Op een DRAM-chip kan het vormen van patronen buiten de celarray net zo uitdagend zijn als die binnen de array zelf. Hoewel de array kenmerken bevat die het dichtst opeengepakt zijn, zijn ze tenminste regelmatig gerangschikt. Aan de andere kant gaat buiten de array de regelmaat verloren, maar in de moeilijkste gevallen kunnen de toonhoogtes nog steeds vergelijkbaar zijn met die binnen de array, hoewel ze over het algemeen groter zijn. Dergelijke kenmerken zijn de laagste metaallijnen in de periferie voor de circuits voor de detectieversterker (SA) en de subwoordlijnaansturing (SWD). Een belangrijke uitdaging is dat deze lijnen er kronkelend uitzien en dat de toonhoogte over een bepaald bereik varieert (Afbeelding 1). De max/min pitch-verhouding kan variëren van ~1.4 tot 2. De beeldprestaties van twee of meer pitches samen kunnen niet worden beoordeeld op basis van de beeldprestaties van elk van deze pitches afzonderlijk.
Figuur 1. Variërende toonhoogte in metalen lijnen in de DRAM-periferie. Van rechts is de toonhoogte minimaal, maar vanaf links is deze bijna tweemaal de minimale toonhoogte.
Het lijnenbeeld voor een vaste steek wordt opgebouwd uit de interferentie van ten minste twee bundels die uit de pupil komen en door het eindobjectief gaan met numerieke apertuur NA. De maximale fasefout tussen twee van de bundels beïnvloedt de verslechtering van het beeld als het onscherp wordt. In een EUV-systeem met 0.33 NA kan een beeld met een pitch van 44 nm alleen worden gevormd uit twee bundels, terwijl de pitch van 66 nm kan worden gevormd uit twee, drie of vier bundels. Figuur 2 toont het interessante resultaat dat het beeld met twee bundels de laagste maximale fasefout heeft. Dit ligt ten grondslag aan het bestaan van verboden velden met dipoolverlichting [1]. Dit heeft geleid tot de benadering van blootstelling met twee maskers [2].
Figuur 2. Fasefouten voor verschillende afbeeldingen met een pitch van 66 nm versus een pitch van 44 nm onder defocus van 45 nm in een EUV-systeem van 0.33 NA. Beelden met twee bundels geven de minste fasefout.
Helaas ondersteunt slechts 10% van de pupil in het 0.33 NA EUV-systeem beeldvorming met twee stralen voor zowel de afstanden van 44 nm als 66 nm (Figuur 3). Lichtuitschakeling bij de condensor vermindert het beschikbare licht voor belichting [3]. De bruikbare pupilvulling wordt verder teruggebracht tot 0 door rekening te houden met pupilrotatie over de spleet [4].
Figuur 3. Gedeelte van een 0.33 NA EUV-pupil die beeldvorming met twee stralen ondersteunt voor pitches van 44 nm en 66 nm, in het midden van de spleet (blauw) en de rand van de spleet (oranje) na een rotatie van 18 graden. Geen enkel deel van de pupil ondersteunt de beeldvorming consistent over de spleet.
Het wordt nog erger voor het High-NA 0.55 NA EUV-systeem, omdat er zeker minstens drie stralen uit de pupil zullen komen en de scherptediepte verder wordt verminderd door de hogere NA.
Als in plaats daarvan een DUV 1.35 NA-systeem zou worden gebruikt, is dubbele patroonvorming nodig om zowel een pitch van 44 nm als 66 nm te bereiken. De afstanden van 88 nm en 132 nm worden dus feitelijk belicht. Beide maken gebruik van beeldvorming met twee bundels, wat een goed voorteken is voor het vinden van verlichting met voldoende scherptediepte voor beide pitches (Figuur 4).
Figuur 4. Fasefouten voor 88 nm en 132 nm pitches onder 45 nm defocus in een 1.35 NA ArF (DUV) systeem, voor een geoptimaliseerde dipoolverlichtingsvorm (inzet).
Op dit punt kunnen we generaliseren en enkele lithografische vereisten stellen voor metaallijnpatronen voor SA- en SWD-circuits. Om beeldvorming met twee bundels te behouden, moet de maximale tot minimale pitchverhouding <2 zijn, wat overeenkomt met respectievelijk de halve pitch k1=0.5 en k1=0.25. Voor een max/min pitch-verhouding van 1.5 kunnen de huidige 1.35 NA DUV-systemen een minimale pitch van 80 nm en een maximale pitch van 120 nm ondersteunen zonder dubbele patronen. Zodra dubbele patronen worden gebruikt, mag de maximale lijnafstand echter niet groter zijn dan ~90 nm. De max/min pitch-verhouding moet mogelijk dienovereenkomstig worden aangepast. Vanwege de kronkelende aard van de metalen lijnen zou het niet onredelijk zijn om bijvoorbeeld 3 metalen lijnen (2 steken) in één sectie even lang te laten overspannen als 4 metalen lijnen (3 steken) in een andere sectie. Deze even-oneven ongelijkheid kan worden opgelost door het oneven metalen kenmerk te splitsen en te naaien, zoals weergegeven in figuur 5 [5,6].
