結論 - 以全條減光散條及陣列減光散條增進焦深改善禁止間距之模擬

1. 由本論文 A4、B4、C4 三種組合模擬得知，四扇面偏軸發光、濕浸式、

Y-偏振光和減光型相移圖罩搭配之組合，效果最佳；以雙孔偏軸發光、

乾式系統、未偏振光和雙光強圖罩，效果最差。因參數甚多，模擬未經最適化處理，故此結論僅為相對比較結果。

2. 在孤立線時 (本論文以 p > 4b 為準)，常以散條進行光學鄰近效應修正，

可增進解像度與焦深，散條可分全條遮光、全條減光、陣列減光三種，

各有利弊。

3. 全條遮光優點為製備容易；缺點為較寬時容易成像。全條減光優點為寬度可較全條遮光更大且可改變透射度，缺點為會有相位差，所以必需限制其相位差不可過大。可藉由嵌附層厚度變小，來改善其缺點，但須注意透射度會上升。全條減光若以相位為 360 度，來達到相對相位差為 0，

可有效降低相位差造成光程差之缺點，但其厚度較大，透射度將會變小，

較易成像。陣列減光，優點為無相位差之影響、可改變透射度、寬度較全條遮光與全條減光為寬，缺點為蝕刻細微陣列圖案甚困難，且圖案種類甚多，不易選擇。

4. 固定相移角度以及全條減光散條的尺寸來做討論，則角度從 20 到

50 度都是透射度 0.3 效果為佳。透射度 0.3，在本論文設定的參數條件下，

有最佳表現。

5. 固定透射度、全條減光散條的尺寸也維持不變，相移角度越大者(20-50 度)，有相對較明顯的提升焦深效果。隨著透射度從 0.3 到固定為 0.6 時，

相移角度大者還是優於小者。透射度升高，可以看到，間距較小時，相移角度小的焦深較高。如：透射度0.6 時，間距從 380 到 460 奈米之間，

20 度的結果會優於 50 度的。

6. 對於陣列減光而言，整體的比較下，當透射度為 0.4，寬度 120 奈米，

以及使用所有前述的參數時，有最佳的焦深提高效果。

7. 就聚光當量來討論：橫磁偏振光的夾角在 90 度時，無干涉作用，合向量光強僅為數學和，I=I₁+I₂，對比度僅約橫電偏振光的0.75，兩橫磁偏振光束的夾角大於或小於此數值後，此現象消失，橫磁偏振光的對比度提升到橫電偏振光的 0.85 左右，焦深也提昇。證明橫磁偏振光受聚光當量值影響大，而橫電偏振光影響甚小。90 度時，橫磁偏振光的像比最差。

年度里程碑厂商时代

1956 發表 Silicon Controlled Rectifier General Electric

電晶體

1993 256M DRAM 論文發表 Hitachi/NEC ULSI (10⁸)

1993 1G DRAM 論文發表 NEC GLSI (10⁹)

註：SSI(Small-Scale Integration)指一顆晶方(Chip)含~10 個電晶體 MSI(Medium-Scale Integration)指一顆晶方(Chip)含~10²個電晶體 LSI(Large-Scale Integration)指一顆晶方(Chip)含~10⁴個電晶體 VLSI(Very Large-Scale Integration)指一顆晶方(Chip)含~10⁶個電

晶體

ULSI(Ultra Large-Scale Integration)指一顆晶方(Chip)含~10⁸個電晶體

GSI(Giga-Scale Integration)指一顆晶方(Chip)含~10⁹個電晶體

資料來源：工研院經資中心ITIS 計畫，2000 年 9 月

表 1.1 半導體發展的大事記

表1.2 2004 年 ITRS 所定義的關鍵性微影需求

表1.3 ITRS 所發表未來數年之微影技術路圖

散條相位差透射率

全條遮光 ∆

θ

T%=0

全條減光 ∆

θ

≠0

T%>0

陣列減光 ∆

θ

T%>0

表 2.1 全條遮光、全條減光、陣列減光之特性

Material Thickness n k T (%)

θ

Cu 20 nm 0.9669 1.4026 7.71 -1.23 HfO2 20 nm 2.3191 0.2123 61.01 49.21 LiF 20 nm 1.4435 1.4435 14.74 16.55 MgF₂ 20 nm 1.4279 1.4279 15.06 15.96 Mo 20 nm 0.7880 2.3474 0.76 -7.91 MoN 20 nm 1.5171 1.3653 10.45 19.29 MoO₃ 20 nm 1.6027 0.6849 36.65 22.48 Ni 20 nm 1.0091 1.4536 7.15 0.34 Nb 20 nm 1.0997 0.9215 21.82 3.72 NbN 20 nm 1.8916 1.7589 5.26 33.26 Nb₂O₅ 20 nm 1.7687 1.1234 16.41 28.68 Pd 20 nm 0.7288 1.2798 7.87 -10.12

Pt 20 nm 1.4234 1.2882 11.88 15.80 Rh 20 nm 0.6980 1.7614 2.50 -11.27 Si₃N₄ 20 nm 2.6630 0.2451 53.37 62.04

