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引言
目前，193纳米光刻的K1远低于0.4，显著增加了整个光刻工艺的工艺复杂性和成本。ITRS要求32 nm和22 nm节点分别实现1.7 nm和1.2 nm的LWR (3s)，剂量灵敏度为(5至15) mJ/cm2。为了理解剂量灵敏度、LWR和分辨率之间的权衡，需要使用模型EUV光致抗蚀剂系统研究潜像形成和显影图像的组合效应。以前对这种模型光致抗蚀剂聚合物中酸扩散的研究表明，去保护分布的空间范围随着剂量或酸浓度的增加而增加，但即使不使用碱猝灭剂2，3，它也能自限于光致抗蚀剂的未曝光区域。我们研究了PAG负载和显影剂强度对EUV图案保真度的影响。
实验
使用的模型光致抗蚀剂是聚(羟基苯乙烯-丙烯酸共叔丁酯)(P(HOSt-co-tBA))(数均相对摩尔质量(Mn) = 11，459 g/mol，多分散指数(PDI) = 1.83，含有49摩尔%的HOSt和51摩尔%的tBA(杜邦电子聚合物)。该模型光致抗蚀剂和显影剂溶液中不含其他添加剂，因此可以对PAG加载和显影剂强度的影响进行受控研究。当提到PAG载荷(或浓度)时，从这一点开始，它将被暗示为质量百分比。对于对比曲线表征，SEMATECH-North Albany抗蚀剂测试中心Exitech MET与相同的PAB和PEB一起用作模式研究。在所有晶片上的EUV曝光之后，立即在90℃下进行30 s的曝光后烘焙，并使用各种浓度的TMAH显影60 s，然后用去离子水冲洗。
使用模型光致抗蚀剂系统的主要目的是用更少的材料参数理解从潜像到显影图像的图案转移，而不是最大化图案分辨率。为了进行线宽粗糙度性能比较，对120纳米和100纳米设计线宽子场以1:3的半嵌套间距进行数据分析，以最小化聚焦效应6。使用离线临界尺寸测量软件，从上到下对放大100，000倍的扫描电镜图像进行LWR分析。扫描电子显微镜图像是从最佳焦点处的3×3明场测试图案的中心场模具拍摄的。对于每个EUV曝光剂量条件，从120纳米和100纳米1:3子场图案内的几个随机位置捕获扫描电镜图像。CD和LWR (3s)的离线测量分析在0.5 pm长度上的每个捕获的自上而下SEM图像内的3条线上进行。本研究中使用的航空图像强度剖面和图像对数斜率是通过将ALS MET特定像差文件导入航空图像模拟器获得的。
图1显示了在用3种不同的三甲基氯化铵显影剂浓度(0.26牛顿、0.1牛顿、0.065牛顿)显影后，5 %和15 % PAG加载的归一化抗蚀剂厚度与EUV剂量的关系。EUV剂量清除(E0)对显影剂强度的依赖性在两种PAG载荷下都观察到，在显影剂较弱的对比曲线中有明显的拖尾力量。然而，对于给定的PAG载荷，对比度斜率随着显影剂强度保持不变。对比曲线中尾部较长的原因目前尚不清楚，需要进一步研究。
图1
不同PAG浓度(mmole/g)下清除50 %初始膜厚(E50)所需的EUV剂量受显影剂强度的影响如图2所示。选择清除50 %薄膜厚度的剂量，以消除显影剂强度较低时突出显示的对比曲线尾部。该图说明了显影剂强度对调节EUV光刻胶模型中表观剂量灵敏度的影响。因此，尽管较低的显影剂强度对于抗蚀剂敏感性来说是不希望的，但是在较高的PAG负载下，该效果具有较小的工艺变化，适合于微调EUV光刻胶性能的工艺条件。
图2
图6
图6显示了PAG负荷对LWR的影响，与同一天在LBNL气象站用0.065 N TMAH开发的暴露样本进行了比较。它显示了图像对数斜率的LWR相关性(图6 a)，并证明了在EUV曝光下，我们的模型光刻胶中15 %的较高PAG加载与较低的显影剂强度相结合所实现的LWR性能改善(图6 b)。累积概率图如图6所示。(b)使用CD偏差在-15纳米至+15纳米范围内的LWR数据。对于在0.065 N TMAH中开发的模型光致抗蚀剂，15 % PAG负载下的平均LWR值为6.5 nm，而PAG负载下的平均值为11.8 nm。与3 %的PAG加载相比，10 %的PAG加载数据是唯一一组未显示LWR改进的数据，并且无法确定根本原因。
如图9所示，尝试使用化学力显微拷贝12来解析凹坑形成的潜像(在TMAH显影之前)。它清楚地显示了对于5 mJ/cm2，3 %和15 % PAG加载潜像之间的差异，突出了去保护图像形成在该具体例子中是PAG有限的，但是孔或袋的形成不能从这些样品中分辨出来。进一步的研究正在进行中，以将潜像与EUV曝光的模型光刻胶的显影图像相关联，以查看潜像去保护不均一性是否是空穴/口袋形成和最终图案保真度的原因。
讨论和结果
我们已经展示了模型EUV光刻胶系统的图案化能力。这是研究氢氧化物水溶液显影对清晰潜像到最终图案的影响的第一步，可能有助于澄清分辨率限制的来源，并确定提高分辨率的处理策略。使用一系列PAG载荷和显影剂强度进行对比相关实验。结果表明，在我们的EUV光刻胶模型中，较高的PAG负载量和较低的三甲基环己烷显影液浓度有助于降低LWR。在最高PAG负载(15 %)下，我们没有观察到性能问题。线条形成之前会出现可能与潜像或显影效果有关的孔洞和凹穴。