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光刻工艺中的焦距异常发生原因分析及解决办法

作　者: 金晓刚
导　师: 刘冉；吴俊宏
学　校: 复旦大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 光刻缺陷焦距异常参数监测
分类号: TN305.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在摩尔定律的指引下,半导体工艺的发展经历了从0.35微米到0.25微米,0.18微米,0.13微米,直到现在国内大量生产的最先进的工艺0.09微米和0.065微米,同时0.045微米也正处在积极研发试验当中。而国际上英特尔等公司正在将技术节点向0.032微米,0.022微米推进。半导体集成电路制作过程中,光刻工艺是非常重要的一道工序。它的重要性在于准确定义集成电路的图形形态,尺寸,以及前后层之间的对准。光刻工艺的好坏,对后道制程中蚀刻,离子注入等工艺的准确进行至关重要。在光刻工艺过程中,我们经常会碰到一个缺陷,那就是焦距异常,焦距异常就是曝光机在晶圆的某些特定的位置上的曝光焦距超出了该层次的焦深,通常焦距异常会导致光刻工艺后得到的光阻profile异常及CD值异常,从而进一步导致刻蚀后得到的图形异常。我们通常在ADI阶段可以拦下来的焦距异常最多只能占焦距异常晶圆中的20%~30%,其他的晶圆被放下去之后都会对最终良率造成不同程度的不良影响。本课题的研究主要着重于分析焦距异常的种类及其形成的根本原因,同时我也致力于研究如何在制程中对焦距异常现象进行监测并在曝光程式中加以调整以预防的方法。目前常见的焦距异常大致可以归为以下三类:1.Local DefocusLocal defocus是非常常见的一种焦距异常现象,它一旦发生就将会影响数量不等的一系列晶圆,而这些晶圆都需要进行返工。本文的研究在于寻找发生local defocus的根本原因,并寻求能够在曝光过程中实时监测的方法,尽量将其影响减小到最小的范围。2.Edge defocusEdge defocus就是发生在晶圆边缘的焦距异常现象,据统计,Edge defocus对良率的影响大概在0.5%~2%之间,虽然不是很大,但是几乎所有的晶圆都有发生,从总数来看,这种焦距异常对良率的影响是很大的。本文针对Edge defocus发生的两种根本原因进行研究,从而找到在曝光机程式中可以改善该现象的方法。3.Zero Mark area defocus经过研究,我们发现Zero Mark area defocus是一种特殊的Local defocus,由于其发生在Zero Mark区域,那里没有图形,因此是很难检测到,一旦发生,通常的ADI目检无法发现问题,Overlay会发生较大的shift,Lot如果继续process,轻则影响量率,重则需要报废。本文的研究在于寻求能够在曝光过程中实时监测Zero Mark area defocus的方法,尽量将其影响减小到最小的范围。我们发现了这三种焦距异常现象发生的根本原因,并且发现它们都是可以通过对制程参数进行监测以及在曝光机程式中进行一定特殊设定便可以减少其发生概率的。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
第一章半导体光刻技术  8-31
  第一节光刻工艺技术发展及展望  8-9
  第二节光刻基本原理及成像条件  9
  第三节光阻化学性质与作用  9-11
  第四节光刻工艺流程介绍  11-22
    1.4.1 去水烘烤/HMDS  12
    1.4.2 光阻涂布  12-16
    1.4.3 软烤  16-17
    1.4.4 晶边曝光WEE(Wafer Edge Exposure)  17
    1.4.5 对准/曝光  17-20
    1.4.6 曝光后烘烤  20-21
    1.4.7 显影  21
    1.4.8 硬烤  21-22
  第五节光阻涂布与显影设备  22-24
    1.5.1 Track机台及构造  22-23
    1.5.2 涂布机台及构造  23-24
    1.5.3 显影机台  24
  第六节曝光设备  24-26
    1.6.1 leveling系统  25-26
  第七节解析度与聚焦深度  26-27
  第八节光罩相关技术  27-28
  第九节显影后的检查  28-31
    1.9.1 显影后检查步骤  28
    1.9.2 显影后目检(ADI-After Develop Inspection)  28-29
    1.9.3 ADI的常见缺陷  29-31
第二章典型焦距异常现象及其原因分析  31-42
  第一节如何确定光刻参数  31-36
    2.1.1 光阻的选择  31-32
    2.1.2 光阻厚度曲线(Swing Curve)  32
    2.1.3 最佳焦距与曝光能量  32-35
    2.1.4 制程窗口(Process Window)  35-36
  第二节光刻中三种典型的焦距异常现象及原因分析  36-42
    2.2.1 Local defocus  36-37
    2.2.2 Edge defocus  37-40
    2.2.3 Zero mark area defocus  40-42
第三章典型焦距异常现象及其原因分析  42-49
  第一节 Local Defocus  42-43
  第二节 Edge Defocus  43-46
    3.2.1 机台本身因素造成的Edge Defocus  43-44
    3.2.2 晶圆本身边缘的拓扑形态与中央的差异性引起的Edge Defocus  44-46
  第三节 Zero mark area Defocus  46-49
结论  49-51
参考文献  51-53
后记  53-54

光刻工艺中的焦距异常发生原因分析及解决办法

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