更多光刻/掩模挑战(上)

半导体工程坐下来讨论光刻和掩模技术与Gregory McIntyre，高级图形部门的主管Imec；哈里·莱文森，高级研究员和高级技术研究主任GlobalFoundries；Regina Freed是应用材料；日本印刷株式会社(DNP)研究员林直也;的首席执行官d2．以下是那次谈话的节选。

SE: EUV还没有量产，但正在取得重大进展。ASML将推出其最新的EUV扫描仪(NXE:3400B)，这是一种13.5nm波长的工具，分辨率为13nm。基于行业情绪和最近的调查，EUV似乎比以往任何时候都更加乐观，对吗?

》: eBeam Initiative最近一次调查是在8月份。我的猜测是，当我们在今年8月进行下一次调查时，背后的势头EUV将会更加强大。去年8月就已经破了纪录。这些事情通常是循环进行的。明年可能会出现一些问题和新问题，特别是在基础设施方面。但就感知而言，这几乎是板上钉钉的事。

图1:EUV悲观现在可以忽略不计。资料来源:eBeam Initiative调查

麦金太尔3400正在运输中。他们中的一小部分人正在这个领域安家落户。他们已经展示了250瓦的功率。这种情况正在迅速增加，并正在整个行业蔓延。从工具的角度来看，我们一两年前遇到的一些障碍确实已经被消除了。基础设施已经基本到位。这可能会支持今年开始的大规模生产，但更有可能是在明年某个时候。

SE:目前，EUV的目标是在2019年实现7nm。在晶圆厂插入技术方面存在一些挑战，对吗?

莱文森每一项新技术在大批量生产中第一次出现时都不是一帆风顺的。但将其投入生产往往是快速解决这些问题的最佳方法。它产生了一种紧迫感。技术必须足够好，这样我们才不会完全失败。一个类似的例子是浸入式光刻技术。我之所以记得这一点，是因为AMD是第一家将其投入大批量生产的公司。最大的问题是缺陷。我们基本上必须将缺陷级别降低到我们可以向客户做出承诺的程度。显然，我们还没有达到我们想要的盈利水平。但通过做出这样的承诺，它只是推动每个人加速提高产量的活动。 The same thing could happen to EUV.

SE: EUV的一个问题是工具正常运行时间。EUV机器的正常运行时间徘徊在70%和80%左右。EUV的这个和其他挑战是什么?

莱文森今天的情况是人们已经决定可以接受的开始。但我们将使用符合我们交付给客户能力的EUV光刻技术。所以在可靠性达到之前，我可能不会像我最初想要的那样在很多层上使用它。我没有买更多的工具来弥补。但要达到我们今天的光学扫描仪的水平，肯定还有很长的路要走。

释放: EUV具有良好的分辨率。EUV将有助于减少一些步数。原则上，这将有助于EPE(边缘放置错误)。只要减少了叠加步骤，就可以减少过程中的错误数量。然而，EUV带有随机惩罚。因此，EUV将有助于解决分辨率和边缘放置错误，但它不会完全解决我们的边缘放置错误问题。

SE:在EUV中，随机理论是一个热门话题。简单来说，EUV光或光子撞击阻光板，就会引起反应。但每次反应都可能不同。这导致了随机变化。“随机”一词描述的是由随机变量组成的事物。然后，从一个事件到另一个事件的变化被称为光子射噪声。但为什么这些都很重要呢?

麦金太尔这主要与有限的可用光子密度有关，或者与你必须在特定位置解析图像的掩模中有多少条信息有关。进来的光子数量有局部的可变性，但化学元素也有潜在的可变性，这些化学元素在那里等着与光子相互作用。所以这两件事一起导致了这些变化。我们一直都有这样的变化。但是，让随机学受到关注的是，当你的特征尺寸越来越小时，这些变量，比如边缘的粗糙度，在相当长一段时间内都保持不变。当特征变得足够小，你会发现CD分布不再是高斯分布。开始出现不对称的高斯分布。这意味着出现这些失败事件的概率增加了。所以当我们得到更小的特征时，我们的随机率或失败率的数量开始呈指数级增长。我们做了很多工作，试图挖掘随机性的主要驱动因素。 Dose is clearly the big one. Then, there are a whole bunch of other things that need to be optimized.

