3. E95 與 k1 因數之關連性

k1 與 E95

圖 3:k1 與 E95

這裡將闡述 E95 與 k1 因數之間的關係。k1 因數是代表製程困難度的一種定義,以作為目標之設計規則、曝光裝置的 NA 以及雷射曝光波長形成

k1 = 設計規則 x 曝光裝置的 NA/雷射曝光波長

的關係式。

通常,半導體量產工程為了達成高良品率,k1 會設為 0.4 左右,然後據此選定符合的曝光裝置 NA 與雷射曝光波長。但如近來所見,當目標值的設計規則逐漸收縮,曝光裝置的 NA 趨近極限,且雷射短波化有困難,必須將 k1 設為 0.3 左右。譬如達到 90 nm 的 KrF 製程、達到 65 nm 的 ArF 製程,即屬於此類。就成本觀點來看,縮小 k1 可讓 NA 相對於目標值為小,且能夠使用長波長雷射,故可達到抑制裝置價格,壓低半導體晶片製造成本之功效。過去,90 nm 主要由 ArF 製程產出,但近年來 KrF 製程也展現出製程實現能力,就是因為這股風潮所致。

另一方面,將 k1 設為較小值,表示製程尋求極限,可能造成良品率的下降。為提升良品率,必須導入改善光罩提高解析度的技術,或模擬提升曝光裝置 NA 的浸潤技術。

E95 對於降低 k1 因數大有貢獻。圖 3 顯示了各項 k1 因數所需要的 E95 上限值。從圖 3 可知,隨著 k1 減少,需要更小的 E95 範圍。隨著目標設計規則變小,曝光裝置產生的色差影響也需要縮小,而這將取決於更小的頻譜分布要求。例如:KrF 製程的 k1 為 0.4 的世代,目標設計規則為 150 nm,E95 的上限值為約 1.8 pm。當 k1 進入 0.3 世代(目標設計規則為 90 nm)時,E95 若不縮小至 0.8 pm,將因為色差導致無法解析。如圖中所示,各個 k1 所搭配的 E95 為解析目標意義上的最小必要條件。這裡有個疑問。是不是只要保證 E95 的上限值,就能確保 CD 的均一性?

E95 的穩定性

E95 穩定性對 CD 均一性的影響

圖 4:E95 穩定性對 CD 均一性的影響

為 E95 設定上限值,且認為位於上限值以下的變動無礙,這是 k1 設為 0.4 以上的世代的事情。當 k1 小於 0.4,E95 的變動將直接影響 CD。

圖 4 是將 KrF 製程中 E95 的變動引起的 CD 變化(每 1pm 的變化量)以各個 k1 因數進行推估的數據。雖會受照明條件、使用光阻之特性等因素呈現些許的差異,但圖中呈現了幾近平均的結果。由此可知,就算是 KrF 製程,一旦 k1 進入 0.3 世代,E95 僅僅變動了 1 pm,就會使 CD 變動 7-8 nm。這相當於 k1 為 0.4 世代的 4 倍量。ArF 製程的影響程度也確認為 KrF 製程的約 2 倍。換言之,當 k1 減少至 0.3,影響程度將增大至 14-16 nm。此種程度的 CD 錯誤已經大到不可忽視的地步,並可知雷射光的 E95 穩定化對於次世代製程已是不得不改善的重大課題。

在此調查過程中發了一項事實:E95 造成影響最大的是孤立線,對密集線的影響反而小。也就是說,粗細混合的圖樣上發生的偏差,與 E95 息息相關。前述問題的詳細檢討,將於後續章節中論述。

前面各項議論中,我們敘述了雷射光 E95 產生變動的原因,並定量呈現 E95 對於 CD 造成的影響。下一章中,將介紹 GIGAPHOTON 為求 CD 穩定化而研發的 E95 穩定化技術。