來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察

因?yàn)楦咝阅苄酒男枨螅?a href="http://m.makelele.cn/v/tag/207/" target="_blank">芯片制造工藝一直已經(jīng)在摩爾定律的指導(dǎo)下，推到了3納米，隨之而來的是各種制造挑戰(zhàn)。在semiengineering的這個(gè)采訪中，Siemens Digital Industries Software的 MPC?和掩模缺陷管理總監(jiān) Peter Buck?；Hoya?技術(shù)戰(zhàn)略高級(jí)總監(jiān) Bryan Kasprowicz；和D2S的首席執(zhí)行官 Aki Fujimura就光罩的相關(guān)問題進(jìn)行了討論。

SE：我們真的需要擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)并開發(fā) 3nm?及以上技術(shù)嗎？摩爾定律正在終結(jié)，還是正在放緩？

Fujimura：是的，至少在半導(dǎo)體市場(chǎng)的高性能計(jì)算細(xì)分市場(chǎng)中，我們肯定需要每瓦特和每美元更多的計(jì)算量。智能家居產(chǎn)品和其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備更喜歡更低的成本而不是更高的性能。但天氣預(yù)報(bào)、比特幣挖掘或深度學(xué)習(xí)等重度模擬正在推動(dòng)對(duì) 3nm?及以上技術(shù)的需求。幸運(yùn)的是，我們將繼續(xù)擴(kuò)大規(guī)模，盡管摩爾定律正在發(fā)生變化。該行業(yè)跨學(xué)科和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之間的協(xié)作能力至關(guān)重要。這樣，行業(yè)才能繼續(xù)取得進(jìn)步。這是一件好事，因?yàn)槲覀冊(cè)?D2S?所做的一切都取決于它。我們熱切期待下一代 GPU、CPU、內(nèi)存、通信芯片等，所有這些都將繼續(xù)按照摩爾定律擴(kuò)展。對(duì)于極紫外 (EUV)?光刻時(shí)代的逆光刻技術(shù) (ILT：inverse lithography technology )，多年來我們需要更強(qiáng)大的機(jī)器來提供更優(yōu)質(zhì)的晶圓。即使是現(xiàn)在，我們也可以使用 10?倍以上的計(jì)算能力。由于我們需要我們的技術(shù)來針對(duì)越來越小的幾何形狀，因此計(jì)算需求在此基礎(chǔ)上不斷擴(kuò)大。毫無疑問。我們需要更多的計(jì)算能力。

SE：2018?年，三星和臺(tái)積電為 7nm?工藝節(jié)點(diǎn)帶來了 EUV?光刻技術(shù)。現(xiàn)在，使用 EUV，芯片制造商正在生產(chǎn) 5nm?的芯片。盡管如此，我們?nèi)匀辉谶@里聽到有關(guān)mask 3D的消息。那是怎么回事？

Kasprowicz：在 EUV?中，您有反射光學(xué)元件。如果你將光垂直于鏡子曝光，它會(huì)直接回到 EUV?掃描儀的光學(xué)柱中，并且不會(huì)擊中晶圓。例如，當(dāng)您照鏡子時(shí)，您看到的是自己的倒影。如果您在反射式光學(xué)元件下的 EUV?掃描儀內(nèi)執(zhí)行此操作，也會(huì)發(fā)生同樣的事情。所以在 EUV?中，光線必須以一定角度照射到掩模上。因?yàn)槟阌幸粋€(gè)角度，所以 EUV?掩模和吸收器（absorber）的深度和高度很重要。在某些時(shí)候，光罩上的吸收器可能會(huì)變得太高。在這種情況下，它不僅僅是“X”和“Y”，而是現(xiàn)在您正在查看它的“Z”組件。因此，當(dāng)您為其添加深度時(shí)，您會(huì)開始獲得一些所謂的陰影效果。如果這不是問題，我們可能會(huì)在 EUV?掩模上使用更厚的吸收器，即使在 7nm?或人們開始實(shí)施 EUV?光刻的時(shí)候。因此，我們?cè)噲D使吸收器盡可能薄，以減輕這些mask 3D?效果。因此，您使用的吸收器越薄，您對(duì)這些 3D?效果（例如shadowing, telecentricity和pitch walking等）的影響就越小。但這也有很多其他的含義。具體來說，當(dāng)您嘗試使用較小的功能進(jìn)行 OPC（光學(xué)鄰近校正）時(shí)，這些效果確實(shí)會(huì)產(chǎn)生影響。隨著音高的收緊，這些情況會(huì)變得更糟。但這也有很多其他的含義。具體來說，當(dāng)您嘗試使用較小的功能進(jìn)行 OPC（光學(xué)鄰近校正）時(shí)，這確實(shí)會(huì)產(chǎn)生影響。

