減少底部抗反射涂層BARC的缺陷：對優(yōu)化與分離過濾過程和打膠過程的研究

樸勇男　張晨陽　邢栗　李慶斌

【摘? 要】半導(dǎo)體器件制造業(yè)是當(dāng)今世界上最清潔的制造業(yè)之一。在當(dāng)今最先進(jìn)的晶圓廠當(dāng)中，所有的物質(zhì)都被過濾到最小的粒徑。這種做法對氣體來說是相當(dāng)容易的，但是過濾液體時(shí)相對較難，特別是光化學(xué)物質(zhì)，如底部抗反射涂層（BARC），過濾器可能會(huì)出現(xiàn)堵塞、過濾速率下降的問題，進(jìn)而導(dǎo)致通過過濾器的壓降增加，或者過濾器退化。論文采用三種不同的底部抗反射涂層，基于泵中的不同粒徑的過濾介質(zhì)，并分別采用不同的速率，研究打膠過程和過濾過程的相互作用。

【Abstract】Semiconductor device manufacturing industry is one of the cleanest manufacturing industries in the world today. In today's most advanced fabs， all materials are filtered to the smallest particle size. This method is quite easy for gas， but it is relatively difficult to filter liquid， especially for photochemical substances， such as bottom anti-reflective coatings （BARC）. The filter may be blocked and the filtration rate will decrease， which will lead to the increase in the pressure drop through the filter or deterioration of the filter. The paper uses three different bottom anti-reflective coatings， based on the filter media with different particle sizes in the pump， and uses different speed rates to study the interaction between the gluing process and the filtration process.

【關(guān)鍵詞】底部抗反射涂層（BARC）;缺陷;過濾器;打膠

【Keywords】bottom anti-reflective coatings （BARC）; defects; filter; gluing

【中圖分類號(hào)】TN305.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2021）04-0194-03

1 引言

集成器件制造商（IDM）對刻蝕后和涂膠后的缺陷極為挑剔。任何缺陷都可能導(dǎo)致器件失效，這將為設(shè)備制造商造成經(jīng)濟(jì)損失。器件制造過程涉及非常多的步驟，晶圓表面缺陷為零極為困難，因此，設(shè)備制造商展開了大量的研究工作，致力于將缺陷減少到最小。缺陷可能由很多的因素引起，例如，BARC涂層缺陷受打膠過程影響，包括打膠時(shí)的晶圓轉(zhuǎn)速、打膠量、打膠速率等。通常情況下，集成器件制造商會(huì)在涂膠機(jī)上增加一個(gè)額外的過濾模塊，用以盡量將BARC缺陷降至最少。

傳統(tǒng)型號(hào)的膠泵，在打膠的同時(shí)液體被過濾器過濾，這意味著液體的過濾速率與打膠速率相同。對于孔徑較大的過濾器來說這不是一個(gè)問題，然而，當(dāng)今使用的過濾器孔徑為0.01μm或更小，可能就會(huì)出現(xiàn)一定的問題，會(huì)導(dǎo)致過度壓降，在打膠時(shí)出現(xiàn)不連續(xù)的現(xiàn)象。現(xiàn)在的泵被設(shè)計(jì)成過濾過程和打膠過程處于分離狀態(tài)。現(xiàn)在的泵相當(dāng)于將兩個(gè)泵安裝在一起，過濾泵會(huì)為打膠泵提供一個(gè)小儲(chǔ)液罐，這個(gè)儲(chǔ)液罐是在不打膠時(shí)被填充滿的。在這種情況下，過濾泵就可以用不同于打膠速率的其他速率來過濾液體，而且可以使用孔徑極小的過濾器去除最小的雜質(zhì)污染物，保持低壓降通過過濾器，提高過濾效率。

隨著泵的靈活性增加，集成器件制造商在打膠過程設(shè)置時(shí)必須考慮另外一種因素。也就是說在給定一個(gè)特定的過濾器孔徑時(shí)，最有效的過濾速率是多少？過濾速率取決于液體嗎？實(shí)驗(yàn)中，采用不同的BARC材料進(jìn)行不同的過濾速率來回答這些問題。結(jié)果表明，過濾速率和過濾器孔徑對膜層缺陷密度有顯著影響，而打膠時(shí)晶圓速度和打膠時(shí)間所發(fā)揮的作用較小。

2 實(shí)驗(yàn)過程

本文選擇DUV112、ARC29A和DUV42P這三種BARC進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其分子量不同。測試使用英特格IntelliGen2型號(hào)的電動(dòng)泵（如圖1所示），搭載在沈陽芯源FT-300涂膠顯影機(jī)平臺(tái)上。使用0.39μm精度的KLA-Tencor缺陷量測工具進(jìn)行晶圓上涂層缺陷檢測。測試計(jì)劃包括兩個(gè)步驟：第一個(gè)是在泵上安裝一個(gè)0.05μm的UPE過濾器，然后，進(jìn)行一個(gè)設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)，分析確認(rèn)最低的缺陷密度涂層;第二步是換成其他粒徑的過濾器，改變過濾速率并保持打膠過程不變。實(shí)驗(yàn)是基于過濾過程和打膠過程可以被視為相互獨(dú)立的過程。

