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1、光掩膜版的贮存环境也影响了掩膜版残余污染物水平,即使没有光子曝光。这些水平是根据 晶圆厂在不同地点储存的样本的累积残留污染物量化的,并使用离子色谱法进行测量。一个 月后,晶圆厂的硫酸和氨水平是掩膜版刚离开掩膜工厂时(图4)的3-4倍。这些残留物从 光掩膜版周围的空气中吸附而来(空气分子污染物AMC)。因此,需要改善光掩膜版的环 境。在我们加速曝光试验台的测试结果显示了多种形成硫酸铵的方式7-9。它发生在晶圆曝光和 贮存期间,那里存在氨和硫酸根。客户反馈表明,在贮存和曝光期间实施AMC过滤,大大 提高了光掩膜版的寿命和可靠性。大气相似物,给光掩版膜雾状缺陷的形成,特别是硫酸铵 (见表2),提供了
2、模型。大气雾状缺陷是由颗粒的光散射造成的,就像雾状缺陷影响镜头或掩膜版一样。大气中约 50%的微小颗粒物含有硫酸铵,主要来自空气中二氧化硫(SO2)和氨10。二氧化硫来源于 自然活动(火山活动,浮游植物排放)和人为活动(化石燃料燃烧),并排放到大气中。氨 是一种自然生物代谢物。结合太阳光的能量,臭氧和水蒸汽,气态硫酸铵在大气上层形成, 然后迅速沉淀,形成微粒。这些相同的AMC出现在掩膜版周围,193nm光子提供能源,推 动硫酸铵形成。二氧化硫和氨的大气浓度,随区域和季节变化很大11,所以控制这些污染 物的挑战,因晶圆厂和时间而异。硝酸铵是第二种大气中最常见的无机微粒,形成机制与硫 酸铵相似。羧
3、酸是大气中最常见的有机微小颗粒,而草酸是最常见的一种羧酸12。有机雾状缺陷是发生在掩膜版第一次曝光期间的常见小缺陷。缺陷密度刚开始很高,但随着 额外曝光而下降。该缺陷尺寸通常小于光刻技术可印刷的尺寸,但是它会影响成品率。烟雾 是有机雾状缺陷最好的相似物。空气中挥发性有机化合物,结合存在的紫外线(UV)辐射 和臭氧,形成有机化合物,并沉淀形成大气颗粒物。对于光掩膜版,有机化合物的来源是薄 膜和贮存盒材料,以及晶圆厂中与工艺有关的材料。样板的硫酸铵测试证实,掩膜版贮存在 晶圆厂无曝光条件下,有机污染物水平有很大程度的升高。这些测试还显示了来自薄膜和掩 膜包装的逸气材料。包装供应商减少了它们的数量,
4、但是还需要进一步减少,特别是要改善 光掩膜版存储货架和容器。在一个大的晶圆厂里管理雾状缺陷,是一个关键性问题。雾状缺陷检测通常发生在掩膜版检 查期间,最糟的结果会导致成品率损失。因为,雾状缺陷是193nm自身的问题,有很多工 厂都实施了一系列的遏制行动,例如基于时间或曝光的掩膜版检查13。可疑的掩膜版被返 回到掩膜工厂清洗,这对于晶圆厂只是一个后勤问题。为了保持生产线运作,同一层常常使 用多个掩膜版,这增加了成本和复杂性。传统的掩膜检查并不能充分表征掩膜版用户看到的雾状缺陷类型。通常情况下,掩膜版必须 迅速清洗,并采用一层新薄膜保护,然后退还给晶圆厂。这就限制了分析缺陷、了解根源并 且制定矫正
5、措施的能力。因为每一种雾状缺陷有其独特的化学成份,需要使用一些技术确定 缺陷类型(表3)。无论飞行时间(TOF) - SIMS和微拉曼光谱技术,在微米/近亚微米范围内 提供空间分辨率,以帮助确定缺陷化学性。随着较小缺陷变得越来越重要,需要新技术来确 定分子结构。先进掩膜清洗技术 为了防止在ArF掩膜版上形成硫酸铵雾状缺陷,光掩膜行业开始从传统的Piranha化学液转 移到无硫酸盐光刻胶剥离和最后清洗工艺,包括臭氧水(10-100pmm臭氧),氢化水(1-10 百万分之一氢气,补充少量的NH4OH,以维持PH值),氧等离子体和172nm紫外线曝光。 图5显示了硫基和无硫工艺的典型剥离和清洗流程1
