业务、技术挑战增加光掩模

专家们表:半导体工程坐下来讨论光学和EUV光掩模问题,以及面具业务所面临的挑战,与直Hayashi DNP研究员;彼得•巴克MPC &掩模缺陷管理主管西门子数字行业软件;资深的技术战略总监布莱恩Kasprowicz球兰;和阿基》的首席执行官d2。以下是摘录的谈话。

左到右:Hayashi直,DNP研究员;资深的技术战略总监布莱恩Kasprowicz球兰;彼得•巴克MPC &掩模缺陷管理主任西门子数字行业软件;和阿基》d2的首席执行官。

SE:多年来,芯片制造商的最先进的芯片使用optical-based光刻扫描仪。在扫描仪,芯片制造商使用光学面具,由一个不透明的玻璃衬底层铬。面具为什么重要?

Kasprowicz:它带来了数字设计成一个物理世界。这就是在光刻过程中用于制造你的芯片。每层至少需要一个蒙版模式,然后这些图案上的彼此在制造过程中,最终创造出芯片。面具代表了你想要的设计。这仍然是一个系列的0和1的数字空间,但现在它在物理空间。光学面具在每个节点中使用。然而,有更少的使用先进的节点极端的紫外线介绍了光刻(EUV)。

SE:芯片制造商能够延长波长193纳米光刻技术到16 nm / 14 nm和10 nm / 7 nm节点。在这些节点,光学面具变得更加复杂,对吧?

Hayashi:基本上,光学掩模扩展,推动了光波在光刻技术来源。但如你所知,我们目前正在使用波长193纳米光刻技术。这是结束的波长光学光刻技术来源。所以我们需要更多的技术光学邻近校正(OPC),逆光刻技术(ILT),或相移面具改善印刷适性和模式的忠诚,以及规模设备特性。在这种情况下,模式是非常复杂的。面具,数据准备,面具写作和检验过程已经变得非常重要,创建了一些挑战,。

巴克:当我们达到光学光刻的分辨率限制,我们努力提高硅片光刻的工艺窗口或制造。要做到这一点,我们必须增加的复杂性面具,通过额外的特性,正确使用诸如非线性和光刻过程阶段转变。在相移的面具,你利用干涉成像的工程。与180度的光相位的差异,可以提高图像边缘的斜率,使窗口过程。这增加了面具的复杂性,增加了制造挑战实际上面具。

》:的一件事引发了OPC的必要性或更复杂的模式操作迁移到下一个技术节点,如从65纳米到45纳米28 nm。如何提高分辨率与一个可接受的过程窗口不改变光刻波长?有许多不同的分辨率增强技术,统称为分辨率增强技术(RET)。多个模式就是一个例子。移相是另一回事。所以是source-mask优化(SMO)。其中一个技巧是操纵在面具的形状。所以当光线投射到晶片上,你在晶片得到更多你想要的东西和得到更多。它被称为窗口过程。你想在晶片制造更可靠,并且可以改善韧性的变化制造技术通过操纵的形状。 The more curvilinear the shapes are on the mask, the better you can do in achieving the best wafer quality with better process windows. But the mask-making process becomes more complex. That’s why there is a tendency for mask complexity to increase for advanced nodes. It’s better for the overall semiconductor industry if the mask industry can do more complex curvilinear mask shapes reliably.

Kasprowicz:所有的面具都变得更加复杂。石印工寻找方法来扩展单一模式或呆在双模式光学,和改进模式的性能,先进的OPC和其他RET策略是必要的。在某些时候,切换到EUV可能更划算。

图1:各种类型的口罩的示意图说明:(A)传统(二进制)面具;(b)交替相移掩模;(c)一个衰减相移掩模。资料来源:维基百科

SE:今天的193 nm波长光学光刻技术扩展到7海里。5 nm,太复杂模式与光学光刻技术最先进的芯片。所以在7 / 5 nm, EUV光刻技术是必需的。但EUV掩不同光学面具。这里的挑战是什么,接下来是什么?

Kasprowicz:在传统光学光刻,面具使用折射光学,这意味着光线穿过面具。这是一块玻璃光拦截器的一些,主要是铬。所以光线透过玻璃的晶片。光铬被封锁了。相比之下,EUV光刻使用13.5 nm的波长。EUV掩反光。光拦截器,像光一样,也是必需的。对EUV,钽的主要材料。现在,光线的反射镜上的晶片。光的吸收器被阻塞。 For EUV masks, there were a lot of the challenges early on, and even today, with the main one still being defects. The goal is to get to zero defects but we are not there yet. Here, defects in the multi-layer EUV mask are more important, because you start having some phase transitions in the light at that point. And they are nearly uncorrectable. People are working on a few things to compensate for those at the post-pattern stage, but they’re very hard to compensate. So that requires the end-user to employ some mitigation strategies to avoid those defects. Then, as you move up into the absorber in the EUV mask, those are traditional defects that you would see, like in an optical mask. Those are repairable, so there is a solution for those. Going forward, we are starting to look at new films. Phase-shift masks for EUV are coming into play. The concept for phase-shift masks in EUV is the same as optical. Except again, it’s still reflective as opposed to transmissive. Phase-shift masks for EUV are in the infancy stages of being developed. They are being looked at by a number of different customers that are pushing the limits on today’s litho systems. Instead of pushing EUV double patterning right away, the more cost-effective solution is using an RET. So we have a lot of learning with RETs with optical. All of those strategies are being re-deployed now for EUV. And phase-shift masks for EUV is the one next in line.

