半导体以高精密技术为中心发展至今。特别是光蚀刻技术,其中又以进行图案转印的曝光技术为核心技术。
现今,在生产水准的曝光技术的主角,是以氟化氨(ArF)的准分子雷射为光源的扫描机。一般而言,扫描机的运作原理,考量解析度(R)、光源的波长(λ)、镜片的亮度(NA开口率)以及经验常数(k),可以下述公式表达之。
R=kλ/NA
因此即使是相同的ArF 扫瞄机,将k值缩小可望有助于提升解析度极限。这种技术称为“超解析技术”。
由于氟化氢(ArF)准分子雷射光也是光的一种,当然也有光的“干涉”、“折射”等现象。让我们来看看,反过来利用光线固有现象做为助力,有五种使k值缩小的代表性方法。
1.变形照明法
如图4-13-1所示,调整照明系统,可使实际有效光源的形状产生变化,而让k值缩小。相对于一般使用的圆形照明,实际所使用的变形照明法,包括甜甜圈状的“轮带照明”、将光源分割成四个小圆形的“四重极照明”等。
2.相位偏移法
如图4-13-2所示,对于利用扫描机将图案缩小为四分之一投影的光罩(Rectile, Mask),也能使k值变小。一般的光罩为,在石英制的基板上,以实际图案尺寸的四倍,形成络(Cr)薄膜图案。
相对来说,在灰阶(Half-tone)型光罩中,使遮光部具有数%的透光率,使遮光部透过光的相位,与透过石英部的光线相位,形成180度,进而强调图案部份,并能够使透过的光强度分部变窄。灰阶(Half-tone)型主要使用在接触式的图案。
另外,在“雷文生型(Levenson)相移光罩”中,每隔一条线图案便配置一条相移图案。此相移图案借由将石英基板挖出沟槽的构造形成。借由雷文生型的相移方法,可改善解析度,约为曝光光源的一半左右。
3.OPC法
对于曝光时,折射与干涉造成转印图案的变形(崩解)问题,可事先在光罩上制作补偿机制,使得转印图案对设计图案的忠实度提高,称为OPC(Optical ProximityCorrection:光学近似补偿)法。
OPC有如图4-13-3各种不同的做法。大致可分为,将图案尺寸的一部分设定“偏量”的方法,以及追加“辅助图案”使得转印图案能接近原来的图案的方法,以及在凹凸部分追加“衬线”的方法等。
在实际的半导体设计上,究竟应该使用哪一种OPC,原本在光学上具有一般性的指导原则,但细节做法,则根据各个产品的差异,或者是根据各公司的know-how而有许多做法上的差异。
OPC面临的最大的问题为,由于需要绘制如此复杂的图案,其相对所需的电子束直描装置(EB曝光机)的费用负担也同步提高,使得光罩价格大幅增加。因此在制作最先进的半导体时,一套光罩的价格,有时甚至会超过一亿日圆。
4.多面贴附
在步进机上,需要将光罩图案缩小,投影在晶圆上,透过步进、重复的动作,完成整面晶圆的扫描曝光动作。此时,为了正确转印图案,若能够运用的镜片区域越大,则曝光区域也越大,能够同时对多个IC晶片图案进行曝光,生产效率也能提升。
也就是说,若使用两面贴附则能达到两倍产出效率,三面贴附则能达到三倍产出效率。此种光罩称为多面贴附。
5.Pellicle
Pellicle为薄皮、薄膜的意思,指的是防止曝光问题而覆盖在光罩上的防尘膜。如图4-13'4所示,光罩经过精密洗净后,在表面贴附一层薄薄的保护膜。贴附保护膜前后均需进行光罩上的异物检验。
Pellicle的作用在于防止异物附着在光罩表面,以及防止拿取搬送过程中对光罩可能产生的损伤。若有附着于光罩表面的微小异物,会造成无法对焦的问题,使得图案无法转印到晶圆上。