圖 1：EUV?掩模的橫截面。EUV?光以一定角度照射掩模，產(chǎn)生陰影或mask 3D?影響。

SE：今天，芯片制造商正在研發(fā) 3nm?工藝。最初，在 3nm，芯片制造商將繼續(xù)使用現(xiàn)有的具有 0.33?數(shù)值孔徑 (NA)?的 EUV?光刻掃描儀。這對(duì) 3nm?的 EUV?掩模意味著什么？mask 3D?影響怎么樣？

Hayashi：我們將在這里繼續(xù)使用 0.33 NA EUV。那時(shí)，高數(shù)值孔徑的 EUV?還沒有準(zhǔn)備好使用。基本上，客戶將使用 0.33 NA?的 EUV?雙圖案。因此，在這種情況下，掩模分辨率并不是那么具有挑戰(zhàn)性。但客戶希望提高對(duì)比度和圖案保真度。有了這些要求，我們應(yīng)該選擇更薄的薄膜或吸收體來減少 3D?效果。我們還應(yīng)該考慮使用相移材料來提高對(duì)比度和吞吐量。此時(shí)，掩膜類型取決于應(yīng)用層。例如，相移掩模非常適合接觸孔類型的應(yīng)用。在這一領(lǐng)域，掩膜制造和掩膜材料在生產(chǎn)技術(shù)以及新材料方面都面臨著一些挑戰(zhàn)。

SE：今天，在研發(fā)方面，該行業(yè)正在開發(fā)一種稱為High NA EUV?的下一代 EUV?光刻技術(shù)，計(jì)劃于 2024/2025?年推出。高數(shù)值孔徑 EUV?對(duì)光掩模行業(yè)意味著什么？

Fujimura：High-NA EUV?是下一代 EUV?光刻技術(shù)，可將數(shù)值孔徑 (NA)?增加到 0.55。由于可寫分辨率是波長(zhǎng)除以 NA，因此較大的 NA?可以跨制造變化準(zhǔn)確地寫入較小的特征。實(shí)現(xiàn)此目的的方法之一是使用變形 4X:8X?掩膜。傳統(tǒng)的掩膜是 4X:4X?放大倍率。無論如何，用于High NA EUV?的掩模暴露了晶圓上一半的場(chǎng)大小。用于High NA?的掩模與傳統(tǒng)掩模的物理尺寸相同，以保持掩模基礎(chǔ)設(shè)施相同。這樣一來，您就可以在掩模商店的同一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)傳統(tǒng)掩模和High NA?掩模。

Kasprowicz：目前的想法是，我們應(yīng)該能夠在早期使用和利用為先進(jìn)的 0.33 NA EUV?開發(fā)的現(xiàn)有空白材料。正在開發(fā)的現(xiàn)有先進(jìn)二元或相移掩模應(yīng)該能夠簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)換為High NA EUV?的起點(diǎn)。集成用于High NA?的掩模解決方案不應(yīng)進(jìn)行大量初始開發(fā)工作。
隨著我們可能再增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)，我們將不得不開始尋找一種替代的多層 EUV blank，以提高telecentricity，減少光線進(jìn)入鏡面的穿透深度。也許那時(shí)也有不同的上限結(jié)構(gòu)。如果需要新的多層，二元 EUV?掩模結(jié)構(gòu)也可能隨時(shí)間改變。隨著我們開始縮小特征尺寸，相移 EUV?掩?？赡軙?huì)發(fā)生變化，原因與 0.33 NA?相同。我們可以在那里實(shí)施不同的標(biāo)線增強(qiáng)技術(shù) (RET：reticle enhancement technology )?結(jié)構(gòu)。在大多數(shù)情況下，為先進(jìn)的 0.33 NA EUV?掩模開發(fā)的許多元素應(yīng)該對(duì)High NA?早期階段的很大一部分有用。也許幾年后，我們將不得不考慮對(duì)blank進(jìn)行一些更改。目前仍在討論有關(guān)過渡時(shí)間的問題。當(dāng)然，就blank本身而言，事情會(huì)變得更加緊張。平整度規(guī)格將變得更加嚴(yán)格。粗糙度規(guī)格將變得更加嚴(yán)格。然后，您會(huì)得到諸如波長(zhǎng)在多層反射鏡反射率上的擴(kuò)散之類的東西。這些事情將不得不變得更加嚴(yán)格。

