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1.5nm級精密測量工具擴展摩爾定律

上網時間: 2015年02月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:摩爾定律  測量工具  比例尺  電子束微影  CMOS 

隨著摩爾定律(Moore's Law)持續進展至未來的半導體技術節點——11nm和7nm,業界需要更先進的測量工具——一種更精密的比例尺——,至少必須比目前測量的半導體更精密10倍以上,才能取得成功,從而推動摩爾定律持續進展。

目前最精密的測量工具可達到4nm精密度,是由美國加州的aBeam Technologies Inc.聯手勞倫斯柏克萊國家實驗室(Lawrence Berkeley National Lab;LBNL)共同開發的,他們結合採用了電子束微影、原子層沈積以及奈米壓印技術。針對新標準持續擴展摩爾定律至7nm,美國能源部阿崗國家實驗室(Argonne National Laboratory;ANL)最近攜手aBeam與LBNL,共同開發了至今最精密的測量工具——線距可縮小至1.5nm。

1.5nm隨機測試圖案與掃描電子顯微鏡(SEM)影像(右)
1.5nm隨機測試圖案(左)以及掃描電子顯微鏡(SEM)影像(右)
(來源:aBeam Technologies)

「在這項設計中所使用的技術來自於半導體產業;不過,目前還不到討論細節的時機。然而,這並不是一個典型的 CMOS 製造流程。由於我們需要材料的對比度來表徵與調整奈米級測量設備,因此我們採用了矽晶與矽化鎢。不過,該技術本身並不受到材料選擇的限制,各種廣泛的材料都可使用,」aBeam Technologies總裁Sergey Babin表示。

1.5nm隨機測試圖案TEM影像圖與雙特寫
1.5nm隨機測試圖案的透射電子顯微鏡(TEM)影像圖(左)以及雙特寫(右)
(來源:aBeam Technologies)

利用新材料作為測試圖案,使其得以校準與測試測量儀器,以便用於製造先進的半導體。這些測試圖案包括具有精確線寬的數千條隨機線路,並可用於測量任何有關的線路線寬。

aBeam Technologies、LBNL與ANL的研究人員們並開發出一種能以低至1.5nm線寬製造測試圖案的技術。儘管所製造出的奈米結構似乎是隨機的,但可讓奈米級測量儀器整個動態範圍內實現調變轉換函數,表徵最完整的晶片特性。

「對於半導體產業來說,測量工具至關重要,因為它為製造過程提供反饋,」Babin指出,「調變轉換函數被廣泛應用於光學中,也使光學系統突破繞射極限。在奈米測量學領域中,常見的問題是一直缺少具有已知空間頻率的自然樣本,而我們的技術則彌補了這一鴻溝。利用製造出具有奈米級線寬的虛擬隨機測試圖案,奈米級測量系統能夠更準確的進行特性表徵。」

測試圖案本身交錯使用矽和矽化鎢線路,以便能最大限度地提高對比度,從而提供給測量系統使用。典型的樣本尺寸約為6x6微米,每個樣本上都有數千行線路。

「我們的下一步是要將所製造的測試圖案應用在各種測量系統上,如掃描顯微鏡、原子力顯微鏡、軟X射線顯微鏡,以及開發出自動化的完整解決方案以表徵與調整系統」,Babin表示。

編譯:Susan Hong

(參考原文:1.5 nm Metrology Extends Moore's Law,by R. Colin Johnson)





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