6、4,15。最先进的掩膜版剥离/清洁系统采 用单基板和旋喷结构,能够获得最高洁净度。这种转变带来了重大的技术挑战。臭氧水(O3:H2O)通过化学反应去除有机污染物,但是 剥离速度比较缓慢。通常使用高温加速化学反应,简单地分解臭氧。因此,O3:H2O可以清 除有机薄层,但不适合剥离大块的光刻胶,尤其是厚的光刻胶边缘球状物或通过干法刻蚀硬 化的光刻胶。延长的O3:H2O曝光会损害铬层的顶部透层,必须优化臭氧浓度,以提供一个 合理的光刻胶剥离速率,而不造成损害。为了拓宽操作窗口,光刻胶剥离工艺可能需要一个 等离子体剥离过程,以消除大部分光刻胶,留下一个薄的光刻胶层由O3:H2O(可能需要172 nm
7、UV曝光帮助)去除。薄膜替换带来另外一个去除厚有机物的问题是,薄膜胶粘剂可以相 当顽强,并可能要求溶剂或Piranha才能完全去除。当O3:H2O的有机物去除速率缓慢时,对于最后清洗,是一个很小的问题时,其他技术(例 如,高温去离子水冲洗,烘培或172nm紫外线),可用来减少硫酸水平。热去离子水是最有 效的替代方法,虽然比不上采用O3:H2O替代Piranha那么有效。当可容许的缺陷尺寸随着每一个工艺节点降低时,必须增加力度以去除最小缺陷。因为SRAF, 尤其是散射条,大约和最大允许缺陷具有相同尺寸,避免SRAF破坏是很重要的,同时最大 化PRE。兆声辅助清洗(主要是先进掩膜版清洗机的喷射),
8、经常被用来增加PRE,兆声辅 助会损害小尺寸线条。较高兆声频率(通常约为3 MHz)比较低频率(1 MHz)搅动,产生 更小的气蚀微粒和较小的崩溃力,但需要牺牲PRE。清洗设备供应商,拥有几个先进技术, 以保持PRE,同时SRAF损害最小(双频率,背面兆声应用和倾斜喷雾角)。使用单基板自旋/喷雾清洗系统需要面对其它在槽式清洗机中没有出现的挑战。掩膜版的边 缘可能聚集有机污染物,这些污染物由于化学曝光低而难以消除。解决办法之一就是在灰化 过程中联合聚乙烯(PVG)和O3:H2O或等离子体,直接洗刷这些区域。当掩膜版背面没有 暴露于清洗化学液时,系统将翻转掩膜版以清洗双面。同时,利用热去离子水冲洗
9、背面也是 可行的。共同的问题,共同的答案准备和维持一个无缺陷光掩膜版的挑战,是值得考虑的。交送的掩膜版表面化学性必须是足 够干净的,以忽略表面对雾状缺陷形成的影响。除了掩膜版制造工具,晶圆厂必须拥有在掩 膜版使用寿命期间保持它处于原始状态的设备和控制系统。这种系统在典型的晶圆厂还没有 完全到位;事实上,克服其中一些挑战的商业解决方案也尚未得到开发。这里有许多因素和机制导致掩膜版上形成雾状缺陷。不仅要保护光掩膜版免受微粒影响,还 要保护它不受自然发生的AMC影响。大多数光刻供应链共同负责制订并实施雾状缺陷减弱 程序。除了掩膜和晶圆制造商,掩膜包装贮存和光刻设备的供应商,都可以帮助提出成功的 解决
10、方案,并从中受益。一些半导体制造商已经采取了一种全面的方法,通过和不同的供应 商协作管理雾状缺陷,已经显著改善掩膜版寿命13。为了解决他们所面临的挑战,掩膜清洗设备供应商和掩膜版制造商也必须紧密合作。为了最 大限度提高PRE,同时又尽量减少图形损伤,物理性质损失和残余分子污染,需要先进的洁 净室及检查和分析设施,这些一般在清洗设备供应商是不适用的,而事实上也只存在于少数 的主要光掩膜制造商。因此,成功的合作伙伴关系对于可持续的成功掩膜清洗解决方案是至 关重要的。在掩膜版的整个寿命周期内,都必须控制它的周围环境,无论是在扫描镜头下还是晶圆厂光 掩膜版存储货架。因此,光掩膜储存和运输所用的储存物和
11、设备需要一个低出气环境。监测 系统应确保,在发生掩膜污染之前检测AMC执行情况。令人欣慰的是,商业掩膜版存储和 AMC控制产品也开始出现了 16,17,包括低出气材料,增强的AMC过滤和净化性能,和实 时监控仓库的大气环境,它保证将无机和有机污染减少到可以接受的水平。过去,扫描镜头的AMC过滤侧重于保护化学放大胶,但是ArF扫描镜头的引入已经表明掩 膜版的环境必须严格控制。同样,过去的掩膜检查仪器也没有对掩膜版提供任何AMC保护。 最近推出的257nm掩膜检测设备面临着雾状缺陷的问题,类似于KrF扫描镜头出现的问题, 但是还有一个附加因素:检查设备的光子通量极高,在没有环境和束曝光控制的情况下
