浸润式光刻机工艺缺陷数量的优化

摘要

半导体芯片的制造过程中，光刻工艺永远是核心工艺之一。在摩尔定律的预言下，芯片上器件的尺寸越来越小，我们用来定义器件尺寸的光刻机，也随着不断的技术革新而一代代的优化演变。如今，光刻工艺已经步入了浸润工艺的时代，也就是利用镜头与晶圆之间的一层水来替代传统的空气，利用水的更大折射率成就了65nm以下工艺的发展。
　　浸润工艺的到来，也催生了新一代的缺陷类型，有别于过去的“干式”光刻，浸润式光刻工艺会产生典型的气泡缺陷，水渍残留缺陷，微型桥接缺陷等。本文中，本文针对以上几类缺陷一一做了成因分析，气泡缺陷主要是由于机械部件运动以及所用的化学品的成分而产生；水渍残留缺陷则是由于浸润部件的工作缺陷，以及之后未及时冲洗晶圆表面从而使得晶圆上涂布的化学品与水发生了反应，降低了光阻的敏感性，最终使得图形发生变形，构成缺陷；微型桥接缺陷是由于光阻没有被充分曝光，导致图形没有被显影开，因为它的形貌较小，构成此类缺陷的成因比较多样，如微小气泡，不透光的颗粒物，或者光阻与防水层的互相反应。
　　本文的目的就是针对以上这些缺陷的主要成因，讨论具有针对性的各种优化手段。如选择效果更佳的防水涂层，优化曝光的扫描路径，从颗粒物产生的原理上减少颗粒物的数量，控制晶圆曝光后冲洗的过程，根据浸润部件污染程度，结合设备实际运行情况，优化清洁保养设备浸润部件的时间规律。通过这一系列的优化手段，本文在工艺上得到了本文想要的最优化，即适用于各类不同特性的光阻材料，产生最少缺陷的通用性优化方案。最后在这个通用性架构基础之上，针对每种光阻材料做最适化参数调整。以此满足工艺上严苛的要求。
　　通过以上这些综合手段的实施，本文使得浸润式光刻机的平均监测缺陷数量控制在60颗以内。产品图形上的缺陷数量控制在10颗以内。设备的表现达到了公司的要求，也为产片良率的控制提供了保障。

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第一章 绪论

1.1. 光刻工艺的基本原理

1.2. 浸润式光刻机的简介

1.3. 浸润式光刻机引入的缺陷种类及研究现状

1.4. 本文研究的内容

第二章 浸润光刻机的主要工艺缺陷成因及类型

2.1. 气泡缺陷的光学原理

2.2. 在光阻层上发现的气泡缺陷

2.3. 气泡的源头

2.4. 由透明颗粒物或起泡而产生的缺陷

2.5. 由非透明颗粒物产生的缺陷

2.6. 水渍残留缺陷

2.7. 本章小结

第三章 浸润式光刻机工艺缺陷的优化

3.1. 减少气泡缺陷的方法

3.2. 减少水渍残留缺陷的方法

3.3. 颗粒物数量的降低

3.4. 低厚度光阻薄膜或防水层薄膜中的微小空洞

3.5. 定期检测项目

3.6. 缺陷异常时的处理

3.7. 本章小结

第四章 优化后的效果

4.1. 低渗透率材料的优化结果

4.2. 接触角的优化结果

4.3. 冲洗工艺的优化效果

4.4. 边缘颗粒物的优化成效

4.5. 综合优化后的实验结果

4.6. 本章小结

第五章 浸润式工艺缺陷数量的优化总结与后续工作

5.1. 浸润式工艺缺陷数量的优化总结

5.2. 后续工作的安排

参 考 文 献

致谢

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