DIN 50455-1-2009 Testing of materials for semiconductor technology - Methods for characterizing photoresists - Part 1 Determination of coating thickness with optical methods《半导体技术用.pdf

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1、Oktober 2009DEUTSCHE NORM Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DINPreisgruppe 6DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 29.045!$XT,“1534909www.din.deDDIN 50455-1Prf

2、ung von Materialien fr die Halbleitertechnologie Verfahren zur Charakterisierung von Fotolacken Teil 1: Bestimmung der Schichtdicke mit optischen MessverfahrenTesting of materials for semiconductor technology Methods for characterizing photoresists Part 1: Determination of coating thickness with opt

3、ical methodsEssai des matriaux pour la technologie des semiconducteurs Mthodes de caractrisation des vernis pour photos Partie : Dtermination de l paisseur des couches par mthode optiqueAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 50455-1:1991-06www.beuth.deGesamtumfang

4、 8 Seiten1DIN 50455-1:2009-10 Inhalt Seite Vorwort . 3 Einleitung 4 1 Anwendungsbereich 4 2 Normative Verweisungen. 4 3 Kurzbeschreibung 4 4 Einheiten 4 5 Gerte und Materialien . 5 6 Durchfhrung 5 6.1 Allgemeines. 5 6.2 Probenherstellung 6 6.2.1 Umgebungsbedingungen 6 6.2.2 Herstellverfahren 6 6.3 M

5、essung der Schichtdicke 6 7 Auswertung . 7 7.1 Allgemeines. 7 7.2 Absolutverfahren 7 7.3 Differenzverfahren 8 8 Przision 8 9 Prfbericht. 8 Bilder Bild 1 Beispiel eines Messstellenplanes 7 2 DIN 50455-1:2009-10 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 062-02-21 AA Prfung von Prozesschemi

6、kalien fr die Halbleitertechnologie“ im Normenausschuss Materialprfung (NMP) erarbeitet. DIN 50455, Prfung von Materialien fr die Halbleitertechnologie Verfahren zur Charakterisierung von Fotolacken, besteht aus: Teil 1: Bestimmung der Schichtdicke mit optischen Messverfahren Teil 2: Bestimmung der

7、Lichtempfindlichkeit von Positiv-Fotolacken nderungen Gegenber DIN 50455-1:1991-06 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Titel leicht gendert; b) normative Verweisung aktualisiert; c) Wert fr die Mindestauflsung des optischen Schichtdickenmessgertes von 1 nm auf 0,4 nm reduziert; d) Abschnitt Ge

8、rte und Materialien ergnzt; e) Messstellenplan (Bild 1) berichtigt und dementsprechend Mindestanzahl der Einzelmesswerte von 27 auf 24 reduziert; f) Kriterium fr Wiederholungsprfung (siehe Abschnitt Auswertung) gendert; g) Inhalt redaktionell berarbeitet. Frhere Ausgaben DIN 50455-1: 1991-06 3 DIN 5

9、0455-1:2009-10 Einleitung Die Charakterisierung von Fotolacken erfolgt nach den in diesem Dokument festgelegten Verfahren durch Messung der Schichtdicke von unter bestimmten Bedingungen auf Siliciumscheiben aufgebrachten Fotolack-Schichten. Fr die Anwendung eines Fotolacks ist seine Schichtdicke ein

10、 wichtiges Merkmal. 1 Anwendungsbereich Dieses Dokument legt Verfahren zur Charakterisierung von Fotolacken mittels Bestimmung der Dicke von Fotolack-Schichten fest, die unter in dieser Norm festgelegten Bedingungen hergestellt werden. Das Verfahren der Schichterzeugung gilt fr Siliciumscheiben mit

11、den handelsblichen Durchmessern im Bereich von 100 mm bis 200 mm. Die Anwendung auf andere Substrate oder Scheibendurchmesser ist nach vorheriger Prfung im Einzelfall prinzipiell mglich. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. B

