光學+電子束 新一代晶圓檢測系統讓缺陷無所遁形

作者 : KLA

IC晶圓廠必須能夠即時檢測出缺陷,並儘可能在線上檢測,同時距離製程機台越近越好,速度越快越好。沒有檢測到的缺陷是無法對其進行控制的...

針對先進的3D NAND、DRAM和邏輯積體電路(IC)檢測需求,KLA不久前發佈了最新的392x和295x光學缺陷檢測系統和eDR7380電子束缺陷檢視系統。392x和295x光學圖案晶圓缺陷檢測系統利用寬頻電漿光照技術、感測器架構和晶片設計訊息整合等方面的進展,實現了高靈敏度、產出量和良率相關的分類。

因此與業界其他系統相比,這個新系統可以更快地發現缺陷,加速良率學習以及提供更全面的線上監控。 392x和295x系統使用互補的波長範圍,可以涵蓋從淺溝槽隔離到金屬化等所有製程層的檢測應用,包括EUV微影質量控制,以最終確保對良率關鍵缺陷的敏感性,從而改善針對領先IC元件的缺陷檢測和監控。

eDR7380電子束晶圓缺陷檢視系統具有領先影像品質以及通過一次測試即提供完整缺陷柏拉圖分析的功能;與其前幾代產品相比,該系統可以在檢測過程中更快地確定缺陷源,更快地檢測偏移,並且可以在生產中提供更準確及可操作的資料。該系統可以檢測脆弱的EUV微影製程層。與KLA檢測系統的獨特鏈接縮短了獲得結果的時間,並允許讀取各種KLA特定應用程序,還可以通過智慧採樣和有效交換缺陷資料從而提高檢測靈敏度。

392x、295x和eDR7380系統可以作為全新系統安裝,也可以對上一代的39xx、29xx或eDR7xxx系統的進行升級。這些系統都可以為將來提供擴展性,以保護晶圓廠的資本投資。所有這些新系統都在全球領先的IC製造商處運行,他們共同努力製造創新的電子設備。

先進製程節點的缺陷檢測挑戰

10nm/7nm設計節點及更先進的前沿半導體IC正在採用創新的縮放比例、3D架構、新材料、新的整合方案,更多的多重圖案製程層,以及EUV微影技術等等。此外,參數變化和缺陷之間的界線也變得更加混亂。例如與覆蓋層相關的偏移可能表現為缺陷引起的整合問題。由於缺陷與圖案變化之間存在這種相互聯繫,因而很難確定製程問題的根本原因。

這些IC整合和生產挑戰需要創新的檢測和量測策略以控制數百個製程步驟,從而實現最終元件的性能和良率目標。檢測最小的良率相關的缺陷需要更高的靈敏度,完整的晶圓檢測覆蓋面則需要較高的產量,以便能夠檢測晶圓對晶圓和批次對批次的簽名,並支持統計批次採樣。

KLA的392x系列和295x系列寬頻電漿晶圓缺陷檢測系統支援晶圓級缺陷發現、良率學習和在線監測,適用於≤7nm邏輯和先進的記憶體設計節點。寬頻電漿照明技術可為392x和295x檢測系統提供互補的波段,從而能夠針對各種製程層、材料類型和製程堆棧進行關鍵缺陷的高靈敏度檢測。392x系列和295x系列還採用先進的設計感知算法,pixel˙point和nano˙cell,用於良率至關重要的圖案位置中的缺陷並對其進行分類。

392x系列和295x系列的產量可支援線上監測要求,同時具有速度和靈敏度,提供Discover at the Speed of Light功能,減少了獲取晶圓級資料所需的時間,從而可以在開發和批量生產中全面表徵製程問題。

光學+電子束確保缺陷檢測無死角

在進行先進製程晶片檢測時,需要同時使用光學檢測與電子束檢視系統。這首先是因為,IC晶圓廠必須能夠即時檢測出缺陷,並儘可能在線上檢測,同時距離製程機台越近越好,速度越快越好。沒有檢測到的缺陷是無法對其進行控制的。光學檢測系統可以非常快速、完整地檢測整個晶圓。生產採樣通常是每批次幾個晶圓,並且經常以24×7全天候頻繁採樣,以監控和保護高價值的生產晶圓。

一旦使用光學檢測系統在線上檢測到缺陷,就需要進行電子束晶圓缺陷檢視,重訪已檢測到的缺陷,並採用高分辨率圖像收集、提取和先進的機器學習算法對缺陷進行分析和分類。 KLA檢測系統與KLA電子束檢測設備之間的協同連接可提供最佳可行的柏拉圖分析,並推動糾正措施和更快的良率學習。

總而言之,若未檢測到一次製程偏移和潛在良率問題,並因此導致批量生產的晶圓庫存處於危險之中,其成本將遠高於線上檢測、鑑別和監控質量問題所需的投資成本。

因應EUV微影製程缺陷檢測挑戰

光罩包含標準圖案圖像,該圖像被在整片晶圓上步進重複地進行曝光。光罩上的缺陷可能會在每個區域和每個晶圓上印刷,並導致嚴重的良率損失。 IC晶圓廠結合使用標線檢測(IQC,標線再認證)和晶圓檢測(圖案和無圖案)來監視微影區的缺陷。

目前正處於生產初期的EUV提出了新的挑戰,尤其是光罩品質方面。對於沒有防護膜的EUV光罩,每個晶片上印有污染物的風險要大得多。這意味著IC晶圓廠必須採取更加嚴格的光罩重新認證的方法──例如,直接將光罩檢測與晶圓印刷檢測相結合,以確保識別出所有對良率至關重要的光罩缺陷。

對於帶有防護膜的EUV層,光罩再認證產生獨特的挑戰。多晶矽是當今研究最深入的防護薄膜,不能透射光罩檢測系統常用的紫外線波長。一旦將防護膜應用到EUV光罩,IC製造商在晶圓廠重新鑑定光罩的最佳方法是提供監控控制晶圓,並使用高靈敏度晶圓檢測系統對其進行檢測,以檢測重複缺陷。

電子束晶圓缺陷檢視和分類也被用於確定缺陷是否為真正的重複缺陷。對於印刷檢查方法,EUV曝光機在短循環製程晶圓上印製圖案。392x具有獨特的波段和EUV特定算法,可檢查整個晶圓,以高靈敏度捕獲潛在的重複缺陷;然後將eDR7380用於檢視和缺陷分類,識別缺陷類型並生成可執行的缺陷柏拉圖分析。利用光罩和晶圓檢測結果,微影工程師可以依靠資料做出有關EUV光罩質量以及是否需要清潔光罩的決策。

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