掩膜版寿命受到雾状缺陷的限制

　　 半导体国际雾状缺陷（Haze defect）是残留在掩膜版上的有机物或无机物，它们在曝光时有可能会生长变大。在光刻波长为248 nm时，这类缺陷尚不会引起太大的问题，大约只影响到5％的掩膜版。然而到了193nm光刻，受其影响的掩膜版高达20％左右，雾状缺陷已成为光刻业界的一个严重问题。KLA-Tencor掩膜检查部门的高级技术市场经理Kaustuve Bhattacharyya解释说：“由于光刻波长变短，每个光子携带的能量更大，所以发生光化学反应的几率大为增加。”

　　雾状缺陷对成品率的影响方式主要有两种。通常，雾状缺陷会生长到足够大小而成为一个点缺陷，然后被光刻印制到晶圆上。另一种比较少见的方式是，雾状缺陷会影响光透过掩膜版的传输，从而引起特征尺寸（CD）的变化。当掩膜版上的污染最终达到无法接受的程度时，就需要进行“保护膜再覆盖（repell）”工艺，即先去除原有的保护膜（pellicle），清洗掩膜版，再覆盖一层新的保护膜，然后将掩膜版送回生产线。这种工艺不但成本很高，清洗效果一般并会缩短其使用寿命。

　　有经验的晶圆厂会跟踪记录用给定掩膜版进行曝光的晶圆数目，然后定期检查掩膜版上的雾状缺
陷，以降低其影响。Toppan Photomasks公司CTO Franklin Kalk介绍说：“可能不管有没有发现雾状缺陷，他们都会进行repell工艺（取出、清洗、再覆盖保护膜）。更老练的晶圆厂会跟踪记录掩膜版的累积曝光剂量，如果达到设定的总剂量值或累积工作时间就取出掩膜版进行检查。”

　　最经常出现的雾状缺陷共有三类。最早被发现且最常见的雾状缺陷是硫酸铵，它的来源是光刻胶剥离和清洗工艺之后残留的污染物，而且受到掩膜版的储藏条件和工作环境的影响。第二类雾状缺陷是羧酸和草酸铵等各种草酸。Kalk说：“这类缺陷一般只出现在少数几个晶圆厂内，原因尚不清楚。”第三类是有机物缺陷，它们往往很小，来源是保护膜、封装材料和储藏/曝光设备内的挥发性有机碳（VOC）。

　　据Kalk所说，掩膜版的使用寿命会在很大的范围内变化（图1），介于1000到50,000个曝光晶圆计数之间。图1中那些寿命较短的掩膜版曾进行过repell工艺。以前的工艺使用含硫的Piranha溶液，所以必须设法去除其中的硫成分。办法是通过加入氢氧化铵来得到硫酸铵，然后将硫酸铵清洗干净。但即便这样做仍然无法去除二氧化硫，二氧化硫可能会与掩膜版发生化学结合，也可能会与铬或钼的硅化物发生物理结合。更好的清洗技术是使用氢化的水、含臭氧的水或热水，它们有助于降低残留物的浓度。另一个发展方向是无硫工艺。虽然无硫工艺存在的问题是对残留物的去除效果不如光刻胶等物质，但是它还算勉强可用。

　　掩膜版上雾状缺陷的主要检查方法包括直接检查掩膜版和图像鉴定（检查晶圆上的光刻图形）。最近，KLA-Tencor和Toshiba一起研究了这两种方法的成本。比较结果表明，由于晶圆检查的早期预警效果不好，所以需要提高检查的频率（图2）。如果用直接检查掩膜版，每年就能节约很大的生产成本。