Optische Wafer-Defektinspektion am 10-nm-Technologieknoten und darüber hinaus

Defektinspektionswissenschaftler der Huazhong University of Science and Technology, des Harbin Institute of Technology und der Chinese University of Hong Kong geben einen gründlichen Überblick über neue Perspektiven und aufregende Trends auf der Grundlage früherer großartiger Übersichten im Bereich der Defektinspektionsmethoden. Die Überprüfung konzentriert sich auf drei spezifische Bereiche: (1) die Bewertung der Fehlererkennbarkeit, (2) die verschiedenen optischen Inspektionssysteme und (3) die Nachbearbeitungsalgorithmen.

Veröffentlichung in der Zeitschrift Internationale Zeitschrift für extreme Fertigung, das Nanoscale and Optical Metrology Research Center (NOMRC) unter der Leitung von Prof. Shiyuan Liu und Prof. Jinlong Zhu von der Huazhong University of Science and Technology und ihre Mitarbeiter vom Harbin Institute of Technology und der Chinese University of Hong Kong haben die erste systematische Übersicht verfasst stellen Sie den Forschungshintergrund vor, diskutieren Sie die neuesten Fortschritte und den Trend der optischen Waferfehlerinspektion. Diese Übersicht hat gezeigt, dass hochmoderne Techniken wie Nanophotonik, optische Wirbel, computergestützte Bildgebung, quantitative Phasenbildgebung und Deep Learning einen tiefgreifenden Einfluss auf die Defektinspektion im Sub-10-nm-Bereich haben können. Die Arbeit kann neue Wege für das Gebiet der Defektinspektion von Halbleiterwafern ebnen.

Prof. Jinlong Zhu und Prof. Shiyuan Liu sagen, dass „die immer kleiner werdenden Merkmale und der Platz auf strukturierten Wafern die Fähigkeiten aller aktuellen Mess- und Inspektionslösungen beim Ausgleich von Empfindlichkeit, Spezifität, Prozessgeschwindigkeit und Erfassungsrate dramatisch belasten würden.“

Die optische Fernfeld-Waferinspektion bleibt eines der Arbeitspferde für die Fehlerinspektion in der Fabrik. In einem herkömmlichen Fehlerinspektionswerkzeug werden die Fehler erfasst, indem Schaltungsmusterbilder benachbarter Chips verglichen werden. Der Erstautor des Übersichtsartikels, Prof. Jinlong Zhu, sagt, dass „der Schlüssel zur Fehlerinspektion nicht die Auflösung ist, sondern das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und der Kontrast. Die Verbesserung des SNR und des Kontrasts hängt stark von hochentwickelten Instrumenten ab, fortschrittliche Modellierungsarchitekturen und Nachbearbeitungsalgorithmen, die uns alle dazu veranlassten, eine umfassende Überprüfung der Methoden zur Erkennung von Waferfehlern unter den folgenden drei Aspekten vorzunehmen: (1) die Bewertung der Fehlererkennung, (2) die verschiedenen optischen Inspektionssysteme und (3 ) die Nachbearbeitungsalgorithmen.“

„Es ist von großer Bedeutung, eine Bewertung der Fehlererkennbarkeit für eine bestimmte Art von Inspektionswerkzeugen für fortgeschrittene Knoten durchzuführen“, erklärte Co-Erstautor Dr. Jiamin Liu. „Tatsächlich umfasst die Bewertung der Erkennbarkeit von Fehlern normalerweise die Formulierung quantitativer Regeln für das SNR der Fehlerstreusignale, die Entwicklung von Simulationswerkzeugen für die Modellierung von Fehlerstreusignalen und die Analyse des Fehler-SNR. Wir haben festgestellt, dass das Fehler-SNR erheblich davon abhängt auf Material und Defekttopologie.“

Die konventionellen Ansätze in der optischen Fehlerinspektion, wie z. B. der amplitudenbasierte, zusammen mit seinen Nachverarbeitungsalgorithmen, wurden ausführlich diskutiert. Die neuartigen Inspektionsmechanismen, einschließlich Phasen-, Bahndrehimpuls-, Terahertzwellen- und hyperbolischer Bloch-Moden, wurden hervorgehoben, um die Leser an ihr Potenzial zur Erschließung neuer Richtungen auf diesem Gebiet zu erinnern. Außerdem wurde in dem Artikel auch die Röntgen-Ptychographie, das einzige optische Verfahren, das Sub-20-nm-Defekte sowohl auf der Oberfläche als auch auf der Unterseite des gesamten Wafers direkt abbilden kann, im Detail besprochen und prognostiziert. Die Röntgen-Ptychographie hat das Potenzial, das Feld zu durchdringen, indem sie eine revolutionäre 3D-Auflösung und -Empfindlichkeit bietet, sobald die Nachteile wie die Synchrotron-Röntgenlichtquelle, eine riesige Datenmenge und die niedrige Geschwindigkeit in Zukunft überwunden werden.

„Ob es sich um den einfachsten Bilddifferenzoperator oder den komplexen Bildsynthesealgorithmus oder sogar die Deep-Learning-Algorithmen handelt, diese Nachbearbeitungsalgorithmen spielen eine entscheidende Rolle bei der optischen Fehlerprüfung im Hinblick auf die Verbesserung des SNR und des Kontrasts von Fehlern. Daher haben wir eine bereitgestellt detaillierte Erörterung von Nachbearbeitungsalgorithmen, die bei der Inspektion von gemusterten Waferfehlern beteiligt sind, mit einem besonderen Fokus auf die Vor- und Nachteile von Deep-Learning-Algorithmen“, fügte Co-Erstautor Dr. Tianlai Xu hinzu.

Prof. Jinlong Zhu sagt, dass sie „glauben, dass die optische Defektinspektion auf strukturierten Wafern ein herausforderndes, aber interessantes Thema bleiben wird, das dringend angegangen werden muss. Wir glauben, dass dieser Übersichtsartikel auf der Grundlage früherer Übersichten und einiger Sondierungsforschung geschrieben wurde auf dem neuesten Stand ist, ist sowohl für Neueinsteiger auf dem Gebiet als auch für diejenigen wichtig, die es in interdisziplinären Arbeiten einsetzen möchten.“

Bereitgestellt vom International Journal of Extreme Manufacturing