浸沒式ArF光刻CD均勻性研究.pdf

1、根據(jù)下一代光刻技術發(fā)展趨勢和2005年國際半導體技術路徑圖(ITRS)給出的技術路徑，浸沒式ArF(氟化氬)光刻是實現(xiàn)特征尺寸 (CD，Critical dimension) 65～45 nm技術節(jié)點最有潛力的候選技術之一。采用浸沒式ArF光刻可以實現(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、像差和偏振光對特征圖形CD均勻性的影響更為顯著和復雜。 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，首次提出了補償方法來控制雜散光、偏振光和像差等因素對CD均勻性的影響

3、，即分別通過在線調(diào)整曝光劑量來補償浸沒式ArF光刻系統(tǒng)中雜散光對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，實現(xiàn)了提高CD均勻性、拓展光刻工藝窗口的目的，并通過實際計算驗證了上述方法的可行性。本文主要研究內(nèi)容包括： 第一、雜散光對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)整的方法來補償浸沒式ArF光刻系統(tǒng)中雜散光引起的CD誤差。通過對每個局域場的曝光劑量進行適當?shù)卣{(diào)整，在整個晶片范圍內(nèi)獲得了良好的CD均勻性。在進行曝光劑量補償后，特征圖形的CD誤差被控制在±1.2％范圍內(nèi)。實現(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)，像差對孤立圖形CD均勻性的影響大于其對半密集圖形CD均勻性的影響。在采用交替型相移掩模時，圖形位置誤差的像差敏感度高；采用無鉻相移掩模時，CD誤差的像差敏感度高。因此，在實際CD誤差控制中，針對不同情況，對不同幾何像差的控制重點有所不同。 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指標的需求，在為其它CD誤差影響因素預留誤差容限的條件下，我們確定了45 nm分辨率節(jié)點的波像差容限值，可為下一代

6、浸沒式ArF光刻設備各分系統(tǒng)邊界條件的設計提供重要的參考數(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)的方法來實現(xiàn)補償拼接圖形CD誤差的目的，實際計算驗證了上述方法的可行性及其效果。 第四、多因素對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技術等因素對CD像差敏感度的影響和這些因素對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)、合理設置光學參數(shù)和采用衰減型掩模等