Иммерсионная литография - Immersion lithography

В иммерсионной литографии свет проходит через систему линз, а затем через бассейн с водой, прежде чем достигнуть фоторезист сверху вафля.

Иммерсионная литография это фотолитография метод повышения разрешения для изготовления интегральных схем (ИС), который заменяет обычный воздушный зазор между конечной линзой и поверхностью пластины жидкой средой, которая имеет показатель преломления больше единицы. В разрешающая способность увеличивается в раз, равный показатель преломления жидкости. Современные инструменты для иммерсионной литографии используют воду высокой степени очистки для этой жидкости, достигая размеров элементов менее 45 нанометров.[1] ASML и Nikon в настоящее время являются единственными производителями систем иммерсионной литографии.

Идею иммерсионной литографии впервые предложил тайваньский инженер. Берн Дж. Лин и реализован в 1980-х годах.[2] TSMC начал коммерческое производство 90 нм полупроводниковые узлы методом иммерсионной литографии в 2004 г.[3] В том же году, IBM директор кремний технологии, Гавам Шахиди, объявила, что IBM планирует коммерциализировать литографию на основе света, фильтруемого через воду.[4] Иммерсионная литография теперь распространяется на суб-20 нм узлов за счет использования множественный паттерн.

Способность разрешать особенности в оптической литографии напрямую связана с числовая апертура оборудования формирования изображения, числовая апертура представляет собой синус максимального угла преломления, умноженный на показатель преломления среды, через которую проходит свет. Линзы в сканерах «сухой» фотолитографии с самым высоким разрешением фокусируют свет в конусе, граница которого почти параллельна поверхности пластины. Поскольку невозможно увеличить разрешение за счет дальнейшего преломления, дополнительное разрешение достигается за счет введения иммерсионной среды с более высоким показателем преломления между линзой и пластиной. Размытость уменьшается в раз, равном показателю преломления среды. Например, для погружения в воду с помощью ультрафиолетовое излучение на длине волны 193 нм показатель преломления составляет 1,44.

Улучшение разрешения при иммерсионной литографии составляет около 30-40% (в зависимости от используемых материалов). Однако,[требуется разъяснение ] глубина резкости, или допуск на плоскостность топографии пластины, улучшена по сравнению с соответствующим «сухим» инструментом при том же разрешении.[5]

Дефекты

Проблемы, связанные с дефектами, например, оставшаяся вода (водяные знаки) и потеря адгезии резиста к воде (воздушный зазор или пузырьки), привели к необходимости использования верхнего слоя покрытия непосредственно поверх фоторезиста.[6] Это верхнее покрытие могло бы служить барьером для химической диффузии между жидкой средой и фоторезистом. Кроме того, поверхность раздела между жидкостью и верхним покрытием будет оптимизирована для уменьшения водяных знаков. В то же время следует избегать дефектов из-за использования верхнего покрытия.

В настоящее время верхние покрытия предназначены для использования в качестве антиотражающих покрытий, особенно для случаев гипер-NA (NA> 1).[7]

К 2008 году количество дефектов на пластинах, напечатанных методом иммерсионной литографии, достигло нулевого уровня.[8]

Поляризационные воздействия

Эффекты поляризации из-за больших углов интерференции в фоторезисте также необходимо учитывать, поскольку характеристики приближаются к 40 нм.[9] Следовательно, источники освещения, как правило, должны быть азимутально поляризованы, чтобы соответствовать освещению полюса для идеального построения изображения в линейном пространстве.[10]

Пропускная способность

Производительность инструментов иммерсионной литографии в зависимости от дозы. Производительность в зависимости от дозы сравнивается для различных мощностей импульсов при одинаковой ширине щели.

Инструменты для иммерсионной литографии в настоящее время могут похвастаться самой высокой производительностью (275 WPH), предназначенной для крупносерийного производства.[11] Это достигается за счет более высоких скоростей ступени,[12][13] которые, в свою очередь, допускаются более высокой мощностью ArF лазер источники импульсов.[14] В частности, производительность прямо пропорциональна скорости ступени V, которая связана с дозой D и шириной прямоугольной щели S и ее интенсивностью I.сс (что напрямую связано с мощностью импульса) на V = Iсс* S / D. Высота щели такая же, как высота поля. Ширина щели S, в свою очередь, ограничена числом импульсов для получения дозы (n), деленным на частоту лазерных импульсов (f), при максимальной скорости сканирования VМаксимум по S = VМаксимум* н / ф.[12] При фиксированной частоте f и числе импульсов n ширина щели будет пропорциональна максимальной скорости ступени. Следовательно, производительность при заданной дозе увеличивается за счет увеличения максимальной скорости ступени, а также увеличения мощности импульса.

Множественный паттерн

Двойное формирование рисунка путем разделения шага. Создание двойного паттерна путем разделения шага предполагает присвоение смежных объектов разным маскам, обозначенным разными цветами.
Тройное формирование рисунка путем разделения высоты тона. Создание тройного паттерна путем разделения шага включает в себя назначение смежных объектов трем различным маскам с использованием трех цветов.

Предел разрешения для иммерсионного инструмента с числовой апертурой 1,35 NA, работающего на длине волны 193 нм, составляет 36 нм. Для выхода за этот предел на полутона требуется множественный паттерн. В 20-нм литейных цехах и узлах памяти и далее двойное и тройное формирование рисунка уже используется с иммерсионной литографией для самых плотных слоев.

использованная литература

  1. ^ «DailyTech - IDF09 Intel демонстрирует первые 22-нанометровые чипы, обсуждает план развития технологии сжатия кристаллов». Архивировано из оригинал на 2010-08-28. Получено 2009-12-07.
  2. ^ Берн Дж. Лин (1987). «Будущее субполовинной оптической литографии». Микроэлектронная инженерия 6, 31–51
  3. ^ «Технология 90 нм». TSMC. Получено 30 июн 2019.
  4. ^ «Совершенно новый мир чипсов». Деловая неделя. Архивировано из оригинал 21 февраля 2011 г.
  5. ^ Б. Дж. Лин, Дж. Микролит Микрофаб. Микросист. 1, 7 (2002).
  6. ^ Y. Wei и R. L. Brainard, Advanced Processes for 193-nm Immersion Lithography, (c) SPIE 2009, Ch.6.
  7. ^ J. C. Jung et al., Proc. SPIE 5753 (2005).
  8. ^ B. Rathsack et al., Proc. SPIE 6924, 69244W (2008).
  9. ^ К. Вагнер и другие., Proc. SPIE vol. 4000, стр. 344-357 (2000).
  10. ^ Б. В. Смит, Л. В. Завьялова, А. Эстрофф, Proc. SPIE 5377 (2004).
  11. ^ NXT: 1980Di
  12. ^ а б M. A. van den Brink et al., Proc. SPIE 2726, 734 (1996).
  13. ^ I. Bouchoms et al., Proc. SPIE 8326, 83260L (2012)
  14. ^ Источник Cymer 120 Вт ArFi