Ekstrem ultrafiolett litografi - Extreme ultraviolet lithography

Ekstrem ultrafiolett litografi (også kjent som EUV eller EUVL ) er en litografiteknologi (hovedsakelig sponutskrift /aka "fabrikasjon") teknologi som bruker en rekke ekstreme ultrafiolette (EUV) bølgelengder, som omtrent strekker seg over en 2% FWHM båndbredde på omtrent 13,5  nm .

Selv om EUV -teknologi er tilgjengelig for masseproduksjon, ble det kun levert 53 maskiner over hele verden som var i stand til å produsere skiver ved hjelp av teknikken i løpet av 2018 og 2019, mens 201 nedsenkningslitografisystemer ble levert i samme periode. Problemer som gjør EUV -adopsjon vanskelig er verktøykostnader (ASMLs EUV -skannere kan koste opptil 120 millioner dollar), oppetid for verktøy og stokastiske fenomener. De siste NXE: 3400 -verktøyene er utstyrt med lavere pupillfyllingsevne for bedre bildebehandling, men dette fører til lavere produktivitet på grunn av begrenset bruk av eksponeringsfeltet. Flere grunnleggende spørsmål gjenstår.

Fra og med 2020 er Samsung og TSMC de eneste selskapene som har brukt EUV i produksjonen, hovedsakelig rettet mot 5 nm. På IEDM 2019 rapporterte TSMC bruk av EUV for 5 nm i kontakt, via, metalllinje og kuttlag, hvor kuttene kan påføres finner, porter eller metalllinjer. På IEDM 2020 rapporterte TSMC at deres 5 nm minimum metallhøyde skulle reduseres 30% fra 7 nm, som var 40 nm. Samsungs 5nm er litografisk den samme designregelen som 7nm, med en minimum metallhøyde på 36 nm.

Bildedannelsesmekanisme i EUV -litografi. Topp: EUV -flerlag og absorber (lilla) som utgjør et maskemønster for avbildning av en linje. Bunn: EUV -stråling (rød) reflektert fra maskemønsteret absorberes i resisten (gul) og substratet (brun), og produserer fotoelektroner og sekundære elektroner (blå). Disse elektronene øker omfanget av kjemiske reaksjoner i resisten. Et sekundært elektronmønster som er tilfeldig av natur, er lagt over det optiske bildet. Den uønskede sekundære elektroneksponeringen resulterer i tap av oppløsning, observerbar grovhet på linjekanten og variasjon i linjebredde.

Stokastisk aspekt ved EUV -avbildning. Fotonskuddsstøy kan forårsake betydelig lokal dosevariasjon, noe som påvirker kantplasseringen. Det er mer signifikant for EUV på grunn av færre fotoner som utgjør bildet.

Masker

I følge KS fungerer EUV -fotomasker ved å reflektere lys, som oppnås ved å bruke flere vekslende lag med molybden og silisium . Dette er i motsetning til konvensjonelle fotomasker som virker ved å blokkere lys ved å bruke et enkelt kromlag på et kvartssubstrat. En EUV -maske består av 40 vekslende silisium- og molybdenlag; dette flerlaget virker for å reflektere det ekstreme ultrafiolette lyset gjennom Bragg -diffraksjon ; reflektansen er en sterk funksjon av innfallsvinkel og bølgelengde, med lengre bølgelengder som reflekterer mer nær normal forekomst og kortere bølgelengder reflekterer mer vekk fra normal forekomst. Mønsteret er definert i et tantalbasert absorberende lag over flerlaget. Flerlaget kan være beskyttet av et tynt ruteniumlag.

Produksjon

Blanke fotomasker er hovedsakelig laget av to selskaper: AGC Inc. og Hoya Corporation . En tom fotomask er dekket med fotoresist , som deretter stekes (stivnes) i en ovn og senere utsettes for laserlys ved bruk av maskeløs litografi . Den eksponerte fotoresisten utvikles (fjernes) og de ubeskyttede områdene etses. Den gjenværende fotoresisten fjernes deretter. Masker blir deretter inspisert og senere reparert ved hjelp av en elektronstråle . Etsing må gjøres til en veldig spesifikk dybde og dermed gjøre etsing vanskelig i forhold til konvensjonell fotomaskeproduksjon.

Verktøy

EUVL -verktøy, Lawrence Livermore National Laboratory.

Verktøyet består av en laserdrevet tinn (Sn) plasma lyskilde, reflekterende optikk som består av flerlagsspeil, inneholdt i en hydrogengassomgivelse. Hydrogenet brukes til å holde EUV -kollektorspeilet i kilden uten Sn -avsetning.

EUVL er en vesentlig avvik fra standarden for dyp ultrafiolett litografi. All materie absorberer EUV -stråling. Derfor krever EUV -litografi et vakuum. Alle optiske elementer, inkludert fotomasken , må bruke defektfrie molybden/silisium ( Mo / Si ) flerlag (bestående av 40 Mo/Si dobbeltlag) som virker for å reflektere lys ved hjelp av inter-lag interferens; noen av disse speilene absorberer rundt 30% av det innfallende lyset.

Gjeldende EUVL -systemer inneholder minst to kondensator flerlagsspeil, seks projeksjon flerlagsspeil og et flerlagsobjekt (maske). Siden speilene absorberer 96% av EUV -lyset, må den ideelle EUV -kilden være mye lysere enn forgjengerne. EUV -kildeutvikling har fokusert på plasma generert av laser- eller utladningspulser. Speilet som er ansvarlig for å samle lyset, blir direkte eksponert for plasmaet og er sårbart for skader fra høyenergiske ioner og andre rusk, for eksempel tindråper, som krever at det kostbare oppsamlingsspeilet skiftes ut hvert år.

Ressurskrav

Kilde: Gigaphoton, Sematech Symposium Japan, 15. september 2010

De nødvendige verktøyressursene er betydelig større for EUV sammenlignet med 193 nm nedsenking , selv med to eksponeringer som bruker sistnevnte. Hynix rapporterte på EUV Symposium i 2009 at effektiviteten på veggpluggen var ~ 0,02% for EUV, dvs. for å få 200 watt ved mellomfokus for 100 skiver i timen, ville man kreve 1 megawatt inngangseffekt, sammenlignet med 165 -kilowatt for en ArF nedsenkingsskanner, og at selv ved samme gjennomstrømning var fotavtrykket til EUV -skanneren ~ 3x fotavtrykket til en ArF nedsenkingsskanner, noe som resulterte i produktivitetstap. I tillegg kan det være nødvendig med en superledende magnet for å begrense ioneavfall.

Et typisk EUV -verktøy veier 180 tonn.

Oppsummering av viktige funksjoner

Tabellen nedenfor oppsummerer viktige forskjeller mellom EUV -systemer under utvikling og ArF -nedsenkingssystemer som er mye brukt i produksjon i dag:

De forskjellige oppløsningsgrader blant 0,33 NA -verktøyene skyldes de forskjellige belysningsalternativene. Til tross for optikkens potensial for å oppnå sub-20 nm oppløsning, begrenser sekundære elektroner i resist oppløsningen praktisk talt til rundt 20 nm.

Lyskildeeffekt, gjennomstrømning og oppetid

EUV TPT som en funksjon av dose. Wafer -gjennomstrømningen av et EUV -verktøy er faktisk en funksjon av eksponeringsdosen, for en fast kildeeffekt.

EUV-produktivitet over en 13-ukers periode. Den gjennomsnittlige ukentlige produktiviteten på det faktiske kundeverktøyet er rundt 1000 skiver/dag, noen ganger mindre.

Nøytrale atomer eller kondensert materiale kan ikke avgi EUV -stråling. Ionisering må gå foran EUV -utslipp i materie. Den termiske produksjonen av flerladede positive ioner er bare mulig i et varmt tett plasma , som i seg selv absorberer EUV sterkt. Fra 2016 er den etablerte EUV-lyskilden et laserpulsert tinnplasma. Ionene absorberer EUV -lyset de avgir, og nøytraliseres lett av elektroner i plasmaet til lavere ladningstilstander som produserer lys hovedsakelig ved andre, ubrukelige bølgelengder, noe som resulterer i en mye redusert effektivitet av lysgenerering for litografi ved høyere plasmastyrketetthet.

Gjennomstrømningen er knyttet til kildeeffekten, delt på dosen. En høyere dose krever en langsommere stadiebevegelse (lavere gjennomstrømning) hvis pulseffekten ikke kan økes.

EUV-kollektorreflektivitet nedbryter ~ 0,1-0,3% per milliard 50 kHz pulser (~ 10% på ~ 2 uker), noe som fører til tap av oppetid og gjennomstrømning, mens det for de første milliardene pulser (innen en dag) fortsatt er 20% (+/- 10%) svingninger. Dette kan skyldes akkumulerende Sn -rester nevnt ovenfor, som ikke er helt rengjort. På den annen side gir konvensjonelle nedsenkningslitografiverktøy for dobbeltmønster konsistent effekt i opptil et år.

Nylig har NXE: 3400B -belysningen et mindre pupillfyllforhold (PFR) ned til 20% uten tap av overføring. PFR er maksimert og større enn 0,2 rundt en metallhøyde på 45 nm.

På grunn av bruk av EUV -speil som også absorberer EUV -lys, er endelig bare en liten brøkdel av kildelyset tilgjengelig på skiven. Det er 4 speil som brukes til belysningsoptikken, og 6 speil for projiseringsoptikken. EUV -masken eller retikelen er i seg selv et ekstra speil. Med 11 refleksjoner er bare ~ 2% av EUV -kildelyset tilgjengelig på skiven.

Verktøyets oppetid

EUV -lyskilden begrenser verktøyets oppetid i tillegg til gjennomstrømning. I en to-ukers periode kan for eksempel planlagt over syv timer nedetid, mens den totale faktiske nedetiden inkludert uprogrammerte problemer lett kan overstige en dag. En dosefeil over 2% garanterer nedetid for verktøyet.

Sammenligning med andre litografi lyskilder

Mens state-of-the-art 193 nm ArF ekcimerlasere har intensitetene til 200 W / cm ² , lasere for fremstilling av euv genererende plasma må være mye mer intens, i størrelsesorden 10 ¹¹ W / cm ² . En state-of-the-art ArF nedsenking litografi 120 W lyskilde krever ikke mer enn 40 kW mens EUV kilder er målrettet til å overstige 40 kW.

