相移掩模清洗結(jié)晶控制

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)

在集成電路設(shè)計(jì)與圓片制造之間起到橋梁的作用掩模按其類型可分為二元掩模和相移掩模。二元掩模主要用于低階集成電路生產(chǎn)制作，相移掩模主要用于高階集成電路制作。通常，線寬在0.18 μm 以下的集成電路生產(chǎn)主要采用相移掩模。相移掩模的生產(chǎn)制作流程主要有曝光—顯影—金屬Cr 刻蝕—量測(cè)—去膠—相移層蝕刻—量測(cè)—涂膠—二次曝光—檢驗(yàn)—修補(bǔ)—清洗—貼膜等。

在相移掩模實(shí)際生產(chǎn)過程中，掩模制作完成之后會(huì)因?yàn)榉N種原因出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象，從而導(dǎo)致相移掩模不能正常使用。通過分析，產(chǎn)生結(jié)晶的主要原因是相移掩模表面的硫酸根離子與銨根離子發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，生成了硫酸銨即晶體。掩模在生產(chǎn)制作過程中，主要是在清洗過程中需要接觸到硫酸根離子。因此，為了避免和控制結(jié)晶現(xiàn)象的產(chǎn)生，必須努力減少相移掩模表面的硫酸根離子濃度，提高清洗過程中的成品率。

本文在分析的基礎(chǔ)上做了如下幾組對(duì)比實(shí)驗(yàn)來改善清洗完成之后掩模表面的硫酸根殘留量。

1 實(shí)驗(yàn)

目前掩模的清洗主要有傳統(tǒng)的SPM+SC1 和SOM+SC1 清洗。新的清洗技術(shù)有采用添加172UV照射和干法清洗。本文主要從最終清洗過程中，172UV 照射、熱水和臭氧對(duì)相移掩模表面硫酸根離子的影響來進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，從而得出幾種參數(shù)對(duì)相移掩模清洗的影響。

1.1 紅外線照射＋冷水清洗

取8 片相同的Mask 進(jìn)行曝光顯影并選用相同的清洗Recipe 進(jìn)行預(yù)清洗，即硫酸—熱水—SC1—熱水的傳統(tǒng)清洗方式。對(duì)這八片進(jìn)行編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8# 片。完成預(yù)清洗之后的最終清洗，1#～4# 片采用冷水進(jìn)行，5#～8# 片采用172uv 光照射后冷水清洗。完成后分別對(duì)清洗殘留液進(jìn)行硫酸根離子檢測(cè)，其結(jié)果見表1。

表1 紅外線照射VS 無紅外線照射硫酸根離子濃度

結(jié)論：通過上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們可以看出，172UV 光可以提取掩模表面硫酸根離子。有利于更加徹底地去除掩模表面硫酸根殘留。清洗殘留液硫酸根離子濃度與光照時(shí)間關(guān)系如圖1 所示。

1.2 紅外線照射＋熱水清洗

取8 片相同的Mask 進(jìn)行曝光顯影并選用相同的清洗Recipe 進(jìn)行預(yù)清洗，即硫酸—熱水—SC1—熱水的傳統(tǒng)清洗方式。對(duì)這8 片進(jìn)行編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#片。預(yù)清洗完成之后最終清洗1#～4# 片用熱水清洗，5#～8# 片用172UV 照射后用熱水沖洗。完成后分別對(duì)其殘留液進(jìn)行硫酸根離子檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表2。

圖1 殘留液硫酸根離子濃度與光照時(shí)間關(guān)系

表2 熱水清洗硫酸根離子濃度

結(jié)論：通過表1 和表2 對(duì)比得知熱水對(duì)硫酸根離子有顯著的去除效果，其對(duì)硫酸根離子的去除作用要大于172UV。

1.3 臭氧實(shí)驗(yàn)

取8 片相同的Mask 進(jìn)行曝光顯影并選用相同的清洗Recipe 進(jìn)行預(yù)清洗，即硫酸—熱水—SC1—熱水的清洗方式。對(duì)這8 片進(jìn)行編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8# 片。其中1#～4# 片直接檢測(cè)硫酸根離子濃度，5#～8# 片用臭氧清洗后再用冷水沖洗。完成后分別對(duì)清洗殘留液進(jìn)行硫酸根離子濃度檢測(cè)，其結(jié)果見表3。

表3 臭氧清洗前后硫酸根離子濃度

結(jié)論：臭氧清洗對(duì)硫酸根離子濃度幾乎沒有影響

1.4 優(yōu)化清洗程式172UV＋SC-1＋熱水實(shí)驗(yàn)

優(yōu)化清洗程式，減少硫酸的作用時(shí)間。再此基礎(chǔ)上，取8 片相同的Mask 進(jìn)行曝光顯影并完成預(yù)清洗，對(duì)這8 片進(jìn)行編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8# 片。最終清洗時(shí)，1#～4# 片采用冷水清洗后直接量測(cè)，5#～8# 片采用172UV ＋SC-1＋熱水清洗的優(yōu)化程式，之后再檢測(cè)，其結(jié)果見表4。

表4 172UV＋SC-1＋熱水優(yōu)化后硫酸根離子濃度

結(jié)論：清洗程式優(yōu)化后，再進(jìn)行172UV＋SC-1＋熱水的處理，可以顯著改善硫酸根離子的濃度，從而降低發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象的可能性。

2 結(jié) 論

172UV 和熱水都對(duì)去除相移掩模表面硫酸根離子有幫助，其中熱水清洗的作用要大于172UV照射。在實(shí)際生產(chǎn)中，如果使用SPM 清洗方式配合172UV＋SC1＋熱水的清洗方式，硫酸根離子濃度已經(jīng)可以得到很好的控制。如果使用非硫酸的清洗方式（如臭氧＋SC-1） 再配合172UV＋SC-1 的處理，相信對(duì)結(jié)晶的控制效果會(huì)更好。

[1] Benjamin G.Eynon，Jr.，BanQiu Wu.Photomask Fabrication Technology[M]. London: McGraw-Hill，2005.177-250

[2] GB/T 16880-1997，光掩模缺陷分類和尺寸定義的準(zhǔn)則[S]

[3] I. Kagami，Makuhari，Japan. A Study on Photomask Defect Printability and Quality Assurance for 0.13 μm Technology[M]，Proc.SPIE VOL.4186: 2000