สิ่งที่นักวิจัยค้นพบ
ทีมวิจัยในจีนบันทึกภาพสิ่งที่เกิดขึ้นกับโฟโตรีซิสต์ระหว่างการสร้างลวดลายวงจรได้ชัดเจนที่สุดครั้งหนึ่ง ด้วยเทคนิคเอกซเรย์คอมพิวเตอร์อิเล็กตรอนแบบไครโอ หรือ cryo-ET พวกเขาถ่ายภาพการเคลื่อนที่ การรวมตัว และการจับกลุ่มของพอลิเมอร์โฟโตรีซิสต์ที่ละลายอยู่ในน้ำยาสร้างลวดลาย ในระดับนาโนเมตร ภาพเผยให้เห็นว่าพอลิเมอร์จำนวนมากเคลื่อนขึ้นไปยังรอยต่อระหว่างก๊าซกับของเหลวและรวมตัวเป็นกลุ่ม ซึ่งอาจตกกลับลงบนแผ่นเวเฟอร์และทำให้เกิดข้อบกพร่องของลวดลาย จากข้อค้นพบนี้ ทีมวิจัยพบว่าการเพิ่มอุณหภูมิอบหลังการฉายแสงเพียงเล็กน้อย และรักษาฟิล์มน้ำยาสร้างลวดลายให้ต่อเนื่องทั่วพื้นผิว ช่วยป้องกันการจับกลุ่มและลดจำนวนข้อบกพร่องบนแผ่นเวเฟอร์ขนาด 300 มิลลิเมตรได้มากกว่า 99% เมื่อใช้ลิโทกราฟีอัลตราไวโอเลตระดับลึก
สารบัญ
การค้นพบนี้มุ่งแก้ปัญหาที่แก้ได้ยากที่สุดอย่างหนึ่งในกระบวนการผลิต ชิปอาจผ่านขั้นตอนนับพันขั้น และเศษตกค้างหรืออนุภาคขนาดเล็กในขั้นตอนใดขั้นตอนหนึ่งก็อาจทำให้เกิดสะพานเชื่อม จุดขาด หรือขอบขรุขระ ซึ่งบั่นทอนอัตราผลิตชิปที่ผ่านเกณฑ์ การสร้างลวดลายเป็นขั้นตอนสำคัญที่ความเสี่ยงเพิ่มขึ้น เพราะต้องละลายส่วนของรีซิสต์ที่ถูกฉายแสงออกอย่างสะอาดและคาดการณ์ได้ ขณะที่ยังคงรักษาลวดลายให้คมชัด งานวิจัยใหม่นี้ไม่ได้เปลี่ยนเคมีพื้นฐานของการถ่ายโอนลวดลาย แต่เผยให้เห็นเส้นทางที่ซ่อนอยู่ ซึ่งอธิบายได้ว่าเหตุใดจึงยังพบเศษตกค้าง แม้ควบคุมกระบวนการอย่างระมัดระวัง
ในการทดลอง นักวิจัยสังเกตพอลิเมอร์รีซิสต์เสริมปฏิกิริยาทางเคมีในสภาพแวดล้อมของเหลวตามธรรมชาติ ด้วยความละเอียดสูงกว่า 5 นาโนเมตร พอลิเมอร์ปรากฏเป็นสายยืดหยุ่นคล้ายเส้นด้าย ในฟิล์มที่มีความหนาราว 25 ถึง 100 นาโนเมตร นักวิจัยวัดได้ว่าพอลิเมอร์ราว 80% เคลื่อนขึ้นไปอยู่บริเวณด้านบนของชั้นของเหลว ใกล้จุดที่น้ำยาสร้างลวดลายสัมผัสกับอากาศ ณ รอยต่อนี้ พอลิเมอร์จับกันเป็นกลุ่มที่พันเกี่ยวกันอย่างหลวม ๆ โดยทั่วไปมีขนาดกว้างหลายสิบ นาโนเมตร ซึ่งใหญ่พอจะทำให้เกิดข้อบกพร่องของลวดลายหากเกาะลงบนเวเฟอร์ ความร้อนสามารถคลายการพันเกี่ยวเหล่านี้ได้ สอดคล้องกับข้อสังเกตที่ว่าการอบหลังฉายแสงด้วยอุณหภูมิสูงขึ้นช่วยยับยั้งการเกิดกลุ่ม
