新的litho技术正在生产中，但并不是所有的工作都完美无缺。
极紫外(EUV)光刻技术终于在先进的节点上投入生产，但该技术仍存在一些挑战，例如EUV掩模缺陷。
缺陷是芯片中不需要的偏差，它会影响成品率和性能。它们可能在芯片制造过程中突然出现，包括掩模或掩模的生产，有时也被称为十字线。幸运的是，有几家公司正在开发或推出新的掩模检测系统，可以发现基于euv的掩模的缺陷。但这种设备尚不成熟，价格昂贵，还存在一定的差距。
EUV光刻它利用扫描仪在晶圆厂的芯片上绘制微小特征，实现7nm及以上的器件。但是在晶圆厂生产芯片之前，芯片制造商需要一个光掩模．为此，设备制造商设计了一种芯片，然后将其转换为文件格式。使用掩模设备中的各种设备，将文件格式转换为掩模，这基本上是IC设计的主模板。
在晶圆厂，掩模和晶圆被放置在光刻扫描仪中。然后扫描仪将光通过掩模投射到晶圆上，在晶圆上创建图案。
并不是所有的面具都一样。多年来，芯片制造商一直使用传统的光学掩模。EUV需要一种不同的、专门的掩模，这就带来了新的挑战。虽然制造所有类型的无缺陷口罩至关重要，但EUV口罩更难，因为它比传统的光学口罩更复杂。如果掩模有缺陷，不规则性可能会打印在晶圆上，这反过来会影响成品率或杀死晶圆。
EUV掩模的状态今天是一个复杂的画面。HJL Lithography的负责人Harry Levinson说:“目前EUV掩模的产量足以满足芯片中接触和通过层的应用。”“但非常低缺陷坯料的产量需要提高，以支持5nm及以上的大批量掩模。”
这就是面具检查的用武之地。这些系统在所有掩码类型中都能找到缺陷。传统的检测设备能够发现EUV掩模的缺陷，但这些工具正在被拉伸到极限，可能很快就会失去动力。
该行业需要一种新的和专业的EUV掩模检测工具，这些工具正在运输或在研发中。其中包括:
面具景观
多年来，芯片制造商一直在使用不同波长(248nm和193nm)的光学光刻系统，以及其他技术来在芯片上绘制特征图案。
几种类型的掩模是优化的光学光刻系统。这些通常被称为光学掩模。光学掩模由玻璃基板上的不透明铬层组成。
光学掩模由两种类型的供应商生产——自产和商用。英特尔(Intel)、三星(Samsung)、台积电(TSMC)和其他芯片制造商都是被俘的掩模制造商。英特尔为自己的芯片制作掩码。台积电不仅为客户生产芯片，还可以为他们生产网格。
DNP、Photronics和Toppan是掩模制造商，为外部客户生产掩模。所以消费者有多种选择。他们可以从圈养和/或商人那里获得光学掩模。
然而，在几个方面，形势正在发生变化。今天的193nm浸没式光刻多个模式可以将特征图案缩小到7nm。但在5nm及更远的工艺上使用这些技术变得越来越笨拙。
“193nm浸没式光刻正变得越来越具有挑战性，因为为了暴露晶圆图案的一层，你必须进行多个图案。然后你必须把它们排成一排，你就会遇到所有这些问题，”D2S首席执行官藤村昭(Aki Fujimura)表示。
这就是为什么行业需要EUV。它可以设计更小的特征并简化过程。但由于数次延误，EUV到达的时间比预期的要长。不过，最近三星和台积电将EUV插入到7纳米工艺的生产中，5纳米工艺正在研发中。英特尔也在开发EUV。
芯片制造商正在使用ASML的EUV扫描仪，这种扫描仪需要基于EUV的掩模。EUV和光学掩模是不同的。“在光学中，这是一个传输掩模，所以你可以通过它来暴露光线。光电子技术和战略总监Bryan Kasprowicz解释说:“无论穿过玻璃的是什么，最终都会在你的晶圆上。”“EUV面具是反射的，它是由镜子制成的。所以你将光以一定的角度反射出掩模，并通过镜子，或者在这种情况下的镜子透镜，反射到晶圆上。”
