第二章、 理論
2.2 解析度增益技術(Resolution Enhancement Technologies, RET)
2.1.2 電子束微影
電子束微影技術的特點為解析度高，在積體電路產業中最常應 用於光罩製作上，而其最大的缺點是產能過低，為了改善電子束微 影低產能的問題，陸續有不同的技術開發出來，例如投影式電子束 微影技術(E-Beam Projection Lithography, EPL)、可變形束電子束 (Shaped E-Beam) ［10］［11］以及多重電子束(Multi E-Beam)等，
微影技術的發展目前還在持續中，此技術也被列為下一世代微影技 術的選項之ㄧ。電子束微影技術的製程基本上與光學微影技術類 似，不同的部份在於曝光光源以及光罩的使用與否，電子束微影使 用的光源為電子束，因此不會有駐波效應的發生。至於光罩的部份 除了投影式電子束微影技術外，其他的電子束微影技術都是使用直 寫(Direct Writing)的方式，因此無須使用光罩，投影式電子束微影技 術由於技術門檻相當高，加上光罩製作不易，幾乎已經出局，目前 常用的還是使用直寫的電子束微影技術。
2.2 解析度增益技術(Resolution Enhancement Technologies, RET)
在介紹解析度增益技術前，首先我們先針對光學微影製程技術的 幾項重要參數做一個簡單的回顧，解析度與景深應該算是微影製程中很
最重要的兩個參數，根據雷利方程式(Rayleigh's Equation)可將解析度與 景深表示如下：
解析度：
NA k λ
R =
1 (1)景深：
2 2
NA k λ
DOF = (2)
R：解析度(Resolution) DOF：景深(Depth of Focus) k1、k2：製程參數(Process factor) λ：曝光光源波長(Wavelength) NA：數值孔徑(Numerical Aperture)
由以上公式可以得知若要提高解析度，有幾個方式可以達到，縮 短曝光光源波長(λ)為其中的一個方法，基於這個方法使得曝光機使用的 光源由g-line(λ=436nm)演變為 i-line (λ=365nm)，再進ㄧ步變成 DUV 光 源，也就是KrF(λ=248nm)以及目前主流的 ArF(λ=193nm)光源，但當波 長越來越短時，透鏡對曝光光源的吸收越來越高，因此傳統的石英材質 已經不敷使用，在 ArF 的成像系統中必需加入新的透鏡材料(如 fused silica、CaF2等)，以確保有足夠的穿透率，而波長越來越短另一個意義 是光子能量越來越大，曝光時對光學系統的傷害也越來越大［12］
［13］，這些原因都會造成設備製造及維護的成本大幅提升。另一個提 高解析度的方法是加大NA 值，要提高 NA 值最直接的方法就是使用更 大的成像鏡頭，但鏡頭越大成本越高，且技術難度也會越高［14］。
由以上景深的公式可以得知，當我們努力的提高解析度時，景深 卻跟著變小了，而這與我們的需求正好是相反的，因此，當使用縮短曝 光光源波長及加大NA 值這兩種方法來提高解析度時，必須兼顧到合理 的景深，過小的景深會導致成像失敗，這樣的解析度是沒有用的［15］
［16］。
除了前面提到的縮短曝光光源波長(λ)以及加大 NA 值外，另一個 提高解析度的方法是降低公式(1)中的 k1值，這就是所謂的解析度增益 技術(RET)，改變光學系統就可以改變 k1值，而相位移光罩(PSM)便是 其中一種方法，除此之外還有偏軸照射(OAI)、光學近接效應修正(OPC) 及抗反射層(ARC)等［17］［18］，茲分別敘述如下：
2.2.1 偏軸照射(Off-Axis Illumination, OAI)
所謂偏軸照射，顧名思義即是使入射光偏離成像系統之光軸，
藉由斜向入射以消除零階背景光，以提升影像對比度，進而得到較 佳的成像品質，但由於消除了背景光，降低整體入射光強度，因此 必須增加曝光時間，造成產能降低。
偏軸照明技術多應用在小線寬的密集線情況下，概略約是週期 小於波長除以數值孔徑的範圍內(p＜λ/NA)，因為在此情況時方得 以顯現出這項技術增加解析度的效果；用在大線寬及孤立線圖案 時，不僅效果平平，甚至反倒會有景深下降的缺點。在使用此項技
術時，會依據不同的圖案模式來選擇合適的偏軸照明模式。一般而 言，一維週期性圖案如動態隨機存取記憶體（DRAM）中的字元線
（Word Line）與位元線（Bit Line），多使用偶極（Dipole）偏軸照 射光源；二維週期性圖案如接觸洞（Contact Hole），則使用四極
（Quadrupole）偏軸照射光源；至於其他類型圖案則有環形（Annular）
偏軸照射光源可供選擇。
此外，近年來由於模擬運算技術進步，偏軸照射光源已非上述 之單純模式，光源形狀可以依照圖案設計需求來改變，藉由運算設 計之後，利用繞射光學元件（Diffraction Optical Element）來達成。
2.2.2 光學近接效應修正(Optical Proximity Correction, OPC)
當曝光的圖案接近解析極限時，圖形會因繞射現象而產生明顯 的失真情形，如圖 2.6 (a)所示，原本光罩上方形的圖案經過曝光後 得到的圖案變成圓形，光學近接效應修正(OPC)是在原本會發生失真 的位置，加上小於解析極限的修飾圖案，使得曝光後的圖案會較接 近於原本的設計圖形，如圖2.6 (b)所示［19］。製作 OPC 光罩有許 多困難的地方，例如增加修飾圖案後光罩複雜度變的很高，使得光 罩的檢測與製作相對變的更困難，而許多原本不會被曝光出來的微 小缺陷，可能因為添加了OPC 圖案後而被曝出來，除此之外，增加 在原圖案上的修飾圖案該如何設計才能達到最佳化，使曝光出來的 結果能最接近原設計圖案又不至於產生不希望有的圖形，則是更複 雜的問題，圖 2.7 為比較沒有做 OPC 以及添加不同大小的 OPC 圖案 時，光罩的設計及模擬曝光結果與實際曝光結果之比較［19］，由
圖中結果可以看出，過度的修飾反而會造成原本不希望有的圖形被 曝出來。
(a) 傳統光罩
光罩圖案 曝光結果
(b) OPC光罩
光罩圖案 曝光結果
(a) 傳統光罩
光罩圖案 曝光結果
(a) 傳統光罩
光罩圖案 曝光結果
(b) OPC光罩
光罩圖案 曝光結果
(b) OPC光罩
光罩圖案 曝光結果
圖2.6 傳統光罩與 OPC 光罩比較
圖2.7 比較沒有做 OPC 以及添加不同大小的 OPC 圖案時，
光罩的設計及模擬曝光結果與實際曝光結果之比較［19］
2.2.3 抗反射層(Anti-Reflective Coating, ARC)
光罩(Alternating Phase Shifting Mask, Alt-PSM)及衰減式相位移光罩 (Attenuated Phase Shifting Mask, Att-PSM)，有關相位移光罩的部份詳 述於後。