口罩制造商担忧加剧

掩模在每个节点上都变得越来越复杂和昂贵，从而在几个方面带来了许多挑战。

首先，上面的特征光掩模在每个节点上都变得更小更复杂。其次，每个掩码集的掩码数量由于多重模式而增加。第三，建造和装备新的口罩制造设施的成本更高。最后，掩模工具的成本在每个节点上都在飙升。

为了找出未来掩模的需求，半导体工程公司最近对几位掩模专家进行了非正式调查。该调查要求专家们列出未来口罩制造所需技术的“愿望清单”。结果各不相同:

•大多数受访者表示，需要三种技术——光化检测、多光束掩模写入器和新的掩模计量工具。
•其他技术也上榜了，比如无缺陷技术EUV掩膜空白和EUV薄膜。新的清洁系统、维修工具和电阻也榜上有名。一位受访者认为需要更好的遗留工具。
•经济问题也是口罩制造商考虑的问题。一位受访者认为，口罩制造商需要提高价格，以提高利润率。

第一部分在本系列中检查了几个“愿望清单”项目，如经济问题，EUV掩模坯料，多束掩模编写器和检验。第二部分考察了其他技术，包括供应链、维修、清洁、计量和薄膜。

供应链
口罩制造商希望有一个更健全的供应链。为此，口罩专家在他们的“愿望清单”上列出了两项。首先，口罩制造商和他们的客户希望改进工艺流程。其次，掩模设备供应商希望他们的设备供应商开发支持旧节点的新工具，或者至少为遗留设备提供更好的支持。

在第一个方面，业界希望加快掩模的生产过程。基本上，掩模是给定IC设计的主模板。在流程中，芯片制造商设计IC，然后将其转换为文件格式。然后，基于该格式开发了掩模。

这听起来很简单，但制作掩模是一个复杂的过程，需要遵循一系列步骤。在流中，掩码空白首先使用eBeam面具的作家。然后，一旦面具是图案，它经过以下工艺步骤在订单蚀刻，计量/检查，修复和贴膜。

一旦掩模被开发出来，就会被运送到晶圆厂。然后，将掩模插入光刻扫描仪。扫描仪通过掩模投射光线，掩模反过来在晶圆上形成图像。

然而，这只是口罩生产故事的一部分。多年来，面具一直与光刻技术。今天，芯片制造商正在扩展193nm波长光刻技术，远远超出了曾经认为可能的范围。为了解决衍射问题，掩模制造商必须在掩模上使用各种十字线增强技术(ret)。

一种RET，称为光学接近校正(OPC)，用于修改掩模图案，以提高晶圆上的印刷适性。OPC利用掩模上的微小辅助功能，在每个节点上都变得越来越小和复杂。最重要的是，掩模制造商正在转向新的类似ret的方案，如反光刻技术(ILT)。面具，反过来，正在从传统的方形特征转向更复杂的曲线特征。

面具在其他方面也变得越来越复杂。例如，在180nm时，每个掩模组平均有28个掩模。根据最近的一项调查，每个16nm掩模已经跃升到60个掩模eBeam倡议。

图1:多个模式驱动增加了掩码复杂度。来源:光电池的。

在每个节点上制作掩码也需要更长的时间。例如，据专家介绍，制作22nm掩模所需的时间是制作250nm掩模所需时间的3倍。循环时间有时称为周转时间(TAT)。

业界想要的是更快的TAT。“在28nm节点以下，掩模验证和修复的周转时间已变得长得多。d2。“由于需要积极的OPC和ILT，这个问题继续增长。这反过来又导致采用非正交图案和复杂形状，如曲线掩模图案。有一种方法可以简化流程，从OPC到修复口罩，以减少周转时间，可以极大地帮助口罩店提高竞争力。有一个统一的掩码处理流程，这样资源和周转时间就不会浪费在数据转换上，这也很好。”

尖端掩模的TAT是一个值得关注的问题。但后缘掩模也存在问题。

事实上，对各种芯片和传感器的需求激增，导致了200毫米晶圆厂产能的短缺。这就剩下芯片制造商了努力采购200mm设备对于这些晶圆厂来说，随着这些老节点对芯片的需求持续上升。

与此同时，掩模制造商也在努力为掩模车间的旧节点获取遗留工具。一位不愿透露姓名的掩模制造商表示:“最近8英寸晶圆厂的复苏，产生了延长传统掩模制造工具寿命的需求。”“然而，许多设备公司更关注晶圆厂，而不是掩模制造基础设施。”

据该口罩制造商称，一些设备公司有点不愿意支持传统工具。因此，在某些情况下，口罩制造商自己必须支持传统设备。在某些情况下，口罩制造商必须为给定的工具采购一些关键部件。

新型计量工具
显然，光掩模制造商希望加快TAT的速度。掩码写入是流程中的一个瓶颈，而其他步骤也很耗时。“你在计量和检验上花了很多时间，”中国农业大学的技术人员托马斯·福尔(Thomas Faure)说GlobalFoundries他在最近的一次采访中说。

事实上，总检查时间和计量如今，一个口罩的使用时间约为18个小时，与几年前相比大约翻了一番。

口罩计量学是一门测量口罩关键参数的科学，具有挑战性。随着口罩复杂性的增加，口罩制造商必须进行比以往更多的测量。“每个口罩的测量数字正在爆炸式增长。我们可能会在200个地方测量口罩，但一些客户想要测量5000个地方，”大日本印刷公司(DNP)的研究员林直也说。

