小线宽下显影过程对CD影响的研究

盛飞

【摘 要】 本文研究了小线宽情况下非曝光因素对CD的影响，发现显影过程会使CD产生5%的波动从而影响工艺稳定度。排除显影中烘烤对CD的影响，找出导致CD波动的主要因素为显影液的流量，并提出统一显影液流量以达到显影过程中对CD的精确控制。

【关键词】 光刻 CD 显影 流量

1 引言

随着半导体光刻技术的逐渐发展，关键线宽CD的尺寸越来越小，而对CD的控制精度要求也变得越来越高。近些年在控制CD方面，主要的研究精力均集中在对曝光光源解析度及光路的调整上，以期在现有设备条件下获得最大的DOF（Dimension of Focus），浸润式微影就是这方面最大的突破[1]。另一方面，在实际生产过程中，仅仅研究光源对CD的影响是远远不够的：在I-line显影工艺中不同显影机台之间的CD会存在差异，这种差异若不设法加以管控将会对工艺的稳定性产生影响。本文中，作者将针对显影机台间CD差异展开研究，揭示I-line显影工艺下对CD的重要影响因子并找出最优化的显影过程，从而获得更稳定的CD控制[2]。

本文中，作者研究了显影过程对CD的影响，提出显影液流量为影响CD控制的关键因素并找到显影液流量与CD的关系，实现了曝光过程之外对CD的进一步精确控制，增强了工艺稳定性和可控性。

2 实验

一般地，半导体工艺生产过程中对CD波动控制在5%以内，即不同机器之间生产的产品的CD差异不能大于5%。为了只研究显影流程对CD的影响，我们对Photo process进行了分割，将光刻胶涂布与曝光步骤固定不变，而选择不同的显影机台进行CD的实验观测。结果见图1：我们发现，不同的显影机台对CD波动的影响就在5%左右，已经大大超出了工艺生产的要求，深入的研究和改善迫在眉睫。

进一步地，我们对显影过程进行剖解，将其拆分为前烘，显影，后烘三步[3]，测定单一实验条件的变动对CD的影响来找出哪一步是影响CD的主要因素。如表1所示：选定两个机台A与B，单独经由A与B显影的时候CD相差20nm，但是若由机台A前烘后烘再由机台B显影，则差异几乎消失，从而认定显影为影响CD的主要因素。

找出差异步骤之后，我们对两个机台A与B显影过程中的各项可能影响CD的参数进行比对，在比较了温度，空气流量，水流量及显影液流量之后，发现两个机台间唯一的差异就来自于显影液流量的差异。如表2所示，在温度，气体，水流几乎一致的情况下，显影液的流量差异大到50左右，占总流量的4%，与之前观察到的5%CD波动相近，应为主要影响因素。

3 分析

找到不同显影机台之间的差异后我们发现，主要的影响因素来自于显影步骤，而显影步骤中最主要的影响因素又来自于显影液流量。事实上，分析显影过程中的四个影响因子：显影液流量，水流量，排气量及温度可知。

3.1 温度

温度为半导体生产工艺中最重视的因素之一，默认为22度室温恒温的条件。在实际生产中由于排气量的因素可能会有微小波动，但由于所有工艺都对温度有严格要求，且其他步骤（如曝光）对温度的温度性要求更高，故温度不会是在显影步骤影响CD的主要因素。

3.2 排气量

排气量代表的是半导体生产中的另一个影响因素：空气压力P。不同的气压会对溶解性产生影响，但与温度类似，在photo工艺中，压力影响更大的是曝光步骤，压力对曝光时焦距的影响可精确至1帕斯卡。而在显影过程中，经过实测，不同的排气量对chamber内压力的影响几乎不大，可以认为压力近似一致。

3.3 水流

水流是显影过程中必不可缺的环节，显影本身是一个酸碱中和的反应，酸碱中和之后的反应物就是藉由水流冲走，从而达到显影的目的。但是根据以往经验，水流的流量和流速主要是影响显影反应生成物的残留，高速的水流可以更好的去除酸碱中和的产物，而不会去影响酸碱中和反应的进行，从而微小的水流量差异是不会对CD造成影响的。

