SPIE 2023 – Imec bereitet sich auf High-NA EUV vor – Semiwiki

Neuauflage von Plato

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Im Februar fand die SPIE Advanced Lithography Conference statt. Kürzlich hatte ich die Gelegenheit, Steven Scheer, Vizepräsident für fortgeschrittene Strukturierungsprozesse und Materialien bei imec, zu interviewen und ausgewählte von imec vorgestellte Beiträge zu begutachten.

Ich fragte Steve, was die übergreifende Botschaft bei SPIE in diesem Jahr sei. Er sagte, die Bereitschaft für High NA sei der Schlüssel. Er identifizierte drei wichtige Ökosystembereiche:

Infrastruktur der Mask and Resolution Enhancement Technology (RET).
Materialien, Fotolack und Unterschichten.
Metrologie

Die Belichtungswerkzeuge sind natürlich auch wichtig, aber darüber spricht Steve nicht. Anmerkung der Autoren: Ich werde auch über die SPIE-Präsentationen von ASML schreiben.

Masken

Steve listete weiterhin Probleme im Zusammenhang mit Masken auf:

Maskieren Sie 3D-Effekte wie Fokusverschiebung und Kontrastverlust – Hohe NA ist eine Belichtung aus einem niedrigen Winkel, die 3D-Effekte zu einem größeren Problem macht.
Maskenrohlinge und Masken mit geringer Fehlerhaftigkeit und geringer Variabilität in Rauheit und CD
Low-n-Masken werden benötigt, um einen höheren Kontrast zu ermöglichen und Masken-3D-Effekte zu reduzieren.
Optische Näherungskorrekturtechniken.
Maskenschreiben, Mehrstrahl.
Maskenheftung – die kleinere Größe des Scannerfeldes erfordert, dass die Matrizen zusammengenäht werden.
4x eine Richtung, 8x andere Richtung erfordert ein neues Maskendesign, um das Nähen zu ermöglichen.
Häutchen für höhere Energiequellen.

In „CNT-Pellikel: Aktuelle Optimierungs- und Belichtungsergebnisse“ Joost Bekaert et al. erforschten Kohlenstoffnanoröhrenhäutchen (CNT).

ASML hat 600-Watt-Quellensysteme auf seiner Roadmap, aktuelle Pellicles auf Metallsilizidbasis sind nur bis etwa 400 Watt brauchbar. Häutchen müssen Partikel blockieren, eine hohe Transmission und ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen, um über eine Fläche von etwa 110 mm x 140 mm aufgehängt zu werden, und langlebig sein. CNT hat eine Transmission von bis zu 98 % gezeigt. EUV-Strahlung ist so energiereich, dass sie ein Wasserstoffplasma erzeugt, das die Häutchen anätzt, was schließlich zum Verlust der mechanischen Integrität der Häutchen führt. Imec hat die Ätzraten und die Stabilisierung des Häutchens untersucht.

Die Ätzraten können anhand der Transmission beurteilt werden. Da das Häutchen durch das Ätzen dünner wird, nimmt die Transmission zu. Abbildung 1 zeigt die zeitliche Übertragung eines Pellikels unter verschiedenen Bedingungen.

Häutchenübertragung — Abbildung 1. Pellikelübertragung im Vergleich zur Belichtungszeit.

ASML bewertet die Pellicle-Übertragung im Vergleich zur Belichtungszeit mithilfe eines Offline-Plasma-Belichtungstools. In dieser Arbeit demonstrierte imec die CNT-Pellicle-Exposition bei bis zu 3,000 Wafern (96 Chips bei 30 mJ/cm² pro Wafer) und zeigte eine Korrelation zwischen den Ergebnissen, die durch die tatsächliche Scanner-Exposition erzielt wurden und die aus dem Offline-Tool.

Pellikel enthalten zunächst flüchtige organische Verunreinigungen aus dem Herstellungsprozess, die EUV-Energie absorbieren, bis sie verbrennen, siehe die grünen und violetten Kurven. Das Backen des Häutchens bei hohen Temperaturen „reinigt“ das Häutchen durch Abbrennen der Verunreinigungen, was zu Übertragungsänderungen führt, die von der Ätzrate dominiert werden. Die Steigung der beiden blauen Kurven ist auf die Ätzrate zurückzuführen. Die grüne Kurve zeigt ein „beschichtetes“ Häutchen, das eine geringere Ätzrate aufweist, die Beschichtung verringert jedoch die Transmission und ist möglicherweise nicht mit sehr hohen Leistungsstufen kompatibel.

Fotolack

Steve besprach dann den Fotolack.

