反射儀測量薄膜光學性質與模擬結果

本實驗研究團隊對於SEUVR 的光源校準與量測方式已有成熟的技 術，對於由不同操作員所使用SEUVR 儀器測量並以 PMMA 薄膜樣品為標 準品，量測結果具有良好的再現性，其測量 PMMA 薄膜樣品密度的誤差可 在1%內。

本實驗團隊操作SEUVR 量測由國立成功大學林俊宏教授所提供的光 阻薄膜( SU-8 )， 其厚度分別為 87 nm 與 130 nm，林建宏教授團隊使用可 見光反射儀所測得其薄膜厚度，但此方式無法得知於 SU-8 在 13.5 nm 的折 射率與吸收係數。SEUVR 量測所得的反射率曲線及軟體模擬曲線所得到密 度、厚度與光學性質( n、k 值 )結果如圖 19 所示，此結果可為林俊宏教授 研究團隊提供在微影製程中光罩( mask )材料 SU-8 的光學性質。當 EUV 光 源照射於光罩上圖形時，會因為SU-8 的光吸收而影響成像像差，因此由 SEUVR 所量測的光學性質可得知 SU-8 在此光源下的光吸收係數，也表示 本實驗室研究團隊所使用之SEUVR 已可進入實用階段。

圖 19 SU-8 薄膜 SEUVR 反射率曲線與其模擬曲線

本研究團隊將改變鏡面反射儀的入射光源為超越極紫外光( BEUV )並 發展與研究SBEUVR 技術，因 BEUV( 6.7 nm )為 EUV( 13.5 nm )光源波長 的二分之一，所以在量測時薄膜反射臨界角出現角度將縮短而在相同厚度 的薄膜下會有約兩倍的fringe 數。經 SEUVR 與 SBEUVR 所量測相同樣品 結果如圖20 與圖 21 所示，經由軟體模擬其 SEUVR 反射率曲線結果，可 模擬解析 fringe 數可至 45 度，而 SBEUVR 可解析 fringe 數至 30 度。

圖 20 厚度相同的 PMMA 在 SEUVR 的量測與模擬數據

圖 21 厚度相同的PMMA 在 SBEUVR 的量測與模擬數據

為比較 SEUVR 與 SBEUVR 測量出的反射率曲線， 將反射角度換算成 散射向量參數( scattering vector )，如式(14)所示，此方式可將不同波長的光 源與入射角度歸一化而具有相同的橫軸，因此可比較與確認反射率曲線的 中由不同光源波長所量測的三條反射率曲線在全反射臨界角( critical angle ) 的位置皆相同，根據原子散射理論，由式(6)式、(7)與式(8)所計算的原子散 射參數( δ 與 β )與吸收係數(k)亦相同。圖中三條相同寬度的橫桿所示，由 三種不同光源的鏡面反射法所量測反射率曲線之干涉波紋的單一波紋寬度 皆相同，由式(4)計算可得到的薄膜厚度亦相同。

圖 22 SEUVR、SBEUVR 與 SXR 歸一化比較圖

由SEUVR 與 SBEUVR 所量測薄膜樣品的反射率曲線可經軟體模擬計 算出薄膜的厚度與密度，而本實驗研究團隊使用在相同矽晶圓上薄膜樣 品，並重建原子在6.7 nm 的原子散射參數( f₁與f₂ )，模擬由 SBEUVR 所量 測的反射率曲線，其模擬計算結果與SEUVR 比較量測結果，如表 7 所示，

由SEUVR 與 SBEUVR 所量測的薄膜樣品密度與厚度的誤差可在 5%之內，

且與SXR 所得薄膜密度相比，其誤差也可在 2%之內。由模擬軟體所提供 的薄膜密度是由反射率曲線模擬出折射率( n )與吸收係數( k )經公式換算 而得，也可根據原子散射理論的公式由軟體模擬出的密度計算出吸收係 數，此計算方式於本實驗室所發表之論文已有詳細論述，以此計算過程可 得本研究團隊所使用光阻薄膜在13.5 nm 與 6.7 nm 光源波長下的吸收係 數，如表8 所示。

表 7 各實驗薄膜樣品經 SEUVR 與 SBEUVR 量測與模擬結果

SXR SEUVR SBEUVR

Sample

Density Density Thickness Density Thickness 1.19 59 1.16 60

SEUVR、SBEUVR 與 SXR 經由歸一化的反射曲線、密度與厚度的驗

證，如圖22 與表 7 所示，說明無論是使用 13.5 nm、6.7 nm 或 X-ray 的光 源以鏡面反射儀測量法均可得到一致性的薄膜光學性質。