工艺条件的确定

7.4　工艺条件的确定

1.工艺参数：曝光扫描速度

通过掩模板基台与基板基台同时移动，圆弧光对基板扫描进行曝光。扫描速度的快慢决定了曝光时基板上的曝光量的大小。扫描速度快，基板上的曝光量减小，光刻胶感光不充分，显影后图形的线宽变大；扫描速度慢，基板上的曝光量增加，光刻胶充分感光，显影后图形的线宽变小。因此，曝光时的扫描速度与光刻胶显影后形成图形的大小直接相关，是曝光工艺的重要工艺参数。为了得到设计时的图形的线宽大小，针对感光度一定的光刻胶，需要找出最佳曝光扫描速度。

图7.24所示为寻找最佳曝光速度的一个例子。在GTM工艺中，使用不同的扫描速度对4块基板进行曝光，扫描速度分别为40.7mm·s^-1，38.2mm·s^-1，35.17mm·s^-1，33.2mm·s^-1。显影后，使用自动线幅测定装置，对光刻胶上的图形进行了线幅测定。将曝光时的扫描速度与光刻胶线宽进行线性相关，得到了相应的线性关系表达式，从而找到了对应于光刻胶线宽规格值（7.9μm）的曝光扫描速度（37mm·s^-1）。

图7.24　确定GTM工艺中的最佳曝光速度

为了确定最佳曝光速度需要进行线宽测定。线宽测定的方法有两种，一种是使用自动线幅测定装置，另一种是使用外观检查装置的显微镜（test element group，TEG）。G层栅极层、D层漏源层的线宽及重合精度的测定通过自动线幅测定装置进行，而其他层（I层硅岛、C层接触孔、PI层像素电极层）的线宽的测定通过外观检查装置的图形变换来实现，这是由于G层、D层图形的线宽较小，其他层的图形的线宽较大。

各膜层用于图形变换的TEG的形状基本相同如图7.25所示，在G层、D层、I层、PI层的TEG图形中，遮光部分的线条宽度逐渐变化，而未遮光部分的线条宽度不发生变化；只有C层的TEG图形的遮光部分的线条宽度不发生变化，而未遮光部分的线条宽度逐渐变化，这是由于C层的刻蚀为接触孔的刻蚀。掩模板上的TEG图形，只有0刻度处的遮光部分的线条宽度与未遮光部分的线条宽度是相等的，如果曝光时的曝光量过大或过小，则在基板上的光刻胶所形成的图形中，只有刻度为某正值或某负值处的遮光部分的线条宽度与未遮光部分的线条宽度相等，该刻度值即为曝光后的光刻胶图形的线宽与设定值的偏差的大小。

图7.25　图形变换用TEG

2.影响曝光精度的因素

（1）对位及补正。通过掩模板和基板之间的一系列的对位，来保证曝光时基板上形成图形的精度，见图7.26、图7.27和表7.7，但第一个膜层在曝光时不进行对位。因此，G层在曝光时不进行对位，但曝光后要测量其预对位精度与不同层间曝光的配列精度。

图7.26　预对位精度

图7.27　预对位精度测定位置

表7.7　G-PR显影后预对位精度测定值

预对位精度与配列精度检查使用宏观微观检查装置进行。检查时，使用宏观微观检查装置的微观检查装置，测定X方向和Y方向上基板上的图形到基板的边缘的距离。如图7.26所示，X方向的距离为A，B两点的横坐标与相应基板边缘处（纵坐标相同）的横坐标的差，Y方向的距离为C，D两点的纵坐标与相应基板边缘处（横坐标相同）的纵坐标的差。将测定的结果输入相应的计算表格中，得到相应的曝光补正值，补正时，将计算得到的补正值与相应Recipe中的步骤1栏内的值相加。配列精度测定两个曝光步骤之间的精度，通过读取两个步骤的图形之间的Vernier的数据来实现，根据所得结果，也可得到相应的曝光补正值，补正时，需要将补正值与相应Recipe中的步骤2栏内的值相加。

在G层曝光时，其他层的预对位及本对位标记形成在G层上，在D-PR、I-PR曝光时，使用G层的对位标记与掩模板上的标记进行对位，以保证G/D层、G/I层间图形的重合精度；在D层曝光时，在D层上形成C层、PI层曝光时对位用标记，由于D/C层间重合精度要求较高，因此在C-PR曝光时，使用D层上形成的对位标记进行对位。

