繼介紹了在光掩膜驗證工藝中扮演重要角色的AIMS機臺（點擊回顧），以及光掩膜缺陷修復(fù)的主角PRT和MeRiT機臺（點擊回顧）后，本期我們迎來了蔡司光掩膜解決方案中針對量測和對準(zhǔn)工藝的王牌：PROVE和ForTune。

▲左：光掩膜量測解決方案PROVE， 右：光掩膜微調(diào)解決方案ForTune機臺外觀

在光掩膜技術(shù)指標(biāo)中一個很重要的參數(shù)是放置誤差（registration），它是指圖形在光掩膜上實際位置相對于設(shè)計的對準(zhǔn)偏差。顯然，光掩膜的放置誤差直接影響到晶圓上的套刻誤差（overlay）。縮小光掩膜放置誤差的工作主要集中在兩個方面：一是必須能精確測量光掩膜之間的放置誤差；二是根據(jù)測量的放置誤差對曝光工藝做修正，使得修正后的放置誤差大大減小[1]。蔡司提供的PROVE和ForTune解決方案即是針對這兩個重要的工作流。

蔡司PROVE - 光掩膜量測解決方案

和晶圓制造工藝類似，圖形放置位置是光掩膜量測中相當(dāng)重要的一部份。完整的芯片設(shè)計不僅對每一層光掩膜的特征圖形位置有嚴(yán)格的精準(zhǔn)度要求，并且為了得到能正常運行的電子組件，一整套產(chǎn)品內(nèi)不同層光掩膜的套刻有非常嚴(yán)格的技術(shù)需求。而隨著多重圖形曝光的導(dǎo)入，一些復(fù)雜圖層將根據(jù)關(guān)鍵尺寸考量被拆分成不同的層，不同層之間要互相疊對。為了完成這些高精度任務(wù)，量測系統(tǒng)需要在圖形放置位置量測中具備極高的分辨率及可靠的再現(xiàn)性和準(zhǔn)確性。

下圖是一個典型案例，在曝光過程中，由于光掩膜上相鄰圖形之間存在干涉和衍射效應(yīng)，投影到晶圓上的圖形和光掩膜上的圖形不完全相同。隨著工藝制程的不斷演進(jìn)，光掩膜上圖形尺寸不斷縮小，這種相鄰圖形之間的干涉和衍射效應(yīng)更加明顯，曝光后圖形的偏差更大。

▲兩層版圖疊對后形成的復(fù)雜圖案（點擊查看大圖）

同時隨著制程的提升，對于光掩膜上線寬的均勻性CD uniformity（CDU），圖形在光掩膜上放置的誤差（Registration），以及光掩膜間套刻標(biāo)識的對準(zhǔn)偏差Mask-to-Mask Overlay等的要求也不斷提高（先進(jìn)制程，大約數(shù)個納米）。隨之而來的是工藝成本的攀升，以及對機臺性能要求的提高。蔡司 PROVE設(shè)備的關(guān)鍵部件是波長在193nm的高分辨率光學(xué)成像器件（僅受限于衍射極限），這與當(dāng)前和未來大多數(shù)主流光掩膜應(yīng)用的波長相對應(yīng)，其量測的重復(fù)性和準(zhǔn)確性可優(yōu)于亞納米。

蔡司ForTune- 光掩膜微調(diào)解決方案

晶圓代工廠對產(chǎn)線可預(yù)見性及可靠性有極高的依賴度。在其客戶眼中高良率是晶圓代工廠能力的重要指標(biāo)，任何導(dǎo)致良率下降的工藝偏差都將嚴(yán)重?fù)p害其客戶對晶圓代工廠能力的信任。在此基礎(chǔ)上，蔡司提供了一種創(chuàng)新解決方案，能夠有效防止突發(fā)偏差，降低晶圓瑕疵，提高晶圓產(chǎn)品套刻精度和線寬均一性。

在市場其他可用解決方案的基礎(chǔ)上，通過對光掩膜進(jìn)行高分辨率和高自由度的調(diào)整，蔡司ForTune 能提高晶圓場內(nèi)（intra-field）光刻參數(shù)。它適用于所有包括內(nèi)存DRAM, 3D NAND, XPOINT及Logic在內(nèi)的各級市場，并涵蓋以下兩個主要領(lǐng)域：

01

RegC應(yīng)用方案：

改善晶圓套刻精度

通過修正光掩膜本身的放置誤差，蔡司ForTune 設(shè)備的RegC應(yīng)用能增進(jìn)產(chǎn)品刻套精度(OPO, on product overlay)。除此之外，根據(jù)光刻機的透鏡特征（Lens fingerprint）或者晶圓場內(nèi)刻套誤差殘值(Overlay residual)，RegC應(yīng)用亦可通過對光掩膜的調(diào)整來改善OPO。

有文獻(xiàn)報道，使用PROVE和ForTune組合的這種測量和修正系統(tǒng)可以使光掩膜之間的放置誤差減小40％-70％[2]。下方為這套測量和修正系統(tǒng)的工作流程圖，最早由蔡司提出[3]。

▲RegC的工作流程圖[3](IF: intra-field)

首先用光掩膜在晶圓上曝光，測量曝光圖形的套刻誤差，使用光刻機修正模型分析測量數(shù)據(jù)，確定曝光區(qū)域內(nèi)套刻（intra-field, IF）誤差修正后的殘值。把修正后的殘值輸入到RegC系統(tǒng)中，RegC控制激光在光掩膜的指定區(qū)域內(nèi)植入微應(yīng)變單元使得光掩膜在該區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生微小的方向可控的形變，從而改變該區(qū)域內(nèi)圖形的位置，以改善圖形的放置精度，并最終提升晶圓的套刻精度。簡單而言，RegC可以修正光刻機對準(zhǔn)系統(tǒng)無法修正的一部分曝光區(qū)域內(nèi)部的套刻誤差[4]。

02

CDC (CD correction) 應(yīng)用方案：

提升晶圓線寬均一性

ForTune 設(shè)備的CDC應(yīng)用則能通過改變光掩膜指定區(qū)域的光通量來調(diào)整該區(qū)域的到達(dá)晶圓表面的實際曝光能量，從而改善整個晶圓場內(nèi)的CDU，使得晶圓場內(nèi)CDU導(dǎo)致的工藝缺陷有效減少，進(jìn)而提高良率。

▲通過CDC調(diào)整后CDU的改善情況

通過CDC的調(diào)整，晶圓CDU顯著提升，進(jìn)而提升工藝窗口和降低缺陷。

審核編輯 ：李倩