувысоте около 13,5  нм .

Хотя технология EUV доступна для массового производства, в течение 2018 и 2019 годов было поставлено 53 машины по всему миру, способные производить пластины с использованием этой технологии, а за тот же период была поставлена 201 система иммерсионной литографии . ^{[1] [2] [ необходим более качественный источник ]} Проблемы, которые затрудняют внедрение EUV, - это стоимость инструментов (EUV-сканеры ASML могут стоить до 120 миллионов долларов США ^{[3] [4]} ), время безотказной работы инструмента и случайные явления. ^[5] В новейших приборах NXE: 3400 предусмотрена возможность заполнения нижнего зрачка для лучшего изображения, ^[6]но это приводит к снижению производительности из-за ограниченного использования поля экспонирования. ^[7] Остается еще несколько фундаментальных проблем. ^[8]

По состоянию на 2020 год Samsung и TSMC - единственные компании, которые использовали EUV в производстве, в основном ориентированном на 5 нм. На IEDM 2019 TSMC сообщила об использовании EUV для 5-нанометрового контакта, перехода, металлической линии и слоев разреза, где разрезы можно наносить на ребра, ворота или металлические линии. ^{[9] [10]} На IEDM 2020 TSMC сообщила, что минимальный шаг металла в 5 нм будет уменьшен на 30% по сравнению с 7 нм, ^[11] который составлял 40 нм. ^[12] 5-нанометровая технология Samsung литографически является тем же правилом проектирования, что и 7-нм, с минимальным шагом металла 36 нм. ^[13]

Механизм формирования изображения в EUV литографии. Вверху: многослойный EUV-фильтр и поглотитель (фиолетовый), образующий узор маски для отображения линии. Внизу: EUV-излучение (красный), отраженное от рисунка маски, поглощается резистом (желтый) и подложкой (коричневый), образуя фотоэлектроны и вторичные электроны (синий). Эти электроны увеличивают степень химических реакций в резисте. На оптическое изображение накладывается вторичный электронный узор, который носит случайный характер. Нежелательное воздействие вторичных электронов приводит к потере разрешения, наблюдаемой шероховатости края линии и изменению ширины линии.

Стохастический аспект EUV-изображения. Фотонный дробовой шум может вызвать значительные локальные вариации дозы, которые могут пересекать порог печати (пунктирная линия).

Маски [ править ]

СУФ фотошаблонов работы, отражая свет, ^[14] , которая достигается за счет использования нескольких слоев чередованием молибдена и кремния . Это отличается от обычных фотошаблонов, которые блокируют свет с помощью одного слоя хрома на кварцевой подложке. Маска EUV состоит из 40 чередующихся слоев кремния и молибдена; ^[15] этот многослойный слой отражает ультрафиолетовый свет за счет дифракции Брэгга.; коэффициент отражения в значительной степени зависит от угла падения и длины волны, при этом более длинные волны отражают больше вблизи нормального падения, а более короткие волны отражаются в большей степени от нормального падения. Рисунок определяется в поглощающем слое на основе тантала поверх многослойного материала. ^[16] Многослойный слой может быть защищен тонким слоем рутения. ^{[17] [18]}

Производство [ править ]

Пустые фотошаблоны в основном производят две компании: AGC Inc. и Hoya Corporation . ^{[19] [20]} Заготовка фотошаблона покрыта фоторезистом , который затем запекается (затвердевает) в печи, а затем подвергается воздействию лазерного света с использованием литографии без маски . ^[21] Экспонированный фоторезист проявляется (удаляется), а незащищенные участки протравливаются. Затем удаляется оставшийся фоторезист. Затем маски проверяются и позже ремонтируются с помощью электронного луча . ^[22] Травление должно выполняться на очень определенную глубину, что затрудняет травление по сравнению с традиционным производством фотошаблонов. ^[23]

Инструмент [ править ]

Инструмент состоит из управляемого лазером плазменного источника света из олова (Sn), отражающей оптики, состоящей из многослойных зеркал, находящихся в среде газообразного водорода. Водород используется для предотвращения осаждения олова на зеркале коллектора EUV в источнике. ^[24]

EUVL - это значительный отход от стандарта глубокой ультрафиолетовой литографии. Все вещество поглощает EUV- излучение. Следовательно, для EUV-литографии необходим вакуум. Все оптические элементы, включая фотошаблон , должны использовать бездефектные многослойные молибден / кремний ( Mo / Si ) (состоящие из 40 бислоев Mo / Si), которые отражают свет посредством межслойной интерференции; любое из этих зеркал поглощает около 30% падающего света.

Современные системы EUVL содержат как минимум два конденсаторных многослойных зеркала, шесть проекционных многослойных зеркал и многослойный объект (маску). Поскольку зеркала поглощают 96% света EUV, идеальный источник EUV должен быть намного ярче, чем его предшественники. Разработка источников EUV была сосредоточена на плазме, генерируемой лазерными или разрядными импульсами. Зеркало, отвечающее за сбор света, напрямую подвергается воздействию плазмы и уязвимо для повреждения ионами высокой энергии ^{[25] [26]} и другим мусором ^[27], например каплями олова, что требует замены дорогостоящего зеркала коллектора каждые год. ^[28]

Требования к ресурсам [ править ]

Источник: Gigaphoton, Sematech Symposium Japan, 15 сентября 2010 г.

Требуемые служебные ресурсы значительно больше для EUV по сравнению с погружением на 193 нм , даже при двух экспозициях с использованием последнего. Компания Hynix сообщила на симпозиуме EUV 2009, что эффективность сетевой розетки составила ~ 0,02% для EUV, т. Е. Чтобы получить 200 Вт при промежуточном фокусе для 100 пластин в час, потребуется 1 мегаватт входной мощности по сравнению с 165. -киловатт для иммерсионного сканера ArF, и что даже при той же пропускной способности занимаемая площадь сканера EUV была примерно в 3 раза больше площади иммерсионного сканера ArF, что приводило к снижению производительности. ^[29] Кроме того, для удержания обломков ионов может потребоваться сверхпроводящий магнит. ^[30]

Типичный инструмент EUV весит 180 тонн. ^[31]

Сводка основных характеристик [ править ]

В следующей таблице приведены основные различия между разрабатываемыми системами EUV и иммерсионными системами ArF, которые сегодня широко используются в производстве:

Различная степень разрешения инструментов с числовой апертурой 0.33 объясняется различными вариантами освещения. Несмотря на потенциал оптики для достижения разрешения менее 20 нм, вторичные электроны в резисте практически ограничивают разрешение примерно до 20 нм. ^[41]

Мощность источника света, пропускная способность и время безотказной работы [ править ]

Нейтральные атомы или конденсированное вещество не могут испускать EUV-излучение. Ионизация должна предшествовать EUV-излучению. Тепловое образование многозарядных положительных ионов возможно только в горячей плотной плазме , которая сама сильно поглощает EUV. ^[42] По состоянию на 2016 год установленный источник света EUV представляет собой оловянную плазму с импульсным лазерным излучением. ^[43] Ионы поглощают излучаемый ими EUV-свет и легко нейтрализуются электронами в плазме до более низких зарядовых состояний, которые производят свет в основном на других, непригодных для использования длинах волн, что приводит к значительному снижению эффективности генерации света для литографии при более высоком уровне плазмы. удельная мощность.

Производительность зависит от мощности источника, деленной на дозу. ^[44] Более высокая доза требует более медленного движения ступени (меньшей производительности), если мощность импульса не может быть увеличена.

Отражательная способность коллектора EUV ухудшается на ~ 0,1-0,3% на миллиард импульсов 50 кГц (~ 10% за ~ 2 недели), что приводит к потере времени безотказной работы и пропускной способности, в то время как даже для первых нескольких миллиардов импульсов (в течение одного дня) все еще остается 20%. (+/- 10%) колебание. ^[45] Это может быть связано с накоплением упомянутого выше остатка олова, который не удаляется полностью. ^{[46] [47]} С другой стороны, обычные инструменты иммерсионной литографии для создания двойного рисунка обеспечивают стабильную производительность в течение года. ^[48]

В последнее время осветитель NXE: 3400B отличается уменьшенным коэффициентом заполнения зрачка (PFR) до 20% без потерь при передаче. ^[49] PFR максимален и превышает 0,2 при шаге металла 45 нм. ^[50]

Из-за использования EUV-зеркал, которые также поглощают EUV-свет, на пластине, наконец, доступна лишь небольшая часть исходного света. Для осветительной оптики используются 4 зеркала, а для проекционной оптики - 6 зеркал. Маска EUV или сетка сами по себе являются дополнительным зеркалом. При 11 отражениях на пластине доступно только ~ 2% света источника EUV. ^[51]

Время безотказной работы инструмента [ править ]

