小線寬下顯影過程對(duì)CD影響的研究

盛飛

【摘 要】 本文研究了小線寬情況下非曝光因素對(duì)CD的影響，發(fā)現(xiàn)顯影過程會(huì)使CD產(chǎn)生5%的波動(dòng)從而影響工藝穩(wěn)定度。排除顯影中烘烤對(duì)CD的影響，找出導(dǎo)致CD波動(dòng)的主要因素為顯影液的流量，并提出統(tǒng)一顯影液流量以達(dá)到顯影過程中對(duì)CD的精確控制。

【關(guān)鍵詞】 光刻 CD 顯影 流量

1 引言

隨著半導(dǎo)體光刻技術(shù)的逐漸發(fā)展，關(guān)鍵線寬CD的尺寸越來(lái)越小，而對(duì)CD的控制精度要求也變得越來(lái)越高。近些年在控制CD方面，主要的研究精力均集中在對(duì)曝光光源解析度及光路的調(diào)整上，以期在現(xiàn)有設(shè)備條件下獲得最大的DOF（Dimension of Focus），浸潤(rùn)式微影就是這方面最大的突破[1]。另一方面，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，僅僅研究光源對(duì)CD的影響是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的：在I-line顯影工藝中不同顯影機(jī)臺(tái)之間的CD會(huì)存在差異，這種差異若不設(shè)法加以管控將會(huì)對(duì)工藝的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。本文中，作者將針對(duì)顯影機(jī)臺(tái)間CD差異展開研究，揭示I-line顯影工藝下對(duì)CD的重要影響因子并找出最優(yōu)化的顯影過程，從而獲得更穩(wěn)定的CD控制[2]。

本文中，作者研究了顯影過程對(duì)CD的影響，提出顯影液流量為影響CD控制的關(guān)鍵因素并找到顯影液流量與CD的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了曝光過程之外對(duì)CD的進(jìn)一步精確控制，增強(qiáng)了工藝穩(wěn)定性和可控性。

2 實(shí)驗(yàn)

一般地，半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)過程中對(duì)CD波動(dòng)控制在5%以內(nèi)，即不同機(jī)器之間生產(chǎn)的產(chǎn)品的CD差異不能大于5%。為了只研究顯影流程對(duì)CD的影響，我們對(duì)Photo process進(jìn)行了分割，將光刻膠涂布與曝光步驟固定不變，而選擇不同的顯影機(jī)臺(tái)進(jìn)行CD的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。結(jié)果見圖1：我們發(fā)現(xiàn)，不同的顯影機(jī)臺(tái)對(duì)CD波動(dòng)的影響就在5%左右，已經(jīng)大大超出了工藝生產(chǎn)的要求，深入的研究和改善迫在眉睫。

進(jìn)一步地，我們對(duì)顯影過程進(jìn)行剖解，將其拆分為前烘，顯影，后烘三步[3]，測(cè)定單一實(shí)驗(yàn)條件的變動(dòng)對(duì)CD的影響來(lái)找出哪一步是影響CD的主要因素。如表1所示：選定兩個(gè)機(jī)臺(tái)A與B，單獨(dú)經(jīng)由A與B顯影的時(shí)候CD相差20nm，但是若由機(jī)臺(tái)A前烘后烘再由機(jī)臺(tái)B顯影，則差異幾乎消失，從而認(rèn)定顯影為影響CD的主要因素。

找出差異步驟之后，我們對(duì)兩個(gè)機(jī)臺(tái)A與B顯影過程中的各項(xiàng)可能影響CD的參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，在比較了溫度，空氣流量，水流量及顯影液流量之后，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)機(jī)臺(tái)間唯一的差異就來(lái)自于顯影液流量的差異。如表2所示，在溫度，氣體，水流幾乎一致的情況下，顯影液的流量差異大到50左右，占總流量的4%，與之前觀察到的5%CD波動(dòng)相近，應(yīng)為主要影響因素。

3 分析

找到不同顯影機(jī)臺(tái)之間的差異后我們發(fā)現(xiàn)，主要的影響因素來(lái)自于顯影步驟，而顯影步驟中最主要的影響因素又來(lái)自于顯影液流量。事實(shí)上，分析顯影過程中的四個(gè)影響因子：顯影液流量，水流量，排氣量及溫度可知。

3.1 溫度

溫度為半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中最重視的因素之一，默認(rèn)為22度室溫恒溫的條件。在實(shí)際生產(chǎn)中由于排氣量的因素可能會(huì)有微小波動(dòng)，但由于所有工藝都對(duì)溫度有嚴(yán)格要求，且其他步驟（如曝光）對(duì)溫度的溫度性要求更高，故溫度不會(huì)是在顯影步驟影響CD的主要因素。

