TICMTIA-集成电路用40纳米节点光掩模工艺规范

Q/LB.□XXXXX-XXXXIV引言集成电路光掩模40纳米节点制造标准是根据集成电路半导体先进节点芯片端应用要求，对光掩模技术指标及工艺要求采集、管理和使用等方面进行评估的一套准则。如今，随着信息技术的迅速发展，集成电路制造业建设越来越踊跃，光掩模承载芯片设计最基础的数据信息，在信息保护、版权维护方面至关重要。因此建立先进半导体的40纳米节点光掩模制造标准，既可以有效规范先进光掩模材料的制造与管理，也有助于国内集成电路产业链的系统化发展。本标准旨在为国产光掩模制作单位建立一套科学完整合规评价体系提供参考，并希望可以推动国产光掩模制造产业持续优化和完善。

目次TOC\o"1-1"\h\t"标准文件_一级条标题,2,标准文件_附录一级条标题,2,"前言 I引言 I1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14缩略语 14.1制版精度规格 24.2缺陷控制规格 34.3成套工艺集成规格 35工艺要求 35.1材料要求 35.2工艺制程 46测量校准 56.1测量所需的设备 56.2设备校准 56.3设备校准项目 66.4测量方法 66.5检验规则 67系统集成 67.1关键层相移光掩模工艺流程 67.2次关键层相移光掩模其他可选工艺流程 77.3非关键层二元光掩模工艺流程 78安全保障条件 88.1环境要求 88.2人员安全 88.3环境安全 88.4设备安全 98.5产品安全 98.6数据信息安全 9附录A（资料性）工艺设备 10A.1工艺设备与用途 10A.2工艺设备验证 10集成电路用40纳米节点光掩模工艺规范范围本文件规定了集成电路光掩模40纳米节点制造的技术指标、工艺要求、测量方法、检验规则和安全保障条件。本文件适用于集成电路40纳米节点光掩模的制造。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB8978污水综合排放标准GB/T16524-1996光掩模对准标记规范GB/T16880-1997光掩模缺陷分类和尺寸定义的准则GB/T19022测量管理体系测量过程和测量设备的要求GB/T17864-1999关键尺寸（CD）计量方法GB/T25915.1——2021洁净室及相关受控环境第1部分：按粒子浓度划分空气洁净度等级SJ/T10152集成电路主要工艺设备术语SJ/T10584微电子学光掩蔽技术术语术语和定义SJ/T10152、SJ/T10584界定的术语和定义适用于本文件。缩略语下列缩略语适用于本文件。40纳米节点：40纳米（nm）是集成电路制造工艺中的一种特征尺寸标准，指芯片中晶体管的栅极长度为40纳米。AFM：原子力显微镜（AtomicForceMicroscope），可用于研究光掩模表面结构以及刮除表面缺陷。Aims：空间像测量系统（aerialimagemeasurementsystem），即缺陷模拟机。通过透镜成像缺陷对比模拟其在光刻端的行为判定其是否影响图形质量。ArF：氟化氩（ArF，ArgonFluoride）气体准分子激光发生源，可产生193nm波长激光，用于ArFDUV光刻设备，并用此缩略词指代此类光刻机或光刻制程。BIM：二元光掩模（Binaryintensitymask）CD：特征尺寸（CriticalDimension）CDU：特征尺寸均匀性（Criticaldimensionuniformity）CD-SEM：特征尺寸测量用扫描电子显微镜（Criticaldimensionscanningelectronmicroscope）DUV：DeepUltraviolet，深紫外，包括了248nm、193nm以及ImmersionArF的应用。光掩模也有应用248nm和193nm进行曝光的技术和相关光刻设备。EB：E-Beam，电子束缩写，可用于光掩模光刻制程，扫描电镜量测，及电子束修补等等。EDA：电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation）。作为芯片设计的核心工具，也囊括了光掩模数据处理所需的各类电子自动化软件。