Источник света EUV ограничивает время безотказной работы инструмента, помимо производительности. Например, в двухнедельный период может быть запланировано более семи часов простоя, в то время как общее фактическое время простоя, включая незапланированные проблемы, может легко превысить день. ^[51] Ошибка дозы более 2% гарантирует простой инструмента. ^[51]

Сравнение с другими источниками света для литографии [ править ]

В то время как современные эксимерные лазеры на ArF с длиной волны 193 нм предлагают интенсивность 200 Вт / см ² , ^[52] лазеры для создания плазмы, генерирующей EUV, должны быть намного более интенсивными, порядка 10 ¹¹ Вт / см ² . ^[53] Для современного источника света с иммерсионной литографией на основе ArF мощностью 120 Вт требуется не более 40 кВт ^{[54], в} то время как для источников EUV требуется мощность более 40 кВт. ^[55]

Требуемая мощность для литографии EUV составляет не менее 250 Вт, в то время как для других традиционных источников литографии она намного меньше. ^[51] Например, источники света для иммерсионной литографии нацелены на 90 Вт, сухие источники ArF 45 Вт и источники KrF 40 Вт. Ожидается, что для EUV-источников с высокой числовой апертурой потребуется не менее 500 Вт. ^[51]

Стохастические проблемы EUV [ править ]

EUV-литография особенно чувствительна к стохастическим эффектам. ^[58] В большом количестве элементов, напечатанных с помощью EUV, хотя подавляющее большинство разрешено, некоторые из них не печатаются полностью, например, отсутствуют отверстия или перемычки. Известно, что значительный вклад в этот эффект вносит доза, используемая для печати. ^[59] Это связано с дробовым шумом., о чем будет сказано ниже. Из-за стохастических изменений в количестве поступающих фотонов некоторые области, предназначенные для печати, фактически не достигают порогового значения для печати, оставляя неэкспонированные дефектные области. Некоторые области могут быть переэкспонированы, что приведет к чрезмерной потере резиста или сшиванию. Вероятность стохастического отказа увеличивается экспоненциально по мере уменьшения размера элемента, и для того же размера элемента увеличение расстояния между элементами также значительно увеличивает вероятность. ^{[59] [60]} Отрезки линий, которые находятся на относительно большом расстоянии друг от друга, представляют собой серьезную проблему. Доходность требует обнаружения стохастических отказов до значений ниже 1e-12. ^[59]

Склонность к стохастическим дефектам усиливается, когда изображение состоит из фотонов от различных паттернов, таких как паттерн с большой площадью ^{[56] [57]} или от расфокусировки по заполнению большого зрачка. ^{[61] [62]}

Для одной и той же совокупности могут существовать несколько режимов отказа. Например, помимо перекрытия траншей, линии, разделяющие траншеи, могут быть нарушены. ^[59] Это может быть связано со стохастической потерей резиста ^[58] из вторичных электронов. ^{[63] [64]}

Сосуществование стохастически недоэкспонированных и переэкспонированных дефектных областей приводит к потере окна дозы на определенном уровне дефектов после травления между скалами формирования паттерна с низкой и высокой дозой. ^[65] Следовательно, выигрыш в разрешении от более короткой длины волны теряется.

Подложка из резиста также играет важную роль. ^[59] Это могло быть связано с вторичными электронами, генерируемыми подслоем. ^[66] Вторичные электроны могут удалить более 10 нм резиста с обнаженного края. ^{[63] [67]}

Уровень дефекта составляет порядка 1К / мм ² . ^[68] В 2020 году Samsung сообщила, что 5-нанометровые схемы сопряжены с риском дефектов процесса, и начала внедрять автоматическую проверку и исправление. ^[69]

Фотонный дробовой шум может быть связан со стохастическими дефектами через наличие дозозависимого размытия (моделируется как гауссово). ^[70]

Оптические проблемы, связанные с EUV [ править ]

Случайные вариации многослойной отражательной способности [ править ]

GlobalFoundries и Lawrence Berkeley Labs провели исследование методом Монте-Карло для моделирования эффектов смешивания слоев молибдена (Mo) и кремния (Si) в многослойном слое, который используется для отражения EUV-света от EUV-маски. ^[71] Результаты показали высокую чувствительность к изменениям толщины слоя в атомном масштабе. Такие вариации не могут быть обнаружены измерениями отражательной способности на большой площади, но будут значительными в масштабе критического размера (CD). ^[71]

Ширина полосы частот ( хроматическая аберрация ) [ править ]

В отличие от источников для литографии DUV, основанных на эксимерных лазерах, источники EUV-плазмы излучают свет в широком диапазоне длин волн. ^[73] Хотя спектр EUV не является полностью монохроматическим и даже не таким спектрально чистым, как источники DUV-лазера, рабочая длина волны обычно принимается равной 13,5 нм. На самом деле отраженная мощность в основном распределяется в диапазоне 13,3-13,7 нм. ^[74] Ширина полосы пропускания EUV-света, отраженного многослойным зеркалом, используемым для EUV-литографии, составляет более +/- 2% (> 270 пм); ^[75] изменения фазы из-за изменений длины волны при заданном угле освещения можно вычислить ^[76] и сравнить с бюджетом аберраций. ^[77] Зависимость коэффициента отражения от длины волны ^[76][74] также влияет на аподизацию или распределение освещения по зрачку (для разных углов); разные длины волн эффективно «видят» разные источники света, поскольку они по-разному отражаются многослойной маской. ^{[78] [74]} Этот эффективный наклон освещения источника может привести к значительным сдвигам изображения из-за расфокусировки. ^[79] И наоборот, длина волны отраженного пика изменяется по зрачку из-за разных углов падения. ^{[74] [80]} Это усугубляется, когда углы охватывают большой радиус, например, кольцевое освещение. Длина волны пикового коэффициента отражения увеличивается при меньших углах падения. ^[81]Апериодические многослойные слои были предложены для снижения чувствительности за счет более низкой отражательной способности, но они слишком чувствительны к случайным колебаниям толщины слоя, например, из-за неточности контроля толщины или взаимной диффузии. ^[82] В частности, расфокусированные плотные линии с шагом, вдвое превышающим минимальный разрешаемый шаг, страдают от сдвига края в зависимости от длины волны. ^[83]

Более узкая полоса пропускания увеличила бы чувствительность к поглотителю маски и толщине буфера в масштабе 1 нм. ^{[84] [85]}

Эффекты фазы поглотителя маски [ править ]

Поглотитель маски EUV из-за частичного пропускания генерирует разность фаз между 0-м и 1-м порядками дифракции в линейно-пространственной структуре, что приводит к сдвигам изображения (при заданном угле освещения), а также к изменениям пиковой интенсивности (приводящим к ширине линии). изменения) ^[86], которые дополнительно усиливаются за счет расфокусировки. ^{[87] [88]}В конечном итоге это приводит к различным положениям наилучшего фокуса для разных шагов и разных углов освещения. Как правило, смещение изображения уравновешивается из-за того, что точки источника освещения спарены (каждая на противоположных сторонах оптической оси). Однако отдельные изображения накладываются друг на друга, и результирующий контраст изображения ухудшается, когда сдвиги отдельных исходных изображений достаточно велики. Разность фаз в конечном итоге также определяет наилучшее положение фокуса.

Отражающая оптика [ править ]

Фундаментальным аспектом инструментов EUVL, возникающим в результате использования отражающей оптики, является внеосевое освещение (под углом 6 градусов, в разных направлениях в разных положениях внутри осветительной щели) ^[89] на многослойной маске. Это приводит к эффектам затенения, приводящим к асимметрии в дифракционной картине, которая ухудшает ее точность различными способами, как описано ниже. ^[90]

Эффекты затенения толстой маски [ править ]

Наклонное падение в отражающей оптической системе приводит к эффектам затенения в присутствии поглотителя маски. Например, одна сторона (за тенью) будет казаться ярче, чем другая (в тени). ^[91]

Асимметрия ВН [ править ]

По сути, поведение световых лучей в плоскости отражения (влияющих на горизонтальные линии) отличается от поведения световых лучей вне плоскости отражения (влияющих на вертикальные линии). ^[92] Наиболее заметно, что горизонтальные и вертикальные линии одинакового размера на маске EUV напечатаны на пластине разного размера.

Асимметрии в наборах параллельных линий [ править ]

Комбинация внеосевой асимметрии и эффекта затенения маски приводит к принципиальной неспособности двух идентичных элементов даже в непосредственной близости одновременно находиться в фокусе. ^[93] Одной из ключевых проблем EUVL является асимметрия между верхней и нижней линиями пары горизонтальных линий (так называемые «две полосы»). Некоторые способы частично компенсировать это использование вспомогательных функций, а также асимметричного освещения. ^[94]

Расширение корпуса с двумя стержнями до решетки, состоящей из множества горизонтальных линий, показывает аналогичную чувствительность к расфокусировке. ^[95] Это проявляется в разнице CD между линиями верхнего и нижнего края набора из 11 горизонтальных линий. В таблице ниже приведена разница CD в диапазоне фокусировки 100 нм при освещении квазаров (освещение квазаров будет описано в разделе, посвященном оптимальному освещению в зависимости от шага).

