大批量生产的设备覆盖方法

由Honggoo李、Sangjun韩亚金融集团和Youngsik Kima SK海力士;Myoungsoo金系的韩国大学半导体系统工程;崔Hoyoung Heo, Sanghuck正本,DongSub KLA-Tencor韩国;和杰里米•Nabeth Irina Brinster比尔•皮尔森和KLA-Tencor约翰·c·罗宾逊。

文摘
推进技术节点与较小的利润需要改善光刻叠加控制过程。覆盖控制开发检验(DI)基于光学测量的目标是建立在半导体制造业。目标设计和计量技术的进步使得覆盖精密度和准确度的重要改进。代表设备内置在as-etched叠加的一个方法是测量在最后检查(FI)用扫描电子显微镜(SEM)。这种方法的缺点包括无法返工,有限层覆盖由于缺乏透明度,和更高的拥有成本(首席运营官)。混合方法研究在这份报告中,罕见的DI / FI偏见的特点是,结果是用来补偿频繁DI叠加的结果。偏差描述是罕见的基础上完成的,基于时间或从改变触发点。种每设备和每层基础,光学目标覆盖在迪与扫描电镜设备内置FI覆盖。偏差描述结果验证和跟踪用于补偿DI APC控制器。结果DI / FI偏差特征和变异的来源,以及对DI矫正喂养APC系统的影响。 Implementation details in a high volume manufacturing (HVM) wafer fab will be reviewed. Finally future directions of the investigation will be discussed.

1。介绍
覆盖已成为先进的半导体制造中最关键的参数之一。高容量生产(HVM)过程控制主要是基于光学计量特别设计的目标,通常位于文士线区域或在intra-die街道。计量通常在开发检验(DI),也就是说,得病后一步。该方案的优点包括高吞吐量的计量、层透明光学计量,能力做返工。图1 a和1 b显示覆盖计量类型的典型例子。散射测量覆盖(SCOL)和成像叠加成像先进计量(AIM)标志。由于偏移检测的要求和先进的过程控制(APC),计量在迪是在高频完成的,在所有关键层通常都很多。

更频繁,覆盖在最后检查执行计量(FI)、蚀刻后。FI覆盖,虽然比迪不常见,通常是通过使用扫描电子显微镜(SEM)技术在设备结构而非专门设计的计量目标如图1 c和d。FI叠加使用SEM的缺点包括低吞吐量,因此成本高,缺乏透明度的层因此要求开瓶流程步骤在某些情况下,和无法返工的材料规范。

图1:过度计量例子:(a)散射测量覆盖(SCOL)说明,(b)先进的成像计量(AIM), (c) & (d)扫描电镜设备内置的例子。

搬到1 x DRAM处理需要一个覆盖规范的HVM 2 nm。作为新的设计节点是典型的推进,新的变异来源必须加以解决。问题可能是手动或很少解决可能需要更频繁的更新,更自动化,更好的分析工具。DI覆盖之间的增量计量标志和FI覆盖在设备结构需要注意许多节点。新鲜的是这个DI-FI偏差的相对大小,通常明显大于2 nm OL规范在面具(或领域)水平,在晶圆级别。

图2:晶片地图:DI叠加与修正过程,(b) DI覆盖没有修正过程,(c) FI叠加,(d) DI-FI偏见。

图2显示了一个示例DI-FI偏见的DRAM“层”。图2显示了DI叠加与修正过程,2 b显示了DI覆盖没有修正过程。DI的结果都是基于光学计量scribeline计量目标。图2 c显示FI覆盖在设备结构以SEM,最后图2 d显示DI-FI偏见,这是区别DI叠加(没有流程修正)和FI覆盖。

虽然有重大的机遇,与SEM覆盖计量错误和偏见,对这项工作的目的,假设FI覆盖以SEM的叠加误差应该最小化优化设备性能。我们减少FI设备内置的模式覆盖在针对非零偏移DI称为NZO或非零偏移量。提高过程控制所需的1 x nm DRAM节点,目标是(1)描述NZO,(2)减少NZO,(3)减少NZO可变性,(4)国旗NZO远足。这需要最优目标设计[1],优化计量食谱[2],追踪旅行的能力,和一个系统描述和更新NZO自动。这项工作的重点是自动化和表征NZO提高过程控制。