12、ei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN EN ISO 14644-1, Reinrume und zugehrige Reinraumbereiche Teil 1: Klassifizierung der Luftreinheit 3 Kurzbeschr

13、eibung Eine Siliciumscheibe wird unter definierten Bedingungen unter Verwendung einer geeigneten Dosier-einrichtung und Lackschleuder mit dem zu prfenden Fotolack beschichtet. Nach anschlieender Trocknung des Lacks erfolgt die Messung der Schichtdicke durch ein optisches Verfahren. Die Angabe der Me

14、sswerte erfolgt entweder als SchichtdickePd fr die Messprobe mit dem zu prfenden Fotolack (Absolutverfahren, 7.2) oder als Differenz d der SchichtdickenPd der Messproben mit dem zu prfenden Fotolack und der Schicht-dickenVd der Vergleichsproben mit einem Referenzfotolack (Differenzverfahren, 7.3). 4

15、 Einheiten Die Schichtdicken und bzw. die Schichtdickendifferenz d werden in Mikrometer (m) oder Nano-meter (nm) angegeben. PdVd4 DIN 50455-1:2009-10 5 Gerte und Materialien 5.1 polierte Siliciumscheiben mit handelsblichen Durchmessern im Bereich von 100 mm bis 200 mm, Oberflchen vorbehandelt nach V

16、ereinbarung zwischen den Vertragspartnern. 5.2 Dosiereinrichtung fr automatisierte Scheibenbelackung bzw. Belackung von Hand. 5.3 Lackschleuder (en: spincoater) mit einer Drehzahl von mindestens 100 s1und mindestens zwei bezglich Beschleunigung und Drehzahl unabhngig voneinander einstellbaren Aufsch

17、leuderzyklen. 5.4 Heizplatte, in der Lage, die Temperatur bei 100 C auf 1 K konstant zu halten (siehe 6.2.2,Trocknungs-verfahren A). 5.5 Umluftofen, in der Lage, die Temperatur bei 90 C auf 2 K konstant zu halten (siehe 6.2.2, Trock-nungsverfahren B). ANMERKUNG Die Gerte zur Herstellung der Lackschi

18、cht und die Umgebungsbedingungen (siehe 6.2.1) beeinflussen entscheidend die Schichtdicke und deren Reproduzierbarkeit. Mit modernen Belackungsgerten werden zustzlich, beispielsweise ber thermostatisierte Khlplatten, die Substrattemperatur vor der Belackung und nach dem Trocknungs-prozess, die Tempe

19、ratur des Fotolacks sowie die Abluftmenge berwacht. Die in 6.2.1 genannten Anforderungen werden als Minimalanforderungen angesehen. 5.6 optisches Schichtdickenmessgert mit einem Dickenmessbereich von 400 nm bis 2 000 nm, einer Auflsung von 0,4 nm und einer Wiederholgrenze von maximal 3 nm (bestimmba

20、r aus der Wiederhol-standardabweichung beim Ausmessen eines Punktes auf der belackten Siliciumscheibe fr die Lackdicken des Anwendungsbereiches). ANMERKUNG Geeignet sind Schichtdickenmessgerte, die nach interferometrischem, spektralphotometrischem oder ellipsometrischem Prinzip arbeiten. 5.7 Einrich

21、tungen zum staubgeschtzten Arbeiten, mindestens Reine Werkbank, Klasse 5 nach DIN EN ISO 14644-1. 5.8 Gelblicht-Strahlungsquelle zur Raumbeleuchtung. 5.9 Referenzfotolack, bestehend aus einem Fotolack mit vergleichbarem Lsemittelsystem und Brechungsindex, der zu Vergleichszwecken zur Probe gleichart

22、ig prozessiert wird, oder nach vertraglicher Vereinbarung. 6 Durchfhrung 6.1 Allgemeines Die Messung der Fotolack-Schichtdicke muss entweder nach dem Absolutverfahren (7.2) oder dem Differenz-verfahren (7.3) durchgefhrt werden. Beim Absolutverfahren sind nur die Schichtdicken der Messproben zu besti

