 半導(dǎo)體工業(yè)在很多方面總是在變化的,不僅在技術(shù)方面而且在還有其應(yīng)用方面。在不久的過去,電子束檢測設(shè)備主要用于工藝開發(fā)和良率提升的早期階段。一旦達到量產(chǎn)水平后,工藝流程就會被固定下來,在線檢查量減少,需要增加光學(xué)設(shè)備之外的其他檢查設(shè)備。
現(xiàn)在,這種情況發(fā)生了變化。因為制備邏輯器件和存儲器件的技術(shù)中,表面層內(nèi)的缺陷占了很大比例。由于工藝窗口（范圍）很小,這些重復(fù)發(fā)生的缺陷是很難在開發(fā)階段就完全檢測出來的,從而導(dǎo)致生產(chǎn)過程中的成本與成品率之間不符的現(xiàn)象出現(xiàn)。盡管光學(xué)檢查速度比較快,但是由于電學(xué)缺陷與成品率之間有相互關(guān)系,所以這類缺陷必須檢測,而且最好是用電學(xué)方法來檢測。KLA-Tencor電子束檢測部市場高級總監(jiān)Raj Persaud,說：“幾乎90%的電學(xué)缺陷是成品率的殺手�！�
對于邏輯器件的內(nèi)連線來說,最常見的缺陷是銅空洞。產(chǎn)生空洞的原因有很多,包括對銅勢壘層薄膜的不連續(xù)性等。接觸窗口蝕刻不足是高縱寬比(>15:1)電容產(chǎn)生空洞的主要原因。
有一家存儲器件制造商估計,接觸孔蝕刻不透引起成品率下降,每一次會給公司造成超過$1300萬的成本損失。德州儀器（TI）公司發(fā)現(xiàn)通孔（via）污染會在M2 CMP后出現(xiàn)暗電壓反差缺陷,該缺陷是造成銅空洞的原因。在線電子束檢查能把它檢查出來,使成品率提高15~20%。
KLA-Tencor最近在eS20XP成功的基礎(chǔ)上,推出了一款在線電子束檢查設(shè)備eS30,大大提高了檢查速度。例如,eS20XP系統(tǒng)檢測一片200mm晶片的時間（包括預(yù)處理時間）通常為53min,而eS30只需18min。Persaud說：“電子束檢查要比光學(xué)檢查慢,因此你需要用投資回報率（ROI）來證明它用于生產(chǎn)是很合理的�！�
該公司估計,在擁有電子束檢查設(shè)備的35家銅制備工藝線的半導(dǎo)體廠中大約有14家用于在線檢查。通過提高電子束檢查的速度,工程師可以很快地在線上發(fā)現(xiàn)缺陷并解決問題,同時減少工藝設(shè)備停機時間和減少生產(chǎn)的風(fēng)險。
設(shè)備開發(fā)的目標是使系統(tǒng)能夠檢查到65nm工藝的特征尺寸（需要更小的像素和更高的分辨率）,同時保持90,130和180nm工藝在線檢查能夠接受的速度。然而,靈敏度越高,檢測到的缺陷數(shù)目越多。這一矛盾推動了將影響成品率的缺陷和與成品率無關(guān)的缺陷快速區(qū)分開來的需求。
eS30系統(tǒng)在加快掃描速度的同時,對檢查數(shù)據(jù)的處理速度也加快了。掃描速度的提高是通過以下措施實現(xiàn)的量：縮短電子腔,提高電子密度和減少信號噪音。芯片之間的比對則通過激光和傳感器對晶片位置進行動態(tài)回饋來完成的。信噪比的提高使掃描速度更快了。Persaud說：“以前,在有些層我們不得不在同一區(qū)域掃描5到6次以收集足夠的信號。現(xiàn)在掃描一次就可以完成同樣的分析了。”
通常,提高光子密度和縮短波長可以提高光學(xué)檢查設(shè)備的靈敏度。而對于電子檢查設(shè)備來說,靈敏度是電子密度和著陸能量的函數(shù)。eS30系統(tǒng)的特點是最小像素（電子束校準后的直徑）更小,著陸能量范圍更大。例如,0.1um的像素可用于檢測65 nm大小的缺陷。像素越大,整個晶片的掃描速度越快。掃描速度還可以通過電荷控制機理來提高,它能使用更大的像素點。
eS30正在兩家排名前五名的半導(dǎo)體制造公司進行測試。最近,在SEMICON Japan期間的KLA-Tencor成品率管理研討會上,Toshiba討論了利用電壓反差電子束檢查和在線缺陷自動分類系統(tǒng),在銅和鎢加CMP工藝后鑒別和根除電壓反差缺陷的可能性。當像素大小為0.3um,取樣量為8%的面積/芯片時,eS20檢查一片200mm晶片的時間可以縮短到50min。
當然,降低成本是工業(yè)部門的主要驅(qū)動力之一。有家領(lǐng)先的DRAM器件制造商估計將eS30用于自對準接觸窗口檢查時,取得的效益在6個月之內(nèi)就可以收回成本。該公司還認為在一條生產(chǎn)線用電子束設(shè)備作檢查用時,假定這一生產(chǎn)線的月投片量為20,000片200mm 的硅片,如果每片硅片的工藝成本約為$1000,檢測出工藝偏差的時間能從30天縮短到1天,那么它就能節(jié)約$2000萬。KLA-Tencor估計在改善成本方面,eS30的效率要比最早的eS20提高6倍以上。 |
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