计量方面的差距会影响产量

一段时间,芯片制造商发展新的和复杂的芯片架构,如3 d NAND finFETs和堆死。但是制造这些类型的芯片是没有简单的任务。它需要一个健壮的工厂流向启用新的集成电路设计具有良好的收益率。

事实上,产量已越来越成为一个流动的关键部分。收益率是一个广义的概念,它意味着不同的事情不同的生态系统。确保良好的收益率从一开始的一个方法是有一个良好的计量策略。

最大的问题是什么?计量、测量和描述的科学微小结构和材料,在每个节点变得更加复杂和昂贵的。总的来说,工厂的过程控制采样率增加了80%从130 nm节点当今领先的流程,根据Canaccord Genuity,一家投资银行公司。

专门为3 d NAND和finFETs,有大量的计量方面的差距。今天的计量工具能够测量结构两个维度,并在三维空间中有限的程度,但这并不是足够的波新芯片体系结构和材料在市场上。

一般来说,工厂经理想要一个3 d计量工具,可以测量sub-1nm结构三维成像和提供成分分析。系统必须快速和相对便宜。”在某一时刻的时候,特别是在5 nm节点或更少,你要想知道每个原子在三维,”约翰·Allgair说Nanometrics产品开发主管。“你想要知道什么类型的原子存在,其电特性。”

但是没有这样的3 d - base计量工具存在于今天的市场。不要指望一个在可预见的未来。所以现在,芯片制造商必须使用今天的工具,或当前系统的混搭,这可以是一个繁琐和昂贵的过程。

好消息是,这个行业是提高个人的能力计量工具的技术在市场上。反过来,这将有助于降低成本和周期为3 d NAND和finFETs过程控制流。

应用材料,例如,将几个新功能纳入其临界尺寸扫描电子显微镜(CD-SEM),如反向散射和倾斜。另一种技术、光学CD (OCD)计量,是热门,CD-SEMs为代价的。和在研发方面,原子探针断层扫描(APT)和x射线散射(CD-SAXS)是有前途的。

的解决方案
在计量,每个工具都有特定目的的过程控制流。例如,CD-SEM,主力工厂的计量工具,用于自上而下的测量。相关技术、透射电子显微镜(TEM),主要用于实验室。另一个技术、原子力显微镜(AFM),使用一个小小的调查,使测量。APT还使用一个探测器成像在原子水平。与此同时,一种强迫症,称为光学散射测量,测量光的强度的变化。CD-SAXS类似于强迫症,但它使用x射线技术。

多年来,芯片制造商已经增加了他们的投资过程控制并有充分的理由。2002年,每一美元花在产生计量11美元在IC销售,根据VLSI研究。在2012年,每一美元花在计量上生成的芯片销售22美元,该公司表示。

以外的数字、计量有助于消除成品率损失的原因和变化在晶体管级。显然,推迟收益率斜坡给定芯片设计可能导致销售损失。“即使你错过窗外的四分之一,这是痛苦的,”g . Dan Hutcheson说VLSI Research的首席执行官。

同时,对于平面设备,芯片制造商使用不同的计量工具,但是这个过程本身是相对简单的。说:“我们衡量使用自顶向下方法奥弗·亚当,全球产品经理和技术人员的成员在应用材料。“现在,我们需要在3 d测量。问题是我们如何测量这些参数吗?”

在finFETs,例如,一个给定的计量工具必须12个或更多不同的测量,如门的高度、翅片高度和侧壁角。每一个零件还需要一个或多个单独的测量。3 d NAND也稍微不同的和复杂的需求。

到目前为止,没有一个单独的工具,可以处理所有要求,每个技术都有各种缺点。例如,有一个相信CD-SEM很快就会遭遇决议墙。在AFM,挑战是测量在10到20 nm finFETs空间。和强迫症的3 d建模能力,但技术复杂。

为了解决这个问题,芯片制造商使用一个概念被称为混合计量。在这种方法中,芯片制造商使用不同工具的混搭技术,然后结合的数据。面临的挑战是把对手工具在相同流中,并告诉竞争对手合作。

在混合流的一个例子,一个finFET结构是衡量CD-SEM和AFM。然后,结果提要强迫症工具来验证模型。另一个可能的计量涉及CD-SEM流动,强迫症和TEM。“我不知道很多人在我的阵营,但我仍然认为你需要把多个来源的数据作为你开始进入这些复杂的三维结构,“Nanometrics Allgair说。“最终,我认为您的解决方案将是一个混搭的解决方案。”

