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(guī)模集成電路芯片生產(chǎn)最重要的元件之一。在掩模的生產(chǎn)制作過程中，主要有曝光—顯影—量測(cè)—刻蝕—量測(cè)—去膠—量測(cè)—檢驗(yàn)—修補(bǔ)—清洗—貼膜等工序。其中，顯影、刻蝕和去膠后的量測(cè)是為了監(jiān)測(cè)掩模圖案指定區(qū)域的線條寬度（CD）值與設(shè)計(jì)值之間的差別，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控掩模的制造工藝，保證掩模生產(chǎn)質(zhì)量。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，掩模孤立區(qū)域的接觸孔經(jīng)過顯影之后量測(cè)值（ADI）往往會(huì)比設(shè)計(jì)值偏大。針對(duì)這種現(xiàn)象，本文主要研究了通過優(yōu)化線條偏差（CD Bias）、顯影流量（flow）、顯影時(shí)間（time）、落點(diǎn)、烘烤（Baking）等參數(shù)，從而達(dá)到改善ADI 偏大的問題。

1 實(shí)驗(yàn)

通過選取孤立區(qū)域接觸孔為3 μm 的圖案來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，此掩模圖案是由8 個(gè)相同圖形重復(fù)排列組成。選取6 片工程片來進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)。對(duì)6 片工程片進(jìn)行編號(hào)：1#、2#、3#、4#、5#、6#。1#片進(jìn)行未做任何參數(shù)修正的實(shí)驗(yàn)；2# 片進(jìn)行CD Bias 修正的實(shí)驗(yàn)；3# 片進(jìn)行顯影機(jī)的顯影流量、顯影時(shí)間、落點(diǎn)等參數(shù)修正的實(shí)驗(yàn)；4#、5# 片進(jìn)行Baking修正的實(shí)驗(yàn)；6#片進(jìn)行CD Bias、flow、落點(diǎn)、Baking 等參數(shù)綜合修正的實(shí)驗(yàn)。

在實(shí)驗(yàn)的過程中，6 片實(shí)驗(yàn)片的流程相同，除了針對(duì)每片修正參數(shù)不同外，其余工藝參數(shù)都相同，經(jīng)過顯影之后選取的量測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)也一樣，具體實(shí)驗(yàn)如下。

1.1 未做參數(shù)修正的顯影實(shí)驗(yàn)

1#片進(jìn)行未做任何參數(shù)修正的實(shí)驗(yàn)。其按照正常流片程序經(jīng)過曝光、顯影之后進(jìn)行量測(cè)，具體量測(cè)結(jié)果如表1 所示，孤立接觸孔光學(xué)顯微鏡下實(shí)物圖像及檢測(cè)設(shè)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(xué)顯微鏡下實(shí)物圖像

圖2 檢測(cè)設(shè)備檢驗(yàn)結(jié)果（die to database）

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們可以看出，沒有經(jīng)過任何參數(shù)修正的孤立接觸孔顯影之后的量測(cè)值比設(shè)計(jì)值偏大250～1000 nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出線條容差范圍（CD Tolerance）。

1.2 CD Bias 參數(shù)修正的顯影實(shí)驗(yàn)

2#片進(jìn)行CD Bisa 修正的實(shí)驗(yàn)。參考表1 的實(shí)際量測(cè)值，通過6 種CD Bias 值對(duì)掩模8 個(gè)圖案中的6 個(gè)進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化，其余2 個(gè)圖案不變化。然后經(jīng)過曝光—顯影之后進(jìn)行量測(cè)，具體的量測(cè)值見表2。

表2 2# 片孤立接觸孔ADI

從表2 可以看出，經(jīng)過CD Bias 修正的孤立接觸孔，可以很好地改善顯影之后量測(cè)值偏大的現(xiàn)象。不過此種做法增加了數(shù)據(jù)處理的難度，需要消耗大量的人力和設(shè)備，在bias 處理上，不適用于大生產(chǎn)。另外此種方法也有局限性，如果缺陷數(shù)量過多的話就不能進(jìn)行CD Bias 修正了。

1.3 顯影機(jī)流量等參數(shù)的修正實(shí)驗(yàn)

3# 片進(jìn)行顯影機(jī)流量、時(shí)間、落點(diǎn)等參數(shù)修正的實(shí)驗(yàn)。3# 實(shí)驗(yàn)片經(jīng)過曝光之后，在顯影的過程中，優(yōu)化顯影機(jī)的顯影流量、顯影時(shí)間、落點(diǎn)（具體參數(shù)修正見表3 所示）。然后再進(jìn)行量測(cè)，具體的量測(cè)值如表4 所示。

表3 3# 片孤立接觸孔ADI

表4 顯影機(jī)落點(diǎn)、流量等參數(shù)調(diào)整情況

從表4 我們可以看出，修正顯影機(jī)顯影參數(shù)，對(duì)部分CD 值的改進(jìn)有一定幫助，但還是不能達(dá)到線條容差值的范圍，不能滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。

1.4 增加Baking 的顯影實(shí)驗(yàn)

4#、5#片進(jìn)行Baking 參數(shù)修正的實(shí)驗(yàn)。4#片在掩模曝光之后顯影之前，增加一Baking 過程：119.5℃，5 min。經(jīng)過顯影之后進(jìn)行量測(cè)，其具體量測(cè)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(xiàn)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(jīng)過顯影之后進(jìn)行量測(cè)，其具體量測(cè)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(shí)間對(duì)CD改善不大。

1.5 所有參數(shù)綜合修正的顯影實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)五：6# 進(jìn)行CD Bias（按一固定值對(duì)所有的孤立接觸孔進(jìn)行統(tǒng)一修正，減少數(shù)據(jù)處理難度和時(shí)間）、顯影機(jī)flow、time、落點(diǎn)、壓力值、Baking等參數(shù)修正的實(shí)驗(yàn)。6# 片經(jīng)過曝光之后，按照左右參數(shù)優(yōu)化值進(jìn)行顯影，然后再進(jìn)行量測(cè)，具體量測(cè)值如表7 所示。

表7 6 # 片孤立接觸孔ADI

從表7 可以看出，經(jīng)過上述參數(shù)的優(yōu)化之后，接觸孔的量測(cè)值與設(shè)計(jì)值的差值在容差范圍內(nèi)。因此，通過優(yōu)化CD Bias、顯影機(jī)的顯影流量、顯影時(shí)間、落點(diǎn)、增加烘烤過程可以顯著地改善孤立接觸孔顯影之后量測(cè)值偏大的問題。

2 結(jié) 論

大規(guī)模集成電路芯片的缺陷對(duì)其后續(xù)電路的性能影響非常大，現(xiàn)在社會(huì)對(duì)芯片的質(zhì)量要求非常高。質(zhì)量合格的掩模是集成電路芯片生產(chǎn)的前提。本文通過實(shí)驗(yàn)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(dǎo)掩模的實(shí)際生產(chǎn)，保證掩模的生產(chǎn)質(zhì)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(zhǔn)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.