3.4 显影液流量

显影液的注入量会直接影响到酸碱中和反应的快慢以及反应的充分程度，而注入量就是受显影液流量影响的，大的显影液流量会使晶圆表面累积更多的显影液，从而使反应更充分，使CD线宽更小。

4 结语

本文通过实验排除了显影过程中烘烤对CD的影响，设计实验确定了显影这一步骤为整个显影工艺过程中对CD影响最大的环节。列举显影工艺相关控制参数（温度，压力，水流。），找出了影响CD的最大因素：显影液流量。由此，我们可以得出结论，只要将显影液的流量控制在一致的水平，就可以避免不同显影机台之间的CD差异，从而可以更好的控制CD，使CD更加的稳定。

致谢

本课题在选题及研究过程中得到部门经理，副经理的亲切关怀和悉心指导，他们严肃的科学态度，严谨的求证精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，部门经理都始终给予我细心的指导和不懈的支持，在此表示深深的感谢。

参考文献：

[1]Jansen，R. Gronheid，E. Hendrickx，Lithography Options for the 32nm Half Pitch Node and Beyond，978-1-4244-2018-6/08/$25.00 ？2008 IEEE.

[2]Michael Quirk，Julian Serda。 Semiconductor Manufacturing Technology.韩泽生等译，电子工业出版社.2009（7）：310-314.

[3]简祺霞，王军，袁凯，蒋亚东.光刻工艺中关键流程参数分析[J].微处理机，2011（6）：14-15.endprint

【摘 要】 本文研究了小线宽情况下非曝光因素对CD的影响，发现显影过程会使CD产生5%的波动从而影响工艺稳定度。排除显影中烘烤对CD的影响，找出导致CD波动的主要因素为显影液的流量，并提出统一显影液流量以达到显影过程中对CD的精确控制。

【关键词】 光刻 CD 显影 流量

1 引言

随着半导体光刻技术的逐渐发展，关键线宽CD的尺寸越来越小，而对CD的控制精度要求也变得越来越高。近些年在控制CD方面，主要的研究精力均集中在对曝光光源解析度及光路的调整上，以期在现有设备条件下获得最大的DOF（Dimension of Focus），浸润式微影就是这方面最大的突破[1]。另一方面，在实际生产过程中，仅仅研究光源对CD的影响是远远不够的：在I-line显影工艺中不同显影机台之间的CD会存在差异，这种差异若不设法加以管控将会对工艺的稳定性产生影响。本文中，作者将针对显影机台间CD差异展开研究，揭示I-line显影工艺下对CD的重要影响因子并找出最优化的显影过程，从而获得更稳定的CD控制[2]。

本文中，作者研究了显影过程对CD的影响，提出显影液流量为影响CD控制的关键因素并找到显影液流量与CD的关系，实现了曝光过程之外对CD的进一步精确控制，增强了工艺稳定性和可控性。

2 实验

一般地，半导体工艺生产过程中对CD波动控制在5%以内，即不同机器之间生产的产品的CD差异不能大于5%。为了只研究显影流程对CD的影响，我们对Photo process进行了分割，将光刻胶涂布与曝光步骤固定不变，而选择不同的显影机台进行CD的实验观测。结果见图1：我们发现，不同的显影机台对CD波动的影响就在5%左右，已经大大超出了工艺生产的要求，深入的研究和改善迫在眉睫。

进一步地，我们对显影过程进行剖解，将其拆分为前烘，显影，后烘三步[3]，测定单一实验条件的变动对CD的影响来找出哪一步是影响CD的主要因素。如表1所示：选定两个机台A与B，单独经由A与B显影的时候CD相差20nm，但是若由机台A前烘后烘再由机台B显影，则差异几乎消失，从而认定显影为影响CD的主要因素。

找出差异步骤之后，我们对两个机台A与B显影过程中的各项可能影响CD的参数进行比对，在比较了温度，空气流量，水流量及显影液流量之后，发现两个机台间唯一的差异就来自于显影液流量的差异。如表2所示，在温度，气体，水流几乎一致的情况下，显影液的流量差异大到50左右，占总流量的4%，与之前观察到的5%CD波动相近，应为主要影响因素。