哈亚希:在EUVL中，掩模3D结构本身会影响打印图像。例如，你有侧壁角度类型的问题。这可能会增加随机错误率。此外，我们还没有合适的检测方法来准确测量参数。这是一个基础设施问题。这是一个我们仍然存在的问题。

图2:3D蒙版效果。来源:BACUS通讯，GlobalFoundries，纽约州立大学保利，劳伦斯伯克利国家实验室，Imec

释放:当我们观察随机晶圆时，你开始在蚀刻中看到的是你有抗蚀剖面的变化。而且电阻非常薄。所以当我们蚀刻它的时候，有风险你开始蚀刻电阻的一些区域。我们开始看到的另一件事是晶圆上的积渣，积脚和变化。所有这些东西一起导致了打开和关闭。所以我们正在寻找通过在蚀刻中预处理来修复其中一些的方法。

SE:此外，EUV中还有几个掩模挑战。例如，行业必须对EUV掩模使用光学和/或电子束检测，但这两种技术都有一些局限性。业界需要光化模式掩模检测，但没有这样的工具存在。没有光化模式掩模检查我们能生活吗?EUV薄膜呢?

哈亚希:我们需要几年时间才能获得EUV掩模的光化检测系统。与此同时，我们需要在发货前检查EUV掩模，以防止致命缺陷。目前，我们可以使用基于深紫外的缺陷检测系统。最近，ASML发布了一款多柱电子束掩模EUV检测系统。不过，电子束检测系统仍存在吞吐量问题。他们可以在六小时内检查。与目前的光学检测系统相比，它可能要长2倍。在这种情况下，也许我们需要结合打印检查和当前的检查能力技术。

莱文森显然，我们离高vm质量还有一段距离薄膜．所以我们必须找到其他方法来鉴定口罩，直到它们准备好。影响是生产力。因此，在我们解决最后这些问题之前，EUV的全部好处将无法实现。因此，承诺在制造业中使用EUV的四家公司都在说:‘我们只需要开始。这是我们更快地解决剩余问题的方法。我们正在妥协的一件事就是缺乏细胞膜。几年前，我使用的第一个产品是g线步进器。它们没有膜。这并不容易。但它让事情开始了。

图3:膜原型。来源:ASML

SE:还会发生什么?

莱文森我们知道，在ASML工具中，经过20到25次交换后，划线会变脏。所以你需要做的是曝光大量晶圆，然后在蚀刻这些晶圆之前，你需要对掩模进行鉴定。我们喜欢EUV概念的原因之一是改善了多个图案的循环时间。但我现在快没时间参加面具资格赛了。所以我们需要尽快拿到那层薄膜。相比之下，193i是数万次曝光。这是一组不同的问题。因为你有一层薄膜，你就不用担心落到地上的粒子。但是已经出现了污染问题。还存在吸收器的退化问题。

》:所以这是两到三个数量级的差异。那是很多。

SE:掩模基础设施为EUV做好准备了吗?

》:很明显，也许从去年开始，这种活动增加了很多。人们对此一直很感兴趣。当你去参加掩模会议时，有很多关于EUV的论文。但在实际活动中，毫无疑问，EUV掩模现在是所有这些领先公司的一级项目。

SE:有几个迹象表明，EUV掩模行业正在做好准备，特别是在掩模书写方面。例如，掩模制造商使用单束电子束工具在掩模上绘制或书写特征。但是对于最复杂的掩码，写入时间会继续增加。EUV掩模尤其如此。现在，业界已经开发出多波束掩模编写器。多光束给派对带来了什么?

图4:多波束使用多个平行小波束。来源:IMS

》:通常情况下，多波束掩模写入被认为是伟大的，因为它是镜头计数独立的。这与形状的复杂程度无关。它可以在固定时间写入掩码。但另一件实际上更重要的事情是，它非常适合低灵敏度或慢抗性。所以当你有EUV时，你可能有100微库仑每平方厘米，甚至更大。根据你想要写的形状有多小，你必须使用较慢的电阻。电阻越慢，多波束系统的差异就越大。这是因为多光束散射电子更多。正因为如此，你不会有加热的问题。所以你可以用相同的次数写代码，而如果你用VSB机器写代码，你必须用比你习惯的更多的次数写代码。 Multi-beam is really good for complex shapes, but also for drawing smaller shapes that EUV requires.

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