Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0004

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0004
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
Общество с ограниченной ответственностью "ЭУФ Лабс"
Название доклада
Разработка актинического источника излучения для инспекции наноструктур в области нано и микроэлектроники
Докладчик
Христофоров Олег Борисович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
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.
Актуальность и новизна исследования
Промышленная технология изготовления интегральных схем (ИС) обеспечивает минимальный характеристический размер 32 нм. Среди существующих альтернативных технологий дальнейшего уменьшения чипов наиболее привлекательной является EUVL – проекционная фотолитография с использованием излучения на длине волны 13,5 нм, призванная обеспечить производство ИС 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. 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. В данной работе будет применен новаторский подход, позволяющий избавиться от ряда недостатков метода лазерно-индуцированной плазмы - использование возобновляемой мишени.
Описание исследования

Яркость источника излучения определяется его средней мощностью излучающейся с единицы его поверхности в единицу телесного угла и обычно имеет размерность Вт/мм2 ср. Поэтому для построения источника излучения с высокой яркостью необходимо помимо увеличения средней мощности излучения уменьшать площадь его излучающей части. Также необходимо отметить, что другой особенностью актинических ЭУФ источников излучения предназначенных для инспекции масок в ЭУФ литографии, является требование малой величины (10-2-10-4 мм2 ср) такой физической величины как этендюа, определяемой как произведение площади излучаемого источника на телесный угол, в котором это излучение собирается. Таким образом, маленький размер излучающей плазмы обеспечивает необходимые условия для эффективного сбора излучения оптической коллекторной системой. Другим важным техническим требованием является пространственная стабильность излучающей плазмы на уровне не менее 3% от размеров самого источника. Наконец, актинический ЭУФ источник должен быть чистым, т.е. необходимо минимизировать количество фрагментов мишени и плазменных продуктов, наличие которых ограничивает ресурс работы дорогостоящей оптической системы сбора излучения.

В рамках проекта исследован ряд способов получения плазмы, для выбора оптимального пути построения источника актинического излучения, удовлетворяющего всем перечисленным требованиям.  По результатам анализа нескольких экспериментов определены два основных направления исследований. Оба подхода базируются на методе лазерно-индуцированной плазмы, те плазмы возникающей при воздействии мощного лазерного излучения на металлическую мишень.

Первое направление основано на применении мишеней на основе жидкометаллических капель из олова или оловосодержащих сплавов. Этот подход предполагает импульсно-периодическое формирование жидкометаллических капель с частотой следования до нескольких килогерц. Размер капель должен выбираться из соображений соответствия размера пятна сфокусированного лазерного излучения и максимального «сжигания» материала капли.

В качестве другого типа мишени во втором направлении исследований используется струя жидкого олова, в которую фокусируется лазерное излучение.  При достаточной скорости струи каждый следующий лазерный импульс  попадает на новое невозмущенное предыдущим импульсом место струи, что должно обеспечить стабильность импульсов ЭУФ излучения.

Реализация подходов, включающая  разработку конструкторской документации и технологических инструкций, разработку и построение экспериментального стенда для проверки отдельных ключевых узлов, оптимизацию рабочих параметров, непосредственно изготовление источника и его проверка по программам и методикам испытаний, является основной целью работы.

Так же в проекте рассмотрены  экспериментальные и методические подходы для регистрации выходных параметров в нанометровом диапазоне спектра необходимые при исследовании пространственных, временных и энергетических характеристик излучающей области.Предложено решение проблемы загрязнения многослойной интерференционной оптики, являющейся одним из ключевых элементов систем сбора и проецирования излучения в современных прототипах. Методика очистки основывается на осуществлении протока плазмобразующего газа- водорода вблизи поверхности многослойного ЭУФ зеркала, образовании у поверхности зеркал ЭУФ индуцированной плазмы, и взаимодействии ЭУФ индуцированной плазмы с загрязненной поверхностью с образованием летучих соединений углеводородов, в частности CH3. Другим аспектом исследований задач, стоящих при создании основ элементной базы литографического производства, стала разработка зондовой методики, позволяющей исследовать ЭУФ индуцированную плазму малой плотности, используемую для очистки поверхности, поскольку другие традиционные методы показывают низкую чувствительность для такого объекта.

 

 

 

Результаты исследования

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.
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.
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 изготовлены отдельные элементы, узлы и системы лабораторного образца актинического источника излучения.
По разработанной технической документации изготовлен экспериментальный стенд для исследования отдельных частей и собранного лабораторного образца актинического источника излучения с двумя вариантами блока  жидкометаллических мишеней.
Экспериментально исследованы ключевые узлы 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 быстрой 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.
По разработанным программам и методикам испытаний осуществлена проверка отдельных узлов, экспериментов и систем, в результате которой скорректирована конструкторская документация. Изменения коснулись материалов, контактирующих с жидким металлом, в целях предотвращения возникновения продуктов реакции, снижающих стабильность работы.
При исследовании источника для оптимизации способа доставки рабочего тела в область взаимодействия с лазерным излучением проведено сравнение двух направлений построения актинического источника излучения и принято решения отказаться от струйной мишени, тк капельная мишень обеспечивает более эффективный сбор излучения и более стабильную поверхность мишени.
Изготовлен лабораторный образец актинического источника излучения. Проведены пуско-наладочные работы.
Разработаны методы минимизации образования и разлета загрязняющих плазменных продуктов и найдены физические условия, позволяющие сохранить энергетические и пространственные параметры актинического источника излучения при импульсно-периодическом режиме работы с высокой частотой следования импульсов.
Проведены испытания, подтверждающие достижение заявленных параметров.
Заключительной стадией проекта является обобщение и оценка результатов эксперимента, разработка технико-экономического обоснования и технического задания на опытно-конструкторские работы по результатам исследований.

Практическая значимость исследования
Для производства одной микросхемы требуется набор из 20-60 масок. Одна ошибка при изготовлении маски может стоить несколько 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.
В результате проведенных исследований 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;
- 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. 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.
Постер

14.579.21.0004.ppt