3nm及以上的掩模挑战

专家会议:半导体工程公司坐下来讨论光学和EUV掩模问题，以及掩模业务面临的挑战，DNP研究员Naoya Hayashi;Peter Buck, MPC和掩模缺陷管理总监西门子数字工业软件；Hoya技术战略高级总监Bryan Kasprowicz;的首席执行官藤村昭d2．以下是那次谈话的节选。要查看本讨论的第一部分，请单击在这里．

(从左至右):Hayashi, Kasprowicz, Buck，藤村。

SE:我们真的需要扩展节点，开发3nm技术甚至更远的技术吗?摩尔定律是终结了，还是只是放缓了?

》:是的，我们确实需要更多的每瓦和每美元的计算能力，至少在半导体市场的高性能计算细分领域是这样。智能家居产品和其他物联网设备更喜欢低成本而不是更高的性能。但天气预报、比特币挖矿或深度学习等重型模拟技术正在推动对3nm及更远技术的需求。幸运的是，我们将继续扩大规模，尽管摩尔定律正在发生变化。该行业跨学科和竞争对手之间的合作能力至关重要。这样，行业才能继续进步。这是件好事，因为我们在D2S上做什么都依赖于它。我们急切地等待着下一代gpu、cpu、内存、通信芯片等，所有这些都在继续按照摩尔定律扩展。对于极紫外(EUV)光刻时代的反向光刻技术(ILT)，我们需要更强大的机器来提供更好的质量晶圆。即使现在，我们也可以使用10倍以上的计算能力。 As we need our technology to target smaller and smaller geometries, the computing demand scales up on top of that. No question about it. We need more computing power.

SE: 2018年，三星和台积电为7nm工艺节点插入了EUV光刻技术。现在，利用EUV，芯片制造商正在生产5纳米的芯片。尽管如此，我们一直在这里听到蒙版3D效果。那是怎么回事?

Kasprowicz:在EUV中，你有反射光学。如果你将光垂直于镜子，它会直接回到EUV扫描仪的光学柱上，它不会击中晶圆。例如，当你照镜子时，你看到的是自己的倒影。同样的事情也会发生，如果你在EUV扫描仪在反射光学下这样做。所以在EUV中，光线必须以一定的角度照射到遮罩上。因为你有一个角度，深度和高度的EUV掩模和吸收器的问题。在某些时候，掩模上的吸收器可能会变得太高。在这种情况下，它不仅仅是“X”和“Y”，现在你看到的是它的“Z”组件。所以当你增加深度的时候，你开始得到一些所谓的阴影效果。如果这不是一个问题，我们可能会在EUV掩模上使用更厚的吸收剂，即使是在7nm或当人们开始使用EUV光刻时。 As such, we tried to get the absorber as thin as possible to mitigate those mask 3D effects. So the thinner you go with the absorber, the less of an impact you have with those 3D effects, such as shadowing, telecentricity, pitch walking, and others. But this has a lot of other implications, as well. Specifically, as you try to do OPC (optical proximity correction), where you’re using smaller features, these effects really have an impact. These get worse as the pitch tightens.

图1:EUV掩模的横截面。EUV光以一定角度撞击掩模，造成阴影或掩模3D效果。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)

SE:如今，芯片制造商正在研发3nm工艺。最初，在3nm阶段，芯片制造商将继续使用现有的0.33数值孔径(NA)的EUV光刻扫描仪。这对3nm的EUV掩模意味着什么?蒙版的3D效果怎么样?

哈亚希我们将继续使用0.33 NA EUV。那时，高na EUV还没有准备好使用。基本上，客户会使用0.33 NA的EUV双图版。所以在这种情况下，蒙版分辨率不是那么具有挑战性。但是客户想要提高对比度和图案保真度。根据这些要求，我们应该选择更薄的薄膜或吸收剂来降低3D效果。我们还应该考虑使用相移材料来提高对比度和吞吐量。此时，掩码类型取决于应用程序层。例如，相移掩模非常适合接触孔类型的应用。在这一领域，掩模制造和掩模材料在生产技术和新材料方面提出了一些挑战。

SE:今天，在研发方面，业界正在开发下一代EUV光刻技术，称为高na EUV，预计将于2024/2025年推出。高na EUV对掩模行业意味着什么?

