Patterning Cluster
露光・track・etch へ戻す
overlay / focus / ADI後CD
測る値
- overlay error
- focus / dose proxy
- ADI後CD / shape
- hotspot defect
戻す工程条件
- scanner matching
- track coat / develop
- reticle / resist review
- etch bias
代表ページ
検査・計測・オーバーレイ装置の役割分担
このページでは、欠陥検査は異常位置と欠陥種別を捉える、計測は寸法・膜厚・形状・位置ずれを数値化する、オーバーレイは層間位置ずれを管理する という役割差を、工程別の戻し先まで含めて整理します。
下の比較マトリクスは、patterning cluster、BEOL interconnect、backside power、hybrid bonding を 測る値、戻す工程条件、代表ページ の 3 軸で並べた比較表です。
工程比較マトリクス
4つの場面を「測る値」「戻す工程条件」「代表ページ」で並べる
patterning、interconnect、backside power、hybrid bonding を、測る値、戻す工程条件、代表ページの 3 軸で並べています。
測る値 戻す工程条件 代表ページ
BEOL Interconnect
成膜・CMP・clean へ戻す
line width / 膜厚 / topography
測る値
- line width / profile
- film thickness
- topography
- void / seam / Cu recess
戻す工程条件
- conductor etch
- gap fill / selective deposition
- CMP / post-CMP clean
- incoming blanket film
代表ページ
Backside Power
薄化・rail形成 へ戻す
front-to-back overlay / distortion
測る値
- front-to-back overlay
- wafer distortion / warp
- buried feature depth
- backside defect
戻す工程条件
- alignment model
- grind / thinning
- rail / via形成
- lithography correction
代表ページ
Hybrid Bonding
prebond clean・alignment へ戻す
Cu recess / particle / bond shift
測る値
- Cu recess / pad topography
- prebond particle
- bond shift / overlay
- bond interface void
戻す工程条件
- prebond clean / plasma
- Cu CMP
- bonder alignment
- post-bond anneal
代表ページ
会社別の製品ファミリーを比較したい場合は、KLA・ASML・AMAT・SCREENの検査・計測・オーバーレイ装置比較 に進むと、測定対象、戻し先、工程位置を会社ごとに切り分けられます。
最初に整理する点
Section titled “最初に整理する点”- 欠陥検査は
異物、欠け、パターン異常、void、残渣を検出する - 計測は
CD、膜厚、プロファイル、topography、位置ずれを数値化する - オーバーレイは
前層と現層の位置差、front-to-front、front-to-backのずれを管理する - review は
検出した異常が粒子、ブリッジ、残渣、埋め込み不良のどれかを絞る - 先端ロジックでは、露光装置単体よりも
track + scanner + overlay + defect inspection + etch / CMP feedbackの連携で歩留まりが決まる
場面別に戻す工程条件
Section titled “場面別に戻す工程条件”patterning cluster最初に取る測定値:overlay error、focus、hotspot defect、ADI後のCD/shape主に戻す工程条件:scanner matching、trackのcoat/develop条件、etch biasBEOL interconnect最初に取る測定値:line width、sidewall profile、film thickness、topography、void / seam主に戻す工程条件:conductor etch、gap fill、CMP、post-CMP cleanbackside power / alignment最初に取る測定値:front-to-back overlay、wafer distortion、buried feature depth主に戻す工程条件:alignment model、grind / thinning、backside rail / via形成hybrid bonding最初に取る測定値:Cu recess、particle、bond shift、bonded-waferのvoid主に戻す工程条件:prebond clean / plasma、Cu CMP、bonder alignment、post-bond anneal
1. 欠陥検査、計測、オーバーレイ、review の違い
Section titled “1. 欠陥検査、計測、オーバーレイ、review の違い”欠陥検査は、設計値や工程条件から外れた欠陥 を探す工程です。
粒子、スクラッチ、パターン欠け、ブリッジ、埋め込み不良、表面傷などを検出し、良否分類の最初のデータを出します。
典型的には次の問いに答えます。
- どこに異常があるか
- その異常はランダム欠陥か、系統欠陥か
- その異常は前工程由来か、今工程由来か
計測は、寸法や位置を連続量として測る 工程です。
CD、膜厚、プロファイル、重ね合わせ誤差など、工程の中心値とばらつきを管理する役目です。
欠陥検査が 異常個所の検出 を主目的にするのに対し、計測は 工程条件の数値管理 を主目的にします。
オーバーレイ
Section titled “オーバーレイ”オーバーレイは独立項目として分けます。計測対象と補正先が通常の寸法計測と異なるためです。
前の層で作ったマークやパターンに対して、今の層がどれだけずれているかを測ります。
このずれが大きいと、
- ビアが下の配線にきれいに当たらない
- ゲートとコンタクトの位置関係が崩れる
- パターンマージンが削られて歩留まりが悪化する
といった問題が起きます。
review / source analysis
