预防光掩模雾状缺陷实用指南

掩膜版（Photomask），又称光罩，是芯片制造光刻工艺所使用的线路图形母版。它如同照相过程中的底片，承载着将电路图形转印到晶圆上的重要使命。掩膜版主要由基板和遮光膜两个部分组成，通过曝光过程，将精密的线路图形精确地复制到每一片晶圆上。

然而，在使用光掩模进行硅片光刻的过程中，当掩模板被光刻机中的激光持续照射一段时间后，掩模板上常常会出现一种被称为雾状缺陷（Deflate）的问题，其中最常见的一种表现形式就是“haze”（雾状物）。尤其是在使用193nm或更短波长的光源时，这种缺陷更容易发生，全球大部分光掩模制造厂都面临着这一挑战。

硫酸铵：雾状缺陷的“元凶”

经过分析发现，雾状缺陷的主要成分是硫酸铵（(NH₄)₂SO₄）。这种盐类化合物由硫酸根与氨根离子结合而成，是导致雾状缺陷的“罪魁祸首”。许多研究机构针对掩膜版雾状进行加速实验，发现所使用的曝光光源照射能量越强（紫外光波数越短）以及掩模表面残留离子浓度越高，Haze就越容易产生。离子残余现象可能发生在掩膜版制造的各个阶段，包括制造时的残留、库存运送期间的污染，以及在IC制造厂使用过程中的逐渐形成。

这种化合物是由硫酸根和氨根离子结合形成的盐类物质。当光掩模暴露在高能量的紫外光下，尤其是波长较短的光源时，掩模表面的残留离子浓度越高，雾状缺陷就越容易产生。

离子残留主要可能来源于以下情况

光掩模清洗工艺和使用的化学品，例如光掩模清洗溶液SPM和SC一1

使用清洗光掩模的水中含有离子

外来物质污染，例如保护膜、粘着剂、运输用的包装盒、包装袋的outgassing

晶圆制造厂环境的空气的污染（AMC）

在早期采用1-line或248nm光刻技术的时代，雾状缺陷就已经成为了一个显著的问题。随着193nm光刻技术的广泛应用，特别是在12英寸硅晶片的高产量制造中，雾状缺陷问题变得更加严重。在某些情况下，光掩模的使用寿命大大缩短，甚至有些光掩模在短短几个月内就会出现雾状缺陷。这不仅增加了生产成本，还影响了芯片制造的效率。

预防策略：全方位防控

面对雾状缺陷的挑战，光掩模制造厂和晶圆制造厂需要采取全方位的防控措施：对所使用的化学清洗药剂、纯水、相关物料、包装材料、运送材料以及厂区内环境进行定期离子含量检测。

SGS半导体超痕量分析实验室作为行业内的权威机构，长期为海内外各大光掩模制造厂和晶圆制造厂提供缺陷分析和离子分析服务，帮助工厂提前预防可能发生的光掩模缺陷。