3 分析

找到不同显影机台之间的差异后我们发现，主要的影响因素来自于显影步骤，而显影步骤中最主要的影响因素又来自于显影液流量。事实上，分析显影过程中的四个影响因子：显影液流量，水流量，排气量及温度可知。

3.1 温度

温度为半导体生产工艺中最重视的因素之一，默认为22度室温恒温的条件。在实际生产中由于排气量的因素可能会有微小波动，但由于所有工艺都对温度有严格要求，且其他步骤（如曝光）对温度的温度性要求更高，故温度不会是在显影步骤影响CD的主要因素。

3.2 排气量

排气量代表的是半导体生产中的另一个影响因素：空气压力P。不同的气压会对溶解性产生影响，但与温度类似，在photo工艺中，压力影响更大的是曝光步骤，压力对曝光时焦距的影响可精确至1帕斯卡。而在显影过程中，经过实测，不同的排气量对chamber内压力的影响几乎不大，可以认为压力近似一致。

3.3 水流

水流是显影过程中必不可缺的环节，显影本身是一个酸碱中和的反应，酸碱中和之后的反应物就是藉由水流冲走，从而达到显影的目的。但是根据以往经验，水流的流量和流速主要是影响显影反应生成物的残留，高速的水流可以更好的去除酸碱中和的产物，而不会去影响酸碱中和反应的进行，从而微小的水流量差异是不会对CD造成影响的。

3.4 显影液流量

显影液的注入量会直接影响到酸碱中和反应的快慢以及反应的充分程度，而注入量就是受显影液流量影响的，大的显影液流量会使晶圆表面累积更多的显影液，从而使反应更充分，使CD线宽更小。

4 结语

本文通过实验排除了显影过程中烘烤对CD的影响，设计实验确定了显影这一步骤为整个显影工艺过程中对CD影响最大的环节。列举显影工艺相关控制参数（温度，压力，水流。），找出了影响CD的最大因素：显影液流量。由此，我们可以得出结论，只要将显影液的流量控制在一致的水平，就可以避免不同显影机台之间的CD差异，从而可以更好的控制CD，使CD更加的稳定。

致谢

本课题在选题及研究过程中得到部门经理，副经理的亲切关怀和悉心指导，他们严肃的科学态度，严谨的求证精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，部门经理都始终给予我细心的指导和不懈的支持，在此表示深深的感谢。

参考文献：

[1]Jansen，R. Gronheid，E. Hendrickx，Lithography Options for the 32nm Half Pitch Node and Beyond，978-1-4244-2018-6/08/$25.00 ？2008 IEEE.

[2]Michael Quirk，Julian Serda。 Semiconductor Manufacturing Technology.韩泽生等译，电子工业出版社.2009（7）：310-314.

[3]简祺霞，王军，袁凯，蒋亚东.光刻工艺中关键流程参数分析[J].微处理机，2011（6）：14-15.endprint

【摘 要】 本文研究了小线宽情况下非曝光因素对CD的影响，发现显影过程会使CD产生5%的波动从而影响工艺稳定度。排除显影中烘烤对CD的影响，找出导致CD波动的主要因素为显影液的流量，并提出统一显影液流量以达到显影过程中对CD的精确控制。

【关键词】 光刻 CD 显影 流量

1 引言

随着半导体光刻技术的逐渐发展，关键线宽CD的尺寸越来越小，而对CD的控制精度要求也变得越来越高。近些年在控制CD方面，主要的研究精力均集中在对曝光光源解析度及光路的调整上，以期在现有设备条件下获得最大的DOF（Dimension of Focus），浸润式微影就是这方面最大的突破[1]。另一方面，在实际生产过程中，仅仅研究光源对CD的影响是远远不够的：在I-line显影工艺中不同显影机台之间的CD会存在差异，这种差异若不设法加以管控将会对工艺的稳定性产生影响。本文中，作者将针对显影机台间CD差异展开研究，揭示I-line显影工艺下对CD的重要影响因子并找出最优化的显影过程，从而获得更稳定的CD控制[2]。

本文中，作者研究了显影过程对CD的影响，提出显影液流量为影响CD控制的关键因素并找到显影液流量与CD的关系，实现了曝光过程之外对CD的进一步精确控制，增强了工艺稳定性和可控性。

