SPIE 2023 – Imec Preparing For High-NA EUV - Semiwiki

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

SPIE Advanced Lithography Conference hölls i februari. Jag fick nyligen möjlighet att intervjua Steven Scheer, vice vd för avancerad mönstringsprocess och material på imec och granska utvalda artiklar som imec presenterade.

Jag frågade Steve vad det övergripande budskapet var på SPIE i år, han sa att beredskap för High NA är nyckeln. Han identifierade tre viktiga ekosystemområden:

Mask and Resolution Enhancement Technology (RET) infrastruktur.
Material, fotoresist och underlag.
Metrology

Exponeringsverktygen är naturligtvis också viktiga, men det är inte vad Steve pratar med. Författare noterar – jag kommer att skriva upp ASML:s SPIE-presentationer också.

Masker

Steve fortsatte med att lista ut maskrelaterade problem:

Maskera 3d-effekter, som fokusskiftning och kontrastförlust – Hög NA är en lågvinkelexponering som gör 3D-effekter mer av ett problem.
Låg defekta maskämnen och masker med låg variation i grovhet och CD
Låg-n-masker behövs för att möjliggöra högre kontrast och minska maskens 3D-effekter.
Optisk närhetskorrigeringsteknik.
Maskskrift, multibeam.
Masksömmar – den mindre storleken på skannerfältet kräver att formen sys ihop.
4x en riktning, 8x annan riktning kräver en ny typ av maskdesign för att möjliggöra sömmar.
Pelliklar för högre energikälla.

In "CNT-pellicles: Senaste optimerings- och exponeringsresultat," Joost Bekaert et.al., utforskade kolnanorörs pellicles (CNT).

ASML har 600-watts källsystem på sin färdplan, nuvarande pelliklar baserade på metallsilicid är endast livskraftiga upp till cirka 400 watt. Pelliklar måste blockera partiklar, ha hög transmission, tillräcklig mekanisk styrka för att hängas upp över en yta på cirka 110 mm gånger 140 mm och vara hållbara. CNT har visat upp till 98 % överföring. EUV-strålning är så energisk att den skapar en väteplasma som etsar pellikeln, vilket så småningom leder till pellicleförlust av mekanisk integritet. imec har utvärderat etsningshastigheter och hur man stabiliserar pellicle.

Etsningshastigheter kan utvärderas genom att titta på transmissionen, eftersom Pellicle förtunnas genom etsning ökar transmissionen. Figur 1 illustrerar överföringen över tiden av en Pellicle som är föremål för olika förhållanden.

ASML utvärderar pellicle transmission kontra exponeringstid med hjälp av ett offline plasmaexponeringsverktyg och i detta arbete visade imec CNT pellicle exponering upp till 3,000 96 wafers (30 dör vid XNUMX mJ/cm² per wafer), och visade korrelation mellan resultaten erhållna från faktisk scannerexponering och de från offlineverktyget.

Pelliklar har initialt flyktiga organiska föroreningar från tillverkningsprocessen som absorberar EUV-energi tills de brinner av, se de gröna och lila kurvorna. Att baka pellicle vid höga temperaturer "renar" pellicle genom att bränna bort föroreningarna vilket resulterar i etshastighetsdominerade transmissionsändringar. Lutningen på de två blå kurvorna beror på etsningshastigheten. Den gröna kurvan illustrerar en "belagd" pellicle som uppvisar en lägre etsningshastighet, men beläggningen minskar transmissionen och kanske inte är kompatibel med mycket höga effektnivåer.

Fotoresist

Steve diskuterade sedan fotoresist.

För fotoresist är en 24 nm till 20 nm pitch en sweet spot för hög NA-insättning med 16 nm pitch den ultimata upplösningen. Chemically Amplified Resist (CAR) har dålig prestanda under 24nm. Metal Oxide Resists (MOR) ser lovande ut ner till 17nm eller till och med 16nm. Defekt är fortfarande ett problem. Doser vid 24 nm pitch är 67mJ/cm² för MOR och 77mJ/cm² för BIL. MOR har vissa stabilitetsproblem och ju lägre dos desto mer reaktiv/mindre stabil är resisten. Det här är utmaningar, inte showstoppers.

In "Nedskalade avsatta underlag för EUV-litografi," Gupta et al., utforskade fotoresistunderlag. När tonhöjden krymper, för samma fotoresistskikt ökar bildförhållandet och kan leda till mönsterkollaps. Förbättrad underlagsvidhäftning kan lösa detta. Alternativt kan en tunnare fotoresist användas för att hantera bildförhållandet, men detta kan leda till etsningsproblem om inte en hög etsningsselektivitet under skiktet kan hittas.

imec fann att ytenergin hos avsatta underlag kan anpassas till fotoresisten för att uppnå förbättrade vidhäftningar. Densitetsinställning av det avsatta underskiktet kan användas för att tillhandahålla förbättrad etsningsselektivitet.

In "Dry Resist Patterning Readiness towards High NA EUV Lithography," Hyo Sean Suh et al., från imec och Lam utforskade Lams torra fotoresistprocess. För N2+- och A14-processer förväntas Metal 2-pitch (M2P) vara ~24nm med 15nm tip-to-tip (T2T) och vid A10 kommer M2P att vara ~22nm med <15nm T2T.

Lam torrresistprocessen illustreras i figur 2.

