等待下一代计量

芯片制造商继续3月各流程节点,但这个行业需要新的突破将IC比例在10纳米。

事实上,这个行业需要在至少两个主要areas-patterning和创新互连。还有其他方面的问题,但一个技术正在迅速上升list-metrology的顶部附近。

计量科学的测量和描述微小结构和材料,在每个节点变得更加复杂和昂贵的。今天的计量工具能够测量结构两个维度,并在三维空间中在某种程度上,但这并不是足够的今天的复杂性3 d与非和finFET设备。目前尚不清楚,如果现有的工具可以满足未来严格的要求设备在10纳米。

作为回应,该行业发展几个下一代计量技术。大焦点一直在三个areas-helium-ion显微镜;多波束eBeam光刻检查;和x射线散射。此外,该行业正在进行其他技术,基于原子力显微镜(AFM),混合计量,透射电子显微镜(TEM)等。

不过,一般来说,在下一代计量领域进展缓慢。许多这些未来的工具在可预见的未来仍将在研发技术。和一些可能永远无法逃离实验室。

找到这些工具技术研发美元基金是另一个问题。“我们需要更多的投资来自客户和供应商添加更多的创新,“阿洛克Vaid说,副主任和高级经理先进模块工程GlobalFoundries。“这并不是说没有创新。大多数是渐进式创新。我们需要革命性的创新,但这不会发生,因为(检验和计量)通常under-budgeted,视为没有附加值。”

问题是显而易见的。各种下一代计量技术的状态是什么?的后备计划如果这些技术没有逃离实验室吗?这是一个看计量景观:

原子力显微镜(AFM)
多年来,AFM集成电路等行业中使用。“在AFM,你有一个探测器或针,“Keibock Lee说,总统的公园系统,AFM工具的供应商。“你跟踪表面,它记录了X和Y坐标。然后,它会向上和向下。所以你知道Z坐标。那么,你有一个3 d拓扑”。

AFM使横向分辨率1海里。“Z或高分辨率,我们做不到0.5埃。这意味着小于0.05纳米,”李说。

然而,AFM是缓慢的吞吐量。直到最近芯片制造商在AFM有点酸,随着技术未能履行其炒作。

突然,有兴趣重燃AFM。事实上,公园系统的动量是建筑的3 d AFM技术,基于非接触式技术。此外,这个工具可以倾斜角度38度。“最初,它被用于硬盘行业,”李说。“数据存储,客户用它来衡量硬盘的读/写磁极,高度,削弱角,和形状是质量保证的关键。”

集成电路制造商开始拥抱3 d 3 d NAND和finFETs AFM技术。最近,公园系统和Imec形成合作开发下一代,内联AFM计量解决方案。时间会告诉我们如果3 d AFM可以奏效。

CD-SAXS
多年来,芯片制造商使用了基于光学计量工具CD (OCD)技术。敲强迫症是芯片制造商必须开发复杂而耗时的模型。发展在计量目标强迫症也是一个问题。

所以,在一段时间内,该行业一直致力于一个可能的替代OCD-X-ray散射。有各种口味的x射线散射,包括CD小角x射线散射(CD-SAXS)。

“CD-SAXS措施的平均形状周期性纳米结构,边缘粗糙度和步行,”约瑟夫·克莱恩说,材料工程师国家标准与技术研究所(NIST)。“基于电子密度的对比。所以它是不受尺寸影响相关的光学性质的变化。是sub-angstrom使用的波长。所以下一代长度尺度并不是一个问题。”

尽管年研发、CD-SAXS有着不同的结果。“多个半导体制造商和计量供应商评估CD-SAXS不同程度,”克莱恩说。“一些公司使用变体CD-SAXS内存的应用程序”。

CD-SAXS仍然遭受同样的老问题。“x射线工具最大的问题,特别是CD-SAXS,光源,“GlobalFoundries Vaid。“这是一样的EUV。CD-SAXS使用x射线源和低功率。这意味着你有一个非常缓慢的吞吐量的解决方案。因为你有权力有限,这意味着你有一个有限的光斑大小的一个信号。”

