清洗EUV掩膜版面临哪些挑战

文章来源：老虎说芯

原文作者：老虎说芯

本文简单介绍了极紫外光（EUV）掩膜版的相关知识，包括其构造与作用、清洗中的挑战以及相关解决方案。

EUV（极紫外光）掩膜版是现代半导体制造工艺中关键的元件之一，在集成电路的光刻过程中扮演着至关重要的角色。由于EUV技术的精密性和高要求，掩膜版的质量直接影响到最终成品的良率。而在这些技术中，清洗掩膜版是一个不可忽视的环节。尽管EUV掩膜版的清洗步骤相较于硅片的清洗流程较少，但其面临的挑战却异常复杂，主要体现在颗粒去除、材料损伤、污染控制等方面。

一、EUV掩膜版的构造与作用

首先，了解EUV掩膜版的基本构造与功能有助于理解清洗的必要性与复杂性。EUV掩膜版通常由多个层次的薄膜材料构成，包括：

钌（Ru）层：作为掩膜版的顶部保护层，具有良好的耐热性和抗辐射能力。

TaN（钽氮化物）吸收层：用于吸收大部分极紫外光，确保曝光图案的准确转印。

这些层的设计不仅确保了掩膜版在EUV光刻中的功能，同时也使得掩膜版对于外界环境的敏感性大大增加。因此，掩膜版的清洗工作不仅仅是去除表面颗粒，更涉及到如何避免破坏这些敏感材料。

二、EUV掩膜版清洗中的挑战

1. 颗粒去除率（PRE）要求

在半导体制造中，颗粒是影响良率的主要因素之一。硅片清洗虽然要求去除颗粒，但颗粒的去除率（PRE）并不需要达到100%，因为微小的颗粒通常不会对最终产品产生明显影响。然而，EUV掩膜版的清洗标准则更为严格。即使是微小的颗粒残留，也可能导致图案失真或成像缺陷，严重影响产品良率。

EUV掩膜版的颗粒对光刻成像的影响远超硅片，部分原因在于掩膜版的精度要求极高，甚至是零缺陷成像。因此，掩膜版清洗过程中必须确保颗粒的彻底去除，以保证成品的高质量。

2. 表面损伤和薄膜损耗

清洗过程中，除去表面颗粒的同时，还要避免对掩膜版表面产生不必要的损伤。特别是对于EUV掩膜版来说，其表面材料（如钌层）非常脆弱，容易受到机械或化学损伤。表面损伤会直接影响到掩膜版的使用寿命和光学性能。除此之外，掩膜版的多层结构容易在清洗过程中发生薄膜损耗，这将导致光学特性的变化，进而影响光刻过程中的精准度。

3. 新材料的引入与污染控制

与传统的193nm掩膜版不同，EUV掩膜版使用了许多新型材料，尤其是钌和TaN。这些材料虽然在光学性能和耐辐射性方面具有优越性，但其表面对于氧化和污染异常敏感。氧化、污染物的积累或有机物的附着，都会影响EUV掩膜版的传光能力，从而导致成像精度的下降。因此，掩膜版清洗过程中，必须避免使用任何可能导致氧化或污染的清洗剂，并且需要特别注意材料表面的保护。

4. 清洗后副产物的残留问题

清洗过程中的副产物通常是有机物，它们可能会附着在掩膜版表面，形成影响光刻质量的污染源。尤其是EUV掩膜版表面的钌层，由于其较高的粘附力，容易吸附更多副产物。这些副产物不仅影响光刻的图案质量，还可能因为其对EUV光的吸收作用，严重影响到最终成像的质量。

此外，有机物的去除并非简单的清洗任务。通常，副产物无法通过传统的扫描探针显微（SPM）化学处理去除，因为它们与表面材料的结合力较强。因此，如何有效清除这些副产物，是EUV掩膜版清洗技术中的一大难题。

三、解决方案与技术进展

针对上述挑战，许多研究和技术改进已取得一定进展，以下是一些有效的解决方案：

1. 采用臭氧水清洗

臭氧水具有强氧化作用，能够有效分解有机物，尤其适用于去除掩膜版表面的有机副产物。臭氧水的优势在于它能够在清洗过程中避免对掩膜版表面材料（如钌）造成损害，同时具有较高的清洗效率。通过合理调整臭氧水的浓度和清洗时间，能够确保有效去除表面的有机物和颗粒，而不会导致材料的氧化或表面损伤。

2. 提高过滤效率

为了减少副产物的生成，增强清洗过程的过滤效率是一个行之有效的方法。通过优化过滤系统，能够在源头控制污染物的数量，从而减少清洗过程中的难度。有效的过滤设备不仅能去除大颗粒的污染物，还能精确控制副产物的分布，避免它们进入清洗过程中。

3. 精细化的清洗工艺设计

为了确保无副产物残留，清洗工艺本身需要进行精细设计。采用多阶段清洗和干燥技术，可以有效地去除表面颗粒和有机物，同时避免副产物残留。针对EUV掩膜版的特殊需求，开发新的清洗方案，例如通过不同的化学溶液组合，精确控制清洗效果，以最大程度地保护掩膜版的表面不受损伤。

4. 针对材料表面粘附力的处理

考虑到EUV掩膜版表面的高粘附力，新的研究方向集中在优化清洗液的配方，使其具有更强的去除力，并且能够在清洗过程中防止副产物附着。提高清洗液对材料的适配性，可以有效降低副产物的附着力，从而达到更高的清洁度。

四、总结

EUV掩膜版清洗技术的挑战复杂且多方面，包括颗粒去除、表面损伤控制、污染防止以及副产物清除等。尽管这些挑战难度巨大，但通过优化清洗方法和工艺设计，如采用臭氧水清洗、增强过滤效率、精细化工艺设计等，工程师们可以有效提高清洗效率，减少副产物残留，确保EUV掩膜版的高质量，为半导体制造的精密工艺提供保障。