大多數(shù)關(guān)于高級(jí)光刻的討論都集中在三個(gè)要素上——曝光系統(tǒng)、光掩模和光刻膠——但這只是挑戰(zhàn)的一部分。

將圖案從光掩模成功轉(zhuǎn)移到晶圓上的物理結(jié)構(gòu)還取決于多種薄膜的協(xié)同工作，包括底層、顯影劑和各種表面處理。事實(shí)上，該工藝的大部分靈活性和適應(yīng)性都來(lái)自于這些輔助材料，三星電子首席工程師 Hyungju Ryu 在最近的 SPIE 高級(jí)光刻和圖形會(huì)議上的演講中說(shuō)。

光刻是最復(fù)雜的開(kāi)發(fā)過(guò)程，曝光系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和采購(gòu)需要數(shù)年時(shí)間。因此，一旦設(shè)計(jì)在工廠內(nèi)投入生產(chǎn)，對(duì)光掩模的更改是不受歡迎的。因此，針對(duì)實(shí)際條件優(yōu)化圖案轉(zhuǎn)移通常落在光刻膠和蝕刻工藝上。

底層使晶圓表面正常化

在第一層之后的任何層中，器件晶圓都呈現(xiàn)出不均勻的表面。與硅和金屬交織的氧化物圖案會(huì)導(dǎo)致表面能和潤(rùn)濕性發(fā)生變化，并且先前的表面處理會(huì)導(dǎo)致粗糙度。

底層涂層有助于平滑這種特征粗糙度并改善曝光結(jié)果。他們通過(guò)使表面能正常化、促進(jìn)光刻膠粘附并降低圖案坍塌的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)做到這一點(diǎn)。

當(dāng)需要薄光刻膠時(shí)，例如在高數(shù)值孔徑 EUV 中，光刻膠層本身可能無(wú)法捕獲足夠的曝光劑量。致密的底層可以幫助抵抗光致產(chǎn)酸劑 (PAG) 擴(kuò)散，確保光致產(chǎn)酸劑分子保持在光刻膠保護(hù)基團(tuán)附近。不幸的是，EUV 光子具有如此高的能量，以至于它們與薄光刻膠的反應(yīng)可以從底層以及光刻膠本身激發(fā)二次電子。在金屬氧化物光刻膠中，應(yīng)用材料公司的研究人員表明，這些二次電子可以改善交聯(lián)，確保整個(gè)光刻膠層不溶于顯影劑。

imec 研究員 Mihir Gupta 指出，底層設(shè)計(jì)涉及在蝕刻選擇性和抗腐蝕之間取得平衡。蝕刻選擇性是兩種材料之間蝕刻速率的差異。它部分取決于材料和蝕刻等離子體之間的相互作用。這些材料的差異越大，就越容易確定將蝕刻其中一種而不蝕刻另一種的工藝條件。

致密的底層可以通過(guò)提供與光刻膠的強(qiáng)烈對(duì)比來(lái)提高選擇性。同時(shí)，總蝕刻時(shí)間也是影響光刻膠侵蝕的一個(gè)重要因素。致密的底層蝕刻更慢，增加了光刻膠對(duì)蝕刻化學(xué)物質(zhì)的暴露。隨著光刻膠厚度的下降，平衡這兩個(gè)因素變得更具挑戰(zhàn)性。

晶圓廠通常使用光刻膠來(lái)圖案化抗蝕刻硬掩模，然后依靠硬掩模來(lái)保護(hù)晶圓。但是，如果光刻膠太薄，它可能會(huì)在第一個(gè)轉(zhuǎn)移步驟完成之前被侵蝕掉。隨著光刻膠厚度的減小，底層厚度也應(yīng)該減小。

不幸的是，正如 Brewer Science 高級(jí)研究員 Si Li 及其同事所表明的那樣，隨著厚度的下降，傳統(tǒng)的旋涂層可能無(wú)法形成均勻的涂層。相反，Brewer Science 工程師展示了一種小分子“旋涂底漆”材料，能夠獲得比傳統(tǒng)聚合物更薄的層。

Nissan Chemical 的研究員 Wataru Shibayama 及其同事通過(guò)首先旋涂底漆層，然后用溶劑沖洗，獲得了類似的結(jié)果。該團(tuán)隊(duì)隨后將結(jié)果與原子層沉積中的吹掃循環(huán)進(jìn)行了比較。溶劑沖洗去除未反應(yīng)的底漆，留下均勻的薄層 (10?)。