23、mmen, wogegen beim Differenz-verfahren die Schichtdicken der Messproben und die Schichtdicken von Vergleichsproben zu messen sind. ANMERKUNG Die absolute Schichtdicke eines Fotolacks hngt stark von den Umgebungs- und Belackungs-bedingungen ab. PdMit dem zu prfenden Fotolack und dem Referenzfotolack

24、mssen jeweils mindestens drei Messproben bzw. Vergleichsproben hergestellt werden. 5 DIN 50455-1:2009-10 6.2 Probenherstellung 6.2.1 Umgebungsbedingungen Die Probenherstellung muss in klimatisierter Luft mit einer Temperatur zwischen 18 C und 23 C, die auf 1 K konstant zu halten ist, und einer relat

25、iven Feuchte zwischen 40 % und 50 %, die auf 5 % konstant zu halten ist, vorgenommen werden. Die Arbeiten sind bei Gelblicht durchzufhren. 6.2.2 Herstellverfahren Die Lackschleuder muss auf zwei Drehzyklen programmiert sein, die nacheinander anzuwenden sind: Zyklus 1: Drehzahl (8,33 0,17) s1whrend 5

26、 s; Zyklus 2: Drehzahl (66,66 0,17) s1whrend 30 s mit einer Drehbeschleunigung von 33,33 s2. Die Siliciumscheibe ist zentrisch auf den Drehteller (en: chuck) aufzulegen, mittels Vakuum zu fixieren. Dann ist das Lackschleuderprogramm zu starten. Der Fotolack ist zentrisch, entweder automatisch auf di

27、e rotierende Siliciumscheibe oder von Hand auf die stillstehende Siliciumscheibe, aufzubringen. ANMERKUNG Geeignete Volumina des Fotolacks sind bei automatischer Belackung (3 1) ml bzw. bei manueller Belackung (4 1) ml. berschssiger Fotolack wird von der Scheibe abgeschleudert. Das anzuwendende Bela

28、ckungsverfahren ist zwischen den Vertragspartnern zu vereinbaren. Das Belackungsverfahren muss eine Lackschicht mit einer ausreichenden Gleichmigkeit der Schichtdicke liefern (Angabe als Wiederholstandardabweichung, berechnet aus den Einzelwerten einer Siliciumscheibe i, siehe 6.3), und darf die in

29、7.1 festgelegten Werte nicht berschreiten. Andernfalls ist die gesamte Prfung zu wiederholen, gegebenenfalls muss das Belackungsverfahren optimiert werden. Nach Abschluss der Lack-schleuderzyklen muss die Lackschicht getrocknet werden. Die Zeit zwischen Lackauftragung und Trocknung darf 1 h nicht be

30、rschreiten. Es ist eines der beiden folgenden Trocknungsverfahren anzuwenden: a) Trocknungsverfahren A: die mit Fotolack beschichtete Siliciumscheibe ist auf der Heizplatte (5.4) (en: hot plate) 60 s bei 100 C zu trocknen; b) Trocknungsverfahren B: die mit Fotolack beschichtete Siliciumscheibe ist i

31、m Umluftofen (5.5) 0,5 h bei 90 C zu trocknen. 6.3 Messung der Schichtdicke Die mit Fotolack beschichtete Siliciumscheibe (en: silicon wafer) muss vor der Messung auf Umgebungs-temperatur, auf 1 K exakt, abgekhlt worden sein. ANMERKUNG blicherweise reichen 10 min Abkhlungszeit aus. Die Messung ist m

32、ittels optischem Schichtdickenmessgert (5.6) nach der Bedienungsanleitung des Gerteherstellers durchzufhren. Die Schichtdickenmessungen sind an mindestens acht Messstellen auf der Siliciumscheibe durchzufhren. Die Messstellen sind so anzuordnen, dass keine der Messstellen innerhalb des Scheiben-Rand

