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鍵挑戰(zhàn)之一，因為該技術正在為大批量制造做準備。反射式多層掩模體系結構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標線的污染導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構對表面氧化和污染非常敏感。因此，EUV口罩預計將經歷清洗過程，以保持大批量生產所需的壽命。在這項研究中，評估了重復清潔EUV口罩對成像性能的影響。本文使用EUV口罩，其中一個口罩經過反復清洗，另一個作為參考。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行比較。清洗后，觀察到最小的降解。清潔循環(huán)將持續(xù)進行，直到發(fā)現成像保真度明顯下降。

實驗

本文完成了兩種新的EUV標準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構。所用的覆蓋層是厚度為2.5納米的釘。任何一個面罩表面的碳污染都應該是最小的，因為在這些成像研究之前，它們還沒有被使用過。一種工業(yè)開發(fā)的清潔工藝在一個掩模上重復使用，而另一個掩模保持原樣。

清潔：

標準的濕清潔化學物質被用于清潔面罩的表面。該過程包括三個主要步驟：通過硫酸和過氧化氫的混合物去除有機物、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微曝光工具進行掩模構圖：

成像是在高級光源同步加速器設備上的MET上進行的。在這里給出的光刻結果中，使用了內部為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)增粘劑的晶片上產生80納米標稱薄膜厚度。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。每個數據集由一個11X11的聚焦和曝光網格組成，稱為聚焦曝光矩陣。每個聚焦步驟為50納米，在整個有限元中給出大約500納米的聚焦范圍，曝光劑量以5%的指數級變化。

結果和討論

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行后處理和分析，以評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對焦圖像。第一幅圖像（左）是在對掩模進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：

為每個掩模收集兩組垂直的、1:1的線和空間圖案的工藝窗口數據，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。當清潔的掩模被成像時(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間跨度內跟蹤系統(tǒng)和抗蝕劑效應。該過程產生了11個不同的圖案化樣品，每個樣品上有11×11 FE M，對于這里評估的兩個不同的特征寬度給出了22個不同的工藝窗口。

我們完成的第一個比較分析是針對BBR-07A抗蝕劑中記錄的圖案收集的數據 。將三種情況與這種抗蝕劑進行比較；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+/-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據都顯示出小于5 %的變化。這完全在過程不確定性范圍內，預計在5%到10%之間。

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表1 使用BBR-07A抗蝕劑進行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。

當比較兩個圖中的三條曲線時，通過焦點看不到太多變化。在比較所有這些指標時，我們可 以有把握地假設，經過兩次清洗后，沒有對掩模表面或圖案造成足以導致工藝變化的影響。

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圖2 在40納米和36納米時，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，支持了當前觀察到的數據差異不是清潔結果的結論。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，進一步支持了我們的結論。

總結

許多研究先前已經表明，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，需要識別能夠去除污染物同時保持掩模表面質量的清潔工藝。對于這項研究，使用一種被發(fā)現能有效去除掩模表面污染物的清潔方法來重復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)評估。這里報告了基于原子力顯微鏡的表面分析結果和光盤工藝分析結果。到目前為止，評估的表面分析數據沒有給出任何值得關注的原因。對于圖案化，兩種不同的MET基線抗蝕劑用于環(huán)形照明。?? .

總結的數據并未表明晶片間工藝誤差超出預期的變化。這就得出了一個顯而易見的結論，清潔確實有效，清潔后的口罩性能與新口罩相當。

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　　審核編輯：ymf