第二章 文獻回顧
2.3 禁止間距
2.3.1 產生的原因
禁止間距的廣義的定義通常泛指在某些間距下，因光學鄰近效應、
光程差較大等因，使實際所得焦深低於頇要焦深(Required DOF)。根 據 2003 年史密斯（B. W. Smith）[26]的文獻，以橫雙圓孔探討禁止 間距的現象，如圖 2.6 所示，為方便說明，將入口光瞳中的 0 級繞射 光束兩個圓形輝光區之間的位置定義為圓心區，如有繞射光束進入圓 心區，相當於背景光增強。當間距漸增時，繞射角漸減，0 級繞射光 束為背景光，位於中央且位置不變，-1、+1 級繞射光隨間距增大而 內縮，在與 0 級繞射光重疊時，-1、+1 級繞射光與 0 級繞射光光程 差達到最小，如圖中的 B；當間距再增加，-1、+1 級繞射光開始進 入圓心區，0 級繞射光與-1、+1 級繞射光的對稱性消失，背景光增大，
導致光程差增加，在圖中的 D 達到最大光程差，造成焦深最低，此 時最易產生所謂的禁止間距。如間距再增大，2 級繞射光也開始進入
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入口光瞳，如 1、2 級繞射光與 0 級繞射光重疊或重合，光程差減，
增長焦深；圓心區內之-1、+1 級繞射光比照 0 級繞射光（背景光），
背景光面積增加，減少焦深。焦深增、減作用互相競爭，較強者勝出。
焦深與 NILS 通常具正比關係，如將焦深對間距關係圖之縱軸換成 NILS，通常可得類似曲線。
焦深亦可從另一個觀點說明，當間距增大（線寬固定，隙寬增大）， 在中央位置之 0 級繞射光亦越強，成像光束對稱性降低，與 1 級繞射 光之光程差愈大，易造成禁止間距。
2.3.2 以圖案偏差（Bias）修正禁止間距[27-28]
圖罩上通常共同存在孤立線與密集線，因為光學鄰近效應的關 係，如未經修正，無法獲得設計線幅，修改孤立線與密集線的線幅，
加寬(正偏差）線條或縮窄（負偏差）線條，達到修正的效果，即為 圖案偏差法，一般修正以密集線的中心為基準，希望經過修正，在相 同劑量下，其他間距亦能得到相同的線幅，而偏差法修正通常以密集 線為主。
如圖 2.7（a）為例，由空間影像探討使用偏差法對孤立線修正情 形，經由正偏差修正（編號 3）後，可以降低孤立線（編號 2）之光 強，使密集線與孤立線，門檻光強接近，達成修正目的。
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2.3.3 以散條（Scattering Bars）修正禁止間距
散條亦稱為次解像輔助特形（Sub-Resolution Assist Feature, SRAF），在孤立線兩旁加散條，亦可修正孤立線與密集線之差異，
S為隙寬，p為間距，E為圖罩光幅（鉻膜E=0、減光型E>0）。sin c為 類似高斯波形之數學函數，分子π用180°，分母π用3.14。
（b）圖罩隙加入單一遮光全條或遮光陣列散條之新修正繞射光幅E E0 = 1 + E S
p − E × 1 − 1 − ESB bS （正或負值，絕對值降）
E1 = 1 + E S
p sin c pS − 1 − ESB bp sin c bp （正或負值，
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絕對值降）
E2 = 1 + E S
p sin c 2Sp − 1 − ESB bp sin c 2bp （正或負值，
絕對值升或降）
b為散條的寬度，ESB為散條之光幅，遮光全條散條（散條整體T%=0）
之ESB=0；遮光陣列散條（散條整體T%>0）之ESB>0。
上述的公式適用於雙光強（鉻膜）與減光型圖罩，散條僅適用於 全條遮光或遮光陣列，無相位差之單一散條，二條以上或有相位差之 散條公式過於複雜，在此不做討論。由公式可看出加入散條後，E0
