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浸没式ArF光刻CD均匀性研究

作　者: 张飞
导　师: 李艳秋
学　校: 中国科学院研究生院（电工研究所）
专　业: 电气工程
关键词: CD均匀性 CD误差控制杂散光像差偏振光光刻性能下一代光刻
分类号: TN305.7
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
下　载: 201次
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内容摘要

根据下一代光刻技术发展趋势和2005年国际半导体技术路径图(ITRS)给出的技术路径,浸没式ArF(氟化氩)光刻是实现特征尺寸(CD,Critical dimension) 65～45 nm技术节点最有潜力的候选技术之一。采用浸没式ArF光刻可以实现数值孔径(NA,Numericalaperture)大于1,但是,在大数值孔径和小工艺系数的情况下,杂散光、像差和偏振光对特征图形CD均匀性的影响更为显著和复杂。本文围绕着在浸没式ArF光刻系统中如何有效地控制由杂散光、偏振光和像差等因素引起的CD误差,提高光刻图形CD均匀性这一中心目的,分别从杂散光、偏振光和像差对CD均匀性的影响入手,采用矢量模型和全物理模型较为系统全面地研究了杂散光、像差和偏振光三种因素对一维图形、L形图形、拼接图形和H形图形的成像质量和CD均匀性的影响,以及三种因素对CD均匀性的综合影响。根据我们研究得到的影响规律,首次提出了补偿方法来控制杂散光、偏振光和像差等因素对CD均匀性的影响,即分别通过在线调整曝光剂量来补偿浸没式ArF光刻系统中杂散光对CD均匀性的影响、合理调整光线偏振状态来提高CD均匀性与利用偏振光和相移掩模来降低像差敏感度等方法,实现了提高CD均匀性、拓展光刻工艺窗口的目的,并通过实际计算验证了上述方法的可行性。本文主要研究内容包括:第一、杂散光对CD均匀性影响与控制的研究。分别研究了在不同杂散光量的情况下,一维图形、L形图形、拼接图形和H形图形CD误差随杂散光量的变化规律。根据其影响规律,首次采用曝光剂量在线调整的方法来补偿浸没式ArF光刻系统中杂散光引起的CD误差。通过对每个局域场的曝光剂量进行适当地调整,在整个晶片范围内获得了良好的CD均匀性。在进行曝光剂量补偿后,特征图形的CD误差被控制在±1.2%范围内。实现了在不增加杂散光控制成本的情况下,有效地提高光刻图形CD均匀性的目的。第二、像差对CD均匀性影响与控制的研究。分别研究了不同几何像差和波像差对一维图形、拼接图形和L形图形CD均匀性影响的规律。通过研究我们发现,像差对孤立图形CD均匀性的影响大于其对半密集图形CD均匀性的影响。在采用交替型相移掩模时,图形位置误差的像差敏感度高;采用无铬相移掩模时,CD误差的像差敏感度高。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-29
  1.1 光刻技术简介与发展历程  12-15
    1.1.1 光刻技术简介  12-13
    1.1.2 光刻技术发展历程  13-15
  1.2 CD 均匀性的研究现状  15-22
    1.2.1 CD 均匀性的主要影响因素  15-16
    1.2.2 杂散光对CD 均匀性的影响  16-18
    1.2.3 像差对CD 均匀性的影响  18-20
    1.2.4 偏振光对CD 均匀性的影响  20-22
    1.2.5 CD 误差控制中存在的问题  22
  1.3 本课题的研究内容与研究目标  22-24
    1.3.1 杂散光对CD 均匀性影响与控制的研究  22
    1.3.2 像差对CD 均匀性影响及控制的研究  22-23
    1.3.3 偏振光对CD 均匀性影响与控制的研究  23
    1.3.4 本课题研究目标  23-24
  1.4 本论文的结构安排  24-25
  1.5 本章小结  25
  参考文献  25-29
第二章杂散光对CD 均匀性影响与控制的研究  29-47
  2.1 杂散光对CD 均匀性的影响  29-31
  2.2 杂散光引起CD 误差的常用控制方法  31-32
  2.3 杂散光对CD 均匀性影响的研究  32-41
    2.3.1 曝光参数和工艺参数的设定  32-34
    2.3.2 杂散光对CD 均匀性影响的研究  34-41
  2.4 对杂散光引起的CD 误差的控制与有效补偿  41-45
    2.4.1 调整曝光剂量补偿杂散光引起的CD 误差  41-42