多年来，一些掩模制造商一直在开发和运输EUV掩模。目前的EUV掩模适用于7纳米的生产，但它们价格昂贵，产量相对较低。
Stifel Nicolaus分析师Patrick Ho表示:“在任何新的产量增长中，总是会有低产量开始，口罩产量就是如此。”“随着时间的推移，我预计收益率将会提高。正如这个行业一次又一次展示的那样，他们会弄清楚的。”
制造EUV掩模也很昂贵。传统的掩模设备用于制作光学掩模。一些工具可以重新用于制造EUV掩模，但EUV掩模需要一些专门的、昂贵的设备。
由于成本问题，英特尔、三星和台积电是仅有的几家有能力组装EUV掩模生产线的公司。商业口罩制造商可以在某种程度上生产EUV口罩，但他们没有所有的工具。所以目前，EUV掩模的大部分生产将由俘虏来处理。
做空白
要制作掩模，第一步是创建一个掩模空白。由掩模坯料供应商制造，坯料作为掩模的基础结构。光学掩模坯料由玻璃基板上的不透明铬层组成。
相比之下，EUV掩模坯料由40到50层交替的硅和钼层组成，形成厚度为250nm到350nm的多层堆叠。一层钌为基础的覆盖层沉积在堆栈上，随后是一层钽为基础的吸收层。
图1:EUV掩模的横截面。在EUV中，光线以6°的角度照射掩膜。资料来源:Luong, V.， Philipsen, V.， Hendrickx, E.， Opsomer, K.， Detavernier, C.， Laubis, C.， Scholze, F.， Heyns, M.，“Ni-Al合金作为替代EUV掩膜吸收剂，”应用。科学。(8)， 521(2018)。(Imec，鲁汶大学，根特大学，PTB)
使用沉积工具开发多层叠层。“使用离子束沉积的EUV掩模坯料的主要挑战是粒子缺陷。颗粒缺陷对掩模毛坯成品率至关重要，并将影响掩模整体成本结构。在先进技术节点上，这将变得更具挑战性，”Veeco产品营销总监孟Lee表示。“在过去的20年里，随着技术节点的进步，我们对IBD进行了改进，以满足严格的颗粒缺陷要求。今天，Veeco的离子束沉积技术已经满足了7nm和5nm节点的要求。我们正积极与我们的主要客户合作，在IBD系统设计中发布几个先进的功能，以解决3nm节点及以上的问题。”
然而，这种或其他工艺有时会在毛坯中产生缺陷，如颗粒、凹坑和凸起。“总的来说，对于EUV，我们有几种类型的缺陷，”Banqiu Wu说应用材料他在最近的一次采访中说。“第一个是相位缺陷。它主要来自于底物。多层沉积后，变形将通过整个层向顶部转移。
EUV坯料也容易产生振幅缺陷。这些缺陷是表面颗粒和凹坑，可以引起对比度变化。
今天，EUV毛坯的缺陷水平在个位数范围内，但产量需要提高。此外，目前还缺乏高质量、低缺陷的EUV毛坯。
同时，为了发现缺陷，KLA和Lasertec开发了EUV掩模毛坯的光学检测工具。不久之前，Lasertec公司推出了世界上第一个光化空白检测(ABI)系统。光化技术使用与EUV相同的13.5nm波长。
光化剂是发现EUV坯料中有问题的相缺陷所必需的。Lasertec公司总经理宫井博树(Hiroki Miyai)在最近的一篇论文中表示:“如果未被发现，这些相位缺陷会打印并杀死用该面罩部分打印的所有芯片。”“这些相位缺陷只能通过使用与光刻工具相同的13.5nm光化EUV波长来正确检测。”