ทีมวิจัยเสนอแนวทางที่นำไปใช้ได้จริงสองข้อ ได้แก่ เพิ่มอุณหภูมิอบหลังฉายแสงจากประมาณ 95 องศาเซลเซียสเป็นราว 105 องศาเซลเซียส และรักษาฟิล์มน้ำยาสร้างลวดลายบนพื้นผิวให้สม่ำเสมอ เพื่อควบคุมรอยต่อและชะล้างกลุ่มพอลิเมอร์ออกไป ในการทดลองกับเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้ว โดยใช้สูตรเคมีรีซิสต์ที่มีอยู่และเครื่องมือมาตรฐานสำหรับเคลือบ ฉายแสง อบ และสร้างลวดลายด้วยอัลตราไวโอเลตระดับลึก แนวทางทั้งสองร่วมกันลดข้อบกพร่องประเภทเศษตกค้างที่มองเห็นได้มากกว่า 99% อย่างไรก็ตาม ผู้เขียนเตือนว่าการปรับอุณหภูมินี้ไม่เป็นประโยชน์กับลิโทกราฟีอัลตราไวโอเลตระดับสุดขีด เพราะทำให้กรดแพร่กระจายและลบความคมชัดของลวดลายขนาดเล็กที่สุด
การสร้างลวดลายด้วยโฟโตรีซิสต์
ลิโทกราฟีสร้างแม่แบบวงจรที่กำหนดรูปทรงของลักษณะโลหะและไดอิเล็กทริกทุกส่วนบนชิป โดยเคลือบเวเฟอร์ด้วยโฟโตรีซิสต์ จากนั้นฉายแสงที่มีลวดลาย อบเพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาสำคัญ แล้วแช่ในของเหลวที่ละลายบริเวณเป้าหมายออก ก่อนล้างและทำให้แห้ง วัสดุที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับอัลตราไวโอเลตระดับลึกที่ความยาวคลื่น 193 นาโนเมตร และอัลตราไวโอเลตระดับสุดขีดที่ 13.5 นาโนเมตร คือรีซิสต์เสริมปฏิกิริยาทางเคมี สารเคลือบเหล่านี้มีสารสร้างกรดจากแสง ซึ่งปล่อยกรดในบริเวณที่แสงตกกระทบ ระหว่างการอบหลังฉายแสง กรดจะเร่งปฏิกิริยาในพอลิเมอร์ ทำให้บริเวณที่ถูกฉายแสงละลายได้ง่ายขึ้นในรีซิสต์โทนบวก หรือยากขึ้นในรีซิสต์โทนลบ
จากภายนอก การสร้างลวดลายดูเหมือนเป็นขั้นตอนง่าย ๆ แต่ภายในชั้นของเหลวบาง ๆ ฟิสิกส์และเคมีมีความซับซ้อน น้ำยาสร้างลวดลายละลายชิ้นส่วนพอลิเมอร์จากบริเวณที่ถูกกระตุ้นด้วยแสงและการอบหลังฉายแสง ของเหลวแผ่ไปทั่วเวเฟอร์ในรูปแบบแอ่งหรือสเปรย์ที่ควบคุมไว้ และมีฟิล์มบางมากเหลืออยู่ขณะที่การละลายดำเนินต่อไป รอยต่อมีความสำคัญในช่วงนี้ สายพอลิเมอร์อาจถูกแรงที่พื้นผิวดึงดูดให้ไปอยู่บริเวณรอยต่อระหว่างก๊าซกับของเหลว จากนั้นจึงพันเกี่ยวและจับกลุ่ม หากกลุ่มหรือสายพอลิเมอร์ที่ละลายไม่หมดกลับไปเกาะตามขอบหรือระหว่างเส้นที่อยู่ติดกัน ก็อาจทำให้เกิดสะพานเชื่อม เส้นขาด หรือความขรุขระ ซึ่งปรากฏเป็นข้อบกพร่องในขั้นตอนถัดไป