Section titled “review / source analysis”review は、検査装置が見つけた異常を高分解能画像や追加データで分類し、どの工程が主な発生源か を絞る工程です。
量産では 異常があった だけでは対策が決まりません。粒子なのか、pattern collapse なのか、残渣なのか、埋め込み不良なのか を分けて、戻し先を etch、CMP、clean、成膜のどこへ置くかを決めます。
2. patterning cluster で戻す値
Section titled “2. patterning cluster で戻す値”ASML の YieldStar 375F は、post-exposure / pre-etch の overlay と focus を対象にした metrology system で、on-product overlay の高速測定、track-integrated / standalone の両方、計算モデルを組み合わせた dense overlay map まで公開しています。
同ページでは、computational metrology option により overlay performance を 10-20% 改善できると説明しています。
KLA の eSL10 は、leading-edge で他の inspectors が取りこぼす欠陥を捉える e-beam patterned-wafer defect inspection として位置づけられ、KLA の説明では etch、epi、CMP、EUV ADI を含む多層の process layers をまたいで critical defects を捉えます。
patterning cluster の戻し先は、scanner だけではありません。
- overlay error は scanner matching と alignment 補正へ戻す
- focus と dose proxy は track の coat / develop 条件も含めて戻す
- hotspot defect は reticle、resist、etch bias のどこに由来するかを review で絞る
- EUV ADI 後の異常は
露光後の見かけとetch後の実形状が一致するかまで追う
この戻し先の分担は High-NA EUVの量産ボトルネック で扱う track + scanner + resist + inspection の分担と同じです。
3. BEOL interconnect で戻す値
Section titled “3. BEOL interconnect で戻す値”interconnect では line width、sidewall profile、film thickness、topography、void / seam、Cu recess、局所 hotspot を別々に取り、どの工程条件へ戻すかまで分ける必要があります。
Mo contact と selective deposition の量産条件 が扱う MOL contact では、pre-clean、selective nucleation、bulk fill、CMP のどこで contact resistance が悪化したかを切り分けます。
Ru配線の量産条件 が扱う first local interconnect metal layer では、Ru direct etch、gap fill、FSAV、air gap / reliability のどこでばらつきが出たかを切り分けます。
Low-kとAir Gapの基礎と量産論点 は、capacitance、self-heating、TDDB、moisture を同じ棚で整理するページです。
Applied Materials の PROVision 10 は、through-layer imaging と millions of datapoints により、2nm foundry-logic、GAA transistors、next-generation DRAM / HBM、backside power delivery を対象にした metrology と説明しています。
この種の装置が interconnect で担うのは、patterned line の見え方 と 多層構造の実際の位置関係 を、optical target だけでは届きにくい領域まで追うことです。
SCREEN の RE-3500 は 40μm square の微小領域で film thickness と optical constants を同時測定できる ellipsometric film thickness measurement system と説明しています。
また SCREEN の ZI-3600 は 1μm以下 の微細欠陥検出に加えて、recipe 作成時の条件設定だけで CD / overlay measurement を inspection と同時実行できると説明しています。
interconnect で主に戻す先は次の通りです。
- conductor etch: line width、LER/LWR、sidewall profile
- deposition / gap fill: film thickness、void / seam、buried defect
- CMP / clean: dishing、erosion、scratch、残渣、Cu recess
- incoming wafer / blanket film: unpatterned defect、surface quality、wafer distortion
CMPが終わったか ではなく 次工程が要求する表面状態に入ったか を測る視点は、CMP：平坦化、欠陥、低k/新金属の要点整理 と同じです。
4. backside power と hybrid bonding で戻す値
Section titled “4. backside power と hybrid bonding で戻す値”backside と hybrid bonding では、層間位置ずれだけでなく wafer distortion、bond shift、void、Cu recess が同時に効きます。
front-side の overlay と同じ考え方で扱うと、戻し先が粗くなります。
KLA の PWG5 に関する 2020 年発表 では、front side と back side の patterned wafer distortion を同時に測り、wafer re-work、tool re-calibration、lithography correction の判断へ戻せると説明しています。
この系統の測定は、backside power rail や薄化後 wafer の alignment で重要です。
