Overlay如何與EUV圖案保持同步

來(lái)源：semiengineering

• 通過(guò)對光波長(cháng)不透明的新硬掩模向更長(cháng)的波長(cháng)（近紅外）移動(dòng)以對齊層；
• 更好地模仿設備的覆蓋目標；
• 增加計量采樣
• ML 算法可以更快地處理大量數據以獲得更好的內聯(lián)結果。

ASML 應用工程主管 Jim Kavanagh 說(shuō)：“我們發(fā)現，內存客戶(hù)似乎正在更快地增加蝕刻后檢測的使用，而不是在過(guò)去它是一個(gè)更加靜態(tài)的事情?！?nbsp;“確保它們捕獲蝕刻引起的覆overlay fingerprint 中的差異至關(guān)重要，特別是在 3D NAND 通道孔中，晶圓間、批次間和腔室間的差異可能很大. 從邏輯上講，由于它們具有多種特征類(lèi)型，因此更難錨定代表設備的 overlay特征，因此他們在 ADI 做得更多?！?/span>
在晶圓廠(chǎng)中，每個(gè)EUV光刻系統可以使用兩到四個(gè)覆蓋測量工具。ASML、KLA 和 Applied Materials 提供針對兩個(gè)疊加步驟優(yōu)化的 CD 和疊加計量工具。使用了基于圖像的疊加 (IBO) 方法以及基于衍射的疊加 (DBO, aka scatterometry)，并且一些系統結合了這兩種技術(shù)。覆蓋目標具有頂部和底部光柵，因此當以某個(gè)角度成像并被檢測到時(shí)，它會(huì )產(chǎn)生與圖像中邊緣到邊緣差異相對應的信號差異。
ADI 和 AEI 之間的反饋以及來(lái)自?huà)呙鑳x傳感器的輸入用于進(jìn)行疊加校正。例如，進(jìn)行 x 和 y 方向的線(xiàn)性校正以及旋轉校正。但憑借先進(jìn)的光刻和收縮功能，掃描儀現在可以實(shí)現更高階的校正，以達到令人難以置信的精度要求。
“在掃描過(guò)程中，掃描儀可以糾正平移和旋轉錯誤，但它也可以處理更高階的糾正，”Fractilia 的首席技術(shù)官 Chris Mack 說(shuō)。die周?chē)鷦澗€(xiàn)中的Overlay targets 為覆蓋測量提供了基礎?！案唠A錯誤不僅僅是四個(gè)角落（four corners）發(fā)生的事情——例如設備中間的變化——因此晶圓和掩模的掃描運動(dòng)可以實(shí)現這些校正。你擁有的測量點(diǎn)越多，你就能做出越精確的動(dòng)作?！?/span>
邊緣放置錯誤
overlay 的預算不斷縮小，不僅因為特征尺寸越來(lái)越小，掩模級別越來(lái)越高，還因為隨機效應。隨機指標也會(huì )影響疊加和 CD 測量。
“在過(guò)去，CD 不均勻性和重疊是我們所謂的邊緣放置錯誤(EPE) 的主要貢獻者。但隨著(zhù)縮放，特別是雙圖案化，EPE 有多種成分，”Mack 說(shuō)?？?EPE 本質(zhì)上是工程師打算在晶圓上打印的內容與實(shí)際制造的特征之間的差異。按重要性排序，這些包括四個(gè)組成部分——CD 均勻性隨機性（線(xiàn)寬和線(xiàn)邊粗糙度）、OPC CD 誤差和全局 CD 均勻性誤差。
“EPE 的最大來(lái)源是隨機指標，因此更多的重點(diǎn)放在減少overlay errors上，因為隨機指標很難控制，”麥克說(shuō)?！笆聦?shí)上，隨機指標預計將占 3nm EPE 的 50%。那么這一切對overlay control意味著(zhù)什么呢？晶圓廠(chǎng)仍然需要制造邊緣放置誤差小的設備。但現在他們的 CD 均勻性和覆蓋預算不到一半。因此，對覆蓋和 CD 均勻性的要求比以前縮小得更快?！?/span>