FOV：视场（Fieldofview），设备可操作视窗大小HMDS：Hexamethyldisilazane六甲基二硅氮烷，用于增强光刻胶涂覆黏着力ICP：电离耦合刻蚀（InductivelyCoupledPlasma）Imm：浸没式光刻技术（Immersionlithography）ION：离子束，可用于离子束修补KrF:氟化氪（KrF，KryptonFluoride）气体准分子激光发生源，可产生波长为248nm激光，用于KrFDUV光刻设备，并用此缩略词指代此类光刻机或光刻制程。MPC：（MaskProximityCorrection）光掩模近接效应修正MSA：（MeasurementSystemsAnalysis）测量系统分析MTT：特征尺寸平均目标偏差值（Meantotarget）OMOG:不透明钼光掩模（OpaqueMoSionglass）OVL：套刻误差，套刻精度（Overlay），由层间注记差叠对得出的位置相对偏差。Pellicle：光掩模保护膜，用于防止光掩模使用过程中环境掉落颗粒影响成像。光掩模制备完成后需要做贴膜在光罩表面加上保护膜，发生异常时需要把保护膜拆掉重新清洗再贴膜，这个过程称为拆膜，dis-pellicle。PSM：相移光掩模（Phaseshiftmask），通过微透光的相移层实现180相位差，增强透光和遮光图形间的对比度、提升成像分辨率能力。Phase：相位差，相移光掩模相移层与透光层需要180度相位差，通过设备量测确认。Range：CDU评判规格之一，即同组最大最小值的数据差，CDU另一评判规格为3标准差（3σ）。REG：光掩模图形位置注记差、或称对准性偏差（Registration），图形实际位置与设计位置之间的偏差。SRAF：亚分辨率辅助图形（Sub-resolutionassistfeature）SPM：硫酸、过氧化氢和水的混合液（Sulfuricperoxidemixture)，用于清洗。SC1：标准清洁-1，氨水、过氧化氢和水的混合液（Standardclean-1）TMAH:四甲基氢氧化铵（Tetramethylammoniumhydroxide），其水溶液可用于显影和清洗。Trans：穿透率。相移光掩模遮光相移层微透光，通过设备量测确认其值在规定规格范围内。XCDA：ExtremeCleanDryAir，极净干燥空气工艺技术指标制版精度规格集成电路40纳米节点光掩模版关键层为ImmArFPSM或OMOG，少量关键层或次关键层可能是DryArFPSM，非关键层一般为Bim或krFPSM材料。集成电路40纳米节点光掩模版关键层主图形设计尺寸CD200纳米，SRAF设计尺寸CD80纳米。集成电路40纳米节点光掩模版关键层CD误差规格：CDMTT±6纳米，整版CDU要求在25点或以下时，CDrange不超过8纳米，或在25到200点时，3σ不超过6纳米。为避免引入过多因素干扰量测结果，每组CDU点数不建议超过150点。集成电路40纳米节点光掩模版关键层REG误差规格：REG最大误差值10纳米，OVL最大误差值10纳米。集成电路40纳米节点相移光掩模版相位差和穿透率：phase目标180度，量测值上下限规格±3度；穿透率目标6%或6.3%或6.5%，量测值上下限规格在±0.3%，此规格不适用二元或OMOG材料。缺陷控制规格集成电路40纳米节点光掩模版关键层缺陷检测标准：检验设备像素点规格72纳米，实际缺陷尺寸检出误差规格60纳米。集成电路40纳米节点光掩模版关键层缺陷评估标准：缺陷经Aims应用芯片端光刻条件模拟结果对比正常图形误差规格±6%级。成套工艺集成规格集成电路40纳米节点光掩模版产品一套多层，主要包括关键层和非关键层，关键层为ImmArFPSM和OMOG，图形类型包括栅结构掩模版,沟槽掩模版,及通孔连接掩模版，有时也会包含部分DrFArFPSM，主要是金属通线层和连接层，这些光掩模层别也可以归类为次关键层。非关键层依据芯片设计应用分属不同等级，可以是BIM、KrFPSM。集成电路40纳米节点光掩模版产品整套集成须服务于集成电路产品通过行业公认的可靠性验证，获得芯片端产品良率认证。工艺要求材料要求集成电路40纳米节点光掩模版制造工序所需材料应符合表1要求。