एसपीआईई 2023 - आईमेक हाई-एनए ईयूवी की तैयारी - सेमीविकी

एसपीआईई उन्नत लिथोग्राफी सम्मेलन फरवरी में आयोजित किया गया था। मुझे हाल ही में आईमेक में उन्नत पैटर्निंग प्रक्रिया और सामग्रियों के उपाध्यक्ष स्टीवन शीर का साक्षात्कार करने और आईमेक द्वारा प्रस्तुत किए गए चयनित पत्रों की समीक्षा करने का अवसर मिला।

मैंने स्टीव से पूछा कि इस वर्ष एसपीआईई में व्यापक संदेश क्या था, उन्होंने कहा कि उच्च एनए के लिए तैयारी महत्वपूर्ण है। उन्होंने तीन प्रमुख पारिस्थितिक तंत्र क्षेत्रों की पहचान की:

1. मास्क और रिज़ॉल्यूशन एन्हांसमेंट टेक्नोलॉजी (आरईटी) इंफ्रास्ट्रक्चर।
2. सामग्री, फोटोरेसिस्ट और अंडरलेयर।
3. मैट्रोलोजी

एक्सपोजर टूल भी निश्चित रूप से महत्वपूर्ण हैं, लेकिन स्टीव से बात नहीं होती है। लेखक नोट - मैं ASML की SPIE प्रस्तुतियों पर भी लिखूंगा।

मास्क

स्टीव ने मास्क संबंधी मुद्दों की सूची बनाई:

• मास्क 3डी प्रभाव, जैसे फोकस शिफ्ट और कंट्रास्ट लॉस - उच्च एनए एक कम कोण वाला एक्सपोजर है जो 3डी प्रभाव को एक मुद्दा बना देता है।
• खुरदरापन और सीडी में कम परिवर्तनशीलता के साथ कम दोषपूर्ण मुखौटा रिक्त और मास्क
• उच्च कंट्रास्ट सक्षम करने और मास्क 3D प्रभावों को कम करने के लिए Low-n मास्क की आवश्यकता होती है।
• ऑप्टिकल निकटता सुधार तकनीक।
• मास्क लेखन, मल्टीबीम।
• मास्क स्टिचिंग - स्कैनर फील्ड के छोटे आकार के लिए जरूरी है कि डाई को एक साथ सिला जाए।
• 4x एक दिशा, 8x दूसरी दिशा में सिलाई को सक्षम करने के लिए नए प्रकार के मास्क डिज़ाइन की आवश्यकता होती है।
• उच्च स्रोत ऊर्जा के लिए पेलिकल्स।

In "सीएनटी पेलिकल्स: हालिया अनुकूलन और एक्सपोजर परिणाम," Joost Bekaert et.al., ने कार्बन नैनोट्यूब पेलिकल्स (CNT) की खोज की।

ASML के पास उनके रोडमैप पर 600-वाट स्रोत सिस्टम हैं, धातु सिलिसाइड पर आधारित वर्तमान पेलिकल्स लगभग 400 वाट तक ही व्यवहार्य हैं। पेलिकल्स को कणों को अवरुद्ध करने की आवश्यकता होती है, उच्च संचरण होता है, लगभग 110 मिमी से 140 मिमी क्षेत्र में निलंबित होने के लिए पर्याप्त यांत्रिक शक्ति होती है, और टिकाऊ होती है। सीएनटी ने 98% तक संचरण दिखाया है। ईयूवी विकिरण इतना ऊर्जावान है कि यह एक हाइड्रोजन प्लाज्मा बनाता है जो पेलिकल को खोदता है और अंतत: पेलिकल को यांत्रिक अखंडता के नुकसान की ओर ले जाता है। आईमेक नक़्क़ाशी की दरों का मूल्यांकन कर रहा है और पेलिकल को कैसे स्थिर किया जाए।

ट्रांसमिशन को देखकर ईच दरों का मूल्यांकन किया जा सकता है, क्योंकि पेलिकल को नक़्क़ाशी से पतला किया जाता है, ट्रांसमिशन बढ़ता है। चित्र 1 विभिन्न स्थितियों के अधीन पेलिकल के समय के साथ संचरण को दिखाता है।

