热点缺陷的检测和管理

10纳米DR制成的热点来源，基于观察数据。

热点是芯片内未能在晶圆上进行恰当图案显影的图案类型。热点缺陷可能会在晶圆上的每个芯片中重复产生(「重复缺陷」)，或者问题可能更加断断续续产生。 热点图案的可靠程度是基于多种因素以及这些因素之间的交互关系，其中包括光罩的设计与图案、图案的方向、光罩的状况、制程变因、晶圆表面形貌 — 以及多重曝光下与前层图案的交互关系。

当今的缺陷检测必须使用具备可跨波长和灵活光学组态(光圈、偏振器、滤波器)的检测系统，并具有支持多变量优化的演算法。当需要检测较广的缺陷类型，同时又是发生频率不高且影响力较大的缺陷类型时，就需要电浆激发的宽频系统来提供检测灵活度和高采样率(芯片全域和全晶圆覆盖)。

热点频率

最容易找到的热点是那些频繁发生、显而易见及与检测系统功能对应的良好的热点。工业上通常将频繁而稳定发生的热点称为系统性缺陷。

最具挑战性的热点是罕见而细微的热点。它们对于线宽设计、制程变化、晶圆形貌、叠对和其他可纠正错误具有宽容度。当最具挑战性的热点(有时称为「热斑」)无法真实印刷出来， 使得对任何芯片内及跨晶圆分布的检测和识别都非常困难，并使得根源分析也极其困难。

制程视窗是否有少许漂移，或者某个晶圆的局部形貌是否干扰了扫描式曝光机的聚焦？或者是否在多项因素共同作用下产生了细微缺陷，并让晶圆厂工程团队无从下手？ 在几个制程时代前，透过调整光罩设计或重新定义制程视窗就能够轻松找出并解决系统缺陷。

而在经历许多时代后的今日，当10纳米以下的领先生产商们，对不断缩小的装置尺寸有着持续需求的同时，必须引入全新的微影技术，例如先进的多重曝光和极紫外光微影(EUV)技术。先进的制程和不断缩小的线宽设计，为图案精准度带来了新的挑战。

目前正在使用设计技术最佳化和其他的制程整合方案来开发电路设计。由于这些技术发展，对策略和工具的需求不断增加，以便能够准确识别热点图案。

热点来源

当进入10纳米制程并往下探索时，看到造成热点的原因分布产生变化。与电路设计或光学邻近效应校正(OPC)相关的设计系统性依然存在，但不再是热点主要来源的决定性因素。相反，看到制程系统性的影响在不断增加(图 1)，这些影响与设计相关，但却是制程相关的来源所引起的，例如晶圆不均匀度和制程变化，或者在多重曝光微影中，由光罩内层或不同光罩间交互作用所引起的。

在领先制程中，热点来源包括以下：电路设计：密集图案、隔离的结构、较小的关键尺寸，以及复杂的光学邻近效应校正(OPC)图型，都有可能推动热点产生。这些图案类型是最容易产生图案精准度错误的类型。

由于微影单元、光罩和晶圆之间的交互关系非常复杂，软件虽然可以对哪些图案类型容易产生热点提供指引，但其准确度却不足以预测热点以充分指引晶圆检测。制程变化、随机效应和制程模拟软件的限制推动了预测和经验要素之间的合作。

光罩图案缺陷：光罩图案中的缺陷会复印在晶圆上。重大缺陷，尤其是高光罩错误增强因子(MEEF)区域内的缺陷，有可能复印在每个曝光区域。当制程条件充分置中且其他热点错误来源最小时，较小的缺陷可能是良性的，但是在一些不利的情况下，光罩上的微小缺陷可能造成在晶圆上断断续续地印刷缺陷—即热斑。

光罩退化：由于光罩是在晶圆厂内使用，它有可能积聚颗粒物。光罩污染对于可能不使用薄膜保护层的极紫外光(EUV)光罩而言更是问题所在。此外，光罩重复曝光可能引起关键尺寸(CD)变化。

