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Titel
Untersuchungen des Einflusses von Waferverbiegung und Lithographie Prozessparametern auf Strukturbreitenschwankungen / von Thomas Beyreder
Weitere Titel
Untersuchungen des Einflusses von Waferverbiegung und Lithographie Prozessparametern auf Strukturbreitenschwankungen
VerfasserBeyreder, Thomas
Begutachter / BegutachterinEisenmenger-Sittner, Christoph
ErschienenWien, 2017
Umfang146 Seiten
HochschulschriftTechnische Universität Wien, Diplomarbeit, 2017
Anmerkung
Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprueft
Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Lithographie / Halbleiter / Chipdesign / Wafer
Schlagwörter (EN)Lithography / Semiconductor / Chipdesign / Wafer
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-102879 Persistent Identifier (URN)
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Untersuchungen des Einflusses von Waferverbiegung und Lithographie Prozessparametern auf Strukturbreitenschwankungen [13.79 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Lithographie ist heutzutage die meist genutzte Methode zur Erzeugung von Strukturen auf Mikrochips. Die Qualität des Lithographie-Prozesses wird mit der Critical Dimension-Uniformität (kurz CD-U) gemessen. Eine niedrige CD-U ist notwendig um einen stabilen Lithographie-Prozess zu gewährleisten und damit die Ausbeute der Produkte hoch zu halten. Diese Arbeit untersucht den Einfluss von Waferverbiegung und Lithographieparametern - Entwicklungsparametern im Speziellen - auf die Critical Dimension-Uniformität (auch laterale Strukturbreiten-Uniformität genannt). Die Experimente zur Waferverbiegung zeigen wie sich die Strukturen auf dem Wafer ändern, im Vergleich eines gebogenen Wafers zu einem flachen Wafer. Es wird erwartet, dass die Verbiegung ihren Einfluss am PEB (post exposure bake) zeigt. Experimente zur Optimierung der Entwicklungsparameter zeigen wie sich CD und CD-U mit der Variation von Parametern ändern. Der Arbeitsablauf wird effizienter, da die Zeit im Entwicklungsprozess verringert wird. Im Waferverbiegungsexperiment wird eine Oxidschicht auf 300 mm Siliziumwafern aufgetragen. Dann wird ein Teil dieser Oxidschicht auf einer Seite der Wafer durch Nassätzen entfernt um die gewünschte Verbiegung zu erhalten. Die Wafer werden nach dem Typ der Verbiegung unterschieden: Zugspannung durch das Oxid führt zu konvexem (smiling) “bow”, Druckspannung durch das Oxid führt zu konkavem (crying) “bow” und die flachen Wafer dienen zum Vergleich für die gebogenen Wafer. Nach dem Ätzen werden die Wafer mit Lithographie-Schritten wie bei einem produktiven Wafer prozessiert. Ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) misst die CD und liefert die Daten für die Auswertung. Das Entwicklungsparameter-Experiment benutzt fünfundzwanzig 300 mm Siliziumwafer. Diese Proben werden mit Standard Belacker- und Belichtungsschritten prozessiert. Der Entwicklungsprozess findet mit veränderten Parametern statt - z.B. Entwicklungszeit - verglichen mit einem Standardprozess. Das Ziel dieses Experimentes ist es, den Prozess zu optimieren. Schlussendlich liefert die CD-Messung auf einem SEM die Daten für die Evaluierung der CD-U. Die Ergebnisse zu den Wafer bow Experimenten mit dem Lack M170Y zeigen einesignifikant erhöhte CD-U für smiling bow Wafer, im Vergleich zu nicht gebogenen Wafern. Dies ist auf eine Vergrößerung der CD von Wafermitte zu Waferrand zurückzuführen. Die crying Wafer zeigen den inversen Trend, eine Vergrößerung der CD von Waferrand zu Wafermitte. Die CD-U der crying Wafer ist nicht so groß wie die CD-U der smiling Wafer. Die Mitte-Rand-CD-Trends sind eine Folge des Einflusses von Waferbow im PEB. Experimente mit einem weiteren Lack, M91Y, deuten an dass der Kühlprozess nach dem PEB und/oder der Entwicklungsschritt die CD beeinflussen. Die Experimente zur Optimierung der Entwicklerparameter zeigen dass der bisherige Standardprozess mit 50 s Entwicklungszeit die beste CD-U hat. Eine Reduzierung der Entwicklungszeit erhöht die CD-U und verringert die CD. Die mittlere CD nimmt mit der Abnahme der Entwicklungszeit ab. Gruppen aus dem Experiment mit Agitation während der Entwicklung (Bewegung des Wafers) zeigen eine schlechtere CD-U als die nicht-bewegenden Gruppen. Die double puddle (d.h. aufeinanderfolgender Auftrag von Entwickler) Gruppen zeigen schlechtere CD-U, manche sind sogar signifikant schlechter.

Zusammenfassung (Englisch)

Lithography is the most common method to create structures on microchips as of today. The quality of the lithography process is measured with the critical dimension-uniformity (CD-U). A low CD-U is necessary to ensure a stable lithography process and therefore keep the products yield high. This thesis examines the influence of wafer bow and lithography parameters - especially development parameters - on the critical dimension-uniformity (also called linewidth uniformity). The research regarding wafer bow shows how given structures on the wafer change on a bowed wafer compared to a flat wafer. It is expected that the wafer bow shows its influence at the PEB (post exposure bake). The variation and the optimization of the development parameters show how CD (critical dimension) and CD-U change with the adjustment of parameters. An efficient process sequence is found as the time of the development process is reduced. For the wafer bow experiment an oxide layer is grown on 300 mm silicon wafers. Then a part of the oxide layer is removed on one side via wet etch to generate a certain bow. The wafers are distinguished by their bow type: tensile stress from the oxide leads to convex (smiling) bow, compressive stress from the oxide leads to concave (crying) bow and the flat wafers are used to compare bowed to unbowed wafers. After etching the wafers are processed in the lithography steps like a productive wafer. A Scanning Electron Microscope (SEM) measures CD and provides the data for evaluation. The development parameter experiment uses 300 mm silicon wafers. The wafers are processed in standard coating and exposure steps. The development process runs with altered parameters - e.g. development time - compared to the standard development process as the goal of this experiment is to optimize this process. Finally the CD measurement performed in a SEM provides data for an evaluation of CD-U. The results of the wafer bow experiments with the resist M170Y show a significantly increased CD-U of smiling bow wafers in comparison to unbowed wafers. This is due to an increase of CD from wafer-centre to wafer-edge. The crying wafers show the reverse trend, an increase of CD from wafer-edge to wafer-centre.The CD-U of the crying wafers is not as large as the CD-U of the smiling wafers. The centre-edge-CD-trends are a result from the influence of wafer bow at the PEB. Experiments with another resist, M91Y, suggest that the cooling process after the PEB and/or the development step influence the CD. The experiments regarding development parameter optimization show that the standard process with 50 s development time has the best CD-U. A reduction of development time increases CD-U and reduces CD. The average CD decreases with a decrease of development time. Experiment groups with agitation during development (movement of the wafer) show a worse CD-U than the not-moving groups. The double puddle (i.e. subsequent exposure to given amount of developer) groups show worse CD-U, some are even significantly worse.