Effektmålet for EUV -litografi er minst 250 W, mens det for andre konvensjonelle litografikilder er mye mindre. For eksempel er nedsenking litografi lyskilder målrettet mot 90 W, tørre ArF kilder 45 W og KrF kilder 40 W. High-NA EUV kilder forventes å kreve minst 500 W.

EUV stokastiske spørsmål

To identisk målrettede 16 nm -kontakter opplever sannsynligvis plasseringsfeil på grunn av EUV -fotonskuddstøy.

Funksjoner og områder påvirkes av EUV -fotoneskuddstøy, selv etter utjevning med resistent uskarphet.

Sannsynlighet for stokastisk defekt vs. pitch. Sannsynligheten for at en brufeil oppstår i en metalllinje øker med mindre halvhøyde, men med en gitt linjebredde øker den med stigning.

Fotondeling mellom diffraksjonsmønstre hos eleven. Stokastiske effekter forverres ved inndeling av fotoner i færre tall per diffraksjonsmønster (hver representert her som en annen farge med forskjellige % av fotoner i pupillkvadranten) på tvers av eleven.

Stokastisk variasjon av kontaktområdet er en konsekvens av lav EUV -fotontetthet.

Stokastiske defekter oppstår fra doseavhengig uskarphet. Doseavhengig uskarphet forverrer støy av fotonskudd, noe som gjør at funksjoner ikke klarer å skrive ut (rødt) eller bygge bro mellom de nærliggende funksjonene (grønt).

Stokastisk variasjon forekommer også i EUV -funksjonsoverlegg.

EUV -litografi er spesielt følsom for stokastiske effekter. I en stor mengde funksjoner som er trykt av EUV, selv om det overveldende flertallet er løst, lider noen av fullstendig unnlatelse av utskrift, f.eks. Mangler hull eller brolinjer. Et kjent betydelig bidrag til denne effekten er dosen som brukes til å skrive ut. Dette er relatert til skuddstøy , som skal diskuteres nærmere nedenfor. På grunn av de stokastiske variasjonene i ankomne fotonummer, klarer noen områder som er utpekt å faktisk ikke nå terskelen for utskrift, og etterlater ueksponerte defekte områder. Noen områder kan være overeksponert, noe som kan føre til overdreven motstandstap eller tverrbinding. Sannsynligheten for stokastisk svikt øker eksponentielt ettersom funksjonsstørrelsen minker, og for den samme funksjonsstørrelsen øker også avstanden mellom funksjonene sannsynligheten betydelig. Linjesnitt som har relativt stor avstand er et betydelig problem. Utbytte krever påvisning av stokastiske feil ned til under 1e-12.

Tendensen til stokastiske defekter er verre når bildet består av fotoner fra forskjellige mønstre, for eksempel fra et stort arealmønster eller fra defokusering over en stor pupillfylling.

Flere feilmoduser kan eksistere for den samme befolkningen. For eksempel, foruten å bygge bro mellom grøfter, kan linjene som skiller grøftene bli brutt. Dette kan tilskrives stokastisk motstandstap, fra sekundære elektroner.

Sameksistensen av stokastisk undereksponerte og overeksponerte defektområder fører til tap av dosevindu ved et visst post-etse defektnivå mellom lavdose- og høydosemønstre. Derfor går oppløsningsfordelen fra kortere bølgelengde tapt.

Resist -underlaget spiller også en viktig rolle. Dette kan skyldes de sekundære elektronene som genereres av underlaget. Sekundære elektroner kan fjerne over 10 nm resist fra den eksponerte kanten.

Defektnivået er i størrelsesorden 1K/mm ² . I 2020 rapporterte Samsung at 5 nm oppsett hadde risiko for prosessfeil og hadde begynt å implementere automatisert kontroll og reparasjon.

Fotonskuddsstøy kan knyttes til stokastiske defekter ved tilstedeværelse av doseavhengig uskarphet (modellert som Gaussian).

Fotonskuddsstøy fører også til feil i stokastisk kantplassering, som kan overstige 1 nm.

Fotonskuddstøyen blir vanligvis fjernet av uskarpe faktorer som sekundære elektroner eller syrer i kjemisk forsterkede motstander, men når det er for betydelig, reduserer uskarpheten også bildekontrasten i kanten. Siden uskarpheten er mindre enn funksjonsstørrelsen, kan funksjonens totale lukkede område fortsatt ha svingninger. Det er verre for EUV enn DUV -bølgelengder på grunn av lavere fotonetthet ved ofte brukte doser, samt at mindre funksjonsstørrelser blir representert av mindre piksler.

EUV-spesifikke optiske problemer

Bildeasymmetri på grunn av flere belysningskildepunkter. Siden maskebelysningen fra forskjellige kildepunkter er i forskjellige vinkler, produserer de forskjellige punktene faktisk forskjellige bilder. Fra venstre til høyre er de representerte kildepunktene plassert lenger borte fra sentrum. Linjehøyden er 28 nm.

Tilfeldige variasjoner i flerlags reflektivitet

GlobalFoundries og Lawrence Berkeley Labs utførte en Monte Carlo -studie for å simulere effekten av blanding mellom molybden (Mo) og silisium (Si) lagene i flerlaget som brukes til å reflektere EUV -lys fra EUV -masken. Resultatene indikerte høy følsomhet for atomskala-variasjonene av lagtykkelse. Slike variasjoner kunne ikke påvises ved reflektivitetsmålinger i stort område, men ville være signifikante på skalaen til den kritiske dimensjonen (CD). Den lokale variasjonen av reflektivitet kan være i størrelsesorden 10% for noen få nm standardavvik.

Bølgelengde båndbredde ( kromatisk aberrasjon )

Bølgelengdeavhengighet av refleksans vinkelspekter. Reflektansen som en funksjon av innfallsvinkelen avhenger vesentlig av bølgelengden. Innfelt: Apodisering på grunn av vinkelavhengighet forårsaker asymmetrisk fordeling over eleven for forskjellige bølgelengder.

Bildeforskyvning på grunn av defokus avhenger av bølgelengden. Vinkelavhengigheten til flerlags reflektans av objektet (maske) er forskjellig for forskjellige bølgelengder, noe som fører til forskjellige skift når de er fokusert.

I motsetning til DUV -litografikilder, basert på excimerlasere, produserer EUV -plasmakilder lys over et bredt spekter av bølgelengder. Selv om EUV -spekteret ikke er helt monokromatisk, og ikke engang like spektralt rent som DUV -laserkilder, har arbeidsbølgelengden generelt blitt antatt å være 13,5 nm. I virkeligheten fordeles den reflekterte kraften stort sett i området 13,3-13,7 nm. Båndbredden til EUV-lys reflektert av et flersjiktsspeil som brukes til EUV-litografi er over +/- 2% (> 270 pm); faseendringene på grunn av bølgelengdeendringer ved en gitt belysningsvinkel kan beregnes og sammenlignes med aberrasjonsbudsjettet. Bølgelengdeavhengighet av refleksjon påvirker også apodiseringen eller belysningsfordelingen over eleven (for forskjellige vinkler); forskjellige bølgelengder 'ser' effektivt forskjellige belysning da de reflekteres annerledes av flersjiktet i masken. Denne effektive kildebelysningshellingen kan føre til store bildeforskyvninger på grunn av defokusering. Motsatt varierer den reflekterte bølgelengden på tvers av eleven på grunn av forskjellige innfallsvinkler. Dette forverres når vinklene spenner over en bred radius, f.eks. Ringformet belysning. Toppreflektansbølgelengden øker for mindre innfallsvinkler. Aperiodiske flerlag har blitt foreslått for å redusere følsomheten på bekostning av lavere reflektivitet, men er for følsomme for tilfeldige svingninger i lagtykkelser, for eksempel fra tykkelseskontroll -upresisjon eller interdiffusjon. Spesielt vil de fokuserte tette linjene ved stigninger opp til det dobbelte av den minste oppløselige stigningen lide bølgelengdeavhengige kantskift.

En smalere båndbredde vil øke følsomheten for maskeabsorber og buffertykkelse på 1 nm skalaen.

Maskefaseeffekter

EUV maske faseforskyvningseffekt. Ulike belysningsvinkler forskyver bildet ulikt på grunn av forskjellige faseforskyvninger fra flerlaget.

Bilde endres gjennom fokus. Bildekontrasten varierer gjennom fokus som forventet, men den beste fokusposisjonen er veldig forskjellig avhengig av en rekke faktorer, for eksempel belysningsvinkel i dette tilfellet.

EUV-maskeabsorbenten, på grunn av delvis overføring, genererer en faseforskjell mellom den 0. og 1. diffraksjonsordren i et linje-rom-mønster, noe som resulterer i bildeforskyvninger (ved en gitt belysningsvinkel) samt endringer i toppintensitet (som fører til linjebredde endringer) som forbedres ytterligere på grunn av defokusering. Til syvende og sist resulterer dette i forskjellige posisjoner med best fokus for forskjellige tonehøyder og forskjellige belysningsvinkler. Generelt balanseres bildeforskyvningen på grunn av at belysningskildepunkter er sammenkoblet (hver på motsatte sider av den optiske aksen). Imidlertid er de separate bildene overlappet og den resulterende bildekontrasten blir forringet når de enkelte kildebildeskiftene er store nok. Fasedifferansen bestemmer til slutt også den beste fokusposisjonen.

Flerlaget er også ansvarlig for bildeskift på grunn av faseforskyvninger fra diffraktert lys i selve flerlaget. Dette er uunngåelig på grunn av lys som passerer to ganger gjennom maskemønsteret.

Reflekterende optikk

Et grunnleggende aspekt ved EUVL-verktøy, som følge av bruk av reflekterende optikk, er belysning utenfor aksen (i en vinkel på 6 grader, i ulik retning i forskjellige posisjoner innenfor belysningsslitsen) på en flerlagsmaske. Dette fører til skyggeeffekter som resulterer i asymmetri i diffraksjonsmønsteret som forringer mønstertrohet på forskjellige måter som beskrevet nedenfor.

Tykk maske skygge effekter

Skyggeeffekt på en EUV -maske. Når funksjonsstørrelsen på masken er sammenlignbar med tykkelsen, er skyggeffekten mer signifikant for det dannede bildet, siden avstanden mellom skyggeklaringen ikke er ubetydelig sammenlignet med funksjonsstørrelsen.