问题是市场上没有足够的ABI工具来满足需求。Levinson称:"光化体毛坯检测工具一直是一个瓶颈，但很快就会有多种工具投入使用。"
一旦掩模毛坯缺陷被检测工具定位，它们就会被标记并被吸收材料覆盖。然后，掩模空白被运送到掩模供应商。
光学检查与光化检查
在掩模机，坯料被加工成掩模。制作掩模时，要对坯料进行图案、蚀刻、修补和检查。薄膜被安装在掩膜上，然后被运送到工厂。
首先，一个称为电子束掩模写入器的系统根据给定的IC设计对掩模进行模式化。然后对面具进行蚀刻和清洗。
在这一点或之前，使用检查系统来查找缺陷。在流程的末尾还执行一个检查步骤。如果检测到缺陷，可以使用修复系统修复缺陷。然而，并不是所有的缺陷都可以修复。
对于光学掩模，掩模制造商使用光学掩模检测系统进行缺陷检测。应用材料，KLA, Lasertec和NuFlare销售基于光学的掩模检测工具。
利用193nm或其他波长，光学系统使用各种技术来发现缺陷。此外，还有两种缺陷检查方法——模对模和模对数据库。
有些系统只配备了模对模算法。其他公司既有死到死的数据库，也有死到死的数据库。口罩设备供应商ESOL的首席执行官金秉国(Byung Gook Kim)说:“口罩制造商根据应用程序的不同，同时使用死对死和死对数据库。”
在模对模中，几个芯片设计或模具被组装在同一个掩模上。模具是一样的。然后，光学检测系统将一个模具与另一个模具进行比较。如果存在差异，则可能存在缺陷。
死到死对只有一个骰子的面具没用。单模掩模需要更大的芯片，比如微处理器。
这就是“死转数据库”的用武之地。为此，检测工具通过数据库将模具与设计数据进行比较。除了较大的模具外，还使用模具到数据库的检测来开发和调试新工艺。“模拟数据库图像需要更长的时间，”Kim说。“如果没有复杂的要求，连死就简单多了。”
直到最近,光学检验工具是唯一可用于EUV图案掩模检查的选择。今天的光学工具可以检测EUV掩模。例如，KLA的光学工具利用离轴照明技术来执行EUV掩模检测。
半导体过程控制集团执行副总裁兼总裁Ahmad Khan说:“这种十字线检测工具可以覆盖客户正在处理的所有不同的检测模式心理契约他在最近的一次演讲中说。
目前，光学可以完成这项工作。“这一评估对于今天EUV和口罩的首次推出是有效的。口罩的检查仍然是一个非常具有挑战性的过程。到目前为止，KLA在这一领域占据主导地位。我不相信这种情况会很快改变，”Stifel Nicolaus的Ho说。“与此同时，EUV掩模的复杂性要求进行更多的检查，以捕捉任何缺陷，这可能比传统光刻掩模对产量产生更大的损害。”
光学的问题在于分辨率。光学工具可以处理当前的EUV掩模，但它们在20nm至16nm半间距时就会耗尽蒸汽。
的薄膜这是另一个问题。面具制作完成后，将一层薄膜安装在划线上。薄膜可以防止颗粒落在口罩上。
一种用于光学掩模的薄膜是基于一种薄聚合物材料。相比之下，EUV薄膜的唯一供应商ASML已经开发出了一种厚度为50nm的多晶硅薄膜。
问题是光学工具无法检查顶部有薄膜的EUV掩模。不幸的是，这种多晶硅材料在193nm波长下是不透明的。
所以ASML开发了一种可伸缩的薄膜。在操作中，当需要检查掩模时，EUV薄膜自动升起，并有工具检查掩模。一旦任务完成，薄膜就会自动降低并重新附着在EUV掩模上。
不过，就目前而言，这是一个有争议的问题。EUV薄膜还没有准备好投入生产。因此，三星和台积电已经进入了不带薄膜的EUV生产，这增加了粒子落在EUV掩模上的机会。因此，芯片制造商必须经常在晶圆厂清洗和检查掩模，这很耗时。
