小線寬下顯影過程對CD影響的研究

盛飛

【摘 要】 本文研究了小線寬情況下非曝光因素對CD的影響，發(fā)現(xiàn)顯影過程會使CD產(chǎn)生5%的波動從而影響工藝穩(wěn)定度。排除顯影中烘烤對CD的影響，找出導致CD波動的主要因素為顯影液的流量，并提出統(tǒng)一顯影液流量以達到顯影過程中對CD的精確控制。

【關(guān)鍵詞】 光刻 CD 顯影 流量

1 引言

隨著半導體光刻技術(shù)的逐漸發(fā)展，關(guān)鍵線寬CD的尺寸越來越小，而對CD的控制精度要求也變得越來越高。近些年在控制CD方面，主要的研究精力均集中在對曝光光源解析度及光路的調(diào)整上，以期在現(xiàn)有設(shè)備條件下獲得最大的DOF（Dimension of Focus），浸潤式微影就是這方面最大的突破[1]。另一方面，在實際生產(chǎn)過程中，僅僅研究光源對CD的影響是遠遠不夠的：在I-line顯影工藝中不同顯影機臺之間的CD會存在差異，這種差異若不設(shè)法加以管控將會對工藝的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。本文中，作者將針對顯影機臺間CD差異展開研究，揭示I-line顯影工藝下對CD的重要影響因子并找出最優(yōu)化的顯影過程，從而獲得更穩(wěn)定的CD控制[2]。

本文中，作者研究了顯影過程對CD的影響，提出顯影液流量為影響CD控制的關(guān)鍵因素并找到顯影液流量與CD的關(guān)系，實現(xiàn)了曝光過程之外對CD的進一步精確控制，增強了工藝穩(wěn)定性和可控性。

2 實驗

一般地，半導體工藝生產(chǎn)過程中對CD波動控制在5%以內(nèi)，即不同機器之間生產(chǎn)的產(chǎn)品的CD差異不能大于5%。為了只研究顯影流程對CD的影響，我們對Photo process進行了分割，將光刻膠涂布與曝光步驟固定不變，而選擇不同的顯影機臺進行CD的實驗觀測。結(jié)果見圖1：我們發(fā)現(xiàn)，不同的顯影機臺對CD波動的影響就在5%左右，已經(jīng)大大超出了工藝生產(chǎn)的要求，深入的研究和改善迫在眉睫。

進一步地，我們對顯影過程進行剖解，將其拆分為前烘，顯影，后烘三步[3]，測定單一實驗條件的變動對CD的影響來找出哪一步是影響CD的主要因素。如表1所示：選定兩個機臺A與B，單獨經(jīng)由A與B顯影的時候CD相差20nm，但是若由機臺A前烘后烘再由機臺B顯影，則差異幾乎消失，從而認定顯影為影響CD的主要因素。

找出差異步驟之后，我們對兩個機臺A與B顯影過程中的各項可能影響CD的參數(shù)進行比對，在比較了溫度，空氣流量，水流量及顯影液流量之后，發(fā)現(xiàn)兩個機臺間唯一的差異就來自于顯影液流量的差異。如表2所示，在溫度，氣體，水流幾乎一致的情況下，顯影液的流量差異大到50左右，占總流量的4%，與之前觀察到的5%CD波動相近，應(yīng)為主要影響因素。

3 分析

找到不同顯影機臺之間的差異后我們發(fā)現(xiàn)，主要的影響因素來自于顯影步驟，而顯影步驟中最主要的影響因素又來自于顯影液流量。事實上，分析顯影過程中的四個影響因子：顯影液流量，水流量，排氣量及溫度可知。

3.1 溫度

溫度為半導體生產(chǎn)工藝中最重視的因素之一，默認為22度室溫恒溫的條件。在實際生產(chǎn)中由于排氣量的因素可能會有微小波動，但由于所有工藝都對溫度有嚴格要求，且其他步驟（如曝光）對溫度的溫度性要求更高，故溫度不會是在顯影步驟影響CD的主要因素。