晶圆形状：每个晶圆都有独一无二的形状，具有从弯曲度到粗糙度等各种长度规格。尽管大多数制程工序中会将晶圆压平到真空吸盘上，当从新的薄膜或蚀刻结构释放时就会还原为原本形状，或略微变化的形状。当使用多重曝光工法时，这些变化可能影响一层与另一层叠对的精度，甚至是单层内的精度。

晶圆背面颗粒物：在每个新时代制程中，对聚焦错误的容忍度都会减少。晶圆背面的颗粒物可造成对焦错误，从而会改变图案的局部尺寸。在使用极紫外光(EUV)光罩的情况下，晶圆背面清洁度尤其重要。

扫描式曝光机之不可校正：现在的扫描式曝光机有一长串的「旋扭」列，可以控制多项参数。某些参数是透过曝光机内部的感应器进行校正；其他参数是基于来自量测或检测系统中的前馈或反馈数据来更改。然而，10纳米制成以下所需求的图案精准度意味着扫描式曝光机引起的「不可纠正」错误可能造成晶圆上的热点。

制程视窗检测、扩展、控制

制程视窗是另一项关键考虑因素。由于设计尺寸在收缩，关键程序的制程视窗也会收缩。 制程视窗不断缩小，或者在研发早期阶段甚至没有制程视窗，会在以下方面带来额外压力：即识别如何扩展制程视窗以及随后在产能提升和生产过程中进行控制，以使晶圆厂良率达到最佳。有鉴于此，我们已经引入了新的方法：制程视窗扩展和控制。

制程视窗的探索将改变扫描式曝光机的参数以特别调制的晶圆开始，例如改变焦距和曝光量，或是叠对差值以促成的热点。当透过缺陷检测和电子显微镜检视发现热点后，可使用相关信息让缺陷检测仪对热点类型的灵敏度达到最高，以便准确地识别制程视窗的边界。

制程视窗检测使用电浆激发的宽频检测系统配合pin•point技术和扫描电子显微镜(SEM)检视，可针对全域和全晶圆提供数据，它是发现关键热点类型及其制程视窗精准表现的关键工具集，可用于每一道微影和蚀刻的图案成型制程。

制程视窗的扩展会利用上一步骤的信息来识别热点与其来源的关联。透过调查诸如CD量测、叠对误差、薄膜厚度和晶圆形状等数据来源，并将热点信息输出与PROLITHTM等模拟软件比较，就能够发现热点的根源。这些关联性让晶圆制造团队能够提升其制程视窗，其方式可能是透过试产新的光罩、透过更好的微影和蚀刻制程参数，或者透过识别其他制程改善来完成。

来源制程控制

因晶圆厂多个来源而产生的制程变化：沉积、蚀刻、研磨、晶圆形状、光罩关键尺寸(CD)均匀度、设计-制程交互作用—在制程工具运转的每个地方，都会照亮一个光罩或经过一个晶圆(图2)。识别不论何时何地发生的错误，这是管理制程问题最直接、最具成本效益的方法。 如果在来源没有制程控制，则随着加工的晶圆增多，错误将持续发生，从而使错误的影响倍增，并延误良率。

此外，如果没有及时精准的根源分析和修复，且控制、开发和良率提升周期时间被延误，则可能因延误推出新产品的上市时间而大幅增加成本。

KLA-Tencor创新的业界基准制程控制解决方案和系统让芯片制造商能够表徵、最佳化和监控微影模块内外的制程变化。在每个监测站对检测和量测数据的开放式存取会尊重每家晶圆厂对其所需数据的知识，以确保其具备竞争优势。浏览 kla-tencor.com，探索 KLA-Tencor在制程控制解决方案和系统方面广泛的系列产品。

(本文由KLA-Tencor公司制程控制解决方案组(Process Control Solutions Group)技术团队成员Andrew Cross及KLA-Tencor公司企业宣传资深总监Becky Howland博士提供。)