其他人指出了類(lèi)似的問(wèn)題?！半S著(zhù) 5nm 節點(diǎn)的 EPE 預算持續縮減，EPE 預算的overlay elements縮減最快，場(chǎng)內變化更大，” KLA工藝控制解決方案總監 Andrew Cross 說(shuō)。
這導致更高的光學(xué)疊加采樣、改進(jìn)的疊加測量技術(shù)以及在 AEI 和 ADI 引入基于 SEM 的疊加測量。光學(xué)計量工具使用 500 至 650nm 范圍內的波長(cháng)，這是許多工藝層和條件的最佳選擇，但現在長(cháng)波長(cháng) (900nm) 激光器可以通過(guò)不透明硬掩模成像，特別是在 NAND 和 DRAM 中用于特定層。結果是更靈活的計量系統可以滿(mǎn)足最大數量的需求。
覆蓋層測量、校準
在光刻膠顯影后首先檢查圖案放置，如果overlay不可接受，可以對晶圓進(jìn)行返工。在大批量制造中，晶圓廠(chǎng)可以監控 CD 均勻性并在每批和每批或可能每隔一批的選定 (6) 個(gè)晶圓上覆蓋。ASML 的疊加監控方法包括編譯和處理大量數據。
ASML 的 Mulkens 解釋了覆蓋的組件?！翱蛻?hù)從劃線(xiàn)中的目標進(jìn)行衍射測量。然后，當然，我們需要知道目標上的測量overlay與設備上的overlay相比如何。我們稱(chēng)之為 device overlay。通常，光學(xué)目標的間距為數百納米，而器件的間距為 20 到 30 納米。因此，客戶(hù)可以測量和校準設備偏移量 (MTD)。然后，當然，你仍然不在那里，因為 EUV 可能存在非常局部的錯誤，隨機指標。人們使用電子束系統來(lái)測量這些非常局部的誤差，可能是幾納米的量級。對于 CD 和疊層錯誤，您最終可能會(huì )產(chǎn)生 4 到 5 納米的overlay和放置錯誤?！?/span>
SEM 捕獲局部隨機數據，與疊加測量一起用于確定掃描儀上的疊加校正和 CD 校正。
圖 2：掃描儀和計量數據的前饋和反饋，以糾正overlay和 CD 誤差。資料來(lái)源：ASML當涉及到新技術(shù)的發(fā)展和光學(xué)測量系統的相關(guān)性時(shí)，電子束成像被廣泛使用。只有電子束工具才能通過(guò)檢測來(lái)自背散射電子的信號來(lái)檢測埃級的表面特征。在生產(chǎn)中，雖然一些制造商談到需要使用更多的在線(xiàn)電子束測量，但較慢的吞吐量仍然限制了工具的使用。
由于 SEM 越來(lái)越多地用于CD SEM測量，因此 CD SEM 和本地 CDU 測量是否可以組合在一個(gè)系統中引發(fā)了疑問(wèn)。
“它們往往有不同的電壓要求和其他差異，因此雖然在某些情況下可以將疊加和 CD SEM 結合起來(lái)，但這并不典型，”Mack 說(shuō)?！癧使用基于物理的模型]，我們正在開(kāi)發(fā)同時(shí)進(jìn)行overlay和隨機測量的能力，例如粗糙度以及同時(shí)導致邊緣放置錯誤的所有組件?？紤]到正確的算法，我們相信這就是行業(yè)的發(fā)展方向?！?/span>
目標修改覆蓋測量依賴(lài)于對目標進(jìn)行的測量——劃線(xiàn)中的特征或設備內的選擇性特征。目標是具有光柵的薄膜疊層，其使用比設備本身更寬松的尺寸（數百納米），針對該層量身定制以捕獲設備內覆蓋。
目標設計在overlay測量精度和準確度方面發(fā)揮著(zhù)重要作用，但也受到劃線(xiàn)中的尺寸限制。這會(huì )導致一些移動(dòng)到更小、更詳細的目標（每側 4 到 8μm）。傳統的目標是bar-in-bar 或box-in-box 設計，25 x 25μm，但更敏感的版本如圖 3 所示。
