主要藉由電漿蝕刻技術來蝕刻光阻而將光阻線寬微縮並進一步來觀 察光阻微縮趨勢及外形輪廓；由於業界追求生產之效率及產能，故通常使 用非常高的蝕刻速率(氧氣電漿設備，等向性蝕刻機制)來去除光阻，因此 並不適合我們做以實驗觀察線寬微縮目的之所需；若以常用的氧氣混合其 他氣體來說，使用 He/O2及 Ar/O2在相同的製程條件下，其 Ar/O2之蝕刻 率大於 He/O2，並且在蝕刻後的表面粗糙度，Ar/O2大於 He/O2［30］。由 此本實驗將以氧氣及氦氣(He 70%+O2 30%)做為主蝕刻氣體，以降低氧氣對 光阻的蝕刻率，蝕刻設備選定以 TCP 高密度電漿蝕刻設備，做為蝕刻光阻 機台，並以蝕刻時間為調變因子，以利觀察其微縮趨勢及外形輪廓。再者，
我們將混入其他蝕刻常用的氣體如：氯氣(Cl2)、氬氣(Ar)、溴化氫(HBr)、
二氟甲烷(CH2F2)來觀察對其光阻微縮趨勢及外形輪廓有何不同之變化。
3.2 實驗流程：
我們首先針對機台設備做常規性的測試，例如蝕刻率測試、均勻度測 試、氣體流量測試、腔體漏率測試、功率輸出測試及相關溫度參數測試，
這些常規性的測試，可以讓我們瞭解機台性能之穩定性，保障我們所做出 來的實驗結果之可靠性；再者，進行各個製程配方之蝕刻率及均勻度測 試，我們可以從中概略地來計劃蝕刻時間的分配與選定；另一方面進行光 阻實驗晶圓之準備工作，最後再來進行實驗；然而透過掃描式電子顯微鏡 的量測，統計其數據轉化為資訊，整個實驗流程可參照圖 3-1。
圖 3-1 實驗流程圖
3.3 實驗蝕刻設備參數及製程參數
蝕刻設備參數：
蝕刻設備機型：TCP Lam-9400 PTX
Electrostatic chucks helium cooling Inner\outer 8:8 Top_Electrode_Temperature：60°C TOP Power：150 W Bottom Power：50 W
使用蝕刻氣體及蝕刻時間：
He/O2 15 sccm + CH2F2 5 sccm 等待製程配方蝕刻率測試後選定
2. 氣體流量測試方面，He/O2、Ar、Cl2及 HBr 相對於平均值的誤差約於 1%，
而 CH2F2 的測試流量僅流 5 sccm 之故，所以相對於平均值的誤差較高 約 4%。
3. 腔體的漏率測試在一般工業上的規範為 1 mTorr/min，而此腔體最大的 漏率為 0.4 mTorr/min，漏率平均值於 0.32 mTorr/min。
4. 在功率輸出測試方面，Top power 及 Bottom power 在 5 次的測試中，
都呈現出無誤差的現象。
5. 溫度參數測試方面，其數值也表示相當優異，相對於平均值的誤差大都 在 1%以下。有關於測試詳細結果可見表 3-2。
我們可以從測試的數據可知，此設備腔體的整體表現有極佳的性能，
然而在蝕刻設備的基本參數中，各個參數都有其規定誤差值並且加以設 定，若在設備運行過程中有任一項高於或低於標準，其機台將停止運作並 警示，以確保製程品質。
表 3-2 測機參數結果
為 3.1%；若是混入 Ar 氣體，其蝕刻率每分鐘為 1162 Å，均勻度為 4.1%；
當的蝕刻時間，如表 3-4。
表 3-4 各蝕刻氣體選定之蝕刻時間
蝕刻氣體/sccm 蝕刻時間/sec
He/O2 10 sccm 20,40,60,80,100,120,140,160
He/O2 10 sccm + Ar10 sccm 40,80,120,160
He/O2 10 sccm + Cl210 sccm 40,80,120,160
He/O2 15 sccm + CH2F2 5 sccm 40,80,120,160
He/O2 20 sccm + HBr10 sccm 80,160,200,240
3.4.4 光阻實驗試片簡介
光阻實驗試片於 Gate Hard Mask 微影製程段落，以 Canon stepper KrF 雷射發射出 248 nm 波長的深紫外線做為曝光機台，在完成微影製程後，
將光阻實驗試片在 SEM 觀察量測下其結構如下圖 3-2。其光阻平均高度概 約 300 nm、抗反射層約 130 nm、線寬約 129.2 nm，夾角約 35.4 度，底 部薄膜則是氮化矽。通常於電漿蝕刻後的光阻，其上方形貌大多呈現尖角 現象，而光阻上方夾角除了與表面形貌有關之外，亦與有效的光阻阻擋層 有關，在相同高度的光阻而在不同的夾角下，其有效的光阻阻擋層並不 同，可見示意圖 3-3。
圖 3-2 實驗試片 SEM 橫截面結構圖及側視圖
圖 3-3 相同高度的光阻而不同的夾角示意圖
3.5 實驗結果與討論
依據 3.3 實驗蝕刻設備參數、製程參數以及表 3-4 各蝕刻氣體選定之 蝕刻時間進行實驗，其結果如下：
1. 尚未蝕刻的實驗試片以 SEM 量測其橫截面其數據如下，可見圖 3-4：
PR 加上 ARC 高度最大值於 0C(晶圓中心位置)的位置為 442 nm 而最小 值於 9EE(9 點鐘邊緣)位置為 411 nm，其平均值為 426 nm；光阻底部 線寬最大值於 0C 的位置為 133 nm 而最小值於 6EE(6 點鐘邊緣)位置為 124 nm，其平均值為 129.2 nm；光阻與光阻之間的間隔寬度最大值於 6EE 的位置為 140 nm 而最小值於 9EE 位置為 125 nm，其平均值為 129.6 nm；其夾角最大值於 6EE 的位置為 45 度，而最小值於 0C 的位置為 25 度，其平均值為 35.4 度；其光阻頂部的外型為圓弧狀。
