硅片翘曲对光刻条宽均匀性的分析

（时间:2006-11-16 共有

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从数据中可以看出，硅片1与硅片2的翘曲情况有明显差别。下面将结合光刻胶及步进光刻机的聚焦曝光原理来分析不同翘曲度的硅片对光刻条宽的均匀性的影响。 3.正性光刻胶的条宽特性

通过在步进光刻机PAS5000/55上FEM（Focus Exposure Matrix）试验，发现用AZ603-14cp正性光刻胶在5000A的SiO2衬底上曝0.8um的密集条时，其条宽与焦距能量存在如下关系： 表1条宽与焦距、曝光能量关系表 条宽(um) 曝光能量(mj/cm2) 焦距 150 160 170 180 190 200

-2 0.563 0.624 0.676 0.702 0.737 0.788 -1.8 0.611 0.660 0.726 0.740 0.764 0.806 -1.6 0.646 0.690 0.737 0.760 0.778 0.831 -1.4 0.680 0.722 0.767 0.770 0.802 0.842 -1.2 0.719 0.740 0.776 0.788 0.812 0.853 -1 0.733 0.755 0.788 0.798 0.824 0.867 -0.8 0.742 0.770 0.790 0.808 0.830 0.868 -0.6 0.743 0.769 0.799 0.822 0.837 0.868 -0.4 0.746 0.782 0.802 0.830 0.835 0.868 -0.2 0.746 0.780 0.809 0.830 0.846 0.871 0 0.746 0.773 0.803 0.825 0.842 0.867 0.2 0.742 0.776 0.807 0.830 0.844 0.872 0.4 0.734 0.766 0.802 0.820 0.842 0.866 0.6 0.699 0.750 0.786 0.800 0.827 0.855 0.8 0.665 0.706 0.758 0.790 0.816 0.836 1 0.586 0.660 0.713 0.760 0.789 0.822

为更直观地表示出三者的关系，可以将表一的数据用图一来表示。图中可以清楚地看出条宽与焦距能量之间的变化关系。在同一焦距下，增加曝光能量则条宽增大；在相同曝光能量下，若在最佳焦距上，条宽最大，如向两边偏离最佳焦距则条宽逐渐都变小，直至超出条宽应许的范围。

4．硅片翘曲对条宽均匀性影响

步进光刻机的曝光方式顾名思义是对一个接一个曝光场进行曝光的，在每个场曝光前，设备将进行一次聚焦，位置大约在一场的中心位置。如果在一个曝光场内其它地方的聚焦与中心的有变化，则此曝光场内的条宽就会存在差异，即存在条宽均匀性问题。

假定一个曝光场的大小为16×16mm2，则对硅片1，可以分解成如下形式，每一个红框代表一个曝光场。

红框中心位置（蓝色数字的地方）是这个曝光场的聚焦位置，设备会在曝光之前自动把中心焦距（蓝色数字表示的）调整为零。由于硅片的翘曲，同一曝光场的其余点和中心位置点或多或少会

存在着焦距不为另情况。

分析上面的数据，能够得到每个曝光场内与中心相比的最大焦距差△F。硅片1的每个曝光场内的△F如下：

+ + + + + + + + + + + + +

+ 6.9 + 3.1 + -2.8 + -2.7 + 1.9 + -1.6 + + + + + + + + + + + + + +

+ 4.3 + 1.3 + -1.5 + -2.8 + -3.6 + 3.0 + + + + + + + + + + + + + +

+ 3.7 + 0.8 + -0.8 + -2.3 + -2.1 + -1.8 + + + + + + + + + + + + + +

+ 4.1 + 1.2 + -1.6 + -2.3 + -3.2 + 1.8 + + + + + + + + + + + + + +

+ 5.9 + 2.7 + 2.6 + 2.3 + -5.1 + 4.1 + + + + + + + + + + + + + +

+ 7.4 + 4.3 + -2.6 + 2.8 + 5.7 + -3.8 + + + + + + + + + + + + + +

对比条宽与焦距、曝光能量关系图，可以看出，除B2，C2，D2，D3及E3五个曝光场外，其余曝光场内的△F都超出了光刻胶的景深范围，由此可见，硅片1不可以用来生产0.8um尺寸的集成电路。

而对于硅片2，同样方法得到每个曝光场内与中心相比的最大焦距差△F如下： + + + + + + + + + + + + +

+ -0.9 + -0.5 + 0.5 + -0.4 + -0.6 + 0.9 + + + + + + + + + + + + + +

+ 0.2 + -0.3 + 0.2 + -0.2 + 0.3 + -0.7 + + + + + + + + + + + + + +

+ 0.2 + -0.3 + 0.4 + 0.4 + -0.7 + -0.3 + + + + + + + + + + + + + +

+ -0.1 + -0.4 + 0.4 + 0.7 + 0.4 + -0.5 + + + + + + + + + + + + + +

+ 0.4 + -0.3 + 0.3 + 0.2 + -0.3 + 0.2 + + + + + + + + + + + + + +

+ -0.8 + -0.5 + -0.4 + 0.3 + -0.4 + -0.7 + + + + + + + + + + + + + +

硅片2的△F在－0.9～0.9um内，对比条宽与焦距、曝光能量关系图，可以看出，此片可以用来生产0.8um尺寸的集成电路。在△F为－0.9um的曝光场内，其条宽最小为0.767um。从条宽与焦距、曝光能量关系图可看出，硅片内每个曝光场的△F绝对值越小，则硅片内条宽均匀性越好。

对于步进光刻机，分辨率（R）可以用公式1表达， 公式1 R=k1*λ/NA

其中：k1是一个主要由光刻胶决定的因子，在0.6～0.8范围内，λ是曝光波长，NA是棱镜的数值孔径。

景深（DOF）可用公式2表达为： 公式2 DOF=k2*λ/NA2 其中：k2是一个因子，按照传统做法是取k2=0。8。 从公式1和2可以看出，分辨率，景深，曝光波长及数值孔径之间存在着内在联系。条宽越小，要求的分辨率越高，景深越小，故条宽尺寸越小，对硅片的平整度要求越高。 6.结束语 通过以上分析，可以看出硅片翘曲度对条宽均匀性的影响是巨大的，尤其是突变的比缓变的翘曲对条宽的均匀性有害的多。而小尺寸的集成电路，由于工艺的景深本身变小了，故对硅片的要求也就更高了。 超出工艺景深的硅片翘曲会导致曝光场边缘的大量管芯失效，从而极大地影响成品率。故而对于特定的工艺产品，需对材料片的采购，生产中外延及高温氧化等易造成硅片翘曲的过程加以控制。