多年來，半導體業界隨著摩爾定律的引導之下，不斷地將電晶體數目 倍增，使得微影技術不斷地向最小線寬挑戰；然而這其中當然也有許多人 力投入研究如何將圖案微縮的方法，以下我們將簡介數種可以使圖案微縮 或是製作微小圖案的方法；而在下一節中，我們將焦點回歸到本論文所需 運用的基礎原理介紹。
半導體微影超細微線寬之形成［6］
此法是一種在半導體電路製程中，超細線寬及圖形的形成方法。首先 塗佈二氧化矽絕緣層於基材，再依序沈積功能層、保護層、抗反射層及最 上的感光光阻材料，如圖 2-1(a)。在微影製程後，先將光阻線寬定義出來，
如圖 2-1(b)；利用蝕刻技術，將抗反射層蝕刻至所需的精確大小，如圖 2-1(c)；以上方光阻及反射層為硬罩，再蝕刻保護層及功能層，以利圖形 轉移，如圖 2-1(d)；最後去除光阻及其抗反射層。此法可運用於閘極製程，
其保護層材料可以是矽化鎢，而功能層材料可以是多晶矽。
圖 2-1 半導體微影超細微線寬之形成示意圖
微細線寬的複晶矽之製作方法［7］
此法是利用二次的微影製程其對準偏移之方法，來製作微細線寬的複 晶矽。我們在基材上成長絕緣層、複晶矽，在微影製程後，線寬為 X；而 間距為 Y，如圖 2-2(a)；利用電漿非等向性蝕刻來轉移所需的線寬，並將 光阻去除，如圖 2-2(b)；我們再次利用微影製程，並將對準位置與第一次
微影對準位置偏移為 X+Y 之二分之一，如圖 2-2(C)；最後再次利用蝕刻 轉移圖案，並去除光阻後，即可得到較小的線寬→(X-Y)/2，如圖 2-2(d)。
圖 2-2 微細線寬的複晶矽製作示意圖
微奈米線寬製程［8］
將一種含有可以蝕刻溶質的溶液，如圖 2-3(a)；運用噴印或是滴落的 方式來繪寫於基板上，如圖 2-3(b)；在經過乾燥之後，使溶液之溶質於基 板上形成兩個區域，一區較厚而且窄，另一區則是較薄而且較寬，如圖 2-3(c)；然後再對基板進行全面性蝕刻，來去除較薄而且較寬的區域，留 下較厚而且窄小的區域，如圖 2-3(d)。藉由此法來使圖案之線寬達成微奈 米等級。
圖 2-3 微奈米線寬製程製作示意圖［8］
圖案形成方法_使孔徑縮小之法［9］
此法是針對於微影製程之後，使光阻之間的間隔孔徑縮小之法。在微 影製程之後，如圖 2-4(a)；利用水溶性樹脂被覆形成劑來被覆光阻圖案，
如圖 2-4(b)；然後再藉由熱處理來使得被覆形成劑產生熱收縮，使得光阻 孔徑變小，如圖 2-4(c)；再藉由純水來去除被覆形成劑之後，如圖 2-4(d)；
利用電漿蝕刻來轉移圖形，如圖 2-4(e)。即可得到比原先微影製程較小之 孔徑。
圖 2-4 圖案形成方法_使孔徑縮小之法示意圖［9］
奈米轉印製程_Nano imprinting process［10］
此種技術首先必需先製造出奈米圖案結構之模仁，並在模仁表面上形 成抗沾黏表面，以及在欲轉移薄膜上成長適合壓印之材料，如圖 2-5(a)；
然後著手進行壓印工程，如圖 2-5(b)；在完成壓印工程後，由於模仁表面 上有抗沾黏效果，可以順利並乾淨地脫模，完成圖案之轉移，如圖 2-5(c)；
利用蝕刻技術進行全面性蝕刻，如圖 2-5(d)；最後去除最上層之壓印材 料，即可得到與模仁相同之奈米圖案結構，如圖 2-5(e)。
圖 2-5 奈米轉印製程示意圖［10］
2.1 電漿簡介
電漿的發現源自於環繞在太陽四周的氣體，因為受到太陽高溫以及輻 射的影響而形成電暈，出現輝光放電的現象，因而發現電漿，而電漿是物 質存在的基本型態之一，與固態、液態、氣態並列，稱為第四態。早期大 家所關注的電漿大多朝著核融合、太空電漿、電漿推進、相關的能量轉換 等科學技術而努力，這些都是屬於熱或接近局部熱平衡之電漿；另外在輝
光放電中，氣體放電產生雷射及螢光燈等應用，這是屬於非平衡式電漿應