材料要求材料名称要求用途空白光掩模不同类别适用于不同光刻机，关键层基板表面透过率≥90%@193nm,平坦度（正面）T0.5（方形范围内<0.5µm）光掩模基本原材料四甲基氢氧化铵（TMAH）浓度2.380%(+/-0.003%)，电子级纯度光掩模显影或清洗双氧水（过氧化氢溶液）浓度30~32%，电子级纯度光掩模去胶或清洗硫酸(H2SO4)浓度96~97%，电子级纯度光掩模去胶或清洗氨水(NH3•H2O)浓度28~30，电子级纯度光掩模去胶或清洗光刻胶分辨率亚微米级别，高灵敏度低残留激光光刻胶厚度400~600nm，刻蚀速率10~30s在湿刻蚀二次曝光显影湿法刻蚀液：硝酸铈铵溶液电子级纯度湿法刻蚀干法刻蚀气体高纯度特气于等离子气体刻蚀修补特气设备指定厂家与规格缺陷修补其他特气纯氧、高纯氮，XCDA等设备、厂务辅助掩模保护膜关键层保护膜一般为IMMArF用保护膜，常见尺寸有149*115mm等，高度在3~5mm，193纳米激光波长下穿透率参考值99.7%。防止灰尘颗粒掉落在掩模有图形的一侧工艺制程以相移光掩模制程关键工艺为例，相关具体流程图可参考本文第8节。电子束直写曝光带电子束化学放大光刻胶光掩模基板在设备中直写曝光，无外界磁场和震动干扰。根据技术指标和不同类型光刻胶要求选择相应的曝光剂量及校正条件。烘烤和显影烤盘温度控制+/-1˚C。显影时间40~150s。干法刻蚀（等离子体）刻蚀参数：功率、温度、气压、刻蚀时间等。1可刻蚀铬层、相移硅化钼层等。去除光刻胶可选用浓硫酸（SPM）、双氧水、O3水、SC1、TMAH等化学品清洗去胶。可选用氧等离子体轰击去胶。关键层宜应用无酸化（SulfuricAcidFree），及臭氧水清洗流程。光刻胶涂覆光刻胶涂覆高均匀度，无色差、无溅影，保证侧边无残留。可选用HMDS表面预处理（非必要）。二次光刻及制程流程同非关键层二元光掩模制造工艺。用于相移光掩模二次曝光工艺，卡控与主图形叠对位置误差。二次光刻可采用激光、深紫外光DUV或电子束EB。二次刻蚀可采用干法或湿法刻蚀，或干法湿法混用。缺陷检测修补修补可用激光、离子束、电子束和原子力AFM等修补方法对缺陷进行光掩模刻蚀或沉积修补。缺陷修补后需要通过缺陷模拟设备验证确认。保护膜贴膜掩模保护膜是蒙贴在铝合金框架上的一层透明薄膜，防止灰尘掉落在掩模有图形的一侧。有了这个薄膜的保护，灰尘颗粒只能掉落在掩模版玻璃的一侧或保护膜上。可通过自动或手动的方式贴膜。贴膜平整、无褶皱。保护膜拆膜可通过自动或手动的方式拆膜。可选加热辅助拆膜。过程清洗及最后清洗可选用SPM、O3水、SC1、TMAH等化学品清洗去胶。关键层宜应用无酸化（SulfuricAcidFree），及臭氧水清洗流程。清洗对CD、相移光掩模phase和trans等会产生影响，须严格控制清洗次数，以各项指标满足出货标准为卡控方式。可选用等离子体作清洗前表面处理（非必要）。光掩模特征尺寸量测测量关键图形特征尺寸：图形类型包括栅结构掩模版,沟槽掩模版,及通孔连接掩模版。通孔连接光掩模版考虑到面积通量，某些关键图形需要量测水平和竖直方向。平均偏差：同类型关键图形测量平均值，表示图形趋同的尺寸特征。标准偏差：系列测量结果偏离平均值的一种衡量方法。光掩模光刻套准精度量测光掩模图形位置定位量测注记差REG。单层叠对换算上下光罩层之间图形相对位置套准精度OVL。光掩模缺陷检测通过对光掩模上的污染物和图形异常进行检测，涵盖硬性缺陷和环境引入的软缺陷，并定位记录缺陷的精确位置(X,Y坐标)。检测设备是根据技术等级的需要来配置，主要技术指标包括检测光的波长和像素分辨率。光掩模外观检查空白光掩模入厂后，可以通过设备检测或特制强光灯（黄光应用）下肉眼可辨，检查外观是否存在缺陷、颗粒污染等，检测通过方可进线生产；光掩模制备完成后，也须通过设备或强光灯下肉眼进行检测，检查成品外观缺陷或外来沾污，检查通过可出货。数据处理光掩模是光刻工艺的母版材料，承载客户的数据信息，客户需求入厂之后，工艺制造的前端是进行数据处理。因其需求和流程的复杂性，相关要求不在本规范范畴定义，仅作为工艺流程的前置步骤提及。40纳米的关键层一般还不需要通过MPC软件预备，但少许情况下也需要通过简单的MPC预补提升光掩模图形品质。全部层都需要通过数据转换的EDA软件进行数据转化处理，生成JDV文件供客户检查确认光罩图形，或形成光刻、检测等设备可读的数据版本文件。