》:高NA EUV是下一代EUV光刻技术，将数值孔径(NA)增加到0.55。由于可写分辨率是波长除以NA，较大的NA可以在制造变化中准确地写入较小的特征。其中一种方法是使用变形的4X:8X蒙版。传统的掩模是4倍:4倍的放大倍率。无论如何，用于高na EUV的掩模暴露了晶圆上一半的场大小。高na掩码的物理尺寸与传统掩码相同，以保持掩码基础结构相同。这样，你就可以在口罩店同一生产线上生产普通口罩和高na口罩。

Kasprowicz:目前的想法是，在早期，我们应该能够使用和利用现有的空白材料，这些空白材料正在为先进的0.33 NA EUV开发。目前正在开发的先进二元或相移掩模应该能够简单地转换为高na EUV的起点。集成高na的掩膜解决方案不应该有很多初始开发工作。随着我们的进展，可能会有更多的节点，我们将不得不开始研究一个替代的多层EUV空白，以提高远心性，减少光进入镜子的穿透深度。也许在这一点上也有不同的封盖结构。二元EUV掩模结构也可以及时改变，如果需要一个新的多层。相移EUV掩模可能会发生变化，因为我们开始缩小特征尺寸，原因与0.33 NA时相同。我们可以在那里实现不同的十字线增强技术(RET)结构。在大多数情况下，许多正在为0.33 NA EUV掩模开发的元素应该对高NA早期阶段的很大一部分有用。也许几年后，我们得考虑对空白进行一些修改。 And that’s still under discussion at the moment regarding the timing of that transition. Certainly, with regard to the blank itself, things will get tighter. The flatness specs will get tighter. The roughness specs will get tighter. Then, you have things like the spread of the wavelength on the reflectance of the mirror of the multi-layer itself. Those things will have to get tighter. We expect specs will get tighter in line with prior generation nodes and technology advances for high-NA.

哈亚希:我们正致力于开发二元EUV掩模和高na EUV相移掩模的新材料。这些材料很不寻常，很奇特。例如，对于二元掩模，我们必须选择高k材料作为吸收剂。目前，EUV掩模的吸收剂主要是钽材料。对于下一代二元掩模，我们正在研究其他材料，如镍。然后，相移掩模将需要低氮材料，包括钌或铂。这些材料基本上很难蚀刻。因此，口罩生产技术面临着一些重大挑战。我们可能还需要一种新的口罩制造胶。EUV光刻也是如此。 For the mask, we need more resolution, maybe less than 20nm even on a 4X mask. We need a very thin high-resolution mask resist. It will not be the current material. Maybe we have to use metal-oxides type materials, much like what many are looking for in EUV lithography. So there are several material and process challenges for mask-making.

巴克掩码编写者将继续面临压力，在不失去他们现在拥有的吞吐量优势的情况下提高分辨率。现在，我们看到最小的特征尺寸在30nm。如果他们要到20nm左右，就需要改进整个掩模成像基础设施，如电阻、掩模写入器和MPC(掩模工艺校正)，以满足这些要求。

哈亚希:我对高na EUV的变形光学很好奇。使用该镜头，high-NA使用4倍和8倍的放大倍率。也许它不会对口罩制造产生太大影响。但如何测量或保证口罩质量是这里面临的挑战之一。例如，如何测量倾斜的线宽，这将有一个不同的角度与设计。具有变形光学的EUV航空图像显微镜将有助于更容易地评估晶圆上的图像，包括缺陷可打印性与不同的放大轴。

Kasprowicz:高na扫描仪的分辨率肯定更好。但是缺陷尺寸要求和缺陷规格变得越来越小。从掩模空白的角度来看，光化掩模空白检查需要更好的光学。波长不会改变，但你需要更好的光学，你可能需要一个更好的位置精度舞台。到目前为止，EUV掩模很难实现零缺陷。如果你找到了，数量有限也是可以的。你只需要能够在EUV掩模本身上使用基准标记或对齐标记来引用它们。然后，你把这些信息发送出去。这就是空白检测工具的阶段精度的来源。一旦您发现了缺陷，您必须在合理范围内，使您的客户在执行缺陷缓解计划时能够发现它们。 And then on the pattern inspection side, there are some challenges. There is some uncertainty regarding the impact of the anamorphic lens. When you’re looking at anamorphic and you have a defect, you’re more tolerant in one direction perhaps over the other direction because of the magnification difference. I’m expecting that there will have to be some extensive work done to really understand that. Maybe in-situ AIMS inspection is performed during blank or pattern inspection. Certainly, understanding how to characterize and classify those defects during the post pattern stages in mask production is going to be key. And it gets even more difficult as we talked about phase shift, where you have some transmission and phase associated with that. That’s going to be different than it is for binary, so that needs to be understood.

巴克:变形成像有许多挑战。例如，当你在OPC和掩模制作之间进行变形缩放时，45°角就变成了倾斜边缘。曲线结构的变形缩放更为复杂。掩膜线性特征的影响在' X '和' Y '是不同的。“有可能依赖于轴的掩模精度、线性度和最小特征尺寸规格。关键功能可能会有一个首选轴，这将在一定程度上影响设计方法。如果AIMS将用于缺陷印刷适性验证，将需要变形AIMS工具，增加了变形掩模的生产成本。在变形EUV AIMS工具可用之前，也许缺陷可印刷性模拟可以在这里发挥临时解决方案的作用。

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