3.2 排氣量

排氣量代表的是半導(dǎo)體生產(chǎn)中的另一個(gè)影響因素：空氣壓力P。不同的氣壓會(huì)對(duì)溶解性產(chǎn)生影響，但與溫度類似，在photo工藝中，壓力影響更大的是曝光步驟，壓力對(duì)曝光時(shí)焦距的影響可精確至1帕斯卡。而在顯影過程中，經(jīng)過實(shí)測(cè)，不同的排氣量對(duì)chamber內(nèi)壓力的影響幾乎不大，可以認(rèn)為壓力近似一致。

3.3 水流

水流是顯影過程中必不可缺的環(huán)節(jié)，顯影本身是一個(gè)酸堿中和的反應(yīng)，酸堿中和之后的反應(yīng)物就是藉由水流沖走，從而達(dá)到顯影的目的。但是根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，水流的流量和流速主要是影響顯影反應(yīng)生成物的殘留，高速的水流可以更好的去除酸堿中和的產(chǎn)物，而不會(huì)去影響酸堿中和反應(yīng)的進(jìn)行，從而微小的水流量差異是不會(huì)對(duì)CD造成影響的。

3.4 顯影液流量

顯影液的注入量會(huì)直接影響到酸堿中和反應(yīng)的快慢以及反應(yīng)的充分程度，而注入量就是受顯影液流量影響的，大的顯影液流量會(huì)使晶圓表面累積更多的顯影液，從而使反應(yīng)更充分，使CD線寬更小。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過實(shí)驗(yàn)排除了顯影過程中烘烤對(duì)CD的影響，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定了顯影這一步驟為整個(gè)顯影工藝過程中對(duì)CD影響最大的環(huán)節(jié)。列舉顯影工藝相關(guān)控制參數(shù)（溫度，壓力，水流。），找出了影響CD的最大因素：顯影液流量。由此，我們可以得出結(jié)論，只要將顯影液的流量控制在一致的水平，就可以避免不同顯影機(jī)臺(tái)之間的CD差異，從而可以更好的控制CD，使CD更加的穩(wěn)定。

致謝

本課題在選題及研究過程中得到部門經(jīng)理，副經(jīng)理的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，他們嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笞C精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，部門經(jīng)理都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，在此表示深深的感謝。

參考文獻(xiàn)：

[1]Jansen，R. Gronheid，E. Hendrickx，Lithography Options for the 32nm Half Pitch Node and Beyond，978-1-4244-2018-6/08/$25.00 ？2008 IEEE.

[2]Michael Quirk，Julian Serda。 Semiconductor Manufacturing Technology.韓澤生等譯，電子工業(yè)出版社.2009（7）：310-314.

[3]簡(jiǎn)祺霞，王軍，袁凱，蔣亞東.光刻工藝中關(guān)鍵流程參數(shù)分析[J].微處理機(jī)，2011（6）：14-15.endprint

【摘 要】 本文研究了小線寬情況下非曝光因素對(duì)CD的影響，發(fā)現(xiàn)顯影過程會(huì)使CD產(chǎn)生5%的波動(dòng)從而影響工藝穩(wěn)定度。排除顯影中烘烤對(duì)CD的影響，找出導(dǎo)致CD波動(dòng)的主要因素為顯影液的流量，并提出統(tǒng)一顯影液流量以達(dá)到顯影過程中對(duì)CD的精確控制。

【關(guān)鍵詞】 光刻 CD 顯影 流量

1 引言

隨著半導(dǎo)體光刻技術(shù)的逐漸發(fā)展，關(guān)鍵線寬CD的尺寸越來(lái)越小，而對(duì)CD的控制精度要求也變得越來(lái)越高。近些年在控制CD方面，主要的研究精力均集中在對(duì)曝光光源解析度及光路的調(diào)整上，以期在現(xiàn)有設(shè)備條件下獲得最大的DOF（Dimension of Focus），浸潤(rùn)式微影就是這方面最大的突破[1]。另一方面，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，僅僅研究光源對(duì)CD的影響是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的：在I-line顯影工藝中不同顯影機(jī)臺(tái)之間的CD會(huì)存在差異，這種差異若不設(shè)法加以管控將會(huì)對(duì)工藝的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。本文中，作者將針對(duì)顯影機(jī)臺(tái)間CD差異展開研究，揭示I-line顯影工藝下對(duì)CD的重要影響因子并找出最優(yōu)化的顯影過程，從而獲得更穩(wěn)定的CD控制[2]。