Для шагов 40 нм или ниже ширина линий составляет 20 нм или меньше, а разница CD составляет не менее 2,5 нм, что дает разницу не менее 12,5%.

Сдвиг паттерна от расфокусировки (нетелецентричность) [ править ]

Вертикальное размещение объекта маски [ править ]

Использование отражения приводит к тому, что положение экспонирования пластины чрезвычайно чувствительно к плоскостности сетки нитей и зажиму сетки. Поэтому необходимо поддерживать чистоту зажима сетки. Небольшие (в мрад) отклонения плоскостности маски на локальном склоне в сочетании с дефокусировкой пластины. ^[96] Что еще более важно, расфокусировка маски приводит к большим ошибкам наложения. ^{[97] [98]} В частности, для слоя металла 1 узла 10 нм (включая шаги 48 нм, 64 нм, 70 нм, изолированные и силовые линии) неисправимая ошибка размещения шаблона составляла 1 нм для маски z- 40 нм. сдвиг позиции. ^[99]Это глобальный сдвиг шаблона слоя по отношению к ранее определенным слоям. Однако элементы в разных местах также будут смещаться по-разному из-за различных локальных отклонений от плоскостности маски, например, из-за дефектов, скрытых под многослойным слоем. Можно оценить, что вклад неоднородности маски в ошибку наложения примерно в 1/40 раз превышает изменение толщины от пика к впадине. ^[100] При ширине холостого изображения 50 нм возможна ошибка размещения изображения ~ 1,25 нм. Изменения толщины холста до 80 нм также вносят свой вклад, что приводит к сдвигу изображения до 2 нм. ^[100]

Расфокусировка пластины [ править ]

Внеосевое освещение сетки также является причиной нетелецентричности в дефокусировке пластины, которая потребляет большую часть бюджета наложения 1,4 нм сканера NXE: 3400 EUV ^[101] даже для правил проектирования, таких как шаг 100 нм. ^[102] Наихудшая неисправимая ошибка размещения шаблона для линии 24 нм составляла около 1,1 нм относительно соседней линии электропередачи 72 нм на сдвиг положения фокуса пластины на 80 нм в одной позиции щели; когда включены характеристики поперек щели, наихудшая ошибка составляет более 1,5 нм в окне расфокусировки пластины ^[99]В 2017 году актинический микроскоп, имитирующий литографическую систему 0,33 NA EUV с освещением 0,2 / 0,9 quasar 45, показал, что матрица контактов с шагом 80 нм сместилась от -0,6 до 1,0 нм, а матрица контактов с шагом 56 нм сместилась от -1,7 до 1,0 нм относительно горизонтальная контрольная линия в пределах окна расфокусировки +/- 50 нм. ^[103]

Расфокусировка пластины также приводит к ошибкам размещения изображения из-за отклонений от локальной плоскостности маски. Если местный наклон обозначен углом α, изображение проецируется для смещения в инструменте 4-кратного проецирования на 8 α x (DOF / 2) = 4 α DOF, где DOF - глубина резкости. ^[104] Для глубины фокуса 100 нм небольшое локальное отклонение от плоскостности 2,5 мрад (0,14 °) может привести к смещению структуры на 1 нм.

Зависимость положения щели [ править ]

Направление освещения также сильно зависит от положения щели, по существу, повернутой в азимутальном направлении. ^{[108] [109] [38] [110] [111] [112]} Nanya Technology и Synopsys обнаружили, что горизонтальное и вертикальное смещение изменяется поперек щели при дипольном освещении. ^[113] Вращающаяся плоскость падения (азимутальный диапазон от -25 ° до 25 °) подтверждается актиничным обзорным микроскопом SHARP на CXRO, который имитирует оптику для систем проекционной литографии EUV. ^[114] Причина в том, что зеркало используется для преобразования прямых прямоугольных полей в дугообразные поля. ^{[115] [116]}Чтобы сохранить фиксированную плоскость падения, отражение от предыдущего зеркала должно происходить под другим углом к ​​поверхности для другого положения щели; это вызывает неравномерность отражательной способности. ^[7] Для сохранения однородности используется вращательная симметрия с вращающейся плоскостью падения. ^{[7] [117] В} более общем смысле, так называемые системы «кольцевого поля» уменьшают аберрации, полагаясь на симметрию вращения дугообразного поля, полученного из внеосевого кольцевого пространства. ^[118]Это предпочтительно, поскольку в отражающих системах должны использоваться внеосевые траектории, которые усугубляют аберрации. Следовательно, одинаковые рисунки штампов в разных половинах дугообразной щели потребуют разных OPC. Это делает их не поддающимися проверке при сравнении «умирает до смерти», поскольку они больше не являются полностью идентичными штампами. Для шагов, требующих дипольного, квадрупольного или гексапольного освещения, вращение также вызывает несоответствие с той же компоновкой рисунка в другом положении щели, то есть между краем и центром. Даже при кольцевом или круговом освещении вращательная симметрия нарушается зависящим от угла многослойным отражением, описанным выше. Хотя диапазон азимутального угла составляет +/- ~ 20 ° ^[119] ( полевые данные NXE3400 ^[120] показывают 18,2 ° ^[121]) на сканерах с числовой апертурой 0,33 при правилах проектирования 7 нм (шаг 36-40 нм) допуск на освещенность может составлять +/- 15 °, ^{[122] [123]} или даже меньше. ^{[124] [125] [120]} Неравномерность и асимметрия кольцевого освещения также существенно влияют на изображение. ^[126]

Зависимость положения щели особенно трудна для наклонных шаблонов, встречающихся в DRAM. ^[111] Помимо более сложных эффектов, связанных с затенением и вращением зрачка, наклонные края преобразуются в форму лестницы, которая может быть искажена OPC. Фактически, DRAM с шагом 32 нм от EUV будет увеличиваться как минимум до 9F ² области ячеек, где F = половина шага активной области (традиционно это было 6F ² ). ^[127] При двумерном вырезании активной области с самовыравниванием с двойным рисунком площадь ячеек все еще ниже и составляет 8,9F ² . ^[128]

Аберрации , возникающие из-за отклонений оптических поверхностей от субатомных (<0,1 нм) спецификаций ^[129], а также тепловых деформаций ^{[130] [131]} и, возможно, включая эффекты поляризованного отражения, ^[132] , также зависят от положения щели, ^{[133] [131],} что будет дополнительно обсуждаться ниже в отношении оптимизации маски источника (SMO). Ожидается, что термически индуцированные аберрации будут демонстрировать различия между различными положениями через щель, соответствующими различным положениям поля, поскольку каждое положение сталкивается с разными частями деформированных зеркал. ^[134]Как ни странно, использование материалов подложки с высокой термической и механической стабильностью затрудняет компенсацию ошибок волнового фронта ^[135]

Flare [ править ]

Блики - это наличие фонового света, возникающего из-за рассеяния поверхностных элементов, которые не разрешаются светом. В системах EUV этот свет может быть EUV или внеполосным (OoB) светом, который также генерируется источником EUV. OoB-свет добавляет сложности, поскольку влияет на экспозицию резиста способами, отличными от того, что учитывается экспозицией EUV. Воздействие внеполосного света может быть уменьшено за счет слоя, нанесенного поверх резиста, а также за счет «черной границы» на маске EUV. ^[136] Однако слой покрытия неизбежно поглощает EUV-свет, а черная рамка увеличивает стоимость обработки EUV-маски.

