深紫外线曝光光罩结晶状缺陷的生长机理和预防

摘要

半导体制造工艺一直遵循摩尔定律向前发展，光刻工艺的应用让半导体制造在大直径晶圆、小关键尺寸、高套刻精度、生产高效率和低成本的商业模式下快速前进。光刻工艺中反复使用的光罩容易在表面长出微小结晶状颗粒，这些微小颗粒在曝光时可能被转移到晶圆上形成图形缺陷，引起晶圆良率降低。特别是近几年193nm深紫外线激光光刻机的大量应用，光罩结晶状缺陷引起的良率损失较之前有显著的增加，光罩结晶状缺陷造成的良率损失成了光刻工艺工程师的重大挑战。其生长原因和预防成为光刻工艺中必须立即改善的重要课题。
　　光罩结晶状缺陷的成分分析表明，其主要成分为NH4+，SO42-，Cl-等。从公开发表的文献和实验结果中可知，光罩清洗工艺中吸附在光罩表面的微量SO42-，NH4+甚至环境中的NH4+、Cl等离子在193nm波长曝光激光的照射下活性增加，从而发生酸、碱化学反应生成结晶态化合物。光罩结晶状缺陷的产生和发生频率与光罩材料、光罩制作工艺和清洗流程密切相关;与晶圆尺寸、曝光波长、光刻工艺因子、光罩存储环境甚至使用习惯等密切相关。而晶圆尺寸、曝光波长、光刻工艺因子是半导体制造技术发展的主流和趋势。因此光罩结晶状缺陷的解决方案重点放在改进光罩清洗工艺、改善光罩使用、存储环境和改进光罩使用方式上。
　　本文通过改进光罩清洗工艺从传统的酸、碱清洗工艺到无酸、碱清洗工艺，以降低光罩表面化学离子粘附。提出采用超纯干燥空气对光罩使用、存储微环境的改进方案，提出“排队-等待时间(Queue-Time)”功能来管理光罩离开光刻机和存储保护架的时间，进一步提高超纯干燥空气保护的效果。该方案比改善光刻区大环境有明显、稳定的效果，维护费用也大幅度降低。根据光罩结晶状缺陷的形成原理和生长特性优化193nm深紫外线曝光光罩的检测方式和检测频率，在保证光罩品质的同时减少对光罩缺陷检测设备的需求。结合晶圆曝光工艺特性和晶圆图形缺陷检测技术，开发光罩结晶状缺陷检测的替代方案，不仅具有检测速度快、效率高、及时有效等特点，而且大幅度降低光罩缺陷检测机的费用支出，上述改进减少光罩结晶状缺陷对晶圆产品良率的影响，也为光罩品质的持续改善打下了良好的基础。
　　本文针对光刻工艺中193nm深紫外线曝光光罩结晶状缺陷问题。找到其产生原理，并结合半导体生产实际，从改善效果和实施成本等方面综合考虑，最后提出符合晶圆厂需求的光罩结晶状缺陷解决方案。

目录

声明

摘要

引言

第一章 光刻、光罩的基本原理及概述

第一节 论文课题背景

第二节 光刻技术的发展

第三节 光罩基本结构和功能介绍

第四节 光罩在光刻中的作用和光罩技术发展

第二章 光罩结晶状缺陷的形态和成因分析

第一节 光罩结晶状缺陷的定义

第二节 光罩结晶状缺陷的成分

第三节 光罩结晶状缺陷的形成机理分析

2．3．1 光刻工艺参数K1

2．3．2 晶圆尺寸的限制

2．3．3 光罩曝光波长的影响

2．3．4 光罩制作工艺的影响

2．3．5 光罩存储环境、使用方式的影响

第三章 光罩结晶状缺陷的预防和检测

第一节 光罩使用环境的改进

3．1．1 光刻工作区域环境的改善

3．1．2 光刻机内部环境的改善

3．1．3 光罩缺陷检测区域环境的改善

第二节 光罩存储环境的改进

3．2．1 光罩存放盒材料的改善

3．2．2 光罩存放盒存储架改善的改善

3．2．3 光罩等待时间(Queue-Time)的控制和自动提示功能

第三节 光罩清洗工艺的改进

第四节 光罩结晶状缺陷检测方法和检测频率的改进

第四章 总结

参考文献

致谢