樸勇男　張晨陽(yáng)　邢栗　李慶斌

【摘? 要】半導(dǎo)體器件制造業(yè)是當(dāng)今世界上最清潔的制造業(yè)之一。在當(dāng)今最先進(jìn)的晶圓廠當(dāng)中，所有的物質(zhì)都被過(guò)濾到最小的粒徑。這種做法對(duì)氣體來(lái)說(shuō)是相當(dāng)容易的，但是過(guò)濾液體時(shí)相對(duì)較難，特別是光化學(xué)物質(zhì)，如底部抗反射涂層（BARC），過(guò)濾器可能會(huì)出現(xiàn)堵塞、過(guò)濾速率下降的問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致通過(guò)過(guò)濾器的壓降增加，或者過(guò)濾器退化。論文采用三種不同的底部抗反射涂層，基于泵中的不同粒徑的過(guò)濾介質(zhì)，并分別采用不同的速率，研究打膠過(guò)程和過(guò)濾過(guò)程的相互作用。

【Abstract】Semiconductor device manufacturing industry is one of the cleanest manufacturing industries in the world today. In today's most advanced fabs， all materials are filtered to the smallest particle size. This method is quite easy for gas， but it is relatively difficult to filter liquid， especially for photochemical substances， such as bottom anti-reflective coatings （BARC）. The filter may be blocked and the filtration rate will decrease， which will lead to the increase in the pressure drop through the filter or deterioration of the filter. The paper uses three different bottom anti-reflective coatings， based on the filter media with different particle sizes in the pump， and uses different speed rates to study the interaction between the gluing process and the filtration process.

【關(guān)鍵詞】底部抗反射涂層（BARC）;缺陷;過(guò)濾器;打膠

【Keywords】bottom anti-reflective coatings （BARC）; defects; filter; gluing

【中圖分類(lèi)號(hào)】TN305.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2021）04-0194-03

1 引言

集成器件制造商（IDM）對(duì)刻蝕后和涂膠后的缺陷極為挑剔。任何缺陷都可能導(dǎo)致器件失效，這將為設(shè)備制造商造成經(jīng)濟(jì)損失。器件制造過(guò)程涉及非常多的步驟，晶圓表面缺陷為零極為困難，因此，設(shè)備制造商展開(kāi)了大量的研究工作，致力于將缺陷減少到最小。缺陷可能由很多的因素引起，例如，BARC涂層缺陷受打膠過(guò)程影響，包括打膠時(shí)的晶圓轉(zhuǎn)速、打膠量、打膠速率等。通常情況下，集成器件制造商會(huì)在涂膠機(jī)上增加一個(gè)額外的過(guò)濾模塊，用以盡量將BARC缺陷降至最少。

傳統(tǒng)型號(hào)的膠泵，在打膠的同時(shí)液體被過(guò)濾器過(guò)濾，這意味著液體的過(guò)濾速率與打膠速率相同。對(duì)于孔徑較大的過(guò)濾器來(lái)說(shuō)這不是一個(gè)問(wèn)題，然而，當(dāng)今使用的過(guò)濾器孔徑為0.01μm或更小，可能就會(huì)出現(xiàn)一定的問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致過(guò)度壓降，在打膠時(shí)出現(xiàn)不連續(xù)的現(xiàn)象。現(xiàn)在的泵被設(shè)計(jì)成過(guò)濾過(guò)程和打膠過(guò)程處于分離狀態(tài)?，F(xiàn)在的泵相當(dāng)于將兩個(gè)泵安裝在一起，過(guò)濾泵會(huì)為打膠泵提供一個(gè)小儲(chǔ)液罐，這個(gè)儲(chǔ)液罐是在不打膠時(shí)被填充滿的。在這種情況下，過(guò)濾泵就可以用不同于打膠速率的其他速率來(lái)過(guò)濾液體，而且可以使用孔徑極小的過(guò)濾器去除最小的雜質(zhì)污染物，保持低壓降通過(guò)過(guò)濾器，提高過(guò)濾效率。