图3:自动化过程的示意图修正更新使用KT分析仪。

图3显示了一个示意图NZO控制方案。高频DI控制回路基于光学光刻叠加后补充了一个低频FI蚀刻后更新。触发点FI更新可以包括过程变化点(如流程工具预防性维护或经前综合症),基于时间或基于偏移。一旦触发,FI和DI数据减去创建一个偏见,然后建模和存储。NZO偏见是用来纠正DI循环过程。这样,高频DI控制回路有效目标零覆盖FI覆盖是最小化。我们开车去更高级的过程节点,NZO过程需要更好的自动化,更好的分析,和更好的过程控制。

在这项研究中我们看NZO两DRAM层。在一个案例中我们研究了lot-to-lot变异和覆盖预算分解使用记录()抽样计划。在第二个实验中我们研究了全地图抽样在单一晶片。

2。Lot-to-lot预算分解
上述NZO控制方案需要相对稳定的DI-FI更新之间的偏差。在我们的第一个研究中,我们观察lot-to-lot DI-FI可变性的偏见。在这个例子中,我们有单查克数据从1晶片各3很多层,和双卡盘数据来自14个很多层B接管一个周的时期。sources-of-variation分析包括建模使用W3F3晶圆模型,这是一个三阶模型穿过田野,穿过晶片,是典型的一个先进的控制方案。图4显示了sources-of-variation分析层和一层我们只显示X叠加在这些例子中,作为控制是最关键的轴。层一个,我们可以看到大多数的变化是很常见的在很多的实验。一小部分变量从很多很多。最后,有部分变化,不是被W3F3模型。层B的情况是相似的,尽管lot-to-lot变异和降低部分占更大的比例。

图4:DI-FI偏见的来源变化分析X (a)层的覆盖,和(b)层b。

图5显示了一个额外的分析层B, 8片从哪里来夹头1和6片从查克2。在这种情况下,我们将chuck-to-chuck组件添加到变异性分析。毫不奇怪,我们看到chuck-to-chuck变化很小,自从DI-FI偏见主要将从non-litho起源腐蚀或沉积等。

图5:DI-FI偏见的来源变化分析X覆盖层包括chuck-to-chuck B。

3所示。完整的映射分析
在第二个研究中,我们分析全地图叠加数据从单一晶片。图6显示了完整的地图DI-FI偏见降低指纹。可以看到偏差一般的形式是在晶片的效果,而不是一个场效应,又不奇怪因为偏见的来源通常是来自外部得病的。在这种情况下,我们看到的变化近似圆片规模签名。

图6:完整的地图DI-FI偏见层,显示原始(降低)签名。

进一步分析层整片DI-FI数据,我们执行一个sources-of-variation与高阶模型分析的建模顺序。如图7所示,我们可以看到,大多数可以以线性模型W1F1可变性。第二大市场可以以W3F3三阶模型。最后CPE6和CPE 19应用模型,分别用6和19项/字段。可以看出,很大一部分的变化超出了高阶W3F3与CPE可以捕获的运动模型。

图7:层完整的地图DI-FI偏见的来源变化分析包括CPE。

4所示。结论
DI-FI偏见已经纳入过程控制对许多节点。新是NZO的相对大小和覆盖规范,和需要找到更全面的解决方案描述和最小化NZO的可变性。在这项研究中我们调查方案自动更新的NZO DI控制回路基于低频FI更新。我们表明,大部分lot-to-lot DI-FI偏见是常见的在一段时间内周但lot-to-lot变化也可以显著在某些层,因此需要仔细考虑。进一步减少NZO工作正在进行,以减少NZO可变性,跟踪NZO远足,并提供最优NZO过程控制。

引用
[1]魏Jhe Tzai,西蒙•c . c .许霍华德·陈,陈查理,元派,Chun-Chi Yu贾京林,Tal Itzkovich, Lipkong狂吠,伊兰•大卫•Tien黄厄洛斯凯利·t·l·郭Nuriel阿米尔,“改善叠加精度的技术通过使用设备相关的计量目标为参考”,j .微/ Nanolith。MEMS多项13 (4),041412 (Oct-Dec 2014)。
[2]Honggoo Lee Byongseog Lee Sangjun韩Myoungsoo Kim Wontaik Kwon Sungki公园,崔DongSub Dohwa Lee Sanghuck全,Kangsan Lee Roie Volkovich, Tal Itzkovich,搞清楚Herzel,马克·瓦格纳Mohamed ElKodadi“叠加精度调查先进存储设备”Proc.相比9424卷,2015年< K / em >

本文最初发表的学报学报》3月18日,2016年。