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摘要 ?

? ? ? 采用移動網(wǎng)格技術，建立了一種新的一維模擬模型來預測旋轉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系。結果表明，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。面對進一步減小特征尺寸的技術困難，過渡到450 mm晶片工藝是一個重要問題。根據(jù)半導體國際技術路線圖，下一代晶圓尺寸為450毫米，計劃于2012年投入生產(chǎn)，然而還有許多問題需要仔細研究，包括晶體生長和晶圓成型。為了準備采用下一代晶圓，有必要相應地重新設計所有半導體制造工藝。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)而進行的有效實驗和數(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。最初，液滴在中心最厚，在邊緣變得非常薄。當它旋轉時，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，結果如圖所示4。通過計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。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，

? ? ? 眾所周知，平均膜厚與晶片旋轉速度的平方根(h x0.5)成反比地減小。從結果來看，發(fā)現(xiàn)涂層半徑與晶片旋轉速度成四分之一次方(R x0.25)的比例增加。這種關系可以簡單地從這樣一個事實中推斷出來，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。為了設計工藝，需要涂膜幾何形狀和操作參數(shù)之間的關系。根據(jù)這項研究的結果，總結了各參數(shù)與薄膜幾何形狀之間的函數(shù)關系。

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?圖?2.旋轉涂層初始階段的薄膜輪廓演變(V0=1cc，x=1600rpm，Psat=3.7mmHg，l0=0.004Pas)

結論

? ? ? 本文采用移動網(wǎng)格技術，建立了一種新的一維模擬模型來預測旋轉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系。結果表明，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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