SPIE Proceedings | 无透镜极紫外掩膜缺陷分析

有人说芯片制造代表人类制造业和工业分工的顶峰，一个指甲盖大小的芯片上，往往集中排列着上百亿个晶体管。而近些年越来越为大家熟知的光刻机只是制造芯片的开始，一个合格的芯片，需要多道工序和数百道工艺，相互配合才可能完成。其中光学掩膜的质量直接关系到芯片最终的良品率。

近日，来自著名的瑞士保罗谢勒研究所的研究人员报告了一种光化无透镜成像方法可以用于检测极紫外(EUV)掩膜，可用于完善先进芯片制程生产工艺。

图1：本文基于Tao Shen et al., 2022, Proc. of SPIE Vol. 12053, 120530H

生产7nm以下制程芯片的EUV光刻机主要优势在于更高的光刻分辨率以及生产效率高，但同时也存在三个主要问题：能耗大，光学系统设计复杂，以及光罩掩模版表面缺陷。

创新方案

目前极紫外光刻(EUVL)需要用到的掩膜光化检测工具还处于供不应求阶段。该研究团队利用瑞士光源搭建的反射模式极紫外掩膜光化无透镜扫描显微镜(RESCAN)，可作为一个原型机验证不同的掩膜检测技术。研究人员利用叠层成像技术(ptychographic imaging)，不仅可实现50nm的缺陷检测分辨率和20nm的缺陷检测灵敏度;还可以利用该成像技术可同时获得相位和幅值图像的特性，针对不同缺陷材料造成的相位和幅值特性不同，成功对表面缺陷的物质成分做出了基本的区分。

图2：为验证效果而主动加入的表面缺陷，红色代表锗，黑色代表二氧化硅。

图3：掩膜缺陷可以造成相干极紫外光的强度和相位两方面的变化。

图4：处理后分别得到的幅值(a)和相位(b)图像。幅值图像(a)中只有锗材料的缺陷被检测出，因为锗对于极紫外光的吸收系数较高;相位图像(b)中相对应地检测出二氧化硅材料的缺陷，因为二氧化硅对于极紫外光的相位影响更大。

TPI 产品

图5：系统示意图

图6：本工作中所用到的特励达普林斯顿仪器产品为

PI-MTE 2048 X射线相机(图5中的CCD)。

本工作中的科研与研发人员在采集微型半导体激光发射光谱时使用了来自特励达普林斯顿仪器的PI-MTE 2048型X射线相机。该相机可置于真空腔内实现低于-60℃超低制冷，可高效探测10eV~30keV的软X射线，并且可稳定地24/7运行。