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寻找EUV掩模缺陷

Mark LaPedus ·2017-10-20 11:30·semi engineering
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芯片制造商希望在7nm和/或5nm处插入极紫外(EUV)光刻技术,但在该技术可用于生产之前需要解决几个挑战。

一个变得越来越令人担忧的一个持续的问题是如何找到EUV面具缺陷。那当然不是唯一的问题。该行业继续在电源上抗拒。但是光罩对部署EUV至关重要。

简单来说,芯片制造商设计了一种从文件格式转换为光掩模的IC。掩模是给定IC设计的主模板。它被放置在光刻扫描器中,其通过掩模投射光。这又用于在晶片上图案化。

如果掩模具有缺陷,则可能会在晶片上印刷不规则。因此,捕获掩模缺陷很重要。但这并不总是容易的,尤其是EUV面具。

为了找到缺陷,该行业希望使用一种称为光谱图案掩模检测(APMI)的技术。使用与EUV相同的13.5nm波长,APMI可能比使用光学技术的今天的检测系统发现更多的缺陷。但是APMI还在发展中,所以现在行业主要采用光学检测来检测EUV掩模和传统光学掩模的缺陷。

使用193nm波长,光学检查可以说可以在7nm处检测EUV掩模的缺陷。但即使在7nm,当然也是5nm及以上,光学检测是有限的,无法解决超出一定分辨率的缺陷。

在每个新节点,EUV掩模缺陷变小,难以定位。为了应对这些挑战,EUV面具检测需要在整个供应链中使用各种工具类型。检查策略还涉及防护薄膜薄膜,防止颗粒落在面罩上。

据了解,EUV面具制造过程中的检查和其他步骤的复杂性可能会导致EUV面具制造商及其客户的更长的周转时间和更高的成本

幸运的是,该行业正在开发新的EUV面罩检测技术,可以帮助解决一些但不是全部问题。例如,ASML,KLA-Tencor等人正在为EUV掩模开发新的多光束电子束检测技术。另外还有一些人正在追求APMI。

根据Gartner,2016年,面罩设备检测市场总额达到3.28亿美元,比2015年下降了38%。"我们预计在2017年将会反弹到约4.5亿美元。这个市场是基于介绍的周期性的Gartner的分析师Bob Johnson说: 该公司没有突破EUV面具检查的数量。

面膜流


GlobalFoundries,Intel,Samsung和TSMC希望在7nm和/或5nm处插入EUV光刻技术。"(EUV是必需的),以保持摩尔定律的效果," 高级副总裁兼技术研究员David Hemker说,林研究在最近的事件。

但是像以前一样,将EUV投入生产有几个障碍,即电源和抗拒。Hemker说: "我们必须通过创造性来克服这些问题。

面具也很关键。该行业已经开发了EUV面具多年。目标是以合理的成本制造无缺陷的防毒面具。

然而,今天EUV面膜成本很高。行业正在减少EUV掩模缺陷方面取得重大进步,至少在研发阶段。但一旦EUV进入大批量制造(HVM),缺陷要求将变得更加严格。"缺陷标准在早期循环中更为松动。随着时间的推移,它将进入HVM级别。HVM级别肯定不会松动,"面具技术总监Jeff Farnsworth说英特尔面罩操作,英特尔的专属光罩单元。

所以,它不仅仅是在面具店里抛出几个检查工具。事实上,它需要在面罩流程的三个主要部分的声音检查策略。"您必须全面地看待" ,标线制品部总经理Weston Sousa说KLA-Tencor公司。"你必须从空白的供应商通过面具店进入IC工厂。"

EUV掩模生产流程从生产掩模毛坯开始。由面具空白供应商制造,空白作为面具的基础结构。今天的光学掩模坯料由玻璃基板上不透明的铬层组成。


图1: EUV掩模的制作。资料来源: Sematech

相比之下,EUV掩模空白由40到50个交替层的硅和钼组成,导致250nm到350nm厚的多层叠层。在堆叠的顶部,有一个钌基覆盖层,其次是abso基于钽材料。


图2: EUV掩模空白。资料来源: GlobalFoundries

EUV面罩坯料生产过程复杂,坯料昂贵。有时,生产过程会在多层堆叠中产生诸如微粒,凹坑和凸起的缺陷。

"(在掩模空白中),关键缺陷称为相缺陷。相位缺陷主要由底物引起。如果我们想要解决这个问题,我们需要一个几乎完美的底材,"面膜和TSV蚀刻部技术人员和首席技术官主席吴秋秋说,应用材料。"但材料自然有一些孔隙度。所以无论材料多么完美,你可能总是有坑。挑战是寻找缺陷。"


图3: EUV光掩模。资料来源: 兵库大学

幸运的是,该行业已经开发出各种检测工具,用于检测EUV掩模毛坯中的缺陷。Lasertec和KLA-Tencor出售用于EUV掩模毛坯的光学检测工具。

此外,Lasertec最近推出了光化学检测系统。该系统用于EUV掩模检查,而不是APMI。如果存在,当掩模被图案化时,将使用APMI。

今天,面罩空白供应商现在拥有光学和光化学检测工具。光学工程,但需要光化学来捕获相位缺陷。EUV掩模空白需要具有16nm至20nm灵敏度的工具。工具必须能够以8nm至12nm的位置精度定位缺陷。

