作者：Russell Dover, Jinggang Zhu, Norbert Schmidt, Michael Lang, KLA-Tencor Corporation 日期：2008/11/11 來源：
當半導體業界開始亞50奈米半間距(sub 50nm half pitch)設計節點(design nodes)之際，需要更高的解析度(resolution)與先進檢測演算法，以解決特徵尺寸的微細化(shrinking features)問題，和找出嚴重限制優良率的缺陷。本報告評估了STARlight2+ 72奈米像素(72nm pixel)對DRAM光罩的檢測能力。
做為評估對象的光罩主要用於半導體製造中的關鍵層(critical layers)，雖然記憶體光罩主要為多晶片佈局(multi-die layout)，但單晶片佈局光罩(single die layout masks)因在研發階段的重要性也需要被檢測。我們將從污染物缺陷的敏感性(sensitivity)、可檢驗性(inspectability)、第一次成功率(first time success rate)與處理速度(throughput)幾方面的檢測結果來演示STARlight2+的性能。STARlight2+不但擁有單晶片檢測能力，而且能對scribe-lines與frame areas進行檢測。
STARlight2+的主要目標為造成光罩性能衰退的光致缺陷(photo induced defects)或污染物。污染物一直為半導體業界在193奈米曝光製程(193nm exposure)剔退光罩的主要原因。本文目的在於證明STARlight2+ 72奈米性能，可以滿足記憶體晶圓製造廠的光罩檢定需求。
晶圓代工廠的光罩檢測基於兩種應用需求，進料品質檢查(incoming quality check，IQC)與光罩重檢(mask requalification，Requal)。進料品質檢查的應用，基本上是模擬光罩廠所進行的檢驗程序，目的在對圖案完整性(pattern integrity)進行品檢。與IQC不同，重檢的目的在於檢測光罩經過一段時間後由污染物所造成的變化。所以其主要需求為：在污染物的尺寸超過print-line之前，或者影響生產優良率時，盡早發現這些缺陷並且給出早期警告。
半導體業界堅定的按照技術藍圖(roadmap)持續前進。對重檢而言，這意味著隨著每個設計規格(design rule)尺寸的逐漸縮小，對缺陷尺寸的檢測需求與光罩的複雜性在逐漸提高。另外對於次波長解析度的設計尺寸，重檢需要接受不同的複雜光學近似修正(optical proximity correction)方法，這種光學近似修正主要用於次解析度輔助特徵(sub-resolution assist features，SRAFs)的設計與應用。一般而言，此即定義為可檢測能力(inspectability)。
STARlight 2+是KLA-Tencor為了進行晶圓廠光罩檢測所推出之最新檢測系統，並已於記憶體研發與製造廠進行了評估。評估的目的在於決定SL2+與新款的P72像素在先進記憶體生產光罩檢測的使用性。
SL2+與前一代產品STARlight(即SL2)相較，有數個重要的差異點，其主要改善處為能對透射與反射光參考影像(transmitted and reflected light reference images)進行建模，從而顯著的改善了SRAF容忍度(SRAF tolerance)，並且增加了對缺陷尺寸捕捉範圍，簡述如圖一。
圖一：本圖摘自文獻 "A new high-resolution photomask inspection system for contamination detection", Proc. SPIE 6922, 69222B (2008)的圖一。
本文部份內容顯示了SL2+以最新的P72像素進行檢測的結果，並以兩個案例比較SL2+ P72像素與SL2+ P90像素的在缺陷敏感度的檢測差異。這兩個案例也顯示了即使使用比P72更大的像素檢測，其SRAF容忍值亦遠超過舊版STARlight的指定性能。
結果與討論
圖二(a)顯示SL2+使用P72像素，對多晶片亞60奈米節點EPSM光罩的檢測結果，圖上每個有色光點代表一個缺陷。值得說明的是此片光罩曾檢測過，其結果顯示不含缺陷。這次光罩檢測說明了，在SL2+檢測之前，污染物缺陷已經發生並且其尺寸在逐漸增長。圖二(b)-(d)顯示缺陷圖像範例(圖上排顯示了透射光的參考與差異圖像；圖下排顯示反射光的參考與差異圖像)，值得特別注意的是在邊緣找到的小尺寸缺陷附近，光罩誤差增強係數(mask error enhancement factor，MEEF)為最高。
圖三(a)顯示SL2+以P90像素對上圖相同光罩的檢測結果。雖然找到的缺陷數目較低，不過仍能顯著的檢測到缺陷，且擁有類似的缺陷分佈特徵。顯示於圖三(b)-(c)的缺陷範例與前相同。
圖四(a)顯示SL2+以P72像素對單晶片亞50奈米節點COG光罩的檢測結果。雖然檢測到的缺陷較少，但仍能正確的檢測到小尺寸缺陷，並且誤判率很低，足以證明其檢測性很好。圖四(b)-(d)顯示嚴重缺陷的影像範例。
圖五(a)顯示SL2+以P90像素對上圖相同光罩的檢測結果。如同前例，找到的缺陷數目較P72低，不過缺陷分佈特徵在不同的像素之間仍然很類似。圖五(b)顯示邊緣缺陷檢測範例。
圖六(a)顯示SL2+以P72像素對多晶片亞50奈米節點EPSM光罩的檢測結果。如同前例，圖六(b)-(d)顯示嚴重缺陷的影像範例。
圖七(a)顯示SL2+以P72像素對多晶片亞60奈米節點EPSM光罩的檢測結果。圖七(b)顯示嚴重缺陷的影像範例。
所有的檢測域值設定很高，但是檢測誤判數(false counts)幾乎為零。結論
總之，新款的SL2+與P72像素已被用以檢測一系列的不同記憶體光罩，如單晶片光罩、多晶片光罩、略大於50奈米設計規格的光罩以及亞50奈米設計規格的光罩。所測試的光罩範圍涵蓋廣泛，包括不同製程層(process layers)。SL2+已被證明能較傳統的die-to-die檢測法(比較相鄰晶片特徵形狀)提供更大的檢測範圍能力(如單晶片產品與scribe lines)，並顯示能對先進記憶體光罩以極佳的敏感度進行穩定的檢測。
本研究摘自研討會論文“Photomask and Next-Generation Lithography Mask Technology”，XV Proc. of SPIE Vol. 7028 . 2008。SST-AP/Taiwan
致謝
感謝KLA-Tencor工程與應用團隊
參考文獻
1. Bo Mu, Aditya Dayal, et al., “A new high-resolution photomask inspection system for contamination detection", Proc. SPIE 6922, 69222B (2008)
2. Photomask and Next-Generation Lithography Mask Technology”, XV Proc. of SPIE Vol. 7028，(2008)