裡的壓力降低，在兩電極間施加高電壓，因此此電位差將在兩電極間產生
圖 2-6 離子化碰撞前後示意圖
激發-鬆弛(Excitation-Relaxation)：
有些電子軌域中的電子因為無法從撞擊電子中獲得足夠的能量來克 服原子核的束縛能而變成自由電子，但是有部分能量可以使電子軌域的電 子躍升到更高能量的軌域時，這個過程稱為激發(Excitation)如圖 2-7，它 可以表示成：
e¯ + A → A + e¯
(e¯：電子，A：中性原子或分子，A ：激發狀態下的 A)
電子軌域上的電子
入射的碰撞電子
兩個自由電子
原子核 原子核
圖 2-7 激發碰撞前後示意圖
由於處於激發狀態而不穩定，所以在激態軌域的電子無法在此能量高 的軌域停留太久，為了平衡或降低自身的能量系統，它會掉回到原本的基 態，並且以光子的型態把它多餘的能量釋放出來，產生放出光的現象，因 為不同氣體其內部能階組態皆不同，所以產生光子能量也不同，電漿顏色 也會跟著不同。而這個過程稱之鬆弛(Relaxation)，如圖 2-8。
圖 2-8 激發態電子回復到基態_鬆弛示意圖［14］
電子軌域上的基態電子
入射的碰撞電子
原子核 原子核
激發態電子
入射的碰撞電子
分解(Dissociation)：
當電子和分子碰撞時，有可能會產生激發、旋轉、震動及游離外，也 可能當分子獲得的能量大於分子的鍵結能時，那就可以破壞化學鍵而產生 自由基(Free Radicals)，如圖 2-9。分解碰撞能表示成：
e¯ + AB → A + B + e¯
(Cold plasma) ［15］。一般而言在電漿狀態中，氣體壓力可以代表粒子密 度的高低，溫度則與粒子動能大小相關。當操作壓力大於 100 Torr 以上時，
由於粒子密度高，相對地平均自由徑變小，所以電子便無法被電場完整的 加速，而電子動能被高密度之氣體分子吸收成爲熱能，此時氣體與電子所 獲得的能量是相同的，最後氣體溫度與電子溫度達平衡狀態；而由於粒子 間平均自由徑小，碰撞次較多，而使粒子間的能量均勻分佈，此時的氣體 溫度(Tg)、電子溫度(Te)和離子溫度(Ti)三者溫度相近，可達數萬 K，如 圖 2-10 。 所 以 熱 電 漿 (Thermal plasma) 又 稱 為 平 衡 電 漿 (Equilibrium plasma)，通常運用於切割、高熔點金屬加工或非金屬熔射，於金屬表面蒸 鍍上一層耐高溫、耐磨物質、鋼鐵及礦石冶煉等。
當操作壓力小於 100 Torr 時，整個空間處在於一個較低壓的狀態，所 以系統中的碰撞機率大幅減少，對於系統所施加的能量大部份皆用於加速 電子及離子等帶電性物種，所以電子的能量便無法有效的傳遞，氣態分子 仍處於低能量狀態，故系統之電子及部分離子動能相較於分子的動能為 高，因此電子溫度與氣體溫度明顯地逐漸分離，因此稱為低溫電漿(Cold plasma)或稱非平衡電漿(Non-equilibrium plasma)。
圖 2-10 壓力對電子溫度 Te、氣體溫度 Tg、離子溫度 Ti 之關係［15］
低溫電漿依其產生方式，主要可區分為［16］： 1.輝光放電(Glow discharge)電漿
2.電暈放電(Corona discharge)電漿
3.介電質放電(Dielectric barrier discharge)電漿 4.高週波放電(RF discharge)電漿
5.微波放電(Microwave plasma)電漿
輝光放電(Glow discharge)電漿：
我們以直流輝光放電電漿而言，在一個密閉空間於放電管內兩側放置 平行電極板，並且在密閉空間降低其氣壓並外加單方向電場來產生穩定電 漿，將其現象簡單地來說就是利用粒子由激態(excited state)降回至基態 (ground state)時就會以光的形式釋出能量；而當管內壓力於一大氣壓下(1
