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引言
目前，193納米光刻的K1遠(yuǎn)低于0.4，顯著增加了整個(gè)光刻工藝的工藝復(fù)雜性和成本。ITRS要求32 nm和22 nm節(jié)點(diǎn)分別實(shí)現(xiàn)1.7 nm和1.2 nm的LWR (3s)，劑量靈敏度為(5至15) mJ/cm2。為了理解劑量靈敏度、LWR和分辨率之間的權(quán)衡，需要使用模型EUV光致抗蝕劑系統(tǒng)研究潛像形成和顯影圖像的組合效應(yīng)。以前對(duì)這種模型光致抗蝕劑聚合物中酸擴(kuò)散的研究表明，去保護(hù)分布的空間范圍隨著劑量或酸濃度的增加而增加，但即使不使用堿猝滅劑2，3，它也能自限于光致抗蝕劑的未曝光區(qū)域。我們研究了PAG負(fù)載和顯影劑強(qiáng)度對(duì)EUV圖案保真度的影響。
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實(shí)驗(yàn)
使用的模型光致抗蝕劑是聚(羥基苯乙烯-丙烯酸共叔丁酯)(P(HOSt-co-tBA))(數(shù)均相對(duì)摩爾質(zhì)量(Mn) = 11，459 g/mol，多分散指數(shù)(PDI) = 1.83，含有49摩爾%的HOSt和51摩爾%的tBA(杜邦電子聚合物)。該模型光致抗蝕劑和顯影劑溶液中不含其他添加劑，因此可以對(duì)PAG加載和顯影劑強(qiáng)度的影響進(jìn)行受控研究。當(dāng)提到PAG載荷(或濃度)時(shí)，從這一點(diǎn)開始，它將被暗示為質(zhì)量百分比。對(duì)于對(duì)比曲線表征，SEMATECH-North Albany抗蝕劑測(cè)試中心Exitech MET與相同的PAB和PEB一起用作模式研究。在所有晶片上的EUV曝光之后，立即在90℃下進(jìn)行30 s的曝光后烘焙，并使用各種濃度的TMAH顯影60 s，然后用去離子水沖洗。
使用模型光致抗蝕劑系統(tǒng)的主要目的是用更少的材料參數(shù)理解從潛像到顯影圖像的圖案轉(zhuǎn)移，而不是最大化圖案分辨率。為了進(jìn)行線寬粗糙度性能比較，對(duì)120納米和100納米設(shè)計(jì)線寬子場(chǎng)以1:3的半嵌套間距進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以最小化聚焦效應(yīng)6。使用離線臨界尺寸測(cè)量軟件，從上到下對(duì)放大100，000倍的掃描電鏡圖像進(jìn)行LWR分析。掃描電子顯微鏡圖像是從最佳焦點(diǎn)處的3×3明場(chǎng)測(cè)試圖案的中心場(chǎng)模具拍攝的。對(duì)于每個(gè)EUV曝光劑量條件，從120納米和100納米1:3子場(chǎng)圖案內(nèi)的幾個(gè)隨機(jī)位置捕獲掃描電鏡圖像。CD和LWR (3s)的離線測(cè)量分析在0.5 pm長(zhǎng)度上的每個(gè)捕獲的自上而下SEM圖像內(nèi)的3條線上進(jìn)行。本研究中使用的航空?qǐng)D像強(qiáng)度剖面和圖像對(duì)數(shù)斜率是通過(guò)將ALS MET特定像差文件導(dǎo)入航空?qǐng)D像模擬器獲得的。
圖1顯示了在用3種不同的三甲基氯化銨顯影劑濃度(0.26牛頓、0.1牛頓、0.065牛頓)顯影后，5 %和15 % PAG加載的歸一化抗蝕劑厚度與EUV劑量的關(guān)系。EUV劑量清除(E0)對(duì)顯影劑強(qiáng)度的依賴性在兩種PAG載荷下都觀察到，在顯影劑較弱的對(duì)比曲線中有明顯的拖尾力量。然而，對(duì)于給定的PAG載荷，對(duì)比度斜率隨著顯影劑強(qiáng)度保持不變。對(duì)比曲線中尾部較長(zhǎng)的原因目前尚不清楚，需要進(jìn)一步研究。
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圖1
不同PAG濃度(mmole/g)下清除50 %初始膜厚(E50)所需的EUV劑量受顯影劑強(qiáng)度的影響如圖2所示。選擇清除50 %薄膜厚度的劑量，以消除顯影劑強(qiáng)度較低時(shí)突出顯示的對(duì)比曲線尾部。該圖說(shuō)明了顯影劑強(qiáng)度對(duì)調(diào)節(jié)EUV光刻膠模型中表觀劑量靈敏度的影響。因此，盡管較低的顯影劑強(qiáng)度對(duì)于抗蝕劑敏感性來(lái)說(shuō)是不希望的，但是在較高的PAG負(fù)載下，該效果具有較小的工藝變化，適合于微調(diào)EUV光刻膠性能的工藝條件。
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圖2
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圖6
圖6顯示了PAG負(fù)荷對(duì)LWR的影響，與同一天在LBNL氣象站用0.065 N TMAH開發(fā)的暴露樣本進(jìn)行了比較。它顯示了圖像對(duì)數(shù)斜率的LWR相關(guān)性(圖6 a)，并證明了在EUV曝光下，我們的模型光刻膠中15 %的較高PAG加載與較低的顯影劑強(qiáng)度相結(jié)合所實(shí)現(xiàn)的LWR性能改善(圖6 b)。累積概率圖如圖6所示。(b)使用CD偏差在-15納米至+15納米范圍內(nèi)的LWR數(shù)據(jù)。對(duì)于在0.065 N TMAH中開發(fā)的模型光致抗蝕劑，15 % PAG負(fù)載下的平均LWR值為6.5 nm，而PAG負(fù)載下的平均值為11.8 nm。與3 %的PAG加載相比，10 %的PAG加載數(shù)據(jù)是唯一一組未顯示LWR改進(jìn)的數(shù)據(jù)，并且無(wú)法確定根本原因。
如圖9所示，嘗試使用化學(xué)力顯微拷貝12來(lái)解析凹坑形成的潛像(在TMAH顯影之前)。它清楚地顯示了對(duì)于5 mJ/cm2，3 %和15 % PAG加載潛像之間的差異，突出了去保護(hù)圖像形成在該具體例子中是PAG有限的，但是孔或袋的形成不能從這些樣品中分辨出來(lái)。進(jìn)一步的研究正在進(jìn)行中，以將潛像與EUV曝光的模型光刻膠的顯影圖像相關(guān)聯(lián)，以查看潛像去保護(hù)不均一性是否是空穴/口袋形成和最終圖案保真度的原因。
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討論和結(jié)果
我們已經(jīng)展示了模型EUV光刻膠系統(tǒng)的圖案化能力。這是研究氫氧化物水溶液顯影對(duì)清晰潛像到最終圖案的影響的第一步，可能有助于澄清分辨率限制的來(lái)源，并確定提高分辨率的處理策略。使用一系列PAG載荷和顯影劑強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比相關(guān)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，在我們的EUV光刻膠模型中，較高的PAG負(fù)載量和較低的三甲基環(huán)己烷顯影液濃度有助于降低LWR。在最高PAG負(fù)載(15 %)下，我們沒有觀察到性能問題。線條形成之前會(huì)出現(xiàn)可能與潛像或顯影效果有關(guān)的孔洞和凹穴。