ทีมจีนทำให้เห็นการพันเกี่ยวเหล่านี้โดยตรง กลุ่มที่พบยึดเกาะกันด้วยปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนและย้อนกลับได้ จึงไวต่อการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของอุณหภูมิและประวัติการไหลของของเหลว การอบหลังฉายแสงที่อุ่นขึ้นช่วยเพิ่มการเคลื่อนที่ของสายพอลิเมอร์และทำให้ปฏิกิริยาเสร็จสมบูรณ์ ส่งผลให้การละลายสม่ำเสมอขึ้น ฟิล์มน้ำยาสร้างลวดลายที่เสถียรกว่าช่วยลดโอกาสที่กลุ่มจะก่อตัวบริเวณรอยต่อระหว่างก๊าซกับของเหลว และช่วยชะล้างสายพอลิเมอร์ที่หลุดออกไปก่อนการล้างและทำให้แห้ง
เหตุใดการอบที่ร้อนขึ้นจึงช่วย DUV แต่ส่งผลเสียต่อ EUV
การเพิ่มความร้อนแบบเดียวกันที่ช่วยกำจัดเศษตกค้างในกระบวนการอัลตราไวโอเลตระดับลึก อาจบั่นทอนความเที่ยงตรงของลวดลายในกระบวนการอัลตราไวโอเลตระดับสุดขีด กระบวนการอิมเมอร์ชันที่ความยาวคลื่น 193 นาโนเมตรมักใช้อุณหภูมิอบหลังฉายแสงราว 95 ถึง 110 องศาเซลเซียส การปรับอุณหภูมิในช่วงนี้ช่วยเพิ่มความต่างของการละลาย ลดเศษตกค้าง และขยายช่วงการทำงานของกระบวนการ ความร้อนที่เพิ่มขึ้นช่วยคลายการพันเกี่ยวของสายพอลิเมอร์ที่ย้อนกลับได้ และเร่งปฏิกิริยาที่กำหนดว่าบริเวณใดจะละลายและบริเวณใดจะคงอยู่ แม้ยังต้องปรับอย่างรอบคอบ แต่การเพิ่มอุณหภูมิในระดับที่นักวิจัยรายงานนั้นอยู่ในช่วงที่ใช้กันทั่วไปกับเครื่องมือและรีซิสต์สำหรับกระบวนการอัลตราไวโอเลตระดับลึก
การสร้างลวดลายด้วยอัลตราไวโอเลตระดับสุดขีดทนต่อการแพร่กระจายที่เพิ่มขึ้นได้น้อยกว่ามาก เนื่องจากลักษณะลวดลายมีขนาดเล็กกว่า และความแปรปรวนแบบสุ่มสูงกว่า เพราะจำนวนโฟตอนที่ถูกดูดกลืนต่อหน่วยพื้นที่มีน้อยกว่า การเพิ่มอุณหภูมิอบหลังฉายแสงเพียงเล็กน้อยทำให้กรดแพร่ได้ไกลขึ้น รวมถึงเพิ่มการเคลื่อนที่ของสารชนิดอื่น ส่งผลให้ภาพแฝงกระจาย ขอบลวดลายไม่คมชัด และความขรุขระของขอบเส้นเพิ่มขึ้น อีกทั้งยังเพิ่มโอกาสที่เส้นขนาดเล็กที่สุดจะขาดหายหรือหลอมรวมกัน ด้วยเหตุนี้ กระบวนการ EUV จึงมุ่งจำกัดการแพร่กระจาย โดยใช้หลายวิธี เช่น ควบคุมอุณหภูมิอบ ปรับปริมาณสารดับปฏิกิริยา และเปลี่ยนไปใช้วัสดุที่ไม่ต้องอาศัยการเสริมปฏิกิริยาทางเคมีระยะไกล
