Contact edge roughness in EUV lithography
Authors: Kuppuswamy Vijayakumar 
Published: September 2021

Τα αυξημένα στοχαστικά φαινόμενα στις νανοκατασκευαστικές διεργασίες έχουν ως αποτέλεσμα αποκλίσεις των νανοδομών από το προβλεπόμενο σχήμα τους στο σχέδιο και την ομοιομορφία των διαστάσεών τους. Στην από πάνω προς το κάτω προσέγγιση της νανοτεχνολογίας (λιθογραφικές τεχνικές) τα φαινόμενα αυτά εκδηλώνονται κυρίως στην πλευρική τραχύτητα και στη διασπορά των διαστάσεών των νανοδομών. Ιδιαίτερα στη λιθογραφία της ακραία υπεριώδους ακτινοβολίας (Extreme Ultraviolet Lithography, EUVL) τα δύο αυτά προβλήματα είναι έντονα και αποτελούν δύο από τα θέματα που πρέπει να διευθετηθούν για να χρησιμοποιηθεί η EUVL στη γραμμή παραγωγής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων με μικρότερη διάσταση <20nm τα επόμενα χρόνια. Για να γίνει αυτό, ωστόσο, απαιτείται η ανάπτυξη εργαλείων μετρολογίας και προτυποποίησης για την καλύτερη αξιολόγηγη και κατανόηση των διεργασίων και υλικών που εμπλέκονται σε αυτή. Σε αυτή τη διατριβή αναπτύξαμε και εφαρμόσαμε μεθοδολογίες για τη μετρολογία και την προτυποποίηση της τραχύτητας και της ανομοιομορφίας της διάστασης οπών επαφής. Οι οπές επαφής που εξετάσαμε έχουν κατασκευαστεί με EUVL και θα χρησιμοποιηθούν στα ηλεκτρόδια των τρανζίστορ νέας γενιάς. Η μετρολογική προσέγγισή μας βασίζεται στην ανάλυση εικόνων κάτοψης μικροσκοπίου σάρωσης ηλεκτρονικής δέσμης ενώ η προτυποποίηση στοχεύει να συμπεριλάβει τα φαινόμενα του θορύβου πρόσπτωσης των φωτονίων (ΡSN), τη διάχυση των παραγόμενων οξέων και τις παραμέτρους σχεδιασμού των οπών (διάμετρος και μεταξύ τους απόσταση). Στη συνέχεια, εφαρμόσαμε αυτά τα εργαλεία στην ανάλυση και ερμηνεία των πειραματικών αποτελεσμάτων που αφορούν την επίδραση της δόσης ακτινοβολίας του φωτοπολυμερούς και των πρόσθετων συστατικών του (φωτοπαραγωγικού οξέος (PhotoAcid Generator, PAG) και ευαισθητοποιητή) στην πλευρική τραχύτητα των οπών και στη διασπορά των διαστάσεών τους. Βρήκαμε ότι οι εξαρτήσεις της διασποράς των διαστάσεων των οπών από τη δόση και τον ευαισθητοποιητή κυριαρχούνται από τα φαινόμενα PSN ενώ όταν αυξάνεται η συγκέντρωση των μορίων του PAG παρατηρούμε μετάβαση από την περιοχή που κυριαρχεί η στοχαστικότητα λόγω των τυχαίων θέσεων των PAGs στην περιοχή που κεντρικό ρόλο παίζουν τα φαινόμενα PSN . Οι παράμετροι πλευρικής τραχύτητας που υπολογίσαμε (τυπική απόκλιση από την κυκλικότητα και μήκος συσχέτισης των ακμών των οπών) από την ανάλυση όλων των πειραμάτων που πραγματοποίηθηκαν με διαφορετικές συνθέσεις του φωτοπολυμερούς και διαφορετικές δόσεις ακτινοβόλησης δείχνουν ότι αυτές συγχωνεύονται σε μία κοινή αυξητική καμπύλη όταν τοποθετηθούν σε διάγραμμα συναρτήσει της μέσης διαμέτρου των οπών. Επιπροσθέτως, η τυπική απόκλιση της πλευρικής τραχύτητας των οπών αυξάνει με τη δόση και τη συγκέντρωση του PAG, σε αντίθεση με ό,τι συμβαίνει στις γραμμικές δομές. Η ερμηνεία των παραπάνω πειραματικών ευρημάτων μπορεί να βοηθηθεί από την ανάλυση με φάσματα ισχύος της τραχύτητας των ακμών των οπών. Σε αυτά φαίνεται η κυρίαρχη συμμετοχή των χαμηλών συχνοτήτων στη διαμόρφωση της πλευρικής τραχύτητας η οποία μπορεί να αποδοθεί σε αυξημένη αλληλεπίδραση μεταξύ γειτονικών οπών ιδίως στις κατευθύνσεις που οι ακμές τους πλησιάζουν περισσότερο.