原创 EUV光刻的绝佳伴侣:多电子束掩膜复刻时代来了

2018-12-14 14:32 1072 2 2 分类: EDA/ IP/ 设计与制造
IMS Nanofabrication首席执行官Elmar Platzgummer与半导体工程公司坐下来讨论光掩膜和掩膜写入趋势。IMS是英特尔的子公司,是用于光掩膜生产的多光束电子束系统的供应商。
SE:多年来,光掩膜制造商一直使用单光束电子束工具在光掩膜上构图或写入特征。这些工具基于可变形梁(VSB)技术。在操作中,来自工具的电子在发射中被发射,其将掩膜图案化为矩形形状。在高级节点上VSB掩码写入有哪些挑战?

IMS Nanofabrication首席执行官Elmar Platzgummer
Platzgummer:随着扩展,功能大小下降。这意味着拍摄数量上升。这是一个简单的解释。此外,慢跑,光学邻近校正(OPC)和逆光刻技术(ILT)模式变得非常复杂。对于一个矩形通孔,您需要各种圆形图案,因此您可以获得甚至不在晶圆上打印的其他功能。他们只是帮助步进器的成像。这是模式缩放的另一个维度,因此镜头数量进一步增加。但我会说头号杀手是需要更高的剂量。除了更多的镜头,你需要更多的剂量。并且单光束具有剂量限制和镜头限制。对于剂量,每次射击需要一定的持续时间。所以你填写你需要存入的剂量。随着剂量的增加,写入速度下降。
SE: 这是IMS的多光束掩膜写入器所适用的。与基于VSB的工具相比,使用数千个小光束,多光束掩膜写入器可以更快的速率模式化或写入高级掩膜。因此,先进的光学掩膜和EUV掩膜需要多光束,对吗?
Platzgummer:当我们大约两三年前与最终用户讨论这个话题时,已经有人认为很快需要多波束。

图1:IMS纳米加工的多光束工具。资料来源:IMS
SE: 多光束掩膜写入器比VSB工具更快,但单光束工具仍在使用,并已扩展到高级节点。发生了什么?
Platzgummer:当时,有一些有利的发展延长了VSB的寿命。人们引入了多重模式,其中镜头在或多或少的几个掩膜中被分开。因此,掩码写入时间没有像人们预测的那样呈指数级增长。实际上,它下降了,因为人们打印了四个掩膜版,只计算了一个掩膜版的时间,而不是4X。和EUV,而另一方面,被推迟。所以在我看来,这就是为什么VSB的使用寿命比几年前我们预期的要长。但现在这似乎已经结束了。
SE: 那现在发生了什么?
Platzgummer:现在,EUV即将到来。即使对于多图案掩膜,图案也变得如此复杂,具有ILT和类似的图案。具有曼哈顿化刻写模式的VSB处于可能性的最后。这是一种范式转变。