โครงการพัฒนา EUV หลายโครงการกำลังหันไปใช้โฟโตรีซิสต์ที่มีโลหะเป็นองค์ประกอบ หรือโฟโตรีซิสต์โลหะออกไซด์ ซึ่งดูดกลืน EUV ได้ดีขึ้นและมีปฏิกิริยาในระยะใกล้โดยธรรมชาติ วัสดุเหล่านี้สร้างลวดลายละเอียดได้โดยพึ่งพาการแพร่กระจายของกรดน้อยลง แนวทางดังกล่าว เมื่อผสานกับการปรับปริมาณแสงและพัฒนากระบวนการของเครื่องมือเคลือบและสร้างลวดลาย มีเป้าหมายเพื่อรักษาความละเอียดพร้อมลดข้อบกพร่องแบบสุ่ม โดยไม่ต้องเพิ่มอุณหภูมิอบจนทำให้ลวดลายพร่ามัว
Cryo-ET เข้าสู่ห้องปฏิบัติการผลิตชิป
จากเซลล์สู่วงจร
Cryo-ET เป็นเทคนิคหลักในชีววิทยาโครงสร้าง วิธีนี้ตรึงโมเลกุลให้อยู่ในสภาพใกล้เคียงธรรมชาติด้วยการทำให้เป็นแก้วอย่างรวดเร็ว จากนั้นสร้างภาพปริมาตรสามมิติขึ้นใหม่จากชุดภาพไมโครกราฟอิเล็กตรอนสองมิติที่ถ่ายเอียงหลายมุม การปรับใช้แนวทางนี้กับเคมีสารกึ่งตัวนำต้องอาศัยการจับเวลาและการจัดการตัวอย่างอย่างแม่นยำ ทีมวิจัยฉายแสงและอบเวเฟอร์ตามกระบวนการมาตรฐาน ดูดตัวอย่างน้ำยาสร้างลวดลายปริมาณเล็กน้อยที่มีสายโฟโตรีซิสต์ละลายอยู่ แล้วทำให้เป็นแก้วบนกริดสำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนภายในเวลาไม่กี่มิลลิวินาที จากนั้นหมุนตัวอย่างแช่แข็งภายในกล้องและเก็บภาพฉายหลายภาพ เพื่อนำมาสร้างภาพสามมิติแสดงการจัดเรียงตัวของพอลิเมอร์ในของเหลว
ผลลัพธ์คือภาพมุมกว้างของขั้นตอนการสร้างลวดลาย ซึ่งก่อนหน้านี้ยังไม่สามารถสังเกตได้ เครื่องมือแบบดั้งเดิมตรวจดูได้เพียงเศษตกค้างที่แห้งแล้ว ซึ่งอาจเปลี่ยนรูปร่างไป หรืออนุมานพฤติกรรมจากตัวชี้วัดทางอ้อม เช่น อัตราการละลายและความขรุขระที่ตรวจวัดภายหลัง Cryo-ET ให้ภาพภายในกระบวนการ ภาพในการศึกษานี้เผยให้เห็นสายพอลิเมอร์คล้ายเส้นด้ายที่มีรูปร่างขดแบบสุ่ม การสะสมตัวอย่างหนาแน่นใกล้ผิวสัมผัสกับก๊าซ และการพันเกี่ยวอย่างหลวม ๆ ที่คลายได้ด้วยความร้อน หลักฐานดังกล่าวสนับสนุนวิธีแก้ที่ตรงไปตรงมาสำหรับกระบวนการอัลตราไวโอเลตระดับลึก ได้แก่ ปรับอุณหภูมิอบอย่างเหมาะสมควบคู่กับการควบคุมฟิล์มน้ำยาสร้างลวดลายบนเครื่องมือ
