江月艷，張世權(quán)

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第58研究所，江蘇 無(wú)錫 214035）

RRC工藝涂膠膠厚均勻性優(yōu)化研究

江月艷，張世權(quán)

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第58研究所，江蘇 無(wú)錫 214035）

為降低涂膠工序的生產(chǎn)成本，減少光刻膠的用量，需要在涂膠工藝上不斷改進(jìn)和提高。從原來(lái)傳統(tǒng)的涂膠工藝到RRC（Reduced Resist Consumption）工藝，能夠使光刻膠的用量減少，而隨著光刻膠用量的減少，圓片上膠厚的均勻性也在發(fā)生劇烈的變化。同時(shí)光刻涂膠工序最重要的工藝要求就是膠厚和均勻性，它直接影響著后續(xù)曝光工藝的穩(wěn)定性。在RRC工藝下，通過(guò)對(duì)噴膠轉(zhuǎn)速、排風(fēng)、噴膠速率等涂膠參數(shù)進(jìn)行多次試驗(yàn)，最終找出影響膠厚均勻性的參數(shù)及其調(diào)整方法，來(lái)達(dá)到工藝要求的膠厚及均勻性，保障工藝生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

光刻；涂膠；均勻性；RRC

1 引言

半導(dǎo)體市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)變得越來(lái)越激烈，最終成功與否，關(guān)鍵取決于迅速涌現(xiàn)出的新型制造能力在生產(chǎn)線運(yùn)作的高成品率指標(biāo)的體現(xiàn)，而在提高成品率的前提下，如何降低生產(chǎn)成本已成為現(xiàn)代IC生產(chǎn)線提高其自身競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)重要因素。為此，在半導(dǎo)體工藝中采用改良后的涂膠方式，在大量降低光刻膠使用量的同時(shí)保證光刻質(zhì)量，來(lái)提高生產(chǎn)線的競(jìng)爭(zhēng)力。

RRC工藝的涂膠過(guò)程總共9步[1]：

第一步，溶劑的噴嘴移到圓片的中心；第二步，靜止?fàn)顟B(tài)下將溶劑噴到圓片上；第三步，光刻膠的噴嘴移到圓片中心，而圓片在很短的時(shí)間里旋轉(zhuǎn)起來(lái)，這樣在圓片表面形成了一層溶劑的膜，這層膜改進(jìn)了圓片表面光刻膠的可濕性（這是RRC工藝區(qū)別于傳統(tǒng)涂膠工藝的關(guān)鍵點(diǎn)）；第四步，噴光刻膠，為了讓光刻膠迅速涂滿整張圓片，一般在相對(duì)較高的速度下通過(guò)溶劑的薄膜覆蓋整個(gè)圓片；第五步，在光刻膠噴出后突然降低圓片的旋轉(zhuǎn)速度，以此來(lái)平滑這個(gè)光刻膠表面，這對(duì)之后調(diào)整光刻膠膜的形狀以及涂膠的問(wèn)題特別是對(duì)膠厚均勻性是非常有用的；第六步，光刻膠干燥，在這一步中光刻膠在圓片表面形成薄膜；第七步，BACK RINSE以及EBR在這步實(shí)行；第八步，將上一步的各種溶液甩掉；第九步，停止旋轉(zhuǎn)結(jié)束涂膠。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

在調(diào)整膠厚的過(guò)程中，涂膠工藝的各個(gè)過(guò)程都影響著光刻膠的均勻性及膠厚[2~3]，因此研究涂膠過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)調(diào)整膠厚均勻性有較大意義，下面就主要影響膠厚均勻性的因素做進(jìn)一步研究。

2.1光刻膠噴膠時(shí)圓片轉(zhuǎn)速與膠厚均勻性的關(guān)系

光刻膠噴膠時(shí)圓片的轉(zhuǎn)速與膠厚均勻性有著密切的關(guān)系。一般速度越高，圓片的中心越薄，邊緣越厚，噴膠轉(zhuǎn)速越慢，圓片的中心越厚，邊緣越薄。圖1是典型的120 mm圓片中心邊緣膠厚在噴膠高低轉(zhuǎn)速時(shí)候的厚度分布圖。根據(jù)此規(guī)律可以通過(guò)調(diào)整噴膠轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整涂膠均勻性。

圖1 噴膠轉(zhuǎn)速與膠厚關(guān)系圖

2.2光刻膠噴膠時(shí)間與膠厚均勻性的關(guān)系

在膠泵參數(shù)中，修改噴膠速率，改變噴膠時(shí)間，影響均勻性。噴膠時(shí)間越長(zhǎng)，圓片邊緣的膠厚就越厚，越短就越薄，但中心的膠厚變化不是很大，如圖2。

圖2 噴膠時(shí)間與膠厚關(guān)系圖

2.3冷板溫度對(duì)膠厚均勻性的影響

冷板的溫度對(duì)圓片上膠厚均勻性的影響非常明顯。當(dāng)溫度越高整個(gè)圓片上面的膠厚就越厚，但相對(duì)于邊緣的膠厚來(lái)說(shuō)，中心的膠厚比較薄。如果能找到一個(gè)合適的溫度點(diǎn)的話，就可以使整個(gè)圓片上的膠厚形成一個(gè)很好的形狀，如圖3。

