图案化先进的逻辑和内存芯片所需的计量中的突破

一个古老的商业管理公理断言:“得到度量的,就得到管理。”计量学——测量的科学研究——在数据容易获得和一致的情况下是有效的。然而,在半导体领域,情况并非总是如此。当你试图测量的东西发生了如此巨大的变化,以至于计量不再有效时会发生什么?如果你没有发现计量的缺点,直到你面对无法解释的产量问题,并开始落后?这些都是当今行业的大问题。

半导体生产是一个非常昂贵和复杂的努力。从研发到高批量制造的旅程实际上是一场比赛。在收入,市场份额和盈利能力方面,首先赢得竞争优势。Metrology一直对控制和完善芯片制作过程至关重要。然而,芯片结构现在如此小而复杂的是,我们测量的方式需要发展。

十字路口的模式控制

先进的芯片是一层一层地组装起来的,而数十亿个单独的特性中的每一个都必须被完美地设计和排列,以创造出具有最佳性能和功率特性的工作晶体管和互连。模式错误会影响上市时间,降低产量,最终减缓在硅上运行的经济(参见图1)。

图1:图案化挑战包括接触孔,线条和空间的临界尺寸(CD)以及边缘放置误差的变化。

随着行业逐渐从简单的2D芯片设计转向基于多模式和EUV的复杂3D设计,模式控制已经达到了一个拐点。半导体行业传统上用于测量排列的光学叠加工具和技术,对于当今领先的逻辑和存储芯片来说,已经不够精确。

对准芯片的许多层所需的令人难以置信的精度进一步复杂于过程条件在处理室的不同区域中变化。这意味着所形成的每个管芯的图案将略有不同,这取决于管芯坐在晶片上的位置。因此,每层都不需要与其上方和下方完全对齐,这些对准需要在晶片上均匀地使得来自晶片产量的不同区域的装置具有良好的电气特性。

增加复杂性的是3D设备结构的本质,它需要的测量数量是平面设备的三倍。更高的结构会在局部和层之间产生扭曲。而下一代的门全能晶体管则需要更多的测量。

甚至一些经验丰富的行业观察者也可能感到惊讶,以得知用于控制Fabs中的覆盖物的光学计量系统没有测量所产生的设备所需的分辨率。相反,这些系统从代理目标中进行测量,这是与邻近的水平和垂直标记相邻,该模具可以帮助光学计量工具近似于所需的图案是否正确放置(参见图2)。

图2:今天的光学计量系统依赖于比实际模内特性大10倍左右的代理目标来估计图案是否被正确放置。

这种间接测量方法在2D缩放和单沉积和蚀刻图案中开发。过程工程师一直使用算法来补偿缺乏设备测量,但这种技术正在达到其精度的极限 - 以准确的对准误差的容差只是消失的时间。

计量在加速生产过程进入大批量生产和控制过程以避免偏差方面起着巨大的作用。模式错误会导致成本的变化,从废弃的晶圆到低产量,再到能工作但会降低功耗和性能的芯片的低价。

我们都希望解决这些问题。但你无法解决你无法衡量的东西。你无法衡量你看不到的东西。

走向解决方案

改进模式控制的一个解决方案是,从基于目标的近似到实际测量整个晶圆上每个模内发生了什么。

理想的方法会解决超过覆盖问题。它还将产生可用于诊断所涉及的所有过程技术中的任何问题的数据,从沉积和蚀刻到热量和CMP。跨晶圆采样进行大规模的能力将使流程工程师能够更快地发现和解决工艺变化问题,提高PPAC(功率,性能和面积成本)并加速“T”(时间来产生)。这些数据也可用于喂养人工智能发动机,例如应用的创新AI.x™平台,进一步加快新材料和工艺技术的开发和商业应用。

在我的下一篇博客中,我将描述Applied是如何实现模式控制的新剧本的,它可以帮助芯片制造商更精确地测量他们的先进过程中发生了什么,这样他们就可以更好地管理新芯片设计的开发,这将为行业的未来奠定基础。请在您的日历上注明10月18日,届时Applied将主办2021年过程控制和AppliedPRO™大师类,我们将讨论我们在过程控制中的最新创新。

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