2. 以 He/O2 10sccm 為主蝕刻氣體，經實驗後結果如下：
(a) 蝕刻時間為 20 sec，可見圖 3-5：PR 加上 ARC 高度最大值於
值為 313.2 nm；光阻底部線寬最大值於 12EE 的位置為 120 nm 而
12EE 的位置為 30 度，而最小值於 0C 的位置為 25 度，其平均值
其多數的光阻已經在蝕刻過程中消耗殆盡，故無法取得正確的量
12EE 的位置為 182 nm 而最小值於 3EE 的位置為 165 nm，其平均 96 nm，其平均值為 102.4 nm；其夾角最大值於 0C、6EE、12EE 的位置為 45 度，而最小值於 3EE 及 9EE 的位置為 43 度，其平均 值為 44.2 度；其光阻頂部的外型呈現圓弧形狀。
(b) 蝕刻時間為 80 sec，可見圖 3-18：PR 加上 ARC 高度最大值於 0C
的位置為 304 nm 而最小值於 9EE 的位置為 279 nm，其平均值為
之間的間隔寬度最大值於 6EE 的位置為 92 nm 而最小值於 12EE 位 置為 84 nm，其平均值為 88.2 nm；其夾角最大值於 0C、9EE、12EE 位置為 35 度而最小值於 3EE、6EE 位置為 32 度，其平均值為 33.8
度，而最小值於 9EE 的位置為 23 度，其平均值為 24.4 度；其光
(a) 蝕刻時間為 80 sec，可見圖 3-25：PR 加上 ARC 高度最大值於 9EE 的位置為 354 nm 而最小值於 3EE 的位置為 346 nm，其平均值為 349.25 nm；光阻底部線寬最大值於 12EE 的位置為 139 nm 而最小 值於 9EE 的位置為 133 nm，其平均值為 136.75 nm；光阻與光阻 之間的間隔寬度最大值於 6EE、9EE 的位置為 120 nm 而最小值於 3EE、12EE 位置為 117 nm，其平均值為 118.5 nm；其夾角最大值 於 6EE、12EE 的位置為 35 度，而最小值於 3EE 的位置為 32 度，
寬度最大值於 0C 的位置為 207 nm 而最小值於 12EE 位置為 166
化學性蝕刻，若再混入 Ar 來對晶圓表面進行離子轟擊，則是屬於
體線條狀，此時線條的左右兩側邊皆會被蝕刻；另一方面，我們
可以說是都小於原來尚未蝕刻時的角度，所以上方的表面形貌也 較為尖銳。
實驗試片尚未蝕刻(長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 442 412 433 411 432 426 12.3
底部線寬 133 131 124 129 129 129.2 3.0
間隔寬度 127 130 140 125 126 129.6 5.5
夾角 25 28 45 37 42 35.4 7.8
圖 3-4 實驗試片尚未蝕刻
實驗試片 He/O2 10 sccm 蝕刻 20 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 402 380 377 375 408 388.4 13.8
底部線寬 136 137 140 130 141 136.8 3.9
間隔寬度 121 124 121 127 118 122.2 3.1
夾角(度) 35 25 22 23 35 28 5.8
圖 3-5 He/O2 10 sccm 蝕刻 20 sec
實驗試片 He/O2 10 sccm 蝕刻 40 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 406 411 416 381 399 402.6 12.2
底部線寬 137 137 132 130 133 133.8 2.8
間隔寬度 115 112 124 121 121 118.6 4.4
夾角(度) 18 24 29 28 22 24.2 4.0
圖 3-6 He/O2 10 sccm 蝕刻 40 sec
實驗試片 He/O2 10 sccm 蝕刻 60 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 322 321 322 301 300 313.2 10.4
底部線寬 113 106 104 110 120 110.6 5.6
間隔寬度 142 142 149 157 141 146.2 6.1
夾角(度) 30 30 37 33 28 31.6 3.1
圖 3-7 He/O2 10 sccm 蝕刻 60 sec
實驗試片 He/O2 10 sccm 蝕刻 80 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 310 315 322 319 309 315 5.0
底部線寬 120 116 112 111 112 114.2 3.4
間隔寬度 135 145 146 140 145 142.2 4.2
夾角(度) 25 25 28 26 28 26.4 1.4
圖 3-8 He/O2 10 sccm 蝕刻 80 sec
實驗試片 He/O2 10 sccm 蝕刻 100 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 214 212 204 202 189 204.2 8.9
底部線寬 74 81 73 75 73 75.2 3.0
