极紫外多层膜表面碳沉积的机理、检测方法及去除策略研究

Extreme ultraviolet lithography (EUVL) has become the primary condidate for next generation lithography of very large scale integrated circuit. In order to put EUVL into practical production, the problem of carbon contamination of EUV multilayers must be solved.EUV multilayer optical elements will be influenced by the background gas during their working processes, and their sufaces will be deposited by carbon, which will reduce the reflectivity of the optical components. Carbon contamination problem has become an important factor to restrict the development of EUVL. This project will research on the mechanism, detecting technology and cleaning strategy of carbon contamination. Mathematic model of carbon deposition will be established, and its mechanism will be analyzed deeply in theory. Basic scheme of potential detecting and cleaning method for application will be established, and sub-nanometer detecting accuracy and high efficiency cleaning rate will be obtained. Foundational data of carbon layer thickness change, carbon layer morphological change, reflectivity change and cleaning rate will be obtained. Essential and regular information revealed by these data will be studied, relationships between loss of reflectivity, cleaning rate and their relevant parameters will be established. These studies can provide a theoretical basis for the best cleaning solution, and ultimately extend the life of optical components. The implementation of this project will lay the methodological foundation for cleaning and detecting technology of carbon contamination in the EUVL field of China.

极紫外光刻技术（EUVL）是下一代极大规模集成电路制作工艺的主流光刻技术。要将EUVL应用于实际生产中，必须要解决EUV多层膜光学元件表面碳污染问题。由于残余气体的影响，在多层膜表面产生的碳污染会降低多层膜光学元件的反射率，严重影响其使用寿命，已经成为制约EUVL发展的一个重要因素。本项目对碳污染的形成机理、检测手段和去除方法进行研究。建立碳沉积的数学模型，在理论层面深入分析其机理。建立具有应用潜力的检测和清洗方法的基本方案，获得亚纳米级的检测精度及高效的去除速率。具体分析碳层厚度变化、形态变化、反射率变化和清洗速率等基础数据，研究这些数据所揭示的本质性、规律性信息，建立起反射率损失、清洗速率与各相关参数的关系，为最佳清洗方案的制定提供理论依据，最终实现延长光学元件使用寿命的目的。本项目的实施将为我国 EUVL领域中光学元件碳污染相关技术的研究奠定方法学基础。

极紫外光刻技术（EUVL）是下一代极大规模集成电路制作工艺的主流光刻技术。要将EUVL应用于实际生产中，必须要解决EUV多层膜光学元件表面碳污染问题。本项目对碳污染的形成机理、检测手段和去除方法进行研究。建立了碳沉积的数学模型，模型预测结果与文献实验数据吻合。以原子氢为核心完成碳沉积清洗与检测一体化方案设计。开展碳沉积关键影响因素的研究，主要包括压强、光强、扩散、碳氢化合物种类与环境温度。获得碳沉积前后多层膜表面的测试结果，对于Si帽层，反射率下降4.0%左右，对于Ru帽层，反射率下降2.0%～4.2%左右。建立了原子氢清洗过程的数学模型，模型预测结果与文献实验数据吻合。利用该模型开展了关键工艺参数对清洗速率影响的研究，主要包括工作距离、角度、基底温度、碳层形态、原子氢浓度以及反应活化能。完成了原子氢清洗的实验研究，从实验角度对上述工艺参数对清洗速率的影响进行验证，表明了清洗过程数学模型的有效性，并获得了该实验平台的最佳清洗条件，即环境温度23℃，氢气的通入压强4.3MPa，氢气平均流量0.08sccm，真空度1×10-5mbar，氢源功率131W，工作距离55mm，基底温度320K～360K。测量了清洗前后多层膜表面的反射率变化，经过30min~90min的清洗后，反射率明显恢复，反射率的变化规律符合多层膜反射相干叠加原理。基于椭偏法开展碳层厚度测量的研究， Tauc-Lorentz oscillator色散模型的评价参数R为99.32%，Forouhi-Bloomer色散模型的评价参数R为99.26%，可以有效预测碳层厚度。本项目的顺利实施将为EUV多层膜表面碳沉积清洗技术的发展奠定坚实的理论基础。未来，我国会继续发展EUV光刻技术，届时该项目的研究成果将会发挥重要作用，其衍生成果具有应用在国产EUV光刻机中的前景。