今天的CD-SAXS系统是基于一个旋转阳极的来源,这是有限的权力。另一个源技术,liquid-metal-jet承诺,但它还没有准备好。

在未来,CD-SAXS可用于有限的应用程序,但它不会取代很快强迫症。直到CD-SAXS是可行的,该行业必须继续扩展强迫症未来的节点。行业将如何延长强迫症吗?“我们将让我们的现有的强迫症工具更加复杂。我们也可以添加更多的渠道和角度,”乌尔说。

电子束检验
电子束检验广泛用于晶片检查流程,但是吞吐量是缓慢的。产业是发展多波束电子束检验工具,这在理论上,拥有更高的吞吐量。

除了晶片检查,有些人希望在其他领域使用多波束电子束检验工具。光掩模计量就是一个例子。

对于计量应用程序,面具制造商目前使用传统的临界尺寸扫描电子显微镜(CD-SEM)。通常,CD-SEM太慢了。“如果我们可以使用多个梁检查或成像系统作为一种高通量CD测量系统,这可能是一件好事,“直Hayashi说,研究员戴日本印刷(DNP)。

但是不要找一个多波束很快掩模行业的计量工具。今天,只有少量的买一个面具制造商,或者甚至可以负担得起。”,可能需要一些创新的人站出来,“说阿基》首席执行官d2。

但即使晶片检查市场,有挑战多波束检测技术。电子“电子束提供高分辨率,但不喜欢太靠近对方。的做多波束或多列技术的挑战,”Brian Trafas表示,首席营销官KLA-Tencor。

2016年5月出现在多波束电子束检验工具。在那之前,芯片制造商必须与当前的技术。

氦离子显微镜
多年来,CD-SEM一直是主力计量工具的工厂。CD-SEM使用聚焦的电子束产生信号的表面结构。

一次,CD-SEM面临两个挑战。首先,人们担心该工具可能碰壁10纳米。第二,CD-SEM在二维图像信息,但它很难看到数据在三维空间中。

希望找到一个替代CD-SEM,业界一直看着氦离子显微镜。氦离子显微镜在纳米技术方面的承诺,但它有一个主要的缺陷在半导体应用程序:离子能破坏的表面结构。

到目前为止,氦离子在计量应用ICs收效甚微。因此,集成电路产业已经从氦离子将注意力转回到CD-SEM。

事实上,CD-SEM供应商最近新功能添加到技术,即倾斜和反向散射。倾斜解决一个问题。它允许CD-SEM图像在三维空间中设备。

与流行的看法相反,CD-SEM继续有腿。CD-SEM,应用材料证明的能力形象从IBM未来gate-all-around纳米线设备。“每个人都在担心CD-SEM将在10海里失去动力,”奥弗·亚当说,全球产品经理应用材料。然而,“IBM测量了cd与CD-SEM 7海里。”

不过,CD-SEM不能让所有的测量设备。和之前一样,芯片制造商必须在工厂中使用的其他工具,除了CD-SEM。

透射电子显微镜(TEM)
透射电子显微镜传输光束通过一个结构。TEM高分辨率,但它通常是缓慢的。TEM是发现在实验室里,而不是在生产线。

范,希望TEM从实验室到工厂。这是一个完全自动化的发展,在线TEM计量系统。“由于新TEM可用的工具集,TEM收集的数据可以更快的和足够的大量的数据可以在合理的时间内收集评价直线边缘粗糙度和线宽粗糙度,”海莉Johanesen说,范一个应用程序开发工程师,在最近的一篇论文。

像CD-SEM, TEM不能提供所有的测量。流中,芯片制造商仍将需要一个AFM, CD-SEM和强迫症。

混合计量
事实上,没有一个工具可以处理所有计量需要今天的3 d NAND finFETs或下一代晶体管类型。

所以在一段时间内,称为混合计量芯片制造商已经实现技术。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。

在一个例子中,一个由CD-SEM finFET结构测量,AFM或TEM。然后,结果被送入一个强迫症的工具来验证模型。“这是一个新技术,结合了他们每个人的优势,“GlobalFoundries Vaid说。

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。然而,潮流可能正在逆转。Imec以及应用材料,范和新星,共同发表了一篇论文,题目是“CD计量EUV光刻和蚀刻。”该报CD-SEM相比,强迫症和TEM,但它也描述了混合方法来检测和测量litho-etch过程变化。这是一个即将到来的迹象。