間隔寬度 184 170 177 179 180 178 4.6
夾角(度) 25 30 30 28 30 28.6 2.0
圖 3-9 He/O2 10 sccm 蝕刻 100 sec
實驗試片 He/O2 10 sccm 蝕刻 120 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 160 175 172 173 183 172.6 7.4
底部線寬 85 67 78 76 71 75.4 6.2
間隔寬度 175 190 181 186 184 183.2 5.0
夾角(度) 32 34 33 28 33 32 2.1
圖 3-10 He/O2 10 sccm 蝕刻 120 sec
實驗試片 He/O2 10 sccm 蝕刻 140 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 61 53 61 56 62 58.6 3.5
底部線寬 45 46 55 47 47 48 3.6
間隔寬度 210 209 200 205 205 205.8 3.5
夾角(度) 46 40 38 32 35 38.2 4.7
圖 3-11 He/O2 10 sccm 蝕刻 140 sec
實驗試片 He/O2 10 sccm 蝕刻 160 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 底部線寬 間隔寬度 夾角(度)
圖 3-12 He/O2 10 sccm 蝕刻 160 sec
實驗試片 He/O2 10 sccm + Ar 10 sccm 蝕刻 40 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 355 373 359 359 367 362.6 6.5
底部線寬 120 128 121 118 121 121.6 3.4
間隔寬度 137 125 133 133 135 132.6 4.1
夾角(度) 22 24 28 30 29 26.6 3.1
圖 3-13 He/O2 10 sccm + Ar 10 sccm 蝕刻 40 sec
實驗試片 He/O2 10 sccm + Ar 10 sccm 蝕刻 80 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 323 314 312 314 308 314.2 4.9
底部線寬 111 110 109 111 108 109.8 1.2
間隔寬度 151 151 148 149 145 148.8 2.2
夾角(度) 25 25 31 30 33 28.8 3.2
圖 3-14 He/O2 10 sccm + Ar 10 sccm 蝕刻 80 sec
實驗試片 He/O2 10 sccm + Ar 10 sccm 蝕刻 120 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 170 165 167 180 182 172.8 6.9
底部線寬 85 84 88 80 83 84 2.6
間隔寬度 167 174 173 174 168 171.2 3.1
夾角(度) 28 25 28 28 30 27.8 1.6
圖 3-15 He/O2 10 sccm + Ar 10 sccm 蝕刻 120 sec
實驗試片 He/O2 10 sccm + Ar 10 sccm 蝕刻 160 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度
底部線寬
間隔寬度
夾角(度)
圖 3-16 He/O2 10 sccm + Ar 10 sccm 蝕刻 160 sec
實驗試片 He/O2 10 sccm + Cl2 10 sccm 蝕刻 40 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 368 350 335 368 372 358.6 14.0
底部線寬 150 153 157 165 157 156.4 5.0
間隔寬度 99 107 109 96 101 102.4 4.9
夾角(度) 45 43 45 43 45 44.2 1.0
圖 3-17 He/O2 10 sccm + Cl2 10 sccm 蝕刻 40 sec
實驗試片 He/O2 10 sccm + Cl2 10 sccm 蝕刻 80 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 304 286 285 279 287 288.2 8.4
底部線寬 173 157 160 154 168 162.4 7.1
間隔寬度 90 103 105 101 97 99.2 5.3
夾角(度) 45 45 46 45 47 45.6 0.8
圖 3-18 He/O2 10 sccm + Cl2 10 sccm 蝕刻 80 sec
實驗試片 He/O2 10 sccm + Cl2 10 sccm 蝕刻 120 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 223 225 226 237 245 231.2 8.4
底部線寬 170 155 161 150 166 160.4 7.2