Эффекты кончика линии [ править ]

Ключевой проблемой для EUV является противодействие масштабированию расстояния от наконечника до наконечника лески (T2T) при уменьшении половинного шага (hp). ^[124] Это частично связано с более низким контрастом изображения для бинарных масок, используемых в литографии EUV, что не встречается при использовании масок с фазовым сдвигом в иммерсионной литографии. ^{[137] [138]} Закругление углов конца строки приводит к сокращению конца строки, ^[139] и это хуже для двоичных масок. ^[140] Использование масок фазового сдвига в EUV литографии было изучено, но сталкивается с трудностями из-за фазового контроля в тонких слоях ^[141], а также полосы пропускания самого EUV света. ^[142] Более условно,Оптическая коррекция приближения (OPC) используется для решения проблемы скругления углов и укорачивания концов строки. Несмотря на это, было показано, что разрешение от кончика к кончику и возможность печати на кончике линии идут вразрез друг с другом, фактически являясь компакт-дисками противоположной полярности. ^[143] Кроме того, эффективность оптических коррекций зависит от других неоптических причин, таких как размытие сопротивления и эффекты диффузии, которые также могут включать размытие вторичных электронов (обсуждается в разделе, посвященном экспонированию фоторезиста). ^[144] Кроме того, кажется, что большие молекулярные массы и размеры уменьшают скругление углов. ^[145]

В однонаправленных металлических слоях расстояние от наконечника до наконечника является одной из наиболее серьезных проблем при формировании рисунка с однократной экспозицией. Для 40 нм основного тона вертикальных линий, 18 нма номинал кончик к кончику обращаются разрыв привел к фактическому кончику к Кончику расстоянии 29 нм с OPC (оптическая коррекция близости) , ^[124] , а для 32 нм основного тона горизонтальных линий расстояние от наконечника до наконечника при номинальном зазоре 14 нм увеличилось до 31 нм с OPC. ^[146] Эти фактические расстояния от наконечника до наконечника определяют нижний предел полутона металла, движущегося в направлении, перпендикулярном наконечнику. В этом случае нижний предел составляет около 30 нм. При дальнейшей оптимизации освещения (обсуждаемой в разделе об оптимизации маски источника) нижний предел может быть дополнительно снижен до примерно 25 нм. ^[147]

Для больших шагов, где можно использовать обычное освещение, расстояние от кончика до кончика лески обычно больше. Для линий с половинным шагом 24 нм с номинальным зазором 20 нм расстояние фактически составляло 45 нм, в то время как для линий с половинным шагом 32 нм такой же номинальный зазор давал расстояние от наконечника до наконечника, равное 34 нм. ^[146] С OPC они становятся 39 нм и 28 нм для полушага 24 нм и полушага 32 нм соответственно. ^[148]

Печатное пространство между кончиком линии и перпендикулярной линией, к которой он обращен, составляет 25-35 нм для линий с половинным шагом 22 нм (с номинальным зазором 20 нм). ^[148] Для диаграммы направленности 22 нм с номинальным зазором 22 нм обычное освещение дает расстояние от вершины до линии 38 нм, в то время как освещение квазаров дает расстояние 28 нм. ^[149] Зазор между кончиками бумаги - одна из самых трудных для печати двунаправленных деталей. ^[148]

Сводка эффектов кончика и углов линии EUV: ^[150]

Источник: Semicon West 2017, IBM.

Расстояние до конца линии, равное 28 нм, по существу вынуждает шаг составлять не менее 56 нм для создания двунаправленного рисунка EUV при однократном экспонировании. Минимальный шаг металлического узла в 7 нм уже составляет 40 нм или ниже, в то время как шаг затвора также может быть ниже 56 нм ^{[151] [152],} так что это показатель того, что потребуется множественное формирование рисунка даже для EUV на 7 нм. ^[153]

Возможности улучшения паттерна EUV [ править ]

Вспомогательные функции [ править ]

Вспомогательные функции часто используются, чтобы помочь сбалансировать асимметрию от нетелецентричности в разных положениях щели из-за разных углов освещения, начиная с узла 7 нм, ^{[154] [155],} где шаг составляет ~ 41 нм для длины волны ~ 13,5 нм. и NA = 0,33, что соответствует k1 ~ 0,5. ^[156] Однако асимметрия уменьшается, но не устраняется полностью, поскольку вспомогательные функции в основном усиливают самые высокие пространственные частоты, тогда как промежуточные пространственные частоты, которые также влияют на фокус и положение элемента, не сильно затрагиваются. Связь между основным изображением и собственными изображениями слишком сильна, чтобы асимметрию можно было полностью устранить с помощью вспомогательных функций; Только асимметричное освещение может добиться этого. ^[94]Вспомогательные функции также могут мешать доступу к шинам питания / заземления. Ожидается, что рельсы питания будут шире, что также ограничивает эффективность использования вспомогательных функций из-за ограничения местного шага. Локальные высоты звука между 1x и 2x минимальным шагом запрещают размещение вспомогательных функций, поскольку просто нет места для сохранения локальной симметрии высоты звука. Фактически, для случая асимметрии с двумя стержнями оптимальное размещение вспомогательных функций может быть меньше или превышать шаг с двумя стержнями. ^[155] В зависимости от оптимизируемого параметра (площадь окна обработки, глубина резкости, широта экспозиции) оптимальная конфигурация вспомогательных функций может сильно отличаться, например, шаг между вспомогательной функцией и полосой отличается от шага двух полосок, симметричный или асимметричный и т. д.

При шаге менее 58 нм существует компромисс между увеличением глубины резкости и потерей контраста за счет размещения вспомогательных функций. ^[155] Как правило, все еще существует компромисс между фокусом и экспозицией, поскольку окно дозы ограничено необходимостью того, чтобы вспомогательные функции не печатались случайно.

Дополнительную озабоченность вызывает дробовой шум; ^[157] Вспомогательные функции с суб-разрешением (SRAF) снижают требуемую дозу, чтобы случайно не распечатать вспомогательные функции. ^[158] Это приводит к меньшему количеству фотонов, определяющих более мелкие детали (см. Обсуждение в разделе о дробовом шуме).

Теперь известно, что основным механизмом асимметрии является различное затенение под разными углами падения. Следовательно, уменьшение толщины поглотителя было бы самым прямым способом решения проблемы. ^[159]

Стохастическая печать SRAF [ править ]

Поскольку SRAF имеют меньшие размеры, чем основные, и не должны принимать дозы, достаточно высокие для печати, они более восприимчивы к стохастическим изменениям дозы, вызывающим ошибки печати. ^[160] Это особенно недопустимо для EUV, где даже когда основной элемент печатается со скоростью 80 мДж / см ² , SRAF страдает от стохастической печати.

Оптимизация маски источника [ править ]

Из-за эффектов нетелецентричности стандартные формы светового зрачка, такие как дисковый или кольцевой, недостаточны для использования для элементов размером ~ 20 нм или ниже (узел 10 нм и более). ^[102] Вместо этого необходимо асимметрично исключить определенные части зрачка (часто более 50%). Исключаемые части зависят от рисунка. В частности, самые плотные разрешенные линии должны быть выровнены вдоль одного направления и предпочитать форму диполя. В этой ситуации литография с двойной экспозицией может потребоваться для двумерных узоров из-за наличия как X-, так и Y-ориентированных узоров, каждый из которых требует своей собственной маски одномерного узора и ориентации диполя. ^{[161] [162]}Может быть 200–400 точек освещения, каждая из которых вносит свой вклад в дозу, чтобы сбалансировать общее изображение через фокусировку. Таким образом, эффект дробового шума (который будет обсуждаться позже) критически влияет на положение изображения через фокусировку в большом количестве объектов.

Двойное или множественное формирование рисунка также может потребоваться, если рисунок состоит из суб-рисунков, которые требуют значительно разных оптимизированных освещений из-за разных шагов, ориентации, форм и размеров.

Влияние положения щели и аберрации [ править ]

Во многом из-за формы щели ^[119] и наличия остаточных аберраций ^[163] эффективность SMO варьируется в зависимости от положения щели. ^[164] В каждом положении щели есть разные аберрации ^[133] и разные азимутальные углы падения, что приводит к разному затемнению. ^[38] Следовательно, могут быть нескорректированные вариации по щели для чувствительных к аберрации особенностей, которые не могут быть явно видны с регулярными структурами между строками. ^[155] В каждом положении прорези, хотя оптическая коррекция близости (OPC) , включая упомянутые выше вспомогательные функции, также может применяться для устранения аберраций, ^{[165] [166]}они также вносят свой вклад в спецификации освещения, ^{[167] [164] [168] [169],} поскольку преимущества различаются для разных условий освещения. ^[165] Это потребует использования различных комбинаций маски источника в каждой позиции щели, т. Е. Множественных экспозиций маски на слой. ^[133]

Вышеупомянутые хроматические аберрации из-за аподизации, вызванной маской ^[78], также приводят к несогласованным оптимизациям маски источника для разных длин волн.

