Управление потоком в иммерсионной литографии

Уже более десяти лет иммерсионная литография является основной технологией экспонирования в производстве полупроводников. По сравнению с традиционными методами сухой литографии этот метод значительно улучшает разрешение экспозиции за счет введения жидкости с высоким показателем преломления в зазор между линзой и поверхностью пластины. Поддержание чистоты и однородности погруженной жидкости и предотвращение образования остаточных капель в процессе высокоскоростного сканирования — две основные задачи, стоящие перед развитием технологии погружной литографии. Загрязнения, частицы, пузырьки, нагрев и напряжение в жидкости могут нарушить непрерывность показателя преломления. Высокоскоростное движение пластины во время сканирования может дестабилизировать мениск на границе раздела жидкости и окружающего газа, что приведет к образованию остаточных капель на пластине. Вышеупомянутые явления повлияют на эффективность воздействия иммерсионной литографии, и для решения этой проблемы необходим соответствующий метод управления поведением потока.

1. Влияние контроля поведения потока на чистоту и однородность жидкости.

1.1.Влияние режима течения на чистоту и однородность жидкости

1.1.1.Частицы и загрязнения

Частицы и загрязнения являются основными источниками твердых примесей в погруженных жидкостях. Частицы, взвешенные в погруженной жидкости вблизи поверхности пластины или на поверхности фоторезиста, могут быть отображены на нижележащем фоторезисте или перенесены в фоторезист во время проявления.

Частицы могут присутствовать в подаваемой жидкости или могут исходить от любой поверхности, которой касается жидкость. Во-первых, жидкость, используемая для погружения, неизбежно содержит частицы и примеси, поэтому в качестве иммерсионного раствора используется деионизированная вода для чистых помещений, которая дополнительно обрабатывается и фильтруется перед впрыском в погружную головку. Другая проблема с частицами — отслаивание пленки вокруг скоса пластины, вызванное недостаточной адгезией между скошенной поверхностью и поверхностным покрытием. Во время экспонирования эти частицы могут перемещаться вперед и назад через мениск жидкости от края пластины к ее центру. Методы решения этой проблемы включают выбор фоторезиста, оптимизацию рецептуры ЭБР и обработку пластин. Вафельные подушки также являются потенциальным источником частиц. Когда погруженная головка движется по пластине, она захватывает частицы и переосаждает их. Обычная очистка пластинчатого стола позволит уменьшить количество частиц, а технология очистки на месте оказалась очень эффективным методом очистки в полевых условиях. Другие дефекты, вызванные прозрачными частицами фоторезиста/верхнего покрытия, нанесенными на поверхность фоторезиста или пленки верхнего покрытия (например, дефекты, препятствующие образованию пузырьков), можно уменьшить путем оптимизации рецептуры покрытия.

Эффективным способом решения проблемы выщелачивания является использование низкой скорости выщелачивания резиста или верхнего барьерного слоя. Промывка пленок резиста деионизированной водой также исследовалась как альтернатива проблеме выщелачивания. Кроме того, площадь погруженной головки больше площади поля воздействия, а это означает, что пластина пропитывается до и после воздействия, как и в процессе промывки [38]. Поскольку жидкость продолжает течь через погружную головку во время воздействия и погружения, загрязнения в погружной жидкости будут в значительной степени удалены и, следовательно, могут заменить процесс промывки.

Пузырьки отражают и преломляют падающий свет. а) на поверхности фоторезиста; б) плавает в погруженном растворе.

Дефекты пузырьков разного размера. а) 0,85 мкм, б) 3 мкм.

1.1.2.Бпузырь

Одной из основных проблем пузырьковой иммерсионной литографии является требование, чтобы в процессе экспонирования в иммерсионном растворе не появлялись пузырьки. Изогнутая граница раздела газ-жидкость, образованная пузырьками, отражает и преломляет падающий свет, что создает неоднородности показателя преломления и усиливает эффекты рассеяния, что в конечном итоге приводит к дефектам рисунка и снижению выхода продукции.

