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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林賢雲
研究生(外文):Lin Hsien-yun
論文名稱:以實驗設計法探討高透射率減光型相移圖罩最適化
論文名稱(外文):Study on the Optimization of High Transmittance Attenuated Phase-Shifting Mask by Design of Experiment
指導教授:龍文安龍文安引用關係
指導教授(外文):Loong Wen-an
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:應用化學系
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:142
中文關鍵詞:高透射率相移圖罩
外文關鍵詞:High transmittancePSM
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在不更動曝光波長的情況下,使用解像度增進技術,亦可縮小元件尺寸。應用實驗設計法可在不增加額外製程成本下,快速尋找最適化參數與製程設定。使用光學鄰近效應修正則可有效改善阻劑圖案失真。
本論文可分為三個部分。第一部份為改良透射率控制圖罩。隨著線寬愈來愈細,要在圖罩接觸孔內製作減光區,以避免兩孔間阻劑架橋,製作難度甚高,如將整個接觸孔改用高透射率材料製作,可降低製作困難度,模擬證明可獲得良好改善效果。第二部分以田口玄一實驗設計法,針對0.07微米線幅孤立線微影製程,利用L9直交表研究相關阻劑參數與光學參數對微影製程之影響。模擬結果發現,對0.07微米孤立線,使用UV-6阻劑,阻劑參數最適化設定為預烤溫度120℃、預烤時間60秒、照後烤溫度130℃、照後烤時間55秒、顯影時間50秒;光學參數最適化設定為四孔偏軸發光孔心相擾度當量值0.6、孔徑相擾度當量值0.22、數值孔徑0.7、減光型相移圖罩透射率29﹪。最適化結果使焦深自0.31微米增為0.46微米;照射寬容度自3.81﹪增為7.62﹪。在光學鄰近效應修正方面,使用散條法可有效改善圖案失真。第三部份亦使用田口玄一實驗設計法,針對0.13微米線幅密集線隙微影製程,利用L9直交表研究相關阻劑參數與光學參數對微影製程之影響。模擬結果發現,對0.13微米密集線(線/隙=1),使用UV-6阻劑,阻劑參數最適化設定為預烤溫度125℃、預烤時間90秒、照後烤溫度130℃、照後烤時間35秒、顯影時間45秒;光學參數最適化設定為環形偏軸發光外環相擾度當量值0.80、內外環相擾度當量值比2/3、數值孔徑0.7、減光型相移圖罩透射率25﹪。最適化結果使焦深自0.43微米增為0.77微米;照射寬容度自4.59% 增為10.59%。在光學鄰近效應修正方面,使用圖案偏差法可有效改善。
未來12吋晶圓搭配90奈米線幅,細線化製程之難度甚高,使用電腦模擬配合田口實驗設計法可快速有效且可系統性的分析與研究眾多參數。

Without changing exposure source, the size of device can be reduced by resolution enhancement techniques (RETs). The application of design of experiment (DOE) can increase the process latitude by optimizing parameters and process settings with no extra cost. The using of optical proximity correction (OPC) can correct the pattern distortion of resist effectively.
