Imec odkrywa sposób na zwiększenie wydajności fotolitografii EUV: wtrysk tlenu podczas wypalania po naświetlaniu fotorezystu metalowo-tlenkowego

Wyniki badań pokazują, że kontrola składu gazu, zwłaszcza poziomu tlenu, podczas krytycznych etapów litografii znacznie poprawia działanie fotorezystu tlenku metalu w przypadku nowej generacji wzorów EUV o dużej przepustowości.

LEUVEN (Belgia), 25 LUTEGO 2026 r. W tym tygodniu podczas konferencji SPIE Advanced Lithography + Patterning Conference 2026 imec, centrum badań i innowacji w dziedzinie zaawansowanych technologii półprzewodnikowych, wykazało, że precyzyjna kontrola składu gazów podczas etapów litografii EUV po naświetlaniu może pomóc w zminimalizowaniu wymaganej dawki naświetlania, umożliwiając w ten sposób uzyskanie większej wydajności wafli [1]. W szczególności poprawiono reakcję na dawkę fotorezystów tlenku metalu (MOR) dzięki przeprowadzeniu etapu wypalania po naświetlaniu EUV w warunkach podwyższonego stężenia tlenu.

Wykres przedstawiający wpływ wtrysku tlenu na dawkę EUV wymaganą do drukowania zarówno w przypadku modelu, jak i komercyjnego MOR. W przypadku stężenia tlenu powyżej 21% (tlen w atmosferze powietrza) stwierdzono znaczne zmniejszenie dawki EUV.

Fotorezysty tlenku metalu (MOR) w zaawansowanych zastosowaniach litografii EUV dały doskonałą rozdzielczość, zmniejszoną chropowatość krawędzi linii i dobrą wydajność dawki EUV w stosunku do rozmiaru, w porównaniu z fotorezystami wzmacnianymi chemicznie (CAR). Ich lepsza zdolność przenoszenia wzorów w przypadku małych elementów i cienkich warstw fotorezystu sprawia, że są one szczególnie atrakcyjne w przypadku warstw metalowych o najwyższej rozdzielczości, naświetlanych przy użyciu litografii EUV o wysokim NA. Imec wykazał obecnie, że reakcję MOR na dawkę można jeszcze bardziej poprawić, podnosząc stężenie tlenu powyżej poziomu atmosferycznego podczas etapu wypalania po naświetlaniu litografii EUV – krytycznego etapu obróbki cieplnej po naświetlaniu fotorezystu EUV i przed jego wywołaniem.

Wzrost szybkości naświetlania o 15–20%

– Obserwujemy wzrost szybkości naświetlania o 15–20% przy zwiększeniu stężenia tlenu z atmosferycznego 21% do 50% podczas wypalania po naświetlaniu. Tendencja ta jest obserwowana zarówno w przypadku modelowych materiałów MOR, jak i komercyjnych materiałów MOR. Odkrycie to po raz pierwszy pokazuje, że staranne kontrolowanie składu gazu podczas kluczowych etapów litografii może znacznie zmniejszyć wymaganą dawkę naświetlania EUV, bezpośrednio zwiększając wydajność skanera EUV i obniżając koszty procesu. To tylko pierwszy wynik uzyskany dzięki narzędziu BEFORCE: kontrolowany skład gazu stanowi dodatkowy element umożliwiający badanie wpływu czynników środowiskowych na zmienność litograficzną materiałów MOR. Producenci sprzętu mogą wykorzystać te informacje jako wytyczne do dostosowania swoich narzędzi w celu poprawy wydajności i stabilności litografii EUV – powiedział Ivan Pollentier, starszy badacz w imec.

Lepsze wyniki dzięki BEFORCE

Unikalne narzędzie badawczego zostało opracowane przez imec w celu zbadania wpływu środowiska otoczenia na stabilność wymiarów krytycznych (CD) i wydajność materiałów MOR.

– W komercyjnych klastrach EUV płytki pokryte fotorezystem są naświetlane w próżni, a następnie przenoszone do jednostki wypalania po naświetlaniu, gdzie są podgrzewane w warunkach atmosferycznych. Nasze narzędzie BEFORCE naśladuje te operacje, ale przenoszenie płytek i wypalanie po naświetlaniu są odizolowane od atmosfery Clean roomu i mogą być wykonywane w precyzyjnie kontrolowanych warunkach, które umożliwiają systemy wtrysku i mieszania gazów. Ta unikalna zdolność, w połączeniu ze zintegrowanym pomiarem prędkości fotograficznej, była kluczem do odkrycia roli tlenu w zwiększaniu reakcji MOR na dawkę – oznajmił Kevin Dorney, kierownik zespołu badawczo-rozwojowego w imec.