ข้อมูลของทีมยังช่วยอธิบายว่าเหตุใดโรงงานผลิตชั้นนำจึงแทบไม่ระบุกลุ่มขนาดใหญ่บริเวณรอยต่อเป็นสาเหตุหลักของข้อบกพร่องในโหนดที่เล็กที่สุด ข้อบกพร่องร้ายแรงในลวดลายระยะห่างขั้นสูงมักมีขนาดเล็กกว่ากลุ่มที่สังเกตพบในการศึกษานี้ ซึ่งบ่งชี้ว่าไลน์การผลิตระดับสูงควบคุมกลไกนี้อยู่แล้ว ด้วยการปรับการอบให้เหมาะสม ควบคุมสภาวะของเครื่องมืออย่างแม่นยำ และใช้รูปแบบการล้างขั้นสูง Cryo-ET ช่วยให้นักวิจัยมีเครื่องมือวินิจฉัยที่คมชัดขึ้น เพื่อตรวจสอบการควบคุมดังกล่าวและค้นหาเส้นทางอื่น ๆ ในเฟสของเหลวที่อาจมีความสำคัญเมื่อขนาดลวดลายเล็กลง
ความหมายต่อจีนและการแข่งขันระดับโลก
ผู้ผลิตชิปของจีนกำลังพยายามเพิ่มอัตราผลผลิตที่ผ่านเกณฑ์ ขณะเผชิญข้อจำกัดในการเข้าถึงเครื่องมืออัลตราไวโอเลตระดับสุดขีดและอุปกรณ์ขั้นสูงอื่น ๆ อัลตราไวโอเลตระดับลึกที่ใช้การสร้างลวดลายหลายครั้งยังคงจำเป็นต่อการสร้างลวดลายขนาดเล็ก แต่การฉายแสงเพิ่มในแต่ละขั้นทำให้ต้นทุนและความเสี่ยงเพิ่มขึ้น รายงานระบุว่าโรงงานรับจ้างผลิตเซมิคอนดักเตอร์ขนาดใหญ่ในจีนใช้แพลตฟอร์มรุ่นเก่าอย่างเต็มกำลัง ทำให้การควบคุมข้อบกพร่องและการทำความสะอาดมีความสำคัญยิ่งขึ้นเพื่อให้ได้ผลผลิตในระดับที่ยอมรับได้ วิธีใดก็ตามที่ลดเศษตกค้างจากขั้นตอนสร้างลวดลายได้อย่างสม่ำเสมอด้วยเครื่องมือที่มีอยู่ ย่อมมีคุณค่าในบริบทนี้
สูตรกระบวนการที่รายงานมีจุดเด่นสำหรับไลน์การผลิตภายในประเทศ เพราะไม่ต้องใช้แพลตฟอร์มฉายแสงใหม่หรือวัสดุเฉพาะทาง ใช้รีซิสต์อัลตราไวโอเลตระดับลึกและอุปกรณ์สำหรับกระบวนการสร้างลวดลายที่มีอยู่แล้ว การปรับที่เสนอ ได้แก่ เพิ่มอุณหภูมิอบหลังฉายแสงเล็กน้อย และปรับฮาร์ดแวร์หรือสูตรกระบวนการเพื่อรักษาฟิล์มน้ำยาสร้างลวดลายให้เสถียร ล้วนอยู่ในขีดความสามารถทั่วไปของเครื่องมือดังกล่าว การเพิ่มผลผลิตในโหนดที่ผ่านการพัฒนาแล้วและโหนดระดับกลางอาจแปรเปลี่ยนเป็นจำนวนชิปที่ใช้งานได้ต่อเวเฟอร์มากขึ้นโดยตรง
ผลลัพธ์เดียวกันนี้ไม่ได้ช่วยลดช่องว่างด้านการสร้างลวดลายด้วย EUV ตรงกันข้าม การศึกษายิ่งตอกย้ำว่าความสำเร็จของ EUV ขึ้นอยู่กับวัสดุที่จำกัดปฏิกิริยาให้อยู่ในวงแคบและการควบคุมการแพร่กระจายอย่างเข้มงวด ความก้าวหน้าในด้านนี้มาจากรีซิสต์ชนิดใหม่ แหล่งกำเนิดแสงกำลังสูงขึ้น และมาตรวิทยาที่ดีขึ้น ไม่ใช่การเพิ่มอุณหภูมิอบ กรอบการวิจัยด้วย cryo-ET ยังคงมีความสำคัญ เพราะช่วยอธิบายพฤติกรรมในเฟสของเหลวในขั้นตอนเปียกอื่น ๆ ที่ส่งผลต่ออัตราผลผลิตสุดท้ายได้