This thesis can be divided into three parts. The first part is modification of transmittance control mask (TCM). As the line widths get narrower, in order to avoid the photoresist bridging between two contact holes by fabricating an attenuated area in contact hole on mask, the fabrication is quite difficult. If high transmittance material were used in the entire contact hole area, the difficulty of fabrication will be reduced. Simulation has proved that this modification has a good improvement. The second part, the Taguchi Genichi DOE has been applied by using L9 orthogonal array to study the effects of resist parameters and optical parameters on the 248 nm DUV lithographic process for the 0.07μm isolated lines. By simulation, the optimized resist parameters were found out to be prebake temperature 120℃, prebake time 60 sec, post exposure bake temperature 130℃, post exposure bake time 55 sec and development time 50 sec. The optimized optical parameters were found out to be Quadrupole Off-Axis Illumination (OAI) center sigma equivalent 0.6, radius sigma equivalent 0.22, numerical aperture 0.7, transmittance of attenuated phase-shifting mask (APSM) 29%. The optimized results indicated that depth of focus increased from 0.31μm to 0.46μm;exposure latitude increased from 3.81% to 7.62%. Regarding OPC, the using of scattering bar can correct pattern distortion effectively. The third part, the Taguchi method has been applied by using L9 orthogonal array to study the effects of resist parameters and optical parameters on the 248 nm DUV lithographic process for the 0.13μm dense lines. The optimized resist parameters were found out to be prebake temperature 125℃, prebake time 90 sec, post exposure bake temperature 130℃, post exposure bake time 35 sec and development time 45 sec. The optimized optical parameters were found out to be Annular OAI outer ring sigma equivalent 0.8, ratio of inner ring over outer ring sigma equivalent 2/3, numerical aperture 0.7, transmittance of APSM 25%. The optimized results indicated that depth of focus increased from 0.43μm to 0.77μm;exposure latitude increased from 4.59% to 10.59%. Regarding OPC, the using of feature bias can correct pattern distortion effectively.
12 inches wafer will be coupled with 90 nm linewidth in future, the difficulty of fabrication of narrow linewidth is high, using computer simulation combined with Taguchi DOE could analyze and study various process parameters efficiently and systematically.

目 錄
中文摘要 …………………………………………………………… I
英文摘要 …………………………………………………………… III
誌 謝 …………………………………………………………… V
目 錄 …………………………………………………………… VI
表目錄 …………………………………………………………… XII
圖目錄 …………………………………………………………… XVI
中英文名詞對照表 …………………………………………………………… XX
第一章 緒論……………………………………………………… 1
第二章 文獻回顧………………………………………………… 4
2.1 偏軸發光應用於微影成像……………………………… 4
2.1.1 環形發光………………………………………………… 4
2.1.2 二孔發光與狹縫發光…………………………………… 4
2.1.3 四孔發光………………………………………………… 4
2.1.4 四扇面型發光…………………………………………… 4
2.1.5 無偏軸遮板之偏軸發光………………………………… 4
2.1.5.1 對圖罩預先傾斜發光(ATOM)………………………… 5
