EUV掩膜表面清潔對光刻工藝性能的影響

引言

極紫外光刻(EUVL)掩模壽命是要解決的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一，因?yàn)樵摷夹g(shù)正在為大批量制造做準(zhǔn)備。反射式多層掩模體系結(jié)構(gòu)對紫外線輻射高度敏感，容易受到表面氧化和污染。由于各種表面沉積過程造成的EUV標(biāo)線的污染導(dǎo)致圖案形成中圖像對比度和曝光寬容度的損失。因此，要獲得可使用的掩模壽命，就必須清潔被污染的掩模。為此，正在研究幾種口罩清洗方法。

用于極紫外(EUV)光刻的反射式多層掩模結(jié)構(gòu)對表面氧化和污染非常敏感。因此，EUV口罩預(yù)計(jì)將經(jīng)歷清洗過程，以保持大批量生產(chǎn)所需的壽命。在這項(xiàng)研究中，評(píng)估了重復(fù)清潔EUV口罩對成像性能的影響。本文使用EUV口罩，其中一個(gè)口罩經(jīng)過反復(fù)清洗，另一個(gè)作為參考。在每兩次清潔之后，監(jiān)測光刻性能，在工藝窗口分析和線邊緣粗糙度方面，并與參考掩模性能進(jìn)行比較。清洗后，觀察到最小的降解。清潔循環(huán)將持續(xù)進(jìn)行，直到發(fā)現(xiàn)成像保真度明顯下降。

實(shí)驗(yàn)

本文完成了兩種新的EUV標(biāo)準(zhǔn)掩模的直接成像比較。兩種掩模具有相同的多層、覆蓋層、吸收劑和抗反射涂層結(jié)構(gòu)。所用的覆蓋層是厚度為2.5納米的釘。任何一個(gè)面罩表面的碳污染都應(yīng)該是最小的，因?yàn)樵谶@些成像研究之前，它們還沒有被使用過。一種工業(yè)開發(fā)的清潔工藝在一個(gè)掩模上重復(fù)使用，而另一個(gè)掩模保持原樣。

清潔：

標(biāo)準(zhǔn)的濕清潔化學(xué)物質(zhì)被用于清潔面罩的表面。該過程包括三個(gè)主要步驟：通過硫酸和過氧化氫的混合物去除有機(jī)物、去離子水沖洗和通過SCI的兆頻超聲波噴霧(去離子水與稀釋的氫氧化鉉和過氧化氫)進(jìn)行最終的顆粒清潔。

表面分析：

為了監(jiān)測釘覆蓋層表面的圖像，三維掩模在定期清潔期間，使用原子力顯微鏡獲得表面輪廓。

用0.3NA微曝光工具進(jìn)行掩模構(gòu)圖：

成像是在高級(jí)光源同步加速器設(shè)備上的MET上進(jìn)行的。在這里給出的光刻結(jié)果中，使用了內(nèi)部為0.35、外部為0.55的環(huán)形照明。

對于兩種掩模情況，在沒有先前成像或清潔的原始狀態(tài)下，用基線光致抗蝕劑BBR-07A完成圖案化。將該抗蝕劑旋涂到涂有六甲基二硅氮烷(MDS)增粘劑的晶片上產(chǎn)生80納米標(biāo)稱薄膜厚度。這種抗蝕劑也用于前兩次清洗后清洗過的掩模的光刻表征。前兩次清洗后，所有

隨后的成像使用不同的基線EUV抗蝕劑BBR-08A完成，該抗蝕劑顯示具有更高的分辨率。該抗蝕劑在晶片上使用60n-M的膜厚。每個(gè)數(shù)據(jù)集由一個(gè)11X11的聚焦和曝光網(wǎng)格組成，稱為聚焦曝光矩陣。每個(gè)聚焦步驟為50納米，在整個(gè)有限元中給出大約500納米的聚焦范圍，曝光劑量以5%的指數(shù)級(jí)變化。

結(jié)果和討論

表面分析：

以固定的清潔周期間隔用原子力顯微鏡記錄的表面形貌進(jìn)行后處理和分析，以評(píng)估任何可檢測到的覆蓋層損傷。圖1顯示了清潔過的掩模的覆蓋層表面的后處理的自動(dòng)對焦圖像。第一幅圖像（左）是在對掩模進(jìn)行任何清潔之前獲得的，并且連續(xù)的圖像在清潔之間以固定的間隔完成。具體而言，在總共8個(gè)清潔周期中，每兩次清潔后, 收集圖像。

