Em artigos anteriores, observei o comportamento estocástico do EUV [1-2], principalmente em termos da baixa densidade de fótons resultando em ruído de disparo, descrito pela distribuição de Poisson [3]. O papel do desfoque para ajudar a combater a aleatoriedade da absorção de fótons EUV e da geração e migração de elétrons secundários também foi considerado recentemente [4-5]. No entanto, até agora, a desfocagem resultante das migrações de electrões e de espécies químicas tinha recebido o tratamento clássico de contínuo, quando na realidade, à escala nanométrica, estamos novamente a lidar com números aleatórios de quanta discretos, ou seja, electrões ou espécies quimicamente reactivas. Esses quanta discretos ainda seguem distribuições de Poisson [6]. Portanto, é necessário fazer uma reconsideração estocástica após o desfoque já ter sido levado em consideração.
Esta reconsideração parece necessária depois que os últimos resultados no passo de 28 nm foram relatados no SPIE no início deste ano [7]. Para obter uma melhor imagem, foram utilizadas resistências de óxido metálico. Estes têm o benefício de maior absorção de fótons EUV, o que deve proporcionar alívio para o comportamento estocástico. Apesar desta vantagem, os aspectos estocásticos da imagem permaneceram graves. Doses mais altas na faixa de 50 mJ/cm2 (~110 WPH no NXE:3400C [8]) foram necessárias, mas CDs maiores ou recursos fictícios de assistência à sub-resolução (SRAFs) foram necessários para tons maiores. Com iluminação otimizada, a impressão de um par relativamente isolado de trincheiras de 14 nm separadas por 14 nm (passo local de 28 nm) era impossível sem defeitos estocásticos e rugosidade. Portanto, a reconsideração dos efeitos estocásticos pós-desfoque aqui se concentrará no pitch de 28 nm.
O desfoque é praticamente limitado a menos de 5 nm (sigma) para passos de 40 nm ou menos [5]. O aumento do desfoque resultaria na distribuição dos quanta se tornando mais plana e em uma imagem geralmente pior. Existe um risco maior de flutuações estocásticas mais longe da borda (Figura 1).
Figura 1. Distribuição do número de espécies reativas plotada versus posição. O número de espécies é considerado dentro de uma faixa de 0.84 nm x 5 nm, assumindo dose incidente de 50 mJ/cm2, 50% de absorção e 2 espécies liberadas por fóton absorvido. Esquerda: desfoque de 3 nm. À direita: desfoque de 7 nm.
Uma nova consideração é o rendimento quântico (ou eficiência quântica), ou seja, quantos quanta são liberados por fóton absorvido. A eficiência quântica para resistências amplificadas quimicamente EUV é em torno de 2 [9,10]. Para reduzir o desfoque para 2 nm ou menos, espera-se limitar esta liberação, a fim de evitar o excesso de migração aleatória de elétrons secundários e espécies reativas [9]. Na Figura 2, uma redução de 2X no rendimento quântico para o desfoque de 2 nm (em comparação com o desfoque de 3 nm) mostra que o risco de defeitos estocásticos não melhora e pode piorar. Não deveria ser uma grande surpresa, já que a redução do rendimento quântico tem o mesmo efeito final que a redução da densidade dos fótons. Em todos esses casos, vemos flutuações que ultrapassam o limite, o que significa que são possíveis defeitos de ponte e quebra de linha. Seis sigma corresponde a falha de ~1 ppb.
Figura 2. Distribuição do número de espécies reativas plotada versus posição. O número de espécies é considerado dentro de uma faixa de 0.84 nm x 5 nm, assumindo dose incidente de 50 mJ/cm2, 50% de absorção. Esquerda: desfoque de 2 nm, 1 espécie liberada por fóton absorvido. À direita: desfoque de 3 nm, 2 espécies liberadas por fóton absorvido.
Além disso, a rugosidade da borda da linha pode ser estudada reduzindo o comprimento da seção da linha que está sendo amostrada. Indo de 5 nm a 1 nm de comprimento de seção, até mesmo flutuações de 3 sigma cruzam o limite (Figura 3), indicando que a rugosidade na escala de 1 nm ainda está presente.
Figura 3. Distribuição do número de espécies reativas plotada versus posição. O número de espécies é considerado dentro de uma faixa de 0.84 nm x 1 nm, assumindo dose incidente de 50 mJ/cm2, absorção de 50%. Presume-se um desfoque de 3 nm.
A única solução viável para estes problemas continua a ser aumentar a dose (Figura 4). Dado que já existe um rendimento atingido de 50 mJ/cm2, a fonte de energia EUV continuará a ser um alvo prioritário. No entanto, doses mais altas podem levar a um desfoque maior devido à longa cauda detectada nas medições de comprimento de atenuação de elétrons [11,12].
Figura 4. Distribuição do número de espécies reativas plotada versus posição. O número de espécies é considerado dentro de uma faixa de 0.84 nm x 5 nm, assumindo 50% de absorção e 2 espécies liberadas por fóton absorvido. Esquerda: dose incidente de 50 mJ/cm2. À direita: dose incidente de 100 mJ/cm2. Presume-se um desfoque de 3 nm.
Referências
[1] https://www.linkedin.com/pulse/euvs-stochastic-valley-death-frederick-chen/
[2] https://www.linkedin.com/pulse/photon-shot-noise-impact-line-end-placement-frederick-chen/
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Shot_noise
[4] https://www.linkedin.com/pulse/contrast-reduction-vs-photon-noise-euv-lithography-frederick-chen/
[5] https://www.linkedin.com/pulse/blur-wavelength-determines-resolution-advanced-nodes-frederick-chen/
[6] GM Gallatin, “Resistir ao desfoque e à rugosidade da borda da linha”, Proc. SPIE 5754, 38 (2005).
[7] D. Xu et al., “EUV Single Patterning Exploration for Pitch 28 nm”, Proc. SPIE 11614, 116140Q (2021).
[8] https://www.linkedin.com/pulse/challenge-working-euv-doses-frederick-chen/
[9] http://euvlsymposium.lbl.gov/pdf/2007/RE-08-Gallatin.pdf
[10] https://www.jstage.jst.go.jp/article/photopolymer/32/1/32_161/_pdf
[11] https://escholarship.org/content/qt4t5908f6/qt4t5908f6.pdf?t=qd3uq5
[12] https://www.euvlitho.com/2019/P66.pdf
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