圖 3：目標設計改進(jìn)了對重疊誤差的捕獲。資料來(lái)源：SPIEKLA應用程序開(kāi)發(fā)團隊負責人 Shlomit Katz描述了overlay目標設計的最新變化，例如更多地使用莫爾效應目標。使用通過(guò)overlay但略微偏移的圖案產(chǎn)生的overlay干涉圖案，莫爾效應可以被移位、旋轉或具有略微不同的間距，從而產(chǎn)生相位感應干涉。NAND 和 DRAM 的新目標“被證明對對稱(chēng)和非對稱(chēng)工藝變化都具有魯棒性，通過(guò)波長(cháng)提高對比度并提高總測量不確定性，”Katz 說(shuō)。
曝光前掃描儀中的APC晶圓上測量有助于實(shí)現高質(zhì)量的曝光，但它們也可以揭示為過(guò)程控制回路提供信息的關(guān)鍵信息。例如，晶圓形貌圖可檢測由于重疊采樣可能遺漏的焦點(diǎn)造成的局部重疊誤差。
ASML 和 STMicroelectronics 最近提供了使用基于overlay的計算校正的晶圓廠(chǎng)中下一代覆蓋控制的一瞥。通過(guò)將物理建模與機器學(xué)習相結合，他們表明掃描儀測量可用于預測晶圓或批次上的overlay性能，而這些晶圓或批次沒(méi)有通過(guò)計量來(lái)檢測潛在的偏移。
“為了獲得掃描儀的準確性，我們有我們的內置傳感器、對準傳感器和水平傳感器，它們測量每個(gè)晶圓，并以非常密集的水平測量晶圓。事實(shí)上，這是客戶(hù)可能擁有的為數不多的表征每個(gè)晶圓的高空間指紋的數據集之一。因此，我們推導出一些算法，并將這些傳感器與掃描儀外部的測量值與覆蓋設備相結合。當您正確執行此操作時(shí)，客戶(hù)可以最大限度地減少掃描儀外部的測量量，或者他們可以使用該數據對掃描儀外部的測量密度進(jìn)行上采樣，”ASML 的 Mulkens 說(shuō)。
密度正在推動(dòng)許多變化?！拔覀兛吹降囊粋€(gè)關(guān)鍵趨勢，加上對更高精度和更高精度的需求，是更大的采樣以捕獲整個(gè)晶圓的指紋，但同樣重要的是捕捉晶圓和批次之間的差異，”Mulkens 說(shuō). “我們在使用基于光學(xué)目標的計量工具和蝕刻后測量 ADI 時(shí)都看到了這一點(diǎn)。然后，當然，使用電子束工具，人們正在關(guān)注本地放置?！?/span>
應用材料公司還談到了對晶圓進(jìn)行更多采樣以提高準確性并檢測晶圓間的變化或指紋。例如，該公司的電子束工具旨在同時(shí)測量多個(gè)級別的邊緣位置和 CD。對于穩健的過(guò)程，ADI 和 AEI 之間的相關(guān)性是疊加過(guò)程控制的基礎（見(jiàn)圖 4）。
圖 4：用于覆蓋控制的顯影后和蝕刻后檢查之間的相關(guān)性。資料來(lái)源：應用材料結論雖然最先進(jìn)設備的疊加控制力求更快地將數據反饋到掃描儀以補償在線(xiàn)誤差，但下一代工具，High NA EUV，將面臨其自身的挑戰。它使用變形鏡頭，支持一個(gè)方向放大 8 倍，另一個(gè)方向放大 4 倍。因此場(chǎng)大小減少了一半，兩個(gè)掩模的結果在晶圓上縫合在一起。
“借助變形光學(xué)器件，6 英寸的掩模導致我們稱(chēng)之為半場(chǎng)，”Mulkens 說(shuō)?！艾F在，當您在High NA 系統上打印關(guān)鍵層而在低 NA 系統上打印不太關(guān)鍵的層時(shí)，您需要能夠將半場(chǎng)與全場(chǎng)匹配，反之亦然。為了提出匹配算法，我們進(jìn)行了非同心匹配，這將是高 NA 方面的重大overlay創(chuàng )新?！?/span>

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