Zdjęcia narzędzia BEFORCE, skrót od „Bake and EUV system with FTIR and Outgas measurement for Resist evaluation in Controlled Environment” (System wygrzewania i EUV z pomiarem FTIR i odgazowaniem do oceny fotorezystu w kontrolowanym środowisku).

Aby optymalnie wykorzystać pozytywny wpływ składu gazów na wydajność MOR, niezbędne jest bardziej fundamentalne zrozumienie mechanizmu chemicznego zachodzącego podczas wypalania po naświetlaniu fotorezystu. Trwają eksperymenty mające na celu skorelowanie wydajności MOR z obserwacjami zmian chemicznych rejestrowanych przez zintegrowany spektrometr w podczerwieni z transformacją Fouriera – w różnych warunkach środowiskowych. Planowane rozszerzenie narzędzia BEFORCE o zaawansowane funkcje metrologiczne pozwoli imec osiągnąć jeszcze lepsze wyniki.

Narzędzie BEFORCE może być wykorzystywane w szerszym zakresie do badania zarówno fotorezystów MOR, jak i CAR i jest dostępne dla partnerów imec do oceny fotorezystów | źródło: imec

Przedstawione osiągnięcia i wstępne podstawowe spostrzeżenia zostały przedstawione w dwóch artykułach opublikowanych podczas konferencji SPIE Advanced Lithography + Patterning Conference 2026:

• Artykuł 13983-36 – „Odkrywanie nowej strategii redukcji dawki dla fotorezystów z tlenku metalu poprzez środowisko atmosferyczne po ekspozycji”, I. Pollentier i in.
• Artykuł 13983-50 – „Chemiczne źródła modyfikacji środowiskowych w chemii litograficznej fotorezystów MOR”, K. Dorney i in.

Prace te zostały częściowo umożliwione dzięki linii pilotażowej NanoIC, której zakup i eksploatacja są finansowane wspólnie przez Chips Joint Undertaking, w ramach programów Unii Europejskiej „Digital Europe” (101183266) i „Horizon Europe” (101183277), a także przez uczestniczące państwa: Belgię (Flandria), Francję, Niemcy, Finlandię, Irlandię i Rumunię.

Imec to centrum badań i innowacji w dziedzinie zaawansowanych technologii półprzewodnikowych. Wyposażone jest w najnowocześniejszą infrastrukturę badawczo-rozwojową. Zatrudnia ponad 6500 specjalistów w zakresie półprzewodników i systemów sztucznej inteligencji, fotoniki krzemowej, łączności i czujników.

Zaawansowane badania imec przyczyniają się do przełomowych osiągnięć w wielu branżach, w tym w informatyce, służbie zdrowia, motoryzacji, energetyce, infotainment, przemyśle, agrobiznesie i bezpieczeństwie. Poprzez IC-Link imec prowadzi firmy przez każdy etap tworzenia chipów – od wstępnej koncepcji do produkcji na pełną skalę – dostarczając rozwiązania dostosowane do najbardziej zaawansowanych potrzeb w zakresie projektowania i produkcji.

Imec współpracuje z globalnymi liderami w całym łańcuchu wartości półprzewodników, a także z firmami technologicznymi, start-upami, środowiskiem akademickim i instytucjami badawczymi we Flandrii i na całym świecie. Imec ma siedzibę w Leuven w Belgii i posiada ośrodki badawcze w Belgii, Niemczech, Holandii, Włoszech, Wielkiej Brytanii, Hiszpanii i Stanach Zjednoczonych, a także przedstawicielstwa na trzech kontynentach. W 2024 r. imec odnotował przychody w wysokości 1,034 mld EUR.

[1] wafle – struktury półprzewodnikowe na podłożu krzemowym; słowo zapożyczone z języka angielskiego „wafers”, które weszło do potocznego użytku w branży elektronicznej z uwagi na brak lepszego odpowiednika w języku polskim; najlepiej oddaje wizualne wyobrażenie bardzo cienkich, ciętych laserowo plastrów monokryształu krzemu, używanych do wytwarzania przyrządów półprzewodnikowych, ogniw słonecznych oraz mikroukładów elektromechanicznych (przypis redakcji).