Den skrå forekomsten i et reflekterende optisk system fører til skyggeeffekter i nærvær av en maskeabsorber. For eksempel vil den ene siden (bak skyggen) se lysere ut enn den andre (i skyggen).

HV -asymmetri

EUV HV forskjell på fokus. Horisontale og vertikale funksjoner fokuseres ulikt i optiske EUV -systemer. Den numeriske blenderåpningen (NA) gjør også en forskjell.

EUV ikke-telesentrisitet. Venstre : På grunn av store refleksvinkelforskjeller i flere lag, resulterer den ene siden av belysningspupillen i mer reflektert lys. Høyre : Følgelig vil belysning fra den ene siden være dominerende. Dette resulterer i en optisk baneforskjell mellom diffraksjonsordrer med hensyn til defokusering, noe som fører til en tendens til at mønsteret skifter.

Mest grunnleggende er oppførselen til lysstråler i refleksjonsplanet (som påvirker horisontale linjer) forskjellig fra lysstrålenes oppførsel ut av refleksjonsplanet (påvirker vertikale linjer). Mest iøynefallende er horisontale og vertikale linjer på identisk størrelse på EUV -masken trykt i forskjellige størrelser på skiven.

2-bar CD forskjell kontra fokus. Forskjellen mellom bredden på to tilstøtende horisontale linjer varierer som en funksjon av fokus.

Asymmetri i sett med parallelle linjer

Kombinasjonen av asymmetrien utenfor aksen og maske-skyggeeffekten fører til en grunnleggende manglende evne til to identiske funksjoner selv i umiddelbar nærhet for å være i fokus samtidig. Et av EUVLs viktigste spørsmål er asymmetrien mellom topp- og bunnlinjen på et par horisontale linjer (den såkalte "to-linjen"). Noen måter å delvis kompensere på er bruk av assistansefunksjoner samt asymmetrisk belysning.

En forlengelse av to-stavshuset til et gitter som består av mange horisontale linjer viser lignende følsomhet for defokus. Det er tydelig i CD -forskjellen mellom de øvre og nedre kantlinjene i settet med 11 horisontale linjer. Tabellen nedenfor viser CD -forskjellen over 100 nm fokusområde under kvasarbelysning (kvasarbelysning vil bli beskrevet i avsnittet om optimal belysning mot tonehøyde).

For plasser på 40 nm eller lavere er linjebredder 20 nm eller mindre, mens CD -forskjellen er minst 2,5 nm, noe som resulterer i minst 12,5% forskjell.

To-linjers forekomst i uregelmessig layout. Et uregelmessig oppsett kan inneholde to-linjers steder som er utsatt for asymmetrisk avbildning.

Mønsterskifte fra defokus (ikke-telesentrisitet)

Masken har vertikal plassering

Bruken av refleksjon fører til at skiveeksponeringsposisjonen er ekstremt følsom for reticle flatness og reticle clamp. Det er derfor nødvendig å opprettholde renhet på klemmen. Små (mrad-skala) avvik i maskeflathet i den lokale skråningen, kombinert med skivefokus. Mer vesentlig har det vist seg at maskefokus resulterer i store overleggsfeil. Spesielt for et 10 nm node metal 1-lag (inkludert 48 nm, 64 nm, 70 nm pitcher, isolerte og kraftlinjer), var den feilfrie mønsterplasseringsfeilen 1 nm for 40 nm maske z-posisjonskift. Dette er et globalt mønsterskifte av laget med hensyn til tidligere definerte lag. Imidlertid vil funksjoner på forskjellige steder også skifte annerledes på grunn av forskjellige lokale avvik fra maskeplanhet, f.eks. Fra defekter begravet under flerlaget. Det kan anslås at bidraget fra masken ikke-flathet til overleggsfeil er omtrent 1/40 ganger tykkelsesvariasjonen fra topp til dal. Med den tomme topp-til-dalen-spesifikasjonen på 50 nm, er ~ 1,25 nm bildeplasseringsfeil mulig. Blanke tykkelsesvariasjoner opptil 80 nm bidrar også, noe som fører til opptil 2 nm bildeskift.

Skive defokus

10nm node metall lag mønster skift mot defokus. Ulike mønstre i 10nm nodelmetalllaget (24 nm hk) forskyves annerledes gjennom fokus, avhengig av orientering og spalteposisjon samt arrangement.

Ikke-aksel belysning av reticle er også årsaken til ikke-telesentrisitet i wafer defocus, som bruker det meste av 1,4 nm overleggsbudsjett for NXE: 3400 EUV-skanneren selv for designregler så løse som 100 nm pitch. Den verste ukorrektive mønsterplasseringsfeilen for en 24 nm linje var omtrent 1,1 nm, i forhold til en tilstøtende 72 nm kraftledning, per 80 nm skivefokusposisjonsskift ved en enkelt spaltestilling; når ytelse på tvers av spalte er inkludert, er den verste feilen over 1,5 nm i wafer defocus -vinduet I 2017, et aktinsk mikroskop som etterligner et 0,33 NA EUV litografisystem med 0,2/0,9 kvasar 45 belysning viste at en 80 nm tonehøydekontaktgruppe endret seg - 0,6 til 1,0 nm mens en 56 nm tonehøydekontaktgruppe skiftet -1,7 til 1,0 nm i forhold til en horisontal referanselinje, innenfor et +/- 50 nm defokuseringsvindu.

Skivefokus fører også til feil i bildeplassering på grunn av avvik fra lokal maskeflathet. Hvis den lokale skråningen er angitt med en vinkel α, anslås bildet å bli forskjøvet i et 4x projiseringsverktøy med 8 α x (DOF/2) = 4 α DOF, der DOF er fokusdybden. For en fokusdybde på 100 nm kan et lite lokalt avvik fra flathet på 2,5 mrad (0,14 °) føre til et mønsterskifte på 1 nm.

Slit posisjon avhengighet

Ringfelt for jevn belysning. Et ringfelt refererer til det bueformede feltet som brukes for å oppnå jevn belysning fra et punkt som er utenfor aksen, som i reflekterende optiske systemer.

Belysningsrotasjon over ringfeltspalten. Lys som reflekteres fra buede optiske overflater vil generere lysbuesegmenter. Belysningsvinklene roteres azimutalt over den bueformede spalten (til høyre), på grunn av refleksjonen av et bueformet bilde fra hver elevposisjon som en punktkilde (venstre). Det vinkelavhengige og bølgelengdeavhengige flerlags refleksjonsfordelingsmønsteret roteres tilsvarende.

Belysningsretningen er også sterkt avhengig av spaltestilling, hovedsakelig rotert azimutalt. Nanya Technology and Synopsys fant at horisontal kontra vertikal skjevhet endret seg over spalten med dipolbelysning. Det roterende forekomstplanet (azimutalt område innenfor -25 ° til 25 °) bekreftes i SHARP aktinisk gjennomgangsmikroskop ved CXRO som etterligner optikken for EUV -projeksjons litografisystemer. Årsaken til dette er at et speil brukes til å transformere rette rektangulære felt til bueformede felt. For å bevare et fast forekomstplan, ville refleksjonen fra det forrige speilet være fra en annen vinkel med overflaten for en annen spaltestilling; dette forårsaker uensartet refleksjonsevne. For å bevare ensartetheten brukes rotasjonssymmetri med et roterende forekomstplan. Mer generelt reduserer såkalte "ringfelt" -systemer avvik ved å stole på rotasjonssymmetrien til et bueformet felt avledet fra en ring utenfor aksen. Dette er å foretrekke, ettersom reflekterende systemer må bruke baner utenfor aksen, som forverrer avvik. Derfor ville identiske formmønstre i forskjellige halvdeler av den bueformede spalten kreve forskjellig OPC. Dette gjør dem upåviselige ved sammenligning av dø-til-dø, ettersom de ikke lenger er identiske dies. For plasser som krever dipol-, quadrupol- eller heksapolbelysning, forårsaker rotasjonen også feil samsvar med det samme mønsteroppsettet ved en annen spalteposisjon, dvs. kant mot sentrum. Selv med ringformet eller sirkulær belysning ødelegges rotasjonssymmetrien av den vinkelavhengige flerlagsreflektansen beskrevet ovenfor. Selv om det azimutale vinkelområdet er +/- ~ 20 ° (NXE3400-feltdata angir 18,2 °) på 0,33 NA-skannere, ved 7nm designregler (36-40 nm pitch), kan toleransen for belysning være +/- 15 °, eller enda mindre. Ringformet belysningsuniformitet og asymmetri påvirker også avbildningen betydelig.

Avhengigheten av spaltestillingen er spesielt vanskelig for de vippede mønstrene som oppstår i DRAM. I tillegg til de mer kompliserte effektene på grunn av skygging og pupillrotasjon, konverteres kantede kanter til trappeform, som kan forvrenges av OPC. Faktisk vil 32 nm tonehøyde DRAM av EUV forlenge opptil minst 9F ² celleområde, hvor F = aktivt område halvhøyde (tradisjonelt hadde det vært 6F ² ). Med et 2-D selvjustert dobbelt mønster aktivt område kutt, er celleområdet fortsatt lavere ved 8.9F ² .

Rotert dipolbelysning. Rotert dipolbelysning (faste prikker) forårsaker nedbrytning av mønster, ettersom bare lys fra overlappingen mellom originalen (hule prikker) og roterte steder kan bidra til avbildning. Det gjenværende lyset reduserer kantkontrasten ved å fungere som mønsterfritt bakgrunnslys.

Aberrasjoner , som stammer fra avvik fra optiske overflater fra subatomære (<0,1 nm) spesifikasjoner, så vel som termiske deformasjoner og muligens inkludert polariserte refleksjonseffekter, er også avhengig av spalteposisjon, som det vil bli diskutert nærmere nedenfor, med hensyn til kildemaskeoptimalisering ( SMO). De termisk induserte avvikene forventes å vise forskjeller mellom forskjellige posisjoner over spalten, tilsvarende forskjellige feltposisjoner, ettersom hver posisjon støter på forskjellige deler av de deformerte speilene. Ironisk nok gjør bruk av substratmaterialer med høy termisk og mekanisk stabilitet det vanskeligere å kompensere bølgefrontfeil

I kombinasjon med bølgelengdeområdet forverrer den roterte forekomsten av den allerede alvorlige stokastiske virkningen på EUV -avbildning.