并非所有缺陷都打印出來(lái)：面漆和顯影劑如前所述，光刻膠捕獲的圖像包含一定程度的隨機(jī)缺陷。這是由光子和化學(xué)散粒噪聲引起的，但這并不是故事的結(jié)局，因?yàn)椴⒎枪饪棠z捕獲的所有缺陷都會(huì)打印在晶圓上。即使在曝光之后，也有很多機(jī)會(huì)可以改善最終印刷圖案。例如，杜邦電子技術(shù)經(jīng)理侯希森及其同事指出，ArF 和 KrF 光刻工藝經(jīng)常在曝光后和曝光后烘烤前使用面漆，通過(guò)使缺陷和側(cè)壁更易溶于顯影劑來(lái)化學(xué)“修剪”光刻膠圖案.

修剪效果的強(qiáng)度是可調(diào)的。它可以簡(jiǎn)單地降低橋接缺陷的可能性，或者可以調(diào)整整體臨界尺寸 (CD)。在 EUV 曝光測(cè)試中，杜邦團(tuán)隊(duì)能夠?qū)⑺鑴┝繙p少 24%，但仍能達(dá)到相同的分辨率。

干法光刻膠和干法顯影工藝允許調(diào)整光刻膠和顯影參數(shù)作為工藝配方的一部分。imec 研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人 Hyo Seon Suh 解釋說(shuō)，更積極的開(kāi)發(fā)過(guò)程可以平滑線邊緣并消除一些橋接缺陷。同時(shí)，更激進(jìn)的過(guò)程可能使換行更有可能發(fā)生。通常，蝕刻后無(wú)故障窗口以比光刻后窗口更大的 CD 為中心。

圖 1：（顯影）優(yōu)化干式顯影參數(shù)可改善粗糙度和橋接缺陷，同時(shí)適度增加劑量與尺寸比。

圖 2：（蝕刻）相對(duì)于開(kāi)發(fā)后檢查 (ADI)，蝕刻后檢查 (AEI) 隨著整體 CD 的增加發(fā)現(xiàn)更少的缺陷和更小的粗糙度

相比之下，Inpria 的金屬氧化物抗蝕劑依賴于基于濕軌的開(kāi)發(fā)過(guò)程。在他們的抗蝕劑中，保護(hù)性配體圍繞著金屬氧化物核心。通過(guò)共同優(yōu)化抗蝕劑和顯影化學(xué)物質(zhì)，晶圓廠可以根據(jù)自己的要求調(diào)整分辨率/線寬/劑量權(quán)衡。

根據(jù) TEL 研究員 Cong Que Dinh 的說(shuō)法，要考慮的關(guān)鍵參數(shù)是 m，即抗蝕劑中溶解抑制劑的濃度。m隨深度 ( dm/dx )的變化是完全或不完全曝光的量度。標(biāo)準(zhǔn)偏差σ m是抗蝕劑偏析和化學(xué)散粒噪聲的其他影響因素的量度。

一般來(lái)說(shuō)，減少曝光劑量會(huì)增加 dm/dx。抗蝕劑的表面可能是完全可溶的，但不完全的顯影會(huì)導(dǎo)致通孔底部出現(xiàn)浮渣，抗蝕劑特征底部出現(xiàn)浮渣。減小σ m有助于提高對(duì)比度和銳化特征邊緣。在 TEL 的 ESPERT 工藝中，顯影劑化學(xué)物質(zhì)通過(guò)改變曝光的抗蝕劑表面的極性以促進(jìn)溶解來(lái)降低σ m 。TEL 小組能夠解決通過(guò)干涉光刻印刷的 8 納米半間距特征。在 10nm 半間距處，通過(guò)優(yōu)化顯影化學(xué)，靈敏度提高了 30%，線寬粗糙度降低了 21%。

隨著工藝的發(fā)展，imec 的 Hyo Seon Suh 表示，曝光工具可實(shí)現(xiàn)的絕對(duì)分辨率是第一步，其次是能夠在晶圓上實(shí)現(xiàn)該分辨率的蝕刻系統(tǒng)。但要在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中真正實(shí)現(xiàn)這些功能，底層、開(kāi)發(fā)人員和流程中其他鮮為人知的元素發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

審核編輯 ：李倩