ASML एक ऑफ़लाइन प्लाज्मा एक्सपोज़र टूल का उपयोग करके पेलिकल ट्रांसमिशन बनाम एक्सपोज़र टाइम का मूल्यांकन करता है और इस काम में, imec ने 3,000 वेफ़र्स तक CNT पेलिकल एक्सपोज़र का प्रदर्शन किया (96 mJ / cm² प्रति वेफ़र पर 30 मर जाता है), और वास्तविक स्कैनर एक्सपोज़र से प्राप्त परिणामों के बीच सहसंबंध दिखाया और वे ऑफ़लाइन उपकरण से।

पेलिकल्स में शुरू में विनिर्माण प्रक्रिया से अस्थिर कार्बनिक अशुद्धियां होती हैं जो ईयूवी ऊर्जा को तब तक अवशोषित करती हैं जब तक कि वे जल न जाएं, हरे और बैंगनी वक्र देखें। पेलिकल को उच्च तापमान पर बेक करने से दूषित पदार्थों को जलाने से पेलिकल को "शुद्ध" किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप ईच रेट में संचरण परिवर्तन होता है। दो नीले वक्रों का ढलान नक़्क़ाशी दर के कारण है। हरे रंग की वक्र एक "लेपित" पेलिकल को दर्शाती है जो कम नक़्क़ाशी दर प्रदर्शित करती है, हालांकि कोटिंग संचरण को कम करती है और बहुत उच्च-शक्ति स्तरों के साथ संगत नहीं हो सकती है।

photoresist

स्टीव ने फिर फोटोरेसिस्ट पर चर्चा की।

फोटोरेसिस्ट के लिए 24 एनएम से 20 एनएम पिच 16 एनएम पिच के साथ उच्च एनए सम्मिलन के लिए एक अच्छा स्थान है। रासायनिक रूप से प्रवर्धित प्रतिरोध (CAR) का 24nm से कम प्रदर्शन है। मेटल ऑक्साइड रेसिस्टेंस (MOR) 17nm या 16nm तक नीचे आशाजनक दिखता है। दोष अभी भी एक मुद्दा है। 24 एनएम पिच के लिए खुराक 67 एमजे/सेमी है² एमओआर और 77 एमजे / सेमी के लिए² कार के लिए। MOR में कुछ स्थिरता के मुद्दे हैं और खुराक जितनी कम होगी, प्रतिरोध उतना ही अधिक प्रतिक्रियाशील/कम स्थिर होगा। ये शोस्टॉपर नहीं, चुनौतियां हैं।

In "ईयूवी लिथोग्राफी के लिए नीचे जमा अंडरलेयर," गुप्ता एट.एल., ने फोटोरेसिस्ट अंडरलेयर्स की खोज की। जैसे-जैसे पिच सिकुड़ती जाती है, उसी फ़ोटोरेसिस्ट परत के लिए अभिमुखता अनुपात बढ़ता जाता है और पैटर्न के पतन का कारण बन सकता है। बेहतर अंडरलेयर आसंजन इसे संबोधित कर सकता है। वैकल्पिक रूप से पहलू अनुपात को प्रबंधित करने के लिए एक पतले फोटोरेसिस्ट का उपयोग किया जा सकता है लेकिन इससे ईच की समस्या हो सकती है जब तक कि परत के नीचे एक उच्च ईच चयनात्मकता नहीं मिल जाती।

आईमेक ने पाया कि बेहतर आसंजन प्राप्त करने के लिए जमा अंडरलेयर की सतह ऊर्जा को फोटोरेसिस्ट से मिलान किया जा सकता है। जमा अंडरलेयर के घनत्व ट्यूनिंग का उपयोग बेहतर नक़्क़ाशी चयनात्मकता प्रदान करने के लिए किया जा सकता है।

In "हाई एनए ईयूवी लिथोग्राफी की ओर ड्राई रेजिस्टेंस पैटर्निंग रेडीनेस," आईमेक और लैम के हयो सीन सुह एट.अल. ने लैम की सूखी फोटोरेसिस्ट प्रक्रिया का पता लगाया। N2+ और A14 प्रक्रियाओं के लिए मेटल 2 पिच (M2P) 24nm टिप-टू-टिप (T15T) के साथ ~2nm होने की उम्मीद है और फिर A10 M2P पर <22nm T15T के साथ ~2nm होगी।