SiO2 20 nm 1.5631 1.5631 12.43 21.01 Ta 20 nm 1.5645 1.7513 5.05 21.06 TaN 20 nm 2.0717 1.5300 7.99 39.98 Ta₂O₅ 20 nm 2.0519 1.2408 13.20 39.24 TaSi2 20 nm 1.1060 1.4603 7.51 3.95

Ti 20 nm 1.0735 1.1247 14.57 2.74 TiN 20 nm 1.5812 1.3060 11.77 21.68

W 20 nm 1.0518 2.1550 1.64 1.93 WN 20 nm 1.6603 1.7675 5.01 24.63 WO₃ 20 nm 1.6525 0.7986 28.66 24.34 YF₃ 20 nm 1.6054 0.0741 85.77 22.58

注：T (％) 是含石英( SiO2 )基材之透射率；θ為由厚度與n計算得之，為絕對值，非相位

差( ∆θ )。

表2.2 在 193 nm 波長下之減光材料之光學性質計算結果

Simulation Parameters Used Parameter

Name Value(s) Comment

Wavelength 193 nm ArF Numerical

Aperture 0.8515-1.4748

Line Width 65 nm Line

Illumination Quasar

σ

outer=0.8,

σ

inner=0.5, Blade Angle=45°

Annular

σ

_outer=0.8,

σ

_inner=0.5 Dipole

σ

_center=0.7,

σ

_radius=0.3 Resist

Thickness 195 nm ArF Clariant AX102 (n=1.703) BARC 45 nm Shipley AR2 (n=1.47)

Resist Developing

Model

Enhanced Mack Model

R

_max=333.73 nm/s, R_min= 0.011 nm/s,

R

_resist=46.25 nm/s, n=1.77, l= 5.63 Immersion

Liquid DI Water

n=1.44 at 193 nm wavelength

Process Window

Line width Specification (+/-%): 10.0 Sidewall Angle Specification (deg.): 80.0 Resist Loss Specification (%): 10.0

Exposure Latitude Specification for DOF(%): 6

The larger the better

表2.3 微影模擬各項參數

圓心區入口光瞳

入口光瞳內 +1,-1 進入恰可成像

入口光瞳內 -1,+1 與 0 重疊圓心區無-1,+1

入口光瞳內重疊區減少 -1,+1 進入圓心區

入口光瞳內 -2,+2 進入

圓心區-1,+1 面積達最大

入口光瞳內圓心區 -1,+1 重合

-1,+1 面積達最小

E NIL S

正規化像數率成對斜

間距 (p 單位λ NA/ ) 如縱軸為總焦深

得類似曲線可

圖2.1 偏軸發光時，一級光進入圓心區，形同背景光造成正規化成像斜率對數與焦深下降 (圓心區為本實驗室所創之概念)

Conventional Quadrupole Normal

Dipole X-oriented

(A) (C) (E)

Annular Quadrupole

Cross

Dipole Y-oriented

(B) (D) (F)

Quasar

(G)

圖2.2 沿軸與各類型偏軸發光

Mask

Photoresist Wafer

Dry System Immersion

System Immersion

Fluid

圖2.3 乾式和濕浸式投影系統

入射角

水空氣

介質：水或空氣

阻劑 θ=36°

θ^D=6 2° θ^W= 38°

在介質中入射角之

θ^D: 在空氣中之入射角乾式系統( ) θ^w: 在水中之入射角濕浸式系統( )

在ArF(193 nm)微影系統下，各物質之折射率：

阻劑(n=1.70)>透鏡(n=1.50)>水(n=1.44)>空氣圖 2.4 濕浸式微影

(A)盆浴式(Bath)

(B)水灘式(Puddle)

wafer

scanning stage fluid lens

(C) 淋浴式(Shower)

圖2.5 濕浸式各裝置設計

以上圖為例之重要說明：

NA=1.44 *sin 56.6 =1.202 1.202=1.7*sin45 °2*45

° ， °=90°

NA=1.0 *sin 45 =0.707 0.707=1.7*sin24.6° 2*

° ， 24.6 =49.2° °

鄰近效應所產生圖案失真現象

光學鄰近效應修正：

(1) 特徵偏差（Feature Biasing）

(2) 特徵輔助（Feature Assisting）

未顯影區顯影區正型阻劑

內輔助線散條

Scattering

B ar Internal A ssisted Line

外輔助線

Serifs w ith A ssisted Line 邊飾+輔助線 External

A ssisted Line

欲得符合設計之晶圓上阻劑線形狀，修正變圓、變短、變細等失真之俯視圖

延伸邊飾

H am m er H ead B ias

A ggression Jog

侵入榔頭偏差凹凸

Serifs

Extended H at

帽冠

圖2.7 光學鄰近效應修正圖案修飾設計

(a) 偏差與散條修正法

(b) 空間影像比較

(c)各式散條修正法

圖 2.8 孤立線相對於密集線之修正示例

圖 2.9 散條修正可增大製程視窗重疊區示意圖

T %=30-60 T % 0 T %=100

0°<∆

θ

<50°

圖 2.10 全條減光之圖罩

T %=30-60 T %=0 T %=100

∆

θ

=0°

圖2.11 陣列減光之圖罩

NA=0.85

200 300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

200 300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

初步比較

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

DOF(micron)

