熱點缺陷的檢測和管理

10奈米DR製成的熱點來源，基於觀察數據。

熱點是晶片內未能在晶圓上進行恰當圖案顯影的圖案類型。熱點缺陷可能會在晶圓上的每個晶片中重複產生(「重複缺陷」)，或者問題可能更加斷斷續續產生。 熱點圖案的可靠程度是基於多種因素以及這些因素之間的交互關係，其中包括光罩的設計與圖案、圖案的方向、光罩的狀況、製程變因、晶圓表面形貌 — 以及多重曝光下與前層圖案的交互關係。

當今的缺陷檢測必須使用具備可跨波長和靈活光學組態(光圈、偏振器、濾波器)的檢測系統，並具有支持多變量優化的演算法。當需要檢測較廣的缺陷類型，同時又是發生頻率不高且影響力較大的缺陷類型時，就需要電漿激發的寬頻系統來提供檢測靈活度和高採樣率(晶片全域和全晶圓覆蓋)。

熱點頻率

最容易找到的熱點是那些頻繁發生、顯而易見及與檢測系統功能對應的良好的熱點。工業上通常將頻繁而穩定發生的熱點稱為系統性缺陷。

最具挑戰性的熱點是罕見而細微的熱點。它們對於線寬設計、製程變化、晶圓形貌、疊對和其他可糾正錯誤具有寬容度。當最具挑戰性的熱點(有時稱為「熱斑」)無法真實印刷出來， 使得對任何晶片內及跨晶圓分布的檢測和識別都非常困難，並使得根源分析也極其困難。

製程視窗是否有少許漂移，或者某個晶圓的局部形貌是否干擾了掃描式曝光機的聚焦？或者是否在多項因素共同作用下產生了細微缺陷，並讓晶圓廠工程團隊無從下手？ 在幾個製程世代前，透過調整光罩設計或重新定義製程視窗就能夠輕鬆找出並解決系統缺陷。

而在經歷許多世代後的今日，當10奈米以下的領先生產商們，對不斷縮小的裝置尺寸有著持續需求的同時，必須引入全新的微影技術，例如先進的多重曝光和極紫外光微影(EUV)技術。先進的製程和不斷縮小的線寬設計，為圖案精準度帶來了新的挑戰。

目前正在使用設計技術最佳化和其他的製程整合方案來開發電路設計。由於這些技術發展，對策略和工具的需求不斷增加，以便能夠準確辨識熱點圖案。

熱點來源

當進入10奈米製程並往下探索時，看到造成熱點的原因分布產生變化。與電路設計或光學鄰近效應校正(OPC)相關的設計系統性依然存在，但不再是熱點主要來源的決定性因素。相反，看到製程系統性的影響在不斷增加(圖 1)，這些影響與設計相關，但卻是製程相關的來源所引起的，例如晶圓不均勻度和製程變化，或者在多重曝光微影中，由光罩內層或不同光罩間交互作用所引起的。

在領先製程中，熱點來源包括以下：電路設計：密集圖案、隔離的結構、較小的關鍵尺寸，以及複雜的光學鄰近效應校正(OPC)圖型，都有可能推動熱點產生。這些圖案類型是最容易產生圖案精準度錯誤的類型。

由於微影單元、光罩和晶圓之間的交互關係非常複雜，軟體雖然可以對哪些圖案類型容易產生熱點提供指引，但其準確度卻不足以預測熱點以充分指引晶圓檢測。製程變化、隨機效應和製程模擬軟體的限制推動了預測和經驗要素之間的合作。

光罩圖案缺陷：光罩圖案中的缺陷會複印在晶圓上。重大缺陷，尤其是高光罩錯誤增強因子(MEEF)區域內的缺陷，有可能複印在每個曝光區域。當製程條件充分置中且其他熱點錯誤來源最小時，較小的缺陷可能是良性的，但是在一些不利的情況下，光罩上的微小缺陷可能造成在晶圓上斷斷續續地印刷缺陷—即熱斑。

光罩退化：由於光罩是在晶圓廠內使用，它有可能積聚顆粒物。光罩污染對於可能不使用薄膜保護層的極紫外光(EUV)光罩而言更是問題所在。此外，光罩重複曝光可能引起關鍵尺寸(CD)變化。

