孤立接觸孔掩模顯影工藝優化

張海平，尤 春，周家萬，陳 卓

(無錫中微掩模電子有限公司，無錫214035)

掩模（Mask），又稱光刻板，是大規模集成電路芯片生產最重要的元件之一。在掩模的生產制作過程中，主要有曝光—顯影—量測—刻蝕—量測—去膠—量測—檢驗—修補—清洗—貼膜等工序。其中，顯影、刻蝕和去膠后的量測是為了監測掩模圖案指定區域的線條寬度（CD）值與設計值之間的差別，從而達到實時監控掩模的制造工藝，保證掩模生產質量。

在實際生產過程中，掩模孤立區域的接觸孔經過顯影之后量測值（ADI）往往會比設計值偏大。針對這種現象，本文主要研究了通過優化線條偏差（CD Bias）、顯影流量（flow）、顯影時間（time）、落點、烘烤（Baking）等參數，從而達到改善ADI 偏大的問題。

1 實驗

通過選取孤立區域接觸孔為3 μm 的圖案來進行實驗，此掩模圖案是由8 個相同圖形重復排列組成。選取6 片工程片來進行該項試驗。對6 片工程片進行編號：1#、2#、3#、4#、5#、6#。1#片進行未做任何參數修正的實驗；2# 片進行CD Bias 修正的實驗；3# 片進行顯影機的顯影流量、顯影時間、落點等參數修正的實驗；4#、5# 片進行Baking修正的實驗；6#片進行CD Bias、flow、落點、Baking 等參數綜合修正的實驗。

在實驗的過程中，6 片實驗片的流程相同，除了針對每片修正參數不同外，其余工藝參數都相同，經過顯影之后選取的量測點坐標也一樣，具體實驗如下。

1.1 未做參數修正的顯影實驗

1#片進行未做任何參數修正的實驗。其按照正常流片程序經過曝光、顯影之后進行量測，具體量測結果如表1 所示，孤立接觸孔光學顯微鏡下實物圖像及檢測設備下圖案示例分別見圖1、圖2。

表1 1# 片孤立接觸孔ADI

圖1 光學顯微鏡下實物圖像

圖2 檢測設備檢驗結果（die to database）

從上述實驗結果，我們可以看出，沒有經過任何參數修正的孤立接觸孔顯影之后的量測值比設計值偏大250～1000 nm，遠遠超出線條容差范圍（CD Tolerance）。

1.2 CD Bias 參數修正的顯影實驗

2#片進行CD Bisa 修正的實驗。參考表1 的實際量測值，通過6 種CD Bias 值對掩模8 個圖案中的6 個進行相應優化，其余2 個圖案不變化。然后經過曝光—顯影之后進行量測，具體的量測值見表2。

表2 2# 片孤立接觸孔ADI

從表2 可以看出，經過CD Bias 修正的孤立接觸孔，可以很好地改善顯影之后量測值偏大的現象。不過此種做法增加了數據處理的難度，需要消耗大量的人力和設備，在bias 處理上，不適用于大生產。另外此種方法也有局限性，如果缺陷數量過多的話就不能進行CD Bias 修正了。

1.3 顯影機流量等參數的修正實驗

3# 片進行顯影機流量、時間、落點等參數修正的實驗。3# 實驗片經過曝光之后，在顯影的過程中，優化顯影機的顯影流量、顯影時間、落點（具體參數修正見表3 所示）。然后再進行量測，具體的量測值如表4 所示。

表3 3# 片孤立接觸孔ADI

表4 顯影機落點、流量等參數調整情況

從表4 我們可以看出，修正顯影機顯影參數，對部分CD 值的改進有一定幫助，但還是不能達到線條容差值的范圍，不能滿足實際生產要求。

1.4 增加Baking 的顯影實驗

4#、5#片進行Baking 參數修正的實驗。4#片在掩模曝光之后顯影之前，增加一Baking 過程：119.5℃，5 min。經過顯影之后進行量測，其具體量測值如表5 所示。通過表5 我們可以看出，顯影之前增加一Baking 過程，可以比較明顯地改善這一現象。

表5 4# 片孤立接觸孔ADI

5# 片在掩模曝光之后顯影之前，增加一Baking 過程：119.5 ℃，30 min。經過顯影之后進行量測，其具體量測值如表6 所示。

表6 5# 片孤立接觸孔ADI

通過表6 我們可以看出，增加烘烤時間對CD改善不大。

1.5 所有參數綜合修正的顯影實驗

實驗五：6# 進行CD Bias（按一固定值對所有的孤立接觸孔進行統一修正，減少數據處理難度和時間）、顯影機flow、time、落點、壓力值、Baking等參數修正的實驗。6# 片經過曝光之后，按照左右參數優化值進行顯影，然后再進行量測，具體量測值如表7 所示。

表7 6 # 片孤立接觸孔ADI

從表7 可以看出，經過上述參數的優化之后，接觸孔的量測值與設計值的差值在容差范圍內。因此，通過優化CD Bias、顯影機的顯影流量、顯影時間、落點、增加烘烤過程可以顯著地改善孤立接觸孔顯影之后量測值偏大的問題。

2 結 論

大規模集成電路芯片的缺陷對其后續電路的性能影響非常大，現在社會對芯片的質量要求非常高。質量合格的掩模是集成電路芯片生產的前提。本文通過實驗的方法，找出了解決掩模孤立接觸孔顯影之后偏大的方法，可以用來指導掩模的實際生產，保證掩模的生產質量。

[1] Benjamin G.Eynon，Jr.，BanQiu Wu.Photomask Fabrication Technology[M]. 2005.

[2] GB/T16880-1997，光掩模缺陷分類和尺寸定義的準則[S].

[3] I.Kagami，Makuhari，Japan.A sludy on photomask Defect printability and quality assurance for 0.13 μm technology[M]. proc. SPIE VoL. 4186：2000.