Applied Materials の PROVision 10 が backside power delivery を対象に含めている点も、through-layer の位置関係 を measurement target に含める必要を示しています。
hybrid bonding 側では、prebond particle、Cu recess、bonded-wafer shift、bond interface void を別々に扱う必要があります。
装置群の分担は Hybrid Bondingの位置合わせ・検査を整理する と Backside alignment / overlay metrology の要点整理 で個別に掘っています。
この overview では、front-to-back overlay と bond interface defect が別の戻し先を持つことを押さえます。
5. まず確認する公式ページ
Section titled “5. まず確認する公式ページ”
Overlay KLA
Archer 750
on-product overlay を量産ラインで扱う代表ページです。patterning cluster で何を overlay target として戻すかを確認できます。
公式ページ Inspection KLA
eSL10
etch、epi、CMP、EUV ADI をまたぐ defect discovery の代表ページです。critical defects をどこで拾うかを確認できます。
公式ページ
Pre-Etch ASML
YieldStar 375F
post-exposure / pre-etch overlay と focus の代表ページです。scanner と track の戻し先を確認できます。
公式ページ
e-Beam Applied Materials
PROVision 10
through-layer imaging と高密度データ取得の代表ページです。GAA、HBM、backside を含む advanced pattern control を確認できます。
公式ページ
Film Thickness Inspection SCREEN
ZI-3600
pattern inspection と CD / overlay option を同じ装置で扱う代表ページです。inspection と measurement の境界を確認できます。
公式ページ6. 会社別の主な測定対象
Section titled “6. 会社別の主な測定対象”KLA主な測定対象:overlay、defect inspection、unpatterned wafer、wafer distortion主に扱う工程群:patterning cluster、incoming wafer、backside distortionASML主な測定対象:pre-etch overlay、focus、dense overlay map主に扱う工程群:scanner、trackApplied Materials主な測定対象:through-layer e-beam metrology、高密度パターン制御主に扱う工程群:BEOL interconnect、backside power、advanced logicSCREEN主な測定対象:film thickness、pattern inspection、inlineのCD / overlay option主に扱う工程群:interconnect film control、inline defect monitoring
役割差をさらに製品ファミリー単位で分ける場合は、KLA・ASML・AMAT・SCREENの検査・計測・オーバーレイ装置比較 に進むと、会社ごとの製品群で比較できます。
検査結果だけでは戻し先が決まらない
Section titled “検査結果だけでは戻し先が決まらない”欠陥があった という結果だけでは、露光条件を直すのか、etch bias を直すのか、CMP を直すのかが決まりません。
review と metrology を重ねて、戻し先を track / scanner / etch / CMP / clean / bond のどこへ置くかまで分ける必要があります。
interconnect では topography と film quality が主要指標になる
Section titled “interconnect では topography と film quality が主要指標になる”patterning cluster では overlay が主要指標ですが、interconnect cluster では film thickness、topography、void / seam、Cu recess が主要指標です。
この差を飛ばすと、BEOL の bottleneck を scanner 側へ誤配分しやすくなります。
backside と hybrid bonding では distortion と bond interface defect が増える
Section titled “backside と hybrid bonding では distortion と bond interface defect が増える”薄化 wafer、front-to-back overlay、bond shift は、front-side only の overlay 管理では足りません。
wafer distortion、alignment model、void inspection を別の戻し先として置く必要があります。
高感度化とスループットは同時に評価する
Section titled “高感度化とスループットは同時に評価する”感度だけを上げると運用負荷とコストが重くなります。
量産では どの欠陥モードを、どのサンプル頻度で、どの工程に対して取るか を同時に決める必要があります。
- KLA・ASML・AMAT・SCREENの検査・計測・オーバーレイ装置比較
- 工程別の装置シェアと競争構造
- AMAT・Lam・TELの3D実装装置を比較する
- TEL、AMAT、Lamの最新装置と注目技術
- High-NA EUVの量産ボトルネック
- Mo contact と selective deposition の量産条件
- Ru配線の量産条件
- Low-kとAir Gapの基礎と量産論点
- Backside Power Deliveryの基礎
- Backside alignment / overlay metrology の要点整理
- 先端パッケージングと3D集積
- Hybrid Bondingの基礎と量産論点
- Hybrid Bondingの位置合わせ・検査を整理する
- CMP：平坦化、欠陥、低k/新金属の要点整理
- 露光とリソグラフィ
- 歩留まりと欠陥管理