本文中，作者研究了顯影過程對(duì)CD的影響，提出顯影液流量為影響CD控制的關(guān)鍵因素并找到顯影液流量與CD的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了曝光過程之外對(duì)CD的進(jìn)一步精確控制，增強(qiáng)了工藝穩(wěn)定性和可控性。

2 實(shí)驗(yàn)

一般地，半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)過程中對(duì)CD波動(dòng)控制在5%以內(nèi)，即不同機(jī)器之間生產(chǎn)的產(chǎn)品的CD差異不能大于5%。為了只研究顯影流程對(duì)CD的影響，我們對(duì)Photo process進(jìn)行了分割，將光刻膠涂布與曝光步驟固定不變，而選擇不同的顯影機(jī)臺(tái)進(jìn)行CD的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。結(jié)果見圖1：我們發(fā)現(xiàn)，不同的顯影機(jī)臺(tái)對(duì)CD波動(dòng)的影響就在5%左右，已經(jīng)大大超出了工藝生產(chǎn)的要求，深入的研究和改善迫在眉睫。

進(jìn)一步地，我們對(duì)顯影過程進(jìn)行剖解，將其拆分為前烘，顯影，后烘三步[3]，測(cè)定單一實(shí)驗(yàn)條件的變動(dòng)對(duì)CD的影響來(lái)找出哪一步是影響CD的主要因素。如表1所示：選定兩個(gè)機(jī)臺(tái)A與B，單獨(dú)經(jīng)由A與B顯影的時(shí)候CD相差20nm，但是若由機(jī)臺(tái)A前烘后烘再由機(jī)臺(tái)B顯影，則差異幾乎消失，從而認(rèn)定顯影為影響CD的主要因素。

找出差異步驟之后，我們對(duì)兩個(gè)機(jī)臺(tái)A與B顯影過程中的各項(xiàng)可能影響CD的參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，在比較了溫度，空氣流量，水流量及顯影液流量之后，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)機(jī)臺(tái)間唯一的差異就來(lái)自于顯影液流量的差異。如表2所示，在溫度，氣體，水流幾乎一致的情況下，顯影液的流量差異大到50左右，占總流量的4%，與之前觀察到的5%CD波動(dòng)相近，應(yīng)為主要影響因素。

3 分析

找到不同顯影機(jī)臺(tái)之間的差異后我們發(fā)現(xiàn)，主要的影響因素來(lái)自于顯影步驟，而顯影步驟中最主要的影響因素又來(lái)自于顯影液流量。事實(shí)上，分析顯影過程中的四個(gè)影響因子：顯影液流量，水流量，排氣量及溫度可知。

3.1 溫度

溫度為半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中最重視的因素之一，默認(rèn)為22度室溫恒溫的條件。在實(shí)際生產(chǎn)中由于排氣量的因素可能會(huì)有微小波動(dòng)，但由于所有工藝都對(duì)溫度有嚴(yán)格要求，且其他步驟（如曝光）對(duì)溫度的溫度性要求更高，故溫度不會(huì)是在顯影步驟影響CD的主要因素。

3.2 排氣量

排氣量代表的是半導(dǎo)體生產(chǎn)中的另一個(gè)影響因素：空氣壓力P。不同的氣壓會(huì)對(duì)溶解性產(chǎn)生影響，但與溫度類似，在photo工藝中，壓力影響更大的是曝光步驟，壓力對(duì)曝光時(shí)焦距的影響可精確至1帕斯卡。而在顯影過程中，經(jīng)過實(shí)測(cè)，不同的排氣量對(duì)chamber內(nèi)壓力的影響幾乎不大，可以認(rèn)為壓力近似一致。

3.3 水流

水流是顯影過程中必不可缺的環(huán)節(jié)，顯影本身是一個(gè)酸堿中和的反應(yīng)，酸堿中和之后的反應(yīng)物就是藉由水流沖走，從而達(dá)到顯影的目的。但是根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，水流的流量和流速主要是影響顯影反應(yīng)生成物的殘留，高速的水流可以更好的去除酸堿中和的產(chǎn)物，而不會(huì)去影響酸堿中和反應(yīng)的進(jìn)行，從而微小的水流量差異是不會(huì)對(duì)CD造成影響的。