與E1之絕對值皆降，但E1下降較E0少，使E1/E0比增加，成像光束對稱 性增加，可減少0與1級光光程差，因而增進焦深。如圖2.7（b），可 看出散條加入前後，離焦對焦深的影響。
散條運用於圖罩上如圖2.8所示，又可分為明場與暗場圖罩的修 正，其原理剛好相反，明場圖罩散條主要用於減光，暗場圖罩上的散 條主要用於增光，明場圖罩上使用的散條，主要分為遮光全條、減光 全條、遮光陣列[30]三種，簡述如下，其優缺點如圖2.9（a）所示：
（a）遮光全條
如圖2.9（a）甲一，其為厚鉻膜，散條整體T%=0，相位差Δϕ=0°，
製作簡單，為半導體業量產最常使用的散條。但缺點因為其不透光，
故條寬頇甚小，32奈米線幅以下，製備較為不易，條寬若太大，亦有
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成像的問題。
（b）減光全條
如圖2.9（a）甲四，為嵌附層（減光相移層），散條整體T%>0、
相位差Δϕ>0°，優點為散條自身有透射度，相對於遮光全條，可以使 條寬較大，較易製備，因此使用減光全條有其優勢，缺點為相位差太 大時易導致成像，且頇尋得適當嵌附層材料。
（c）遮光陣列
如圖2.9（a）甲三，將遮光鉻膜蝕刻成陣列形狀，散條整體T%>0、
相位差Δϕ=0°，優點為其寬度可較減光全條寬，缺點為蝕刻微細陣列 圖案難度高。
孤立線依其間距的不同，可以分別加入窄、寬或點線之散條一至 三條[31-32]，如圖2.9（b），從間距比較小的半孤立線開始加入，改 善禁止間距，而散條放置的位置通常取等距置放在中央，一條取兩等 份（即為中央），兩條則取三等份，三條取四等份；亦可在線條的兩 側加入散條修正。模擬上利用各個間距加入散條之後的焦深與NILS 的變化，評估加入散條數量的依據。
2.4 近二年文獻評論
半導體製程進入 32 奈米節點之後，由於極短紫外光微影、無圖
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罩電子束直寫與聚焦離子束（Focus Ion Beam, FIB）微影等下世代微 影技術尚未完備，無法達到量產規模，目前主流仍以 193 奈米濕浸式 微影為主。以下就製備 45 奈米（含）以下二維接觸孔與 32 奈米（含）
一維線隙、增進焦深與降低 MEEF 技術，篩選近二年與 193 奈米濕 浸式微影相關，較有發展潛力之文獻，作相關評論。
2.4.1 製備 45 奈米（含）以下二維接觸孔
目前 45 奈米以下接觸孔製備仍以雙成型技術搭配阻劑收縮技術 為主[33]，接觸孔阻劑收縮製程主要以化學收縮輔助解像度增進微影
（Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink, RELACS）、收縮輔助薄膜增進解像度（Shrink Assist Film for Enhanced Resolution, SAFIER）、熱流動（Thermal Flow）與化學氣相沈積
（Chemical Vapor Deposition）較為常見。前兩法阻劑收縮時接觸孔關 鍵尺寸一致性（CD Uniformity）較佳，但製程較複雜，成本較高。
2008 年 M. Kushibiki 等人發表[34]，以活性離子蝕刻（Reactive Ion Etching）達成阻劑收縮，搭配雙成型技術，可製備 30 奈米密集 接觸孔，為近年較創新技術。由於活性離子蝕刻為雙成型技術之硬罩
（Hard Mask）蝕刻唯一選擇，合併使用可降低成本；且接觸孔關鍵 尺寸與活性離子蝕刻時間呈良好線性關係，故此法控制接觸孔關鍵尺
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寸一致性甚佳，可得較大製程視窗，甚具未來潛力。
2.4.2 製備 32 奈米（含）以下一維線隙
