顯影蝕刻工藝調(diào)試

1、常州瑞擇微電子科技有限公司Changzhou Ruize Microelectronics Co., Ltd.顯影蝕刻工藝調(diào)試目錄一.名詞解釋21. CD22. DOF23. DOSE24. ISOFOCAL DOSE25. CD Uniformity26. CD Range：27. ADI：28. AEI：29. ASI：2二.工藝調(diào)試內(nèi)容31. Etch to clear 測(cè)試31.1. 測(cè)試目的31.2. 測(cè)試條件31.3. 測(cè)試步驟，31.4. 數(shù)據(jù)處理32. ISOFOCAL DOSE測(cè)試32.1. 測(cè)試目的32.2. 測(cè)試步驟32.3. 數(shù)據(jù)處理32.4. 其它53. CD uni

2、formity 測(cè)試53.1. 測(cè)試目的53.2. 測(cè)試條件53.3. 測(cè)試步驟53.4. 數(shù)據(jù)處理6一. 名詞解釋1. CDCritical Dimension，關(guān)鍵尺寸，也稱(chēng)線寬。衡量芯片制造工藝的指標(biāo)。線寬越小，芯片的集成度越高，其性能越好。2. DOFDepth of Focus，焦深，指光學(xué)鏡頭的可聚焦范圍。在該范圍內(nèi)圖像能夠清晰成像。為能夠保證光膠完全曝光，焦深必須能夠覆蓋光刻膠層的上下表面。3. DOSE曝光劑量。DOSE曝光強(qiáng)度×曝光時(shí)間，單位：mJ/ cm2。4. ISOFOCAL DOSE最佳感光劑量。用此劑量曝光，聚焦誤差對(duì)CD影響最小。曝光機(jī)在生成圖形時(shí)，由于

3、存在機(jī)械運(yùn)動(dòng)，會(huì)造成FOCUS偏移。采用ISOFOCAL DOSE曝光，可獲得CD Uniformity最優(yōu)的圖形。5. CD UniformityCD均勻性。是對(duì)所有CD測(cè)量值統(tǒng)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差6. CD Range：CD誤差。是所有CD測(cè)量值最大值和最小值的差值。7. ADI：After Develop Inspection。顯影后CD測(cè)量。ADI一般用于檢測(cè)曝光機(jī)和顯影機(jī)的性能指標(biāo)。由于不能通過(guò)透射光測(cè)量，所以ADI一般通過(guò)電子束或掃描電鏡等手段測(cè)量。8. AEI：After Etch Inspection。蝕刻后CD測(cè)量。AEI一般用于檢測(cè)蝕刻機(jī)臺(tái)的性能指標(biāo)。在生產(chǎn)上，也有兩步蝕刻工藝用到

4、AEI。即顯影后先做初步蝕刻，然后根據(jù)AEI結(jié)果確定最終蝕刻工藝時(shí)間。這種工藝在蝕刻性能受環(huán)境影響比較大的設(shè)備上能夠獲得比較好的工藝結(jié)果。9. ASI：After Strip Inspection。去膠后CD測(cè)量，也是成品的CD測(cè)量。一般用于成品出廠檢驗(yàn)。二. 工藝調(diào)試內(nèi)容1. Etch to clear 測(cè)試1.1. 測(cè)試目的初步確定蝕刻工藝的時(shí)間。1.2. 測(cè)試條件l 一塊帶有鉻層的空白掩模版1.3. 測(cè)試步驟，l 清洗測(cè)試版，去除掩模版表面污物，確保表面能夠完全浸潤(rùn)。l 將掩模版放置于卡盤(pán)上，設(shè)定卡盤(pán)旋轉(zhuǎn)速度100rpm（要求與蝕刻工藝轉(zhuǎn)速相同）。l 打開(kāi)蝕刻噴嘴，并開(kāi)始計(jì)時(shí)。l 觀察到

5、鉻層顏色發(fā)生突變（幾乎透明）時(shí)，停止計(jì)時(shí)。l 關(guān)閉蝕刻噴嘴，清洗測(cè)試版和腔體。1.4. 數(shù)據(jù)處理蝕刻工藝時(shí)間可初步定位測(cè)試計(jì)時(shí)的1.2倍。2. ISOFOCAL DOSE測(cè)試2.1. 測(cè)試目的確定最佳曝光劑量。2.2. 測(cè)試步驟l 設(shè)置曝光程序，生成測(cè)試圖形陣列。要求每一列對(duì)應(yīng)不同DOSE，每一行對(duì)應(yīng)不同F(xiàn)OCUS。l 曝光生產(chǎn)測(cè)試版，并進(jìn)行顯影、蝕刻和去膠處理。l 測(cè)量測(cè)試版上陣列中每個(gè)點(diǎn)的CD。l 分析測(cè)量數(shù)據(jù)。2.3. 數(shù)據(jù)處理分析案例如下：DoseFocus73.31 77.16 81.22 85.50 90.00 94.74 99.72 104.97 110.50 8001.993

6、2.042 2.086 2.113 2.145 2.180 2.189 2.237 2.257 6002.002 2.041 2.086 2.116 2.146 2.174 2.185 2.229 2.251 4001.999 2.056 2.082 2.113 2.143 2.172 2.188 2.227 2.248 2002.009 2.040 2.079 2.112 2.139 2.174 2.191 2.226 2.252 02.007 2.041 2.081 2.113 2.144 2.173 2.201 2.230 2.247 -2001.996 2.039 2.074 2.11