設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)使用了四個(gè)因素，即過濾速率、打膠量、打膠時(shí)間和打膠時(shí)晶圓速度，表1列出了為每個(gè)因素選擇的范圍，表2列出了用于測試的過濾器和過濾速率。

3 結(jié)果和分析

3.1 打膠過程

對于三種BARC材料，每種都具有不同的最佳打膠過程，所以每種BARC都在不同的打膠過程下進(jìn)行，模擬結(jié)果表明了這一點(diǎn)。對于化學(xué)組成相似但分子量不同的DUV112和DUV42P，打膠時(shí)晶圓速度要求很高，大約需要4000轉(zhuǎn)/min，而ARC29A需要大約3000轉(zhuǎn)/min。除了DUV112外，打膠時(shí)間和打膠速率對涂層缺陷密度影響較小。

在本文的DOE模型中，過濾過程和打膠過程可以被視為相互獨(dú)立的過程。這將允許對過濾器類型和孔徑進(jìn)行進(jìn)一步的測試，并可改變過濾速率，只影響晶圓的缺陷密度。對于DUV42P來說，DOE實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明0.05μm UPE過濾器的過濾速率應(yīng)該具有需求很高，以達(dá)到最低的缺陷密度，這是與預(yù)期相反的。ARC29A的結(jié)果表明，過濾速度越慢缺陷密度越低。而對于DUV112來說，過濾速率的影響較為輕微。圖2顯示了3種BARC在不同因素作用下的缺陷密度結(jié)果。

3.2 過濾器測試

一旦確定了涂膠工藝過程，就可以開始進(jìn)行該試驗(yàn)的第二部分。在此過程中，打膠過程保持不變，過濾介質(zhì)、過濾粒徑大小、過濾速率變化。這個(gè)測試將有助于讓人們了解與過濾介質(zhì)、孔徑或過濾速率有關(guān)的趨勢。一旦數(shù)據(jù)被收集和分析，結(jié)果將會(huì)表明，這些趨勢具有BARC特性和過濾器特性。DUV112的趨勢是隨著過濾孔徑的變化而變化的。較小的過濾器孔徑會(huì)使缺陷密度降低，與過濾速率無關(guān)，如圖3所示。這結(jié)論表明DUV112分子結(jié)構(gòu)決定它容易通過較小的孔徑，過濾速率是DUV112一個(gè)影響較弱的因素，如圖4所示。在0.1ml/s的過濾速率時(shí)缺陷密度最大。如圖5和圖6所示，過濾介質(zhì)在DUV42P中扮演著令人出乎意料的角色。這里的0.02μm PCM過濾器可以得到最低的缺陷密度。DUV42P是一種高分子量的BARC，表明PCM型過濾器更容易使DUV42P通過過濾器。數(shù)據(jù)也顯示出增加過濾速率可以減少缺陷的趨勢。這些數(shù)據(jù)也支持了壓降是降低DUV42P缺陷的一個(gè)重要因素，對于DUV42P來說，需要一個(gè)最佳壓降來使缺陷維持在最低水平。通過保持較高的過濾速率，聚合物的形狀可以變形，以推動(dòng)通過過濾器。

4 結(jié)論

過濾器過濾液體時(shí)會(huì)相對困難，因?yàn)樾纬删酆衔锏姆肿哟笮∨c過濾器的孔徑尺寸接近。因此，過濾器可能會(huì)堵塞、過濾速率可能會(huì)下降，通過過濾器的壓降可能會(huì)有所增加，或者過濾器可能出現(xiàn)退化現(xiàn)象。這些情況會(huì)導(dǎo)致BARC到達(dá)晶圓前發(fā)生化學(xué)變化，形成微氣泡和凝膠顆粒。本文為了研究這些可能的相互作用，在機(jī)臺(tái)上安裝了英特格電動(dòng)泵，跟蹤查看打膠過程和過濾過程是否會(huì)對BARC的缺陷產(chǎn)生影響。采用型號(hào)為DUV112、ARC29A和DUV42P的BARC，通過泵中的不同粒徑的過濾介質(zhì)，并分別采用不同的速率，用以研究打膠過程和過濾過程的相互作用。這種英特格電動(dòng)泵能夠獨(dú)立控制BARC的打膠過程和過濾過程。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了不同影響參數(shù)，如打膠速率、過濾速率、打膠量等，這樣人們就會(huì)知曉泵的整套系統(tǒng)對BARC膜層的影響，并且可以得到最優(yōu)的條件來形成最潔凈的BARC膜層。結(jié)果表明，過濾速率和過濾器孔徑對膜層缺陷密度有顯著影響，而打膠時(shí)晶圓速度和打膠時(shí)間所起的作用較小。過濾過程和打膠過程彼此分離的泵會(huì)減少晶圓缺陷。這為集成器件制造商提供了更多的減少缺陷和提高良率的選擇，但是缺點(diǎn)是需要更多的設(shè)置步驟來確定得出最佳的過程。

【參考文獻(xiàn)】

【1】金敏，王芳.晶圓表面光刻膠的涂覆與刮邊工藝的研究[J].機(jī)械管理開發(fā)，2020（11）：55-56.

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