12、,可 以在很短的时间内沉淀雾状缺陷。将要使用亚200nm波长的新一代掩膜检查设备,需要加 强环境控制,防止掩膜和光学系统退化。为了制造和维持一种清洁无缺陷的掩膜版,所有的供应链需要协同工作。这种做法比分离做 法(无可避免地冗余)更具有成本效益。掩膜版寿命受到雾状缺陷的限制发布日期:2007-12-21 22:08:00 来源:半导体国际 作者:21世纪新能源 浏览次数:512半导体国际雾状缺陷(Haze defect)是残留在掩膜版上的有机物或无机物,它们在曝 光时有可能会生长变大。在光刻波长为248 nm时,这类缺陷尚不会引起太大的问题,大约 只影响到5%的掩膜版。然而到了 193nm光刻,
13、受其影响的掩膜版高达20%左右,雾状缺陷 已成为光刻业界的一个严重问题。KLA-Tencor掩膜检查部门的高级技术市场经理Kaustuve Bhattacharyya解释说:“由于光刻波长变短,每个光子携带的能量更大,所以发生光化学 反应的几率大为增加。”雾状缺陷对成品率的影响方式主要有两种。通常,雾状缺陷会生长到足够大小而成为一 个点缺陷,然后被光刻印制到晶圆上。另一种比较少见的方式是,雾状缺陷会影响光透过掩 膜版的传输,从而引起特征尺寸(CD)的变化。当掩膜版上的污染最终达到无法接受的程度 时,就需要进行“保护膜再覆盖(repell)”工艺,即先去除原有的保护膜(pellicle), 清洗
14、掩膜版,再覆盖一层新的保护膜,然后将掩膜版送回生产线。这种工艺不但成本很高, 清洗效果一般并会缩短其使用寿命。有经验的晶圆厂会跟踪记录用给定掩膜版进行曝光的晶圆数目,然后定期检查掩膜版上 的雾状缺陷,以降低其影响。Toppan Photomasks公司CTO Franklin Kalk介绍说:“可能不管有没 有发现雾状缺陷,他们都会进行repell工艺(取出、清洗、再覆盖保护膜)。更老练的晶 圆厂会跟踪记录掩膜版的累积曝光剂量,如果达到设定的总剂量值或累积工作时间就取出掩 膜版进行检查。”最经常出现的雾状缺陷共有三类。最早被发现且最常见的雾状缺陷是硫酸铵,它的来源 是光刻胶剥离和清洗工艺之后残
15、留的污染物,而且受到掩膜版的储藏条件和工作环境的影响。 第二类雾状缺陷是羧酸和草酸铵等各种草酸。Kalk说:“这类缺陷一般只出现在少数几个 晶圆厂内,原因尚不清楚。”第三类是有机物缺陷,它们往往很小,来源是保护膜、封装材 料和储藏/曝光设备内的挥发性有机碳(VOC)。掩膜版寿命i 。 浦 H * 十 14 iiMlBtllB图L很难预倒撞膜版的便用寿南.用于播尴层的嵌入相 粉搐腹任湖)数据表明,在L如n装长下,雪段怏路 醯实会强烈影响掩膜版寿命一来KLA-TfiJictir据Kalk所说,掩膜版的使用寿命会在很大的范围内变化(图1),介于1000到50,000 个曝光晶圆计数之间。图1中那些寿
16、命较短的掩膜版曾进行过repell工艺。以前的工艺使 用含硫的Piranha溶液,所以必须设法去除其中的硫成分。办法是通过加入氢氧化铵来得到 硫酸铵,然后将硫酸铵清洗干净。但即便这样做仍然无法去除二氧化硫,二氧化硫可能会与 掩膜版发生化学结合,也可能会与铬或钼的硅化物发生物理结合。更好的清洗技术是使用氢 化的水、含臭氧的水或热水,它们有助于降低残留物的浓度。另一个发展方向是无硫工艺。虽然无硫工艺存在的问题是对残留物的去除效果不如光刻胶等物质,但是它还算勉强可用。图2.为了检测零状缺陷,占用充刻设备避 行晶圆植查所付出的品嵋厂生产力代价。来麟 i KLft-Tencor)掩膜版上雾状缺陷的主要检查方法包括直接检查掩膜版和图像鉴定(检查晶圆上的光刻 图形)。最近,KLA-Tencor和Toshiba 一起研究了这两种方法的成本。比较结果表明,由 于晶圆检查的早期预警效果不好,所以需要提高检查的频率(图2