部分之和
所以,使混合计量方法,工厂工具厂商必须改善各自的功能系统。在一个例子中,应用材料已经驱散了CD-SEM的气体。在实验室里,该公司已经证明的能力来衡量一个gate-all-around晶体管在5海里。“每个人都说CD-SEM死了10海里后,“阿丹说。“我们已经证明CD-SEM敏感到5到6 nm。技术是活蹦乱跳的。”

应用也添加反向散射和CD-SEM倾斜功能。功能都不是新概念,但终于扎根在多年的技术研发。CD-SEM本身使用一个集中的电子束产生信号的表面结构。反向散射电子探测器或疯牛病,有时是集成到一个CD-SEM来捕捉背散射电子。反过来,这使得CD-SEM确定成分或结构的表面形貌。

疯牛病可以在3 d NAND发挥关键作用。作为制造业的一部分流,3 d NAND需要楼梯腐蚀过程。“你怎么知道你蚀刻完全在结构内吗?没有简单的方法一次腐蚀当你到达底部,但您可以使用反向散射控制腐蚀,”阿丹说。

同时,在CD-SEM结构时,执行阶段的测量不是倾斜的。通过使用技术称为tilt-beam CD-SEM可以看到底部和侧壁角的特性。挑战在于如何控制流浪倾斜,这是意想不到的倾斜量的一个系统。“10多年,行业一直致力于倾斜。没有在一开始流行。这是仍为时过早,”阿丹说。“现在,倾斜已经准备就绪。它已经被finFETs。”

CD-SEM计量流量的主导份额,但强迫症进展。“我们相信,低于20 nm,闸门结构的变化是如此复杂,强迫症将是唯一的技术,可以提供必要的三维解析,这些结构在大容量的商业应用程序的吞吐量和反馈,”乔希Baribeau说Canaccord Genuity分析师。

强迫症包括各种不同的技术,包括散射测量,测量入射和反射计。光的偏振椭圆对称措施。和反射计测量厚度和深度。“散射测量,例如,可以让你长方式为了给你多个参数的3 d你试图解决的问题。然而,你可以从其他工具,增强其功能通过添加信息”说Nanometrics Allgair。

KLA-Tencor, Nanometrics和Nova是强迫症的主要球员。“我们相信Nanometrics已经赢得了一些强迫症业务台积电20 nm和16纳米技术,在三星和GlobalFoundries 14纳米技术,”韦斯顿Twigg说,Pacific Crest Securities的分析师。“Nanometrics已经有很强的强迫症在英特尔。我们相信Nanometrics赢得了三星的业务对3 d NAND强迫症,以及一个新的综合计量赢得同样的过程。”

在未来,与此同时,芯片制造商正在寻找最终的3 d计量解决方案。候选人包括APT, CD-SAXS GI-SAXS,氦离子显微镜,等等。在最近的一次活动中,国家标准与技术研究院(NIST)和CD-SAXS其他人了。

NIST演示能力快速finFET CD-SAXS系统测量在NIST的实验室,研究人员能够在15分钟内得到有用的数据。NIST还显示必要的改进测量到1分钟。与此同时,在一个单独的应用程序中,NIST CD-SAXS用来确定结构埋在一个定向自组装(DSA)的过程。

CD-SAXS非常类似于强迫症”,它是一种非破坏性和基于模型的技术,它提供的统计平均值形状周期性纳米结构,”约瑟夫·克莱恩说,领导人在NIST维奈米制造项目的计量。“CD-SAXS往往有更少的问题与参数相关性和高分辨率的波长要短得多。对音高和音调步行CD-SAXS尤为敏感。它还可以测量深度或埋结构。”

问题与CD-SAXS吞吐量和目标大小。“CD-SAXS最终是有限的可用紧凑的x射线源技术。有几个高亮度x射线源新技术进入市场,有潜力大幅减少CD-SAXS测量时间。如果这些表现预测新来源,制造商可以开始内部评估CD-SAXS工具在一到两年,”克莱恩说。

不过,似乎没有一个神奇的子弹在地平线上。APT和氦离子显微镜还处于幼年期。如果或当CD-SAXS进入生产,技术不会取代现任技术,至少现在是这样。“最初,CD-SAXS可能会与强迫症串联使用,”他说。“少量的CD-SAXS数据可以显著降低参数相关性问题,挑战强迫症,而结合的测量速度与解决CD-SAXS强迫症。平均3 d形状在大面积衡量CD-SAXS不能提供所有的信息从当地获得的图像CD-SEM和AFM。”