Imec pousse la capacité de patterning en une seule exposition de l'EUVL à 0,33NA jusqu'à ses limites

Structuration à un seul exposant avec un pas de 28 nm utilisant le procédé MOx d'Inpria sur un scanner EUV à champ complet 0,33NA après métallisation Ru. / Patterning à exposition unique de 28 nm de pas utilisant le procédé MOx d'Inpria sur un scanner EUV à champ complet 0,33NA après métallisation Ru.

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Trou de contact de 28 nm, obtenu avec un scanner à champ complet NXE:3400 de 0,33NA, après le développement. / Trou de contact de 28 nm obtenu sur un scanner à champ complet NXE:3400 de 0,33NA, après le développement.

Cette semaine, imec, un centre de recherche et d'innovation mondialement reconnu dans le domaine de la nanoélectronique et des technologies numériques, et ASML, le principal fabricant mondial de machines de lithographie pour semi-conducteurs, présentent plusieurs conférences lors de la conférence SPIE Advanced Lithography 2021, démontrant la capacité ultime de la lithographie extrême-ultraviolet (EUVL) 0,33NA NXE:3400 à structurer en une seule exposition. Des optimisations de processus ont permis la structuration de lignes et d'espaces denses à 28 nm de pas avec une résine métallique-oxydes Inpria en une seule exposition, ce qui est pertinent pour la production en série. Pour la première fois, des inspections optiques et à faisceau d’électrons ont été corrélées avec des données électriques afin d’obtenir de nouvelles informations pour améliorer le taux d’erreur stochastique — c’est-à-dire à la fois les ruptures et les ponts. De plus, des optimisations de source ont permis, avec le scanner NXE:3400 actuel, de produire le pas le plus petit possible (c’est-à-dire des lignes et espaces à 24 nm de pas et des trous de contact à 28 nm de pas), permettant un développement précoce des matériaux, comme requis pour les scanners EUV haute NA.

La lithographie extrême-ultraviolet a atteint un point critique où elle peut passer à la multi-patterning EUV pour imprimer les caractéristiques les plus denses de la prochaine génération de circuits intégrés, ou continuer à pousser la capacité d’impression en simple exposition sur les scanners à champ complet 0,33NA d’aujourd’hui. « Alors que les techniques de multi-patterning offriraient des pas plus simples, la lithographie en simple exposition permet un avantage considérable en termes de coûts et de schémas de processus plus simples », explique Kurt Ronse, directeur du programme de patterning avancé chez imec. « Imec et ASML ont démontré la possibilité de structuration en simple exposition avec un pas de 28 nm, correspondant aux couches métalliques critiques de la ligne de fin de procédé d’un nœud technologique de 5 nm. Cela rapproche le scanner NXE:3400 de ses limites de résolution pour la production en série. » Les résultats ont été obtenus avec le procédé de résine métal-oxydes (MOx) d’Inpria.

Pour approfondir la compréhension des erreurs de structuration stochastiques, les données d’inspection de défauts obtenues par microscopie électronique à balayage, plasma à large bande et technologies à faisceau d’électrons ont été corrélées avec les données issues de mesures électriques. Les tests électriques ont été réalisés sur des structures en lignes ondulées métallisées en ruthénium à grande surface, permettant de mesurer les ouvertures électriques (et donc les ponts dans la résine), ainsi que sur des structures métallisées en fourche et en tip-to-tip, permettant de mesurer les courts-circuits électriques (et donc les ruptures critiques dans la résine). Les mesures électriques complémentaires montrent non seulement une bonne corrélation, mais permettent également de suivre des tendances importantes sur plusieurs modifications de processus, contribuant à atténuer les défaillances stochastiques lors de l’exposition (documents n° 11609-26 ; 11611-21).

La possibilité d’étendre la lithographie EUV 0,33NA à un pas de 28 nm résulte de la co-optimisation des différentes composantes du processus de structuration, y compris les masques, les réglages d’éclairage, la résine métal-oxydes et les procédés d’attaque. Par exemple, il a été démontré que les avantages de l’utilisation de masques à champ clair et d’aberrations de lentilles contrôlées améliorent considérablement la capacité d’impression à petits pas et pour des dimensions critiques (documents n° 11609-27 ; 11609-29).

En plus de repousser les limites de la lithographie EUV simple pour la production en série, imec et ASML ont mis en service le NXE:3400 0,33NA pour ses capacités de résolution extrême, dans le but de l’utiliser comme plateforme pour le développement précoce des matériaux pour les outils EUV haute NA. Steven Scheer, vice-président du processus et des matériaux de patterning avancé chez imec : « Imec et ASML ont récemment montré que l’outil est capable d’imprimer des lignes et surfaces à 24 nm de pas et des trous de contact à 28 nm de pas — ce dernier grâce à l’optimisation des conditions de pupille et d’image, ainsi qu’à l’utilisation de doubles expositions lignes/surfaces avec une dose combinée de 45 mJ/cm² ». « La transfert de motif a été démontré avec succès sur des résines très fines, pertinentes pour la lithographie EUV haute NA », explique Andrew Grenville, PDG d’Inpria. « Cela offre à l’écosystème d’imec pour la structuration la possibilité de développer des processus de résine, de mesure et d’attaque pour accélérer l’introduction de la prochaine génération de systèmes EUV, c’est-à-dire le High-NA EXE:5000 ». Scheer ajoute : « Ces développements compléteront les connaissances actuellement acquises dans le laboratoire AttoLab, le laboratoire d’analyse et d’interférométrie par attosecondes d’imec, qui devrait offrir une capacité de résine pour la lithographie à haute NA permettant de créer des structures jusqu’à des pas de 8 nm. »