晶圓形狀：每個晶圓都有獨一無二的形狀，具有從彎曲度到粗糙度等各種長度規格。儘管大多數製程工序中會將晶圓壓平到真空吸盤上，當從新的薄膜或蝕刻結構釋放時就會還原為原本形狀，或略微變化的形狀。當使用多重曝光工法時，這些變化可能影響一層與另一層疊對的精度，甚至是單層內的精度。

晶圓背面顆粒物：在每個新世代製程中，對聚焦錯誤的容忍度都會減少。晶圓背面的顆粒物可造成對焦錯誤，從而會改變圖案的局部尺寸。在使用極紫外光(EUV)光罩的情況下，晶圓背面清潔度尤其重要。

掃描式曝光機之不可校正：現在的掃描式曝光機有一長串的「旋扭」列，可以控制多項參數。某些參數是透過曝光機內部的感應器進行校正；其他參數是基於來自量測或檢測系統中的前饋或反饋數據來更改。然而，10奈米製成以下所需求的圖案精準度意味著掃描式曝光機引起的「不可糾正」錯誤可能造成晶圓上的熱點。

製程視窗檢測、擴展、控制

製程視窗是另一項關鍵考慮因素。由於設計尺寸在收縮，關鍵程序的製程視窗也會收縮。 製程視窗不斷縮小，或者在研發早期階段甚至沒有製程視窗，會在以下方面帶來額外壓力：即辨識如何擴展製程視窗以及隨後在產能提升和生產過程中進行控制，以使晶圓廠良率達到最佳。有鑒於此，我們已經引入了新的方法：製程視窗擴展和控制。

製程視窗的探索將改變掃描式曝光機的參數以特別調製的晶圓開始，例如改變焦距和曝光量，或是疊對差值以促成的熱點。當透過缺陷檢測和電子顯微鏡檢視發現熱點后，可使用相關資訊讓缺陷檢測儀對熱點類型的靈敏度達到最高，以便準確地辨識製程視窗的邊界。

製程視窗檢測使用電漿激發的寬頻檢測系統配合pin•point技術和掃描電子顯微鏡(SEM)檢視，可針對全域和全晶圓提供數據，它是發現關鍵熱點類型及其製程視窗精準表現的關鍵工具集，可用於每一道微影和蝕刻的圖案成型製程。

製程視窗的擴展會利用上一步驟的資訊來辨識熱點與其來源的關聯。透過調查諸如CD量測、疊對誤差、薄膜厚度和晶圓形狀等數據來源，並將熱點資訊輸出與PROLITHTM等模擬軟體比較，就能夠發現熱點的根源。這些關聯性讓晶圓製造團隊能夠提升其製程視窗，其方式可能是透過試產新的光罩、透過更好的微影和蝕刻製程參數，或者透過辨識其他製程改善來完成。

來源製程控制

因晶圓廠多個來源而產生的製程變化：沉積、蝕刻、研磨、晶圓形狀、光罩關鍵尺寸(CD)均勻度、設計-製程交互作用—在製程工具運轉的每個地方，都會照亮一個光罩或經過一個晶圓(圖2)。辨識不論何時何地發生的錯誤，這是管理製程問題最直接、最具成本效益的方法。 如果在來源沒有製程控制，則隨著加工的晶圓增多，錯誤將持續發生，從而使錯誤的影響倍增，並延誤良率。

此外，如果沒有及時精準的根源分析和修復，且控制、開發和良率提升週期時間被延誤，則可能因延誤推出新產品的上市時間而大幅增加成本。

KLA-Tencor創新的業界基準製程控制解決方案和系統讓晶片製造商能夠表徵、最佳化和監控微影模組內外的製程變化。在每個監測站對檢測和量測資料的開放式存取會尊重每家晶圓廠對其所需資料的知識，以確保其具備競爭優勢。瀏覽 kla-tencor.com，探索 KLA-Tencor在製程控制解決方案和系統方面廣泛的系列產品。

(本文由KLA-Tencor公司製程控制解決方案組(Process Control Solutions Group)技術團隊成員Andrew Cross及KLA-Tencor公司企業宣傳資深總監Becky Howland博士提供。)