在图7.28中，图（a）所示基板进行了2个Shot的曝光，每个Shot进行6次ADC计测。图（b）所示为对位用标记，有两种不同刻蚀形式，对位时根据需要选择一种即可。田字标记为预对位用标记，旁边为本对位标记。

图7.28　对位、ADC计测标记及其位置

下面以MPA3000为例，对曝光时的对位操作进行说明。

●掩模板的对位：将掩模板上的标记移动到掩模板Holder上的Set标记处的合适位置，然后将它们移动到TV Monitor的中央。完成对位后，进行位置的登录（按下键）。

●TV-Pre对位：将对位装置移动到P2位置处，曝光控制台上的C.P.坐标显示P2位置的坐标（C.P.与V.S.是事先确定的，并且每种产品的坐标值都不同）。

使掩模板与Plate同时移动，令基板上的预对位标记出现在TV Monitor的中央。这时，如果改变View Span，则可以从TV Monitor中看到基板上预对位标记旁边的本对位标记与掩模板上的本对位标记。

解除基板与掩模板同时移动的设定，调整掩模板的位置，使出现在TV Monitor的左右视野中的掩模板的本对位标记位于相同高度的位置上（以上两步中，都移动了掩模板的位置，这时，需要对掩模板的移动量进行登录，在掩模板灯亮的情况下，同时按下键和键，登录后的值将在下一个Lot曝光时使用）。

单独移动基板，使基板上的本对位标记与掩模板上的本对位标记重合。改变View Span，使基板上的预对位标记重新出现在TV Monitor的中央后，进行预对位（按下键），如果预对位成功，则自动进行位置登录。

●TV-Fine对位：将对位装置移动到P2位置处，使用本对位标记，进行本对位（按下键）及ADC计测，按下键及键，移动到P1，P3处进行对位及ADC计测。完成后，按下键。

如果本对位时进行报警，则需要调整掩模板的位置，再进行对位。

（2）重合精度补正。重合精度的补正有两种方法，一种是根据宏观微观检查装置测定重合精度用TEG所得到的结果进行补正；一种是根据微小寸法测定装置测定的结果进行补正。两种方法在计算补正量时，使用的公式不同。

图7.29所示为第一种重合精度的测定，在两个Shot曝光后的基板上，测定重合精度用TEG的位置及数目如图7.29所示。下面对具体测定方法进行说明。

图7.29　基板上使用宏观微观检查装置测定重合精度的位置

利用宏观微观检查装置的微观检查部分测定基板上各膜层的重合精度，是通过使用显微镜对基板上专门的标记（见图7.30）进行目视观察的。这些标记是各膜层在光刻工艺中形成在基板上的，通常使用G层与D层（两个金属层）中的标记作为测量基准，这些作为基准的标记由白色齿状短线构成，短线的不同位置代表不同的重合精度，短线标有0，1（作为重合精度的刻度），正负符号及方向（X或Y）。其他层（I，C，PI）的对位标记是黑色的，呈鱼骨状，两层重叠时，黑色标记位于白色标记的中心。测量时，通过读取白色标记中与相邻黑色标记的间隔相等的白色短线的位置，就可以确定相应膜层间的重合精度。

图7.30　测定重合精度用TEG及卡尺刻度（Vernier）

通常，G/I层，G/D层之间的测量以G层的标记作为基准，D层以上膜层的重合精度测量以D层的标记作为基准，即测量的是D/C层，D/PI层的对位标记。这么做的原因是为了减少采用G层作为基准时，D/C层之间重合精度测量的误差：采用G层作为基准，需要进行G/D层，G/C层两次测量，才能得到D/C层之间的重合精度，这么做的话，所得结果的误差为两次测量误差的平方和的开方，因此要大于直接进行一次测量所得的误差。

如果重合精度测定值落在规定值以外的话，就需要将该基板上的光刻胶剥离，重新进行光刻胶涂敷、曝光、显影等工艺后，再进行检查。

图7.31所示为微小寸法测定装置进行重合精度测定的示例图。根据基板大小和屏的大小，每个步骤（Shot）选择一定量的测定点，进行重合精度A1，A2的测定，A1，A2分别对应X方向和Y方向；然后，按照一定的计算规则，得到每个步骤的ADC计测的补正值，一般来说，补正值取ADC计测位置附近的点的重合精度的平均值；然后，在曝光机上进行重合精度的补正，调出相应的画面，将曝光机中存储的原有ADC计测值减去得到的补正值，输入后保存。

图7.31　微小寸法测定装置测定重合精度