堪比印钞母版，10nm工艺后掩膜如何检测？

在香港的警匪电影中，常会出现黑社会为了一块假钞印制母版火拼的情节，通常这一母版都是价值连城的。在半导体制造中，许多芯片工艺步骤采用光刻技术，用于这些步骤的图形“底片”称为掩膜（也称作“掩模”），其作用是：在硅片上选定的区域中对一个不透明的图形模板遮盖，继而下面的腐蚀或扩散将只影响选定的区域以外的区域。随着特征尺寸的缩小（即工艺节点），光刻的重要性已经上升到无法再上升的地位了，而相当于印制纸币的母版功能的半导体芯片掩膜，在芯片制造中也扮演着至关重要的角色。

随着半导体工艺的演进，在22nm，14nm等节点上，良率仍是制约其批量制造的主要瓶颈。“掩膜的缺陷对良率的影响非常之大，以至于其上的一个缺陷就会使得晶圆的良率降到0。” KLA-Tencor 的掩膜产品事业部 (RAPID) 副总裁兼总经理熊亚霖博士指出。正是由于掩膜是芯片批量制造的“母版”，掩膜上的每一个缺陷都会被复刻至晶圆上，因此这也是为什么每一片掩膜都需要经过多次检测。“在70年代，英特尔的晶圆制造早期是采用人工在显微镜下检测掩膜的缺陷，一天可能只看看一片。进入到现在最前沿的10nm工艺，掩膜图形和最终的芯片有了很大的不同。”

如上图，到20/16nm以后，掩膜图形和芯片图形有了很大区别，在10nm工艺节点，掩膜是采用不同波长的光线来标记不同的layer。“此前的掩膜检测是通过高速显微镜来直接检测缺陷，到此时已经无法分辨哪些是缺陷，同时不是所有缺陷都会对晶圆的良率产生影响，而ILT（反向光刻技术）加上现有的检测技术可能会产生上百万的干扰。无论是掩膜厂或是硅片厂都需要非常优秀的掩膜检测设备的辅助。由于EUV技术仍无法实现量产目标，目前以193纳米生产掩膜，而困难度及复杂度更高，掩膜缺陷的检测挑战性亦日益升高。”熊亚霖表示，“针对这些挑战，KLA-Tencor针对 10 纳米及以下的掩膜技术推出了三款先进的掩膜检测系统，Teron™ 640、Teron™ SL655 和掩膜决策中心 (RDC)。所有这三套系统是实现当前和下一代掩膜设计的关键，使得掩膜厂和集成电路晶圆厂能够更高效地辨识光刻中显著并严重损害良率的缺陷。”

熊亚霖介绍，Teron 640 是建立在掩膜业界领先的 Teron 掩膜检测平台之上，通过采用193 纳米光源和双成像模式（结合了高分辨率检测和基于缺陷成像性识别的空中成像），Teron 640支持先进的光学掩膜检测。此外，Teron 640 还增强了先进的芯片-数据库 (die-to-database) 检测算法，以进一步提高缺陷灵敏度，并提供新的更高产能选项，以缩短获取结果的时间。多套 Teron 640 掩膜检测系统已经安装在晶圆代工厂和逻辑电路工厂中，用于高性能掩膜的质量控制。

Teron SL655 的核心技术 STARlightGOLD 能够在新掩膜质量检查时从掩膜生成黄金参考，然后使用此参考进行掩膜合格性的重新检测。这种独特的技术实现了全域掩膜覆盖，并且创造出最佳的缺陷检测率，例如雾点生长或污染，籍此支持包括采用高度复杂的光学邻近技术在内的各种掩膜类型。Teron SL655 拥有业界领先的产能，支持更快的生产周期和检测更多数量的掩膜，满足先进的多图案技术掩膜技术。此外，Teron SL655 与 EUV检测技术兼容，能够与集成电路制造商及早协作，满足晶圆厂对 EUV 掩膜的要求。在新掩膜质量控制和芯片生产过程中的掩膜合格性重新检定方面，Teron SL655 系统正在接受集成电路制造商的评估。

RDC 是一套综合数据分析和存储平台，支持掩膜厂和集成电路晶圆厂的多种 KLA-Tencor 掩膜检验与测量平台。RDC 可以提供包括自动缺陷分类 (ADC) 在内的数种应用，ADC 与检测机台及光刻平面检查 (LPR) 同时运行，而 LPR 则用于分析掩膜检测仪所检出缺陷的成像性。这些应用可以让缺陷识别自动化，从而改善周期时间，并减少关键性错误。RDC 已被多家代工厂和内存制造商采用，对掩膜合格检验过程中的数据管理和分析。

“通过将 Teron 640 和 Teron SL655 生成的大量数据与 RDC 的评估功能紧密结合，掩膜厂和集成电路晶圆厂能够更高效地辨识光刻中显著的掩膜缺陷，从而改善掩膜的质量控制，并获得更好的产品图案成像。KLA-Tencor所提供的设备已能应用于第一代EUV技术的量产，之后亦能以升级方式量产新一代的EUV技术。” 熊亚霖强调，“Teron 640主要针对掩膜厂商，定位精度可达到nm级，对他们来说，掩膜检测需要精确定位，找到缺陷的位置。Teron SL655则主要针对晶圆厂，他们只需将实时掩膜图像与原始图像比较即可，有差异即说明发生了缺陷，将其送至修复厂商那里清洗、修复即可。因为需要极大的计算能力，现在，此前这种方法无法实现，现在通过Teron SL655平台，及时分钟即可检测完一片掩膜。”

除了持续提供高端设备给中国的客户，KLA-Tencor非常重视中国市场，在中国持续投资以实现进一步的发展，并体现了中国在全球半导体产业重要的战略地位。KLA-Tencor中国区总裁张智安表示，KLA-Tencor将通过半导体检测与量测技术，透过最快的速度以最有效的方式，帮助客户解决在生产时面对的良率问题，立志于帮助中国客户一起提升良率，降低生产成本，提高生产效率。

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