Für Fotolack ist ein Abstand von 24 nm bis 20 nm ideal für die Einfügung mit hoher NA, wobei ein Abstand von 16 nm die ultimative Auflösung darstellt. Chemisch verstärkter Resist (CAR) weist unterhalb von 24 nm eine schlechte Leistung auf. Metalloxidlacke (MOR) sehen bis hinunter zu 17 nm oder sogar 16 nm vielversprechend aus. Mängel sind immer noch ein Problem. Die Dosis für einen Abstand von 24 nm beträgt 67 mJ/cm² für MOR und 77 mJ/cm² für das Auto. MOR hat einige Stabilitätsprobleme und je niedriger die Dosis, desto reaktiver/weniger stabil ist der Resist. Das sind Herausforderungen, keine Showstopper.

In „Verkleinerte abgeschiedene Unterschichten für die EUV-Lithographie“ Gupta et al. erforschten Fotolack-Unterschichten. Wenn der Abstand kleiner wird, erhöht sich bei gleicher Fotolackschicht das Seitenverhältnis, was zum Zusammenbruch des Musters führen kann. Eine verbesserte Haftung der Unterschicht kann hier Abhilfe schaffen. Alternativ kann ein dünnerer Fotolack verwendet werden, um das Seitenverhältnis zu steuern. Dies kann jedoch zu Ätzproblemen führen, sofern keine hohe Ätzselektivität unter der Schicht gefunden werden kann.

imec hat herausgefunden, dass die Oberflächenenergie der abgeschiedenen Unterschichten an den Fotolack angepasst werden kann, um bessere Haftungen zu erzielen. Durch Dichteabstimmung der abgeschiedenen Unterschicht kann eine verbesserte Ätzselektivität erzielt werden.

In „Bereitschaft der Trockenresiststrukturierung für EUV-Lithographie mit hoher NA“ Hyo Sean Suh et.al. von imec und Lam erforschten Lams trockenen Fotolackprozess. Für N2+- und A14-Prozesse wird erwartet, dass der Metall-2-Pitch (M2P) ~24 nm mit 15 nm Spitze-zu-Spitze (T2T) beträgt und dann bei A10 M2P ~22 nm mit <15 nm T2T beträgt.

Der Lam-Trockenresistprozess ist in Abbildung 2 dargestellt.

Lam Dry Resist-Prozess — Abbildung 2. Lam Dry Photoresist-Prozess

Es wurde festgestellt, dass Post Exposure Bake (PEB) die Dosisreduktion stark vorantreibt, sich jedoch auf Brücken und Rauheit auswirkt. Die gleichzeitige Optimierung von Entwicklung und Ätzung mildert Brücken und Rauheit und zeigte ein robustes Prozessfenster für die L/S-Strukturierung mit 24-nm-Abstand.

In „Machbarkeit einer logischen Metallskalierung mit 0.55NA EUV-Einzelstrukturierung“ Dongbo Xu et.al. beschrieb eine Bewertung dessen, was ein System mit hoher NA (0.55 NA) mit Einzelmusterung erreichen kann.

Sie kamen zu dem Schluss, dass ein Pitch von 24 nm erreichbar erscheint. 20 nm sehen in horizontaler Richtung vielversprechend aus, aber die vertikale Richtung erfordert mehr Arbeit. Der 18-nm-Pitch erfordert zusätzliche Arbeit.

EUV hat sich im Hinblick auf Linienrauheit und stochastische Fehler als eine sehr anspruchsvolle Technologie erwiesen. Directed Self Assembly (DSA) ist eine Technologie, die es schon seit langem gibt, aber noch nicht viel Anklang gefunden hat. DSA erlangt nun Aufmerksamkeit als eine Technik zur Behebung von Linienrauheit und stochastischen Defekten bei EUV.

In „EUV-LITHOGRAPHIE-LINIENRAUMMUSTER-REKTIFIZIERUNG MITTELS BLOCKCOPOLYMER-GESTEUERTER SELBSTASSEMBLY: Eine Rauheits- und Defektivitätsstudie“ Julie Van Bel et.al. fanden heraus, dass die Kombination von DSA mit EUV den auf Immersionslithographie basierenden DSA-Prozessen mit geringerer Linienbreitenrauheit und keinen Versetzungsdefekten überlegen ist.

In „Abschwächung der Stochastik in der EUV-Lithographie durch gezielte Selbstorganisation“ Lander Verstraete et.al. untersuchte den Einsatz von DSA zur Minderung stochastischer Fehler bei der EUV-Verarbeitung.

Der imec-Prozess zur Behebung von Linien-/Raum-EUV-Defekten ist in Abbildung 3 dargestellt.

Zeilenraumkorrektur — Abbildung 3. EUV-Linien-/Raummusterkorrektur durch DSA.

Der Imec-Prozess zur Behebung von Fehlern in Kontaktanordnungen ist in Abbildung 4 dargestellt.