Hayashi：我們正致力于開發(fā)用于二元 EUV?掩模和High NA EUV?相移掩模的新材料。這些材料非常不尋常。例如，對(duì)于二元掩模，我們必須為吸收體選擇High k?材料。目前，用于 EUV?掩模的吸收器是基于鉭材料的。對(duì)于下一代二元掩模，我們正在研究鎳等其他材料。然后，相移掩模將需low n材料，包括釕或鉑。這些材料基本上很難蝕刻。因此，掩膜生產(chǎn)技術(shù)面臨一些重大挑戰(zhàn)。我們也可能需要一種新的掩模制造光刻膠。EUV?光刻也是如此。對(duì)于掩模，我們需要更高的分辨率，即使在 4X?掩模上也可能小于 20nm。我們需要一種非常薄的高分辨率掩模光刻膠。它不會(huì)是當(dāng)前材料。也許我們必須使用金屬氧化物類型的材料，就像許多人在 EUV?光刻中尋找的那樣。因此，掩模制造面臨著幾個(gè)材料和工藝挑戰(zhàn)。

Buck：掩模寫入器將面臨持續(xù)的壓力，要求他們?cè)诓皇ガF(xiàn)有吞吐量?jī)?yōu)勢(shì)的情況下提高分辨率。現(xiàn)在，我們看到了 30nm?的最小特征尺寸。如果它們要達(dá)到 20nm?左右，則需要改進(jìn)整個(gè)掩模成像基礎(chǔ)設(shè)施，例如抗蝕劑、掩模寫入器和 MPC（掩模工藝校正），以滿足這些要求。

Hayashi：我對(duì)高數(shù)值孔徑 EUV?的變形光學(xué)很好奇。使用該鏡頭，High NA?使用 4X?和 8X?放大倍率。也許它不會(huì)對(duì)掩膜制造產(chǎn)生太大影響。但如何衡量或保證掩膜質(zhì)量是這里的挑戰(zhàn)之一。例如，如何測(cè)量斜線寬度，它的角度會(huì)與設(shè)計(jì)的不同。具有變形光學(xué)元件的 EUV?航空?qǐng)D像顯微鏡將有助于更輕松地評(píng)估晶圓上的圖像，包括缺陷可印刷性以及不同的放大軸。

Kasprowicz:?高數(shù)值孔徑的掃描儀肯定有更好的分辨率。但是缺陷尺寸要求和缺陷規(guī)格變得很小。從掩模blank的角度來看，您需要更好的光學(xué)器件來進(jìn)行光化掩模blank檢測(cè)。波長(zhǎng)不會(huì)改變，但您需要更好的光學(xué)器件，并且您可能需要更好的載物臺(tái)來實(shí)現(xiàn)定位精度。到目前為止，對(duì)于 EUV?掩模來說，實(shí)現(xiàn)零缺陷是相當(dāng)困難的。如果您找到它們，數(shù)量有限仍然可以。您只需能夠使用 EUV?掩模本身上的基準(zhǔn)標(biāo)記或?qū)R標(biāo)記來引用它們。然后，您發(fā)送該信息。這就是毛坯檢測(cè)工具的階段精度發(fā)揮作用的地方。一旦發(fā)現(xiàn)缺陷，您必須在合理范圍內(nèi)，以便客戶在執(zhí)行缺陷緩解計(jì)劃時(shí)可以找到它們。然后在圖案檢查方面，有一些挑戰(zhàn)。關(guān)于變形鏡頭的影響存在一些不確定性。當(dāng)您查看變形寬銀幕并且有缺陷時(shí)，由于放大倍率的差異，您在一個(gè)方向上可能比在另一個(gè)方向上更寬容。我期望必須做一些廣泛的工作才能真正理解這一點(diǎn)?？赡茉赽lank或圖案檢查期間執(zhí)行原位 AIMS?檢查。當(dāng)然，了解如何在掩模生產(chǎn)的后期圖案階段對(duì)這些缺陷進(jìn)行表征和分類將是關(guān)鍵。當(dāng)我們談到相移時(shí)，它變得更加困難，在那里你有一些與之相關(guān)的傳輸和相位。這將與二進(jìn)制不同，因此需要理解。

Buck：變形成像有許多挑戰(zhàn)。例如，當(dāng)您在 OPC?和掩模制作之間進(jìn)行變形縮放時(shí)，45°?角會(huì)變成傾斜邊緣。曲線結(jié)構(gòu)的變形縮放甚至更加復(fù)雜。掩碼線性簽名的效果在“X”和“Y”中是不同的?？赡艽嬖谂c軸相關(guān)的掩模精度、線性度和最小特征尺寸規(guī)格。關(guān)鍵特征可能會(huì)有一個(gè)首選軸，這會(huì)在一定程度上影響設(shè)計(jì)方法。如果將 AIMS?用于缺陷可印刷性驗(yàn)證，則需要變形 AIMS?工具，這會(huì)增加生產(chǎn)變形掩模的成本。在變形 EUV AIMS?工具可用之前，缺陷可印刷性模擬可能在這里起到臨時(shí)解決方案的作用。

封面圖片來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察

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　　審核編輯：鄢孟繁