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Paul Scherrer研究所的极紫外干涉光刻(EUV-IL)
作者: 发布时间:2017-07-21 阅读次数:

  极紫外干涉光刻(EUV-IL)具有诸如高分辨率和生产量、以及对失准不敏感等优势,这使它成为一种强大的可用于学术和工业研究的使能技术。 

  13.5nm波段,EUV-IL因其相对简单的特点和创纪录的高分辨率图案化能力而被证明是一种强大的技术。在EUV-IL装置中,带有透射-衍射光栅的掩模被一束空间相干EUV光束照明,该光束来自波动器同步光源。然后,通过干涉两个或更多衍射相干光束,就能生成周期性图像。由双光束干涉光刻技术生成的正弦空间图像的周期是使用一阶衍射光束时的原始掩模光栅周期的一半。因此,这种方法能使通过电子束光刻技术(EBL)写入的光栅图案缩小。此外,通过使用多个光束并控制它们的相位,就能够获得通用的周期性图案和准周期性图案。然而,采用EUV-IL所能实现的最终分辨率(如半间距,HP)受到光衍射的限制。因此,虽然理论上EUV-IL可以将特征解析至4nm以下,但可实现的分辨率受光栅分辨率和其他因素的限制。 

  除了高分辨率和生产量之外,EUV-IL还带来了许多其他优势,比如消色差、对失准不敏感、以及无限的聚焦深度,这些优势使得这种光刻技术极其有用。例如,通过EUV-IL可以使高分辨率周期性图像图案化,以生成高度有序和致密的纳米结构。通过EBL使这些结构图案化可能很困难或者很耗时,但这些结构具有广泛的应用范围,比如纳米催化剂、电子和光子器件、以及基本材料分析。 

  在此项研究中,我们讨论了瑞士Paul Scherrer研究所(PSI)的EUV-IL工作的长期性能和能力。我们还描述了一些已在PSI进行的最先进研究。尤其需要提出的是,我们主要关注PSIX射线干涉光刻(XIL)光束线,它被同位置的Swiss光源照明。 

  通过使用由氧化硅衍射光栅组成的掩模,我们已经能实现低至10nm HP的分辨率。通过来自氢倍半硅氧烷的EBL,这些光栅被直接写在氮化硅膜上(厚度不超过100nm)。然而,低于10nm HP时,氧化硅光栅的使用极大地降低了EUV衍射效率(1%)。虽然使用的是基于氧化锡和氧化铪(图1)的新型抗蚀剂,但还是通过PSIEUV-IL实现了创新高的、低至7nm HP的亚10nm分辨率致密图案。当暴露在电子或光子束之下时,这些负性的、基于金属氧化物的抗蚀剂能够轻易地被旋涂并直接图案化。这能够实现直接制造具有高衍射效率的光栅,这些光栅足以使具有低至5nm HP(约3%)分辨率的图像图案化。此外,采用倍增制造方法,我们能生成带有铱光栅(高衍射效率)的掩模,它能通过光刻方式图案化一个令人印象深刻的6nm HP:见图2d)和(e)。我们还将图案转移运用到绝缘硅片衬底上,以制造超薄的、由线宽低至6.5nm的悬浮硅纳米线组成的有序阵列:见图2f)。我们计划将这些阵列作为场效应晶体管、生物传感器或热电器件来研究。 

   

  1.半间距(HP)分辨率为9–6nm的线/间隔(L/S)图案的扫描电子显微镜(SEM)图像。这些图案是通过基于氢倍半硅氧烷(具有高分辨率负性电子束或EUV抗蚀剂)的EUV-IL获得的,且使用了通过电子束光刻直接图案化的氧化锡(ab)和氧化铪光栅(c),以及通过间距加倍法制造的铱光栅(de)。6.5nm线宽的硅纳米线的俯视SEM显微图(f),是通过来自EUV-IL所生成的图案的反应离子蚀刻直接转化而来,通过执行Piranha溶液的连续周期而变薄并缓冲氢氟酸浸渍。V1V2:规模指标. 

  EUV-IL的另一项应用是研发在大面积区域上具有精确纳米颗粒尺寸和位置的模型系统,因为EUV-IL具有较高的分辨率和相对高的生产量。特别是,我们已经表明EUV消色差Talbot光刻(ATL)能产生明确的点尺寸,EUV-ATL是另一种简单而强大的干涉方案,它使用单个光栅并以Talbot效应为基础。采用步进重复EUV-ATL曝光,我们获得了15nm的点,这些点的间距为100nm并高度均匀地分布在几平方厘米的面积上。这种IL技术为纳米催化领域带来了巨大的机会,该领域中的单粒子级研究有必要更深入地了解化学机制。我们还研发了一种在13.5nmEUV波段直接测量光致抗蚀剂的吸收和Dill参数的新方法。这些都是精确模拟和模制光致抗蚀剂的剂量响应所需的参数,但它们都因为缺乏明亮的EUV光源而没有得到广泛研究。 

  EUV-IL还广泛用于EUV光致抗蚀剂测试和研发,实现了在可获得工业曝光工具之前进行研究。EUV-IL的明确和高分辨率空间成像,加上其相对较低的成本使得它成为评估EUV光致抗蚀剂及其适时研发的重要工具。就目前而言这一点尤为重要,因为根据预测(半导体行业路线图),在7nm节点将EUV光刻(EUVL)引入大批量制造将在不远的将来发生。因此,我们评估了由来自世界各地不同供应商提供的数百种最先进的EUV材料。在这些材料中,我们确定了几种很有前景的用于未来测试的化学放大抗蚀剂(CAR)候选材料。候选材料能同时满足灵敏度(最佳能量)、线宽粗糙度和曝光宽容度要求,以便在7nm逻辑节点(16nm HP)将EUVL成功引入到大批量制造中。虽然能很好地分辨13nm HP5nm节点)及以下的几种抗蚀剂,但图案折叠和收缩仍限制着CAR的曝光宽容度。然而,图2中,我们展示了一种高性能的CAR。案例以最小的图案折叠和桥接顺利地被分解至1211nm HP。虽然该CAR案例异乎寻常,但它清楚地表明13nm分辨率及以下对替代抗蚀剂溶液仍有迫切需要。 

   

  2.  SEM L/S图像以12nma)和11nm HPb)分辨率展示了最高性能的化学放大抗蚀剂中的一种,所观察到的图案折叠和桥接是最小的. 

  总之,我们提出了一些案例,展示了将EUV-IL作为强大的使能技术用于学术和工业研究的情况。我们相信将来EUV-IL进入大批量制造阶段,人们对EUV-IL的关注会持续增长。因此,我们将继续与业界合作以研发用于5nm节点及以上的抗蚀剂技术。我们还将继续实现只有通过EUV-IL才有可能达成的高分辨率周期性结构加工。 

  (曹    译自 Extreme-UV interference lithography at the Paul Scherrer Institutespie.org2016-10-10 

 
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