图2:亚10nm掩膜节点的极其复杂的掩膜图案。资料来源:IMS
SE: 从技术上讲,您仍然可以使用VSB作为先进的光学掩膜,比如7nm,对吗?
Platzgummer:对于图案密度低的图层,它更有利。但对于密集层,写入时间变为30小时甚至更高。我们不知道确切的写入时间,但我听说它非常高。它正在进一步发展。在某些时候,它就像60个小时。然后,写入时间不再实用,因为还有其他效果,如抗蚀剂老化和其他不稳定性。所以,你需要在一定时间内打印一个掩膜,让我们说两天。否则,有太多的缺点。
SE: 这不会影响掩膜周转时间吗?(周转时间是生产和运送掩膜的持续时间。)
Platzgummer:周转时间是一个完全不同的挑战。对于新芯片,您可能有50到100个掩膜。您需要在一定时间内打印所有这些以制作芯片。如果您有一些重新设计要求,那么您需要回到起点或再次打印多个层。这使得写入时间更加重要。
SE:听起来光掩膜制造商将在可预见的未来使用基于VSB的单光束工具和多光束掩膜编写器,对吗?
Platzgummer:在未来两年或三年内,VSB工具将投入使用。但这个市场会下降。
SE:两年前,IMS宣布了它的多光束掩膜写入器。市场是否采用多光束技术?
Platzgummer:明年关注的所有工具都非常畅销。我们已经预订完毕。
SE: 您能描述IMS的系统吗?
Platzgummer:它有262,144个光束。它有一个来源。关键元件之一是形成光束阵列的MEMS组件。它允许切换光束。我们未透露该工具中有许多更正和算法。但我们最近展示了两种类型的修正。这些修正后,性能几乎提高了2倍。
SE:您能描述一下这些修正吗?
Platzgummer:一个是热膨胀。这种修正在某种程度上已经在VSB工具中使用,需要更加准确和动态。这是我们实时建模的地方。我们可以取出任何可能发生的加热签名。
SE:IMS也谈到了一种称为光束不均匀性的校正,对吧?
Platzgummer:这确保阵列的每个光束在对基板的作用方面都是相同的。您不希望任何角落或区域的行为与其他部分不同。在物理上,光束可以是不同的,因为光学器件当然可以具有不同的行为。我们补偿100%,因此作者没有任何边缘效应。
SE:那么它解决了变异问题?
Platzgummer:没错。它可以解决任何类型的变化剂量,位置和模糊。
SE: 使用IMS工具,可以在12小时内写出任何类型的掩膜,对吗?
Platzgummer:对于通常印刷的最大芯片尺寸,这是12小时。它可以少。这取决于某些调整或设置。你可以去两次通过或四次通过。总而言之,平均为12小时。
SE: IMS很快就会有一些竞争。NuFlare在单光束,基于VSB的掩膜编写器中处于领先地位,正在开发一种多光束工具。有什么想法吗?
Platzgummer:竞争将在某个时刻到来。
SE: EUV掩膜需要多光束掩膜写入器,对吗?
Platzgummer:这是EUV必须的。EUV进入生产模式后,您需要多波束。如果你想使用EUV的成像能力,你需要有一个非常小而精确的掩膜特征的优秀掩膜。对于研发,您可以在写入时间上投入更多,或者使用更简单的结构。然后你可以使用VSB。但对于生产全层EUV掩膜,我不认识任何真正想要拥有VSB的人。
SE: 先进的光学掩膜还有更多的ILT。这里最好的刻写策略是什么?
Platzgummer:例如,谈到ILT,多光束也是必须的。因此,无论何时需要任何角度结构,曲线或任何类型的复杂图案,您都需要多光束。
SE: 有迹象表明,第一批EUV掩膜不会使用亚分辨率辅助功能(SRAF)。SRAF修改掩膜图案以改善晶圆上的可印刷性。如果是这样,您可以使用VSB代替多波束用于EUV掩膜吗?
Platzgummer:我不知道客户正在撰写什么类型的模式。最终用户可以解决这个问题。但即使没有SRAF,射击次数和剂量也会使VSB工具太慢。
SE: 一般来说,EUV光刻技术最终会有哪些玩家?
Platzgummer:我对EUV即将到来表示强烈的乐观态度。这是非常昂贵的,所以它仅限于几家真正领先的公司。有三个大的。目前还不清楚有多少人会乘坐这列火车。
SE: EUV掩膜刻写面临哪些挑战?
Platzgummer:还需要一些额外的功能。例如,需要校正短程散射,因为EUV层堆栈会导致一些额外的反向散射。这需要纠正。它与现有的校正类似,但需要实施和校准。
SE: 在EUV掩膜坯料中,缺陷位于吸收器下方。因此,掩膜书写工具必须避免缺陷并执行所谓的图案移位技术。这是另一个挑战,对吗?
Platzgummer:图案不仅印在玻璃上。它需要与空白生产中的玻璃缺陷保持一致。这意味着您需要在某些情况下移动甚至旋转图案以在玻璃的黑点周围工作。
SE: 您能为28nm或14nm光掩膜使用多光束掩膜写入器吗?
Platzgummer:我们可以非常有效地覆盖所有节点。VSB工具针对前沿进行了调整。对于放松的节点,由于不同的剂量和注射量,它确实没有带来那么多的好处。我们的工具具有多功能性。您可以更快地以更高的精度使用多光束来放松节点。我也可以使用7nm或5nm的相同多光束工具。最初,我认为多光束只是掩膜商家的一个优势。他们希望将工具用于各种产品。但它也可能成为抓住掩膜商家的一大优势。
SE: 多光束可以在四小时内写入28nm的掩膜,对吧?
Platzgummer:对于该节点,VSB也很快。但我想说我们在吞吐量方面有2X到3X的优势。更大的优势是您可以使用一种工具用于不同的应用,因此您不需要工厂的占地面积。
SE: 另一个有趣的市场是nanoimprint。DNP正在使用多光束掩膜写入来模拟纳米压印的模板。
Platzgummer: DNP模板制造的结果非常有趣。他们正在使用我们的工具。
SE: 您有什么大的担忧?
Platzgummer:我们想要实现很多想法。是什么让我夜不能寐,实施下一步的最佳方案是什么。我们正在开发下一代系统。我们仍然对现有一代进行了一些升级。我们将向EUV供应商和客户提出EUV挑战。即使EUV被延迟或加速,我们仍然需要提供大量可靠的掩膜写入器。增长可能是我最大的挑战。
本文译自:Semiconductor Engineering,  原文:Multi-Beam Mask Writing Finally Comes Of Age,作者:MARK LAPEDUS
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