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摘要 ?
? ? ? 采用移動網(wǎng)格技術(shù)，建立了一種新的一維模擬模型來預(yù)測旋轉(zhuǎn)涂層薄膜的表面覆蓋度和平均厚度。用數(shù)值方法研究了初始輪廓、分配體積、溶劑蒸汽壓、相對濕度和初始粘度對涂層幾何形狀的影響。初步分配的體積、溶劑蒸汽壓、初始粘度和晶圓轉(zhuǎn)速是控制表面覆蓋度和平均膜厚度的有效參數(shù)。從新模型中推導(dǎo)出了自旋涂層工藝參數(shù)與膜幾何參數(shù)、表面覆蓋度和平均膜厚度的關(guān)系。結(jié)果表明，通過優(yōu)化操作參數(shù)，可以降低每給定尺寸芯片的光刻膠溶液消耗。
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介紹
? ? ? 半導(dǎo)體制造業(yè)通過減小特征尺寸和增加晶片尺寸來提高生產(chǎn)率，以在晶片中容納更多的芯片。特征尺寸減小到大約30-50納米，晶片尺寸增加到直徑300毫米。面對進(jìn)一步減小特征尺寸的技術(shù)困難，過渡到450 mm晶片工藝是一個重要問題。根據(jù)半導(dǎo)體國際技術(shù)路線圖，下一代晶圓尺寸為450毫米，計(jì)劃于2012年投入生產(chǎn)，然而還有許多問題需要仔細(xì)研究，包括晶體生長和晶圓成型。為了準(zhǔn)備采用下一代晶圓，有必要相應(yīng)地重新設(shè)計(jì)所有半導(dǎo)體制造工藝。由于操作簡單，涂層均勻薄，旋涂主要用于光刻膠涂覆過程。
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理論
? ? ? ?表1總結(jié)了本研究中使用的材料特性和模型參數(shù)。這些值是根據(jù)為開發(fā)噴涂系統(tǒng)而進(jìn)行的有效實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究來選擇和確定的。
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表1 材料特性
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結(jié)果和討論
? ? ? 圖中2顯示了液體薄膜的輪廓隨時間的變化。假設(shè)在晶圓中心1cc的光刻液滴在晶片中心，并以1600rpm的速度開始旋轉(zhuǎn)。最初，液滴在中心最厚，在邊緣變得非常薄。當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時，離心力與薄膜厚度h成正比，其離心力驅(qū)動液體向外，液體膜隨著時間的推移而變得平坦。薄膜似乎固定在邊緣，直到液體輸送足夠離心有效的力量。然后，薄膜變平，開始變薄，并以均勻的厚度擴(kuò)散在整個晶圓表面。
? ? ? 晶圓和液滴之間的接觸角可能根據(jù)材料和表面條件而變化。本節(jié)研究了初始薄膜剖面對涂覆膜半徑和厚度的影響，結(jié)果如圖所示4。通過計(jì)算了三種不同的液滴的初始輪廓圓的方程。最初，薄膜的半徑和平均厚度是不同的。然而，它們在旋轉(zhuǎn)涂層過程開始后不久合并成相同的線，產(chǎn)生相同的薄膜半徑和平均厚度。
? ? ? 薄膜涂層半徑與初始體積R V00:5的平方根成比例增加，其中薄膜厚度不受影響。然而，不管初始體積如何，平均膜厚度變得相同。溶劑蒸發(fā)對旋涂過程起著至關(guān)重要的作用。它與溶劑的蒸氣壓及其在環(huán)境中的相對濕度有關(guān)。相對濕度對涂膜半徑的影響不是很大，對膜厚的影響可以忽略不計(jì)，
? ? ? 眾所周知，平均膜厚與晶片旋轉(zhuǎn)速度的平方根(h x0.5)成反比地減小。從結(jié)果來看，發(fā)現(xiàn)涂層半徑與晶片旋轉(zhuǎn)速度成四分之一次方(R x0.25)的比例增加。這種關(guān)系可以簡單地從這樣一個事實(shí)中推斷出來，即在所有情況下，留在無限大小的假想晶片上的溶質(zhì)是相同的(Vsolute = pR2h =常數(shù))。
? ? ? 隨著晶片尺寸的增加，應(yīng)該選擇和優(yōu)化涂覆工藝參數(shù)，以獲得完全均勻的光致抗蝕劑層來印刷圖案。為了設(shè)計(jì)工藝，需要涂膜幾何形狀和操作參數(shù)之間的關(guān)系。根據(jù)這項(xiàng)研究的結(jié)果，總結(jié)了各參數(shù)與薄膜幾何形狀之間的函數(shù)關(guān)系。
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?圖?2.旋轉(zhuǎn)涂層初始階段的薄膜輪廓演變(V0=1cc，x=1600rpm，Psat=3.7mmHg，l0=0.004Pas)
結(jié)論
? ? ? 本文采用移動網(wǎng)格技術(shù)，建立了一種新的一維模擬模型來預(yù)測旋轉(zhuǎn)涂層薄膜的表面覆蓋度和平均厚度。用數(shù)值方法研究了初始輪廓、分配體積、溶劑蒸汽壓、相對濕度、初始粘度和晶圓轉(zhuǎn)速對涂層幾何形狀的影響。初步分配的體積、溶劑蒸汽壓、初始粘度和晶圓轉(zhuǎn)速是控制表面覆蓋度和平均膜厚度的有效參數(shù)。從新模型中推導(dǎo)出了自旋涂層工藝參數(shù)與膜幾何參數(shù)、涂層半徑和平均膜厚度之間的關(guān)系。結(jié)果表明，通過優(yōu)化操作參數(shù)，可以降低每給定尺寸芯片的光刻膠溶液消耗。本研究發(fā)現(xiàn)，低蒸汽壓和高粘度條件是減少光刻膠消耗的最佳條件。
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