Bluss

Bluss er tilstedeværelsen av bakgrunnslys som stammer fra spredning av overflateegenskaper som ikke løses av lyset. I EUV-systemer kan dette lyset være EUV eller out-of-band (OoB) lys som også produseres av EUV-kilden. OoB -lyset legger til komplikasjonen ved å påvirke resist -eksponeringen på andre måter enn EUV -eksponeringen står for. OoB -lyseksponering kan lindres av et lag belagt over motstanden, samt "svart kant" -funksjoner på EUV -masken. Imidlertid absorberer lagbelegget uunngåelig EUV -lys, og den svarte grensen legger til kostnaden for behandling av EUV -masker.

Linje tips effekter

Tips for tips for tette linjemønstre. Gapet mellom linjeendene er vanskelig å optimalisere samtidig med tette linjer.

Vanskelighetsgrad ved utskrift mellom sider. Spissen fra side til side er en av de vanskeligste funksjonene å skrive ut i et toveis mønster. Den dipollignende belysningen favoriserer minimumshøyden, men ikke andre tonehøyder.

En sentral utfordring for EUV er motskaleringsatferden til linjen tip-to-tip (T2T) -avstanden når halv pitch (hp) skaleres ned. Dette skyldes delvis lavere bildekontrast for de binære masker som brukes i EUV -litografi, som ikke oppstår ved bruk av faseskiftmasker i nedsenkningslitografi. Avrundingen av hjørnene på linjeenden fører til forkortelse av linjen, og dette er verre for binære masker. Bruken av faseskiftmasker i EUV-litografi har blitt studert, men støter på problemer fra fasekontroll i tynne lag, så vel som båndbredden til selve EUV-lyset. Mer konvensjonelt brukes optisk nærhetskorreksjon (OPC) for å håndtere hjørneavrunding og forkortelse av linjen. Til tross for dette har det blitt vist at tip-to-tip-oppløsningen og linjetipsets utskrivbarhet byttes ut mot hverandre, og er effektivt CD-er med motsatt polaritet. I tillegg avhenger effektiviteten av optiske korreksjoner av andre ikke-optiske årsaker som motstand mot uskarphet og diffusjonseffekter, som også kan omfatte sekundær elektron uskarphet (diskutert i avsnittet om fotoresisteksponering). Også større molekylvekter og størrelser ser ut til å redusere hjørneavrundingen.

I ensrettede metallag er avstand mellom spiss-til-spiss et av de mer alvorlige problemene for mønster med enkelt eksponering. For de vertikale linjene på 40 nm tonehøyde resulterte en 18 nm nominell spiss-til-spiss trukket gap i en faktisk spiss-til-spiss-avstand på 29 nm med OPC (optisk nærhetskorreksjon) , mens for 32 nm tonehøyde horisontale linjer, spissen -Tipsavstand med et 14 nm nominelt gap gikk til 31 nm med OPC. Disse faktiske spiss-til-spiss-avstandene definerer en nedre grense for halvhøyden til metallet som løper i retningen vinkelrett på spissen. I dette tilfellet er den nedre grensen rundt 30 nm. Med ytterligere optimalisering av belysningen (diskutert i avsnittet om kildemaskeoptimalisering), kan den nedre grensen reduseres ytterligere til rundt 25 nm.

For større plasser, der konvensjonell belysning kan brukes, er linjens spiss-til-spiss-avstand generelt større. For de 24 nm halvtone-linjene, med et 20 nm nominelt trukket gap, var avstanden faktisk 45 nm, mens for 32 nm halv-pitch-linjer resulterte det samme nominelle gapet i en tip-to-tip-avstand på 34 nm. Med OPC blir disse henholdsvis 39 nm og 28 nm for 24 nm halvhøyde og 32 nm halvhøyde.

Det trykte mellomrommet mellom en linjespiss og en vinkelrett linje som den vender mot er 25-35 nm for 22 nm halvhøyde linjer (med et 20 nm nominelt trukket gap). For et 22 nm linje-rom mønster med 22 nm nominelt gap, gir konvensjonell belysning en 38 nm tip-to-line avstand, mens kvasar belysning gir en 28 nm avstand. Spissen fra side til side er en av de vanskeligste funksjonene å skrive ut i et toveis mønster.

Oppsummering av EUV -linjetips og hjørneeffekter:

Kilde: Semicon West 2017, IBM

Linjeavslutningsavstanden på 28 nm tvinger i hovedsak tonehøyde til å være minst 56 nm for EUV enkelt eksponering toveis mønster. 7 nm node minimum metallhøyde er allerede ved 40 nm eller lavere, mens gatehøyde også kan være under 56 nm, så dette er en indikasjon på at flere mønstre vil være nødvendig selv for EUV ved 7 nm.

Forbedringsmuligheter for EUV -mønstre

Hjelpefunksjoner

Hjelpefunksjon OPC. Hjelpefunksjoner hjelper til med å forbedre bildet av isolerte funksjoner (blå) for å bli mer som tette funksjoner (grå). Men jo mer effektive de er, desto større er risikoen for at assistansefunksjonen skrives ut (oransje).

Mønstereffekt på SMO. Bare utvidelse av kraftskinnen (topp og bunn av prøvestoffet) fører til betydelige endringer i den optimaliserte eleven samt redusert fokusvindu, selv ved bruk av hjelpefunksjoner.

Hjelpefunksjoner brukes ofte for å balansere asymmetri fra ikke-telesentrisitet ved forskjellige spaltestillinger, på grunn av forskjellige belysningsvinkler, som starter ved 7 nm-noden, hvor tonehøyden er ~ 41 nm for en bølgelengde ~ 13,5 nm og NA = 0,33, tilsvarende til k1 ~ 0,5. Asymmetrien er imidlertid redusert, men ikke eliminert, siden assistansefunksjonene hovedsakelig forbedrer de høyeste romlige frekvensene, mens mellomliggende romlige frekvenser, som også påvirker funksjonsfokus og posisjon, ikke er særlig påvirket. Koblingen mellom det primære bildet og selvbildene er for sterk til at asymmetrien kan elimineres av hjelpefunksjoner; bare asymmetrisk belysning kan oppnå dette. Hjelpefunksjoner kan også komme i veien for tilgang til strøm/jordskinner. Kraftskinner forventes å være bredere, noe som også begrenser effektiviteten ved bruk av hjelpefunksjoner, ved å begrense den lokale banen. Lokale plasser mellom 1x og 2x er den minimale tonehøyden som forbyr assistanseplassering, ettersom det rett og slett ikke er plass til å bevare den lokale tonehøyde -symmetrien. Faktisk, for applikasjonen på to-bar asymmetri-etuiet, kan den optimale plasseringen av assistansefunksjonen være mindre enn eller overstige to-linjers stigning. Avhengig av parameteren som skal optimaliseres (prosessvindueareal, fokusdybde, eksponeringsbreddegrad), kan den optimale hjelpefunksjonskonfigurasjonen være veldig forskjellig, for eksempel at tonehøyden mellom assistansefunksjonen og baren er forskjellig fra to-linjers pitch, symmetrisk eller asymmetrisk, etc..

Ved plasser som er mindre enn 58 nm, er det en avveining mellom fokusforbedring og kontrasttap ved hjelp av plassering av hjelpefunksjoner. Vanligvis er det fortsatt en kompromiss mellom eksponering og fokus, ettersom doseringsvinduet er begrenset av behovet for å få hjelpefunksjonene til ikke å skrive ut ved et uhell.

En ekstra bekymring kommer fra skuddstøy; underoppløselige hjelpefunksjoner (SRAF) fører til at den nødvendige dosen blir lavere, for ikke å skrive ut hjelpefunksjonene ved et uhell. Dette resulterer i færre fotoner som definerer mindre funksjoner (se diskusjon i avsnittet om skuddstøy).

Det er nå kjent at den underliggende mekanismen for asymmetrien er forskjellig skygging fra forskjellige forekomstvinkler. Derfor vil reduksjon av absorbertykkelse være den mest direkte måten å løse problemet på.

Stokastisk utskrift av SRAF

Stokastisk utskrift av hjelpefunksjoner i underoppløsning. SRAF mottar lave nok doser som er nær nok til utskrift til at de vil ha en større stokastisk innvirkning på utskriften. Her oppstår SRAF -utskriftsfeil ytterst til høyre.

Siden SRAF er mindre funksjoner enn primære funksjoner og ikke skal motta doser som er høye nok til å skrive ut, er de mer utsatt for stokastiske dosevariasjoner som forårsaker utskriftsfeil. Dette er spesielt uoverkommelig for EUV, der selv om hovedfunksjonen skrives ut med 80 mJ/cm ² , lider SRAF av stokastisk utskrift.

Kildemaskeoptimalisering

Kildemaskeoptimalisering (SMO) brukes til å redusere mønsterskift for forskjellige funksjoner i et metalllag (målrettet for 16 nm CD med 32 nm ankerhøyde) i en enkelt eksponering, men kan ikke tilfredsstille alle mulige tilfeller.

Pitch -effekt på SMO. SMO utført målrettet for en tonehøyde (32 nm i dette tilfellet) kan ha varierende ytelse for andre plasser. Her har 36 nm best ytelse, men overskrider knapt den nedre NILS -grensen på 2,0

På grunn av virkningene av ikke-telesentrisitet, er ikke standardbelysningseleverformer, for eksempel plate eller ringformet, tilstrekkelig til å brukes for funksjonsstørrelser på ~ 20 nm eller lavere (10 nm node og utover). I stedet må visse deler av eleven (ofte over 50%) utelukkes asymmetrisk. Delene som skal ekskluderes avhenger av mønsteret. Spesielt må de tetteste tillatte linjene justeres langs en retning og foretrekker en dipolform. I denne situasjonen vil litografi med dobbel eksponering være nødvendig for 2D-mønstre, på grunn av tilstedeværelsen av både X- og Y-orienterte mønstre, som hver krever sin egen 1D-mønstermaske og dipolorientering. Det kan være 200–400 lyspunkter, som hver bidrar med sin vekt av dosen for å balansere det totale bildet gjennom fokus. Dermed påvirker skuddstøyeffekten (som skal diskuteres senere) bildeposisjonen kritisk gjennom fokus i en stor mengde funksjoner.