Основными факторами, влияющими на эффект пузырьков, являются время экспозиции, размер пузырьков и высота пузырьков над пластиной, причем более короткое время экспозиции усиливает эффект пузырьков, в результате чего элементы остаются в более сильно затененной области в течение большего времени экспозиции. . Во-вторых, если размер пузырька равен длине волны света, используемого для экспонирования, свет рассеивается и увеличивает рассеянный свет. Если размер пузырька составляет микрометры или больше, пузырь частично блокирует и меняет направление света. Наконец, исследование также показало, что общее влияние пузырьков на изображение зависит от расстояния пузырьков от поверхности пластины — чем больше расстояние, тем слабее эффект, поскольку пузырьки, выходящие за пределы фоторезиста, могут быстро смыться в быстро движущаяся жидкость. Если отношение расстояния пузырька от пластины к диаметру пузырька составляет 4:10, влияние одиночного плавающего пузыря незначительно. По мере приближения пузырька к пластине из-за более медленного течения жидкости вблизи поверхности пластины тень пузырька в плоскости изображения становится сильнее, а его время жизни в определенном месте на пластине увеличивается. В результате пузырьки, прикрепленные к поверхности пластины, представляют гораздо большую угрозу для бездефектного изображения. Благодаря систематическому изучению эффекта рассеяния пузырьков при погружной литографии было предсказано, что 60 нм — это максимальный размер пузырьков, который не вызовет дефектов, когда пузырь прикрепится к поверхности фоторезиста. Пузырьки в погружной литографии могут быть вызваны взаимодействием различных факторов, таких как давление, температура, фотохимическая реакция и динамика жидкости.

1.1.3.Обогрев

Во время экспонирования погруженная жидкость нагревается неравномерно, и распределение температуры может влиять на изображение по-разному, создавая при этом небольшое количество сферических аберраций и аберраций более высокого порядка, а основным дефектом изображения является расфокусировка. Если мы допустим величину дефокусировки только в 1 нанометр, изменение показателя преломления должно оставаться очень небольшим. Поскольку температурный коэффициент воды (dn/dτ=-10-4K-1) очень велик по сравнению с газом, температуру жидкости необходимо поддерживать в пределах 10 мК, что накладывает строгие ограничения на системы обработки жидкости и контроля температуры.

1.1.4.Стресс

При иммерсионной литографии высокая вязкость и высокая плотность погруженной жидкости по сравнению с воздухом при сухой литографии может вызвать значительную нагрузку как на поверхность линзы, так и на поверхность пластины. Эти нормальные и сдвиговые напряжения могут привести к искажению линзы и двойному лучепреломлению, тем самым нарушая равномерный путь света.

1.2.Методы контроля

Существует три способа уменьшить вышеуказанное поведение, влияющее на эффективность воздействия. Чтобы избежать примесей и пузырей в процессе экспонирования,

В разделе

1.2.1 Используются фоторезисты с низким выщелачиванием и низким газовыделением. Чтобы предотвратить отпечатывание пузырьков и частиц на пластине, раздел

1.2.2 описывает конкретный метод проводки и метод толстого покрытия. Наконец, чтобы сбалансировать распределение температуры и напряжений за счет удаления загрязнений, частиц, пузырьков и тепла из зоны воздействия,

Раздел

1.2.3использует методы подачи и восстановления жидкости.

Nikon была первой компанией в мире, разработавшей серийный иммерсионный сканер ArF NSR-S609B [75]. До этого они предприняли множество попыток создания затопленных оголовков методом локального заполнения. Они смоделировали метод локального заполнения с системой подачи и сбора жидкости и без нее [54,67] и обнаружили, что система подачи и сбора жидкости также действует как конструкция, удерживающая жидкость. При отсутствии системы подачи и восстановления часть жидкости находится за пределами области линзы, а под областью линзы остается некоторое пустое пространство. При наличии системы подачи и рекуперации рекуперирующий поток усиливает поверхностное натяжение на границе раздела газ-жидкость вокруг ямы с жидкостью, успешно удерживая жидкость в локальной области под линзой, демонстрируя лучшее удержание жидкости.