32 奈米以下線幅，製備密集線隙仍以雙成型技術為主，但雙成 型技術之疊對與二次照射（曝光）之關鍵尺寸控制極為重要。近年尚 有以側壁間隙層做蝕刻硬罩，僅頇照射（曝光）一次，可製備密集線；
或是將現有之雙成型技術加以改良，可減少一次蝕刻程序，降低成本。
此二法簡述如下。
（a）側壁間隙層製程（Side Wall Spacer Process）[35]
此製程首先製備線隙比約 1：3 之線條，再沉積側壁間隙層材料，
經回蝕（Etch Back）後移除原始製備線條之阻劑，再以側壁間隙層做 蝕刻硬罩，側壁間隙層可自行對準，減少傳統雙成型疊對問題，可製 備 32 奈米密集線，如圖 2.10 所示。
（b）改良式雙成型技術[36]
傳統雙成型技術頇蝕刻二次，若於製備第一次線條時使用特殊阻 劑，經照射與熱烤後阻劑產生固化，再製備第二次線條；或分別使用 正與負型阻劑作二次照射（第一次正型，第二次負型）。如圖 2.11 所 示，可減少傳統雙成型技術第一次照射完蝕刻之步驟，降低成本。
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2.4.3 增進焦深技術
製程微小化後，焦深逐漸降低，若焦深不足，阻劑厚度必頇甚薄，
抗電漿蝕刻與抗離子植入性能不足，影響製程甚大。因此，如何提升 焦深亦成為近年半導體製程重要研究議題。常用之提升焦深技術有偏 軸發光、相移圖罩、濕浸式微影、線性偏振光、縱向二次照射（曝光）
與各式光學鄰近效應修正（圖罩設計改良、散條、偏差法與邊飾等）。
近年文獻發表較有潛力之增進焦深技術有改良式偏軸發光與逆向微 影技術（Inverse Lithography Technology），此二法簡述如下。
（a）改良式偏軸發光[37-38]
製程細線化後，為增進解像度，偏軸發光已成為必要使用之解像 度增進技術之一，但偏軸發光常伴隨著禁止間距的產生，傳統圓環與 橫雙扇面發光在部份間距其 0 級與 1 級繞射光重疊較少，甚至有不重 疊的情形產生，導致光程差增大，故常有焦深不足的現象。若在原始 圓環內側部份再加上一圓環；與橫雙扇面內側加入另一橫雙扇面，成 為雙重圓環（Double Annular）與雙重橫雙扇面，原文命名為 Double Dipole，實際形狀為 Quasar，如圖 2.12 所示。此時 0 級與 1 級繞射光 在各間距之重疊性大幅提高，可提升焦深，減少禁止間距的產生；且 由於 0 級與 1 級繞射光重疊性變好，以相同劑量照射，圖罩線條在各
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間距之關鍵尺寸一致性較佳。
（b）逆向微影技術 [39]
目前半導體界普遍使用的光學鄰近效應修正只針對圖罩佈局圖 上主要特形(Main Feature)進行邊緣的補償修正，在散條或次解像輔 助特形的應用上大大的侷限在有限的規定(Rules)。例如僅允許簡單 的幾何圖形配置、固定的排列方式以及特定的排列間隔，此做法在線 幅較大之製程還可以維持一定的效率與修正水帄，但是當世代演進 32 奈米以下時，光的繞射效應將使此一受限於各種規則的作法無法 達到圖罩設計頇求。
為解決此問題，目前業界採用一種逆向且能快速運算的辦法，故 稱為逆向微影技術。此技術重點在於針對所期望在晶圓上出現的元件 圖案，以軟體技術直接算出形成該圖案所頇要的圖罩圖案，而現有圖 罩圖案製作技術必頇等到於晶圓上形成圖形後，才能進一步據此改善 圖罩上的圖案。
逆向微影技術雖可設計較佳製程視窗與焦深之圖罩，但圖罩複雜 性也將大大提升。一般而言，圖罩較精密，製程視窗較大，則焦深較 長[40]，故頇取得帄衡，以符合成本效益。
2.4.4 降低 MEEF 技術
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隨著線幅縮小，MEEF 已成為微影製程中不可忽視的重要參數，
隨著線幅縮小，MEEF 已成為微影製程中不可忽視的重要參數，