Hvorfor maskeblanker er kritiske

Geoff Akiki, president for Hoya LSI ved Hoya Group, satte seg ned med Semiconductor Engineering for å snakke om optisk og ekstrem ultrafiolett (EUV) litografi samt maskeemner. Det som følger er utdrag av den diskusjonen.

SE: Maskemner er komponenter som fungerer som base eller underlag for en fotomaske. Hvorfor er de kritiske?

Akiki: Hvis du ser på Hoya, har vi vært posisjonert som ledere i maskeemner i lang tid. Vi er en kritisk del av den generelle fotomaskeindustrien. Emnet er egentlig et underlag. Optiske emner kan være transmissive eller refraktive. Du har faseskift eller binær her. I kontrast er EUV-masker speil for røntgenstråler. Begge typer hjelper til med å få disse mønstrene på skivene, som til slutt blir kretsene.

SE: I årevis har industrien vært avhengig av maskeemner for tradisjonell optisk litografi. Optiske emner består av et ugjennomsiktig lag krom på et glassunderlag, ikke sant?

Akiki: Det er et ganske sofistikert stykke kvarts som måler 6 x 6 tommer med en viss tykkelse. Tradisjonelt har det vært krom. Chrome har eksistert for alltid. Det er andre filmer som molybden silicid eller MoSi. Silisiumnitrid kommer opp og erstatter MoSi noen steder. Det er plassen for optisk.

SE: Maskemner spiller en viktig rolle, ikke sant?

Akiki: Maskemner er en kritisk del av forsyningskjeden. Optiske emner har eksistert lenge. Men de har egentlig aldri vært en flaskehals. Det har vært noen stramme og lengre ledetider. Men det er egentlig ikke en begrenser. Vi må utvikle og gjøre dem klare et par år før noden øker. Maskene må være klare for utviklingen din på fabrikken.

SE: Alt endret seg med bruken av EUV og de tilhørende blanks for teknologien, ikke sant?

Akiki: EUV er enda mer kritisk på grunn av den raske rampen. Jeg begynte i Hoya for litt over tre år siden. Ingen produserte EUV-emner i volum. Og plutselig ville folk gå på høygir. Så vi økte dem. Det var vanskelig. Det var mange utfordringer med tanke på mangler, utbytte og kontroll. Vi lærte om dem. En del av å gå gjennom den smerten tidlig og måtte produsere dem i volum er at du lærer ting. Første, andre og tredje ordens ting kommer ut mye raskere. Med optiske blanks er det nok alternativer og det er godt forstått. Det har eksistert en stund. EUV er mye mindre moden. Og det er viktig at du forstår alle delene av det og hva dine forventninger bør være.

SE: EUV og optiske emner er forskjellige, ikke sant?

Akiki: EUV er annerledes. Et EUV-emne har 40 molybden- og silisiumpar. Defektspesifikasjonene er ganske vanskelige. Defektene må være nær eller på nullnivåer. Deretter er det et krav fra leverandører om å redusere 3D-effektene. Et EUV-emne er veldig vanskelig. Det kan ikke ha noen problemer med refleksjonen av røntgenstrålene. Du må avhjelpe disse manglene. Det tar tid og krefter.

Fig. 3: Tverrsnitt av en EUV-maske. Kilde: Luong, V., Philipsen, V., Hendrickx, E., Opsomer, K., Detavernier, C., Laubis, C., Scholze, F., Heyns, M., “Ni-Al legeringer som alternativ EUV maskeabsorber,” Appl. Sci. (8), 521 (2018). (Imec, KU Leuven, Ghent University, PTB)

SE: I de tidlige dagene var EUV-emnene beheftet med defekter. Har disse problemene blitt løst?

Akiki: De har ganske mye blitt løst for den nåværende generasjonen. Vi sender pålitelige produkter med høy avkastning. Ingen har 100 % avkastning. Men vi er i en høy produksjonsmodus med høy produktivitet. Vi øker enda flere verktøy. Vi jobber med null-defekte emner. Men defektene er under kontroll og vi har armene rundt dem. Men tiden står ikke stille, og det gjør ikke kundene våre heller. De vil ha strammere spesifikasjoner. De ønsker å se en høyere produksjon. En måte du kan administrere avkastningen og defektene på er å ta mer tid. Men de vil ha høyere ytelse med verktøyene som kjører hvert sekund. Og det er noe du må balansere. Samtidig ber de om nye materialer. Men da må du begynne å lære på nytt etter hvert som du går fremover. De vil ha tynnere emner med en litt annen metallurgiblanding.

SE: For å lage EUV-maskemner legger du vekslende lag med materialer på underlaget. Deretter må du inspisere den. Hvilke typer deponerings- og inspeksjonsteknikker bruker du?

Akiki: Vi bruker ionestråledeponering (IBD). Vi har noen PVD-avsetninger, men for de kritiske bruker vi IBD. For inspeksjon har vi to funksjoner – aktinisk og optisk. Aktinisk blankinspeksjon (ABI) er der gummien treffer veien. Vi bruker optisk inspeksjon. Det hjelper med karakteriseringen. Det er nyttig av andre grunner som screening. Men etter hvert som vi får flere ABI-verktøy og den muligheten, er det virkelig det du trenger i standarden. Vi presser mulighetene dit når folk ber om enda strammere spesifikasjoner.

SE: I noen tid har vi sett brikkemangel og komponenter i markedet. Hva med tilbudet og etterspørselen etter maskeemner?