7、2 2.145 2.174 2.205 2.240 2.257 -4001.990 2.023 2.069 2.104 2.141 2.180 2.210 2.239 2.268 -6001.970 2.024 2.062 2.104 2.139 2.180 2.210 2.244 2.271 -8002.025 2.040 2.096 2.147 2.184 2.213 2.256 2.292 2.322 根據(jù)上表測(cè)量數(shù)據(jù)繪制CD-Focus曲線如下：上圖顯示，F(xiàn)ocus為-800時(shí)，所有的CD偏離過(guò)大，予以剔出。處理后曲線如下：處理后數(shù)據(jù)分析如下：DoseFocus73.31 77.16

8、81.22 85.50 90.00 94.74 99.72 104.97 110.50 8001.993 2.042 2.086 2.113 2.145 2.180 2.189 2.237 2.257 6002.002 2.041 2.086 2.116 2.146 2.174 2.185 2.229 2.251 4001.999 2.056 2.082 2.113 2.143 2.172 2.188 2.227 2.248 2002.009 2.040 2.079 2.112 2.139 2.174 2.191 2.226 2.252 02.007 2.041 2.081 2.113 2.1

9、44 2.173 2.201 2.230 2.247 -2001.996 2.039 2.074 2.112 2.145 2.174 2.205 2.240 2.257 -4001.990 2.023 2.069 2.104 2.141 2.180 2.210 2.239 2.268 -6001.970 2.024 2.062 2.104 2.139 2.180 2.210 2.244 2.271 Range0.039 0.034 0.024 0.012 0.008 0.008 0.025 0.018 0.024 可見(jiàn)，在DOSE為90和94.74時(shí)，F(xiàn)OCUS對(duì)CD的影響最小。因此在此案例中

10、取95為ISOFOCAL DOSE。2.4. 其它在完成ISOFOCAL DOSE測(cè)試后，一般還需要繪制CD-DOSE曲線，用于今后生產(chǎn)中做DOSE微調(diào)參考依據(jù)。3. CD uniformity 測(cè)試3.1. 測(cè)試目的l 建立顯影工藝Recipe。l 檢測(cè)曝光機(jī)臺(tái)和顯影機(jī)臺(tái)的工藝性能。3.2. 測(cè)試條件l 測(cè)試空白版若干l 測(cè)試圖形數(shù)據(jù)l 數(shù)據(jù)分析軟件（CD_Analysis.XLS）3.3. 測(cè)試步驟l 根據(jù)空白版供應(yīng)商推薦的顯影時(shí)間建立顯影工藝的初始Recipe。一般初始Recipe內(nèi)容如下：² 掩模版停在高位，沖洗顯影噴嘴和蝕刻噴嘴（先噴藥液5秒，然后噴水10秒）。²

11、 掩模版降至底部，轉(zhuǎn)速設(shè)置100rpm，顯影噴嘴噴水浸潤(rùn)掩模10秒。² 顯影噴嘴切換到顯影液，顯影時(shí)間參考空白版供應(yīng)商建議。² 完成顯影后，顯影噴嘴切換到水沖洗15秒。² 改用Top beam噴嘴沖水清洗掩模版，掩模版應(yīng)上下移動(dòng)以確保整個(gè)掩模版被沖洗干凈。² 沖洗完成后，蝕刻噴嘴噴水沖洗10秒，然后切換到蝕刻液。² 蝕刻時(shí)間參考Etch to clear測(cè)試結(jié)果。² 完成蝕刻后，蝕刻噴嘴切換到水沖洗15秒。² 改用Top beam噴嘴沖洗掩模版。² 完成沖洗后，1000rpm旋轉(zhuǎn)甩干。l 用初始Recipe生產(chǎn)測(cè)試

12、版，并量測(cè)CD做數(shù)據(jù)分析。l 根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果中Radio誤差數(shù)據(jù)，調(diào)整顯影工藝段Recipe，通過(guò)顯影補(bǔ)償手段使得Radio誤差數(shù)據(jù)最優(yōu)。l 通過(guò)調(diào)整曝光機(jī)Bias，顯影時(shí)間和蝕刻時(shí)間等參數(shù)使得CD Mean指標(biāo)達(dá)標(biāo)。l 使用優(yōu)化后的Recipe生產(chǎn)測(cè)試版，重復(fù)CD Uniformity測(cè)試，檢驗(yàn)現(xiàn)有工藝條件下該指標(biāo)的性能。3.4. 數(shù)據(jù)處理l CD測(cè)量數(shù)據(jù)。一般CD Uniformity測(cè)試數(shù)據(jù)是一個(gè)矩陣。測(cè)量點(diǎn)數(shù)有7×7、9×9、11×11或13×13。CD測(cè)量數(shù)據(jù)一般分X方向和Y方向的數(shù)據(jù)。由于曝光機(jī)的特性，通常Y方向的CD精度高于X方向的精度。所以在做顯影機(jī)性能指標(biāo)分析時(shí)，采用Y方向的CD值分析。l 數(shù)據(jù)分析軟件。該軟件是一個(gè)Excel文檔，通過(guò)執(zhí)行文檔中的宏命令對(duì)CD數(shù)據(jù)矩陣分析，分離出各種因素對(duì)CD均勻性的影響。通常CD均勻性可分解成徑向誤差，側(cè)向誤差和隨機(jī)誤差。由于我們的顯影設(shè)備是旋轉(zhuǎn)式噴淋，所以我們需分離出徑向誤差加以分析，通過(guò)一定補(bǔ)償方法提高CD