不用说，英特尔，三星和台积电想要EUV薄膜，但他们必须满足规格。EUV薄膜必须有90%的传输率，而目前的薄膜低于规格。
“如果你像193nm浸没式光刻那样让光线穿过掩膜，它只会穿过薄膜一次，”D2S的藤村说。“EUV光刻需要通过薄膜两次，因为EUV掩模是反射的。如果薄膜有85%的透射率，那么它实际上是85%的正方形。所以你会因此蒙受巨大损失。”
与此同时，在7nm/5nm及以上，英特尔、三星和台积电将需要新的光学以外的检测设备，即光化模式掩模检测(APMI)。APMI与ABI不同。但与ABI一样，APMI使用13.5nm波长技术。
对于EUV掩模检测，掩模制造商将同时使用APMI和光学。光学将用于许多应用，而APMI将用于更严格的要求。
经过多年的研发，Lasertec最近推出了一种能够检测20nm以下掩模缺陷的APMI系统。Lasertec的Miyai说:“使用光化检测的优点之一是它的高图像分辨率。”“由于波长短得多，光化检测提供了高分辨率和高对比度的图像。”
APMI之所以重要还有其他原因。与光学系统不同，APMI可以通过EUV薄膜检查EUV掩膜。因此，口罩制造商不需要去除薄膜来检查口罩。
Lasertec的第一个APMI系统已经安装在英特尔，英特尔已经组装了一条EUV掩模生产线，作为其持续努力的一部分，在fab中实现EUV光刻。
“APMI是EUV基础设施中剩下的空白之一，但如果有必要，我们计划在没有它的情况下进入生产，”英特尔(Intel)光刻硬件和解决方案主管马克·菲利普斯(Mark Phillips)在最近的一次演示中表示。“问题是，最先进的光学和电子束检测工具无法检测到所有可打印的缺陷，尤其是多层缺陷。然而，Lasertec的APMI工具现在已经投入使用。通过增强，它可以扩展到高na。”
Phillips表示，APMI工具能够在全芯片模对模检测中发现缺陷。但是系统不支持die-to-database。芯片制造商两者都想要。Lasertec正在开发模切到数据库的能力。
APMI还有其他问题。只有少数口罩制造商能负担得起。“我们需要看到更多有关Lasertec工具性能的数据，但这似乎是正确的方向，如果不是解决方案的话。来源的可靠性需要改进，但并不是昙花一现。”
其他蒙版工具也在开发中。例如，蔡司销售一种名为AIMS的光化系统。在面具上发现缺陷后，缺陷可能会被修复。AIMS工具确保缺陷被修复，不会打印在晶圆上。
与此同时，ESOL正在开发一种用于EUV掩模检测的低成本光化显微镜。“我们显微镜的主要目标是缺陷检查，”ESOL的Kim说。“ESOL正试图用我们的高谐波激光器制造一种具有成本效益的EUV工具。我们的高谐波EUV激光工具不使用等离子体形成。它很干净，维护费用也很低。此外，我们还采用了点扫描法。这与目前的做法不同。”
此外，KLA和其他公司仍在研发用于EUV掩模检测的多束电子束工具。单束电子束检测工具具有良好的分辨率，但速度较慢。使用多波束，多波束工具速度更快。
结论
最大的新闻是，经过多年的延迟，EUV终于投入生产。另一个好消息是，EUV掩模检测有了一些新的解决方案。
现在，该行业必须解决EUV的其他问题，即掩膜缺陷、薄膜和抗蚀剂。这些问题是可以解决的，但需要更多的时间和金钱。
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