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在蚀刻步骤改善CDU的新方法

GLOBALFOUNDRIES及KLA-Tencor工程师?? 2015年11月23日 ?? 收藏0
随着高混合、大规模生产环境中的先进节点采用尖端的光刻技术,晶圆内部的临界尺寸(CD)自动化控制已成为必需。当前用于改善临界尺寸一致性(CDU)的控制方法通常依赖于通过工厂自动化或扫描机配方,使用逐视场曝光校正法进行。此类CDU控制方法的使用仅限于光刻步骤,不能延展到蚀刻步骤。

本文中将介绍一种通过在光刻步骤中优化曝光,从而在蚀刻步骤改善CDU的新方法。这一新的解决方案利用GLOBALFOUNDRIES的工厂自动化系统及KLA-Tencor的K-T Analyzer作为基础架构,计算并将必要的逐视场曝光校正馈送回扫描机,以便在蚀刻步骤实现最佳的CDU。在光刻和蚀刻步骤之后,将分别使用散射测量工具对CD进行测量,结果会输入K-T Analyzer以进行校正计算。

本文将详细解释这一全新CDU控制解决方案背后的理念及方法。此外,将通过对应用和使用案例的回顾,以证实这一解决方案的性能及潜力。同时还将讨论在高混合、大规模的生产环境中采取这一解决方案的可行性。

简介

随着ArF沉浸式光刻和二次成形日益流行,将光学光刻扩展到20纳米以下已经变得越来越困难。除其他因素外,CD控制以及聚焦/曝光控制已经成为良率的主要近期挑战,也成为光刻工程师在量产中越来越关注的问题。根据2012 ITRS发展路线图(图1),20纳米和16纳米半间距(hp)的CDU3sigma的要求分别是2.1纳米和1.7纳米。

为了在大规模生产环境中有足够利润并达到令人满意的CDU,聚焦和曝光控制的优化就变得不可或缺了。2007年,Ausschnitt等人提出一种物理模型,用聚焦、曝光和模糊程度来描述通过散射测量的图案线宽。与此同时,KLA-Tencor研发出K-T Analyzer (KTA) CDU功能,可以从散射测量中得出聚焦和曝光的信息,并根据此类聚焦和曝光信息计算出恰当的视场间和视场内控制参数。

图1:2012年ITRS关于CDU的要求。
图1:2012年ITRS关于CDU的要求。

但是,几乎所有目前可用的光刻CDU控制解决方案都限于光刻步骤,即只有光刻后步骤的CDU才会得到控制和优化。此类光刻CDU对于最终视场有着重要的但只是间接的影响。最好能够将CDU控制能力扩展至光刻步骤以外,直到蚀刻步骤,CDU在此会对良率有更为直接的影响。通过在光刻步骤控制蚀刻CDU,就有可能在蚀刻前对晶圆进行再加工,从而能够跨越不同工艺步骤灵活地对CDU进行优化,并且节省时间和生产成本。

本文展示了一个通过扩展现有KLA-Tencor光刻CDU解决方案的功能,在光刻步骤优化蚀刻CDU的实际案例,该方案采用了Archer300 LCM、Spectra Shape和K-T Analyzer。同时还将检讨并讨论在高混合、大规模的生产环境中采取这一全新解决方案的可能性。

标准光刻CDU解决方案的程序

KLA-Tencor标准光刻CDU解决方案的方法包含四个主要部分:

● 使用工艺和层代表FEM(聚焦曝光矩阵)晶圆(图2)。

● 在最佳聚焦和曝光状态下曝光参照晶圆。

● 使用Archer300 LCM或SpectraShape with AcuShape来测量CD,并基于步骤1中建立的模型来计算聚焦和曝光误差/校正。

● 使用经过计算的聚焦和曝光校正来曝光晶圆,并验证结果的改善。将多次迭代重复这一步骤,以实现最佳CDU(图3)。

图2:从FEM晶圆建立聚焦及曝光模型。
图2:从FEM晶圆建立聚焦及曝光模型。

图3:KLA-Tencor CDU解决方案的工作流程。
图3:KLA-Tencor CDU解决方案的工作流程。

K-T Analyzer FEM和CDFE功能

K-T Analyzer的FEM功能(如上一节中讨论的步骤1)是一个自动化神经网络套件,与现有解决方案相比拥有更精准的建模功能。它通过在神经网络中改变隐藏节点的最小和最大数量,以提供选择不同模型参数数量的能力,从而达到更好的建模精准性,如图4所示。

用户可以自由地为FEM模型选择不同的输入信息,可以是来自散射CD测量的任何参数,例如,顶部CD、中部CD、底部CD、高度和侧壁角度等。根据具体使用案例,最佳灵敏度的参数应该被选择作为FEM模型的输入信息。图2也描述了这一功能。

图4:由K-T Analyzer FEM功能使用的神经网络。
图4:由K-T Analyzer FEM功能使用的神经网络。

CDFE功能(如上一节讨论的步骤3)为K-T Analyzer中的自动化软件套件,用基于FEM特点建立的模型来计算聚焦、曝光误差和校正。它使用散射测量CD数据作为输入信息,并使用FEM模型作为计算基础。CDFE的输出既可以是预先定义最佳FE条件的简单聚焦和曝光补偿,也可以是扫描机的校正性控制参数。

通过工厂自动化主机,可以按照与运行时CDU控制器相同的方式将CDFE输出馈送至APC系统内,这类似于已经广泛采用的迭层对准控制器。此工作流程如图3所示。

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