ข้อจำกัดและแนวทางที่โรงงานชั้นนำใช้อยู่แล้ว
งานวิจัยระบุเองว่ากลุ่มบริเวณรอยต่อที่มองเห็นนั้นย้อนกลับได้และมีขนาดค่อนข้างใหญ่ โรงงานชั้นนำหลีกเลี่ยงการปล่อยให้เกิดรอยต่อระหว่างอากาศกับของเหลวโดยตรงในช่วงกระบวนการที่อ่อนไหว และรักษาฟิล์มน้ำยาสร้างลวดลายให้ต่อเนื่องเพื่อลดความเสี่ยงที่วัสดุจะกลับไปเกาะ เครื่องมือสำหรับเคลือบและสร้างลวดลายควบคุมการก่อตัวของแอ่ง อัตราการจ่ายสาร และรูปแบบการหมุนเวเฟอร์ เพื่อรักษาทั้งความหนาฟิล์มและเวลาที่ของเหลวสัมผัสพื้นผิวให้อยู่ในช่วงแคบ แผ่นให้ความร้อนสำหรับอบได้รับการสอบเทียบแยกตามตำแหน่งทั่วทั้งเวเฟอร์ขนาด 300 มิลลิเมตร ส่วนตัวกรองและการจัดการสารละลายช่วยลดอนุภาคและสารอินทรีย์ที่ละลายปนเปื้อน
เครื่องมือสำหรับกระบวนการลิโทกราฟีสมัยใหม่ยังมีเซนเซอร์และระบบตรวจสอบระหว่างไลน์เพื่อเฝ้าระวังความคลาดเคลื่อนของกระบวนการ การวิเคราะห์พาเรโตของข้อบกพร่องและการออกแบบการทดลองอย่างรอบคอบช่วยกำหนดอุณหภูมิอบและระยะเวลาสัมผัสน้ำยาสร้างลวดลายในช่วงปลอดภัยมานานแล้ว ภาพจาก cryo-ET เพิ่มภาพเชิงกลไกที่สอดคล้องกับประสบการณ์การทำงานจริง วิศวกรตรวจยืนยันได้ว่าการพันเกี่ยวบริเวณพื้นผิวมีแรงยึดเหนี่ยวต่ำ เกิดจากความร้อน และตอบสนองต่อการควบคุมฟิล์ม ความมั่นใจนี้เป็นประโยชน์เมื่อนำเคมีสูตรใหม่มาใช้ หรือเมื่อขยายขีดจำกัดของสูตรที่ผ่านการพิสูจน์แล้วระหว่างการเร่งเพิ่มผลผลิต
วัสดุใหม่สำหรับ EUV
แม้รีซิสต์อินทรีย์เสริมปฏิกิริยาทางเคมียังคงใช้แพร่หลายในไลน์อัลตราไวโอเลตระดับลึก แต่วัสดุสำหรับอัลตราไวโอเลตระดับสุดขีดยังคงเปลี่ยนไปใช้ระบบที่มีโลหะเป็นองค์ประกอบมากขึ้น รีซิสต์โลหะออกไซด์และรีซิสต์คลัสเตอร์โลหะที่ใช้ดีบุก แฮฟเนียม เซอร์โคเนียม และธาตุที่เกี่ยวข้อง ดูดกลืนโฟตอน EUV ต่อความหนาหนึ่งหน่วยได้มากกว่า อีกทั้งยังก่อตัวเป็นโครงข่ายเมื่อถูกฉายแสง โดยไม่ต้องอาศัยการเคลื่อนที่ของกรดในระยะไกล คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยลดความขรุขระของความกว้างเส้น และรองรับการสร้างลวดลายที่ขนาดต่ำกว่า 15 นาโนเมตร โดยใช้ปริมาณแสงที่ยังเหมาะสมกับเครื่องมือผลิตจริง นักวิจัยกำลังปรับวิธีสังเคราะห์ รวมถึงการแทรกซึมในเฟสไอและเคมีโซลเจลที่ไม่ใช้น้ำ เพื่อสร้างสารเคลือบที่สม่ำเสมอ ทนต่อข้อบกพร่อง และควบคุมความไวได้
งานวิจัยเมื่อไม่นานมานี้ผสมคลัสเตอร์ดีบุกออกไซด์สองชนิดเพื่อให้ได้ทั้งความไวสูงและความทนทานต่อการกัดขอบที่ดีขึ้น ส่วนผสมดังกล่าวสร้างลวดลายที่มีครึ่งระยะห่างระหว่างเส้นในช่วง 13 ถึง 16 นาโนเมตร โดยใช้ปริมาณแสงราว 50 ถึง 60 มิลลิจูลต่อตารางเซนติเมตร พร้อมทนต่อการกัดได้ดีขึ้นและให้ลวดลายที่หนาและแข็งแรงกว่า การวิเคราะห์ทางสเปกโทรสโกปีชี้ว่าคลัสเตอร์ทั้งสองมีปฏิสัมพันธ์ส่งเสริมกันระหว่างการฉายแสงและปฏิกิริยาหลังฉายแสง งานลักษณะนี้ชี้ให้เห็นแนวทางพัฒนาวัสดุเพื่อให้ภาพ EUV คมชัดขึ้น โดยไม่ต้องแลกกับผลเสียจากการแพร่กระจายที่เกิดจากการเพิ่มอุณหภูมิอบ
โครงการในอนาคตด้านนี้มุ่งพัฒนาการออกแบบลิแกนด์ ส่วนผสมโลหะชนิดใหม่ และการควบคุมการสังเคราะห์ เพื่อยับยั้งการเกิดข้อบกพร่องแบบสุ่มโดยยังรักษาความละเอียดไว้ หากประสบความสำเร็จ วัสดุเหล่านี้จะลดการพึ่งพาขั้นตอนอบที่รุนแรง และเปิดโอกาสให้วิศวกรปรับการสร้างลวดลายได้ละเอียดขึ้นโดยไม่สูญเสียความคมชัดของขอบ
สิ่งที่ควรจับตาในการผลิต
สำหรับผู้ผลิตชิปที่ใช้กระบวนการอัลตราไวโอเลตระดับลึก ข้อสรุปที่นำไปใช้ได้ทันทีคือการตรวจสอบช่วงการทำงานของการอบและน้ำยาสร้างลวดลายกับรีซิสต์เฉพาะที่ใช้บนเครื่องมือ และวัดการเปลี่ยนแปลงของข้อบกพร่องจากเศษตกค้าง ความสม่ำเสมอของการอบทั่วทั้งเวเฟอร์ ระยะเวลาที่น้ำยาค้างเป็นแอ่ง และพลวัตการจ่ายสาร ล้วนส่งผลต่อเวลาที่กลุ่มพอลิเมอร์มีโอกาสก่อตัวและกลับไปเกาะ ช่วงอุณหภูมิในการศึกษานี้อยู่ในขอบเขตที่โรงงานหลายแห่งใช้อยู่แล้ว จึงประเมินผลได้ง่าย อย่างไรก็ตาม ต้องระวังไม่ให้อุณหภูมิหรือเวลาอบสูงเกินไปจนทำให้รีซิสต์เสียหายหรือขนาดลวดลายคลาดเคลื่อนจากค่าที่ยอมรับได้