3.4 顯影液流量

顯影液的注入量會(huì)直接影響到酸堿中和反應(yīng)的快慢以及反應(yīng)的充分程度，而注入量就是受顯影液流量影響的，大的顯影液流量會(huì)使晶圓表面累積更多的顯影液，從而使反應(yīng)更充分，使CD線寬更小。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過實(shí)驗(yàn)排除了顯影過程中烘烤對(duì)CD的影響，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定了顯影這一步驟為整個(gè)顯影工藝過程中對(duì)CD影響最大的環(huán)節(jié)。列舉顯影工藝相關(guān)控制參數(shù)（溫度，壓力，水流。），找出了影響CD的最大因素：顯影液流量。由此，我們可以得出結(jié)論，只要將顯影液的流量控制在一致的水平，就可以避免不同顯影機(jī)臺(tái)之間的CD差異，從而可以更好的控制CD，使CD更加的穩(wěn)定。

致謝

本課題在選題及研究過程中得到部門經(jīng)理，副經(jīng)理的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，他們嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笞C精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，部門經(jīng)理都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，在此表示深深的感謝。

參考文獻(xiàn)：

[1]Jansen，R. Gronheid，E. Hendrickx，Lithography Options for the 32nm Half Pitch Node and Beyond，978-1-4244-2018-6/08/$25.00 ？2008 IEEE.

[2]Michael Quirk，Julian Serda。 Semiconductor Manufacturing Technology.韓澤生等譯，電子工業(yè)出版社.2009（7）：310-314.

[3]簡(jiǎn)祺霞，王軍，袁凱，蔣亞東.光刻工藝中關(guān)鍵流程參數(shù)分析[J].微處理機(jī)，2011（6）：14-15.endprint

【摘 要】 本文研究了小線寬情況下非曝光因素對(duì)CD的影響，發(fā)現(xiàn)顯影過程會(huì)使CD產(chǎn)生5%的波動(dòng)從而影響工藝穩(wěn)定度。排除顯影中烘烤對(duì)CD的影響，找出導(dǎo)致CD波動(dòng)的主要因素為顯影液的流量，并提出統(tǒng)一顯影液流量以達(dá)到顯影過程中對(duì)CD的精確控制。

【關(guān)鍵詞】 光刻 CD 顯影 流量

1 引言

隨著半導(dǎo)體光刻技術(shù)的逐漸發(fā)展，關(guān)鍵線寬CD的尺寸越來(lái)越小，而對(duì)CD的控制精度要求也變得越來(lái)越高。近些年在控制CD方面，主要的研究精力均集中在對(duì)曝光光源解析度及光路的調(diào)整上，以期在現(xiàn)有設(shè)備條件下獲得最大的DOF（Dimension of Focus），浸潤(rùn)式微影就是這方面最大的突破[1]。另一方面，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，僅僅研究光源對(duì)CD的影響是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的：在I-line顯影工藝中不同顯影機(jī)臺(tái)之間的CD會(huì)存在差異，這種差異若不設(shè)法加以管控將會(huì)對(duì)工藝的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。本文中，作者將針對(duì)顯影機(jī)臺(tái)間CD差異展開研究，揭示I-line顯影工藝下對(duì)CD的重要影響因子并找出最優(yōu)化的顯影過程，從而獲得更穩(wěn)定的CD控制[2]。

本文中，作者研究了顯影過程對(duì)CD的影響，提出顯影液流量為影響CD控制的關(guān)鍵因素并找到顯影液流量與CD的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了曝光過程之外對(duì)CD的進(jìn)一步精確控制，增強(qiáng)了工藝穩(wěn)定性和可控性。

2 實(shí)驗(yàn)

一般地，半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)過程中對(duì)CD波動(dòng)控制在5%以內(nèi)，即不同機(jī)器之間生產(chǎn)的產(chǎn)品的CD差異不能大于5%。為了只研究顯影流程對(duì)CD的影響，我們對(duì)Photo process進(jìn)行了分割，將光刻膠涂布與曝光步驟固定不變，而選擇不同的顯影機(jī)臺(tái)進(jìn)行CD的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。結(jié)果見圖1：我們發(fā)現(xiàn)，不同的顯影機(jī)臺(tái)對(duì)CD波動(dòng)的影響就在5%左右，已經(jīng)大大超出了工藝生產(chǎn)的要求，深入的研究和改善迫在眉睫。

進(jìn)一步地，我們對(duì)顯影過程進(jìn)行剖解，將其拆分為前烘，顯影，后烘三步[3]，測(cè)定單一實(shí)驗(yàn)條件的變動(dòng)對(duì)CD的影響來(lái)找出哪一步是影響CD的主要因素。如表1所示：選定兩個(gè)機(jī)臺(tái)A與B，單獨(dú)經(jīng)由A與B顯影的時(shí)候CD相差20nm，但是若由機(jī)臺(tái)A前烘后烘再由機(jī)臺(tái)B顯影，則差異幾乎消失，從而認(rèn)定顯影為影響CD的主要因素。