隨著泵的靈活性增加，集成器件制造商在打膠過(guò)程設(shè)置時(shí)必須考慮另外一種因素。也就是說(shuō)在給定一個(gè)特定的過(guò)濾器孔徑時(shí)，最有效的過(guò)濾速率是多少？過(guò)濾速率取決于液體嗎？實(shí)驗(yàn)中，采用不同的BARC材料進(jìn)行不同的過(guò)濾速率來(lái)回答這些問(wèn)題。結(jié)果表明，過(guò)濾速率和過(guò)濾器孔徑對(duì)膜層缺陷密度有顯著影響，而打膠時(shí)晶圓速度和打膠時(shí)間所發(fā)揮的作用較小。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

本文選擇DUV112、ARC29A和DUV42P這三種BARC進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其分子量不同。測(cè)試使用英特格IntelliGen2型號(hào)的電動(dòng)泵（如圖1所示），搭載在沈陽(yáng)芯源FT-300涂膠顯影機(jī)平臺(tái)上。使用0.39μm精度的KLA-Tencor缺陷量測(cè)工具進(jìn)行晶圓上涂層缺陷檢測(cè)。測(cè)試計(jì)劃包括兩個(gè)步驟：第一個(gè)是在泵上安裝一個(gè)0.05μm的UPE過(guò)濾器，然后，進(jìn)行一個(gè)設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)，分析確認(rèn)最低的缺陷密度涂層;第二步是換成其他粒徑的過(guò)濾器，改變過(guò)濾速率并保持打膠過(guò)程不變。實(shí)驗(yàn)是基于過(guò)濾過(guò)程和打膠過(guò)程可以被視為相互獨(dú)立的過(guò)程。

設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)使用了四個(gè)因素，即過(guò)濾速率、打膠量、打膠時(shí)間和打膠時(shí)晶圓速度，表1列出了為每個(gè)因素選擇的范圍，表2列出了用于測(cè)試的過(guò)濾器和過(guò)濾速率。

3 結(jié)果和分析

3.1 打膠過(guò)程

對(duì)于三種BARC材料，每種都具有不同的最佳打膠過(guò)程，所以每種BARC都在不同的打膠過(guò)程下進(jìn)行，模擬結(jié)果表明了這一點(diǎn)。對(duì)于化學(xué)組成相似但分子量不同的DUV112和DUV42P，打膠時(shí)晶圓速度要求很高，大約需要4000轉(zhuǎn)/min，而ARC29A需要大約3000轉(zhuǎn)/min。除了DUV112外，打膠時(shí)間和打膠速率對(duì)涂層缺陷密度影響較小。

在本文的DOE模型中，過(guò)濾過(guò)程和打膠過(guò)程可以被視為相互獨(dú)立的過(guò)程。這將允許對(duì)過(guò)濾器類(lèi)型和孔徑進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)試，并可改變過(guò)濾速率，只影響晶圓的缺陷密度。對(duì)于DUV42P來(lái)說(shuō)，DOE實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明0.05μm UPE過(guò)濾器的過(guò)濾速率應(yīng)該具有需求很高，以達(dá)到最低的缺陷密度，這是與預(yù)期相反的。ARC29A的結(jié)果表明，過(guò)濾速度越慢缺陷密度越低。而對(duì)于DUV112來(lái)說(shuō)，過(guò)濾速率的影響較為輕微。圖2顯示了3種BARC在不同因素作用下的缺陷密度結(jié)果。