Lam Dry Resist Process — Figur 2. Lam torr fotoresistprocess

Post Exposure Bake (PEB) visade sig kraftigt driva dosreduktion men påverkade broar och grovhet. Samoptimering av utveckling och etsning dämpar broar och grovhet och visade ett robust processfönster för 24nm stigning L/S-mönster.

In "Möjlighet för logisk metallskalning med 0.55NA EUV enkelmönster," Dongbo Xu et.al. beskrev en utvärdering av vad High-NA (0.55NA)-systemet kan åstadkomma med enstaka mönster.

De drog slutsatsen att 24nm pitch ser ut att uppnå. 20nm ser lovande ut i horisontell riktning men den vertikala riktningen kräver mer arbete. 18nm pitch kräver ytterligare arbete.

EUV har visat sig vara en mycket utmanande teknik ur ett linjeråhet och stokastiskt defektperspektiv. Directed Self Assembly (DSA) är en teknik som har funnits länge men som inte har fått mycket draghjälp. DSA uppmärksammas nu som en teknik för att ta itu med linjegrovhet och stokastiska defekter för EUV.

In "EUV-LITOGRAFI LINJER RYMDMÖNSTER RIKTNING MED BLOCKCOPOLYMER-DIREKT SJÄLVMONTERING: En grovhets- och defektstudie," Julie Van Bel et.al. fann att kombination av DSA med EUV är överlägsen DSA-processer baserade på Immersionslitografi med lägre linjebredd och inga dislokationsdefekter.

In "Lättande stokastik i EUV-litografi genom styrd självmontering," Lander Verstraete et.al. utforskade med hjälp av DSA för att mildra stokastiska defekter i EUV-bearbetning.

Imec-processen för att rätta till EUV-defekter i linje/mellanrum illustreras i figur 3.

Linjeutrymmeskorrigering — Figur 3. Rättning av EUV-linje/rymdmönster med DSA.

Imec-processen för att åtgärda defekter i kontaktmatriser illustreras i figur 4.

Kontakta Retification — Figur 4. Rättning av EUV-kontaktmönster av DSA.

EUV plus DSA ser mycket lovande ut för linje/mellanrum vid en 28nm pitch med den primära defekten som broar. Vid en 24nm tonhöjd behövs förbättring med för många brodefekter. Defekter korrelerar med segmentsampolymerformuleringen och glödgningstiden.

För kontaktmatriser förbättrar EUV + DSA Local Critical Dimension Uniformity (LCDU) och Pattern Placement Error och möjliggör en lägre dos.

Metrology

Eftersom filmtjockleken minskar blir förhållandet mellan mätsignaler och brus ett problem.

Med EUV finns det ett defektprocessfönster, på ena sidan finns en klippa där brott i mönstret blir ett problem och på andra sidan av fönstren finns en klippa där broar mellan mönster blir ett problem.

När en ny pitch försöks finns det många defekter som drivs ner över tiden.

Det är svårt att mäta ett tillräckligt stort område med tillräcklig känslighet. E-stråleinspektion är känslig men långsam, optisk är snabb men inte känslig. Nya 3D-processer som CFET introducerar ytterligare utmaningar.

In "Dry Resist Metrology Readiness for High NA EUVL," Gian Francesco Lorusso et.al, undersöker Atomic Force Microscope (AFM), E Beam-inspektion och CD SEM för karakterisering av mycket tunna fotoresister.

Med användning av Lam-torr fotoresistprocessen visades CD SEM vara livskraftig ned till 5 nm tjock fotoresist. När resisttjockleken minskade linjeojämnheten ökade, minskade tryckbarheten för brodefekter medan brottdefekterna förblev desamma. Mönsterkollaps sågs bara i tjockare filmer. AFM-mått visade att filmtjockleken minskade. E Beam visade bra fångst av defekter även för mycket sakfilmer.

In "Halvledarmetrologi för 3D-eran," J. Bogdanowicz et al., utforskar utmaningarna med metrologi på 3D-strukturer.

I 3D-eran har Z-riktningen blivit den nya X/Y-skalningen. För logiska enheter erbjuder CFET och Semi damascene utmaningar, i minnet är 3D DRAM en framtida utmaning, och 3D-sammankopplingar för System Technology Co Optimization (STCO) är en annan utmaning.

För horisontella nanosheet- och CFET-processer kommer lateral urtagning och fyllningskarakterisering och detektering av rester och andra defekter i flerskiktsstaplar att vara avgörande. I 3D-minne kommer hög aspektförhållande (HAR) hål/delad profilering och liknande logik att upptäcka nedgrävda defekter och rester i flerskiktsfilmer vara avgörande. För STCO-tillämpningar kommer integritet för bindningsgränssnitt och inriktning att vara nyckeln.

För traditionell ytmetrologi finns det redan en avvägning mellan känslighet och hastighet, nu är inspektionsdjup kontra sidoupplösning en viktig avvägning. Figur 5 visar sonderingsdjupet kontra lateral upplösning och genomströmning för olika metrologiska tekniker.

Metrologi landskap — Figur 5. 3D Metrology Landscape

Figur 6 sammanfattar 3D-metrologins nuvarande beredskap för att möta olika behov.

6 Metrologiska utmaningar — Figur 6. 3D-mätrologiska utmaningar

Från figur 6 finns det fortfarande många utmaningar att övervinna för att uppnå ett omfattande metrologiprogram.

Slutsats

Eran av High NA EUV närmar sig. Det görs goda framsteg inom pelliklar, fotoresister och metrologi och imec fortsätter att arbeta inom alla tre områdena för ytterligare framsteg.