详解High-k1 EUV 光刻中光子分布熵随机效应

EUV 光刻的最新进展主要集中在“低 k1”成像上，即间距小于波长除以数值孔径 (k1<0.5) 的特征。标称波长为 13.5 nm，数值孔径为 0.33，这意味着低于 40 nm 的间距。自然预期更大的间距会更容易成像。然而，仔细观察就会发现情况远非微不足道。

图 1.（左）56 nm x 98 nm 晶胞的瞳孔图。（右）40 nm x 70 nm 细胞的瞳孔图。波长=13.5nm，NA=0.33。每种颜色代表来自掩模图案的不同衍射平面波组合的不同干涉图案。

图 1 表明具有较大间距 (56 nm x, 98 nm y) 的图像将包含比较小间距 (40 nm x, 70 nm y) 更大的衍射级组合。这种组合的熵（与可能组合数量的自然对数成正比）更高。右侧较低的 k1（较小的间距）情况包括最多两个或三个衍射平面波的干涉图案，熵低得多。另一方面，较高 k1 的情况包括不少于四个衍射平面波的干涉图案。

图 2. 对于较高 k1 的情况，不同的照明源点产生截然不同的图像。六极杆实际上产生的图案除了方向之外略有不同。

图 2 显示不同的照明可以产生非常不同的图像，与掩模上的图案或目标图案不相似。由照明组合产生的此类图像的组合可以产生更接近目标的东西，即圆形斑点的六边形阵列（图 3）。然而，由于光子数在不同分量之间分裂，施加到光刻胶层的剂量必须在不同分量图像之间分配，导致每个分量的噪声相对较大。每个分量图像较少的光子导致增强的泊松散粒噪声 [1]。

图 3. 图 2（左）中照明源的组合对于产生靠近目标的图像（右）是必要的。

增强的噪声在许多方面都很明显。首先，它出现在 56 nm x 98 nm 单元内印刷的 ~300 nm^2 (4-5%) 和 ~200 nm^2 (>9%) 触点的随机变化随机区域中（图 4）。

图 4. 两种不同平滑度（平均 3 x 3 像素和平均 5 x 5 nm 像素）下，~300 nm^2 触点（左）和~200 nm^2 触点（右）的接触面积随机趋势。假设标称光子密度为 40/nm^2。

虽然每 1.4 nm 像素 80 个边缘光子计数允许对散粒噪声进行一些控制，但正如预期的那样，较小的接触受到相对噪声的影响更大。

噪声还表现为 X 位置/Y 位置误差的 1.4 nm（一个像素）摆动（图 5）以及 Y CD 的 1-2 像素误差，这是因为较大的 Y 间距的梯度更平滑（图 6）。请注意，所表示的特征边缘的像素离散化阻止将这些 CD 准确地视为“直径”。

图 5. 300 nm^2 接触的 X/Y 叠加的随机趋势（使用 5×5 像素平均）。

图 6. 300 nm^2 接触的 X/Y CD 随机趋势（使用 5×5 像素平均）。

因此，即使对于较大的 k1 节距，也必须对照明有所选择，包括由于较高的熵而导致的光子分裂的随机结果。这与使用与此处使用的光子密度 (~59 mJ/cm2) 相当的剂量的 EUV 光刻高度相关。