Imec drijft de single-exposure patroonvorming-vaardigheid van 0,33NA EUVL tot het uiterste

28 nm pitch enkele-expositie-structurering met het MOx-proces van Inpria op een 0,33NA EUV-volveldscanner na Ru-metallisatie. / 28 nm pitch single-exposure patroonvorming met behulp van Inpria’s MOx-proces op een 0,33NA EUV-volveldscanner na Ru-metallisatie.

24 nm pitch lijnen/afstanden, verkregen op een 0,33NA NXE:3400B full-field scanner, (links) na het ontwikkelen en (rechts) na het etsen op de kritische doelmaat (CD) (uLER = onbevooroordeelde randrandruis).

28nm contactgaten, verkregen met een 0,33NA NXE:3400 full-field scanner, na het ontwikkelen. / 28nm contactgaten verkregen op een 0,33NA NXE:3400 full-field scanner, na het ontwikkelen.

Deze week presenteren imec, een wereldwijd toonaangevend onderzoeks- en innovatiecentrum voor nano-elektronica en digitale technologieën, en ASML, de wereldwijde marktleider in de productie van halfgeleiderlithografiesystemen, op de SPIE Advanced Lithography Conference 2021 meerdere lezingen die de ultieme capaciteit van de 0,33NA NXE:3400 Extreme Ultraviolet Lithografie (EUVL) demonstreren voor het structureren in één enkele belichting. Procesoptimalisaties hebben de structuurvorming van dichte 28nm pitch-lijnen/-ruimtes met een Inpria-metaaloxide-resist mogelijk gemaakt in één enkele belichting, wat relevant is voor grootschalige productie. Voor het eerst zijn optische en elektronenstraalinspecties gecorreleerd met elektrische gegevens om verdere inzichten te verkrijgen ter verbetering van de stochastische foutquote - dat wil zeggen, zowel breuken als bruggen. Daarnaast hebben source-optimisaties geleid tot het genereren van de kleinste mogelijke pitch met de huidige NXE:3400-scanner (d.w.z. 24nm pitch-lijnen/-ruimtes en 28nm pitch-contactgaten), wat een vroege materiaalkunde mogelijk maakt, zoals vereist voor high-NA EUV-lithografiesystemen.

De Extreme Ultraviolet Lithografie heeft een kritisch keerpunt bereikt, waarbij men kan overstappen op EUV-multi-patterning om de dichtste kenmerken van de volgende generatie IC's te printen, of de single-print-capaciteit op de huidige 0,33NA full-field scanners verder kan ontwikkelen. "Hoewel multi-patterning-technieken eenvoudigere pitches bieden, maakt single-patterning een enorme kostenbesparing en eenvoudigere procestelsels mogelijk," zegt Kurt Ronse, Advanced Patterning Program Director bij imec. "Imec en ASML hebben de mogelijkheid van single-exposure structuurvorming met 28nm pitch gedemonstreerd, wat overeenkomt met de kritische back-end-of-line-metallagen van een 5nm-technologieknoop. Dit brengt de NXE:3400-scanner zeer dicht bij zijn resolutiegrens voor grootschalige productie." De resultaten zijn behaald met het metaal-oxide (MOx) resist-proces van Inpria.

Om de inzichten over stochastische structuurfouten uit te breiden, zijn de defectinspectiegegevens die met rasterelektronenmicroscopie, breedbandplasma- en elektronenstraaltechnologieën zijn verkregen, succesvol gecorreleerd met de gegevens uit elektrische metingen. De elektrische tests werden uitgevoerd op grootschalige, met ruthenium gemetalliseerde slangenstructuren die elektrische openingen (en daarmee bruggen in de resist) konden meten, evenals op gemetalliseerde vork- en tip-to-tipstructuren die elektrische kortsluitingen (en daarmee kritische breuken in de resist) konden meten. De aanvullende elektrische metingen tonen niet alleen een goede correlatie, maar maken ook het vastleggen van belangrijke trends mogelijk over meerdere proceswijzigingen heen, die kunnen bijdragen aan het verminderen van stochastische uitval tijdens het belichten (Papieren nr. 11609-26; 11611-21).

De uitbreidbaarheid van de 0,33NA EUV-lithografie naar een pitch van 28nm is het resultaat van de co-optimisatie van de verschillende componenten die betrokken zijn bij het structuurvormingsproces, inclusief maskers, belichtingsinstellingen, metaal-oxide-resist en etspogingen. Bijvoorbeeld, werd aangetoond dat de voordelen van het gebruik van helderveld-maskertonaliteit en gecontroleerde lenzenfouten de printbaarheid bij kleine pitch en kritische afmetingen aanzienlijk verbeteren (Papieren nr. 11609-27; 11609-29).

Naast het verschuiven van de grenzen van EUV-lithografie voor grootschalige productie, hebben imec en ASML de 0,33NA NXE:3400 naar zijn uiterste resolutie gebracht met als doel deze te gebruiken als platform voor vroege materiaalkunde voor high-NA EUV-apparaten. Steven Scheer, VP Advanced Patterning Process and Materials bij imec: "Imec en ASML hebben recent ook aangetoond dat het systeem in staat is om lijnen/vlakken met 24nm pitch en contactgaten met 28nm pitch te printen - dit laatste door optimalisatie van de pupil- en afbeeldingscondities en door gebruik te maken van dubbele lijnen/vlakbelichtingen met een gecombineerde dosis van 45mJ/cm2." "De patroonoverdracht kon succesvol worden gedemonstreerd op zeer dunne resistlagen die relevant zijn voor high-NA EUV," zegt Andrew Grenville, CEO van Inpria. "Dit biedt het imec-ecosysteem voor structuurvorming de mogelijkheid om resist-, meet- en etspogingen te ontwikkelen, om de introductie van de volgende generatie EUVL-systemen, d.w.z. de High-NA EXE:5000, te versnellen." Scheer voegde toe: "Deze ontwikkelingen zullen de inzichten aanvullen die momenteel worden verkregen uit het AttoLab, het laboratorium voor attoseconden-analyse en interferentielithografie van imec, waarvan wordt verwacht dat het een high-NA resist-afbeeldingscapaciteit biedt om structuren te genereren tot pitches van 8nm."