3.2 排氣量

排氣量代表的是半導體生產(chǎn)中的另一個影響因素：空氣壓力P。不同的氣壓會對溶解性產(chǎn)生影響，但與溫度類似，在photo工藝中，壓力影響更大的是曝光步驟，壓力對曝光時焦距的影響可精確至1帕斯卡。而在顯影過程中，經(jīng)過實測，不同的排氣量對chamber內(nèi)壓力的影響幾乎不大，可以認為壓力近似一致。

3.3 水流

水流是顯影過程中必不可缺的環(huán)節(jié)，顯影本身是一個酸堿中和的反應(yīng)，酸堿中和之后的反應(yīng)物就是藉由水流沖走，從而達到顯影的目的。但是根據(jù)以往經(jīng)驗，水流的流量和流速主要是影響顯影反應(yīng)生成物的殘留，高速的水流可以更好的去除酸堿中和的產(chǎn)物，而不會去影響酸堿中和反應(yīng)的進行，從而微小的水流量差異是不會對CD造成影響的。

3.4 顯影液流量

顯影液的注入量會直接影響到酸堿中和反應(yīng)的快慢以及反應(yīng)的充分程度，而注入量就是受顯影液流量影響的，大的顯影液流量會使晶圓表面累積更多的顯影液，從而使反應(yīng)更充分，使CD線寬更小。

4 結(jié)語

本文通過實驗排除了顯影過程中烘烤對CD的影響，設(shè)計實驗確定了顯影這一步驟為整個顯影工藝過程中對CD影響最大的環(huán)節(jié)。列舉顯影工藝相關(guān)控制參數(shù)（溫度，壓力，水流。），找出了影響CD的最大因素：顯影液流量。由此，我們可以得出結(jié)論，只要將顯影液的流量控制在一致的水平，就可以避免不同顯影機臺之間的CD差異，從而可以更好的控制CD，使CD更加的穩(wěn)定。

致謝

本課題在選題及研究過程中得到部門經(jīng)理，副經(jīng)理的親切關(guān)懷和悉心指導，他們嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)那笞C精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，部門經(jīng)理都始終給予我細心的指導和不懈的支持，在此表示深深的感謝。

參考文獻：

[1]Jansen，R. Gronheid，E. Hendrickx，Lithography Options for the 32nm Half Pitch Node and Beyond，978-1-4244-2018-6/08/$25.00 ？2008 IEEE.

[2]Michael Quirk，Julian Serda。 Semiconductor Manufacturing Technology.韓澤生等譯，電子工業(yè)出版社.2009（7）：310-314.

[3]簡祺霞，王軍，袁凱，蔣亞東.光刻工藝中關(guān)鍵流程參數(shù)分析[J].微處理機，2011（6）：14-15.endprint

【摘 要】 本文研究了小線寬情況下非曝光因素對CD的影響，發(fā)現(xiàn)顯影過程會使CD產(chǎn)生5%的波動從而影響工藝穩(wěn)定度。排除顯影中烘烤對CD的影響，找出導致CD波動的主要因素為顯影液的流量，并提出統(tǒng)一顯影液流量以達到顯影過程中對CD的精確控制。

【關(guān)鍵詞】 光刻 CD 顯影 流量

1 引言

隨著半導體光刻技術(shù)的逐漸發(fā)展，關(guān)鍵線寬CD的尺寸越來越小，而對CD的控制精度要求也變得越來越高。近些年在控制CD方面，主要的研究精力均集中在對曝光光源解析度及光路的調(diào)整上，以期在現(xiàn)有設(shè)備條件下獲得最大的DOF（Dimension of Focus），浸潤式微影就是這方面最大的突破[1]。另一方面，在實際生產(chǎn)過程中，僅僅研究光源對CD的影響是遠遠不夠的：在I-line顯影工藝中不同顯影機臺之間的CD會存在差異，這種差異若不設(shè)法加以管控將會對工藝的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。本文中，作者將針對顯影機臺間CD差異展開研究，揭示I-line顯影工藝下對CD的重要影響因子并找出最優(yōu)化的顯影過程，從而獲得更穩(wěn)定的CD控制[2]。

