掩膜版寿命受到雾状缺陷的限制

来源:半导体国际发布时间:2007-12-21 14:08:13
   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,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)。

  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。

  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)。如果用直接检查掩膜版,每年就能节约很大的生产成本。


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