3.2 過(guò)濾器測(cè)試

一旦確定了涂膠工藝過(guò)程，就可以開(kāi)始進(jìn)行該試驗(yàn)的第二部分。在此過(guò)程中，打膠過(guò)程保持不變，過(guò)濾介質(zhì)、過(guò)濾粒徑大小、過(guò)濾速率變化。這個(gè)測(cè)試將有助于讓人們了解與過(guò)濾介質(zhì)、孔徑或過(guò)濾速率有關(guān)的趨勢(shì)。一旦數(shù)據(jù)被收集和分析，結(jié)果將會(huì)表明，這些趨勢(shì)具有BARC特性和過(guò)濾器特性。DUV112的趨勢(shì)是隨著過(guò)濾孔徑的變化而變化的。較小的過(guò)濾器孔徑會(huì)使缺陷密度降低，與過(guò)濾速率無(wú)關(guān)，如圖3所示。這結(jié)論表明DUV112分子結(jié)構(gòu)決定它容易通過(guò)較小的孔徑，過(guò)濾速率是DUV112一個(gè)影響較弱的因素，如圖4所示。在0.1ml/s的過(guò)濾速率時(shí)缺陷密度最大。如圖5和圖6所示，過(guò)濾介質(zhì)在DUV42P中扮演著令人出乎意料的角色。這里的0.02μm PCM過(guò)濾器可以得到最低的缺陷密度。DUV42P是一種高分子量的BARC，表明PCM型過(guò)濾器更容易使DUV42P通過(guò)過(guò)濾器。數(shù)據(jù)也顯示出增加過(guò)濾速率可以減少缺陷的趨勢(shì)。這些數(shù)據(jù)也支持了壓降是降低DUV42P缺陷的一個(gè)重要因素，對(duì)于DUV42P來(lái)說(shuō)，需要一個(gè)最佳壓降來(lái)使缺陷維持在最低水平。通過(guò)保持較高的過(guò)濾速率，聚合物的形狀可以變形，以推動(dòng)通過(guò)過(guò)濾器。

4 結(jié)論

過(guò)濾器過(guò)濾液體時(shí)會(huì)相對(duì)困難，因?yàn)樾纬删酆衔锏姆肿哟笮∨c過(guò)濾器的孔徑尺寸接近。因此，過(guò)濾器可能會(huì)堵塞、過(guò)濾速率可能會(huì)下降，通過(guò)過(guò)濾器的壓降可能會(huì)有所增加，或者過(guò)濾器可能出現(xiàn)退化現(xiàn)象。這些情況會(huì)導(dǎo)致BARC到達(dá)晶圓前發(fā)生化學(xué)變化，形成微氣泡和凝膠顆粒。本文為了研究這些可能的相互作用，在機(jī)臺(tái)上安裝了英特格電動(dòng)泵，跟蹤查看打膠過(guò)程和過(guò)濾過(guò)程是否會(huì)對(duì)BARC的缺陷產(chǎn)生影響。采用型號(hào)為DUV112、ARC29A和DUV42P的BARC，通過(guò)泵中的不同粒徑的過(guò)濾介質(zhì)，并分別采用不同的速率，用以研究打膠過(guò)程和過(guò)濾過(guò)程的相互作用。這種英特格電動(dòng)泵能夠獨(dú)立控制BARC的打膠過(guò)程和過(guò)濾過(guò)程。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了不同影響參數(shù)，如打膠速率、過(guò)濾速率、打膠量等，這樣人們就會(huì)知曉泵的整套系統(tǒng)對(duì)BARC膜層的影響，并且可以得到最優(yōu)的條件來(lái)形成最潔凈的BARC膜層。結(jié)果表明，過(guò)濾速率和過(guò)濾器孔徑對(duì)膜層缺陷密度有顯著影響，而打膠時(shí)晶圓速度和打膠時(shí)間所起的作用較小。過(guò)濾過(guò)程和打膠過(guò)程彼此分離的泵會(huì)減少晶圓缺陷。這為集成器件制造商提供了更多的減少缺陷和提高良率的選擇，但是缺點(diǎn)是需要更多的設(shè)置步驟來(lái)確定得出最佳的過(guò)程。

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