Figuur 5. Het splitsen van een lay-out met even en oneven aantallen lijnen kan worden opgelost door het oneven element te splitsen en weer aan elkaar te naaien met het dubbele patroon.
Wanneer de minimale lijnafstand kleiner wordt dan ~40 nm (voorbij het 13 nm DRAM-knooppunt [7]), mogen we verwachten dat de dubbele DUV-patronen viervoudige patronen worden (Figuur 6). Maar waarom zouden we EUV-patronen voor eenmalige blootstelling niet overwegen?
Figuur 6. Viervoudige patronen (met een 1.35 NA DUV-systeem); elke kleur vertegenwoordigt een afzonderlijke belichting.
Een extra overweging voor SA- en SWD-metaalpatronen is dat de lay-out twee dimensies vereist om tegemoet te komen aan de loodrechte bitlijn- en woordlijnrichtingen. Dit brengt het gebruik van X+Y-dipool- of kruisdipoolverlichting met zich mee, waardoor de gebruikte maskertypen worden beperkt. In wezen kan de verlichting alleen de toonhoogtes in één oriëntatie ondersteunen, en degradeert de toonhoogtes in de andere oriëntatie. Maskers zonder vooraf ontworpen faseverschuivingen (ook wel binaire maskers genoemd) hebben last van een daling van een ongewenste daling van de genormaliseerde beeldloghelling (NILS) (Figuur 7). EUV kampt momenteel met een gebrek aan de noodzakelijke faseverschuivingsmaskers [8,9]. Daarom zouden twee belichtingen (elk al meer dan de kosten van twee DUV-blootstellingen [10]), één voor X-oriëntatie en één voor Y-oriëntatie, nodig zijn.
Figuur 7. Cross-dipoolverlichting vermindert NILS voor beeldvorming met twee stralen met binaire maskers.
DUV-verzwakte faseverschuivingsmaskers (attPSM's) kunnen worden ontworpen met faseverschuivingen van 180 graden tussen de heldere en donkere gebieden, waardoor dit probleem wordt verzacht (Afbeelding 8).
Figuur 8. Kruisdipoolbelichting vermindert nog steeds de NILS voor beeldvorming met twee stralen met attPSM-maskers, maar de waarde blijft boven de 2.
De hierboven beschreven scenario’s zijn samengevat in onderstaande tabel.
Tabel 1. Scenario's voor SA- en SWD-metaalpatronen met minimale steek in DRAM.
Referenties
[1] M. Eurlings et al., Proc. SPIE 4404, 266 (2001).
[2] D. Nam et al., Proc. SPIE 4000, 283 (2000).
[3] M. van de Kerkhof et al., Proc. SPIE 10143, 101430D (2017).
[4] A. Garetto et al., J. Micro/Nanolith. MEMS MOEMS 13, 043006 (2014).
[5] Y. Kohira et al., Proc. SPIE 9053, 90530T (2014).
[6] S-Min Kim et al., Proc. SPIE 6520, 65200H (2007).
[7] J. Lee et al., Proc. SPIE 12495, 124950S (2023).
[8] F. Chen, “Faseverschuivingsmaskers voor verbetering van de NILS – een handicap voor EUV,” https://www.linkedin.com/pulse/phase-shifting-masks-nils-improvement-handicap-euv-frederick-chen
[9] A. Erdmann, H. Mesilhy en P. Evanschitkzy, J. Micro/Nanopatterning, Materials, and Metrology 21, 020901 (2022).
[10] L. Liebmann, A. Chu en P. Gutwin, Proc. SPIE 9427, 942702 (2015).
Dit artikel verscheen voor het eerst in LinkedIn Pulse: Toepassingsspecifieke lithografie: Sense Amplifier en Sub-Wordline Driver Metal Patterning in DRAM
Lees ook:
BEOL-maskerreductie met behulp van door afstandhouders gedefinieerde via's en insnijdingen
Deel dit bericht via:
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://semiwiki.com/lithography/339965-application-specific-lithography-sense-amplifier-and-sub-wordline-driver-metal-patterning-in-dram/