Оптимальное освещение в зависимости от высоты звука [ править ]

Оптимальное освещение, принимая во внимание как дозу облучения, так и окна фокусировки, является сильной функцией шага в диапазоне от 32 нм до 48 нм (применительно к литейным узлам 7 нм и 10 нм), где большая часть работы проводится в EUV-диапазоне. приложение было сфокусировано. Для шагов, превышающих 44 нм, форма светового зрачка предпочтительно является обычной, то есть круглым диском, возможно, включающим центральное затемнение для обеспечения кольцевого внешнего вида. ^[146] Для шагов в диапазоне от 44 нм до 34 нм оптимальная форма больше не является традиционной или кольцевой, а больше похожа на «квазар» ( Qua drupole- s has a nnula r ) ^[170] источник, т. Е. дуга в каждом квадранте зрачка.^[146] Для шагов 32 нм и ниже оптимальное освещение становится более дипольным, т. Е. Сосредоточенным в направлении верхнего и нижнего или левого и правого концов зрачка. ^[124] Когда выполняется оптимизация маски источника, результирующая форма будет напоминать наиболее близкую из стандартного набора (обычный, кольцевой, квазар, диполь). Для шагов менее 41 нм центральная часть зрачка должна быть исключена для инструмента с NA = 0,33, так как EUV-свет 13,5 нм, проходящий через эту часть, будет вносить только вклад в нулевой порядок дифракции (нерассеянный свет), эффективно добавляя блики. ^[171]

Окна фокуса в зависимости от высоты тона [ править ]

Наилучший фокус для данного размера элемента зависит от шага, полярности и ориентации при заданном освещении. ^[172] При шаге 36 нм горизонтальные и вертикальные элементы темного поля имеют разницу в фокусе более 30 нм. Элементы с шагом 34 нм и 48 нм имеют наибольшую разницу в наилучшей фокусировке независимо от типа элемента. В диапазоне шага 48-64 нм наилучшее положение фокуса смещается примерно линейно в зависимости от шага на целых 10-20 нм. ^[173] Для диапазона шага 34–48 нм наилучшее положение фокуса смещается примерно линейно в противоположном направлении в зависимости от шага. Это можно коррелировать с разностью фаз между нулевым и первым порядками дифракции. ^[174]Было обнаружено, что вспомогательные функции, если они могут поместиться в пределах шага, не сильно уменьшают эту тенденцию для диапазона промежуточных шагов ^[175] или даже ухудшают ее для случая 18-27 нм и освещения квазаров. ^[176] Контактные отверстия 50 нм на шагах 100 и 150 имели наилучшие положения фокуса, разделенные примерно 25 нм; ожидается, что меньшие функции будут хуже. ^[177] Контактные отверстия в диапазоне шагов 48-100 нм показали лучший диапазон фокусировки 37 нм. ^[178] Лучшее положение фокуса в зависимости от высоты тона также зависит от сопротивления. ^[179]Критические слои часто содержат линии с одним минимальным шагом одной полярности, например, траншеи темного поля, в одной ориентации, например, вертикальные, смешанные с промежутками другой полярности другой ориентации. Это часто увеличивает разницу в фокусе и затрудняет визуализацию от кончика до кончика и от кончика до кончика. ^[180]

Освещение для продвинутых узлов [ править ]

Для литейного узла «5 нм» минимальный шаг металла для горизонтальных линий принят равным примерно 32 нм ^[181], для которого предпочтительнее дипольное освещение, но минимальный шаг металла для вертикальных линий (параллельных воротам) составляет принято около 40 нм, ^[181] для которого предпочтительнее квазароподобное освещение. Более того, для литейного узла «7 нм» минимальный шаг металла для горизонтальных линий принят равным около 40 нм ^[181], для которого ожидается квазароподобное освещение, в то время как минимальный шаг металла для вертикальных линий можно принять равным около 50 нм, ^[181]для которых предпочтительнее обычное или кольцевое освещение. Для освещения квазаров наилучшее положение фокуса сильно варьируется в зависимости от шага, особенно 36-40 нм против 48-60 нм, а также в диапазоне 48-72 нм. ^[182] Для этих узлов невозможно иметь одну настройку экспонирования EUV, которая соответствовала бы обоим направлениям металлических линий с разными соответствующими шагами. В любом случае для этих узлов ожидаются однонаправленные металлические слои. ^[181] В этом случае ожидается, что зазор между концом линии будет достаточно небольшим за счет использования разрезов в сценарии множественного формирования рисунка . ^[124]

Маски фазового сдвига [ править ]

Обычно рекламируемым преимуществом EUV является относительная простота литографии, о чем свидетельствует отношение размера элемента к длине волны, умноженное на числовую апертуру, также известное как коэффициент k1. Ширина линии металла 18 нм имеет k1 0,44 для длины волны 13,5 нм, например, 0,33 NA. Для k1, приближающегося к 0,5, некоторое слабое улучшение разрешения, включая маски с ослабленным фазовым сдвигом , было использовано как необходимое для производства с длиной волны ArF-лазера (193 нм), ^{[183] [184] [185] [186] [187] [188]} тогда как это улучшение разрешения недоступно для EUV. ^{[189] [190]} В частности, эффекты трехмерной маски, включая рассеяние на краях поглотителя, искажают желаемый фазовый профиль.^[190] Кроме того, фазовый профиль эффективно выводится из спектра плоской волны, отраженной от мультислоя через поглотитель, а не падающей плоской волны. ^[191] Без поглотителей искажение ближнего поля также возникает на протравленной многослойной боковой стенке из-за наклонного падающего освещения; ^[192] некоторый свет проходит только через ограниченное количество бислоев около боковой стенки. ^[91] Кроме того, разные поляризации (TE и TM) имеют разные фазовые сдвиги. ^[91]

Вторичные электроны [ править ]

EUV-свет генерирует фотоэлектроны при поглощении веществом. Эти фотоэлектроны, в свою очередь, генерируют вторичные электроны, которые замедляются, прежде чем вступить в химические реакции. ^[193] Известно, что при достаточных дозах 40 эВ электроны проникают сквозь резист толщиной 180 нм, что приводит к проявлению. ^[194] При дозе 160 мкКл / см ² , соответствующей дозе EUV 15 мДж / см ^2, предполагающей один электрон / фотон, 30 эВ электронов удалили 7 нм резиста ПММА после стандартной проявки. ^[195] Для более высокой дозы 30 эВ, равной 380 мкКл / см ² , что эквивалентно 36 мДж / см ² на один электрон / фотон, удаляется 10,4 нм резиста из ПММА. ^[196]Они показывают расстояния, на которые электроны могут пройти в сопротивлении, независимо от направления. ^[197]

При последнем измерении значительного влияния вторичных электронов на разрешение было обнаружено, что фотоэлектроны с энергией 93 эВ (из золотого подслоя) имели длину ослабления 1 / e 28 нм в резисте. ^[198] Затухание числа электронов измерялось по доле электронов, захваченных электрическим током от резиста. Это указывает на то, что 37% выпущенных электронов все еще мигрируют за пределы 28 нм от точки высвобождения экспонирования.

Более подробная информация о вторичных электронах при экспонировании фоторезиста EUV представлена ​​ниже.

Экспозиция фоторезиста [ править ]

Когда EUV-фотон поглощается, фотоэлектроны и вторичные электроны генерируются за счет ионизации , подобно тому, как это происходит, когда рентгеновские лучи или электронные лучи поглощаются веществом. ^[199] Доза фотонов EUV 10 мДж / см ² приводит к генерации дозы фотоэлектронов 109 мкКл / см ² . Резист с более высокой степенью поглощения удаляет больше света в верхней части резиста, оставляя меньше света для нижней части резиста. Чем больше поглощение, тем больше разница между поглощенными дозами наверху и внизу резиста.

Другими словами, чем меньше поглощает резист, тем более равномерно поглощение по вертикали. Обычно фоторезисты делают максимально прозрачными, чтобы добиться такой вертикальной однородности, которая позволяет получить более прямые профили фоторезиста. С другой стороны, для EUV это противоречит цели увеличения поглощения для большей чувствительности при текущих уровнях мощности EUV. Дробовой шум - еще одна проблема, которая будет объяснена ниже.

Влияние движения фотоэлектронов и вторичных электронов на разрешение [ править ]

Исследование Колледжа наноразмерных наук и инженерии (CNSE), представленное на семинаре EUVL в 2013 году, показало, что в качестве меры размытия фотоэлектронов и вторичных электронов EUV электроны с энергией 50–100 эВ легко проникают за пределы толщины резиста 15 нм (PMMA или коммерческий resist), что указывает на диапазон воздействия резиста более 30 нм с центром в точке поглощения EUV, для доз, превышающих 200–300 мкКл / см ² . ^[200] Это можно сравнить с ухудшением контраста изображения, о котором сообщалось для шагов менее 40 нм позже в 2015 году. ^[66]

Процесс проникновения электронов через резист - это, по сути, случайный процесс; существует конечная вероятность того, что сопротивление облучению высвободившимися электронами может произойти довольно далеко от точки поглощения фотона. ^{[201] [202]} Увеличение дозы увеличивает количество далеко идущих электронов, что приводит к более значительным потерям сопротивления. Ведущий резист, химически усиленный в ЭУФ-диапазоне, подвергнутый воздействию электронов 80 эВ при дозе до 80 мкК / см ^2, показал потерю толщины резиста до 7,5 нм. ^[203] Для резиста с открытым исходным кодом, экспонированного около 200 мкКл / см ^{2 с} помощью электронов 80 эВ, толщина резиста, потерянная после запекания и проявки после экспонирования, составила около 13 нм, в то время как удвоение дозы привело к увеличению потерь до 15 нм. ^[63]С другой стороны, при дозах> 500 мкКл / см ² резист начинает загустевать из-за сшивки. ^[203]

Было показано, что степень фотоэлектронной эмиссии из слоя под фоторезистом EUV влияет на глубину фокуса. ^[204] К сожалению, слои жесткой маски увеличивают эмиссию фотоэлектронов, уменьшая глубину резкости.