在计量流程的一部分，掩模制造商关心的是掩模上的关键尺寸(cd)。测量CDs的工具被称为临界尺寸扫描电子显微镜(CD-SEM)。

对于复杂的掩模，CD-SEM需要进一步的提升。为了推进CD-SEM, D2S最近与效果显著将D2S的晶圆平面分析引擎集成到Advantest的E3640系列cd - sem中。这反过来又为cd - sem掩模平面测量和晶圆平面测量提供了两个新的功能。

尽管如此，口罩制造商希望以更快的速度进行更多的测量。为此，掩模供应商需要一种更具革命性的工具——多束电子束测量工具。

这个问题?一些工具制造商正在开发多波束系统，但这些机器不适合面具检测。光掩模市场太小，无法获得多波束检测系统的投资回报。相反，这些系统的目标是更大的晶圆检测市场。

同时，检测涉及到发现口罩致命缺陷的过程。一般来说，掩模制造商使用193nm检测工具来发现传统光学掩模和EUV掩模的缺陷。

在EUV掩模上发现缺陷是具有挑战性的。EUV掩模是一个多层堆叠。在堆栈中，缺陷有时会被隐藏。

在EUV掩模检测过程中，掩模中的一些缺陷是有问题的。它们必须被识别和修复。然后，有时，工具可能会识别出似乎是缺陷的东西，但它不是真正的缺陷——它只是一个讨厌的东西或噪音。

因此，确定哪些缺陷是有问题的，哪些不是，这是至关重要的。为此，业界使用一种称为光化航空图像计量系统(AIMS)的缺陷审查工具。

一个AIMS工具是昂贵的，特别是EUV掩模。因此，掩模制造商希望看到一种具有成本效益的替代EUV的AIMS工具。“成本相当高，”DNP的Hayashi说。“很难为口罩商店买到EUV AIMS工具。”

掩模修补及清洗
同时，在流程中，检查和评审过程可以发现不需要的缺陷。然后，掩模修复系统可以在运行中修复许多这些缺陷。

掩模制造商使用两种掩模修复技术——电子束和纳米加工。卡尔蔡司是电子束掩模修复工具的唯一供应商，而Rave提供纳米加工系统。电子束和纳米加工是互补的技术。

掩模供应商想要另一种类型的修复技术。DNP的Hayashi说:“我们需要为下一代口罩配备一个气场离子源修复系统。

气体场离子源(GFIS)利用氦气和氢气作为修复面罩的手段。日立高科技多年来一直在开发GFIS修复系统。该系统仍处于alpha阶段。

除此之外，掩模制造商还必须进行各种清洁步骤，以清除掩模上的污染物、抗蚀剂和残留物。Rave的销售和市场总监布莱恩·格林农(Brian Grenon)说:“挑战在于保持口罩的清洁。”“这不仅是从颗粒物的角度，也是从分子污染的角度。分子污染开始在口罩降解中发挥同样大的作用，如果不是更大的话。”

对于光学掩模，掩模制造商通常使用混合了硫酸和过氧化氢的清洁工具。“清洁过程很糟糕，”格农说。“通常，这是湿化学。他们仍在使用硫酸和过氧化氢。这个过程中的化学物质会留下残留物，并会降解口罩。”

幸运的是，还有其他解决方案。例如，Rave的子公司Eco-Snow销售一种“全干式”非接触式清洁工具，与传统的湿式清洁系统相比，它有几个优点。该工具使用基于CO²的低温气溶胶清洁技术，适用于光学和EUV掩模。

EUV薄膜
最后但并非最不重要的是，掩模制造流程包括一些人所说的“保护和维护”阶段。在这方面，口罩制造商想要薄膜用于极紫外(EUV)光刻。

一般来说，业界有充分的理由需要EUV。芯片制造商计划将193nm浸没式光刻技术扩展到10nm和7nm。这将需要一个多重模式方案，这反过来又增加了流的复杂性和成本。"我们必须采取其他措施，将成本轨迹拉回正常曲线，"该公司代工营销高级主管Kelvin Low表示三星半导体。

EUV至少在某种程度上可以简化气流。福特汽车高级副总裁兼首席技术官Dave Hemker表示:“当EUV进入市场时，它可能仍将处于混合模式林的研究。“也许你做EUV和你双模式它。”

对于EUV，薄膜是方程的重要组成部分。基本上，薄膜是在生产流程中覆盖掩模的一种薄而透明的膜。这种薄膜可以防止颗粒和污染物落到口罩上。

光学掩模的薄膜是基于一种薄的聚合物材料，这是一种成熟且被广泛理解的薄膜。相比之下，仍处于研发阶段的EUV薄膜则是另一番景象。

例如，ASML的多晶硅基EUV薄膜只有50nm厚，必须承受巨大的热量。理论上，薄膜会散热。但在这样的温度下，人们也担心EUV薄膜在加工过程中会恶化。

到目前为止，业界已经用40瓦的光源测试了一种EUV薄膜。然而，还有待观察的是，当薄膜暴露在250瓦的电源下时会发生什么。

考虑到技术的不确定性，业界正在争论EUV是否需要薄膜。根据大多数专家的说法，EUV薄膜是逻辑所必需的。如果粒子落在EUV掩模上，扫描仪可能会在晶圆上打印出不想要的缺陷。“如果我们有一个缺陷，这意味着整个模具都没有了，”该公司掩模和TSV蚀刻部门的主要技术人员兼首席技术官Banqiu Wu说应用材料。

内存是另一回事。“在内存业务方面，他们更换掩码的频率要低得多。如果你换口罩的频率低得多，你可能就会有一个没有薄膜的环境。Coventor。

为了解决这一问题，业界正在开发一种具有良好散热材料的新型EUV薄膜。公司产品营销总监马克•怀利表示:“市场上存在各种相互竞争的解决方案。KLA-Tencor。“但整个薄膜问题仍然很有趣。对于这种薄膜的路径，业内仍有很多争论。”

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