Обычная проводка и 2 специальные проводки для уменьшения дефектов.

Два разных расположения сопел. а) Форсунка старого поколения; б) Новые форсунки.

Базовая конструкция погружной системы LLF.

Типичная форма мениска. а). Растяжка пленки, б). Инерционный перелив.

2. Контроль режима течения и устойчивости мениска.

2.1.Нестабильность мениска и остаточные капли при иммерсионной литографии

На протяжении всего процесса жидкость должна оставаться в зазоре между последней оптической линзой и пластиной. Когда пластина движется под жидкостью, вязкие силы начинают тянуть жидкость в направлении сканирования и воздействовать на мениск. При превышении определенной скорости устойчивость удаляющегося мениска нарушается, жидкость вытягивается из своего жидкого объема и впоследствии распадается на капли. Эти остаточные капли могут оставаться на пластине и вызывать многочисленные дефекты изображения. Сейчас в полупроводниковой промышленности скорость сканирования при массовом производстве составляет 800 мм/с, и в будущем она будет выше. Поэтому необходимо обеспечить, чтобы мениск погруженного поля не терял устойчивости в пределах этого требования скорости.

2.2Фундаментальные исследования стабильности мениска

Критическая скорость относится к максимальной скорости, которая может быть достигнута без осаждения остаточной жидкости, и является очень важным параметром производительности в иммерсионной литографии. Результаты экспериментов по «перетаскиванию» 41 различного фоторезиста [80,87,88] показывают, что критическая скорость значительно увеличивается с увеличением статического угла контакта с рецессией, как в состоянии вытягивания пленки, так и в состоянии инерционного перелива. .

2.3.Методы контроля

Есть три способа уменьшить количество остаточных капель на пластине. Чтобы улучшить стабильность мениска и избежать образования остаточных капель при экспонировании, в иммерсионной литографии можно использовать более гидрофобный фоторезист. Для удаления остаточных капель, только что покинувших мениск, используют воздушную завесу и пористую среду. Чтобы контролировать скорость потока жидкости вблизи канала восстановления и облегчить функцию восстановления, к погружной головке можно применить модификацию поверхности на основе неоднородных поверхностей с контрастом смачиваемости.

2.3.1. Гидрофобность поверхности модифицированного купола контролирует скорость сканирования и экспонирования пластин. Более высокая гидрофобность означает более высокий статический угол отступающего контакта, что позволяет погруженной жидкости легче и быстрее перемещаться по пластине, не оставляя после себя остаточных капель. Таким образом, более высокая гидрофобность является ключом к максимизации производительности и в сочетании с более низким уровнем брака может также увеличить выход продукции.

2.3.2.Второй метод удержания жидкости

Еще одним способом контроля стабильности мениска является специальная конструкция погружной головки. Принимая во внимание различные углы контакта между различными резистами и покрытиями и погруженной жидкостью, конструкция погружной головки должна обеспечивать широкий рабочий диапазон при высоких скоростях сканирования. ASML сообщает, что использование новой погружной головки значительно снижает общее количество дефектов (более чем в 3 раза) при скорости сканирования 600 мм/с.

Наиболее распространенной оптимизацией погружных головок является конструкция воздушной завесы. Такая конструкция создает воздушную завесу высокого давления вокруг погруженной области, удерживая жидкость в зазоре под последним оптическим элементом.

2.3.3.Модификация поверхности погружной головки

Все вышеперечисленные модификации поверхности для контроля устойчивости мениска применяются к пластинам и основаны на однородных поверхностях, но для размещения жидкости в зазоре также можно использовать гетерогенные поверхности с контрастом смачиваемости. Учитывая, что реальный процесс литографии может не позволять гетерогенную модификацию поверхности резиста, этот метод можно применить к погружной головке.

Fountyl Technologies PTE Ltd специализируется на производстве полупроводников, основная продукция включает в себя: штыревой патрон, пористый керамический патрон, керамический концевой эффектор, керамическую квадратную балку, керамический шпиндель, добро пожаловать к контакту и переговорам！