Вторичное электронное размытие против дозы [ править ]

Прямые измерения фототока использовались для получения вторичных электронов в ответ на EUV-излучение. Моделирование, примерно откалиброванное для этого выхода, показывает, что размытие вторичных электронов увеличивается с дозой. ^[205] Это связано с уменьшением количества участков улавливания по мере увеличения дозы и протекания реакций, истощающих сайты улавливания.

Количество событий, вызванных низкоэнергетическими электронами, также увеличивается на заданном расстоянии от места поглощения фотонов по мере увеличения дозы. Это было подтверждено измерениями потери толщины резиста в зависимости от дозы низкоэнергетических электронов. ^[206] Зависимое от дозы распространение вторичных электронов было также известно ранее из электронно-лучевой литографии. ^[207]

Увеличенное размытие вторичных электронов с увеличением дозы затрудняет контроль стохастических дефектов. ^[208]

Зарядка и захват электронов [ править ]

Из-за образования вторичных электронов различной энергии заряд резиста может локально колебаться. ^[209] EUV-экспонирование с меньшим размытием приводит к более выраженным различиям зарядов на краю элемента ^[210], что может привести к более сильным электрическим полям. ^[211] Было обнаружено, что такие большие электрические поля приводят к пробою диэлектрика. ^[209] Захват вторичных электронов приводит к уменьшению количества вторичных электронов, эмитированных из пленки; ^[209] однако места захвата сами могут быть истощены, что приводит к эффективному расширению размытия вторичных электронов для больших доз. ^[205] Захват электронов предсказывается как часть поляронного поведения, ^[212][213], который ограничивает конечное энерговыделение электрона местоположениями ловушек. Размер полярона может быть довольно большим в резистах, например 46 нм в ПММА. ^[213]

Чувствительность DUV [ править ]

EUV-резисты также подвергаются воздействию длин волн, превышающих EUV, в частности, длин волн VUV и DUV в диапазоне 150–250 нм. ^[214]

Сопротивляйтесь выделению газов [ править ]

Из-за высокой эффективности поглощения EUV фоторезистами нагрев и дегазация становятся первоочередными задачами. Органические фоторезисты выделяют углеводороды ^[215], а фоторезисты оксидов металлов выделяют воду, кислород ^[216] и металл (в среде водорода); последний не подлежит очистке. ^[47] Загрязнение углеродом, как известно, влияет на многослойную отражательную способность ^{[217], в} то время как кислород особенно вреден для покрывающих слоев рутения на многослойной оптике EUV. ^[218]

Эффекты загрязнения [ править ]

Одна хорошо известная проблема - это отложение на резисте загрязнений из окружающей среды или выделившихся углеводородов, которое возникает в результате реакций, управляемых электронным или электронным излучением. ^[219]

Побочные эффекты водорода для удаления загрязнений: повторное осаждение олова, образование пузырей, сопротивление эрозии [ править ]

Атомарный водород в инструментальных камерах используется для очистки олова и углерода, которые откладываются на оптических поверхностях EUV. ^[220] Реакция с оловом в источнике света, резисте или на оптической поверхности с образованием летучего SnH4 протекает по реакции:

Sn (т) + 4H (г) → SnH 4 (г). [220]

SnH ₄ может достигать покрытий других оптических поверхностей EUV, где он повторно осаждает Sn посредством реакции:

SnH 4 → Sn (т) + 2H 2 (г). [220]

Повторное осаждение также может происходить в результате других промежуточных реакций. ^[221]

Повторно осажденный Sn ^{[46] [47]} может быть впоследствии удален путем воздействия атомарного водорода. Однако в целом эффективность очистки олова составляет менее 0,01% из-за повторного осаждения и десорбции водорода, что приводит к образованию молекул водорода за счет атомарного водорода. ^[220]

Удаление углерода происходит путем образования метана при более низких температурах или образования ацетилена при более высоких температурах: ^[220]

H (реклама) + C → CH (реклама) Образование метана:
CH (реклама) + H (реклама) → CH 2 (реклама)CH 2 (реклама) + H (реклама) => CH 3 (реклама)CH 3 (адс) + H (адс) => CH 4 (г) Образование ацетилена:
CH (адс) + CH (адс) → C 2 H 2 (г)

Атомарный водород образуется под действием EUV-света непосредственно фотоионизирующим H ₂ :

hν + H 2 → H + + H + e - [222]

Электроны, генерируемые в указанной выше реакции, также могут диссоциировать H ₂ с образованием атомарного водорода:

е - + H 2 → H + + H + 2e - [222]

Водород также реагирует с металлосодержащими соединениями, восстанавливая их до металла ^[223], и диффундирует через кремний ^[224] и молибден ^[225] в многослойном слое, в конечном итоге вызывая образование пузырей. ^{[226] [227]} Покрывающие слои, которые смягчают связанные с водородом повреждения, часто снижают отражательную способность до значительно ниже 70%. ^[226] Покрывающие слои, как известно, проницаемы для окружающих газов, включая кислород ^[228] и водород, ^{[229] [230] [231] [232],} а также чувствительны к образованию пузырей, вызванных водородом. ^[233] Водород также может реагировать с защитным слоем, что приводит к его удалению. ^[234]Водород также реагирует с резистами, чтобы травить ^{[235] [236]} или разлагать ^[237] их. Помимо фоторезиста, водородная плазма также может травить кремний, хотя и очень медленно. ^[238]

Мембрана [ править ]

Чтобы помочь смягчить вышеуказанные эффекты, последний инструмент EUV, представленный в 2017 году, NXE: 3400B, оснащен мембраной, которая отделяет пластину от проекционной оптики инструмента, защищая последнюю от выделения газа из резиста на пластине. ^[49] Мембрана содержит слои, которые поглощают ДУФ и ИК-излучение и пропускают 85-90% падающего ЭУФ-излучения. Конечно, существует накопленное загрязнение от выделения газа из пластины, а также частицы в целом (хотя последние не в фокусе, они все же могут препятствовать свету).

Скрыть дефекты [ править ]

Уменьшение дефектов на масках с крайним ультрафиолетом (EUV) в настоящее время является одной из наиболее важных проблем, которые необходимо решить при коммерциализации EUV-литографии. ^[239] Дефекты могут быть скрыты под или внутри многослойной стопки ^[240] или наверху многослойной стопки. На мишенях для распыления, используемых для многослойного осаждения, образуются сетки или выступы, которые могут выпадать в виде частиц во время многослойного осаждения. ^[241] Фактически, дефекты с высотой атомного масштаба (0,3–0,5 нм) с полушириной 100 нм все еще можно печатать, демонстрируя 10% -ное воздействие CD. ^[242] IBM и Toppan сообщили на Photomask Japan 2015, что более мелкие дефекты, например, размером 50 нм, могут иметь 10% -ное воздействие CD даже при высоте 0,6 нм, но остаются необнаруживаемыми.^[243]

Кроме того, край фазового дефекта дополнительно снизит отражательную способность более чем на 10%, если его отклонение от плоскостности превышает 3 градуса, из-за отклонения от целевого угла падения в 84 градуса по отношению к поверхности. Даже если высота дефекта мала, кромка все равно деформирует вышележащий многослойный слой, создавая расширенную область, где многослойный слой имеет наклон. Чем резче деформация, чем уже протяженность края дефекта, тем больше потеря отражательной способности.

Ремонт дефектов маски EUV также более сложен из-за упомянутого выше изменения освещенности поперек щели. Из-за различной чувствительности затенения через щель высоту восстановительного наплавления необходимо контролировать очень тщательно, поскольку она может быть разной в разных положениях через прорезь для освещения EUV-маски. ^[244]

Многослойное повреждение [ править ]

Множественные импульсы EUV с плотностью менее 10 мДж / см ² могут привести к накоплению повреждений многослойного зеркального оптического элемента из Mo / Si, покрытого Ru. ^[245] Угол падения составлял 16 ° или 0,28 рад, что находится в пределах диапазона углов для оптической системы с числовой апертурой 0,33.