लैम ड्राई रेजिस्टेंस प्रक्रिया को चित्र 2 में दिखाया गया है।

पोस्ट एक्सपोजर बेक (पीईबी) खुराक में कमी को जोरदार ढंग से चलाने के लिए पाया गया था लेकिन पुलों और खुरदरापन को प्रभावित करता था। सह-अनुकूलन विकास और ईच पुलों और खुरदरापन को कम करता है और 24nm पिच L/S पैटर्निंग के लिए एक मजबूत प्रक्रिया विंडो दिखाता है।

In "0.55NA EUV सिंगल पैटर्निंग के साथ लॉजिक मेटल स्केलिंग की व्यवहार्यता," डोंगबो जू et.al. उच्च-एनए (0.55NA) प्रणाली एकल पैटर्निंग के साथ क्या हासिल कर सकती है, इसका मूल्यांकन वर्णित है।

उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि 24 एनएम पिच प्राप्त करने योग्य दिखती है। 20 एनएम क्षैतिज दिशा में आशाजनक दिखता है लेकिन लंबवत दिशा में और अधिक काम करने की आवश्यकता है। 18 एनएम पिच को अतिरिक्त काम की जरूरत है।

ईयूवी एक रेखा खुरदरापन और स्टोचैस्टिक दोष परिप्रेक्ष्य से एक बहुत ही चुनौतीपूर्ण तकनीक साबित हुई है। डायरेक्टेड सेल्फ असेम्बली (डीएसए) एक ऐसी तकनीक है जो लंबे समय से मौजूद है लेकिन इसे ज्यादा तरजीह नहीं मिली है। डीएसए अब ईयूवी के लिए लाइन खुरदरापन और स्टोचैस्टिक दोषों को संबोधित करने की तकनीक के रूप में ध्यान आकर्षित कर रहा है।

In "ईयूवी लिथोग्राफी लाइन स्पेस पैटर्न रेक्टिफिकेशन यूजिंग ब्लॉक कोपॉलिमर डायरेक्टेड सेल्फ असेंबली: ए रफनेस एंड डिफेक्टिविटी स्टडी," जूली वान बेल et.al. पाया गया कि ईयूवी के साथ डीएसए का संयोजन कम लाइन चौड़ाई खुरदरापन और कोई अव्यवस्था दोष के साथ विसर्जन लिथोग्राफी पर आधारित डीएसए प्रक्रियाओं से बेहतर है।

In "डायरेक्टेड सेल्फ-असेंबली द्वारा ईयूवी लिथोग्राफी में स्टोचैस्टिक्स को कम करना," लैंडर Verstraete et.al. ईयूवी प्रसंस्करण में स्टोकास्टिक दोषों को कम करने के लिए डीएसए का उपयोग करके पता लगाया गया।

लाइन/स्पेस EUV दोषों को सुधारने के लिए imec प्रक्रिया को चित्र 3 में दिखाया गया है।

संपर्क सरणियों में दोषों को ठीक करने के लिए आईमेक प्रक्रिया को चित्र 4 में दिखाया गया है।

ईयूवी प्लस डीएसए 28 एनएम पिच पर लाइन/स्पेस के लिए बहुत ही आशाजनक दिखता है जिसमें प्राथमिक दोष पुल होते हैं। 24nm पिच पर बहुत अधिक ब्रिज दोषों के साथ सुधार की आवश्यकता है। दोष ब्लॉक कॉपोलिमर फॉर्मूलेशन और एनील टाइम के साथ संबंधित हैं।

संपर्क सरणियों के लिए EUV + DSA स्थानीय महत्वपूर्ण आयाम एकरूपता (LCDU) और पैटर्न प्लेसमेंट त्रुटि में सुधार करता है और कम खुराक को सक्षम करता है।

मैट्रोलोजी

जैसे-जैसे फिल्म की मोटाई कम होती जाती है मैट्रोलोजी सिग्नल टू नॉइज़ रेशियो एक समस्या बन जाती है।

ईयूवी के साथ एक दोषपूर्ण प्रक्रिया खिड़की है, एक तरफ एक चट्टान है जहां पैटर्न में टूटना एक मुद्दा बन जाता है और खिड़कियों के दूसरी तरफ एक चट्टान होती है जहां पैटर्न के बीच पुल एक समस्या बन जाते हैं।