Akiki: La oss starte med optisk. Vi har investert mange år i optisk. Kapasiteten vår er i god form. Gjennom årene har vi vært ganske flinke til å tilføre kapital og bygge opp etterspørselen. Er det en økning? Det er. Det er tre segmenter her – low end, medium range og avanserte ting. Vår etterspørsel er drevet av tape outs, ikke wafers. I forkant er det færre design. Noen av disse lagene blir suget av EUV. Så helt på kanten, i det minste fra et volumsynspunkt, ser du intens etterspørsel, men kanskje lavere tall. Folk vil ha dem, og de er vanskelige å lage. Antall tape outs har gått ned. Antall lag har gått opp, men noen av disse blir sugd opp for EUV.

SE: Hva med EUV-emner?

Akiki: EUV er noe annerledes. For det første er vi de klare lederne. Vi har presset utgangen. Etterspørselen er ganske sterk. Det er imidlertid den tidlige etterspørselen med utrolige vekstrater som du vet ikke vil opprettholde gjennom tiden. De må jevne seg ut. Det er åpenbart for oss at det ikke kommer til å holde seg på 35 % til 50 % vekst i året. Men vi fortsetter å se vekst. Vi ser fortsatt at vår kapasitetsutnyttelse er svært høy. Vi fortsetter å investere. Vi ser en sunn periode, i hvert fall de neste to-tre årene.

SE: Skal vi migrere fra binære EUV-masker for 0.33 NA EUV til høy-k og/eller faseforskyvningsmasker for høy-NA EUV?

Akiki: Det er aldri så enkelt. Generelt er det et par ting vi tror ganske sterkt på. En, ruthenium og tantal vil være rundt i lang tid. Det er det vi har i dag for EUV. Det er rutheniumhettelaget og tantalabsorberen. Vi kommer til å ha de binære grunnlinje-tingene rundt en stund, akkurat som vi fortsatt har krom i optisk. I tillegg vil vi begynne å utvide teknologien akkurat som vi gjorde for optisk. Faseskiftmasker kommer inn. Vi kan ha noe dobbeltmønster. For høy-NA tenker folk på det som en bryter som trekker alle disse andre tingene. Det vil også komme i faser. Så vi vil presse 0.33 NA en stund. Når du kommer til 0.55 NA EUV starter du med det du vet før du klikker deg inn på enda mer radikale ting. Akkurat nå bruker vi en MoSi flerlagsstruktur. Alle ser på ruthenium i fremtiden. Hvor lang tid vil det ta å komme til en alternativ struktur? Jeg tror ikke det blir et år eller to. Det kommer til å ta tre, fire eller fem år. Det er fordi du er nødt til å lære alt på nytt som defekter, gi læring og kontroll over avsetningen din. Så du kommer alltid til å prioritere det du har. Så hvis du kan få det du har til å fungere, er det sannsynligvis veien du vil gå.

SE: Hva med absorberen for høy-NA EUV?

Akiki: Hvis du er litograf, vil du si: 'Jeg liker disse egenskapene. Bare gi meg disse materialene og tykkelsene.' Men du må se på brikkene. Kan du etse den? Kan du komme til den linjen du ønsker? Det teoretiske og praktiske begynner nå å spille inn. Nikkel er en god sak. Det er et høyk-materiale som er vanskelig å etse. Det er noen flotte papirer med 'n' og 'k' kurver. Det er en måte å se det på. Men hvis du skal implementere dette i produksjonen, må du gjøre det raskt med høyt utbytte. Disse tingene diskuteres fortsatt. Akkurat nå er det FoU-gutta som driver mye av dette. Når produsentene får tak i det, vil de ha en annen push-pull. Nok en gang er det mye fokus på FoU-bitene. Det virkelige trikset her vil være integrasjon og få det til å fungere i produksjonen, få det ut av døren som et produkt. For eksempel har du ting som flathet, som vi bruker mye tid på å bekymre oss for. Du har defekter, som vi alle snakker om. Forskere vil snakke om høy-k og lav-n. Det er veldig viktig. Det er mange andre fasetter som spiller inn. Jeg har snakket om etch. Alle de tingene må stå på linje. På en måte er utvalget av alle disse tingene som å prøve å finjustere et prosessvindu. Det er det som får deg til tingen som er brukbar på slutten, ikke under ideelle forhold.

SE: Så industrien utforsker flere maskeblanks-teknologier i fremtiden, ikke sant?

Akiki: Det er flere tilnærminger når du går fremover, enten det er faseskift, lav-n eller høy-k. Folk har sin favoritttilnærming basert på egenskapene de er mest komfortable med eller de har tilgjengelig. For oss er det et mye bredere område vi opererer i. For det første har vi den bredeste kapasiteten i bransjen. Og vi har problemer i den virkelige verden som vi prøver å løse i dette integrerte synet. Her er nøkkelen – jo mindre du endrer, jo bedre. Så hvis du kan beholde materialet og justere det, vil det være en foretrukket tilnærming, hvis det fungerer. Hvis det ikke helt treffer stupet, så må du skaffe deg noe nytt.

SE: I fremtiden når high-NA vises, ser du for deg å støtte en rekke EUV-maskeblankteknologier, som binær, high-k og PSM?

Akiki: Jeg ser på optisk. Vi har fortsatt hundrevis av delenummer, forskjellige typer resists og metallurgier. EUV vil ha en bred meny. Absolutt vil kundene ha smakene deres. Noen av disse tingene vil være nisjeorienterte produkter. For eksempel kan høyk-masker være en nisjeapplikasjon. Noen av de andre også. Vi er vant til det mangfoldet. Etter hvert som du går gjennom tiden, vil kundene sannsynligvis ønske mer og mer tilpasning. Samtidig vil det bli vanskeligere og vanskeligere å rettferdiggjøre det.

Kilde: https://semiengineering.com/why-mask-blanks-are-critical/