有人說芯片制造代表人類制造業和工業分工的頂峰，一個指甲蓋大小的芯片上，往往集中排列著上百億個晶體管。而近些年越來越為大家熟知的光刻機只是制造芯片的開始，一個合格的芯片，需要多道工序和數百道工藝，相互配合才可能完成。其中光學掩膜的質量直接關系到芯片最終的良品率。

近日，來自著名的瑞士保羅謝勒研究所的研究人員報告了一種光化無透鏡成像方法可以用于檢測極紫外(EUV)掩膜，可用于完善先進芯片制程生產工藝。

圖1：本文基于Tao Shen et al., 2022, Proc. of SPIE Vol. 12053, 120530H

生產7nm以下制程芯片的EUV光刻機主要優勢在于更高的光刻分辨率以及生產效率高，但同時也存在三個主要問題：能耗大，光學系統設計復雜，以及光罩掩模版表面缺陷。

創新方案

目前極紫外光刻(EUVL)需要用到的掩膜光化檢測工具還處于供不應求階段。該研究團隊利用瑞士光源搭建的反射模式極紫外掩膜光化無透鏡掃描顯微鏡(RESCAN)，可作為一個原型機驗證不同的掩膜檢測技術。研究人員利用疊層成像技術(ptychographic imaging)，不僅可實現50nm的缺陷檢測分辨率和20nm的缺陷檢測靈敏度;還可以利用該成像技術可同時獲得相位和幅值圖像的特性，針對不同缺陷材料造成的相位和幅值特性不同，成功對表面缺陷的物質成分做出了基本的區分。

圖2：為驗證效果而主動加入的表面缺陷，紅色代表鍺，黑色代表二氧化硅。

圖3：掩膜缺陷可以造成相干極紫外光的強度和相位兩方面的變化。

圖4：處理后分別得到的幅值(a)和相位(b)圖像。幅值圖像(a)中只有鍺材料的缺陷被檢測出，因為鍺對于極紫外光的吸收系數較高;相位圖像(b)中相對應地檢測出二氧化硅材料的缺陷，因為二氧化硅對于極紫外光的相位影響更大。

TPI 產品

圖5：系統示意圖

圖6：本工作中所用到的特勵達普林斯頓儀器產品為

PI-MTE 2048 X射線相機(圖5中的CCD)。

本工作中的科研與研發人員在采集微型半導體激光發射光譜時使用了來自特勵達普林斯頓儀器的PI-MTE 2048型X射線相機。該相機可置于真空腔內實現低于-60℃超低制冷，可高效探測10eV~30keV的軟X射線，并且可穩定地24/7運行。