比利时微电子研究中心(imec)於本周国际光学工程学会(SPIE)举行的先进微影成形技术会议(2022 SPIE Advanced Lithography and Patterning Conference)上展示其High-NA微影技术的重大进展,包含显影与蚀刻制程开发、新兴光阻剂与涂底材料测试,以及量测与光罩技术优化。
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在标准的最隹方法设置下取得不同光阻薄膜厚度(film thickness;FT)的CD-SEM影像,可见光阻层越薄,影像对比度与品质皆明显下降。 |
高数值孔径(high numerical aperture;high-NA)微影技术将是延续摩尔定律的关键,推动2奈米以下的电晶体微缩。imec致力於打造High-NA微影生态系统,持续筹备与EUV微影设备制造商ASML共同成立High-NA实验室(the imec-ASML Joint High-NA Lab)。该实验室将会聚焦全球首台0.55NA极紫外光(EUV)微影设备的原型机开发。
Imec执行长Luc Van den hove表示:「imec目前与ASML合作开发High-NA技术,ASML现在正在发展首台0.55NA EUV微影扫描设备EXE:5000系统的原型机。与现有的0.33NA EUV系统相比,High-NA EUV微影设备预计将能在减少曝光显影次数的情况下,实现2nm以下逻辑晶片的关键特徵图案化。」
他指出:「imec与全球微影生态系建立紧密的合作关系,以确保先进的光阻剂材料、光罩、量测技术、(变形镜片)光学设计与显影技术都能即时满足市场需求,进而发挥High-NA EUV微影设备具备更高解析度的最大优势。在今年SPIE先进微影技术会议上,我们发表了12篇有关High-NA EUV微影技术的论文,显见为了建立生态系而做足了准备。」
制程与材料优化并进 减少图案边缘粗糙度与缺陷
为了建立首台High-NA EUV原型系统,imec持续提升当前0.33NA EUV微影技术的投影解析度,藉此预测光阻层涂布薄化後的成像表现,以实现微缩化线宽、导线间距与接点的精密图案转移。
除了图案变形的问题,imec指出,线边缘粗糙度(line-edge roughness)是采用光阻薄膜设计时,用来定义导线与间距图案的关键叁数。同时,imec也提出减少微影图案边缘粗糙度的解决方案,例如调整曝光光源与光罩的制程条件。
此外,imec携手材料供应商一同展示新兴光阻剂(例如金属氧化物)与涂底材料的测试结果,在High-NA制程中成功达到优异的成像品质。同时也提出新制程专用的显影与蚀刻解决方案,以减少微影图案的缺陷与随机损坏。
满足未来量产需求的量测解决方案:光阻薄膜设计与特徵尺寸微缩化
新一代的微影制程锁定特徵尺寸的微缩化,例如把线宽缩短至10nm,以及光阻层的薄膜设计,将厚度降至20nm以下,这些发展趋势带给量测技术两大挑战。首先,量测人员必须面对临界尺寸测量用的扫描式电子显微镜(CD-SEM)影像对比度会大幅下降的问题。再者,未来的成像特徵会微缩至10nm以下,这就牵涉了微影叠合(overlay)性能、线边缘粗糙度与随机图案损坏的问题,量测工具的解析度因此必须进一步提升。
imec先进微影技术研究计画(Advanced Patterning Program)主持人Kurt Ronse表示:「imec与合作夥伴采取了几种不同策略来解决这些问题。结果显示,针对现有量测工具的操作条件进行些微调整,影像对比度就可以大幅改善,在影像分析与缺陷分类方面,则能透过深度学习架构支援的专用软体来强化性能。最後,imec与量测方案供应商密切合作,锁定微缩化的元件特徵,探索具备可靠度的替代性量测方案,例如满足量产应用的扫描探针量测技术,以及利用低加速电压成像并具备校正像差能力的SEM技术。」
解决High-NA EUV光罩的技术痛点
针对22nm导线间距或线宽的微影应用,imec已经模拟了EUV光罩缺陷所带来的影响,具体而言,包含多层光罩结构的侧壁波纹缺陷,以及光吸收层的线边缘粗糙现象。
Kurt Ronse说明:「从这项研究可以发现,光罩缺陷对最终投印在晶圆上的图案成像影响逐渐加剧,也就是说,光罩的设计规则势必要更严谨。这些研究成果也让我们了解high-NA EUV微影制程所需的光罩规格。此外,透过与ASML和材料供应商合作,我们也针对负责定义图案结构的光罩吸收层,开发了新兴的材料与架构。」
针对光吸收层的材料测试,Kurt Ronse表示,imec首度采用低折射率材料(low-n)衰减式相位偏移光罩(attenuated phase shift mask)进行曝光,以评估其对导线、间距与穿孔图形化的影响。结果显示,采用低折射率吸收层材料的光罩,作为目前业界使用的??基(Ta)空白光罩的替代方案,可以提升图案在晶圆上的3D成像品质,进而增加high-NA系统的聚焦景深(depth of focus)。」