การตรวจสอบและมาตรวิทยาสำคัญไม่แพ้สูตรกระบวนการ ไลน์การผลิตที่ตรวจพบและจำแนกเศษตกค้างได้ตั้งแต่ช่วงเริ่มเพิ่มผลผลิตย่อมปรับแก้ได้รวดเร็ว แผนที่ข้อบกพร่อง ตัวชี้วัดความขรุขระของขอบเส้น และการปรับกระบวนการล้างให้เหมาะสม ล้วนต้องทำควบคู่กับการปรับการอบที่อธิบายไว้ แม้งานนี้จะเกี่ยวข้องกับ EUV อย่างจำกัด แต่กรอบการถ่ายภาพถือเป็นเครื่องมือใหม่ที่มีคุณค่า Cryo-ET สามารถตรวจสอบปฏิสัมพันธ์ในเฟสของเหลวในขั้นตอนเปียกอื่น ๆ เช่น การล้างหลังสร้างลวดลาย หรือการทำความสะอาดแบบเลือกสรร ซึ่งการรวมตัวของโมเลกุลขนาดเล็กมักเป็นตัวกำหนดว่ากระบวนการจะเสถียรหรือไม่
ประเด็นสำคัญ
- Cryo-ET ช่วยให้เห็นภาพสามมิติโดยตรงเป็นครั้งแรกของพอลิเมอร์โฟโตรีซิสต์ที่ละลายอยู่ในน้ำยาสร้างลวดลาย และเผยให้เห็นการจับกลุ่มบริเวณรอยต่อระหว่างก๊าซกับของเหลว
- การเพิ่มอุณหภูมิอบหลังฉายแสงจากประมาณ 95 เป็น 105 องศาเซลเซียส และรักษาฟิล์มน้ำยาสร้างลวดลายให้ต่อเนื่อง ลดข้อบกพร่องประเภทเศษตกค้างบนเวเฟอร์อัลตราไวโอเลตระดับลึกขนาด 300 มิลลิเมตรได้มากกว่า 99%
- การพันเกี่ยวของกลุ่มพอลิเมอร์มีแรงยึดเหนี่ยวต่ำและคลายตัวได้ด้วยความร้อน จึงอธิบายได้ว่าเหตุใดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเพียงเล็กน้อยจึงทำให้กลุ่มแตกตัว
- อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นแบบเดียวกันบั่นทอนความเที่ยงตรงของลวดลายอัลตราไวโอเลตระดับสุดขีด โดยเพิ่มการแพร่กระจายของกรด ทำให้ขอบพร่ามัว และเพิ่มความขรุขระของขอบเส้น
- โรงงานชั้นนำปรับการอบและการตั้งค่าน้ำยาสร้างลวดลายเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดกลุ่มบนพื้นผิวอยู่แล้ว จึงแทบไม่พบกลุ่มเหล่านี้เป็นข้อบกพร่องร้ายแรงในโหนดที่เล็กที่สุด
- โรงงานผลิตชิปของจีนที่พึ่งพาการสร้างลวดลายหลายครั้งด้วยอัลตราไวโอเลตระดับลึกอาจได้ประโยชน์จากข้อค้นพบที่เอื้อต่อ DUV แต่การเข้าถึง EUV และวัสดุยังเป็นอุปสรรคใหญ่กว่า
- รีซิสต์โลหะออกไซด์และคลัสเตอร์โลหะสำหรับ EUV มุ่งให้ดูดกลืนแสงสูง ทนต่อการกัดได้ดี และเกิดปฏิกิริยาในระยะใกล้ เพื่อจำกัดการแพร่กระจายโดยไม่ต้องเพิ่มอุณหภูมิอบ
- Cryo-ET เปิดแนวทางวินิจฉัยใหม่เพื่อศึกษาปฏิสัมพันธ์ในเฟสของเหลวระหว่างการสร้างลวดลาย การล้าง และการทำความสะอาดแบบเปียก ซึ่งส่งผลต่ออัตราผลผลิตสุดท้าย
