3. E95 与 k1 因子的关联性

k1 与 E95

图 3:k1 与 E95

这里将阐述 E95 与 k1 因子之间的关系。k1 因子是代表制程困难度的一种定义,以作为目标的设计规则、曝光装置的 NA 以及激光曝光波长形成

k1 = 设计规则 × 曝光装置的 NA/激光曝光波长

的关系式。
通常,半导体量产工程为了达成高良品率,k1 会设为 0.4 左右,然后据此选定符合的曝光装置 NA 与激光曝光波长。但如近来所见,当目标值的设计规则逐渐收缩,曝光装置的 NA 趋近极限,且激光短波化有困难,必须将 k1 设为 0.3 左右。譬如达到 90 nm 的 KrF 制程、达到 65 nm 的 ArF 制程,即属于此类。就成本观点来看,缩小 k1 可让 NA 相对于目标值为小,且能够使用长波长激光,故可达到抑制装置价格,压低半导体芯片制造成本的功效。过去,90 nm 主要由 ArF 制程产出,但近年来 KrF 制程也展现出制程实现能力,就是因为这股风潮所致。

另一方面,将 k1 设为较小值,表示制程寻求极限,可能造成良品率的下降。为提升良品率,必须导入改善光罩提高分辨率的技术,或仿真提升曝光装置 NA 的浸没式技术。

E95 对于降低 k1 因子大有贡献。图 3 显示了各项 k1 因子所需要的 E95 上限值。从图 3 可知,随着 k1 减少,需要更小的 E95 范围。随着目标设计规则变小,曝光装置产生的色差影响也需要缩小,而这将取决于更小的光谱分布要求。例如:KrF 制程的 k1 为 0.4 的世代,目标设计规则为 150 nm,E95 的上限值为约 1.8 pm。当 k1 进入 0.3 世代(目标设计规则为 90 nm)时,E95 若不缩小至 0.8 pm,将因为色差导致无法解析。如图中所示,各个 k1 所搭配的 E95 为解析目标意义上的最小必要条件。这里有个疑问。是不是只要保证 E95 的上限值,就能确保 CD 的均一性?

E95 的稳定性

E95 稳定性对 CD 均一性的影响

图 4:E95 稳定性对 CD 均一性的影响

为 E95 设定上限值,且认为位于上限值以下的变动无碍,这是 k1 设为 0.4 以上的世代的事情。当 k1 小于 0.4,E95 的变动将直接影响 CD。

图 4 是将 KrF 制程中 E95 的变动引起的 CD 变化(每 1pm 的变化量)以各个 k1 因子进行推估的数据。虽会受照明条件、使用光阻的特性等因素呈现些许的差异,但图中呈现了几近平均的结果。由此可知,就算是 KrF 制程,一旦 k1 进入 0.3 世代,E95 仅仅变动了 1 pm,就会使 CD 变动 7-8 nm。这相当于 k1 为 0.4 世代的 4 倍量。ArF 制程的影响程度也确认为 KrF 制程的约 2 倍。换言之,当 k1 减少至 0.3,影响程度将增大至 14-16 nm。此种程度的 CD 错误已经大到不可忽视的地步,并可知激光的 E95 稳定化对于次世代制程已是不得不改善的重大课题。

在此调查过程中发了一项事实:E95 造成影响最大的是孤立线,对密集线的影响反而小。也就是说,粗细混合的图样上发生的偏差,与 E95 息息相关。前述问题的详细研究,将于后续章节中论述。

前面各项议论中,我们叙述了激光 E95 产生变动的原因,并定量呈现 E95 对于 CD 造成的影响。下一章中,将介绍 GIGAPHOTON 为求 CD 稳定化而研发的 E95 稳定化技术。