测量校准测量所需的设备集成电路40纳米节点光掩模版品质测量设备应符合表2要求。设备要求设备名要求用途光掩模扫描电子显微镜<0.8nm的高量测重复精度，高量测效率特征尺寸测量光掩模对准性测量仪图形定位高重复精度，严格控温、防震图形位置对准性测量光掩模相位测量仪相位测量误差不超过0.5度，穿透率测量误差不超过0.05%相位穿透率测量光掩模缺陷检测机图形制造缺陷及颗粒污染检测缺陷检测光掩模缺陷模拟机模拟光刻条件评估缺陷是否有成像风险缺陷光刻模拟测量设备校准及测量系统分析在规定条件下操作，第一步是确定由测量标准片的量值与实际示值之间的关系，将其作为修正值或修正因子，第二步是应用其重新确定示值以获得测量结果。校准不应与测量系统的调整相混淆，也不应与校准的验证相混淆。通常，只把上述的第一步认为是校准。第二步是检定校准结果验证和确认。测量设备校准后，还需要通过科学的统计分析的手段，对构成测量系统的各个影响因子进行统计变差分析和研究以得到测量系统是否准确可靠的结论。测量系统分析主要针对整个测量系统的稳定性和准确性，是实现质量改进的基础。光掩模扫描电子显微镜，以量测goldenmask标准图形统计分析重复精度。光掩模缺陷检测，以检验测验片统计分析检验缺陷分辨率以及重复抓取率。设备校准项目测量设备验证、校准测量设备应按GB/T19022的要求进行校准并标识。测量设备应按规定定期进行校准检测。鉴定确认设备性能指标稳定，可以正常使用。鉴定超出校准要求，需进行维修。维修后重新进行校准检测。测量设备应制定定期保养计划并严格执行，保养完成后重新进行校准检测。测量方法环境温度23℃，大气压力101.325kPa，相对湿度45%；整个测量系统应处于无尘室环境中，不得有影响测量结果的干扰；各项技术指标均在设备校准正常且稳定工作之后测量。具体操作步骤如下：量测前准备：将装有MASK的pod放置于机台loadport，注意方向；量测：Loadmask+量测recipe+unloadmask量测后数据处理：量测结果导入数据处理模板进行数据分析。检验规则检验准备：收集产品类型相关信息，确定检验项目、检验要求和检验方法。检验操作：根据确定的检验项目和方法，遵循严格的检验标准，并按照规定的操作流程进行检验，执行抽样时应随机化。数据采集：将检验样品数量和检验结果填入检验记录表，为数据稽核提供可靠依据。结果分析与报告：根据检测结果进行分析和评估，并撰写评估报告。不得以主观理由判定合格与否。检验复核和审核：确保其准确性和可靠性。配合稽核随机抽样检测试验。检验优化：技术人员归纳总结取样的代表性和处理过程中可能出现的误差来源，可以对检验项目和检验方法进一步修正、优化和改善。检验def分类缺陷类别：图形不良为硬缺陷，外来颗粒为软缺陷。缺陷图形类别有黑凸、白凸、桥接、断线、尺寸异常等。缺陷处理：环境控制、设备颗粒监测；清洗，缺陷修补，缺陷模拟。系统集成光掩模制造流程通过生产系统集成建设光掩模从数据处理到生产制备系列流程的技术服务平台，将软件、硬件与关键工艺通过综合统筹设计整合为协同运作的整体，以实现资源优化配置和系统性能最大化。‌关键层相移光掩模工艺流程相移光掩模工艺流程相移光掩模工艺流程次关键层相移光掩模其他可选工艺流程相移光掩模其他可选工艺流程非关键层二元光掩模工艺流程二元光掩模工艺流程安全保障条件环境要求集成电路40纳米光掩模制造在无尘洁净室中进行，ISOClass3为一级洁净室，Class4为十级，以此类推,洁净度应符合表3中的规定。工序ISO等级数（GB/T25915.1——2021）光刻区防磁室内ISO3制程区/清洗区ISO3检验区/修补区ISO4-5设备灰区ISO6出货区ISO6温度：23˚C±1˚C；湿度：40%~50%；洁净室应铺设防静电地板、操作台为防静电台面并接地，台面下安装防静电手环并接地；光刻显影刻蚀应在黄光区进行；白光工作区的光照度不应低于1000Lux；生产操作中使用的物品均应有防静电功能，作环境ESD管控。人员安全所有进入无尘洁净室人员应穿戴防静电洁净服、防静电洁净鞋，佩戴一次性头套、口罩和手套。工艺人员应按设备操作规程进行操作，设备在运行中严禁身体任何部位进入机器内。设备维修或保养过程中，工艺人员应佩戴护目镜，避免直