本文中，作者研究了顯影過程對CD的影響，提出顯影液流量為影響CD控制的關(guān)鍵因素并找到顯影液流量與CD的關(guān)系，實現(xiàn)了曝光過程之外對CD的進一步精確控制，增強了工藝穩(wěn)定性和可控性。

2 實驗

一般地，半導體工藝生產(chǎn)過程中對CD波動控制在5%以內(nèi)，即不同機器之間生產(chǎn)的產(chǎn)品的CD差異不能大于5%。為了只研究顯影流程對CD的影響，我們對Photo process進行了分割，將光刻膠涂布與曝光步驟固定不變，而選擇不同的顯影機臺進行CD的實驗觀測。結(jié)果見圖1：我們發(fā)現(xiàn)，不同的顯影機臺對CD波動的影響就在5%左右，已經(jīng)大大超出了工藝生產(chǎn)的要求，深入的研究和改善迫在眉睫。

進一步地，我們對顯影過程進行剖解，將其拆分為前烘，顯影，后烘三步[3]，測定單一實驗條件的變動對CD的影響來找出哪一步是影響CD的主要因素。如表1所示：選定兩個機臺A與B，單獨經(jīng)由A與B顯影的時候CD相差20nm，但是若由機臺A前烘后烘再由機臺B顯影，則差異幾乎消失，從而認定顯影為影響CD的主要因素。

找出差異步驟之后，我們對兩個機臺A與B顯影過程中的各項可能影響CD的參數(shù)進行比對，在比較了溫度，空氣流量，水流量及顯影液流量之后，發(fā)現(xiàn)兩個機臺間唯一的差異就來自于顯影液流量的差異。如表2所示，在溫度，氣體，水流幾乎一致的情況下，顯影液的流量差異大到50左右，占總流量的4%，與之前觀察到的5%CD波動相近，應(yīng)為主要影響因素。

3 分析

找到不同顯影機臺之間的差異后我們發(fā)現(xiàn)，主要的影響因素來自于顯影步驟，而顯影步驟中最主要的影響因素又來自于顯影液流量。事實上，分析顯影過程中的四個影響因子：顯影液流量，水流量，排氣量及溫度可知。

3.1 溫度

溫度為半導體生產(chǎn)工藝中最重視的因素之一，默認為22度室溫恒溫的條件。在實際生產(chǎn)中由于排氣量的因素可能會有微小波動，但由于所有工藝都對溫度有嚴格要求，且其他步驟（如曝光）對溫度的溫度性要求更高，故溫度不會是在顯影步驟影響CD的主要因素。

3.2 排氣量

排氣量代表的是半導體生產(chǎn)中的另一個影響因素：空氣壓力P。不同的氣壓會對溶解性產(chǎn)生影響，但與溫度類似，在photo工藝中，壓力影響更大的是曝光步驟，壓力對曝光時焦距的影響可精確至1帕斯卡。而在顯影過程中，經(jīng)過實測，不同的排氣量對chamber內(nèi)壓力的影響幾乎不大，可以認為壓力近似一致。

3.3 水流

水流是顯影過程中必不可缺的環(huán)節(jié)，顯影本身是一個酸堿中和的反應(yīng)，酸堿中和之后的反應(yīng)物就是藉由水流沖走，從而達到顯影的目的。但是根據(jù)以往經(jīng)驗，水流的流量和流速主要是影響顯影反應(yīng)生成物的殘留，高速的水流可以更好的去除酸堿中和的產(chǎn)物，而不會去影響酸堿中和反應(yīng)的進行，從而微小的水流量差異是不會對CD造成影響的。

3.4 顯影液流量

顯影液的注入量會直接影響到酸堿中和反應(yīng)的快慢以及反應(yīng)的充分程度，而注入量就是受顯影液流量影響的，大的顯影液流量會使晶圓表面累積更多的顯影液，從而使反應(yīng)更充分，使CD線寬更小。