圖3 冷板溫度與膠厚關(guān)系圖

2.4排風(fēng)對(duì)膠厚均勻性的影響

排風(fēng)對(duì)膠厚均勻性也會(huì)產(chǎn)生很大的影響，尤其是對(duì)圓片的邊緣部分。排風(fēng)一定要選取合適的大小才可能實(shí)現(xiàn)高均勻性低缺陷的光刻膠膜層。排風(fēng)太小，容易導(dǎo)致去邊的時(shí)候去邊劑飛濺到圓片上形成針孔，造成涂膠缺陷最終導(dǎo)致光刻圖形異常。排風(fēng)太大對(duì)光刻膠厚度影響明顯，會(huì)導(dǎo)致圓片邊緣膠厚迅速變厚從而影響膠厚均勻性。這主要是因?yàn)镽CC涂膠過(guò)程中，排風(fēng)是由圓片邊緣處開(kāi)口抽出（排風(fēng)的結(jié)構(gòu)如圖4所示），因此圓片邊緣排風(fēng)較大，當(dāng)排風(fēng)達(dá)到一定程度后圓片邊緣光刻膠表面溶劑迅速揮發(fā)并凝固，從而導(dǎo)致圓片邊緣光刻膠內(nèi)部溶劑未充分揮發(fā)，而圓片中心變化較小，因此形成了邊緣厚、中心薄的膠厚分布，這種現(xiàn)象在工藝監(jiān)控中經(jīng)常出現(xiàn)。

圖4 RCC涂膠腔體排風(fēng)走向示意圖

2.5其他影響膠厚的因素討論

在調(diào)整膠厚均勻性的過(guò)程中，遇到了很多問(wèn)題，而通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)了其中一部分的原因與解決方法。

2.5.1 圓片邊緣極端變薄

圓片邊緣極端變薄可能是由于背面去邊劑的反濺造成CUP的底部積聚了很多溶劑，使圓片背面變冷。因?yàn)闇囟葘?duì)膠厚的影響非常大，有時(shí)甚至出現(xiàn)邊緣沒(méi)有涂上光刻膠的現(xiàn)象。這主要是由于HMDS的量過(guò)多造成圓片表面張力過(guò)大，使光刻膠都向圓片的中心收縮。

2.5.2 圓片中心膠厚不平坦

有時(shí)會(huì)出現(xiàn)圓片中心位置膠厚形狀不好，這種情況往往是噴嘴上有干燥的光刻膠或者噴嘴不在中心。由于噴嘴不在圓片中心，使光刻膠未落在圓片中心而是被旋轉(zhuǎn)開(kāi)，往往會(huì)出現(xiàn)環(huán)狀的圖形。通過(guò)清潔光刻膠噴嘴或調(diào)整噴嘴的吐出位置可以解決這個(gè)問(wèn)題。

2.5.3 膠厚成平滑的單邊下降型

造成這個(gè)問(wèn)題的原因一般是圓片在前烘烤熱板上傾向一方或外來(lái)物質(zhì)在前烘熱板上面造成熱板加熱不均勻。有時(shí)搬送手臂放置圓片的位置不好也會(huì)造成這一現(xiàn)象。這時(shí)必須調(diào)整熱板位置或清潔熱板。

3 總結(jié)

光刻涂膠工藝是一個(gè)復(fù)雜的工藝，要使圓片表面形成一個(gè)均勻的光刻膠膜厚，需要調(diào)節(jié)大量的參數(shù)[4]，本文主要對(duì)嚴(yán)重影響膠厚均勻性的四個(gè)因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和分析，并得到了一定規(guī)律，同時(shí)還對(duì)工藝中出現(xiàn)的突發(fā)膠厚均勻變化做了分析和討論。綜上所述，膠厚及均勻性的影響因素較多，要得到理想的膠厚均勻性就需要針對(duì)以上提到的以及其他的主要參數(shù)進(jìn)行確認(rèn)和調(diào)試，同時(shí)還需要對(duì)突發(fā)工藝異常進(jìn)行排查，最終得到理想的膠厚及均勻性。

[1] CHRIS MACK. Fundamental Principles of Optical Lithography [Z]. 2007, 16-17.

[2] Meyerhofer, D. Characteristics of resist fi lms produced by spinning[J]. Journal of Applied Physics, 1978,49, 3993-3997.

[3] Bornside, D E , Macosko, C W, Scriven, L E. Spin coating: one-dimensional model[J]. Journal of Applied Physics, 1989, 66, 5185-5193.

[4] D Lyons, B T Beauchemin[C]. 1995. Proc. SPIE, 2438: 726.

作者簡(jiǎn)介：

鄭 星（1987—），男，貴州遵義人，碩士研究生，助理工程師，主要從事環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)方向的研究。

Optimization of Coating Thickness and Uniformity of RRC Process

JIANG Yueyan, ZHANG Shiquan
（China Electronics Technology Group Corporation No.58Research Institute,Wuxi214035,China）

Some method had been used to reduce the semiconductor manufacture cost, such as reducing photo resist consumption, which result in the uniformity of photo resist becoming more lager. Photo resist uniformity and thickness are the important process parameter which could influence the quality of exposal process. By changing chuck rotation speed, pump velocity, exhaust, the best process condition for RRC process has been accomplished, the relationship between photo resist uniformity and other process condition has been developed; The photo resist uniformity and thickness can be controlled steadily and make sure the steady of the fab process.

photolithography; coat; uniformity; reduced resist consumption

TN305.7

A

1681-1070（2014）08-0042-03

江月艷（1979—），女，江蘇宜興人，工程師，畢業(yè)于武漢大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)，主要從事集成電路質(zhì)量管理、電子元器件可靠性檢驗(yàn)工作。

2014-04-14