半导体先进制程中EUV光刻胶的线顶损耗和线顶粗糙度的AFM表征 [1]

光刻胶材料的开发和优化是推进EUV图形化技术的关键组成部分。光刻胶配方的改进目标是减少随机图形化失效，例如形成微桥和接近EUV光刻分辨率极限节距处的断线。此外，任何旨在改善上述随机失效的光刻胶分子成份的修饰也可能影响光刻胶顶部损耗、粗糙度、表面轮廓和临界尺寸（CD）的均匀性。通常光学或电子束检测技术会用于光刻胶缺陷性方面的评估。然而CD-SEM测量精度受到由于电子束照射光刻胶收缩的影响^[2]。为了避免电子照射导致的光刻胶收缩，可以使用光学CD散射测量（OCD），但散射测量要求被检测样品有周期性，样品的大小至少为探测光束的延伸抵达样品的光斑范围大小，并且获得的信息（例如光刻胶CD和高度）是探测面积的平均值。此外，散射测量是一种基于模型的技术，需要参照计量来进行精度校准。最合适的非破坏性在线测量技术是原子力显微镜（AFM）。它能够准确地对任意布局的局部图案进行成像，可以测量CD、粗糙度、和高度等。本工作的作者用AFM表征光刻胶，以帮助加快对光刻胶新配方的评估，并初步预估电路良率。在这里关联缺陷检测和电路良率结果，介绍并讨论了两个新的光刻胶表征指标，即线顶损耗(LTL)和线顶粗糙度(LTR)。

本文作者比较了两种用于线阵图形化的正性化学放大EUV光刻胶， A和B。光刻曝光在EUV曝光仪（ASML NXE：3300B）上使用简单的基板/BARC/光刻胶进行。除了偶极照射（D90X）外，还使用了三个优化的类偶极的照射器（SMO1，SMO2，SMO3）。AFM对14 nm至125 nm半节距的线阵结构进行了相关研究，主要测量参数为不同半节距结构和不同光刻胶材料的LTL和LTR。AFM使用具有pN力反馈灵敏度的工作模式（TrueSense 模式）与新型SAA-5-50探针相结合，可实现低至20 nm半节距的光刻胶表征。此方法允许在小节距下直接测量光刻胶线高度，更重要的是，可以探测光刻胶轮廓信息，包括显影后光刻胶残存和微桥。具体测量分析方法，参见图1和图2。

与节距和照射相关的 LTL 结果显示，该指标与断线缺陷密度不相关（图3），因此无法用于良率预测。具有相对大的LTL值的光刻胶显示出较低的断线缺陷密度。了解LTL与节距和照射的相关性，对于光刻胶仿真和蚀刻显影非常有价值。

两种EUV光刻胶的LTR表征显示LTR确实与此处讨论的两种光刻胶的缺陷率和良率结果相关。LTR较低（平均降低9%）的光刻胶产生的断线缺陷明显减少，并且具有更好的良率（光刻胶B）, 而光刻胶A电路良率低的主要因素是断线。因此，显影后的LTR分析可于新型光刻胶配方的早期筛选，并有助于预测节点和曝光剂量 （图4），帮助良率预测。此外，发现LTR与线侧粗糙度（LER）无关，LER主要是由于界面效应驱动的化学成分的垂直浓度分布决定 。

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InSight AFP机型的产品介绍网址：

https://www.bruker.com/zh/products-and-solutions/semiconductor-solutions/automated-afm-metrology/insight-afp.html

参考文献

1.D. Schmidt, K. Petrillo, M. Breton, J. Fullam, S. Hand, J. Osborne, W. Wang, and D. Fey "Line top loss and line top roughness characterizations of EUV resists", Proc. SPIE 11325, Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XXXIV, 113250T (20 March 2020)

2.Shimon Levi, Ishai Schwarzband, Angela Karvtsov, Matan Tobayas, Hans-Jurgen Stock, Thomas Muelders, Sean Hand, and Jason Osborne "3D optical proximity model optimization using inline 3DSEM metrology", Proc. SPIE 10959, Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XXXIII, 109591L (16 April 2019)