[論文レビュー] Lithographic performance of ZEP520A and mr-PosEBR resists exposed by electron beam and extreme ultraviolet lithography

Roberto Fallica, Dimitrios Kazazis+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

Advancements in Photolithography Techniques参考文献 32被引用数 25

ひとこと要約

本研究では、電子線リソグラフィー（EBL）向けに開発されたZEP520Aおよびmr-PosEBRレジストが、極端に短い波長のリソグラフィー（EUV）リソグラフィーで露光された場合のリソグラフィック性能を評価する。両レジストは、12 mJ/cm²未満の露光量でクリアされる高い感度を示し、6 nm未満の低いラインエッジラフネスで25 nm半周期のライン/スペースを解像し、高いエッチング選択性を維持する。これは、既存のEBLプロセスがEUVリソグラフィーに直接応用可能であり、優れたパターン品質と収率を実現する高解像度の大面積ナノフォーミングが可能であることを示している。

ABSTRACT

Pattern transfer by deep anisotropic etch is a well-established technique for fabrication of nanoscale devices and structures. For this technique to be effective, the resist material plays a key role and must have high resolution, reasonable sensitivity and high etch selectivity against the conventional silicon substrate or underlayer film. In this work, the lithographic performance of two high etch resistance materials was evaluated: ZEP520A (Nippon Zeon Co.) and mr-PosEBR (micro resist technology GmbH). Both materials are positive tone, polymer-based and non-chemically amplified resists. Two exposure techniques were used: electron beam lithography (EBL) and extreme ultraviolet (EUV) lithography. These resists were originally designed for EBL patterning, where high quality patterning at sub-100 nm resolution was previously demonstrated. In the scope of this work, we also aim to validate their extendibility to EUV for high resolution and large area patterning. To this purpose, the same EBL process conditions were employed at EUV. The figures of merit, i.e. dose to clear, dose to size, and resolution, were extracted and these results are discussed systematically. It was found that both materials are very fast at EUV (dose to clear lower than 12 mJ/cm2) and are capable of resolving dense lines/space arrays with a resolution of 25 nm half-pitch. The quality of patterns was also very good and the sidewall roughness was below 6 nm. Interestingly, the general-purpose process used for EBL can be extended straightforwardly to EUV lithography with comparable high quality and yield. Our findings open new possibilities for lithographers who wish to devise novel fabrication schemes exploiting EUV for fabrication of nanostructures by deep etch pattern transfer.

研究の動機と目的

• 非化学的アンプルフィケーションレジストであるZEP520Aおよびmr-PosEBRが、極端に短い波長のリソグラフィー（EUV）リソグラフィーに適しているかどうかを評価すること。
• 同一のプロセス条件下で、電子線リソグラフィー（EBL）とEUV-ILとの間で、感度、解像度、パターン品質のリソグラフィック性能を比較すること。
• EUVおよびEBL露光における主要な指標として、クリア露光量、サイズ露光量、ラインエッジラフネス（LER）を評価すること。
• 一般用途のEBLプロセスレシピが、高解像度パターン形成において同等の高品質なパターン形成を達成できるように、EUVリソグラフィーに直接移行可能かどうかを検討すること。
• ナノフォーミングにおけるミックスアンドマッチEUV-EBLプロセスへの応用可能性を検討すること。

提案手法

• EBL（Vistec EBPG 5000 Plus）およびEUV-IL（ASML TWINSCAN NXE:3300）装置を用い、両レジストに対して同一のプロセス条件を適用した。
• EBLおよびEUV-ILの両方で、50 nm、25 nm、22 nm半周期の密着ライン/スペースアレイをパターン形成した。
• CD対露光量プロットからのコントラスト曲線を用いて、クリア露光量およびサイズ露光量を測定した。
• 異なる露光量でのライン/スペースアレイに対して、SEMメトロロジーを用いてラインエッジラフネス（LER）を定量評価した。
• ビームステッピングを伴うEBLと単一ビームコherエンスを有するEUV-ILを考慮し、空中像品質を正規化画像対数勾配（NILS）で比較した。
• 感度および性能のベンチマークとして、PMMAを基準レジストとして用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EBL向けに開発されたZEP520Aおよびmr-PosEBRが、EUVリソグラフィーでも同等の性能を発揮できるか。
• RQ2 これらのレジストがEUV露光下でEBLと比較して、感度（クリア露光量およびサイズ露光量）にどの程度の差があるか。
• RQ3 高解像度のライン/スペースパターンにおいて、これらのレジストのラインエッジラフネス（LER）がEBLとEUV-ILの間でどのように異なるか。
• RQ4 空中像品質（NILS）が、EBLとEUV-ILの両方においてLERにどの程度影響を及ぼすか。
• RQ5 標準的なEBLプロセスレシピが、高解像度パターン形成を実現するために最適化を施さずにEUVリソグラフィーに直接移行可能かどうか。

主な発見

• ZEP520Aおよびmr-PosEBRの両方とも、EUV感度が高く、クリア露光量が12 mJ/cm²未満であり、PMMAを著しく上回っている。
• EUV-IL下での25 nm半周期ライン/スペースのサイズ露光量は、ZEP520Aで79.2 mJ/cm²、mr-PosEBRで88.7 mJ/cm²であった。
• 達成された最小ラインエッジラフネス（LER）は、ZEP520Aで1.5 nm、mr-PosEBRで4 nmであり、それぞれのサイズ露光量条件下で測定された。
• EBL下ではZEP520Aが2 nm、mr-PosEBRが6 nmのLERを達成しており、ビームステッピング条件下でのパターン忠実度がZEP520Aの方が優れていることが示された。
• 両レジストとも、EUV-IL下でのLERがEBL下よりも一貫して低く、EUVの高いNILSとショットノイズの低減が要因である。
• 本研究では、一般用途のEBLプロセスレシピがEUV-ILに直接拡張可能であり、優れた収率と品質を実現する高解像度パターン形成が可能であることが確認された。