Пелликулы [ править ]

Производственные инструменты EUV нуждаются в пленке для защиты маски от загрязнения. В настоящее время еще нет гарантии, что пленка выдержит мощность 250 Вт, необходимую для крупносерийного производства; спецификация - 40 Вт. ^[246]

Обычно ожидается, что пелликулы будут защищать маску от частиц во время транспортировки, входа в камеру экспонирования или выхода из нее, а также во время самого воздействия. Без пленок сумматоры частиц снизили бы выход, что не было проблемой для традиционной оптической литографии с светом 193 нм и пленками. Однако для EUV возможность использования пленок серьезно затруднена из-за необходимой толщины экранирующих пленок для предотвращения чрезмерного поглощения EUV. Загрязнение частицами было бы недопустимым, если бы пленки не были стабильными при мощности выше 200 Вт, т. Е. Целевой мощности для производства. ^[247]

Нагревание пленки маски EUV (температура пленки до 750 K при падающей мощности 80 Вт) является серьезной проблемой из-за возникающей в результате деформации и уменьшения пропускания. ^[248] ASML разработала пленочную пленку из поликремния толщиной 70 нм, которая обеспечивает пропускание EUV на 82%; однако менее половины мембран выдержали ожидаемые уровни мощности EUV. ^[249] Мембраны из пленок SiNx также вышли из строя при уровнях мощности источника EUV, эквивалентных 82 Вт. ^[250] Ожидается, что при целевом уровне 250 Вт температура пленки достигнет 686 градусов Цельсия, ^[251]значительно выше точки плавления алюминия. Альтернативные материалы должны обеспечивать достаточную передачу, а также сохранять механическую и термическую стабильность. Однако графит, графен или другие углеродные наноматериалы (нанолисты, нанотрубки) повреждаются EUV из-за высвобождения электронов ^[252], а также слишком легко травятся в очищающей водород плазме, которая, как ожидается, будет использоваться в EUV сканерах. ^[253] Водородная плазма также может травить кремний. ^{[254] [255]} Покрытие помогает улучшить водородостойкость, но это снижает пропускание и / или излучательную способность, а также может повлиять на механическую стабильность (например, вздутие). ^[256] Отсутствие подходящего материала пленки, усугубляемое использованием водородной плазмы.Очистка в сканере EUV ^{[257] [258]} представляет собой препятствие для массового производства. ^[259]

Морщины на пленках могут вызвать неоднородность CD из-за неравномерного впитывания; это хуже для более мелких морщин и более когерентного освещения, т. е. нижнего заполнения зрачка. ^[260]

ASML , единственный поставщик инструментов EUV, сообщил в июне 2019 года, что пленки, необходимые для критических слоев, по-прежнему нуждаются в улучшении. ^[261]

В отсутствие пленок чистоту EUV-маски необходимо будет проверить до того, как будут экспонированы фактические пластины продукта, с использованием пластин, специально подготовленных для проверки дефектов. ^[262] Эти пластины проверяются после печати на предмет повторяющихся дефектов, указывающих на грязную маску; если таковые обнаружены, маску необходимо очистить и обнажить еще один набор контрольных пластин, повторяя поток до тех пор, пока маска не станет чистой. Любые поврежденные вафли продукта необходимо переработать.

Дефекты вздутия водородом [ править ]

Как обсуждалось выше, что касается удаления загрязнений, водород, используемый в последних системах EUV, может проникать в слои маски EUV. После захвата образовывались дефекты выпуклости. ^[233] По сути, это дефекты в виде пузырей, которые возникают после достаточного количества воздействий маски EUV в водородной среде.

Пределы масштабирования пропускной способности [ править ]

Разрешение литографии EUV в будущем сталкивается с проблемами в поддержании пропускной способности, то есть того, сколько пластин обрабатывается инструментом EUV в день. Эти проблемы возникают из-за меньших полей, дополнительных зеркал и дробового шума. Чтобы поддерживать пропускную способность, мощность в промежуточном фокусе (IF) должна постоянно увеличиваться.

Уменьшенные поля [ править ]

Подготовка анаморфной линзы с числовой апертурой от 0,5 до 0,6 ведется с 2016 года. Уменьшение будет 8X в одном измерении и 4X в другом, а угол отражения увеличится. ^[263]

Более высокое уменьшение увеличит размер маски или уменьшит размер печатаемого поля. Уменьшение размера поля приведет к разделению полноразмерных шаблонов микросхем (обычно размером 26 мм × 33 мм) между двумя или более обычными 6-дюймовыми масками EUV. Большие (приближающиеся к 500 мм ² или превышающие их ) микросхемы, обычно используемые для графических процессоров ^[264] или серверов ^[265] , должны быть сшиты вместе из двух или более подшаблонов из разных масок. ^[266] Без сшивания полей размер штампа был бы ограничен. При сшивании полей элементы, которые пересекают границы поля, будут иметь ошибки выравнивания, а дополнительное время, необходимое для смены масок, снизит пропускную способность системы EUV. ^[267]

Дробовой шум: предел статистического разрешения [ править ]

При естественном распределении Пуассона из-за случайного времени прихода и поглощения фотонов ^{[268] [269]} существует ожидаемое изменение естественной дозы (числа фотонов) не менее нескольких процентов 3 сигма, что делает процесс экспонирования восприимчивым к стохастическим изменениям. . Изменение дозы приводит к изменению положения края элемента, фактически становясь компонентом размытия. В отличие от жесткого предела разрешения, налагаемого дифракцией, дробовой шум накладывает более мягкий предел, при этом основным ориентиром является шероховатость линии (LWR) ITRS, равная 8% (3 с) от ширины линии. ^[270] Увеличение дозы снижает дробовой шум, ^[271], но для этого также требуется более высокая мощность источника.

Область вспомогательных функций шириной 10 нм и длиной 10 нм при целевой дозе без печати 15 мДж / см ² и с поглощением 10% определяется чуть более чем 100 фотонами, что приводит к шуму 6 с 59%, что соответствует до диапазона стохастических доз от 6 до 24 мДж / см ² , что может повлиять на пригодность для печати.

Исследование, проведенное Intel в 2017 году, показало, что для полуизолированных переходных отверстий (чей диск Эйри можно аппроксимировать гауссианом) чувствительность КД к дозе была особенно сильной ^[272], достаточно сильной, чтобы уменьшение дозы могло нелинейно привести к отказу распечатать переходное отверстие.

Минимальная доза для ограничения дробового шума для областей допуска отклонений процесса:

+ Область допуска отклонения процесса - это самая большая область, в которой допускается отклонение процесса.

Две проблемы дробового шума и электронов, высвобождаемых EUV, указывают на два ограничивающих фактора: 1) поддержание дозы, достаточно высокой для снижения дробового шума до приемлемых уровней, а также 2) недопущение слишком высокой дозы из-за повышенного вклада фотоэлектронов, высвобождаемых EUV. и вторичные электроны к процессу экспонирования сопротивления, увеличивая размытие краев и тем самым ограничивая разрешение. Помимо влияния на разрешение, более высокая доза также увеличивает дегазацию ^[273] и ограничивает пропускную способность, а сшивание ^[274] происходит при очень высоких уровнях доз. Для химически усиленных резистов более высокая доза также увеличивает шероховатость кромки линии из-за разложения генератора кислоты. ^[275]

Как упоминалось ранее, более поглощающий резист фактически приводит к меньшей однородности дозы по вертикали. Это также означает, что дробовой шум хуже по направлению к нижней части сильно поглощающего слоя EUV-резиста.

Даже при более высоком поглощении EUV вызывает большее беспокойство от дробового шума, чем длина волны ArF (193 нм), главным образом потому, что он применяется к меньшим размерам, а текущие целевые дозы ниже из-за доступных в настоящее время уровней мощности источника.

Как можно видеть выше, при целевых уровнях падающей дозы значительно меньше фотонов EUV поглощается в EUV резистах по сравнению с фотонами ArF в резистах ArF. Несмотря на большую прозрачность резиста, падающий поток фотонов примерно в 14 раз больше (193 / 13,5) при той же дозе энергии на единицу площади. Толщина резиста ограничена соображениями прозрачности, а также сопротивления схлопыванию ^[280] и полосы резиста ^[281] .

Коэффициент заполнения зрачка [ править ]

Для шагов менее половины длины волны, деленной на числовую апертуру, необходимо дипольное освещение. Это освещение заполняет максимум листообразную область на краю зрачка. Однако из-за трехмерных эффектов в маске EUV ^[282] меньшие шаги требуют еще меньших частей этой формы листа. Ниже 20% зрачка начинают ухудшаться пропускная способность и стабильность дозы.

Время безотказной работы и продуктивность [ править ]

В 2016 году производительность на объекте заказчика составила 1200 пластин в день при 80% доступности ^{[283], в} то время как обычные инструменты производили 5000 пластин в день при 95% доступности. ^[284] По состоянию на 2017 год стоимость 7-нм процесса с 3-мя металлическими слоями, структурированными с помощью одного EUV-воздействия, все еще на 20% выше, чем текущая 10-нанометровая технология с несколькими шаблонами без EUV. ^[285] Таким образом, для массового производства было развернуто множественное формирование рисунка с иммерсионной литографией, а внедрение EUV ожидается в 2018–2020 годах.