Original SB (30nm)

AAF (40nm,θ=30,T=0.5) GB (120nm,θ=0,T=0.5)

圖 4.3 模擬計算聚光當量改變對間距之影響(A4)

AAF with diff. sizes

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

DOF(micron)

40nm 50nm 60nm

圖 4.4 全條減光之尺寸模擬設計

GB with diff. sizes

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

GB phase=0

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

AAF phase=30

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

AAF phase=50

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

diff. phase/60nm T=0.3

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

diff. phase/60nm T=0.4

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

DOF(micron)

θ=50 T=0.4 θ=40 T=0.4 θ=30 T=0.4 θ=20 T=0.4

圖 4.13 全條減光透射度 0.4 之不同相移角度比較

diff. phase/60nm T=0.5

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

DOF(micron)

θ=50 T=0.5 θ=40 T=0.5 θ=30 T=0.5 θ=20 T=0.5

diff. phase/60nm T=0.6

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

DOF(micron)

θ=50 T=0.6 θ=40 T=0.6 θ=30 T=0.6 θ=20 T=0.6

圖 4.15 全條減光透射度 0.6 之不同相移角度比較

diff. T / 60nm/ phase=20

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

DOF(micron)

θ=20 T=0.3 θ=20 T=0.4 θ=20 T=0.5 θ=20 T=0.6

圖 4.16 全條減光相移角 20 度之不同透射度比較

diff. T / 60nm/ phase=30

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

DOF(micron)

θ=30 T=0.3 θ=30 T=0.4 θ=30 T=0.5 θ=30 T=0.6

圖 4.17 全條減光相移角 30 度之不同透射度比較

diff. T / 60nm/ phase=40

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

DOF(micron)

θ=40 T=0.3 θ=40 T=0.4 θ=40 T=0.5 θ=40 T=0.6

diff. T / 60nm/ phase=50

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

DOF(micron)

θ=50 T=0.3 θ=50 T=0.4 θ=50 T=0.5 θ=50 T=0.6

圖 4.19 全條減光相移角 50 度之不同透射度比較

整體比較

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

DOF(micron)

Original SB

GB/ T=0.4/ 120nm AAF/ T=0.3/θ=50/ 60nm

圖 4.20 整體比較

NA=1.2042

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08

200 300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

DOF(micron)

Unpolarized TM

圖 4.21(a) NA=1.2042 焦深比較

NA=1.2042

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

200 300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

Contrast

Unpolarized TM

NA=0.8515

200 300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

200 300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

NA=1.4748

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07

200 300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

DOF(micron)

Unpolarized TM

圖4.23 (a) NA=1.4748 焦深比較

NA=1.4748

0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9

200 300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

Contrast

Unpolarized TM

圖4.23 (b) NA=1.4748 對比度比較

不同聚光當量值比較

0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75

200 300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

Contrast

NA=0.8515 NA=1.2042 NA=1.4748

圖 4.24 橫磁(TM)偏振光於不同聚光當量值下之比較 θ為兩橫磁偏振光束夾角

NA=0.8515(θ=60 度)，NA=1.2042(θ=90 度)，NA=1.4748(θ=120 度)

不同聚光當量值比較

0.72 0.74 0.76 0.78 0.8 0.82 0.84 0.86

200 300 400 500 600 700 800 900

pitch(nm)

Contrast

NA=0.8515 NA=1.2042 NA=1.4748

圖 4.25 橫電(TE)偏振光於不同聚光當量值下之比較 NA 與θ 關係同橫磁偏振光

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自傳

呂廷軒，男，台北縣人，民國 70 年 11 月 15 日生，家中成員共

四人，父親、母親、姐姐和我，家境小康，平時生活樸實和樂。在父母教養下，自幼便養成良好的倫理道德以及基本禮節。

民國 89 年自台北市立大同高中畢業後，進入國立台灣大學化學工程系就讀，四年大學生活，憑著對知識追求的熱忱，及生活上點滴的經驗累積，不僅兼顧學業，也學得做人處事的態度。課餘亦參加系上籃球隊練習，且愛好音樂，藉以放鬆陶冶性情。四年大學生活獲益良多。

大學畢業後，有感學無止盡，應屆（民國 93 年）考上國立交通大學應用化學研究所，在恩師龍文安教授指導下，從事半導體微影製程之研究，如光學微影(Lithography)、相移圖罩(PSM)及解像度增進技術(RET)等相關知識。在交大兩年裡，認識許多不同科系的同學，

並結識許多朋友，深刻體會到學無止盡。

自認並非天資聰穎，所以一向抱持謙卑的態度學習，廣泛吸取知識，來面對這變遷快速的社會。畢業後希望能學以致用，繼續不斷充實自己，以期將來能一展所長，對社會有所微薄貢獻。

在文檔中以全條減光散條及陣列減光散條增進焦深改善禁止間距之模擬 (頁 48-86)