研究目的
通过量化纳米桥缺陷并从光子散粒噪声、成像及材料角度探讨潜在根本原因,以更好地理解极紫外光刻中40纳米以下紧密间距的随机图形化失效问题。
研究成果
研究表明,极紫外光刻中的纳米桥缺陷由低曝光剂量、高分辨率要求、成像质量及光刻胶设计共同导致。实现更高图形分辨率需要采用低敏感度光刻胶以减少纳米桥,但这要求改变化学放大光刻胶(CAR)的化学体系并提高曝光剂量。当前适用于16纳米半间距的最佳CAR在约45毫焦/平方厘米条件下运行,其pixNOK比值达到约5×10^-7,相当于每检测268平方微米区域出现约1个纳米桥缺陷。需进一步研发新型极紫外化学放大光刻胶,在有限的空间像质量和光子散粒噪声条件下实现高分辨率与洁净图形化。
研究不足
纳米桥缺陷的检测限受限于被检测像素的数量;若要将其降低一个数量级,则需要1000张图像,但由于CD-SEM工具的使用时间过长,这种做法并不现实。对于某些半间距(例如HP16、HP17、HP18),需要增加统计数据以更好地区分故障计数。在其他非常紧密的间距(例如HP15和HP14)下,如线崩塌等其他故障模式会占据主导地位,使得难以单独分离和量化纳米故障。
1:实验设计与方法选择:
本研究使用ASML NXE3300B全视场极紫外光刻机(搭配TEL清洁轨道Lithius ProZ)和同一掩模,在相同曝光照明条件下打印了半间距从40纳米至14纳米的1:1线空图案。采用两种照明模式(偶极90X和类星体MP45),选用三种不同灵敏度(低剂量、中剂量、高剂量)的化学放大光刻胶(CAR)。通过聚焦-曝光矩阵确定各间距的最优曝光剂量和焦距偏移量。使用IMEC自研软件Stochalis量化随机纳米缺陷,该软件基于像素亮度自动评估俯视CD-SEM图像,采用"像素不合格"(pixNOK)指标。采用严格的光刻模拟器ProLITH(6.0版)计算随机模式下光刻胶吸收的光子数。
2:0版)计算随机模式下光刻胶吸收的光子数。 样品选择与数据来源:
2. 样品选择与数据来源:使用具有不同灵敏度(低剂量、中剂量、高剂量)的高分辨率化学放大光刻胶(CAR)。俯视图像通过日立CG5000扫描电子显微镜(CD-SEM)采集。每种条件包含100张图像用于纳米桥缺陷计数。
3:实验设备与材料清单:
ASML NXE3300B全视场极紫外光刻机、TEL清洁轨道Lithius ProZ、日立CG5000扫描电子显微镜(CD-SEM)、化学放大光刻胶(CAR:低剂量、中剂量、高剂量)、IMEC自研软件Stochalis、ProLITH模拟器6.0版。
4:0版。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:使用TEL轨道在晶圆上涂覆光刻胶。在ASML光刻机上以优化剂量和焦距进行图案曝光。采用特定设置(如加速电压500V、放大倍数300kX)采集CD-SEM图像。Stochalis软件分析图像以统计纳米桥(定义为至少4个连续失效像素)。ProLITH模拟计算光刻胶沟槽和桥体积中的光子吸收量。
5:0V、放大倍数300kX)采集CD-SEM图像。Stochalis软件分析图像以统计纳米桥(定义为至少4个连续失效像素)。ProLITH模拟计算光刻胶沟槽和桥体积中的光子吸收量。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:将纳米桥缺陷量化为pixNOK比率。统计分析包括比较不同光刻胶、间距和照明模式下的缺陷数量。使用ProLITH模拟分析光子吸收变异性,计算桥体积的平均值和标准差。
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获取完整内容-
ProLITH simulator
Version 6.0
KLA-Tencor
Used for rigorous lithographic simulation to calculate photon absorption in the resist and analyze stochastic effects.
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Hitachi CG5000 scanning electron microscope
CG5000
Hitachi
Used to collect top-down images and measure critical dimensions (CD) for nano-bridge defect analysis.
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ASML NXE3300B full field EUV scanner
NXE3300B
ASML
Used for printing dense line-space patterns in EUV lithography.
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TEL clean track Lithius ProZ
Lithius ProZ
TEL
Interfaced with the EUV scanner for resist processing and wafer handling.
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Stochalis software
IMEC
In-house software for automatic assessment of top-down CDSEM images to quantify stochastic nano-failures using the pixNOK metric.
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Chemically amplified resists
Low Dose (LD), Mid Dose (MD), High Dose (HD)
Used as photoresist materials with different sensitivities for EUV lithography patterning.
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