Hayashi:EUV掩反光。所以我们需要一个特定类型的检测系统。optical-based面具检查系统已经存在的反射模式。所以我们可以检查EUV掩。但对EUV掩质量保证是必要的。所以当前检验系统的分辨率和能力的一个问题。此外,电子束面具检查系统进入玩更高的分辨率。EUV掩码检查,从理论上讲,最好的情况是光化性检查。检查阶段,使用一种EUV光源的缺陷。这个系统也是在这个领域。 All of those new systems are being used for mask inspection. In addition, we need a tool like a metrology system to measure things like reflectance of EUV light on the mask. We also need printability simulation. We call this AIMS. Today, AIMS for EUV is used to guarantee the printability of the EUV mask. Still in the metrology/inspection area, there are some challenges here to cover all those aspects with a reasonable cost.

巴克:它还增加了数据处理的复杂性。EUV中未见有一些远程效应光学光刻技术。它也有一些方向和组成的影响。很有可能,经常的情况OPC在全面具完成布局。所以你可以不再认为有multi-die布局,你做了OPC在一个实例,然后将它整个的面具。OPC转化为更高的成本,更高的成本和复杂性掩盖过程调整或政策委员会。你可以不再依靠单一重复的死你的整个面具。它必须被复制的数据,所以数据量上升。

》:现在,世界是打算从今天的0.33数值孔径EUV high-NA EUV。但它需要一段时间才到达那里。同时,如何提高分辨率下降到5 nm现在,下最终2 nm和3海里吗?没有high-NA怎么做呢?我们通过应用已知的RET技术行业的结合已经知道如何使工作193年的我,包括改变形状的面具。这就是OPC, sub-resolution甚至曲线进行辅助功能。不同的技术复杂性之间有不同的权衡处理,数据处理、复杂的面具,面具和复杂性在检查和维修。

图2:EUV掩膜的横截面。来源:陈德良,V。Philipsen, V。亨德里克斯,E。Opsomer, K。Detavernier C。Laubis C。Scholze F。海恩,M。”Ni-Al合金替代EUV掩模吸收器”,达成。科学。(8),521 (2018)。根特大学(Imec KU鲁汶PTB)

SE:工序流程,一个面具空白供应商面具空白。空白是运往光掩模供应商的面具。在传统模式的特性optical-based光掩模,面具制造商使用单梁电子束工具基于变量形梁(VSB)技术。对EUV掩,行业开发了多波束面具作家。我们为什么需要多波束面具EUV掩的作家吗?

》:要多波束面具写作技术从根本上改变了面具首次生产20多年。多波束面具写作转变新技术从现有变量形状波束面具写作技术。多波束作家更适合EUV掩模写作。同时,多波束面具写作使曲线ILT或曲线形状上制造一个面具没有写时间惩罚。VSB作家写时间成正比的数量,使其缓慢写复杂的形状。在多波束的作家,写的时间是恒定的无论形状。因为EUV掩用多波束的作家,他们可能曲线形状,但不是今天。EUV掩需要更高的精度和需要较慢的抵制。因此,它需要更多的能量能够公开抵制和创建加热问题。所以你希望能够使用多波束即使他们简单的形状。 EUV masks are better to be written with multi-beam.

SE:从你的角度你最大的担心是什么光掩模业务或任何其他话题吗?

》:有很多的担心和忧虑与任何新节点,采用新技术如EUV和曲线面具。但总的来说,我完全相信,所有潜在的问题将在工作或解决通过创新和团队合作这个社区的个人和企业。

Hayashi:最近,全球半导体已经成为一个焦点。我担心我们是否考虑整个生态系统。大部分都集中在晶圆厂。但商人面具制造商面临一些障碍,也可能成为使半导体的所谓的瓶颈,尤其是成熟的节点。几乎没有人看到这一点,至少目前还没有。我很担心这一点。

Kasprowicz:什么都是有可能的,但代价是什么呢?谁愿意支付吗?瓶颈是存在的,但可以用更多的钱,固定的工具和能力。但看看商人面具制造商。让他们去花5000万到1亿美元并不是一件容易的事。俘虏面具制造商,这是有道理的。我们作为一个面具空白的制造商,有有限的供应商竞争。所以它涉及到钱。钱是可用的,但在某种程度上有一个商业决定。所以成本总是在方程。 From a technology perspective, there’s a lot of smart people out there. There’s a lot of opportunity for innovation, as well. And we can find the answers. The question is, ‘Are people willing to pay for the answers?’ In the near term, as capacity becomes consumed, mask makers for the first time ever will be able to raise mask prices. So that will help them fund something maybe in the future, but that’s a short-lived situation. And it’s not the captive mask makers that have to worry about this. It’s the merchants.

SE:我们看到一个巨大的繁荣在成熟的芯片节点。在成熟的节点,芯片需要光掩模。但是有缺口的面具在成熟的节点设备,特别是面具作家工具。这里的问题是什么?

Kasprowicz:许多高需求的关键工具是20岁,不再可用。这些工具购买时,他们最先进的面具工业和指挥适当的asp。今天,他们被认为是非常成熟的较低的asp。一些替代品开始变得可用,但他们需要时间去评估和合格的客户。其他人可能在发展。一些未被考虑。这里的症结是,面具制造商,主要是商人,有成熟的网站,这些工具将驻留。装备这些设施和成熟的工具,他们需要大量的费用,已非典型多年。ASP有限的管理费用,保持良好的利润增长是很困难的。

巴克:掩模成本行业一直追溯到我记得的一个挑战。另一个问题是关于淘汰和取代旧的成本面具工具更成熟的节点。但是有什么解决方案吗?商人面具制造商的商业模式需要改变在某种程度上,提供更好的投资资金吗?我们已经认识到问题很长一段时间,但我们还没有想出任何真正的解决方案。有一些成本分担工作。过去,我们看到先进的掩模技术中心等机构,在多个集成电路制造商购买面具店。也许有解决方案。但它似乎是一个挑战,并不一定有一个技术解决方案。

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