調整曝光時間與表面微結構改善光罩上之電子束微影

Abstract

隨著半導體工業的快速發展以及積體電路製程上的微縮，微影技術是推動著莫爾定律繼續前進的關鍵技術，極紫外光微影(Extreme Ultraviolet Lithography, EUV)與電子束微影(Electron Beam Lithography, E-beam)是未來勢在必行的發展技術。極紫外光有著比深紫外光(Deep Ultraviolet Lithography, DUV)更高的解析度，但相對的其所使用的光罩之解析度要求也更高。因此如何繪製高解析度的光罩圖形便是一個重要的課題。 本篇論文的主要貢獻可分為兩部分：首先我們藉由觀測微影圖形的尺寸與品質以及微觀下電子的運行機制，設計出在微影製程中較為理想的光罩基板，有效改善了電子束微影中的鄰近效應(Proximity Effect)，此效應即是限制電子束解析度的關鍵因素。接著則是對電子束微影的曝光策略作了初步的探討，包括降低電荷累積所造成的影響以及曝光時間的計算與設計。 微影圖形上依據 ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors 國際半導體技術藍圖委員會)標準使用線型圖案的線寬(Line Width, LW)作為評估標準。除此之外，為了分析電子注入基板後的運行機制，我們利用圈環法(Doughnut Method)實驗求得電子束的曝光強度分布。 以此分析流程，在光罩基板上設計不同結構並進行一系列的實驗。首先，我們發現利用沉積二氧化矽薄膜可有效降低光罩上電子束微影的鄰近效應，使微影出來的圖形更接近於設計圖形。探究電子注入基板後的物理現象，發現二氧化矽薄膜能夠有效地降低電子束的背向散射能量，使得曝光圖形外的額外曝光降低，集中電子束的能量分布範圍。 接著我們改變吸收層(鉻薄膜)的厚度，發現當吸收層增厚後，其鄰近效應變得更為嚴重。在電子曝光強度分布上探究造成此現象的原因，發現吸收層厚度的增加會提高背向散射電子能量的比例，造成曝光圖形外額外的曝光。 綜合實驗結果，可歸納出在微影製程中較為理想的光罩基板條件：上方沉積一層二氧化矽薄膜，用以降低背向散射；較薄的吸收金屬層以避免增加背向散射電子。 此外，我們還發現由於光罩下方是絕緣體的緣故，因此其會有嚴重的電荷累積效應，造成其電子束曝光強度分布在疊加上容易偏離線性。為了改善此一現象，我們對於電子束曝光策略也做了初步的探討──我們發現利用盡量接近於臨界曝光值的時間去曝光能夠有效改善此一現象。 最後，我們在經過計算之後，針對曝光圖形上的每個曝光點作個別的曝光時間調整，成功的在厚度為300奈米的電子阻上微影出長寬分別為53奈米與19奈米的長方形圖案。