Dobbelt eller flere mønstre vil også være nødvendig hvis et mønster består av delmønstre som krever vesentlig forskjellige optimaliserte belysning, på grunn av forskjellige stigninger, retninger, former og størrelser.

Virkning av spaltestilling og avvik

Virkning av forskjellige bølgelengder. Ulike bølgelengder har effektivt forskjellige pupiller, noe som resulterer i forskjellige resultater av kildemaskeoptimalisering.

Stort sett på grunn av spalteformen og tilstedeværelsen av gjenværende avvik, varierer effektiviteten til SMO over spaltestillingen. Ved hver spaltestilling er det forskjellige avvik og forskjellige azimutale forekomstvinkler som fører til forskjellig skygge. Følgelig kan det være ukorrigerte variasjoner over spalten for aberrasjonsfølsomme trekk, som kanskje ikke åpenbart sees med vanlige linjeplassmønstre. Selv om optisk nærhetskorreksjon (OPC) , inkludert assistansefunksjonene nevnt ovenfor, kan brukes på hver spaltestilling for å løse avvikene, tilbakemeldinger de også til belysningsspesifikasjonen, siden fordelene er forskjellige for forskjellige belysningsforhold. Dette ville nødvendiggjøre bruk av forskjellige kilde-maske-kombinasjoner ved hver spaltestilling, dvs. flere maskeeksponeringer per lag.

Ovennevnte kromatiske avvik, på grunn av maskeindusert apodisering, fører også til inkonsekvente kildemaskeoptimaliseringer for forskjellige bølgelengder.

Optimal belysning mot tonehøyde

Forringelse av bildekvalitet med stigningsreduksjon under konvensjonell EUV -belysning. Dette har motivert til større vurdering av andre belysningsmoduser som QUASAR.

Den optimale belysningen, tatt i betraktning både eksponeringsdose og fokusvinduer, er en sterk tonehøyde i området mellom 32 nm og 48 nm (relevant for 7 nm og 10 nm støperiknoder), som er det meste av arbeidet med EUV programmet har vært fokusert. For plasser større enn 44 nm er belysningseleverformen fortrinnsvis konvensjonell, som er en sirkulær skive, muligens inkludert en sentral tilsløring for å gi et ringformet utseende. For tonehøyder i området 44 nm ned til 34 nm, er den optimale formen ikke lenger konvensjonell eller ringformet, men mer formet som "kvasar" ( Qua drupole- s har en nnula r ) kilde, dvs. en bue i hver kvadrant av elev. For pitcher på 32 nm og under blir den optimale belysningen mer dipolaktig, dvs. konsentrert mot toppen og bunnen eller venstre og høyre ende av eleven. Når kilde-maskeoptimalisering utføres, vil den resulterende formen ligne nærmest standardsettet (konvensjonell, ringformet, kvasar, dipol). For tonehøyder mindre enn 41 nm, må den sentrale delen av eleven ekskluderes for et verktøy med NA = 0,33, ettersom 13,5 nm EUV -lys som går gjennom den delen, bare ville bidra til nulldiffraksjonsrekkefølgen (uspredt lys), effektivt legge til bluss.

Pitchavhengige fokusvinduer

Det beste fokuset for en gitt funksjonsstørrelse varierer som en sterk funksjon av tonehøyde, polaritet og orientering under en gitt belysning. Ved 36 nm tonehøyde har horisontale og vertikale mørkefeltfunksjoner mer enn 30 nm fokusforskjell. 34 nm tonehøyde og 48 nm tonehøyde funksjoner har den største forskjellen på beste fokus uavhengig av funksjonstype. I 48-64 nm tonehøydeområdet skifter den beste fokusposisjonen omtrent lineært som en funksjon av tonehøyden, med så mye som 10-20 nm. For tonehøydeområdet 34-48 nm, skifter den beste fokusposisjonen omtrent lineært i motsatt retning som en funksjon av tonehøyde. Dette kan korreleres med faseforskjellen mellom null og første diffraksjonsordre. Hjelpefunksjoner, hvis de kan passe innenfor banen, ble funnet å ikke redusere denne tendensen mye, for en rekke mellomhøyder, eller til og med forverret den for 18-27 nm og kvasarbelysning. 50 nm kontakthull på 100 nm og 150 plasser hadde de beste fokusposisjonene atskilt med omtrent 25 nm; mindre funksjoner forventes å bli verre. Kontakthull i 48-100 nm tonehøydeområdet viste et 37 nm best fokusområde. Den beste fokusposisjonen vs. pitch er også avhengig av motstand. Kritiske lag inneholder ofte linjer med en minimumsstigning på en polaritet, f.eks. Mørkefeltgraver, i en orientering, f.eks. Vertikal, blandet med mellomrom med den andre polariteten til den andre orienteringen. Dette forstørrer ofte de beste fokusforskjellene, og utfordrer tip-to-tip og tip-to-line imaging.

Belysning for avanserte noder

For støperi "5nm" -noden er minimum metallhelling for horisontale linjer antatt å være rundt 32 nm, for hvilken dipollignende belysning er å foretrekke, men minimum metallhelling for vertikale linjer (parallelt med portene) antas å være rundt 40 nm, som kvasarlignende belysning er å foretrekke. Videre, for støperiet "7nm", er minimum metallhelling for horisontale linjer antatt å være rundt 40 nm, for hvilket det forventes kvasarlignende belysning, mens minimum metallhelling for vertikale linjer kan antas å være rundt 50 nm , for hvilken konvensjonell eller ringformet belysning er å foretrekke. For kvasarbelysning varierer den beste fokusposisjonen sterkt som en funksjon av tonehøyde, spesielt 36-40 nm mot 48-60 nm, så vel som over 48-72 nm-området. For disse nodene er det umulig å ha en enkelt EUV -eksponeringsbelysningsinnstilling som passer til begge metalllinjeretninger på forskjellige respektive plasser. Enveis metalllag forventes uansett for disse nodene. Linje-til-spiss-gapet i dette tilfellet forventes å holdes liten nok ved å bruke kutteksponeringer i et scenario med flere mønstre .

Faseskiftmasker

Faseprofil av svekket faseskiftmaske for EUV. Faseprofilen (rød) for en svekket faseskiftmaske som brukes med en delvis overførende EUV -absorber, samsvarer ikke med den ideelle profildesignen (prikket) på grunn av skrå forekomstbelysning og absorberende kantspredning.

En vanlig fordel ved EUV har vært den relative lette litografien, som angitt av forholdet mellom funksjonsstørrelse og bølgelengden multiplisert med den numeriske blenderåpningen, også kjent som k1 -forholdet. En 18 nm metalllinjebredde har en k1 på 0,44 for 13,5 nm bølgelengde, for eksempel 0,33 NA. For k1 som nærmer seg 0,5, har noen svak oppløsningsforbedring inkludert dempede faseskiftmasker blitt brukt som avgjørende for produksjon med ArF laserbølgelengde (193 nm), mens denne oppløsningsforbedringen ikke er tilgjengelig for EUV. Spesielt forvrenger 3D -maskeffekter inkludert spredning ved absorberkantene den ønskede faseprofilen. Faseprofilen er også effektivt avledet fra planbølgespektret som reflekteres fra flerlaget gjennom absorberen i stedet for den innfallende planbølgen. Uten absorbere forekommer også forvrengning av nærfeltet ved en etset flerlags sidevegg på grunn av den skrå forekomstbelysningen; noen lys krysser bare et begrenset antall bilag i nærheten av sideveggen. I tillegg har de forskjellige polariseringene (TE og TM) forskjellige faseskift.

Sekundære elektroner

EUV lys genererer fotoelektroner ved absorpsjon av materie. Disse fotoelektronene genererer igjen sekundære elektroner, som bremser før de går i kjemiske reaksjoner. Ved tilstrekkelige doser er det kjent at 40 eV elektroner trenger inn i 180 nm tykk motstand som fører til utvikling. Ved en dose på 160 μC/cm ² , tilsvarende 15 mJ/cm ² EUV -dose forutsatt ett elektron/foton, fjernet 30 eV elektroner 7 nm PMMA motstand etter standard utvikling. For en høyere 30 eV dose på 380 μC/cm ² , tilsvarende 36 mJ/cm ² ved ett elektron/foton, fjernes 10,4 nm PMMA -resist. Disse indikerer avstandene elektronene kan bevege seg i motstand, uavhengig av retning.

I den siste målingen av den betydelige virkningen av sekundære elektroner på oppløsningen, ble det funnet at 93 eV fotoelektroner (fra et gullunderlag) hadde en 1/e dempningslengde på 28 nm i resist. Dempningen av elektronantall ble målt fra brøkdelen av elektroner fanget i en elektrisk strøm fra motstanden. Dette indikerer at 37% av de frigjorte elektronene fortsatt migrerer utover 28 nm fra eksponeringspunktet for eksponering.

Flere detaljer om sekundære elektroner i EUV -fotoresisteksponering er gitt nedenfor.

Eksponering mot fotoresist

Når en EUV-foton absorberes, genereres fotoelektroner og sekundære elektroner ved ionisering , omtrent som det som skjer når røntgenstråler eller elektronstråler absorberes av materie. 10 mJ/cm ² EUV fotondose resulterer i generering av 109 uC/cm ² dose fotoelektroner. Den mer absorberende resisten fjerner mer lys i toppen av resisten, og etterlater mindre for bunnen av resisten. Den større absorpsjonen fører til større, mer signifikante forskjeller mellom de absorberte dosene på toppen og bunnen av resisten.

Med andre ord, jo mindre absorberende motstanden er, desto mer vertikalt jevn blir absorpsjonen. Konvensjonelt er fotoresister gjort så gjennomsiktige som mulig for å strebe etter denne vertikale enhetligheten, noe som muliggjør rettere motstandsprofiler. På den annen side, for EUV, er dette i konflikt med målet om å øke absorpsjonen for mer følsomhet ved dagens EUV -effektnivåer. Skuddstøy er en annen bekymring, som skal forklares nærmere nedenfor.

Virkning av fotoelektron og sekundær elektronreise på oppløsning

Elektronisk uskarphet med lav energi endrer bildet ved å redusere den lokale dosegradienten.

Lavenergi elektronmigrasjon. Elektronisk reiseavstand med lav energi (r) kan nå minst flere nanometer, selv om avstanden mellom elektronkollisjoner (spredning) er 1 nm.

