光罩製作及效能驗證

我們挑選上述各組配比之中最佳製程條件 SiNx_10，以此條件 於空白玻璃基板上沈積 SiNx_10 薄膜做為光罩空片，並以電子束微 影技術於光罩上製作密集線與密集洞圖案，以驗證 Att-PSM 光罩效 能。

本實驗以密集線與密集洞圖案作為測試圖案，將相同之設計圖 案，各別製作在傳統鉻膜二元式光罩上，與 SiNx_10 薄膜光罩上。

圖 4-26 為本實驗使用的測試圖案，圖 4-26（a）為測試圖案全貌，

周圍框線為曝光機台對準記號，中央為實際測試圖案；我們將中央 位置放大來看，線寬分別自 0.2µm 至 0.4µm，圖 4-26（b）；間距比 例自1：1 至 1：5，圖 4-26（c）；測試圖案上半區域為密集線，下 半區域為密集洞，圖4-26（d）。

（a） （b）

（c） （d）

圖4.26 光罩效能測試圖案，（a）圖案全貌；（b）自 0.2µm 至 0.4µm 線寬分 布條件；（c）自 1：1 至 1：5 間距比例分布條件；（d）0.28µm 密集洞設計圖。

圖4-27（a）為沈積 SiNx_10 的 5 吋光罩，中心區域均勻性佳，

僅周圍部份均勻性較差，由於本實驗使用之PECVD 製程是專為晶圓 之幾何形狀所設計，並非為製作光罩所設計專用所致。但是我們用 來驗證光罩效能的圖案僅需使用光罩中心區域，因此並不會造成影 響。圖 4-27（b）即是使用 SiNx_10 薄膜製作之光罩成品，測試圖案 位於光罩中央位置。完成後我們使用光學顯微鏡檢查並量測圖案是 否如預期般正確，如圖4-27（c）與（d）。

（a） （b）

（c） （d）

圖4.27 SiNx_10 薄膜光罩，（a）製作圖案之前，與（b）製作圖案之後光罩照 片。光罩上（c）密集線，與（d）密集洞的圖案。

於實驗中曝光機主要改變參數為曝光劑量與焦距，x 方向改變劑 量，y 方向改變焦距位置。圖 4-28 為使用 SiNx_10 薄膜光罩於晶圓 上實際曝光且顯影之結果。值得一提的是，本光罩具有半穿透性質，

因此可在晶方周圍觀察到光阻有厚度減少的跡象，即圖中色澤偏紅 之處。不過在SEM 觀察並量測圖案的時候，並未發現因為漏光（Side Lobes）而造成的鬼影（Ghost Image）。因為 6.5%衰減式相位移光 罩產生的漏光強度約為13.5%，換算曝光計量約為 338 J/m²，遠低於 本實驗曝光低限劑量（Dose to Clear）1100 J/m²。

圖4.28 為使用 SiNx_10 薄膜光罩於晶圓上實際曝光且顯影之結果。

圖 4-29 為晶圓上光阻密集線 SEM 圖。我們比較了使用二元式 光罩曝光的結果，圖 4-29（a），與 SiNx_10 薄膜光罩曝光的結果，

圖 4-29（b）。以二元式光罩搭配現有 i-line 步進機曝光的密集線解 析極限約為 0.48µm 週期，如圖 4-29（a）中可看出 CDSEM 量測線 寬為 0.195µm。而改用 SiNx_10 薄膜光罩曝光得到相近的結果為 0.195µm，並無法獲得更高解析之結果，因為對比增強所帶來的解析 度增益效果不明顯。

（a） (b）

圖4.29 為晶圓上 0.48µm 週期光阻密集線 SEM 圖。（a）為使用二元式光罩曝 光的結果，（b）為使用 SiNx_10 薄膜光罩曝光的結果。

圖 4-30 為晶圓上光阻密集洞 SEM 圖。我們比較了使用二元式 光罩曝光的結果，圖 4-30（a），與 SiNx_10 薄膜光罩曝光的結果，

圖 4-30（b）。以二元式光罩搭配現有 i-line 步進機曝光的解析極限 約為 0.6µm 週期，不過更正確的說應該是解析度不到 0.6µm 週期，

因為在最佳製程條件下，光阻並無法完全的顯影乾淨，接觸洞的底 部仍有相當多光阻殘留，且阻劑輪廓已呈現側壁過度傾斜的狀態。

但是當改用 SiNx_10 薄膜光罩曝光時，不僅 0.6µm 週期的接觸洞可 以準確的製作出來，甚至連0.56µm 週期的圖案也可以達成。

本實驗中使用之曝光條件為曝光波長365 nm、NA0.63、σ0.65，

理論上空間成像能力約為 0.18µm，但是要引起光阻裡產生化學反

應，進而被顯影液溶解，入射影像必需要有一定程度的對比度。由 於衰減式相位移光罩提供比二元式光罩更佳的影像對比度，因此，

原本無法解析的圖案就被解析出來了，這個結果顯示這是一張貨真 價實的相位移光罩，也證明實驗計算正確，且此SiNx薄膜可以應用 於光罩材料。

(a) (b)

圖4.30 為晶圓上光阻密集洞 SEM 圖。（a）為使用二元式光罩曝光的結果，週 期為0.6µm （b）為使用 SiNx_10 薄膜光罩曝光的結果，週期為 0.56µm。