张玉虎;岳浩;王军帽;李亚文
【摘 要】为了对 TFT((Thin Film Transistor)光刻 DICD(Develop Inspection Critical Dimension)均一性进行改善,分析了光刻 DICD 存在差异性的原因,并建立了改善循环流程。对循环流程改善原理及方法进行说明。首先,根据处于光刻系统最佳焦平面位置光刻胶吸收光强最大,DICD 最小(DICDmin )原则,提出了调整光刻平面,使其与系统最佳焦平面趋势一致,可减小 DICD 差异性。接着,计算出各光刻区域与最佳焦平面位置处的 DICD 差值(DICD-DICDmin ),并通过结合光刻区域台板平坦度,判断 DICD-DICDmin 各差值的正负性。然后,采用最小二乘法对光刻区域 DICD-DICDmin 进行平面方程拟合,该平面即为光刻趋势平面,并反映了光刻平面与光刻系统最佳焦平面的差异。最后,以此平面方程作为光刻机台板高度调整平面方程,并对光刻区域台板高度进行调整,从而使得实际光刻平面趋于系统最佳焦平面。结果表明：该方法连续实验3次,DICD 均一性可改善30％以上。%In order to improve the uniformity of TFT lithography DICD,the reason for the difference of the DICD is analyzed,and a cycle improvement process is established.Its principle and method is illustr 长江三角洲经济ated.First,based on the principle that the photo resist absorbs the maximum light intensity on the best focal plane of the lithography system,and the DICD value is also minimum.Therefore,if the lithography plane is adjusted and the lithography plane trend is consistent with the best focal plane trend,the difference of DICD will be minimum.Then the difference of the DICD between the lithogra-phy area and the best focal plane area(DICD-DICDmin )is calculated,and the sign of DICD-DICDmin is judged by combining the stage flatness of the lithography area.Then the plane equation of DICD-DIC-Dmin is fitted by the least square method,and the plane is just the lithography trend plane,which also reflects the difference between the lithography plane and the best focal plane.Finally,the plane equa-tion is used to adjust the stage height of the lithography machine,and by adjusting the height of the stage in the lithography area,the lithography plane trend is consistent with the best focal plane trend.The results show that the uniformity of DICD can be improved by more than 30% by doing the experi-ment three times.
【期刊名称】世界末日论《液晶与显示》
张悟本
【年(卷),期】2016(031)010
【总页数】7页(P929-935)
排课算法【关键词】DICD;最佳焦平面;平坦度;均一性;最小二乘法
【作 者】张玉虎;岳浩;王军帽;李亚文
【作者单位】合肥京东方光电科技有限公司，安徽 合肥 230012;合肥京东方光电科技有限公司，安徽 合肥 230012;合肥京东方光电科技有限公司，安徽 合肥 230012;合肥京东方光电科技有限公司，安徽 合肥 230012
【正文语种】中 文
【中图分类】TN305.7
石家庄焦化厂随着对薄膜晶体管-液晶显示器(TFT-LCD)分辨率要求的不断提高，薄膜晶体管(Thin Film Transistor ,以下简称TFT)器件的线宽和间距趋于更细、更窄[1]，经光刻工艺后形成的光刻胶线宽宽度 (Develop Inspection Critical Dimension，DICD) 的工艺窗口也越来越小[2]，T
FT DICD管控要求越来越高。若产品DICD偏离控制目标值，将直接影响刻蚀后最终形成的TFT器件线宽宽度(Final Inspection Critical Dimension,简称FICD)[3]，从而影响TFT产品的光学电学性能[4]。因此，DICD是光刻工艺重要管控参数之一，而DICD的均一性是其管控的主要指标之一。
