蔡司PROVE - 光掩膜量測解決方案

繼介紹了在光掩膜驗證工藝中扮演重要角色的AIMS機臺（點擊回顧），以及光掩膜缺陷修復的主角PRT和MeRiT機臺（點擊回顧）后，本期我們迎來了蔡司光掩膜解決方案中針對量測和對準工藝的王牌：PROVE和ForTune。

▲左：光掩膜量測解決方案PROVE， 右：光掩膜微調解決方案ForTune機臺外觀

在光掩膜技術指標中一個很重要的參數是放置誤差（registration），它是指圖形在光掩膜上實際位置相對于設計的對準偏差。顯然，光掩膜的放置誤差直接影響到晶圓上的套刻誤差（overlay）?？s小光掩膜放置誤差的工作主要集中在兩個方面：一是必須能精確測量光掩膜之間的放置誤差；二是根據測量的放置誤差對曝光工藝做修正，使得修正后的放置誤差大大減小[1]。蔡司提供的PROVE和ForTune解決方案即是針對這兩個重要的工作流。

蔡司PROVE - 光掩膜量測解決方案

和晶圓制造工藝類似，圖形放置位置是光掩膜量測中相當重要的一部份。完整的芯片設計不僅對每一層光掩膜的特征圖形位置有嚴格的精準度要求，并且為了得到能正常運行的電子組件，一整套產品內不同層光掩膜的套刻有非常嚴格的技術需求。而隨著多重圖形曝光的導入，一些復雜圖層將根據關鍵尺寸考量被拆分成不同的層，不同層之間要互相疊對。為了完成這些高精度任務，量測系統(tǒng)需要在圖形放置位置量測中具備極高的分辨率及可靠的再現性和準確性。

下圖是一個典型案例，在曝光過程中，由于光掩膜上相鄰圖形之間存在干涉和衍射效應，投影到晶圓上的圖形和光掩膜上的圖形不完全相同。隨著工藝制程的不斷演進，光掩膜上圖形尺寸不斷縮小，這種相鄰圖形之間的干涉和衍射效應更加明顯，曝光后圖形的偏差更大。

▲兩層版圖疊對后形成的復雜圖案（點擊查看大圖）

同時隨著制程的提升，對于光掩膜上線寬的均勻性CD uniformity（CDU），圖形在光掩膜上放置的誤差（Registration），以及光掩膜間套刻標識的對準偏差Mask-to-Mask Overlay等的要求也不斷提高（先進制程，大約數個納米）。隨之而來的是工藝成本的攀升，以及對機臺性能要求的提高。蔡司 PROVE設備的關鍵部件是波長在193nm的高分辨率光學成像器件（僅受限于衍射極限），這與當前和未來大多數主流光掩膜應用的波長相對應，其量測的重復性和準確性可優(yōu)于亞納米。

蔡司ForTune- 光掩膜微調解決方案

晶圓代工廠對產線可預見性及可靠性有極高的依賴度。在其客戶眼中高良率是晶圓代工廠能力的重要指標，任何導致良率下降的工藝偏差都將嚴重損害其客戶對晶圓代工廠能力的信任。在此基礎上，蔡司提供了一種創(chuàng)新解決方案，能夠有效防止突發(fā)偏差，降低晶圓瑕疵，提高晶圓產品套刻精度和線寬均一性。

在市場其他可用解決方案的基礎上，通過對光掩膜進行高分辨率和高自由度的調整，蔡司ForTune 能提高晶圓場內（intra-field）光刻參數。它適用于所有包括內存DRAM, 3D NAND, XPOINT及Logic在內的各級市場，并涵蓋以下兩個主要領域：

01

RegC應用方案：

改善晶圓套刻精度

通過修正光掩膜本身的放置誤差，蔡司ForTune 設備的RegC應用能增進產品刻套精度(OPO, on product overlay)。除此之外，根據光刻機的透鏡特征（Lens fingerprint）或者晶圓場內刻套誤差殘值(Overlay residual)，RegC應用亦可通過對光掩膜的調整來改善OPO。

有文獻報道，使用PROVE和ForTune組合的這種測量和修正系統(tǒng)可以使光掩膜之間的放置誤差減小40％-70％[2]。下方為這套測量和修正系統(tǒng)的工作流程圖，最早由蔡司提出[3]。

▲RegC的工作流程圖[3](IF: intra-field)

首先用光掩膜在晶圓上曝光，測量曝光圖形的套刻誤差，使用光刻機修正模型分析測量數據，確定曝光區(qū)域內套刻（intra-field, IF）誤差修正后的殘值。把修正后的殘值輸入到RegC系統(tǒng)中，RegC控制激光在光掩膜的指定區(qū)域內植入微應變單元使得光掩膜在該區(qū)域內產生微小的方向可控的形變，從而改變該區(qū)域內圖形的位置，以改善圖形的放置精度，并最終提升晶圓的套刻精度。簡單而言，RegC可以修正光刻機對準系統(tǒng)無法修正的一部分曝光區(qū)域內部的套刻誤差[4]。

02

CDC (CD correction) 應用方案：

提升晶圓線寬均一性

ForTune 設備的CDC應用則能通過改變光掩膜指定區(qū)域的光通量來調整該區(qū)域的到達晶圓表面的實際曝光能量，從而改善整個晶圓場內的CDU，使得晶圓場內CDU導致的工藝缺陷有效減少，進而提高良率。

▲通過CDC調整后CDU的改善情況

通過CDC的調整，晶圓CDU顯著提升，進而提升工藝窗口和降低缺陷。

審核編輯 ：李倩