CDシフトはADIとエッチバイアスで切り分け｜レジスト線はCD-SEM測定で1.6 nm縮小

レジストのロットを替えて線幅（CD）が動いたとき、同じウェーハの同じ座標で、現像後に測ったCD（ADI）とエッチバイアスを並べると、先に調べる条件を分けられる。エッチバイアスとは、エッチング後のCD（AEI）とADIの差を指す。この記事が提案する順では、ADIが動いてエッチバイアスが基準内なら、膜厚、ドーズ・フォーカス、ベーク、現像液というレジスト像の条件を先に調べる。ADIが基準内でエッチバイアスだけが動いたなら、下層膜とエッチングの条件を先に調べる。

この順を使うには、ADIの値そのものが測り方で動く点を押さえる必要がある。Okaiらの2014年のSPIE発表では、幅18 nmのEUVレジストの線が、通常のCD-SEMの条件で1.6 nm縮んだ¹。ADIとAEIの違い、エッチングで粗さが変わる例はフォトレジスト材料とパターン品質で扱っている。リソグラフィを4ブロックに分けて測った値の返し先を決める考え方は露光とリソグラフィにあり、ここではそれをレジストのロット変更に当てはめる。

ADIが動いたかエッチバイアスが動いたかで、変化の起きた工程が分かれる

ADIが動いたなら、変化は塗布から現像までのどこかで起きている。ADIが基準内のままエッチバイアスが動いたなら、変化はエッチングの側で起きている。両方が動いたときは、どちらか一方の値だけでは原因の工程を決められない。

この記事が提案する切り分けの順。ADIから動いたか、エッチバイアスだけが動いたかで、最初に調べる条件の組を分ける。両方が動いたときは、主因を1つに絞った試験に進む。

ADIの値は、測る電子線と露光後の環境でも動く

CD-SEMは電子線を当てて像を作るので、レジストの線は測っている間に縮む。Okaiらの2014年のSPIE発表は¹、0.33 NAのEUV露光機で作った20 nm前後のレジストパターンで、縮み量と測定の再現性を調べた。幅18 nmの線では、通常の条件で縮み量が1.6 nm、再現性が0.13 nmで、1.6 nmはCDの約9%にあたる（1.6÷18から計算）。縮み量はスペースの幅よりも線の幅に大きく依存し、縮み量と再現性の間にはトレードオフがあった。

縮み量が線幅に依存するので、ロット間でCDが違えば縮み量も違う。ADIの差の一部は、測っている間の縮みの差になる。同じ報告では、露光条件と露光フィールドの位置を変えても縮み量に系統的な変化は見られなかった。

材料によっては、露光から現像までの環境でもADIが動く。金属酸化物レジストでは、露光後の待ち時間の湿度と汚染物質の濃度で現像後のCDが変わる²。ロットを替えた日と比べる日で待ち時間や環境が違えば、その差もADIに入る。この管理は金属酸化物レジストの湿度と雰囲気の管理で扱っている。

エッチング後の欠陥と不良の窓には、転写の寄与が入る

imecのFoubertとRinconは2019年、EUVで作ったピッチ32 nmの線について、パターンを下の層へ写した後でブリッジ型の欠陥を捉える方法を作り、光学式検査とSEMレビューでcm²単位の面積の欠陥を数えた³。同じ発表は、最終的な欠陥密度に効く要因を、露光機、塗布現像装置、パターン転写の工程条件に分けて調べている。要因を分けて調べていることから、エッチング後に数えた欠陥密度は、レジストの像と転写の両方の結果として読むことになる。

TELの研究者らは2023年、ピッチ36 nmのコンタクトホールで自社の現像法ESPERTを試し、露光余裕度、不良の出ないCDの幅、不良の出ないドーズの範囲が、ADIとAEIの両方で広がった⁴と報告した。現像を替えた効果が、エッチング後でも見えたことになる。この結果から導くと、同じ指標をADIとAEIの2か所で測っておけば、現像側の変更がエッチング後まで届いたかを確かめられる。

ADIとエッチバイアスの両方が動いたら、主因を1つにした試験で原因の工程を分ける

ADIもエッチバイアスも基準から外れたときは、膜厚、ベーク、現像液、下層膜、エッチングのレシピのうち1つだけを変えたスプリットロットを、基準ロットと同時に流す。変えた条件ごとに、ADIとエッチバイアスのどちらが基準へ戻るかを見れば、2つの原因を分けられる。塗布・現像装置の記録を欠陥マップの位置と時刻に突き合わせる方法はTEL LITHIUS Pro DICEの装置記事にある。

CD-SEMの像だけで断線や短絡の有無が分からないときは、電気の測定が手がかりになる。imecは、金属化した配線の導通測定を電子線検査と組み合わせると、確率的な欠陥の情報が得られる⁵と述べている。High-NA EUVでの実証の数値はHigh-NA EUVレジスト比較に、検査装置ごとの役割は検査・計測・オーバーレイ装置の役割分担にまとめている。

関連ページ

• 前工程フォトレジスト材料とパターン品質
• 前工程金属酸化物レジストの湿度と雰囲気の管理
• 前工程露光とリソグラフィ
• 前工程エッチング
• 装置・品質TEL LITHIUS Pro DICEの塗布・現像欠陥制御
• 装置・品質検査・計測・オーバーレイ装置の役割分担
• 装置・品質歩留まりと欠陥管理
• 前工程High-NA EUVレジスト比較

出典

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1. 1
   SPIE Advanced Lithography：Okaiほか、20 nm前後のEUVレジストパターンのCD-SEM計測と縮み（2014年）research.ibm.com ↩ab
2. 2
   Proc. SPIE：Castellanosほか、MORの露光後の待ち時間における雰囲気とCD（2024年4月）doi.org ↩
3. 3
   Proc. SPIE：Foubert、Rincon（imec）、ピッチ32 nmの線の欠陥低減の方策（2019年10月）doi.org ↩
4. 4
   Proc. SPIE：Dinhほか（TEL）、金属酸化物レジストのコンタクトホール向け現像法（2023年11月）doi.org ↩
5. 5
   imec：High-NA EUVで作ったピッチ20 nm配線の電気的歩留まり（2025年2月）imec-int.com ↩