一、掩模版贴膜

投影光刻机的发展(投影对准机和步进光刻机)大大延长了掩模版和放大掩模版的使用寿命。这也促进了高质量的掩模版和放大掩模版的发展。在生产线上,掩模版使用了很长一段时间以后,掩模版上可能会有灰尘和划痕,从而造成晶圆的良品率降低。掩模版受损的一个原因可能来自掩模版和放大掩模版的清洁过程。这是一个左右为难的尴尬境地,在清洗掩模版和放大掩模版的时候,造成掩模版污损,清洗本身变成了污染、划痕和破损的来源。

 

解决这一问题的一个办法是掩模版贴膜(参见下图)。掩模版贴膜(pellicle)是一层在框架上拉伸平铺的无色有机聚合物薄膜。框架是专为掩模版或放大掩模版设计的。掩模版贴膜是在掩模版制成或清洁后加盖上的。贴膜加在掩模版上后,环境中的微粒就会附着在薄膜表面。薄膜与掩模版之间的距离保证了微粒不会在掩模版的焦平面上。实际上,微粒对于曝光光源来说是透明的。

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使用贴膜的另一个好处是由于掩模版表面被薄膜覆盖,一定程度上防止了掩模版划痕。第三个好处是一旦覆盖上贴膜,掩模版和放大掩模版可以省去一些例行清洗。在一些应用中,掩模版贴膜还被加上抗反射涂层,它有助于小几何尺寸的图形,尤其是在有反射的晶圆表面。这些好处可以促使晶圆良品率增加5%~30%。

 

掩模版贴膜是用硝化纤维(NC)或醋酸纤维(AC)制成的。NC薄膜被用在宽带(340-460nm)曝光源,而AC薄膜被用在中度紫外曝光系统中。贴膜非常薄(厚度为0.8-2.5um)而且对于曝光波长必须有很高的透射率。对于曝光波长的峰值,典型的贴膜要具有99%以上的透射率。贴膜要想最好地发挥效力,必须严格控制厚度,一般在規定厚度的±800Å,控制颗粒的直径要小于25um.

 

贴膜的膜是通过旋转浇涂技术制成的。贴膜原料溶解在溶剂中,然后旋转涂在刚性衬底上,比如玻璃板。这和晶圆涂胶工艺很类似。薄膜厚度由溶液黏度和喷涂速度决定。薄膜从衬底上取下被固定在框架上。框架形状由掩模版的形状和尺寸决定。洁净室洁净度要求是10级或更好,同时还要用防静电材料来包装。

二、晶圆表面问题

小图形的分辨率受品圆表面的条件影响很大。表面的反射率,表面形貌差异,多层刻蚀等都要求特殊工艺或工艺微调。

 

三、光刻胶的光散射现象

除了入射光线被反射离品圆表面,入射光线也会因发生漫反射而进入光刻胶引起图形定义不好。漫射的程度与光刻胶的厚度成比例。光刻胶里的一些辐射吸收染色剂也会增加漫射吸收量,因而降低分辨率。

 

四、光刻胶里的光反射现象

高强度的辐射线理想状况下应该是角直射晶圆表面。在这种理想情况下,光波在光刻胶中垂直上下反射,留下良好的曝光图形(参见下图)。但实际情况是,一些曝光光波总是偏离90度角而使不应曝光的部分受到照射。

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这种光刻胶里的反射率因晶圆表面材料和晶圆表面平坦度不同而变化。金属层,特别是铝和铝合金,具有很强的反射率。淀积工艺的一个目标就是均匀和平坦晶圆表面,以控制这种反射。

反射问题在表面有很多台阶(又称为各种形貌)的晶圆中尤为突出。这些台阶的侧面将入射光以一定角度反射入光刻胶里,引起图形分辨率退化。一个特别的问题就是台阶处发生光干涉现象从而引起阶梯处图形出现“凹口”(参见下图)。

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五、防反射涂层

防反射涂层(ARC)是在涂光刻胶之前在晶圆表面涂的一层物质用来帮助光刻胶小图形成像(参见下图)。防反射涂层对成像过程有几点帮助:第一,平整品圆表面,这样可以使光刻胶涂层更为平坦;第二,防反射涂层切断了从晶圆表面到光刻胶中散射的光线,这样有助于曝光更小尺寸的图形。减反射涂层还能将驻波效应降到最低和增强图形反差。后者得益于用合适的防反射涂层增加了曝光裕度。

 

防反射涂层涂在晶圆表面以后先要经过烘焙,接着涂光刻胶,对准和曝光。然后光刻胶和防反射涂层一起被显影。在刻蚀过程中,留在晶圆表面的防反射涂层和光刻胶一起作为刻蚀阻挡层。有效的防反射涂层材料应与光刻胶有相同范围的透光性,而且对晶圆表面和光刻胶都应具有很好的黏附性。另外还有两个要求,一个是防反射涂层的反射系数必须与光刻胶匹配,另一个是防反射涂层必须使用和光刻胶相同的显影液和去除液。

 

使用防反射涂层也会带来一些负面影响。其中一个是需要增加额外的涂层工艺和烘焙工艺。用防反射涂层获得的分辨率增强,可能会使膜厚度和/或显影过程变得难控制。相对品圓产出时间,曝光时间可能增加30%-50%。防反射涂层也可以在三层光刻胶工艺中作为中间层或涂在光刻胶的上面(上涂防反射层或TAR)。

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六、驻波

在上节中,已提到理想的曝光状态应该是辐射光波与晶圆表面上成90度角直接照射。如果只考虑反射现象,上面这句话是对的。然而,垂直照射会引起另外一个问题,那就是驻波。当光线从品圆表面反射回光刻餃时,反射光线会与入射光线发生相长干涉或相消干涉现象,从而形成能量变化区(参见下图)。显影后,形成波纹侧墻和分辨率的损失。有许多办法用来改善驻波问题,包括在光刻胶中添加染色剂和分别将防反射涂层直接涂在晶圆表面。大多数正胶工艺都在光刻胶显影前加入曝光后烘焙(PEB)。烘焙的目的是减少驻波对图形侧墻的影响。

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