Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка актинического источника излучения для инспекции наноструктур в области нано и микроэлектроники

Номер контракта: 14.579.21.0004

Руководитель: Виноходов Александр Юрьевич

Должность руководителя: генеральный директор

Докладчик: Христофоров Олег Борисович, старший научный сотрудник

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
экстремальный ультрафиолет(эуф), наноэлектроника, проекционная эуф литография, наноструктура, плазменный источник эуф излучения, эуф источник на основе лазерной плазмы, яркость источника, средняя мощность эуф излучения, энергетическая и пространственная стабильность, диаграмма направленности излучения, площадь источника, маска.

Цель проекта:
Цель проекта - проведение экспериментальных исследований источников коротковолнового излучения на основе лазерной плазмы и разработки на их основе прототипа промышленного актинического яркостного источника с длиной волны излучения 13.5 нм, предназначенного для оптической инспекции наноструктур в области нано- и микроэлектроники. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие первостепенные задачи: Исследование физических процессов, определяющих получение горячей лазерной плазмы с требуемыми параметрами. Исследование физических явлений, возникающих при импульсно-периодическом режиме ввода энергии с высокой частотой следования импульсов и его влияния на излучательные характеристики плазмы. Исследование физических условий, обеспечивающих энергетическую и пространственную стабильность излучающей плазмы. Исследование методов, минимизирующих образование и разлет загрязняющих плазменных продуктов. Исследование методов получения стабильных параметров рабочего вещества (мишени). Проектирование и разработка актинического яркостного источника экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения, предназначенного для инспекции наноструктур. Изготовление и проведение испытаний актинического источника излучения для инспекции наноструктур в области нано- и микроэлектроники.

Основные планируемые результаты проекта:
Создание экспериментального стенда для исследования ЭУФ источников на основе лазерной плазмы жидкометаллических мишеней.
Определение условий получение лазерной плазмы малого (< 0,3 мм) размера, высокоэффективно (CE13,5~2%) излучающей в спектральном диапазоне 13.5±0.135 нм, отвечающем максимуму отражения многослойных Mo/Si зеркал.
Достижение в этом спектральном диапазоне яркости излучения В13,5 не менее 200 Вт/мм2 ср в соответствии с требованиями к источникам для актинической инспекции ЭУФ масок.
Определение физических условий, обеспечивающих энергетическую и пространственную стабильность ЭУФ источника.
Разработка методов, минимизирующих образование и разлет загрязняющих плазменных продуктов.
Разработка методов получения стабильных параметров жидкометаллической лазерной мишени.
Создание, исследование и испытания лабораторного образца высокояркостного актинического ЭУФ источника по разработанным Программе и методикам.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Промышленная технология изготовления ИС в настоящее время обеспечивает минимальный характеристический размер равный 32 нм. Среди существующих альтернативных технологий наиболее привлекательной является EUVL – технология проекционной фотолитографии с использованием излучения на длине волны 13,5 нм, призванная обеспечить крупномасштабное производство ИС нового поколения по технологическим нормам 22 нм и менее.
Контроль критических размеров элементов ИС является одним из наиболее важных метрологических процессов современной крупномасштабной нанолитографии. Высокая стоимость анализа и повышенная чувствительность низкоразмерных структур к внешним воздействиям приводят к смещению общего подхода в литографическом производстве от анализа ИС к анализу масок/фотошаблонов. В «классическом» варианте дефекты на фотошаблоне исправляли после анализа дефектов в слоях чипа. Сейчас для контроля при производстве чипов планируется контролировать непосредственно фотошаблоны в процессе как их производства, так и работы. Таким образом, производство бездефектных масок и их диагностика в течение всего времени эксплуатации являются одной из ключевых проблем ЭУФ литографии, поскольку при наличии дефектов маски они проецируются на кремниевую подложку с фоторезистом, делая ее непригодной для использования. Для производства одной микросхемы требуется набор из 20-60 масок. Одна ошибка при изготовлении маски может стоить неcколько млн. долларов. В то же время, стоимость диагностического комплекса для инспекции масок будет составлять около 5 млн. долларов, т.е. стоимость эксплуатации нескольких дефектных масок окупит стоимость комплекса для инспекции масок. Стоимость производства одной маски для ЭУФ литографии составляет 100÷300 тысяч долларов. По минимальным оценкам рынок ЭУФ масок к 2020 году оценивается в 500 млн. долларов. Поэтому наличие инструментов для инспекции масок является одним из ключевых параметров успеха технологии ЭУФ литографии. Нерешенность проблемы инспекции масок в настоящее время, является одним из сдерживающих факторов развития ЭУФ литографии.
Для обнаружения и регистрации дефектов используют сканирование маски излучением, длина волны которого совпадает с рабочей длиной волны нанолитографа. Термином Actinic Inspection (AI) в технологии литографии обозначается инспекция и диагностика излучением с длинной волны равной длине волны рабочего излучения. Соответственно, диагностическое устройство для ЭУФ литографии должно быть оснащено источником излучения на 13,5 нм.
Над созданием источников, которые могут применяться для диагностики литографических ЭУФ масок в мире, работает несколько компаний и научных команд, имеющих различные подходы к решению этой проблемы. Ни одна из них не представила решения, на момент начала выполнения проекта.
Сейчас можно заметить два основных подхода к созданию источника ЭУФ излучения так или иначе лежащих в основе любого современного прототипа: генерация разрядной (DPP) или лазерной плазмы (LPP). Реализация DPP источника сопряжена с рядом трудностей, затрудняющих внедрение в производство и для целей выявления дефектов литографических масок. К неразрешенным проблемам относится высокая степень загрязнения, эрозия материала электродов, малый ресурс работы, необходимость замены электродов. Другой важной проблемой является недостаточная яркость существующих источников, не позволяющая применять представленные подходы по безэлектродной генерации. В LPP EUV источниках отсутствуют продукты эрозии, но загрязнение при использовании твердотельной или жидкой мишени, тем или иным образом, вредит многослойной оптике брызгами, остатками продуктов абляции.
Согласно проведенному моделированию и предварительным экспериментам, новаторским решением, позволяющим устранить загрязнение, повысить ресурс работы источника, не теряя при этом яркости излучения может стать использование капельной мишени.
Актуальность развития направления, связанного с разработкой технологий для актинического источника ЭУФ излучения, обусловлена тем, что в настоящее время проблема создания высокояркостного источника на 13,5 нм для инспекции литографических масок не решена.
Актуальными вопросами являются выбор эффективного плазмообразующего вещества - Sn и его сплавов, либо Li, выбор типа мишени, а также компактной, стабильной, надежной и эффективной лазерной системы.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
В результате выполнения проекта должен быть разработан высокояркостный источник ЭУФ излучения для выполнения диагностики наноструктур; основное использование данного источника- актиническая инспекции литографических ЭУФ масок при их изготовлении и при использовании в широкомасштабном производстве ИС сверхвысокого разрешения. Результаты НИР будут являться фундаментом для дальнейших технологических разработок в рамках ОКР по следующим направлениям:
- методы и аппаратурные комплексы диагностики масок в ЭУФ литографических машинах по нормам Substrate inspection, Blank inspection, Pattern inspection, AIMS inspection;
- методы и аппаратурные комплексы диагностики загрязнения кремниевых пластин (wafer) в ЭУФ литографических машинах,
- метрологическое оборудование для ЭУФ технологии,
- разработка основ компонентной базы для ЭУФ литографии с длиной волны 13.5 нм,
Метод диагностики дефектов масок, основанный на сканировании их актиническим излучением с длиной волны 13,5 нм, является безальтернативным из-за своей информационной насыщенности и достаточности, поэтому создание на его основе прибора для диагностики масок ЭУФ литографии, безусловно, входит в приоритеты мирового научно-технического развития.
Результаты исследований позволят разработать новые подходы к решению задач оптической нанодиагностики. Они могут быть применены в материаловедении для более информативного определения параметров создаваемых наноструктур. В результате осуществления проекта впервые будет создан источник ЭУФ излучения, позволяющий осуществлять многофункциональную диагностику масок для проекционной ЭУФ литографии приблизив тем самым промышленный выпуск процессоров по новому технологическому процессу.

