Impact of controlling bias on EUV mask performance enhancement

Abstract

Today, extreme ultraviolet lithography (EUVL) is being applied in high-volume manufacturing (HVM) and will continue to expand toward 3 nm nodes by increasing the numerical aperture (NA) to 0.55. However, the need for research to solve the problem of throughput degradation due to the change to a half-field anamorphic imaging system is increasing. This study was conducted to improve not only imaging and patterning performance but also throughput by identifying the characteristics of the mask bias and controlling it. Imaging performance and throughput cannot be improved at the same time since they are inversely proportional to each other. However, the possibility of simultaneously improving both performances was confirmed through using mask bias. Imaging performance, throughput, and mask bias depend on the optical constants of the absorber, refractive index (n) and extinction coefficient (k). Therefore, mask bias for both enhancing imaging performance and throughput is different for each optical constant. This means optimizing the mask bias for each optical constant domain was necessary. In addition, the effect of the mask bias was identified for mask 3D effects and local critical dimension uniformity (LCDU), since the additional criteria for narrowing down the mask bias range were needed. These criteria confirmed that the sensitivity to mask bias increased with the extinction coefficient for phase shift mask. Optimized mask bias can improve mask performance for each optical constant domain divided into three parts: low-k, mid-k, and high-k. As a result, it was confirmed that the specific absorber thickness and mask bias range could be optimized for each domain, improving all mask performance. Since the high-NA phase shift mask has different optimal mask bias values that can be improved the mask performance, the mask bias is evaluated and optimized with the extinction coefficient. |5 nm 이하의 미세 패턴 구현을 위해 극자외선 노광공정(Extreme Ultraviolet Lithography, EUVL)은 현재 광학계에서 사용하는 렌즈의 개구수(NA)를 키우는 고개구수 광학계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 애너모픽(anamorphic) 시스템 적용으로 인한 웨이퍼 필드 수 증가에 따라 노광공정의 생산성(throughput)이 저하되는 문제가 발생하여 이를 향상시키기 위한 연구의 필요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 EUV 마스크 바이어스의 특성을 파악하고 이를 제어함으로써 생산성뿐만 아니라 이미징과 패터닝 성능을 전체적으로 향상시키기 위한 연구를 진행하였다. 이미징 성능과 생산성은 서로 반비례 관계이기 때문에 동시에 향상시킬 수 없지만 마스크 바이어스를 활용할 경우 성능 개선이 가능함을 확인하였다. 이미징 성능, 생산성, 그리고 마스크 바이어스는 흡수 소재의 광학 상수인 굴절지수(n)와 소광계수(k)에 따라 달라지기 때문에 특정 패턴에 대해 마스크 흡수 소재의 굴절지수와 소광계수 영역별로 마스크 바이어스를 최적화해야 한다. 마스크 바이어스 값을 더 특정하기 위해서는 추가적인 기준이 필요하다고 판단하여 마스크 성능을 판단할 때 중요하게 작용하는 마스크 3차원 효과(mask 3D effects)와 임계 치수 균일도(Local Critical Dimension Uniformity, LCDU)에 대해 바이어스에 따른 경향성을 파악하였다. 해당 기준들은 위상 변위 효과가 있는 낮은 굴절지수 영역 내에서 소광계수에 대해 바이어스에 의한 영향이 높아지는 것을 확인하여 최종적으로 광학상수를 k에 따라 low-k, mid-k, 그리고 high-k의 세 가지 영역으로 구분하여 마스크 바이어스를 최적화하였다. 결과적으로 각 영역마다 최적화된 흡수체 두께 범위와 마스크 바이어스 범위를 확보할 수 있었고, 모든 마스크 성능을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 따라서 고개구수 광학계에 적용할 위상 변위 마스크는 소광계수 영역에 따라 생산성을 비롯한 여러 마스크 성능들이 향상되는 최적의 마스크 바이어스 값이 다르기 때문에 사용할 흡수 소재에 따라서 각 성능들을 마스크 바이어스에 따라 평가하고 최적화하는 과정이 필요할 것이다.