浸沒式ArF光刻CD均勻性研究.pdf

1、根據(jù)下一代光刻技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和2005年國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路徑圖(ITRS)給出的技術(shù)路徑，浸沒式ArF(氟化氬)光刻是實(shí)現(xiàn)特征尺寸 (CD，Critical dimension) 65～45 nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)最有潛力的候選技術(shù)之一。采用浸沒式ArF光刻可以實(shí)現(xiàn)數(shù)值孔徑(NA，Numerical aperture) 大于1，但是，在大數(shù)值孔徑和小工藝系數(shù)的情況下，雜散光、像差和偏振光對(duì)特征圖形CD均勻性的影響更為顯著和復(fù)雜。 本文圍繞著在

2、浸沒式ArF光刻系統(tǒng)中如何有效地控制由雜散光、偏振光和像差等因素引起的CD誤差，提高光刻圖形CD均勻性這一中心目的，分別從雜散光、偏振光和像差對(duì)CD均勻性的影響入手，采用矢量模型和全物理模型較為系統(tǒng)全面地研究了雜散光、像差和偏振光三種因素對(duì)一維圖形、L形圖形、拼接圖形和H形圖形的成像質(zhì)量和CD均勻性的影響，以及三種因素對(duì)CD均勻性的綜合影響。根據(jù)我們研究得到的影響規(guī)律，首次提出了補(bǔ)償方法來控制雜散光、偏振光和像差等因素對(duì)CD均勻性的影響

3、，即分別通過在線調(diào)整曝光劑量來補(bǔ)償浸沒式ArF光刻系統(tǒng)中雜散光對(duì)CD均勻性的影響、合理調(diào)整光線偏振狀態(tài)來提高CD均勻性與利用偏振光和相移掩模來降低像差敏感度等方法，實(shí)現(xiàn)了提高CD均勻性、拓展光刻工藝窗口的目的，并通過實(shí)際計(jì)算驗(yàn)證了上述方法的可行性。本文主要研究?jī)?nèi)容包括： 第一、雜散光對(duì)CD均勻性影響與控制的研究。分別研究了在不同雜散光量的情況下，一維圖形、L形圖形、拼接圖形和H形圖形CD誤差隨雜散光量的變化規(guī)律。根據(jù)其影響規(guī)律，

4、首次采用曝光劑量在線調(diào)整的方法來補(bǔ)償浸沒式ArF光刻系統(tǒng)中雜散光引起的CD誤差。通過對(duì)每個(gè)局域場(chǎng)的曝光劑量進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，在整個(gè)晶片范圍內(nèi)獲得了良好的CD均勻性。在進(jìn)行曝光劑量補(bǔ)償后，特征圖形的CD誤差被控制在±1.2％范圍內(nèi)。實(shí)現(xiàn)了在不增加雜散光控制成本的情況下，有效地提高光刻圖形CD均勻性的目的。 第二、像差對(duì)CD均勻性影響與控制的研究。分別研究了不同幾何像差和波像差對(duì)一維圖形、拼接圖形和L形圖形CD均勻性影響的規(guī)律。通過研

5、究我們發(fā)現(xiàn)，像差對(duì)孤立圖形CD均勻性的影響大于其對(duì)半密集圖形CD均勻性的影響。在采用交替型相移掩模時(shí)，圖形位置誤差的像差敏感度高；采用無鉻相移掩模時(shí)，CD誤差的像差敏感度高。因此，在實(shí)際CD誤差控制中，針對(duì)不同情況，對(duì)不同幾何像差的控制重點(diǎn)有所不同。 根據(jù)CD均勻性、圖形位置精度、圖形側(cè)壁陡度和抗蝕劑損耗率等光刻技術(shù)指標(biāo)的需求，在為其它CD誤差影響因素預(yù)留誤差容限的條件下，我們確定了45 nm分辨率節(jié)點(diǎn)的波像差容限值，可為下一代

6、浸沒式ArF光刻設(shè)備各分系統(tǒng)邊界條件的設(shè)計(jì)提供重要的參考數(shù)據(jù)。 在研究中我們還發(fā)現(xiàn)，幾何像差的不同組合和CD均勻性有重要的關(guān)系，我們通過優(yōu)化幾何像差組合獲得了更好的CD均勻性。 第三、光線偏振狀態(tài)對(duì)CD均勻性影響與控制的研究。通過分析不同光線偏振狀態(tài)對(duì)一維圖形、拼接圖形和L形圖形CD均勻性的影響，找出了其相應(yīng)的影響規(guī)律。根據(jù)研究得到的各影響規(guī)律，我們通過合理地利用S偏振光和P偏振光，控制了雜散光對(duì)工藝窗口的影響。我們首次

7、提出了通過調(diào)整光線偏振狀態(tài)的方法來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償拼接圖形CD誤差的目的，實(shí)際計(jì)算驗(yàn)證了上述方法的可行性及其效果。 第四、多因素對(duì)CD均勻性影響與控制的研究。我們主要研究了雜散光、偏振光和分辨率增強(qiáng)技術(shù)等因素對(duì)CD像差敏感度的影響和這些因素對(duì)CD均勻性的綜合作用，根據(jù)其影響規(guī)律，我們著重研究了對(duì)CD像差敏感度的有效控制方法。 根據(jù)CD像差敏感度的變化規(guī)律，我們首次提出了通過合理調(diào)整光線偏振狀態(tài)、合理設(shè)置光學(xué)參數(shù)和采用衰減型掩模等