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半導體產業的發展,自1940 年代貝爾實驗室成功的發現電晶體,1958 年德州儀器(Texas Instruments)的Jack Kilby 成功地製造出第一個積體電 路(Integrate Circuit),此後半導體產業急速的成長,並快速擴張。

從 此 各 式IC不 斷 被 開 發 出 來 , 集 積 度 也 不 斷 提 升 。 從 小 型 積 體 電 路 (Small-Scale Integration, SSI) ; 一 路 發 展 中 型 積 體 電 路 (Medium-Scale Integration, MSI)、大型積體電路(Large-Scale Integration, LSI)、超大型積體 電路(Very Large-Scale Integration, VLSI)、極大型積體電路(Ultra Large-Scale Integration, ULSI),表 1.1 為半導體發展的大事紀。隨著半導體元件尺寸不 斷縮小及電路密集度的急遽增加,關鍵之微影(Lithography)製程要求亦日趨 嚴格。而(美國)半導體工業協會(Semiconductor Industry Association, SIA)所 發 表 的 國 際 半 導 體 技 術 路 圖(International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS)預測將在 2007 年開發出DRAM其半間距(Half Pitch) 為 65 奈米,於 2016 年開發出 22 奈米,見表 1.2[1]。表 1.3[2]為ITRS所發 表未來數年之微影技術路圖。

使用極短紫外光微影技術(Extreme Ultra Violet Lithography, EUVL)[3]

或是電子束投影微影(Electron Beam Projection Lithography, EPL)等下世代 微影技術(Next Generation Lithography, NGL),可將製程藍圖拓展到 45 nm

技術節點以下[4]。

現今主力機種 193 奈米氟化氬(ArF)微影技術搭配放大型阻劑以傳統 發光(Conventional Illumination, CI)搭配傳統圖罩(Conventional Mask)已漸漸 無法滿足解像度(Resolution)、焦深 (Depth of Focus, DOF)及製程寬容度 (Process Latitude)的需求。所以,發展 193 nm 微影所適用之解像度增進技術 乃當務之急。

提 升 解 像 度 、 焦 深 及 製 程 寬 容 度 的 主 要 技 術 包 含 :(1)偏軸發光 (Off-Axis Illumination, OAI);(2)相移圖罩(Phase Shift Mask, PSM);(3)聚焦 寬容度加強照射(Focus Latitude Enhancement Exposure, FLEX);(4)超聚焦寬 容度強化照射(Super-Focus Latitude Enhancement Exposure, Super-FLEX);(5) 光學鄰近效應修正(Optical Proximity Correction, OPC);(6)光瞳濾波片(Pupil Filters) ; (7) 表 層 成 像 (Top Surface Imaging, TSI) ; (8) 抗 反 射 塗 佈 (Antireflection Coating, ARC)等。

偏軸發光基本原理為減少零級光(背景光),產生空間頻率調變(調增) 作用,以達到增加解像度與焦深的目的。其最大的優點是在原有的製程步 驟下即可達到所求。

相移圖罩為利用入射光透過圖罩相移層與非相移層二者之光幅產生 π 相位差,產生破壞性干涉。主要依空間頻率調變與邊端強化二大原理,來 達到增強解像度與焦深的目標。

由於 IC 電路佈局的線路寬度變得愈來愈細,使得微影技術需要不斷 地將曝光波長縮短,藉以提升其解像度,然而此將面臨到光學成像技術的 瓶頸,光學鄰近效應修正便是針對晶片中細微的線條和間距,在圖罩上修 改,以減少曝光後的失真,在不改變曝光波長的情況下,可以提升解像度。

光學鄰近效應修正方式主要以改變圖罩設計為主,包含特徵偏差與特徵輔 助等方法。

全球微影設備前三大供應商 ASML、Canon、及 Nikon 皆力推濕浸式 設備,在 157 奈米微影技術的研發能量將大幅度轉移至濕浸式技術。台積 電已在2003 年底便向 ASML 已訂購全球第一台 193 奈米濕浸式微影準生產 型機台。ASML 最新的機台已經成功將聚光當量值提升到 1.22,用來做 45 奈米已是可行的技術了。

濕浸式微影技術主要原理是將光學透鏡與晶圓之間的介質由原來的 空氣更換為液態介質(n>1),縮短在液態介質中之有效波長以提升其解像 度,公式為λn

=λ/n (λ

n為光在液態介質中 之波長;λ為在真空中的波長;n 為液態介質的折射率)。若將目前 193 奈米波長曝光機台中最後之投影鏡片 與晶圓之間加入水作介質(水的折射率約為 1.44),其波長可縮短為 134 奈 米,解像度明顯增加。並且利用高折射率之液態介質,讓入射光以更加陡 峭的角度進入阻劑,亦可增加其焦深。焦深所涉及的公式及推導,在不同 情況下有不同應用方法,重點在於乾式與濕式的立足點不一致,需要相當

小心運用。另外,在最新發表的文章中,也提到了所謂的第二代濕浸式液 體,其折射率可達1.66 以上,並能成功製造出 32 奈米線寬的密集線(即線 /隙比例達一比一)。

除了上述優點外,濕浸式技術仍有幾個關鍵問題待解決。例如水與阻 劑交互作用、溫度的作用及水中微泡的影響等[5-6]。若濕浸式技術能研發 成功,將可以繼續使用 193 奈米曝光機,進行 65、45 甚至到 32 奈米等先 進製程研發。因此,2003 年英特爾宣佈放棄發展 157 奈米微影技術,打算 使用193 奈米微影技術進行 90、65 及 45 奈米製程,並計劃在 2009 年前,

於32 奈米製程導入極短紫外光微影技術。

偏軸發光能增進解像度與焦深,但在間距大時,焦深依然會不足,為 克服此缺點,可使用全條遮光作修正。而全條遮光尺寸很大時容易成像,

尺寸要求小,製程又不易做到,針對此一缺點,可使用全條減光[7]和陣列 減光[8-9]來增進焦深,其優點為寬度可以比全條遮光更大,製程上較容易;

缺點為透射度或相移角度控制不易。

本論文使用美國KLA-Tencor 之微影模擬軟體 ProLith v. 9.0,利用偏 軸發光、濕浸式微影、減光型相移圖罩、Y 偏振光,並加入全條遮光、全 條減光、陣列減光等散條之方式來改善禁止間距[10-11],進一步探討全條 減光以及陣列减光的相移角度和透射度的之組合變化。期望能找出在65 奈 米線寬之下,提升焦深效果最好之散條組合。另外,對聚光當量做討論,

當此數值為1.2042,相對於橫磁偏振光而言夾角為 90 度,無干涉作用發生,

不利於成像。特別做了模擬驗證。縮小或大於此數值後,可以看到對比度 明顯增加且焦深提高,故橫磁偏振光受聚光當量值影響甚大,橫電偏振光 則甚小。

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