戴日本印刷(DNP)研究员Naoya Hayashi说: "只有光化学检查才能捕捉到相位缺陷。"光学检测可以捕获幅度缺陷wi在空白表面上的某些凹坑和/或凸块尺寸。

但是由于EUV掩模空白制作工艺的改进,业界已经将空白中的缺陷水平降低到今天的单位数水平,而不久以前的数字水平已经达到数百个。

一旦掩模毛坯缺陷由检查工具定位,它们被标记并被吸收体覆盖。然后,面罩空白被运送到光掩模供应商。

制作EUV面具


此时,制作面具。对于光学掩模,掩模坯料使用a进行图案化电子束面具作家。然后检查面罩的缺陷并进行维修。

之后,称为薄膜薄皮安装在面罩上。基于聚合物材料,防护薄膜组件防止颗粒落在面罩上。

但是,与EUV相比,流程中还有一些额外的步骤。如上所述,EUV掩模空白可能具有缺陷。尽管如此,电子束掩模写入器对掩模进行了图案化,但是该工具避免了使用所谓的图案移位技术的缺陷。模式转换工作,但它涉及额外的步骤,是耗时的。

在掩模被图案化之后,检查其是否存在缺陷。为此,业界希望使用APMI,但仍然没有可用的工具。

几年前,KLA-Tencor开始开发APMI,但是当该项目无法获得行业资金时,它停止了该项目。APMI需要5亿美元的资金,但行业瘫痪。

尽管以前的挫折,行业仍在APMI上工作。据了解,Lasertec据说正在开发APMI工具。

其他人正在开展更多异国情调的做法例如,NuFlare和Paul Scherrer研究所正在共同开发一种名为RESCAN的光化学技术。该技术使用同步加速器存储环,结合扫描散射对比显微镜和扫描相干衍射成像。

总而言之,在APMI出现在市场之前可能需要几年时间。发展起来复杂而昂贵。

有或没有APMI,EUV面罩通常在面具店中至少检查三次。前两个是预防护膜检查步骤,而第三个包括防护薄膜检查。

在防护前阶段,将EUV掩模图案化,然后进行检查。然后,如果存在任何可修复的缺陷,则用修理系统固定,并再次检查图案化掩模。

对于这些检查步骤,面具制造商可以让我们e两种检测工具技术 - 光学和电子束。最常见的技术是基于193nm或相关波长的光学。应用材料公司,KLA-Tencor和NuFlare销售光学掩模检测工具。

检查光学和EUV掩模是不同的。例如,KLA-Tencor已经为其光学工具设计了一种双重成像技术。首先,系统执行高分辨率步骤,这会使面罩上的潜在缺陷变亮。然后,执行空中成像检查步骤,发现其他缺陷。


图4: 掩模检查工具图像采集。资料来源: KLA-Tencor

然而,空中成像对EUV掩模不起作用,因为这种技术是非光化的。因此,对于EUV掩模检测,KLA-Tencor的光学工具执行各种高分辨率技术,如离轴照明。

"整个想法是我们正在努力增加信号噪声," KLA-Tencor的Sousa说。"我们通过使用不同的极化来增加信号。我们还可以进行额外的通行,以便在某些极化或成像条件下可以捕获某些缺陷。

光学检测工程,但技术在分辨率上有限。"这取决于模式,客户差异很大," Sousa说。"客户相信你可能会把它推到16nm半音。"


图5: EUV面罩的光学检查限制。资料来源: 英特尔

然而,在16nm半间距和超越范围内,业界需要不同的解决方案,即电子束检查。使用单个光束,电子束检查的灵敏度低至3nm或更低,但是在吞吐量方面较慢。

"他们必须将其用于EUV," Gartner的Johnson说。"还有,你会哈哈要做多波束来获得任何一种体面的吞吐量。"

事实上,一段时间以来,业界一直在研究称为多光束电子束检测的下一代技术。仍然在研发阶段,多光束检测工具的分辨率要高于单光束系统。

通过光学检查,检查EUV面罩需要三到五个小时。希望多光束检测可以实现与光学相同的检测时间。应用程序过程诊断和控制组的战略营销高级总监Ram Peltinov说: "一般来说,半导体行业的电子束检测解决方案正在寻求更好的生产力,特别是鉴于光学限制的日益增长的差距。材料。

然而,多光束检测技术是具有挑战性的。在电子束检查中,电子撞击表面然后散射。目标是将二次电子或背散射电子卷入采样区域进行检查。

然而,在多光束中,电子倾向于彼此干扰,从而影响工具的性能。无法控制电子是为什么多光束检查需要更长时间才能商业化。

为了解决这个问题,业界正在研究两种类型的多光束电子束检测架构 - 多光束和多列。

多列有一些优点。"由于您只有一个来源,所以使用多光束的挑战是您正在与所有多个光束共享这些电子。所以你的信号噪声越来越差,"KLA-Tencor的Sousa说。"(多列)的优点是它具有独立的源,传感器和列来操纵电子束。它的不足之处在于多波束是不能让它们密集的。"