33、bereiches mit der Breite von einem Zehntel des Scheibendurchmessers liegt. In Bild 1 ist ein Beispiel eines Mess-stellenplanes dargestellt. 6 DIN 50455-1:2009-10 Beispiel fr Koordinaten der Messstellen einer Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 100 mm, in Millimeter: x 0 0 0 0 40 20 20 40 y 40

34、20 20 40 0 0 0 0 Bild 1 Beispiel eines Messstellenplanes Fr jede Fotolackprfung mssen mindestens drei mit Fotolack beschichtete Scheiben gemessen werden. 7 Auswertung 7.1 Allgemeines Aus den Einzelmesswerten der mindestens drei Messproben sind fr die einzelnen Proben getrennt die Mittelwerte der Sch

35、ichtdicken und die Wiederholstandardabweichungen zu berechnen. Die gesamte Prfung ab 6.2.2 muss mit mindestens drei Scheiben wiederholt werden, wenn a) die WiederholstandardabweichungirsPder drei Messproben bzw. die WiederholstandardabweichungirsVder drei Vergleichsproben grer 10 nm oder grer 1,5 ir

36、sPbzw. 1,5 irsVbetrgt; b) die Schichtdicke einer einzelnen Probe vom Mittelwert der drei Messproben bzw. Vergleichsproben um mehr als 2,8 irsPbzw. 2,8 irsVabweicht. ANMERKUNG Zur Berechnung der Wiederholstandardabweichung, siehe DIN ISO 5725-2. 7.2 Absolutverfahren Aus den mindestens 24 Einzelmesswe

37、rten der Messproben sind der Mittelwert der Schichtdicken und die Wiederholstandardabweichung zu berechnen. PdPrsANMERKUNG Die Ergebnisse des Absolutverfahrens sind umgebungsbedingt in der Regel mit groen Unsicherheiten behaftet (siehe 6.2.1). 7 DIN 50455-1:2009-10 8 7.3 Differenzverfahren Aus den m

38、indestens jeweils 24 Einzelmesswerten der Messproben und der Vergleichsproben sind die Mittel-werte der Schichtdicken dPund dV, die Wiederholstandardabweichungen und , jeweils ermittelt aus der gesamten Anzahl der entsprechenden Messungen, sowie die Schichtdickendifferenz d = dP dVzu berech-nen. Prs

39、Vrs8 Przision Die Przision des Verfahrens wurde durch Ringversuche ermittelt. Beim Absolutverfahren lagen die ermittelten Vergleichstandardabweichungen der fnf beteiligten Laboratorien im Bereich von 20 nm bis 25 nm fr Schichtdicken dPim Bereich von 0,8 m bis 1,3 m. Beim Differenzverfahren wurden Ve

40、rgleichstandardabweichungen der Schichtdickendifferenzen der fnf Laboratorien im Bereich von 3 nm bis 9 nm fr Schichtdickendifferenzen d von 50 nm bis 300 nm und Schichtdicken dPund dVvon 0,8 m bis 1,3 m erreicht. 9 Prfbericht Der Prfbericht muss die folgenden Angaben enthalten: a) Probenbezeichnung

41、; b) Hinweis auf diese Norm, d. h. DIN 50455-1:2009-10; c) Gertetypen und -parameter, soweit bekannt; d) Umgebungstemperatur; e) relative Feuchte der Umgebung; f) verwendetes Belackungsverfahren (automatisiert oder von Hand); g) verwendetes Trocknungsverfahren; h) verwendetes Auswerteverfahren (Abso

42、lut- oder Differenzverfahren); i) bei Auswertung nach dem Absolutverfahren Anzahl der Messwerte nP, Mittelwert der Schichtdicke dP, und Wiederholstandardabweichung sRP; j) bei Auswertung nach dem Differenzverfahren Anzahl der Messwerte nPund nV, Mittelwerte der Schichtdicken dPund dVund WiederholstandardabweichungenPRs und VRs sowie Schichtdickendiffe-renz d; k) Name des Prfers, Prfort und Datum.