相移掩模清洗结晶控制

张海平，尤 春，周家万，陈 卓

(无锡中微掩模电子有限公司，无锡214035)

在集成电路设计与圆片制造之间起到桥梁的作用掩模按其类型可分为二元掩模和相移掩模。二元掩模主要用于低阶集成电路生产制作，相移掩模主要用于高阶集成电路制作。通常，线宽在0.18 μm 以下的集成电路生产主要采用相移掩模。相移掩模的生产制作流程主要有曝光—显影—金属Cr 刻蚀—量测—去胶—相移层蚀刻—量测—涂胶—二次曝光—检验—修补—清洗—贴膜等。

在相移掩模实际生产过程中，掩模制作完成之后会因为种种原因出现结晶现象，从而导致相移掩模不能正常使用。通过分析，产生结晶的主要原因是相移掩模表面的硫酸根离子与铵根离子发生了化学反应，生成了硫酸铵即晶体。掩模在生产制作过程中，主要是在清洗过程中需要接触到硫酸根离子。因此，为了避免和控制结晶现象的产生，必须努力减少相移掩模表面的硫酸根离子浓度，提高清洗过程中的成品率。

本文在分析的基础上做了如下几组对比实验来改善清洗完成之后掩模表面的硫酸根残留量。

1 实验

目前掩模的清洗主要有传统的SPM+SC1 和SOM+SC1 清洗。新的清洗技术有采用添加172UV照射和干法清洗。本文主要从最终清洗过程中，172UV 照射、热水和臭氧对相移掩模表面硫酸根离子的影响来进行对比实验，从而得出几种参数对相移掩模清洗的影响。

1.1 红外线照射＋冷水清洗

取8 片相同的Mask 进行曝光显影并选用相同的清洗Recipe 进行预清洗，即硫酸—热水—SC1—热水的传统清洗方式。对这八片进行编号为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8# 片。完成预清洗之后的最终清洗，1#～4# 片采用冷水进行，5#～8# 片采用172uv 光照射后冷水清洗。完成后分别对清洗残留液进行硫酸根离子检测，其结果见表1。

表1 红外线照射VS 无红外线照射硫酸根离子浓度

结论：通过上述实验结果，我们可以看出，172UV 光可以提取掩模表面硫酸根离子。有利于更加彻底地去除掩模表面硫酸根残留。清洗残留液硫酸根离子浓度与光照时间关系如图1 所示。

1.2 红外线照射＋热水清洗

取8 片相同的Mask 进行曝光显影并选用相同的清洗Recipe 进行预清洗，即硫酸—热水—SC1—热水的传统清洗方式。对这8 片进行编号为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#片。预清洗完成之后最终清洗1#～4# 片用热水清洗，5#～8# 片用172UV 照射后用热水冲洗。完成后分别对其残留液进行硫酸根离子检测，检测结果见表2。

图1 残留液硫酸根离子浓度与光照时间关系

表2 热水清洗硫酸根离子浓度

结论：通过表1 和表2 对比得知热水对硫酸根离子有显著的去除效果，其对硫酸根离子的去除作用要大于172UV。

1.3 臭氧实验

取8 片相同的Mask 进行曝光显影并选用相同的清洗Recipe 进行预清洗，即硫酸—热水—SC1—热水的清洗方式。对这8 片进行编号为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8# 片。其中1#～4# 片直接检测硫酸根离子浓度，5#～8# 片用臭氧清洗后再用冷水冲洗。完成后分别对清洗残留液进行硫酸根离子浓度检测，其结果见表3。

表3 臭氧清洗前后硫酸根离子浓度

结论：臭氧清洗对硫酸根离子浓度几乎没有影响

1.4 优化清洗程式172UV＋SC-1＋热水实验

优化清洗程式，减少硫酸的作用时间。再此基础上，取8 片相同的Mask 进行曝光显影并完成预清洗，对这8 片进行编号为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8# 片。最终清洗时，1#～4# 片采用冷水清洗后直接量测，5#～8# 片采用172UV ＋SC-1＋热水清洗的优化程式，之后再检测，其结果见表4。

表4 172UV＋SC-1＋热水优化后硫酸根离子浓度

结论：清洗程式优化后，再进行172UV＋SC-1＋热水的处理，可以显著改善硫酸根离子的浓度，从而降低发生结晶现象的可能性。

2 结 论

172UV 和热水都对去除相移掩模表面硫酸根离子有帮助，其中热水清洗的作用要大于172UV照射。在实际生产中，如果使用SPM 清洗方式配合172UV＋SC1＋热水的清洗方式，硫酸根离子浓度已经可以得到很好的控制。如果使用非硫酸的清洗方式（如臭氧＋SC-1） 再配合172UV＋SC-1 的处理，相信对结晶的控制效果会更好。

[1] Benjamin G.Eynon，Jr.，BanQiu Wu.Photomask Fabrication Technology[M]. London: McGraw-Hill，2005.177-250

[2] GB/T 16880-1997，光掩模缺陷分类和尺寸定义的准则[S]

[3] I. Kagami，Makuhari，Japan. A Study on Photomask Defect Printability and Quality Assurance for 0.13 μm Technology[M]，Proc.SPIE VOL.4186: 2000