光刻工艺的评价标准-汶颢股份
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光刻工艺的评价标准

一个集成电路的制造过程(process flow)是由许多工艺单元(unit process)构成的,每一个工艺单元的输出就是下一个工艺单元的输入。工艺单元之间的衔接和整合是由工艺集成(process integrated,PI)部门负责的。光刻工艺的输出就是光刻胶上的图形。一般集成部门对光刻胶上的图形有严格要求。如图所示:

光刻胶上的图形 

首先是图形的线宽,一般是在目标值的±(8-10)%之内。其次是套刻误差,光刻胶上的图形必须与衬底上的参考层对准,如图所示:

光刻胶上的图形必须与衬底上的参考层对准 

X/Y方向的偏差必须小于一个规定的值。通过KrF光刻能达到小于±15nm的套刻误差,ArF光刻能达到小于±7nm的套刻误差。第三,晶圆表面胶的厚度。光刻后的下一道工序通常是反应离子刻蚀(reactive ion etch,RIE)。尽管反应离子刻蚀有很高的选择性,但光刻胶必须有一定的厚度才能保证在刻蚀的过程中不被全部消耗掉。第四,光刻胶剖面侧角(side wall angle)必须大于85度。

随着技术节点的缩小,即线宽的缩小,对晶圆上线宽均匀性(CDU)和套刻误差的要求也相应地提高。ITRS曾经建议,CDU(3δ)必须不能超过线宽的7%,套刻误差不能大于线宽的20%。对于20nm半周期节点,CDU必须小于1.4nm,套刻误差必须小于4nm。

集成电路生产厂光刻工程师的职责就是要保证光刻后光刻胶上的图形符合以上各项要求。为了实现这个目标,光刻工艺中的各项参数都必须控制在一个较小的范围,被称为工艺窗口(process window)。光刻工艺的窗口一般是通过曝光聚焦-能量矩阵(focus-energy matrix,FEM)数据来确定的。曝光时,在一个方向以固定的步长改变聚焦值,另一个方向以另一个固定的步长改变曝光能量,如图所示。曝光显影完成后,测量晶圆上图形的尺寸,得到所谓的“bossung”图,假设所要的图形的目标线宽(target CD)是56nm,允许的范围是±3nm(在图中用方框标出),那么在曝光能量等于17.6mJ/cm2时的焦深大约就是100nm。

曝光能量 

聚焦-能量矩阵曝光设置以及关键线宽随曝光能量和聚焦值的变化曲线-----“Bossung”图(图中能量的单位是mJ/cm2) 

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