История развертывания [ править ]

Развертывание EUVL для массового производства было отложено на десятилетие ^{[286] [287],} хотя прогнозы по развертыванию предусматривали сроки от 2 до 5 лет. Развертывание было запланировано на 2007 год (через 5 лет после того, как прогноз был сделан в 2002 году), ^[286] в 2009 году (через 5 лет после прогноза), в 2012–2013 годах (3–4 года), в 2013–2015 годах (2–4 года). ), ^{[288] [289]} в 2016–2017 годах (2–3 года), ^[290] и в 2018–2020 годах (через 2–4 года после прогнозов). ^{[291] [292]} Однако развертывание может быть отложено еще больше. ^[293]

Поставки системы NXE: 3350 начались в конце 2015 года с заявленной пропускной способностью 1250 пластин в день или 65 пластин в час (WPH) при условии безотказной работы 80%. ^{[294] [295]} Для сравнения: в 2015 году из 300 установленных иммерсионных систем NXT с длиной волны 193 нм было доступно 96% и 275 БПЧ в час. ^{[296] [297]}

В 2010–2016 годах было отгружено 20 единиц EUV, меньше того количества, которое потребовалось бы для серийного производства. Для сравнения, ASML поставила более 60 193-нм иммерсионных систем NXT в 2016 году и прогнозирует, что в 2019 году будет поставлено 48 устройств EUV. ^{[302] [303]} Шесть NXE: в 2010–2011 годах было поставлено 3100 устройств. ^{[304] [305]} Восемь устройств NXE: 3300B были отгружены в третьем квартале 2013–2015 годов, ^[297] меньше, чем прогнозировалось 11 единиц. ^[306] Два блока NXE: 3350B были отгружены в конце 2015 года, ^[296] по сравнению с прогнозируемыми шестью блоками. ^[297] В 2016 году было отгружено четыре единицы, тогда как с начала года прогнозировалось шесть или семь единиц. ^[307]

По состоянию на 2016 год прогнозировалось отгрузить 12 единиц в 2017 году ^[307] и 24 единицы в 2018 году. ^[302] Однако прогноз отгрузки на 2017 год был уменьшен вдвое в начале года до шести или семи единиц. ^[308] Производство NXE: 3350B планируется прекратить к 2017 году и заменить на NXE: 3400B. На момент поставки первых NXE: 3400B, ^[309] восемь систем NXE: 3300B и шесть NXE: 3350B уже работали в полевых условиях. ^[310]

Всего в 2017 году было отгружено десять систем NXE3400B. ^[311] В первом квартале 2018 года было отгружено три системы EUV. ^[312] Во втором квартале 2018 года отгружено еще 4 машины. ^[313]

Подтверждены продажи инструмента EUV (квартальные отчеты ASML)

Примечание: выручка по четырем инструментам EUV не признается по состоянию на 2 квартал 2020 года. ^[317]

Всего к концу 2019 года будет поставлено сорок пять (45) систем NXE: 3400B. ^[1] Для сравнения, только в 2010 году компании Samsung было поставлено 27 иммерсионных инструментов. ^[318] По состоянию на 2011 год во всем мире использовалось более 80 иммерсионных инструментов для литографии 32-45 нм. ^[319] По состоянию на 1 квартал 2018 года было поставлено 201 дополнительный инструмент для погружения. ^{[2] У} Intel было около 200 инструментов SVG Micrascan DUV для поддержки производства 200 мм. ^[320] Таким образом, объем EUV незначителен по сравнению с использованием DUV в зрелых узлах.

ASML планирует поставить около 35 систем EUV в 2020 г. и от 45 до 50 систем EUV в 2021 г. ^[315]

Текущие проблемы, требующие улучшения [ править ]

В 2019 году было объявлено о выпуске NXE: 3400C, включая функции, направленные на значительное повышение времени безотказной работы, такие как модульная конструкция для более быстрой замены, непрерывная подача олова и лучший контроль над деградацией коллектора. ^[321] Тем не менее, улучшения аберраций еще предстоит реализовать, поскольку аберрации необходимо сначала измерить непосредственно на месте. ^[322]

ASML планирует представить улучшенную систему EUV в конце 2021 года. ^[323] Она будет называться NXE: 3600 ^[324] и, согласно предыдущим дорожным картам, она должна повысить пропускную способность до более 185 пластин в час и иметь наложение 1,1 нм.

14 октября 2020 года ASML заявила в пресс-релизе, что была объявлена ​​окончательная спецификация для NXE: 3600D. ^[325] Новая система достигнет производительности 160 пластин в час, а поставки запланированы на середину 2021 года.

Использование с несколькими рисунками [ править ]

Ожидается, что EUV будет использовать двойное формирование рисунка с шагом около 34 нм с числовой апертурой 0,33. ^{[326] [327]} Это разрешение эквивалентно «1Y» для DRAM. ^{[328] [329]} В 2020 году ASML сообщил, что для слоя M0 толщиной 5 нм (минимальный шаг 30 нм) требуется двойной рисунок. ^[330] В Н2 2018, TSMC подтвердила , что ее 5 нма схема СУФА до сих пор используется мульти-паттерн , ^[331] Кроме того, указывающий , что количество маски не уменьшается от его 7 нма узла, в котором используется обширный DUV мульти-паттерн, его 5 нма узел, в котором использовался обширный EUV. ^[332] Поставщики EDA также указали на продолжающееся использование потоков множественного формирования шаблонов. ^{[333] [334]}В то время как Samsung представила свой собственный 7-нм процесс с единичным узором EUV ^[335], он столкнулся с сильным дробовым фотонным шумом, вызывающим чрезмерную шероховатость линии, что потребовало более высокой дозы, что привело к снижению производительности. ^[268] 5-нм узел TSMC использует еще более жесткие правила проектирования. ^[336] Samsung указал, что меньшие размеры будут иметь более сильный дробовой шум. ^[268]

В дополнительной схеме литографии Intel при половинном шаге 20 нм EUV будет использоваться только во второй экспозиции с обрезкой линий после первой экспозиции с линейной печатью 193 нм. ^[337]

Также ожидается множественная экспозиция, если два или более рисунка в одном слое, например, с разным шагом или шириной, должны использовать разные оптимизированные формы зрачка источника. ^{[338] [339] [340] [341]} Например, при рассмотрении шахматной решетки полос с вертикальным шагом 64 нм, изменение шага по горизонтали с 64 нм на 90 нм значительно изменяет оптимизированное освещение. ^[50] Оптимизация маски источника, основанная только на решетках с промежутками между линиями и решетках от наконечника к наконечнику, не влечет за собой улучшений для всех частей логической схемы, например, плотной траншеи с зазором с одной стороны. ^{[342] [343]}

Для металлического шага 24-36 нм было обнаружено, что использование EUV в качестве (второй) обработки резанием имеет значительно более широкое технологическое окно, чем полное однократное экспонирование для металлического слоя. ^{[344] [342]}

Также ожидается многократное экспонирование одной и той же маски для устранения дефектов без пленок, что ограничивает производительность, как и при формировании множественного рисунка. ^[262]

Расширение одиночного паттерна: анаморфное с высоким значением NA [ править ]

Возврат к расширенным поколениям шаблонов с однократной экспозицией будет возможен с инструментами с более высокой числовой апертурой (NA). ЧА, равное 0,45, может потребовать перенастройки нескольких процентов. ^[345] Увеличение уменьшения может помочь избежать этой перенастройки, но уменьшенный размер поля серьезно влияет на большие образцы (один кристалл на поле 26 мм × 33 мм), такие как многоядерные многомиллиардные транзисторные 14 нм чипы Xeon. ^[346] , требуя сшивания полей.

В 2015 году компания ASML раскрыла подробности своего анаморфного сканера EUV нового поколения с числовой апертурой 0,55. Увеличение увеличивается с 4х до 8х только в одном направлении (в плоскости падения). ^[347] Однако 0,55 NA имеет гораздо меньшую глубину резкости, чем иммерсионная литография. ^[348] Кроме того, было обнаружено, что анаморфный инструмент с числовой апертурой 0,52 демонстрирует слишком много CD и вариабельность размещения для однократной экспозиции узла 5 нм и резки с множественным рисунком. ^[349]

Уменьшение глубины резкости ^[350] за счет увеличения числовой апертуры также вызывает беспокойство ^[351], особенно по сравнению с экспозициями с множественным узором, использующими иммерсионную литографию на 193 нм:

Первые инструменты с высокой числовой оценкой ожидаются не раньше 2020 года. ^[352]

За пределами длины волны EUV [ править ]

Намного более короткая длина волны (~ 6,7 нм) будет за пределами EUV, и ее часто называют BEUV (за пределами крайнего ультрафиолета). ^[353] Более короткая длина волны приведет к худшему эффекту дробового шума без обеспечения достаточной дозы. ^[354]

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• Банкиу Ву и Аджай Кумар (май 2009 г.). Литография в экстремальном ультрафиолете . ISBN McGraw-Hill Professional , Inc. 978-0-07-154918-9.
• Банкиу Ву и Аджай Кумар (2009). «Экстремальная ультрафиолетовая литография: к следующему поколению интегральных схем» . Фокус оптики и фотоники . 7 (4).

Ссылки по теме [ править ]

• EUV представляет собой экономические проблемы
• Промышленность предполагает EUV с длиной волны 6,7 нм