Kontaktieren Sie Retification — Abbildung 4. EUV-Kontaktmusterkorrektur durch DSA.

EUV plus DSA sieht für Linien/Zwischenräume bei einem Abstand von 28 nm sehr vielversprechend aus, wobei der Hauptfehler Brücken sind. Bei einem 24-nm-Pitch ist eine Verbesserung bei zu vielen Brückendefekten erforderlich. Mängel hängen mit der Blockcopolymer-Formulierung und der Temperzeit zusammen.

Bei Kontaktarrays verbessert EUV + DSA die Local Critical Dimension Uniformity (LCDU) und den Pattern Placement Error und ermöglicht eine geringere Dosis.

Metrologie

Mit abnehmender Filmdicke werden die Signal-Rausch-Verhältnisse in der Messtechnik zum Problem.

Bei EUV gibt es ein Fehlerprozessfenster, auf der einen Seite gibt es eine Klippe, wo Brüche im Muster zum Problem werden, und auf der anderen Seite des Fensters gibt es eine Klippe, wo Brücken zwischen Mustern zum Problem werden.

Wenn ein neuer Pitch versucht wird, gibt es viele Mängel, die mit der Zeit beseitigt werden.

Es ist schwierig, einen ausreichend großen Bereich mit ausreichender Empfindlichkeit zu messen. Die E-Strahl-Inspektion ist empfindlich, aber langsam, die optische Prüfung ist schnell, aber unempfindlich. Neue 3D-Prozesse wie CFET bringen zusätzliche Herausforderungen mit sich.

In „Bereitschaft der Trockenresistmesstechnik für EUVL mit hoher NA“ Gian Francesco Lorusso et al. untersuchen das Rasterkraftmikroskop (AFM), die E-Strahl-Inspektion und das CD-REM zur Charakterisierung sehr dünner Fotolacke.

Unter Verwendung des Lam-Trockenfotolackverfahrens wurde gezeigt, dass CD-REM bis zu einer Dicke von 5 nm Fotolack durchführbar ist. Mit abnehmender Lackdicke nahm die Linienrauheit zu, die Druckbarkeit von Brückendefekten nahm ab, während Bruchdefekte gleich blieben. Ein Musterkollaps wurde nur bei dickeren Filmen beobachtet. AFM-Messungen zeigten, dass die Filmdicke abnimmt. E Beam zeigte eine gute Erfassung von Fehlern, selbst bei sehr dünnen Filmen.

In „Halbleitermesstechnik für das 3D-Zeitalter“ J. Bogdanowicz et.al. untersuchen die Herausforderungen der Messtechnik an 3D-Strukturen.

Im 3D-Zeitalter ist die Z-Richtung zur neuen X/Y-Skalierung geworden. Für Logikgeräte stellen CFET und Semi-Damascene Herausforderungen dar, im Speicher ist 3D-DRAM eine zukünftige Herausforderung und 3D-Verbindungen für System Technology Co Optimization (STCO) sind eine weitere Herausforderung.

Für horizontale Nanoblech- und CFET-Prozesse sind die Charakterisierung seitlicher Aussparungen und Füllungen sowie die Erkennung von Rückständen und anderen Defekten in Mehrschichtstapeln von entscheidender Bedeutung. Bei 3D-Speichern ist die Loch-/Split-Profilierung mit hohem Seitenverhältnis (HAR) und ähnlich der Logik zur Erkennung vergrabener Defekte und Rückstände in mehrschichtigen Filmen von entscheidender Bedeutung. Für STCO-Anwendungen sind die Integrität der Verbindungsschnittstellen und die Ausrichtung von entscheidender Bedeutung.

Bei der herkömmlichen Oberflächenmesstechnik gibt es bereits einen Kompromiss zwischen Empfindlichkeit und Geschwindigkeit. Jetzt ist die Prüftiefe gegenüber der lateralen Auflösung ein entscheidender Kompromiss. Abbildung 5 zeigt die Sondierungstiefe im Vergleich zur lateralen Auflösung und dem Durchsatz für verschiedene Messtechniken.

Metrologielandschaft — Abbildung 5. 3D-Messlandschaft

Abbildung 6 fasst die aktuelle Bereitschaft der 3D-Messtechnik zusammen, verschiedene Anforderungen zu erfüllen.

6 Herausforderungen in der Metrologie — Abbildung 6. Herausforderungen der 3D-Messtechnik

Wie aus Abbildung 6 hervorgeht, müssen noch viele Herausforderungen bewältigt werden, um ein umfassendes Messprogramm zu erstellen.

Zusammenfassung

Die Ära des High NA EUV rückt näher. In den Bereichen Pellikel, Fotolacke und Messtechnik werden gute Fortschritte erzielt, und imec arbeitet weiterhin in allen drei Bereichen an weiteren Fortschritten.