2 实验

一般地，半导体工艺生产过程中对CD波动控制在5%以内，即不同机器之间生产的产品的CD差异不能大于5%。为了只研究显影流程对CD的影响，我们对Photo process进行了分割，将光刻胶涂布与曝光步骤固定不变，而选择不同的显影机台进行CD的实验观测。结果见图1：我们发现，不同的显影机台对CD波动的影响就在5%左右，已经大大超出了工艺生产的要求，深入的研究和改善迫在眉睫。

进一步地，我们对显影过程进行剖解，将其拆分为前烘，显影，后烘三步[3]，测定单一实验条件的变动对CD的影响来找出哪一步是影响CD的主要因素。如表1所示：选定两个机台A与B，单独经由A与B显影的时候CD相差20nm，但是若由机台A前烘后烘再由机台B显影，则差异几乎消失，从而认定显影为影响CD的主要因素。

找出差异步骤之后，我们对两个机台A与B显影过程中的各项可能影响CD的参数进行比对，在比较了温度，空气流量，水流量及显影液流量之后，发现两个机台间唯一的差异就来自于显影液流量的差异。如表2所示，在温度，气体，水流几乎一致的情况下，显影液的流量差异大到50左右，占总流量的4%，与之前观察到的5%CD波动相近，应为主要影响因素。

3 分析

找到不同显影机台之间的差异后我们发现，主要的影响因素来自于显影步骤，而显影步骤中最主要的影响因素又来自于显影液流量。事实上，分析显影过程中的四个影响因子：显影液流量，水流量，排气量及温度可知。

3.1 温度

温度为半导体生产工艺中最重视的因素之一，默认为22度室温恒温的条件。在实际生产中由于排气量的因素可能会有微小波动，但由于所有工艺都对温度有严格要求，且其他步骤（如曝光）对温度的温度性要求更高，故温度不会是在显影步骤影响CD的主要因素。

3.2 排气量

排气量代表的是半导体生产中的另一个影响因素：空气压力P。不同的气压会对溶解性产生影响，但与温度类似，在photo工艺中，压力影响更大的是曝光步骤，压力对曝光时焦距的影响可精确至1帕斯卡。而在显影过程中，经过实测，不同的排气量对chamber内压力的影响几乎不大，可以认为压力近似一致。

3.3 水流

水流是显影过程中必不可缺的环节，显影本身是一个酸碱中和的反应，酸碱中和之后的反应物就是藉由水流冲走，从而达到显影的目的。但是根据以往经验，水流的流量和流速主要是影响显影反应生成物的残留，高速的水流可以更好的去除酸碱中和的产物，而不会去影响酸碱中和反应的进行，从而微小的水流量差异是不会对CD造成影响的。

3.4 显影液流量

显影液的注入量会直接影响到酸碱中和反应的快慢以及反应的充分程度，而注入量就是受显影液流量影响的，大的显影液流量会使晶圆表面累积更多的显影液，从而使反应更充分，使CD线宽更小。

4 结语

本文通过实验排除了显影过程中烘烤对CD的影响，设计实验确定了显影这一步骤为整个显影工艺过程中对CD影响最大的环节。列举显影工艺相关控制参数（温度，压力，水流。），找出了影响CD的最大因素：显影液流量。由此，我们可以得出结论，只要将显影液的流量控制在一致的水平，就可以避免不同显影机台之间的CD差异，从而可以更好的控制CD，使CD更加的稳定。

致谢

本课题在选题及研究过程中得到部门经理，副经理的亲切关怀和悉心指导，他们严肃的科学态度，严谨的求证精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，部门经理都始终给予我细心的指导和不懈的支持，在此表示深深的感谢。

参考文献：

[1]Jansen，R. Gronheid，E. Hendrickx，Lithography Options for the 32nm Half Pitch Node and Beyond，978-1-4244-2018-6/08/$25.00 ？2008 IEEE.

[2]Michael Quirk，Julian Serda。 Semiconductor Manufacturing Technology.韩泽生等译，电子工业出版社.2009（7）：310-314.

[3]简祺霞，王军，袁凯，蒋亚东.光刻工艺中关键流程参数分析[J].微处理机，2011（6）：14-15.endprint