多光束检测比光学分辨率更好,但如何对抗APMI?APMI开发成本较高。他说: 「如果可以控制光源的粒子或缺陷,我们认为电子束检查是一种更好,更具成本效益的解决方案。」

今天,应用材料和ASML出售用于晶圆和面罩检测的单梁电子束工具。在多光束电子束阵营中,Zeiss开发了一种用于EUV掩模检查/验证的91光束扫描电子显微镜。此外,KLA-Tencor正在开发5nm的多列工具。应用,ASML和NuFlare正在开发类似的系统。

小鬼的困扰


同时,EUV掩模流程中有两个预防护膜检查步骤。一旦完成,接下来的步骤是在面罩上装上一个EUV防护薄膜,然后检查。

然而,这里有一些挑战。ASML是EUV薄膜的唯一供应商,开发出了50nm厚的多晶硅防护薄膜。


图6: 原型防护薄膜。资料来源: ASML

这就是为什么业界想要APMI。从理论上讲,APMI可以在上面用多晶硅防护薄膜检查掩模。但APMI今天不存在。

另一个问题?今天的光学和电子束工具不能使用顶部的防护眼镜检查EUV面罩。不幸的是,多晶硅材料在193nm或其它波长处是不透明的。

所以ASML开发了一个可伸缩的防护薄膜。在操作中,当时候检查面罩时,EUV防护薄膜自动升高,工具检查面罩。一旦该任务完成,防护薄膜将被自动降低并重新连接到EUV掩模。

然而,可移动防护薄膜机构在该过程中可能会遇到毛刺。除此之外,EUV防护薄片本身是脆弱的。目前尚不清楚防护薄膜是否能够承受EUV扫描仪的温度要求。此外,防护薄膜也必须以90%以上的速率传输EUV光。如果传输速率较低,可能会减慢扫描仪的速度。

TEL技术人员资深成员Ben Rathsack说: "防护薄膜是有挑战性的,有几个原因。"第一个涉及到缺陷。现在,您不知道是否有缺陷,直到打印出来。二是存在功率损耗问题,影响速度。业界仍在努力弄清楚这是多么的严重。"

考虑到薄膜的问题,芯片制造商有两个选择。首先,他们可能会等待EUV防护薄膜成熟,然后使用它们。或者第二,他们可能没有他们的生产,至少在最初。但使用或不使用防护薄膜,使用光学和/或电子束检查掩模。如果面罩符合规范,则标线运送到工厂。

更多的步骤


今天在工厂,光学面罩经常在流程中进行检查。芯片制造商也将在制造厂检查EUV口罩。但战略取决于是否有薄膜。如果芯片制造商进入生产在没有防护薄膜的情况下,不需要的颗粒可以落在面罩上。如果他们用防护眼镜进入生产,他们将需要一致地检查面具。防护薄膜的脆弱性可能会导致材料的破裂,将面具置于危险之中。

在任一种情况下,芯片制造商必须检查晶圆厂中的面具。在某些情况下,他们将使用传统的光学和/或电子束掩模检查工具。然而,对于EUV,它需要额外的步骤,通常称为打印检查或晶片验证。想法是拿面罩,将其插入EUV扫描仪,然后打印一些晶片。

技术人员的高级成员Jed Rankin说: "那么我们必须进行光学全面检查来发现任何大的缺陷。GlobalFoundries的。"然后,(我们将)可能会进行基于SEM的高分辨率全场检测来弥补这一差距,因为光学工具不能将我们提升到检测所有相关缺陷的阈值。"

芯片制造商更愿意避免或减少打印检查步骤的数量。它增加了制造周期时间,这是从开始到结束处理晶片所花费的时间。"(打印支票)不是我们想要做的,而且长期不可持续。但是,在早期HVM技术上升高的情况下,这不仅仅是我们必须做的事情,而且还是可行的。"Rankin说。

缺陷的相关性的最终仲裁者是否在晶片上打印。KLA-Tencor的Sousa说: "考虑到EUV光刻技术的挑战,晶片印刷对于检测出于掩模的缺陷或掩模与工艺窗口之间的相互作用的结果越来越重要。"使用光波长晶圆检查系统在晶片上检测所谓的中继器缺陷,然后追溯到掩模版。在开发设备节点处具有非常小的工艺窗口,我们发现这些缺陷中的一些从一个模具到另一个模具不一致。对于过程窗口波动(热点)最敏感的模式类型可能会在同一个模具中打印不一致。"

可以肯定的是,EUV面具检测提出了一些挑战,但行业正在完成任务。通过打印检查和其他步骤,一般来说,掩模和晶圆周期时间预计将随EUV而增加。

Rankin说: "我们仍然需要以最低的成本(成本)尽可能快地拿出面具,并满足质量要求。"对于EUV,我们需要重新考虑周期时间的含义。"

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文章来源:https://semiengineering.com/searching-for-euv-mask-defects/

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