bar)，外加數千伏特電壓仍然無法產生放電現象，當壓力下降至 0.1 bar 時，即可引出火花放電但處於不穩定狀態，直到管內壓力下降到 1mbar 時，
就可以產生穩定輝光，也就因為如此受低壓的限制，無法廣泛地應用於工 業製程中。由於高能電子將原子或分子激發，所以每一種氣體會產生特有 顏色輝光。在長度 50 公分的放電管內加入氖氣，其氣壓控制在 1 torr 下；
放電管之架構由陰極至陽極，如圖 2-11［17］：陰極板(Cathode)、原始陰 極暗區(Aston dark)、陰極輝光(Cathode glow)、陰極暗區(cathode dark)、
負輝光區(negative glow)、法拉第暗區(faraday dark)、陽極正光柱區 (positive column)、陽極暗區(anode dark)及陽極輝光(anode glow)、陽極 板(Anode glow)。
圖 2-11 輝光放電架構示意圖［17］
原始陰極暗區(Aston dark)：剛從陰極所發射出的電子能量很低，所以和 氣體分子間並不會發生作用，因此呈現黑暗 部份。
陰極輝光區(Cathode glow、Cathode Layer)：此區因電子被加速時，其能 量增加到等於或超過原子的激發電位時，氣 體分子會被激發，而產生氣體分子固有的發 光。
陰極暗區(cathode dark、crooke hittorf)：電子持續被加速超過某此程度時，
其能量已經明顯超過激發電能，而氣體分子
陽極輝光(anode glow)：由陽極暗區被吸引過來的電子再次被高電場加 電暈(positive corona)及負極電暈(negative corona)。
1.正極電暈：依據點電極之半徑及電極間隙之大小，會存在一電暈起始電
生輝光會完全進入崩潰狀態。負極電暈於點電極周圍具有空間帶電(space
介電質放電又稱為寂靜放電(silent discharge)或流線放電(streamer discharge)，其同時具有輝光放電之大體積激發及電暈放電之高操作壓力優
定且較不受電極影響之放電。由於其電子能量範圍在 1~10 ev，因此適合 Communication Commission, FCC)所制定之使用頻率，此頻率如避免和航 空或通訊及其他用途之頻率相互干擾，而且易與反應氣體構成耦合，協調
微波的頻率範圍為 0.3~10 GHZ，而其電磁場之波長約從 1 m~1 mm，
這四種機制分別為濺射(sputtering)、純化學蝕刻(pure chemical etching)、
離子能量趨入蝕刻(ion energy driven etching)、及離子增強抑制物蝕刻(ion
enhanced inhibitor etching)［19］［20］，如圖 2-12［19］。
圖 2-12 乾式蝕刻主要機制示意圖［19］
濺射(sputtering)如圖(2-12(a))：
此種蝕刻機制其過程是以物理反應為主，將晶圓放置於帶負電的陰極 之上，所以當帶正電荷的離子被陰極吸引並加速向陰極方向前進時，利用 質量較重的高能離子撞擊薄膜(例如使用 Ar 氣體)，其帶正電荷的離子會 以垂直角度撞擊到晶圓表面，將欲蝕刻的材料原子打出，而帶負電荷的離 子並不會到達晶圓表面，所以在蝕刻過程中並不扮演任何角色［21］。因 此其主要優點有較佳的非等向性蝕刻，如圖 2-13，可減輕底切(undercut) 的情形發生，如圖 2-14，造成底切的主因是由於蝕刻機制偏於等向性，但 是我們並不希望底切的現象發生，因為如此一來，我們轉移的圖案將會失 真，尤其是在某些重要的線寬失真後將會影響電性及其良率。由於離子不