極紫外光微影之高階材料檢測分析：材料世界網

楊長庭、劉鈰誼 / 工研院材化所

本文針對極紫外光微影(EUV)技術所需之光罩製作、極紫外光光阻研發評估過程中所需之檢測技術的發展和前景做一相關介紹。通過EUV干涉微影技術，可以產生高效率與高解析度之一維與二維的光阻圖型，因此非常適合當作光阻開發之評估工具。目前瑞士Paul Scherrer Institute (PSI)的EUV-IL技術居於世界領先地位，其解析度可達6奈米半間距。正因如此，隨著臨界尺寸持續微縮，量測技術也變得越來越關鍵。

【內文精選】

前言

因應行動裝置、物聯網(IoT)、智慧車用電子和高效能運算(HPC)等眾多產品之蓬勃發展，積體電路製程技術也需不斷地微縮，以容納更多的電晶體，增加其運算效能。依據摩爾定律，半導體晶片之元件密度會逐年提升，其中如何提高元件密度，關鍵因子就在微影製程解析度之演進。利用193奈米波長之光學浸潤式(Immersion)微影技術，加上解析度增強技術(Resolution Enhancement Techniques)、多重曝光(Multiple Exposure)等改善技術，可以將半導體技術節點推進到10奈米半間距(Half-pitch)。然而，隨著間距需微縮到7奈米以下時，此時需要多道光罩(Mask)來對準曝光，因此，製程困難度與成本的上升使得晶片無法有經濟效益的量產。與193 nm浸潤式微影製程相較之下，極紫外光微影(EUV)具有更短之波長，因此，可以獲得更小之臨界尺寸(Critical Dimension; CD)。該關鍵技術之困難點包括：無缺陷光罩之製備、優異之光阻性能、高功率高穩定度之光源、光罩之保護等。

極紫外光光罩缺陷檢測

目前商用之EUV波長為13.5 nm，在此波段內，EUV光容易被大部分物質與空氣所吸收，所以無法以前代深紫外光(DeepUltraviolet; DUV)之穿透/折射光學元件架構進行製備，必須改以反射式進行EUV光罩製備，一般多以多層膜結構為主。圖一為Luong等人製備之EUV光罩剖面示意圖，以低熱膨脹係數的基板鍍上約40~50層之鉬(約3奈米)、矽(約4奈米)交錯結構作為反射層，隨後沉積一層鉭基吸收層，後續以電子束微影技術定義出保護層區域，再利用蝕刻技術移除不要之吸收層，完成反射式EUV光罩。EUV光罩反射層之規格與製作困難度與傳統DUV微影光罩相差甚遠。對於波長13.5奈米的反射面而言，只要有相當於1/4波長3.375奈米的平坦度差別即會造成破壞性干涉。除此之外，任何在生產中落入光罩的微粒都有可能造成高度偏差並導致相缺陷，而在低熱膨脹材料(LTEM)基板中的任何不規則凹凸坑，亦可能透過薄膜堆疊擴展成為相缺陷。因此，EUV光罩的製作與缺陷檢測，是成為EUV微影技術是否具量產價值的成敗關鍵。

極紫外光干涉微影技術應用於EUV光阻性能評估

1. 極紫外光干涉微影技術

在光阻材料開發或評估過程中，需要實際的微影製程以驗證光阻材料本身的性質，包括感光度、對比度、解析度、釋氣率等，才能真正進入到量產應用階段。然而現有的EUV微影系統非常昂貴，加上系統內的光學元件對於潔淨度要求極高，因此，不適合提供研究新開發或待驗證的光阻。電子束微影雖然也可以製造達7奈米以下之臨界尺寸，但因其有低之吞吐量(Throughput)，因此，不適合用來當作量產製程。相較於電子束微影，EUV干涉微影具有高吞吐量、高解析度、大面積及高密度週期性圖案化能力，搭配干涉式光柵光罩(Grating Mask)的組合，可產生直線與圓洞等不同幾何形狀的奈米結構，因此，非常適合作為光阻評估的微影工具。

圖五、極紫外光干涉微影原理示意

電鏡技術應用於光阻缺陷檢測

1. 聚焦離子束製備高分子樣品

聚焦離子束(Focused Ion Beam; FIB)設備利用高能離子入射樣品，藉由離子的高動能將材料原子以濺射方式移除，以達到切削樣品的目的，而部分的動能則會轉換成熱能擴散至離子束加工區域的周圍。由於光阻屬於高分子材料，本身的導熱能力遠比金屬材料差（導熱係數：高分子~0.1 W·m^-1·K^-1；鋁金屬~237 W·m^-1·K^-1），因此相較於金屬或半導體材料更容易產生局部樣品升溫現象；而一般高分子材料的Tg點---此為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。