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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，從這一點(diǎn)開始，它將被暗示為質(zhì)量百分比。對于對比曲線表征，SEMATECH-North Albany抗蝕劑測試中心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120納米和100納米設(shè)計(jì)線寬子場以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量軟件，從上到下對放大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明場測試圖案的中心場模具拍攝的。對于每個EUV曝光劑量條件，從120納米和100納米1:3子場圖案內(nèi)的幾個隨機(jī)位置捕獲掃描電鏡圖像。CD和LWR (3s)的離線測量分析在0.5 pm長度上的每個捕獲的自上而下SEM圖像內(nèi)的3條線上進(jìn)行。本研究中使用的航空圖像強(qiáng)度剖面和圖像對數(shù)斜率是通過將ALS MET特定像差文件導(dǎo)入航空圖像模擬器獲得的。
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，在顯影劑較弱的對比曲線中有明顯的拖尾力量。然而，對于給定的PAG載荷，對比度斜率隨著顯影劑強(qiáng)度保持不變。對比曲線中尾部較長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)度較低時突出顯示的對比曲線尾部。該圖說明了顯影劑強(qiáng)度對調(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)度對于抗蝕劑敏感性來說是不希望的，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來解析凹坑形成的潛像(在TMAH顯影之前)。它清楚地顯示了對于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。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。線條形成之前會出現(xiàn)可能與潛像或顯影效果有關(guān)的孔洞和凹穴。