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圖1 原子力顯微鏡掃描和后處理的清潔掩模的覆蓋層表面的圖像

臨界尺寸過程分析：

為每個(gè)掩模收集兩組垂直的、1:1的線和空間圖案的工藝窗口數(shù)據(jù)，一組在40納米的臨界尺寸，另一組在36納米的臨界尺寸。掩模被清潔八次，每兩次清潔完成后成像完成。當(dāng)清潔的掩模被成像時(shí)(稱為測試掩模)，參考掩模也被成像，使我們能夠在該研究的長時(shí)間跨度內(nèi)跟蹤系統(tǒng)和抗蝕劑效應(yīng)。該過程產(chǎn)生了11個(gè)不同的圖案化樣品，每個(gè)樣品上有11×11 FE M，對于這里評(píng)估的兩個(gè)不同的特征寬度給出了22個(gè)不同的工藝窗口。

我們完成的第一個(gè)比較分析是針對BBR-07A抗蝕劑中記錄的圖案收集的數(shù)據(jù) 。將三種情況與這種抗蝕劑進(jìn)行比較；1）清潔幵始前的測試掩模條件，2）參考掩模性能，3）清潔兩次后的測試掩模條件。從表1中列出了收集到的圖像，包括等焦距C/D、曝光寬容度(EL)、焦深(DOF)和線邊緣粗糙 度(LER)。自由度是根據(jù)+/-10%臨界尺寸變化過程窗口的橢圓擬合來確定的。為了確定自 由度，橢圓e 1被設(shè)置為具有10%的光盤變化。觀察到兩組圖案的等焦距特征寬度在所有 條件下幾乎相同，這表明兩組圖案之后掩模圖案沒有損壞。兩種圖案寬度和所有蓿況下的曝光寬容度而自由度數(shù)據(jù)都顯示出小于5 %的變化。這完全在過程不確定性范圍內(nèi)，預(yù)計(jì)在5%到10%之間。

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表1 使用BBR-07A抗蝕劑進(jìn)行2次清洗的1:1垂直線和間距的工藝分析

圖2顯示了所有三種情況下40納米和36納米光盤的等焦光盤匹配LER曲線。

當(dāng)比較兩個(gè)圖中的三條曲線時(shí)，通過焦點(diǎn)看不到太多變化。在比較所有這些指標(biāo)時(shí)，我們可 以有把握地假設(shè)，經(jīng)過兩次清洗后，沒有對掩模表面或圖案造成足以導(dǎo)致工藝變化的影響。

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圖2 在40納米和36納米時(shí)，所有三種情況的等焦光盤匹配LER曲線

在所有情況下，在10%的CD變化下，曝光寬容度的絕對變化小于5%。這屬于微曝光工具圖案化的工藝穩(wěn)定性，支持了當(dāng)前觀察到的數(shù)據(jù)差異不是清潔結(jié)果的結(jié)論。我們還注意到，參考掩模顯示出比清潔掩模更多的工藝變化，進(jìn)一步支持了我們的結(jié)論。

總結(jié)

許多研究先前已經(jīng)表明，掩模清洗通過引起LER增加和工藝寬容度降低而對釘覆蓋層有害。為了獲得可接受的EUVL掩模壽命，需要識(shí)別能夠去除污染物同時(shí)保持掩模表面質(zhì)量的清潔工藝。對于這項(xiàng)研究，使用一種被發(fā)現(xiàn)能有效去除掩模表面污染物的清潔方法來重復(fù)清潔未被污染的掩模表面。跟蹤表面和成像性能變化的系統(tǒng)評(píng)估。這里報(bào)告了基于原子力顯微鏡的表面分析結(jié)果和光盤工藝分析結(jié)果。到目前為止，評(píng)估的表面分析數(shù)據(jù)沒有給出任何值得關(guān)注的原因。對于圖案化，兩種不同的MET基線抗蝕劑用于環(huán)形照明。?? .

總結(jié)的數(shù)據(jù)并未表明晶片間工藝誤差超出預(yù)期的變化。這就得出了一個(gè)顯而易見的結(jié)論，清潔確實(shí)有效，清潔后的口罩性能與新口罩相當(dāng)。

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