為提高成品率改善光刻工藝的一些方法
摘要：本文將對通過改善先進(jìn)光刻工藝中對最小線寬 (CD) 和對準(zhǔn)精度的控制來提高成品率的方法做一個綜合的介紹。先進(jìn)光刻工藝指使用化學(xué)增幅光刻膠并且工藝線寬在0.18 微米及以下。對最小線寬的控制,我們將集中討論最重要的因素,諸如掩膜板誤差因子 (MEF) 及其表征方法、光學(xué)近距效應(yīng)修正問題及其解決方法、透鏡像差的測量及容忍限度、和硅片平臺水平控制精度問題。對對準(zhǔn)精度的控制,我們將集中討論如何加強對準(zhǔn)信號。
引言
當(dāng)最小線寬 (Critical Dimension, CD) 和對準(zhǔn)精度的變化大到一定程度,成品率將受到影響。在前道(Front-End-of-the-Line, FEOL),諸如絕緣層和門電路層,最小線寬的變化會影響到晶體管的電學(xué)特征,如關(guān)閉電流Ioff 和漏極飽和電流 Idsat。 對0.13微米及以下,由于短通道效應(yīng) (Short ChannelEffect) 變得明顯,閾值電壓 Vt也會隨線寬的變化而波動。如果門電路層的線寬偏小,關(guān)閉電流會明顯變大,使芯片功耗大幅度增加,甚至出故障。對準(zhǔn)精度的不高會讓漏電流顯著增加。在后道 (Back-End-of-the-Line, BEOL),不完美的最小線寬和對準(zhǔn)精度的控制會導(dǎo)致接觸電阻的升高或者其他可能的工藝問題,如金屬線的腐蝕。所以,對如何針對日益縮小的制造線寬在成本允許下提升光刻工藝對最小線寬和對準(zhǔn)精度的控制是至關(guān)重要的。 從180 納米產(chǎn)品開始,光學(xué)近距效應(yīng)變得顯著,其表現(xiàn)在明顯的二維效應(yīng),如,線端縮短(Line End Shortening)和方角鈍化 (Corner Rounding)。 除了二維的效應(yīng)之外, 在一維,線寬隨空間周期的變化會變得對部分相干性 (Partial Coherence) 敏感。盡管在 0.18 微米,基于一些簡單規(guī)則的光學(xué)近距修正和一些曝光條件的優(yōu)化已經(jīng)可以滿足對線寬的控制要求,在0.13 微米,更加復(fù)雜的基于模型的光學(xué)近距修正變的不可缺少。
除了對線寬的控制以外,很多0.18 微米及以下的芯片設(shè)計對對準(zhǔn)精度的要求也越來越嚴(yán)。不超過60 納米的對準(zhǔn)精度對絕大多數(shù)光刻機來講是輕而易舉的。但是40到50 納米的對準(zhǔn)精度就顯得困難許多, 而且還有可能受某些工藝, 如化學(xué)機械拋光 (Chemical-Mechanical Polishing, CMP) 的影響。 20 到30 納米的對準(zhǔn)精度將是幾乎所有光刻機能達(dá)到的極限。 在這樣緊的規(guī)格下,成功的對準(zhǔn)將依賴于對準(zhǔn)記號的質(zhì)量.
先進(jìn)光刻工藝中對線寬的控制
化學(xué)增幅光刻膠 (Chemically Amplified Resist, CAR) 的使用改變了光刻學(xué)�；瘜W(xué)增幅,或利用光致酸進(jìn)行催化反應(yīng)的引入不僅實現(xiàn)了更好的成像形貌和反應(yīng)對比度,而且還提高了膠的靈敏度和機器產(chǎn)能 [1]�！� 但是盡管這樣的擴散可以改善對焦深度 (Depth of Focus, DOF) 和圖形邊緣的粗糙程度, 實現(xiàn)這種催化反應(yīng)所需要的在曝光后的烘烤 （俗稱后烘）(Post Exposure Bake, PEB)過程中的酸的隨機擴散會損傷成像對比度 [2]。 在 0.13 微米及以下工藝,傳統(tǒng)上的黑白 (Binary),或者鉻-玻璃 (Chrome-on-Glass, COG) 掩膜板已經(jīng)不能滿足對門電路的線寬控制要求。 透射減幅的相移掩膜板 (Attenuated Phase Shifting Mask, Att-PSM) 成為 130 納米和90 納米工藝的標(biāo)準(zhǔn)配置。 在 65 納米節(jié)點, 甚至透射減幅的相移掩膜板也不能給門電路產(chǎn)生足夠的成像對比度。 在這種情況下,對160 納米至200納米的空間周期,只有使用193 納米浸沒 (Immersion) 光刻技術(shù)或者交替相移掩膜板 (A