2.1.5.2 改良光束發光(MBI)………………………………… 5
2.1.6 偏軸發光的優點與缺點………………………………… 5
2.2 相移圖罩應用於微影成像……………………………… 6
2.2.1 相移圖罩之原理………………………………………… 6
2.2.2 相移圖罩之發展………………………………………… 8
2.2.3 高透射率嵌附式減光型相移圖罩材料之發展與特性……………………………………………………… 10
2.2.3.1 高透射率嵌附層之重要性與應用價值………………… 10
2.2.3.2 高透射率嵌附式減光型相移圖罩材料之發展………… 11
2.2.3.3 高透射率嵌附式減光型相移圖罩之優缺點…………… 14
2.2.3.4 高透射率嵌附式減光型相移圖罩缺點之改善方法…… 15
2.2.3.5 高透射率嵌附式減光型相移圖罩之模擬與實際應用………………………………………………………… 15
2.3 光學鄰近效應…………………………………………… 17
2.3.1 光學鄰近效應成因與現象……………………………… 17
2.3.2 光學鄰近效應之型態…………………………………… 18
2.3.3 光學鄰近效應修正之方法……………………………… 18
2.4 深紫外光阻劑之性質與探討…………………………… 20
2.5 抗反射層應用於微影成像……………………………… 20
2.6 實驗設計法應用於微影成像…………………………… 21
2.6.1 傳統矩陣實驗設計……………………………………… 21
2.6.2 田口實驗設計…………………………………………… 21
2.7 應用公式………………………………………………… 22
2.7.1 符號說明………………………………………………… 22
2.7.2 重要公式………………………………………………… 23
第三章 製程最適化模擬與實驗設計…………………………… 24
3.1 選定模擬模型與參數…………………………………… 24
3.1.1 空間影像模型與潛像…………………………………… 24
3.1.2 顯影模型………………………………………………… 25
3.2 透射率控制圖罩之改良與模擬………………………… 25
3.2.1 極小虛圖達成真實性加強及透射率控制圖罩………… 25
3.2.2 透射率控制圖罩之改良………………………………… 26
3.3 田口實驗設計與規劃…………………………………… 27
3.3.1 設計田口實驗…………………………………………… 27
3.3.1.1 田口實驗步驟…………………………………………… 27
3.3.1.2 實驗設計與因子、水準之選取………………………… 28
3.3.1.3 設定雜訊因子…………………………………………… 28
3.3.1.4 多重品質特性之因子最適水準選取…………………… 29
3.3.2 規劃田口實驗…………………………………………… 29
3.3.2.1 微影製程圖罩參數及底層抗反射層參數最適化……… 29
3.3.2.2 微影製程阻劑參數最適化……………………………… 30
3.3.2.3 微影製程光學參數最適化……………………………… 30
3.3.3 驗證田口實驗之加法模式……………………………… 31
3.3.3.1 計算因子效果…………………………………………… 31
3.3.3.2 預測與驗證實驗………………………………………… 31
第四章 結果與討論……………………………………………… 34
4.1 改良式透射率控制圖罩之模擬分析…………………… 34
4.1.1 光源為環型偏軸發光系統……………………………… 34
4.1.2 光源為四孔偏軸發光系統……………………………… 36
4.1.3 光源為四扇面型偏軸發光系統………………………… 38
4.1.4 不同光源之最適化製程結果討論……………………… 39
4.2 線寬0.07微米孤立線最適化實驗……………………… 39
4.2.1 微影製程圖罩及底層抗反射層參數最適化條件……… 40
4.2.1.1 直交表實驗規劃………………………………………… 40
4.2.1.2 直交表實驗結果………………………………………… 41
4.2.1.3 選取主要因子與水準…………………………………… 42
4.2.1.4 驗證加法模式…………………………………………… 42
4.2.1.5 微影製程圖罩及底層抗反射層參數最適化結果討論………………………………………………………… 43
4.2.2 微影製程阻劑參數最適化條件………………………… 44
4.2.2.1 直交表實驗規劃………………………………………… 44
4.2.2.2 直交表實驗結果………………………………………… 44
4.2.2.3 驗證加法模式…………………………………………… 44
4.2.2.4 微影製程阻劑參數最適化結果討論…………………… 44
4.2.3 微影製程光學參數最適化條件………………………… 45
4.2.3.1 直交表實驗規劃………………………………………… 45
4.2.3.2 直交表實驗結果………………………………………… 46
4.2.3.3 驗證加法模式…………………………………………… 46
4.2.3.4 微影製程光學參數最適化結果討論…………………… 46
4.2.4 初始製程與最適化製程結果比較……………………… 46
4.3 線寬0.13微米密集線最適化實驗……………………… 46
4.3.1 微影製程阻劑參數最適化條件………………………… 47
4.3.1.1 直交表實驗規劃………………………………………… 47
4.3.1.2 直交表實驗結果………………………………………… 47
4.3.1.3 驗證加法模式…………………………………………… 48
4.3.1.4 微影製程阻劑參數最適化結果討論…………………… 48
4.3.2 微影製程光學參數最適化條件………………………… 48
4.3.2.1 直交表實驗規劃………………………………………… 48
4.3.2.2 直交表實驗結果………………………………………… 49
4.3.2.3 驗證加法模式…………………………………………… 49
4.3.2.4 微影製程光學參數最適化結果討論…………………… 49
4.3.3 初始製程與最適化製程結果比較……………………… 49
第五章 結論……………………………………………………… 51
參考文獻 …………………………………………………………… 53
附錄一 …………………………………………………………… 58
附錄二 …………………………………………………………… 59
附錄三 …………………………………………………………… 60
附錄四 …………………………………………………………… 61
附錄五 …………………………………………………………… 62
自傳 …………………………………………………………… 63

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