間隔寬度 79 99 92 95 89 90.8 6.8
夾角(度) 45 45 45 45 45 45 0.0
圖 3-19 He/O2 10 sccm + Cl2 10 sccm 蝕刻 120 sec
實驗試片 He/O2 10 sccm + Cl2 10 sccm 蝕刻 160 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 141 121 120 133 133 129.6 8.0
底部線寬 158 167 159 151 169 160.8 6.5
間隔寬度 89 88 92 88 84 88.2 2.6
夾角(度) 35 32 32 35 35 33.8 1.5
圖 3-20 He/O2 10 sccm + Cl2 10 sccm 蝕刻 160 sec
實驗試片 He/O2 15 sccm + CH2F2 5 sccm 蝕刻 40 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 391 381 390 393 387 388.4 4.2
底部線寬 130 128 128 126 123 127 2.4
間隔寬度 122 131 131 131 134 129.8 4.1
夾角(度) 25 25 26 25 25 25.2 0.4
圖 3-21 He/O2 15 sccm + CH2F2 5 sccm 蝕刻 40 sec
實驗試片 He/O2 15 sccm + CH2F2 5 sccm 蝕刻 80 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 344 331 337 334 360 341.2 10.3
底部線寬 123 118 126 122 129 123.6 3.7
間隔寬度 131 130 133 138 133 133 2.8
夾角(度) 26 24 24 23 25 24.4 1.0
圖 3-22 He/O2 15 sccm + CH2F2 5 sccm 蝕刻 80 sec
實驗試片 He/O2 15 sccm + CH2F2 5 sccm 蝕刻 120 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 275 275 265 268 275 271.6 4.3
底部線寬 120 113 110 108 113 112.8 4.1
間隔寬度 142 141 146 146 143 143.6 2.1
夾角(度) 28 28 28 28 25 27.4 1.2
圖 3-23 He/O2 15 sccm + CH2F2 5 sccm 蝕刻 120 sec
實驗試片 He/O2 15 sccm + CH2F2 5 sccm 蝕刻 160 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 163 141 157 166 155 156.4 8.7
底部線寬 78 78 86 77 80 79.8 3.2
間隔寬度 170 175 176 171 168 172 3.0
夾角(度) 26 30 25 25 30 27.2 2.3
圖 3-24 He/O2 15 sccm + CH2F2 5 sccm 蝕刻 160 sec
實驗試片 He/O2 20 sccm + HBr 10 sccm 蝕刻 80 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 346 347 354 350 349.25 3.1
底部線寬 138 137 133 139 136.75 2.3
間隔寬度 117 120 120 117 118.5 1.5
夾角(度) 32 35 34 35 34 1.2
圖 3-25 He/O2 20 sccm + HBr 10 sccm 蝕刻 80 sec
實驗試片 He/O2 20 sccm + HBr 10 sccm 蝕刻 160 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 217 213 230 213 217 218 6.3
底部線寬 138 122 127 130 137 130.8 6.0
間隔寬度 116 133 121 127 114 122.2 7.0
夾角(度) 40 45 35 37 32 37.8 4.4
圖 3-26 He/O2 20 sccm + HBr 10 sccm 蝕刻 160 sec
實驗試片 He/O2 20 sccm + HBr 10 sccm 蝕刻 200 sec (長度單位：nm)
晶圓區域 0 Center 3EE 6EE 9EE 12EE 平均值 標準差
PR+ARC 高度 42 59 69 64 84 63.6 13.7
底部線寬 46 55 90 73 81 69 16.2
間隔寬度 207 200 169 183 166 185 16.3
夾角(度) 30 30 28 20 22 26 4.2
圖 3-27 He/O2 20 sccm + HBr 10 sccm 蝕刻 200 sec
實驗試片 He/O2 20 sccm + HBr 10 sccm 蝕刻 240 sec (長度單位：nm)
實驗試片 He/O2 20 sccm + HBr 10 sccm 蝕刻 240 sec (長度單位：nm)