En studie fra College of Nanoscale Science and Engineering (CNSE) presentert på EUVL Workshop 2013 indikerte at 50-100 eV -elektroner lett trengte utover 15 nm resist -tykkelse (PMMA eller kommersiell som målestokk for EUV -fotoelektron og sekundær elektron -uskarphet) resist), som indikerer mer enn 30 nm område av resist påvirket sentrert på EUV -punktet for absorpsjon, for doser som overstiger 200–300 uC/cm ² . Dette kan sammenlignes med bildekontrastforringelsen som ble rapportert for sub-40 nm plasser senere i 2015.

Prosessen med elektronpenetrasjon gjennom en resist er i hovedsak en stokastisk prosess; det er en begrenset sannsynlighet for at motstand mot eksponering av frigjorte elektroner kan forekomme ganske langt fra punktet for fotonabsorpsjon. Å øke dosen øker antallet vidtrekkende elektroner, noe som resulterer i et mer utvidet motstandstap. En ledende EUV kjemisk forsterket resist eksponert for 80 eV elektroner ved en dose på opptil 80 uc/cm ² viste tap på opp til 7,5 nm motstandstykkelse. For en open-source motstå eksponert nær 200 UC / cm ² ved 80 eV elektroner, resisten tykkelse tapt etter post-eksponering bake og utvikling var rundt 13 nm, mens doble dosen resulterte i økt tap på 15 nm. På den annen side, for doser> 500 UC / cm ² , det motstå begynner å tykne på grunn av kryssbinding.

Graden av fotoelektronemisjon fra laget som ligger til grunn for EUV -fotoresisten har vist seg å påvirke fokusdybden. Dessverre har maskeringslag en tendens til å øke fotoelektronemisjonen, noe som forringer fokusdybden.

Sekundær elektron uskarphet kontra dose

Sekundær elektron uskarphet kontra dose. Sekundær elektron uskarphet kan øke betydelig med økende dose.

Sekundær elektronspredning vs. dose. Den sekundære elektronradialspredningen fra en punktkilde øker som en funksjon av dosen.

Direkte fotostrømsmålinger har blitt brukt for å oppnå sekundære elektronutbytter som svar på EUV -stråling. Simuleringer grovt kalibrert til dette utbyttet viser at den sekundære elektron uskarpheten øker med dosen. Dette er assosiert med færre fangststeder etter hvert som dosen økes og reaksjonene som tømmer fangststedene fortsetter.

Lavenergi-elektroninduserte hendelser øker også i antall i en gitt avstand fra fotonabsorpsjonsstedet, ettersom dosen økes. Dette har blitt bekreftet av målinger av motstandsdyktighetstap som en funksjon av lavenergi elektrondose. Den doseavhengige spredningen av sekundære elektroner var også kjent tidligere fra elektronstråle litografi.

Den økte sekundære elektron uskarpheten med økt dose gjør kontrollen over stokastiske defekter vanskeligere.

Lading og elektronfanging

På grunn av produksjonen av sekundære elektroner av forskjellige energier, kan ladningen av motstanden lokalt svinge. En EUV -eksponering med mindre uskarphet fører til mer uttalte ladningsforskjeller ved funksjonskanten, noe som kan føre til større elektriske felt. Slike store elektriske felt har blitt observert å føre til dielektrisk sammenbrudd. Fangsten av sekundære elektroner fører til en reduksjon av sekundære elektroner som sendes ut fra filmen; felleplassene kan imidlertid selv være oppbrukt, noe som resulterer i effektivt utvidet sekundær elektron uskarphet for større doser. Elektronfangst er spådd å forekomme som en del av polaronisk oppførsel, som begrenser elektronens endelige energiavsetning til å fange stedet. Polaronstørrelsen kan være ganske stor i motstand, f.eks. 46 nm i PMMA.

DUV -følsomhet

EUV -motstand kan også eksponeres med bølgelengder lengre enn EUV, spesielt VUV- og DUV -bølgelengder i området 150–250 nm.

Motstå utslipp

Avgassforurensning kontra EUV -dose: Økningen av dosen til størrelse (E _-størrelse ) for å redusere skuddstøy og grovhet kommer på bekostning av økt forurensning fra avgassing. Forurensningstykkelsen vist her er i forhold til en referansemotstand.

På grunn av den høye effektiviteten ved absorpsjon av EUV av fotoresister, blir oppvarming og avgassing hovedproblemer. Organiske fotoresister utgasser hydrokarboner mens metalloksydfotoresister utgasser vann og oksygen og metall (i et hydrogenomgivende miljø); det siste er urensbart. Kullforurensningen er kjent for å påvirke refleksivitet i flere lag, mens oksygenet er spesielt skadelig for rutenium -dekkende lag på EUV -flerlagsoptikken.

Forurensningseffekter

Et velkjent problem er forurensningsavsetning på resisten fra omgivende eller avgassede hydrokarboner, som skyldes EUV- eller elektrondrevne reaksjoner.

Bivirkninger av hydrogen for fjerning av forurensning: tinnredeponering, blemmer, motstår erosjon

Atomisk hydrogen i verktøykamrene brukes til å rengjøre tinn og karbon som avsettes på EUV optiske overflater. Reaksjonen med tinn i lyskilden eller resist eller på en optisk overflate for å danne flyktig SnH4 fortsetter via reaksjonen:

Sn (s) + 4H (g) → SnH4 (g).

SnH ₄ kan nå belegg på andre optiske EUV -overflater, hvor den deponerer Sn via reaksjonen:

SnH4 → Sn (s) + 2H2 (g).

Redeponering kan også oppstå ved andre mellomreaksjoner.

Den om deponerte Sn kan senere bli fjernet ved atomisk hydrogeneksponering. Samlet sett er tinnrensingseffektiviteten imidlertid mindre enn 0,01%, på grunn av både avsetning og hydrogendesorpsjon, noe som fører til dannelse av hydrogenmolekyler på bekostning av atomhydrogen.

Fjerningen av karbon fortsetter ved metandannelse ved lavere temperaturer eller acetylendannelse ved høyere temperaturer:

H (ads) + C → CH (ads)
Methane formation:
CH (ads) + H (ads) → CH2 (ads)
CH2 (ads) + H (ads) => CH3 (ads)
CH3 (ads) + H (ads) => CH4 (g)
Acetylene formation:
CH (ads) + CH (ads) → C2H2 (g)

Atomisk hydrogen produseres av EUV light direkte fotoioniserende H ₂ :

hν + H2 → H+ + H + e−

Elektroner som genereres i reaksjonen ovenfor, kan også spaltes H ₂ for dannelse av atomisk hydrogen:

e− + H2 → H+ + H + 2e−

Hydrogeninduserte blæredefekter. Atomisk hydrogen (røde prikker) som brukes til rengjøring av overflater kan trenge gjennom overflaten. I Mo / Si multilayers, H ₂ (paret røde prikker) er utformet og fanget, noe som resulterer i blister (hvit region) dannelse.

Hydrogen reagerer også med metallholdige forbindelser for å redusere dem til metall, og diffunderer gjennom silisium og molybden i flerlaget, og til slutt forårsaker blærer. Taklag som reduserer hydrogenrelatert skade reduserer ofte reflektiviteten til godt under 70%. Tettlag er kjent for å være gjennomtrengelige for omgivende gasser inkludert oksygen og hydrogen, så vel som mottakelige for hydrogeninduserte blæredefekter. Hydrogen kan også reagere med dekklaget, noe som resulterer i at det fjernes. Hydrogen reagerer også med motstand mot å etse eller bryte ned dem. I tillegg til fotoresist kan hydrogenplasma også etse silisium, om enn veldig sakte.

Membran

For å redusere de ovennevnte effektene, har det siste EUV -verktøyet som ble introdusert i 2017, NXE: 3400B, en membran som skiller waferen fra projektionsoptikken til verktøyet, og beskytter sistnevnte mot utgass fra resisten på skiven. Membranen inneholder lag som absorberer DUV- og IR-stråling, og overfører 85-90% av den innfallende EUV-strålingen. Det er naturligvis akkumulert forurensning fra skiveutgassing og partikler generelt (selv om sistnevnte er ute av fokus, kan de fortsatt hindre lys).

Maskefeil

EUV -maskefeilutskrift. Defekter med atomskalahøyder kan påvirke dimensjoner skrevet ut av EUV, selv om de er begravet av mange lag. Kilde: Lawrence Berkeley National Laboratory og Intel.

EUV defektutskrivbarhet kontra tonehøyde. Utskrivbarheten (her 10% CD) for en defekt av en gitt høyde og bredde varierer med tonehøyde. Vær oppmerksom på at selv overflateruheten på flersjiktet her kan ha merkbar innvirkning.

Å redusere defekter på ekstreme ultrafiolette (EUV) masker er for tiden et av de mest kritiske problemene som skal tas opp for kommersialisering av EUV litografi. Defekter kan begraves under eller i flerlagsbunken eller være på toppen av flerlagsbunken. Mesas eller fremspring dannes på sprutmålene som brukes til avsetning av flere lag, som kan falle av som partikler under avsetningen i flere lag. Faktisk kan defekter av atomskalahøyde (0,3–0,5 nm) med 100 nm FWHM fremdeles skrives ut ved å vise 10% CD -påvirkning. IBM og Toppan rapporterte på Photomask Japan 2015 at mindre feil, f.eks. 50 nm -størrelse, kan ha 10% CD -innvirkning selv med 0,6 nm høyde, men fortsatt være uoppdagelige.

Videre vil kanten av en fasedefekt ytterligere redusere reflektiviteten med mer enn 10% hvis avviket fra planhet overstiger 3 grader, på grunn av avviket fra målforekomsten på 84 grader i forhold til overflaten. Selv om feilhøyden er grunne, deformerer kanten fremdeles det overliggende flerlaget, og gir et utvidet område hvor flerskiktet er skrånende. Jo mer abrupt deformasjonen, jo smalere den defekte kantforlengelsen, desto større er tapet i reflektivitet.

EUV-reparasjon av maskefeil er også mer komplisert på grunn av variasjonen i belysning over spaltene nevnt ovenfor. På grunn av den varierende skyggefølsomheten over spalten, må reparasjonsavsetningshøyden kontrolleres veldig nøye, og den er forskjellig på forskjellige posisjoner på tvers av EUV -maskebelysningsspalten.

