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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
