極紫外光(EUV)微影技術與傳統193nm微影技術有著眾多不同之處,其中包括引人注目的優勢和創新機會。 EUV曝光機的波長更短,進而可以利用單次曝光實現更小的元件圖案間距,因此,對於目前採用多層圖案化技術的製程,晶圓廠可以改為採用單層圖案化並減少製程步驟、光罩數量和疊對的複雜性。然而對於這些尺寸的特徵,目前對良率影響微乎其微的一些問題則會變得十分嚴重。

在光罩製造中,較小的特徵尺寸(CD)和間距意味著在光罩基板製造中需要更多監控和控制。在光罩廠內,EUV光罩檢測系統必須能夠從特徵尺寸更小的背景圖案中捕獲到更小的缺陷。由於EUV曝光機具有更高的解析度,對於193nm不重要的小缺陷仍將嚴重影響圖案化製程,並造成晶圓上的無法接受CD變化過高。這對於圖案位準精度也是同樣的。對於晶圓廠,EUV微影技術需要更加全面的光罩複檢方法──將標準光罩檢測與曝印晶圓檢查相結合,以確保識別所有良率關鍵的光罩缺陷。

在晶圓廠內,對無圖案(unpatterned)晶圓和圖案(patterned)晶圓進行檢測是確保EUV微影圖案成功的關鍵因素。兩個檢測方法都可以協助曝光機鑑定、光阻鑑定、生產線監控和機台監控等應用。如KLA的Surfscan SP7無圖形晶圓檢測儀,Voyager 1015雷射掃描圖案晶圓檢測儀和39xx寬頻電漿光學圖案晶圓檢測儀等機台,在EUV微影開發和生產監控中都舉足輕重。

對於曝光機認證,無圖案化晶圓檢測可以透過檢測新的微粒源來協助監控曝光機清潔度;這些微粒包括例如來自光阻排氣的顆粒、來自卡盤的碎屑、來自光源的金屬微粒,以及有機微粒。寬頻電漿光學圖案化晶圓檢測可以捕獲所有系統熱點,並有助於焦距/曝光量製程區間的識別。對於光阻驗證,無圖案晶圓檢測則可以表徵新光阻和微影疊層的性能,進而縮短開發時間。無圖案晶圓檢測也可以用於鑑定和監測EUV微影塗佈顯影機性能,透過盡快識別機台、反應腔和微影異常,最大限度地減少良率損失。

至於雷射掃描圖案晶圓檢測,則可捕獲顯影後檢測(ADI)中的良率關鍵缺陷,提供準確的晶圓重做所需的資訊。

因應7/5奈米製程的複雜EUV微影光罩挑戰

7、5奈米製程節點面臨的缺陷挑戰從EUV基材就開始了,因為平整度、缺陷率和吸收膜質量等的要求更加嚴格,所以它們比光學基材更加複雜。EUV光罩基材通常有40多層鉬/矽(Mo/Si)材料組所組成,這些材料由基材製造商沉積,並覆有一層釕覆蓋層,隨後在其之上進行鉭基吸收劑層的沉積。任何在生產中落入光罩的微粒都有可能造成高度偏差並導致相缺陷。另外在LTEM基板中的任何不規則性(凸起或凹坑),都可能透過薄膜堆疊層擴展為成相缺陷。

KLA的FlashScan 200光罩基材檢測系統可以在基材製造中有效地捕獲微粒缺陷。此外,KLA的Teron 647e光罩檢測儀專有Phasur技術可以檢測到那些可能造成相缺陷的小凹坑和凸起。總體而言,目前光罩廠可以針對7奈米HVM和5奈米的早期配置採用Teron 647e光罩檢測儀以應對隨EUV光罩複雜性而來的檢測挑戰。額外的Teron檢測配置則能夠滿足晶圓廠中嚴格的IQC和複檢要求。

隨機變化(random variations)也帶來一個有意思的表徵挑戰。由於──光子的和化學的──散粒雜訊,有一些缺陷類型可能只會在某些曝光中出現,在其他曝光中則否,這使得複印缺陷的確認變得更加困難。隨機的缺陷率要求我們能夠檢測和表徵「軟性」複印缺陷。這需要整個晶圓的檢測覆蓋度非常高,同時需要大量複雜的對應技術以緩解其威脅。

KLA的39xx系列寬帶等離子光學圖案晶圓檢測儀能夠提供捕獲隨機缺陷所需的覆蓋範圍,電子束的高密度採樣可以提供有關CD分佈的其他信息。KLA的PROLITH圖案計算軟體包括隨機模擬功能,這讓製程團隊能夠在模擬中表徵CD分佈並發現故障機制。此外也可以與光學檢測儀上的NanoPoint或pin•point結合使用,以引導檢測和檢視這些高風險區域的採樣,從而完成更加全面的表徵和分析。

如上所述,在複雜光罩基材製造中任何微粒都有可能形成導致相缺陷的高度偏差。光罩基材檢測儀必須能夠在裸基板、薄膜疊層和吸收膜上捕獲各種缺陷類型,以幫助基材製造商了解缺陷的來源並改進製程。KLA將與光罩基材製造商合作,在製程開發和大量生產中採用FlashScan系統以控制缺陷。

在傳統的微影方法中,特徵尺寸受限於波長:光源波長越短,產品特徵越小。按照這個邏輯,因技術節點尺寸不斷減小,轉而採用EUV波長十分必要。然而值得注意的是,半導體製造商正在超越特徵尺寸限制之外的技術領域中不斷探索創新以提高晶片性能。一項技術的歷史性成功並不妨礙我們尋找其他解決方案。