光刻过程中，通过改变涂胶、光刻、显影及前烘、后烘等条件，可对DICD均一性进行改善，但改善量有限[5]，原因在于没有对光刻过程中DICD差异的根本原因进行有针对性的改善。DICD大小主要受光刻胶(photoresist，PR)吸收光照的能量大小决定，PR吸收光照能量大小取决于光刻平面是否处于光刻系统最佳焦平面上,PR光刻平面处于光刻系统最佳焦平面时，PR吸收光照能量最大，产品线宽DICD最小(以正性PR为例)，PR光刻平面不在系统最佳焦平面时，吸收光照能量变小，DICD变大。因此，要改善DICD均一性，最有效的方法是保证PR光刻平面均处于光刻系统最佳焦平面上。目前，虽然主流光刻机均采用了调焦调平技术[6]，但仍然难以保证PR的光刻平面完全处于光刻系统最佳焦平面上。本文以PR光刻DICD值最小值(DICDmin)区域为最接近光刻系统最佳焦平面所在区域，并以此对PR光刻平面进行调平，结果表明可明显改善DICD均一性。
在PR厚度及均一性一定时，DICD均一性差异主要是由于处于光刻区域的PR吸收光照能量不同所致。图1、图2为同一光刻区域内，某型号产品有源层(Source-Drain，以下简称SD)光刻后不同DICD区域的扫描电子显微镜(SEM)照片(其中位置1为DICD测量位置，位置2为PR膜厚，位置3、4分别为PR下层左右坡度角)，可见：若把PR分为上下两层(接触SD薄膜层部分为下层，接触空气部分为上层)，DICD较小区域处，由于PR吸收光照能量较大，导致PR下层光刻较充分，坡度角大，DICD测量值小。同样，DICD较大区域，由于PR吸收光照能量小，PR下层光刻不充分，坡度角较小，DICD测量值大。
光刻机光刻流程如图3，为保证涂覆有PR的玻璃基板(plate)处于光刻系统焦平面上，在光刻开始前，光刻机会进行plate的调焦调平，通过光刻机Z方向的光电传感器，测量涂覆有PR的plate相对于已知系统最佳焦平面(光刻机系统测量的焦平面)的距离和倾斜度，并进行补偿，之后开始光刻。
然而由于设备补偿误差的存在，导致涂覆有PR的plate的实际光刻平面与系统最佳焦平面趋势不一致(如图4)，接近系统最佳焦平面位置，PR吸收光照能量最大，DICD最小，远离系统最佳焦平面位置，PR吸收光照能量较小，DICD较大。因此要改善DICD均一性，需保证
光刻平面重合或平行于系统最佳焦平面(如图 5)，从而可使得plate上各区域PR接受到的光照能量相同，DICD差异性减小。
由于光刻过程中具有：(1)PR处于光刻系统最佳焦平面区域时，PR吸收的光照能量最大，线宽DICD(以正性PR为例)最小。反之，远离光刻系统最佳焦平面区域时，DICD变大。(2)PR涂覆在plate上，plate位于光刻机台板(stage)上，故可通过调整stage位置高度使得PR处于光刻系统的最佳焦平面上。(3)DICD-DICDmin可反映DICD区域PR偏离系统最佳焦平面程度的大小。基于以上三点，可将空间一点P(x，y，DICD-DICDmin)(x，y为DICD测试区域坐标)所在的平面(或该平面以z= 0为对称面的对称平面)作为系统光刻时的光刻平面，要使得PR处于光刻系统最佳焦平面上，可通过调平该平面来实现(调平该平面后，由于光刻机的调焦系统，可使得该平面处于光刻最佳焦平面上)。调平该平面，可将该平面作为stage高度位置趋势平面，通过调整stage位置高度来实现，从而达到改善DICD均一性的目的。
本文以canon E732光刻机为例，按改善循环流程(图6)，实现对DICD均一性的改善。
表1为某一型号产品SD层在一次光刻区域内的DICD及DICD-DICDmin，表2为光刻机在该
区域内的stage平坦度状况。由表1，2可以判断出DICD各测试区域内的stage位置高度情况(stage平坦度测量间隔可根据需要进行调整，DICD各测试区域内的stage位置高度可由stage平坦度附近区域的stage位置高度进行判断)。由于光刻区域内，若stage某处位置较高，则位置较高处会对光刻平面正方向偏离光刻系统最佳焦平面做贡献，反之则对负方向偏离光刻系统最佳焦平面做贡献，故以DICDmin区域stage高度为基准，若其他测试区域stage高度高于DICDmin区域，则DICD-DICDmin取正值，反之取负值。由于表1中其他DICD测试区域stage高度均高于DICDmin处，故DICD-DICDmin均取正值。
设平面方程为z=Ax+By+C[7]，且满足表1中的空间一点P(x，y，DICD-DICDmin)到达该平面距离(式 1)最小。
即A,B,C满足：规划成果
由式 1,2可得方程组：
带入表1中x，y，DICD-DICDmin值，可得A=0.000 002 583,B=-0.000 003 129,C=2.880，即拟合的平面方程为：
设光刻时stage高度调整平面方程是：
或者是
(可由DICD均一性改善效果确认，若改善后DICD均一性恶化，则取式(6)平面方程)。其中h为任意实数。
通过式(5)(为方便计算，取h=0计)及表2中stage位置坐标(x，y)，对光刻区域stage高度调整量进行计算(表3)。以此高度调整量对stage进行调整(垂直、水平方向参数补偿)，并在相同光刻条件下,测试stage补偿后产品的DICD，进一步确认DICD均一性改善情况。
图7、8分别为改善前和进行一次改善后的DICD等高图。可见一次改善后，DICD等高图趋势与改善前一致，改善后DICD最大最小值均低于改善前。
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