4 結(jié)語

本文通過實驗排除了顯影過程中烘烤對CD的影響，設(shè)計實驗確定了顯影這一步驟為整個顯影工藝過程中對CD影響最大的環(huán)節(jié)。列舉顯影工藝相關(guān)控制參數(shù)（溫度，壓力，水流。），找出了影響CD的最大因素：顯影液流量。由此，我們可以得出結(jié)論，只要將顯影液的流量控制在一致的水平，就可以避免不同顯影機臺之間的CD差異，從而可以更好的控制CD，使CD更加的穩(wěn)定。

致謝

本課題在選題及研究過程中得到部門經(jīng)理，副經(jīng)理的親切關(guān)懷和悉心指導，他們嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)那笞C精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，部門經(jīng)理都始終給予我細心的指導和不懈的支持，在此表示深深的感謝。

參考文獻：

[1]Jansen，R. Gronheid，E. Hendrickx，Lithography Options for the 32nm Half Pitch Node and Beyond，978-1-4244-2018-6/08/$25.00 ？2008 IEEE.

[2]Michael Quirk，Julian Serda。 Semiconductor Manufacturing Technology.韓澤生等譯，電子工業(yè)出版社.2009（7）：310-314.

[3]簡祺霞，王軍，袁凱，蔣亞東.光刻工藝中關(guān)鍵流程參數(shù)分析[J].微處理機，2011（6）：14-15.endprint

【摘 要】 本文研究了小線寬情況下非曝光因素對CD的影響，發(fā)現(xiàn)顯影過程會使CD產(chǎn)生5%的波動從而影響工藝穩(wěn)定度。排除顯影中烘烤對CD的影響，找出導致CD波動的主要因素為顯影液的流量，并提出統(tǒng)一顯影液流量以達到顯影過程中對CD的精確控制。

【關(guān)鍵詞】 光刻 CD 顯影 流量

1 引言

隨著半導體光刻技術(shù)的逐漸發(fā)展，關(guān)鍵線寬CD的尺寸越來越小，而對CD的控制精度要求也變得越來越高。近些年在控制CD方面，主要的研究精力均集中在對曝光光源解析度及光路的調(diào)整上，以期在現(xiàn)有設(shè)備條件下獲得最大的DOF（Dimension of Focus），浸潤式微影就是這方面最大的突破[1]。另一方面，在實際生產(chǎn)過程中，僅僅研究光源對CD的影響是遠遠不夠的：在I-line顯影工藝中不同顯影機臺之間的CD會存在差異，這種差異若不設(shè)法加以管控將會對工藝的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。本文中，作者將針對顯影機臺間CD差異展開研究，揭示I-line顯影工藝下對CD的重要影響因子并找出最優(yōu)化的顯影過程，從而獲得更穩(wěn)定的CD控制[2]。

本文中，作者研究了顯影過程對CD的影響，提出顯影液流量為影響CD控制的關(guān)鍵因素并找到顯影液流量與CD的關(guān)系，實現(xiàn)了曝光過程之外對CD的進一步精確控制，增強了工藝穩(wěn)定性和可控性。

2 實驗

一般地，半導體工藝生產(chǎn)過程中對CD波動控制在5%以內(nèi)，即不同機器之間生產(chǎn)的產(chǎn)品的CD差異不能大于5%。為了只研究顯影流程對CD的影響，我們對Photo process進行了分割，將光刻膠涂布與曝光步驟固定不變，而選擇不同的顯影機臺進行CD的實驗觀測。結(jié)果見圖1：我們發(fā)現(xiàn)，不同的顯影機臺對CD波動的影響就在5%左右，已經(jīng)大大超出了工藝生產(chǎn)的要求，深入的研究和改善迫在眉睫。

進一步地，我們對顯影過程進行剖解，將其拆分為前烘，顯影，后烘三步[3]，測定單一實驗條件的變動對CD的影響來找出哪一步是影響CD的主要因素。如表1所示：選定兩個機臺A與B，單獨經(jīng)由A與B顯影的時候CD相差20nm，但是若由機臺A前烘后烘再由機臺B顯影，則差異幾乎消失，從而認定顯影為影響CD的主要因素。