Flerlags skade

Flere EUV-pulser på mindre enn 10 mJ/cm ² kan akkumulere skade på et Ru-capped Mo/Si flerlags speiloptisk element. Forekomstvinkelen var 16 ° eller 0,28 rad, som er innenfor vinkelen for et 0,33 NA optisk system.

Pellicles

Produksjon EUV -verktøy trenger en pellicle for å beskytte masken mot forurensning. For øyeblikket er pellicleen ennå ikke garantert å tåle 250 W effekt som er nødvendig for produksjon av store volumer; spesifikasjonen er 40 W.

Det forventes normalt at pellikler beskytter masken mot partikler under transport, inn og ut av eksponeringskammeret, samt selve eksponeringen. Uten pellikler ville partikkeladdere redusere utbyttet, noe som ikke har vært et problem for konvensjonell optisk litografi med 193 nm lys og pellikler. Imidlertid er muligheten for bruk av pellicle sterkt utfordret for EUV på grunn av den nødvendige tynnheten til beskyttelsesfilmene for å forhindre overdreven EUV -absorpsjon. Partikkelforurensning ville være uoverkommelig hvis pelliklene ikke var stabile over 200 W, dvs. målrettet effekt for produksjon.

Oppvarming av EUV -maskepellicle ( filmtemperatur opp til 750 K for 80 W hendelseskraft) er en betydelig bekymring på grunn av den resulterende deformasjonen og overføringsnedgangen. ASML utviklet en 70 nm tykk polysilikon pellicle membran, som tillater EUV overføring på 82%; mindre enn halvparten av membranene overlevde imidlertid forventet EUV -effektnivå. SiNx pellicle membraner sviktet også ved 82 W ekvivalente EUV kildeeffektnivåer. Ved mål på 250 W forventes pellicle å nå 686 grader Celsius, godt over smeltepunktet for aluminium. Alternative materialer må tillate tilstrekkelig overføring samt opprettholde mekanisk og termisk stabilitet. Imidlertid er grafitt, grafen eller andre karbon -nanomaterialer (nanosjikt, nanorør) skadet av EUV på grunn av frigjøring av elektroner og også for lett etset i hydrogenrensingsplasmaet som forventes å bli distribuert i EUV -skannere. Hydrogenplasma kan også etse silisium. Et belegg bidrar til å forbedre hydrogenbestandigheten, men dette reduserer overføring og/eller utslipp, og kan også påvirke mekanisk stabilitet (f.eks. Utbuling). Den nåværende mangelen på egnet pellikelmateriale, forverret ved bruk av hydrogenplasmarengjøring i EUV -skanneren, utgjør en hindring for volumproduksjon.

Rynker på pellikler kan forårsake CD -ujevnhet på grunn av ujevn absorpsjon; Dette er verre for mindre rynker og mer sammenhengende belysning, dvs. lavere pupillfylling.

ASML , den eneste EUV -verktøyleverandøren, rapporterte i juni 2019 at pellikler som kreves for kritiske lag fortsatt krevde forbedringer.

I fravær av pellikler, må EUV -maskerenhet kontrolleres før de faktiske produktskivene avsløres, ved hjelp av skiver som er spesielt forberedt for defektinspeksjon. Disse skivene inspiseres etter utskrift for gjentatte feil som indikerer en skitten maske; hvis noen blir funnet, må masken rengjøres og et nytt sett med inspeksjonsskiver avsløres, og gjenta strømmen til masken er ren. Eventuelle berørte produktskiver må omarbeides.

Hydrogenbulende defekter

Som omtalt ovenfor, når det gjelder fjerning av forurensning, kan hydrogen som brukes i nyere EUV -systemer trenge inn i EUV -maskelagene. Når de var fanget, ble det produsert bulefeil. Dette er i hovedsak blisterdefektene som oppstår etter et tilstrekkelig antall EUV -maskeeksponeringer i hydrogenmiljøet.

Grenser for skalering av gjennomstrømning

Oppløsningen av EUV -litografi for fremtiden står overfor utfordringer med å opprettholde gjennomstrømning, dvs. hvor mange skiver som behandles av et EUV -verktøy per dag. Disse utfordringene oppstår fra mindre felt, ekstra speil og skuddstøy. For å opprettholde gjennomstrømningen må effekten ved mellomfokus (IF) kontinuerlig økes.

Reduserte felt

Reduksjon av feltstørrelse ved demagnifisering. Å øke demagnifiseringen fra 4X til 8X i en dimensjon ville splitte det opprinnelige fullbildingsfeltet i to deler for å bevare det samme dørområdet (26 mm × 33 mm).

Feldsøm. Å sette sammen eksponeringsfelt er en bekymring der kritiske trekk krysser en feltgrense (rød stiplet linje).

Utarbeidelse av et anamorft objektiv med et NA mellom 0,5 og 0,6 pågår fra og med 2016. Demagnifiseringen vil være 8X i den ene dimensjonen og 4X i den andre, og refleksjonsvinkelen vil øke.

Høyere demagnifisering vil øke maskestørrelsen eller redusere størrelsen på det trykte feltet. Redusert feltstørrelse vil dele brikkemønstre i full størrelse (tar vanligvis 26 mm × 33 mm) mellom to eller flere konvensjonelle 6-tommers EUV-masker. Store (nærmer seg eller overstiger 500 mm ² ) brikker, vanligvis brukt for GPUer eller servere, må sys sammen fra to eller flere delmønstre fra forskjellige masker. Uten feltsting ville størrelsen på dørene vært begrenset. Med feltsøm vil funksjoner som krysser feltgrenser ha justeringsfeil, og den ekstra tiden som kreves for å bytte masker, vil redusere gjennomstrømningen av EUV -systemet.

Skuddstøy: grensen for statistisk oppløsning

Skuddstøy forårsaker betydelige CD -variasjoner. Et sett med hull mønstret ved 64 nm tonehøyde viser betydelige effekter av skuddstøy med en EUV -dose på litt over 10 mJ/cm ² . En større dose vil resultere i det samme variasjonsområdet over en større prøvestørrelse.

Med den naturlige Poisson -fordelingen på grunn av fotonenes tilfeldige ankomst og absorpsjonstid, er det en forventet variasjon i naturlig dose (foton nummer) på minst flere prosent 3 sigma, noe som gjør eksponeringsprosessen utsatt for stokastiske variasjoner. Dosevariasjonen fører til en variasjon av funksjonens kantposisjon, og blir effektivt en uskarphetskomponent. I motsetning til den høye oppløsningsgrensen som diffraksjon pålegger, pålegger skuddstøy en mykere grense, med hovedretningslinjen for ITRS -linjebredde -grovheten (LWR) på 8% (3s) av linjebredden. Å øke dosen vil redusere skuddstøyen, men dette krever også høyere kildeeffekt.

Et 10 nm bredt, 10 nm langt hjelpefunksjonområde, ved en målfri ikke-utskriftsdose på 15 mJ/cm ² , med 10% absorpsjon, er definert av litt over 100 fotoner, noe som fører til en 6s-støy på 59%, tilsvarende til et stokastisk doseområde på 6 til 24 mJ/cm ² , noe som kan påvirke utskrivbarheten.

En studie fra Intel fra 2017 viste at for halvisolerte vias (hvis Airy-disk kan tilnærmes av en Gaussian), var følsomheten til CD for dosering spesielt sterk, sterk nok til at en reduksjon av dosen ikke-lineært kunne føre til manglende utskrift av .

Via utskriftssvikt fra støyindusert dosereduksjon. Skuddstøyindusert dosereduksjon kan i ekstreme tilfeller føre til utskriftssvikt (CD-> 0).

Minste dose for å begrense skuddstøy for prosessvariasjonstoleranseområder:

+ Et toleranseområde for prosessvariasjoner er den største regionen som prosessvariasjon er tillatt over.

Etter hvert som EUV -resistdosen øker for mindre størrelser, faller gjennomstrømningen tilsvarende. Trenden forverres av elevfyllreduksjon (som effektivt reduserer kildeeffekten under 250 W) for reduksjon i halvhøyde.

De to problemene med skuddstøy og EUV-frigitte elektroner peker på to begrensende faktorer: 1) å holde dosen høy nok til å redusere skuddstøy til tålelige nivåer, men også 2) unngå for høy dose på grunn av det økte bidraget fra EUV-frigitte fotoelektroner og sekundære elektroner til resist -eksponeringsprosessen, noe som øker kant -uskarpheten og begrenser derved oppløsningen. Bortsett fra oppløsningsvirkningen, øker høyere dose også avgassing og begrenser gjennomstrømningen, og tverrbinding oppstår ved svært høye doser. For kjemisk forsterket resistens øker eksponeringen av høyere doser også linjenes grovhet på grunn av nedbrytning av syregeneratoren.

Som nevnt tidligere, fører en mer absorberende resist faktisk til mindre vertikal dosejevnhet. Dette betyr også at skuddstøy er verre mot bunnen av et svært absorberende EUV -motstandslag.

Linjens endeposisjon påvirket av skuddstøy. Den naturlige variasjonen av EUV -fotonnummer kan få linjens ende til å skifte.

Selv med høyere absorpsjon, har EUV et større skuddstøyproblem enn ArF (193 nm) bølgelengde, hovedsakelig fordi det brukes på mindre dimensjoner og nåværende dosemål er lavere på grunn av tilgjengelige kildestrømnivåer.

Som det kan sees ovenfor, absorberes signifikant færre EUV -fotoner i EUV -resistene ved målhendelsesdosenivåer i forhold til ArF -fotoner i ArF -motstand. Til tross for større gjennomsiktighet av resisten, er den innfallende fotonstrømmen omtrent 14 ganger større (193/13,5) for den samme energidosen per arealenhet. Motstandstykkelsen er begrenset av gjennomsiktighet, så vel som motstå sammenbrudd og motstå stripehensyn.

Elevfyllforhold

Lavere pupillfylling av nødvendig belysning for mindre plasser. Etter hvert som tonehøyden minker, fyller dipolbladformen en mindre brøkdel av eleven, og dessuten kan en mindre brøkdel av denne bladformen brukes.

