摘要：本文提出了一种相移掩模（PSM）在国产清洗机PMC1500上清洗时phase掉落幅度控制的方法。在相移掩模制备过程中，影响phase值大小的因素较多，干法蚀刻的时间，清洗工艺等对相移掩模的phase值都有很大的影响。177°—183°的phase大小，是PSM版在晶圆工厂使用的常规要求，研究中提出了对相移掩模清洗phase值掉落的控制，在保证清洗能力的情况下，通过对清洗过程中影响phase值掉落的重要因素进行改良，清洗流程包中包含SPM清洗以及SC1清洗的工艺，通过逐一改变SPM以及SC1的清洗条件，实现对PSM掩模phase值掉落的控制研究，最终确定了SC1清洗工艺时间对PSM掩模phase掉落的影响较大，通过控制SC1的清洗工艺方式，有效地控制PSM掩模清洗时phase值的掉落。
关键词：相移掩模；PMC1500；phase；SPM；SC1；
掩模，又称光罩（mask）,在IC集成电路产业中，先进的相移掩模是连接设计端与工艺制造端的纽带和桥梁,目前高端（0.18um以下）集成电路生产主要采用相移掩模。在正常产品制作过程中，PSM版的phase值需达到177°—183°之间，但在清洗工艺中，PSM版的phase值会根据清洗的次数越来低，当低于177°就需要报废处理，给相移掩模版成品的制作带来了难度，国产清洗机PMC1500的加入，仅针对二元掩模版进行过清洗改良，此种改良仅针对清洗的效果、时间以及bright等等，但清洗程式中并无对相移掩模版清洗时phase的掉落控制研究，将现有二元掩模清洗工艺使用于相移掩模版上，发现每次清洗会phase值会掉落1°，若前道工艺结束后进行MPM量测PSM的phase值较低（假设为178°），那使用此清洗工艺后会直接造成报废情况，并且在相移掩模版的制备过程中，后段工艺清洗过程很难只需要一次，在正常的检测后往往因为修补或超客户defect spec的颗粒而需要再次清洗。为避免因清洗而造成PSM版的报废，制定PMC1500关于PSM版清洗程式至关重要。
本文针对国产清洗机PMC1500在正常清洗二元掩模过程中涉及的相关条件进行实验测试，找出影响phase的工艺条件，并加以改良，从而实现对Phase的精确控制，显著解决了相移掩模因清洗造成报废的问题。
1 实验与方法
1.1设备与材料
实验使用的设备有：国产清洗机（型号：PMC1500），常州瑞择微电子科技有限公司；相位角量测机（型号：MPM248），美国公司；高精密度检测仪（型号：KLA305），美国科天公司。
实验使用材料：相移掩模基板（型号：AXQ 6025 1T K63A-NTAR7 FEP171-UMF），Hoya 株式会社。
1.2 PMC1500清洗工艺流程
SPM（浓硫酸+双氧水）→DI water冲洗→SC1（氨水+双氧水+兆声）→DI water冲洗→甩干
2 结果与讨论
本研究中，确定产生phase值掉落较大的清洗工艺因素为SC1清洗过程。在相移掩模清洗过程中，以清洗普通二元眼膜版为参照，可对SPM工艺以及SC1工艺逐一研究，对以下清洗条件:①SPM清洗时间；②SPM清洗温度；③兆声强度；④SC1清洗时间进行验证，最终发现改变SC1的清洗时间可有效控制PSM版phase值的掉落幅度。
3 SPM清洗时间对phase的影响
PMC1500在SPM工艺中，以Spm Arm在Chamber中喷洒化学品的来回循环次数为基数，为了验证SPM清洗时间对phase的影响，将测试版1、2分别做清洗循环次数为3次、4次、5次的实验并标记为实验一、二、三，实验结果如下表
从上表结果可见，实验一、二、三中PSM版实验phase掉落的幅度均在1度左右，所以SPM工艺清洗时间对phase的影响无
4 SPM清洗温度对Phase的影响
为了验证SPM工艺的温度对phase是否有影响，在保证清洗能力的情况下，现将测试的
温度由原来的115°，变更为105°以及90°进行测试，其他条件不变，将测试版1、2做三组实验，测试结果如下表
从上表可见，实验一、二、三中PSM版phase掉落的幅度均在1度左右，所以Spm工艺中清洗时间对phase的影响无
5 兆声强度对Phase的影响
为了验证兆声强度对phase的影响，现将测试的1M兆声强度由原来的65%变更为75%以及55%，其他工艺条件不变，将测试版1、2做三组实验测试，测试结果如下
从上表可见，实验一、二、三中PSM版phase掉落的幅度均在1度左右，所以SC1清洗工艺中兆声强度对phase的影响无
6 SC1工艺清洗时间对Phase的影响
PMC1500在SC1工艺中，同样以Sonic Arm在chamber中喷洒化学品的来回循环次数为基数，为了验证SC1清洗时间对phase的影响，在保证清洗效果的情况下，将测试版1、2分别做两组组实验，Sonic Arm来回循环次数为4和3分别作为实验一和实验二，实验数据如下
从上表可见，将Sonic Arm来回循环次数从4次将至3次后，phase的掉落幅度有明显降低，由原先的1°将至0.7°左右，所以由此可见SC1工艺清洗时间对phase有影响。
7 SC1清洗新方式的引入
从试验中已看出在保证我司清洗能力的情况下，可通过减少SC1清洗时间将phase的掉落控制在0.7°左右，但在SC1清洗过程中，除Sonic Arm喷嘴处有洒化学品外，整版其他部位也会一直浸泡在化学品中，现在SC1工艺清洗时，将top rinse处于常开状态，进行喷水，将除Sonic Arm喷嘴处的化学品进行稀释，分别将测试版1、2以Sonic Arm来回循环次数为4和3分别作为实验一和实验二再次进行清洗测试，实验结果如下表
从上表可见，在SC1工艺清洗过程中，top rinse处于常开状态，进行喷水，将除Sonic Arm喷嘴处的化学品进行稀释，可有效改善phase掉落幅度较大问题，在原先循环次数下，phase的掉落幅度均有减少。
结论
本文研究了一种通过改变国产清洗机PMC1500的清洗工艺条件控制PSM掩模phase掉落幅度的大小。在PSM版清洗工艺中，可能影响phase值掉落幅度的条件很多，SPM的清洗时间以及温度，SC1清洗时间和兆声强度，从SPM工艺清洗到SC1工艺清洗过程中所涉及到可改变的条件较多。研究中，确定产生phase值掉落较大的清洗工艺因素为SC1清洗过程。在相移掩模清洗过程中，以清洗普通二元眼膜版为参照，可对SPM工艺以及SC1工艺逐一研究，SPM工艺为浓硫酸和双氧水搭配一定的比例进行有机物清洗，同时需要一定的温度，清洗时间根据工艺要求可变更，此过程中可改变的条件有SPM工艺的清洗时间以及温度；而SC1清洗工艺为氨水搭配双氧水达到一定的电导率，在兆声的协同下进行颗粒的清洗，同样清洗的时间可根据工艺要求变更，此过程中可改变的条件有SC1清洗时间和兆声强度。在随后的实验中，逐一改变单个条件进行清洗，然后进行MPM机台量测phase值，清洗前后的phase值相对比，最终发现改变SC1的清洗时间可有效控制PSM版phase值的掉落幅度，最终通过改变清洗方式，在满足清洗能力的情况下，可将PSM版单次清洗时phase掉落幅度控制在0.2度。
论文作者:朱希进,尤春,刘维维,杨长华
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/24
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