जब एक नई पिच का प्रयास किया जाता है तो बहुत सारे दोष होते हैं जो समय के साथ कम हो जाते हैं।

पर्याप्त संवेदनशीलता के साथ पर्याप्त बड़े क्षेत्र को मापना कठिन है। ई बीम निरीक्षण संवेदनशील है लेकिन धीमा है, ऑप्टिकल तेज है लेकिन संवेदनशील नहीं है। CFET जैसी नई 3D प्रक्रियाएँ अतिरिक्त चुनौतियाँ पेश करती हैं।

In "हाई एनए ईयूवीएल के लिए ड्राई रेसिस्टेंट मैट्रोलोजी रेडीनेस," जियान फ्रांसेस्को लोरुसो एट अल, बहुत पतले फोटोरेसिस्ट के लक्षण वर्णन के लिए परमाणु बल माइक्रोस्कोप (एएफएम), ई बीम निरीक्षण और सीडी एसईएम की जांच करें।

लैम ड्राई फोटोरेसिस्ट प्रक्रिया का उपयोग करना <सीडी एसईएम को 5 एनएम मोटी फोटोरेसिस्ट तक व्यवहार्य दिखाया गया था। जैसे-जैसे प्रतिरोध की मोटाई घटती जाती है, रेखा खुरदरापन बढ़ता जाता है, ब्रिज दोषों की प्रिंट क्षमता कम होती जाती है, जबकि ब्रेक दोष समान रहते हैं। पैटर्न पतन केवल मोटी फिल्मों में देखा गया। AFM माप ने संकेत दिया कि फिल्म की मोटाई कम हो जाती है। ई बीम ने बहुत सी चीजों के लिए भी दोषों का अच्छा कब्जा दिखाया।

In "3डी युग के लिए सेमीकंडक्टर मेट्रोलॉजी," जे. बोगदानोविक्ज़ एवं अन्य, 3डी संरचनाओं पर मैट्रोलोजी की चुनौतियों का पता लगाते हैं।

3D युग में, Z दिशा नई X/Y स्केलिंग बन गई है। तर्क उपकरणों के लिए, CFET और सेमी डैमेसीन चुनौतियां प्रस्तुत करते हैं, मेमोरी में 3D DRAM भविष्य की चुनौती है, और सिस्टम टेक्नोलॉजी सह अनुकूलन (STCO) के लिए 3D इंटरकनेक्ट एक और चुनौती है।

क्षैतिज नैनोशीट और सीएफईटी प्रक्रियाओं के लिए लेटरल रिसेस और फिल कैरेक्टराइजेशन और मल्टीलेयर स्टैक में अवशेषों और अन्य दोषों का पता लगाना महत्वपूर्ण होगा। 3डी मेमोरी में हाई एस्पेक्ट रेशियो (एचएआर) होल/स्प्लिट प्रोफाइलिंग और लॉजिक के समान मल्टी लेयर फिल्मों में दबे हुए दोषों और अवशेषों का पता लगाना महत्वपूर्ण होगा। STCO अनुप्रयोगों के लिए बॉन्डिंग इंटरफेस और संरेखण की अखंडता महत्वपूर्ण होगी।

पारंपरिक सतह मेट्रोलॉजी के लिए संवेदनशीलता और गति के बीच पहले से ही एक व्यापार बंद है, अब निरीक्षण गहराई बनाम पार्श्व संकल्प एक महत्वपूर्ण व्यापार बंद है। चित्रा 5 विभिन्न मैट्रोलोजी तकनीकों के लिए जांच गहराई बनाम पार्श्व संकल्प और थ्रूपुट प्रस्तुत करता है।

चित्र 6 विभिन्न आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए 3डी मैट्रोलोजी की वर्तमान तैयारी का सारांश प्रस्तुत करता है।

चित्र 6 से व्यापक मेट्रोलॉजी कार्यक्रम प्राप्त करने के लिए अभी भी कई चुनौतियों का सामना करना है।

निष्कर्ष

हाई एनए ईयूवी का युग आ रहा है। पैलिकल्स, फोटोरेसिस्ट्स और मेट्रोलॉजी में अच्छी प्रगति हो रही है और आगे की प्रगति के लिए तीनों क्षेत्रों में आईमेक काम कर रहा है।

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• स्रोत: https://semiwiki.com/lithography/329278-spie-2023-imec-preparing-for-high-na-euv/