For tonehøyder mindre enn halvbølgelengde dividert med numerisk blenderåpning, er dipolbelysning nødvendig. Denne belysningen fyller høyst et bladformet område i kanten av eleven. På grunn av 3D -effekter i EUV -masken krever imidlertid mindre plasser enda mindre deler av denne bladformen. Under 20% av eleven begynner gjennomstrømningen og dosestabiliteten å lide.

Oppetid og produktivitet

I 2016 var gjennomstrømningen på kundens nettsted 1200 skiver per dag med 80% tilgjengelighet, mens konvensjonelle verktøy produserte 5000 skiver per dag med 95% tilgjengelighet. Fra og med 2017 er kostnaden for en 7 nm-prosess med 3 metallag mønstret av enkelt EUV-eksponering fortsatt 20% høyere enn den nåværende 10 nm ikke-EUV-flermønstrede prosessen. Derfor har flere mønstre med nedsenkningslitografi blitt distribuert for volumproduksjon, mens distribusjon av EUV forventes i 2018–2020.

Distribusjonshistorie

Utplasseringen av EUVL for volumproduksjon har blitt forsinket i et tiår, selv om prognosene for distribusjon hadde tidslinjer på 2–5 år. Distribusjon var målrettet i 2007 (5 år etter at prognosen ble laget i 2002), i 2009 (5 år etter prognosen), i 2012–2013 (3–4 år), i 2013–2015 (2–4 år), i 2016–2017 (2–3 år), og i 2018–2020 (2–4 år etter prognosene). Implementeringen kan imidlertid forsinkes ytterligere.

Forsendelser av NXE: 3350 -systemet begynte i slutten av 2015, med påstått gjennomstrømning på 1250 skiver/dag eller 65 skiver per time (WPH) forutsatt 80% oppetid. Til sammenligning hadde den installerte basen på 300 enheter for NXT 193-nm nedsenkingssystemer 96% tilgjengelighet og 275 WPH i 2015.

Tjue EUV -enheter ble sendt i 2010–2016, mindre enn antallet som ville kreves for volumproduksjon. Til sammenligning sendte ASML over 60 NXT 193-nm nedsenkingssystemer i 2016, og anslår at 48 EUV-enheter vil bli sendt i 2019. Seks NXE: 3100 enheter ble sendt i 2010–2011. Åtte NXE: 3300B enheter ble sendt i 2013Q3–2015Q1, færre enn prognosene 11 enheter. To NXE: 3350B -enheter ble sendt i slutten av 2015, sammenlignet med en prognose på seks enheter. Fire enheter ble sendt i 2016, sammenlignet med en prognose på seks eller syv enheter fra begynnelsen av året.

Fra 2016 var det 12 varsler om levering i 2017, og 24 enheter i 2018. Imidlertid ble forsendelsesprognosen for 2017 halvert i begynnelsen av året til seks eller syv enheter. NXE: 3350B er planlagt avviklet innen 2017, erstattet av NXE: 3400B. På tidspunktet for forsendelse av den første NXE: 3400B, var åtte NXE: 3300B og seks NXE: 3350B systemer i drift.

Totalt ti NXE3400B -systemer ble sendt i 2017. I første kvartal 2018 ble det sendt tre EUV -systemer. I andre kvartal 2018 ble 4 flere sendt.

EUV -verktøysalg anerkjent (ASML kvartalsrapporter)

Merk: inntekt på fire EUV -verktøy som ikke er anerkjent fra 2. kvartal 2020.

Førtifem (45) NXE: 3400B-systemer totalt vil bli sendt innen utgangen av 2019. Til sammenligning ble 27 nedsenkingsverktøy sendt til Samsung bare i 2010. Fra 2011 ble over 80 nedsenkingsverktøy brukt over hele verden for 32-45 nm litografi. Fra og med 1. kvartal 2018 ble det levert 201 ekstra nedsenkingsverktøy. Intel hadde rundt 200 SVG Micrascan DUV -verktøy for å støtte 200 mm produksjon. Dermed er EUV -volumet ubetydelig sammenlignet med DUV -bruk på modne noder.

ASML forventer å sende rundt 35 EUV -systemer i 2020 og mellom 45 og 50 EUV -systemer i 2021.

Pågående forbedringsproblemer

NXE: 3400C ble kunngjort å bli introdusert i 2019, inkludert funksjoner som fokuserte på å forbedre oppetiden betydelig, for eksempel en modulær design for raskere endring, kontinuerlig tinnforsyning og bedre oppsamlingskontroll. Imidlertid har avviksforbedringer ennå ikke blitt implementert, siden avvik må måles direkte på stedet først.

ASML planlegger å introdusere et forbedret EUV -system sent i 2021. Det vil bli kalt NXE: 3600 og basert på tidligere veikart bør det forbedre gjennomstrømningen til over 185 skiver i timen og ha et overlegg på 1,1 nm.

Oktober 2020 uttalte ASML i en pressemelding at den endelige spesifikasjonen for NXE: 3600D ble kunngjort. Det nye systemet vil nå 160 skiver i timen, men mengde og forsendelser er planlagt i midten av 2021.

Bruk med flere mønstre

EUV -layout splitting på grunn av forskjellige belysning. Denne oppsettet består av vertikale og horisontale linjer som krever to forskjellige belysning optimalisert for hver. Følgelig må den deles, selv for EUV -litografi. Videre er mellomromene mellom linjespissene (sirklet) optimalisert annerledes, slik at ytterligere kutteksponering foretrekkes.

EUV forventes å bruke dobbelt mønster på rundt 34 nm tonehøyde med 0,33 NA. Denne oppløsningen tilsvarer '1Y' for DRAM. I 2020 rapporterte ASML at 5 nm M0 -lag (30 nm minimumshøyde) krevde dobbelt mønster. I H2 2018 bekreftet TSMC at dets 5 nm EUV-opplegg fremdeles brukte multi-mønster , noe som også indikerte at masketallet ikke reduserte fra 7 nm-noden, som brukte omfattende DUV multi-mønster, til sin 5 nm-node, som brukte omfattende EUV . EDA-leverandører indikerte også fortsatt bruk av flermønsterstrømmer. Mens Samsung introduserte sin egen 7 nm -prosess med EUV -enkeltmønster, oppdaget den alvorlig fotonskuddstøy som forårsaket overdreven line -ruhet, noe som krevde høyere dose, noe som resulterte i lavere gjennomstrømning. TSMCs 5 nm -node bruker enda strengere designregler. Samsung indikerte at mindre dimensjoner ville ha mer alvorlig skuddstøy.

I Intels komplementære litografiordning ved 20 nm halvhøyde vil EUV bare bli brukt i en andre linjekuttende eksponering etter en første 193 nm linjetrykkeksponering.

Det ville også være forventet flere eksponeringer der to eller flere mønstre i samme lag, f.eks. Forskjellige pitcher eller bredder, må bruke forskjellige optimaliserte kildepupillformer. For eksempel, når du vurderer en forskjøvet stavmatrise på 64 nm vertikal tonehøyde, endrer den horisontale stigningen fra 64 nm til 90 nm vesentlig den optimaliserte belysningen. Kildemaskeoptimalisering som er basert på line-space-rister og tip-to-tip-rister medfører bare ikke forbedringer for alle deler av et logisk mønster, f.eks. En tett grøft med et gap på den ene siden.

For metallhøyden på 24–36 nm ble det funnet at bruk av EUV som (andre) skjæreeksponering hadde et betydelig bredere prosessvindu enn som en komplett enkelteksponering for metalllaget.

Flere eksponeringer av den samme masken forventes også for feilhåndtering uten pellikler, noe som begrenser produktiviteten på samme måte som flere mønstre.

SALELE (Selvjustert Litho-Etch-Litho-Etch. Planvisning av SALELE-prosesstrinn, samlet.

Selvjustert litho-etch-litho-etch (SALELE) er en hybrid SADP/LELE-teknikk hvis implementering har startet i 7 nm og fortsatt bruk i 5 nm. Selvjustert litho-etch-lito-etch (SALELE) har blitt en akseptert form for dobbeltmønster som skal brukes med EUV, fra 5nm-noden, hvor noen lag er 28 nm tonehøyde.

Enkelt mønsterforlengelse: anamorf høyt NA

En tilbakevending til utvidede generasjoner med enkelt mønster ville være mulig med verktøy for høyere numerisk blenderåpning (NA). En NA på 0,45 kan kreve justering av noen få prosent. Økende demagnifisering kan unngå denne omjusteringen, men den reduserte feltstørrelsen påvirker store mønstre (én dør pr. 26 mm × 33 mm felt), for eksempel multikjerners transistor på 14 nm Xeon-chips. ved å kreve feltsøm av to maskeeksponeringer.

1. ordens tilsløring resulterer i endring av det opprinnelige bildet på grunn av dobling av romfrekvensen.

I 2015 avslørte ASML detaljer om sin anamorfe neste generasjons EUV-skanner, med en NA på 0,55. Demagnifiseringen økes fra 4x til 8x bare i én retning (i forekomstplanet). Imidlertid har 0,55 NA en mye mindre fokusdybde enn nedsenking litografi. Det er også funnet at et anamorft 0,52 NA-verktøy viser for mye CD- og plasseringsvariabilitet for 5 nm node-enkelteksponering og multi-mønsterskjæring.

Fokusdybden reduseres ved å øke NA er også en bekymring, spesielt i sammenligning med flermønstrede eksponeringer ved bruk av 193 nm nedsenking litografi:

High-NA EUV-verktøy lider også av uklarhet, noe som kan forårsake feil ved avbildning av visse mønstre.

De første high-NA-verktøyene forventes tidligst hos Intel innen 2025.

Utover EUV -bølgelengde

En mye kortere bølgelengde (~ 6,7 nm) ville være utenfor EUV, og blir ofte referert til som BEUV (utover ekstremt ultrafiolett). En kortere bølgelengde ville ha dårligere skuddstøyeffekter uten å sikre tilstrekkelig dose.

Referanser

Videre lesning

• Banqiu Wu og Ajay Kumar (mai 2009). Ekstrem ultrafiolett litografi . McGraw-Hill Professional , Inc. ISBN 978-0-07-154918-9.
• Banqiu Wu og Ajay Kumar (2009). "Ekstrem ultrafiolett litografi: Mot neste generasjon integrerte kretser" . Optikk og fotonikk Fokus . 7 (4).

Relaterte linker

• EUV gir økonomiske utfordringer
• Industrien oppdager 6,7 nm bølgelengde EUV