找出差異步驟之后，我們對(duì)兩個(gè)機(jī)臺(tái)A與B顯影過程中的各項(xiàng)可能影響CD的參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，在比較了溫度，空氣流量，水流量及顯影液流量之后，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)機(jī)臺(tái)間唯一的差異就來(lái)自于顯影液流量的差異。如表2所示，在溫度，氣體，水流幾乎一致的情況下，顯影液的流量差異大到50左右，占總流量的4%，與之前觀察到的5%CD波動(dòng)相近，應(yīng)為主要影響因素。

3 分析

找到不同顯影機(jī)臺(tái)之間的差異后我們發(fā)現(xiàn)，主要的影響因素來(lái)自于顯影步驟，而顯影步驟中最主要的影響因素又來(lái)自于顯影液流量。事實(shí)上，分析顯影過程中的四個(gè)影響因子：顯影液流量，水流量，排氣量及溫度可知。

3.1 溫度

溫度為半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中最重視的因素之一，默認(rèn)為22度室溫恒溫的條件。在實(shí)際生產(chǎn)中由于排氣量的因素可能會(huì)有微小波動(dòng)，但由于所有工藝都對(duì)溫度有嚴(yán)格要求，且其他步驟（如曝光）對(duì)溫度的溫度性要求更高，故溫度不會(huì)是在顯影步驟影響CD的主要因素。

3.2 排氣量

排氣量代表的是半導(dǎo)體生產(chǎn)中的另一個(gè)影響因素：空氣壓力P。不同的氣壓會(huì)對(duì)溶解性產(chǎn)生影響，但與溫度類似，在photo工藝中，壓力影響更大的是曝光步驟，壓力對(duì)曝光時(shí)焦距的影響可精確至1帕斯卡。而在顯影過程中，經(jīng)過實(shí)測(cè)，不同的排氣量對(duì)chamber內(nèi)壓力的影響幾乎不大，可以認(rèn)為壓力近似一致。

3.3 水流

水流是顯影過程中必不可缺的環(huán)節(jié)，顯影本身是一個(gè)酸堿中和的反應(yīng)，酸堿中和之后的反應(yīng)物就是藉由水流沖走，從而達(dá)到顯影的目的。但是根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，水流的流量和流速主要是影響顯影反應(yīng)生成物的殘留，高速的水流可以更好的去除酸堿中和的產(chǎn)物，而不會(huì)去影響酸堿中和反應(yīng)的進(jìn)行，從而微小的水流量差異是不會(huì)對(duì)CD造成影響的。

3.4 顯影液流量

顯影液的注入量會(huì)直接影響到酸堿中和反應(yīng)的快慢以及反應(yīng)的充分程度，而注入量就是受顯影液流量影響的，大的顯影液流量會(huì)使晶圓表面累積更多的顯影液，從而使反應(yīng)更充分，使CD線寬更小。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過實(shí)驗(yàn)排除了顯影過程中烘烤對(duì)CD的影響，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定了顯影這一步驟為整個(gè)顯影工藝過程中對(duì)CD影響最大的環(huán)節(jié)。列舉顯影工藝相關(guān)控制參數(shù)（溫度，壓力，水流。），找出了影響CD的最大因素：顯影液流量。由此，我們可以得出結(jié)論，只要將顯影液的流量控制在一致的水平，就可以避免不同顯影機(jī)臺(tái)之間的CD差異，從而可以更好的控制CD，使CD更加的穩(wěn)定。

致謝

本課題在選題及研究過程中得到部門經(jīng)理，副經(jīng)理的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，他們嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笞C精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，部門經(jīng)理都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，在此表示深深的感謝。

參考文獻(xiàn)：

[1]Jansen，R. Gronheid，E. Hendrickx，Lithography Options for the 32nm Half Pitch Node and Beyond，978-1-4244-2018-6/08/$25.00 ？2008 IEEE.

[2]Michael Quirk，Julian Serda。 Semiconductor Manufacturing Technology.韓澤生等譯，電子工業(yè)出版社.2009（7）：310-314.

[3]簡(jiǎn)祺霞，王軍，袁凱，蔣亞東.光刻工藝中關(guān)鍵流程參數(shù)分析[J].微處理機(jī)，2011（6）：14-15.endprint