Текущие результаты проекта:
Выполнен анализ научно-технической, нормативной, методической литературы.
Проведены патентные исследования по ГОСТ 15.011-96.
Разработаны и обоснованы экспериментальные и методические подходы для регистрации выходных параметров источника в нанометровом
диапазоне спектра. Выработанные подходы основаны на применении комплекса уникальных компактных мобильных диагностических
приборов, созданных участниками проекта для ЭУФ литографии.
Разработаны и экспериментально исследованы лабораторные методы получения следующих видов высокотемпературной плазмы,
эффективно излучающей в области 13,5 нм ±1%:
- газоразрядной плазмы на основе Z- пинча в ксеноне; получены рекордные для данного типа источника значения яркости излучения на 13,5 нм,
-лазерно- инициируемой разрядной плазмы со струйными жидкометаллическими электродами, имеющими практически неограниченный ресурс;
- лазерной плазмы; для этого типа источника получены наибольшая эффективность.
Выбранное в ходе предварительных исследований направление разработки высокояркостного актинического источника основано на
использовании лазерной- плазмы жидкометаллических капельных мишеней с ограниченной массой и применением высокоэффективной
лазерной системы с предымпульсом на основе твердотельных лазеров.
Разработана методика решения проблемы загрязнения ЭУФ оптики, основанная на введении водорода в проекционную камеру и удалении
загрязнений с помощью ЭУФ индуцированной плазмы малой плотности. Разработан метод исследования ЭУФ индуцированной плазмы с использованием зондов Ленгмюра. Проведены экспериментальные работы:
-проверка модели образования ЭУФ индуцированной плазмы;
-оценка плотности ЭУФ индуцированной плазмы водорода;
-проведение зондовых измерений в ЭУФ плазме.
Разработана эскизная конструкторская документация (ЭКД) и технологические инструкции на лабораторный образец актинического источника излучения для двух вариантов блока лазерных жидкометаллических мишеней. В соответствии с ЭКД в комплектности, установленной техническими требованиями, изготовлены отдельные элементы, узлы и системы лабораторного образца актинического источника излучения.
Разработана техническая документация на экспериментальный стенд для исследования созданного лабораторного образца актинического источника излучения с двумя вариантами блока лазерных жидкометаллических мишеней.
В соответствии с ЭКД изготовлен экспериментальный стенд для исследования источников ЭУФ излучения.
Экспериментально исследованы отдельные системы, узлы и элементы лабораторного образца актинического источника излучения, в частности:
-Исследованы режимы работы генератора капель в широком диапазоне параметров;
-Система визуализации и диагностики капель на основе метода теневой фотографии с ультрабыстрой вспышкой;
-Разработана и испытана система синхронизации капель с лазерным излучением, на основе отраженного от летящей капли лазерного излучения, позволяющая совмещать лазерный луч с каплей с точностью не хуже 1 мкм
-При использовании капельной мишени из эвтектического сплава In-Sn получена эффективность конверсии лазерной энергии в энергию ЭУФ диапазона (13,5 нм±1%) равная 2,7%/2 Пи*ср, размер излучающая в ЭУФ диапазоне области плазмы 60 мкм.