    2.4.2 利用曝光剂量补偿杂散光引起的CD 误差的效果  42-45
  2.5 本章小结  45
  参考文献  45-47
第三章像差对CD 均匀性影响与控制的研究  47-71
  3.1 几何像差与波像差的关系  47-48
  3.2 典型几何像差对成像质量的影响  48-49
  3.3 CD 的像差敏感度计算方法  49-50
  3.4 像差敏感度批量计算的程序设计  50-52
    3.4.1 编制目的  50
    3.4.2 程序总体设计框图  50-51
    3.4.3 程序的详细说明  51-52
  3.5 像差对CD 均匀性影响的研究  52-68
    3.5.1 波像差对一维图形CD 均匀性影响的研究  53-55
    3.5.2 几何像差对L 形图形CD 均匀性影响的研究  55-57
    3.5.3 几何像差对拼接图形CD 均匀性影响的研究  57-59
    3.5.4 像差组合对CD 均匀性影响的研究  59-68
  3.6 本章小结  68-69
  参考文献  69-71
第四章光线偏振状态对CD 均匀性影响与控制的研究  71-90
  4.1 光刻系统中典型偏振光与其成像性能比较  71-72
  4.2 偏振光对光刻性能的影响与控制  72-73
  4.3 光线偏振状态优化设置的程序设计  73-77
    4.3.1 编制目的  73-74
    4.3.2 程序总体设计框图  74
    4.3.3 程序的详细说明  74-77
  4.4 光线偏振状态对CD 均匀性影响的研究  77-86
    4.4.1 光线偏振状态对一维图形CD 均匀性影响的研究  77-80
    4.4.2 光线偏振状态对L 形图形CD 均匀性影响的研究  80-82
    4.4.3 光线偏振状态对拼接图形CD 均匀性影响的研究  82-84
    4.4.4 光线偏振状态对一维图形光刻工艺窗口影响的研究  84-86
  4.5 利用偏振光提高CD 均匀性与拓展光刻工艺窗口  86-88
  4.6 本章小结  88
  参考文献  88-90
第五章多因素对CD 均匀性综合影响与控制的研究  90-110
  5.1 优化光学参数设置的程序设计  90-93
    5.1.1 编制目的  90-91
    5.1.2 程序总体设计框图  91
    5.1.3 程序的详细说明  91-93
  5.2 多因素对像差敏感度综合影响的研究  93-100
    5.2.1 杂散光对像差敏感度影响的研究  94-95
    5.2.2 MSD 对像差敏感度影响的研究  95-96
    5.2.3 偏振光对像差敏感度影响的研究  96-98
    5.2.4 三种因素对像差敏感度的影响的比较  98
    5.2.5 杂散光和偏振光对像差敏感度综合影响的研究  98-99
    5.2.6 MSD 和偏振光对像差敏感度综合影响的研究  99-100
  5.3 利用偏振光补偿掩模缺陷引起的CD 误差的研究  100-102
    5.3.1 曝光参数和工艺参数设置  100-101
    5.3.2 掩模缺陷对拼接图形CD 均匀性影响的研究  101
    5.3.3 调整光线偏振状态改善CD 均匀性的研究  101-102
  5.4 降低CD 的像差敏感度的研究  102-108
    5.4.1 图形密度对像差敏感度影响的研究  103-104
    5.4.2 数值孔径对像差敏感度影响的研究  104-106
    5.4.3 相移掩模对像差敏感度影响的研究  106-108
    5.4.5 控制像差敏感度的有效方法  108
  5.5 本章小结  108-109
  参考文献  109-110
第六章结论与展望  110-114
  6.1 本课题研究工作取得的进展  110-112
  6.2 本课题的创新点  112-113
  6.3 研究工作展望  113-114
附录一 ZERNIKE 像差和表达式  114-116
附录二表格索引  116-117
附录三插图索引  117-121
附录四像差敏感度批量计算程序的流程图  121-125
附录五光线偏振态优化设置程序的流程图  125-130
附录六优化光学参数设置程序的流程图  130-132
攻读博士学位期间发表的学术论文目录  132-134
论文答辩说明  134
关于论文使用授权的说明  134

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