找出差異步驟之后，我們對兩個機臺A與B顯影過程中的各項可能影響CD的參數(shù)進行比對，在比較了溫度，空氣流量，水流量及顯影液流量之后，發(fā)現(xiàn)兩個機臺間唯一的差異就來自于顯影液流量的差異。如表2所示，在溫度，氣體，水流幾乎一致的情況下，顯影液的流量差異大到50左右，占總流量的4%，與之前觀察到的5%CD波動相近，應(yīng)為主要影響因素。

3 分析

找到不同顯影機臺之間的差異后我們發(fā)現(xiàn)，主要的影響因素來自于顯影步驟，而顯影步驟中最主要的影響因素又來自于顯影液流量。事實上，分析顯影過程中的四個影響因子：顯影液流量，水流量，排氣量及溫度可知。

3.1 溫度

溫度為半導體生產(chǎn)工藝中最重視的因素之一，默認為22度室溫恒溫的條件。在實際生產(chǎn)中由于排氣量的因素可能會有微小波動，但由于所有工藝都對溫度有嚴格要求，且其他步驟（如曝光）對溫度的溫度性要求更高，故溫度不會是在顯影步驟影響CD的主要因素。

3.2 排氣量

排氣量代表的是半導體生產(chǎn)中的另一個影響因素：空氣壓力P。不同的氣壓會對溶解性產(chǎn)生影響，但與溫度類似，在photo工藝中，壓力影響更大的是曝光步驟，壓力對曝光時焦距的影響可精確至1帕斯卡。而在顯影過程中，經(jīng)過實測，不同的排氣量對chamber內(nèi)壓力的影響幾乎不大，可以認為壓力近似一致。

3.3 水流

水流是顯影過程中必不可缺的環(huán)節(jié)，顯影本身是一個酸堿中和的反應(yīng)，酸堿中和之后的反應(yīng)物就是藉由水流沖走，從而達到顯影的目的。但是根據(jù)以往經(jīng)驗，水流的流量和流速主要是影響顯影反應(yīng)生成物的殘留，高速的水流可以更好的去除酸堿中和的產(chǎn)物，而不會去影響酸堿中和反應(yīng)的進行，從而微小的水流量差異是不會對CD造成影響的。

3.4 顯影液流量

顯影液的注入量會直接影響到酸堿中和反應(yīng)的快慢以及反應(yīng)的充分程度，而注入量就是受顯影液流量影響的，大的顯影液流量會使晶圓表面累積更多的顯影液，從而使反應(yīng)更充分，使CD線寬更小。

4 結(jié)語

本文通過實驗排除了顯影過程中烘烤對CD的影響，設(shè)計實驗確定了顯影這一步驟為整個顯影工藝過程中對CD影響最大的環(huán)節(jié)。列舉顯影工藝相關(guān)控制參數(shù)（溫度，壓力，水流。），找出了影響CD的最大因素：顯影液流量。由此，我們可以得出結(jié)論，只要將顯影液的流量控制在一致的水平，就可以避免不同顯影機臺之間的CD差異，從而可以更好的控制CD，使CD更加的穩(wěn)定。

致謝

本課題在選題及研究過程中得到部門經(jīng)理，副經(jīng)理的親切關(guān)懷和悉心指導，他們嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)那笞C精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，部門經(jīng)理都始終給予我細心的指導和不懈的支持，在此表示深深的感謝。

參考文獻：

[1]Jansen，R. Gronheid，E. Hendrickx，Lithography Options for the 32nm Half Pitch Node and Beyond，978-1-4244-2018-6/08/$25.00 ？2008 IEEE.

[2]Michael Quirk，Julian Serda。 Semiconductor Manufacturing Technology.韓澤生等譯，電子工業(yè)出版社.2009（7）：310-314.

[3]簡祺霞，王軍，袁凱，蔣亞東.光刻工藝中關(guān)鍵流程參數(shù)分析[J].微處理機，2011（6）：14-15.endprint