掩模制造过程缺陷来源研究尤春

掩模制造过程缺陷来源研究尤春

尤春

（无锡中微掩模电子有限公司江苏无锡214035）

摘要：针对集成电路掩模的制作过程中各种缺陷产生的种类及来源进行了基本的系统分析,提出了一些减少或消除这些缺陷的办法和措施。

关键词：集成电路；掩模；缺陷；缺陷控制

1引言

掩模，是光刻工艺不可缺少的部件。掩模上承载有设计图形，光线透过它，把设计图形透射在光刻胶上。掩模的性能直接决定了光刻工艺的质量。在投影式光刻机中，掩模作为一个光学元件位于会聚透镜（condenserlens）与投影透镜（projectionlens）之间，它并不和晶圆有直接接触。掩模上的图形缩小4~10倍（现代光刻机一般都是缩小4倍）后透射在晶圆表面。为了区别接触式曝光中使用的掩模，投影式曝光中使用的掩模又被称为倍缩式掩模（reticle）。

集成电路掩模制造工艺，主要是将由集成电路设计工程师设计出来的集成电路版图图案数据，通过掩模数据处理转换成图形发生器或电子束曝光设备等能识别的数据格式，由图形发生器或电子束曝光设备等将电路版图图案曝光在涂有感光材料的平板玻璃上，然后经显影、化学蚀刻等一系列工艺处理使图案定像在平板玻璃上，经缺陷检测、修补、清洗、贴膜后形成掩模产品，最后交给集成电路晶圆制造厂使用。

掩模制造工艺随着微电子加工技术的发展而不断发展，近年来，掩模制造工艺，特别是设备能力和工艺环境已经取得了长足的进步，但由于掩模图形越来越复杂，图形面积越来越大，条宽越来越细，对缺陷的要求也越来越高。整个掩模制造过程还是需要依靠人工的参与，虽然单道工序本身已经实现了自动化，但载版、取版以及工序之间的衔接都是需要人员参与的。另外，工艺设备的稳定性、掩模基板、环境的影响依然存在。因此，消除掩模制造过程中的各种缺陷，进一步提高掩模的成品率仍然是掩模制造过程的重点。

2、缺陷的种类

掩模缺陷的种类很多，基本可以分成两大类，硬缺陷和软缺陷。所谓硬缺陷是指无法用清洗的方式去除的，如金属残留、针孔等都属于硬缺陷。软缺陷是指可以用清洗的方式去除的，如微尘、有机溶剂残留等。

（2）环境

对环境产生的颗粒，应采用高效的净化技术，以减少掩模制造过程因环境中的含尘颗粒所导致的缺陷。一般来说，曝光区域、工艺区域（烘烤、显影、蚀刻）、清洗区域均需达到FS209Eclass1或ISO16644-13级标准要求。

（3）人员

要大力提高、加强净化间操作人员的质量意识和职业素养。人员需要遵循净化间管理规范中的规定。在操作时要小心轻放，行走和动作不能过快。化妆也是需要严格禁止的，这些都是会产生悬浮粒子的污染源。另外，吸烟后至少要经过2个小时才能进净化间，据统计吸过烟后的人员身上的颗粒是未吸烟时的90倍。

3.2工艺过程中的划伤

对于人员造成的划伤，应着重提高人员的质量意识和操作技能。提高人员对可能造成划伤动作的预判。并尽可能使用自动化设备代替人工工作。对于设备造成的划伤，通常都是可重复且有规律的，可通过改变设备的状态来避免。

3.3清洗过程中造成缺陷

清洗过程中造成的缺陷类型主要有软缺陷、有机溶剂残留和氧化铬脱落等。软缺陷的产生有两个原因，清洗过程没有将颗粒去除或者在清洗过程中新增了颗粒。对于原有的颗粒没有被去除，由于清洗去除颗粒的原理是用氨水辅以超声波震荡的方式，可以适当增加超声波的频率或使用更高级别的过滤器来过滤清洗的溶剂。有机溶液是通过SC1溶液（硫酸和双氧水）来去除，如有残留可以通过调节硫酸双氧水配比、硫酸温度和浸泡时间来解决。氧化铬脱落通常是基板金属层粘附性不佳造成，在清洗过程中基板厂通过PVC方式镀上的氧化铬局部脱落了，可适当降低清洗的强度或让基板厂商改善。

3.4针孔

针孔缺陷主要是在曝光、显影和蚀刻过程中产能。发生几率最大的是在显影过程中，高浓度的显影液会和感光胶发生化学反应，从而将胶给融掉，在刻蚀工艺后就是产生针孔缺陷。因此，在显影工艺时，必须确保先在感光胶表面覆盖一层薄薄的水膜。同时，显影液的浓度可逐渐提高。

对针孔缺陷的控制，保证掩模胶必须在其有效期内使用，同时要严格保证工艺环境的温度、湿度符合要求；还要严格控制好显影、冲洗时间，显影时间过长，不仅会使浮胶的可能增加，还会使胶厚度变薄而出现针孔。

设备也需要定期进行清洁，防止化学试剂产生的结晶在工艺过程中损伤感光胶表面从而造成针孔。感光胶的厚度从100纳米到465纳米不等，由于胶层不厚，在喷液过程中很容易因力的作用而被破坏。

结论

随着半导体工艺的发展，对掩模缺陷的要求也越来越高。由于掩模在半导体产业中的作用相当于照片洗印中的底片，因此掩模出货时必须是零缺陷。今后在掩模制造过程中，缺陷控制仍将是重中之重。

参考文献：

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