光阻與底層材料其光學性質(n, σabs, T)對於光阻設計是相當重要 的。過去的文獻上中大多使用 X 光干涉儀，少數使用 EUV 反射儀研 究 EUV 光阻的性質，本研究更進一步使用國家同步輻射提供的 13.5 nm EUV 光源以 EUV 反射儀研究 PMMA、RRR 兩種光阻及 13 種底 層材料光物理及光化學性質，以及經在此 13.5 nm 的 EUV 光波長 (actinic)照射下，臨場(in-situ)監測這些材料的抗 EUV 輻射性。此外 ， 本研究首次使用 Panalytical 公司市售的模擬軟體 X’Pert Reflectivity 進行非傳統 X 光，而是 EUV 反射率曲線的模擬工作，獲得良好的模 擬結果，得以助於實驗結論的推導。本研究經由合作廠商日產化學公 司(Nissan Chemical Industries Ltd.)做過實驗室的實驗驗證，結果證明 本實驗精確度與美國先進光源實驗室一致，已達國際水準，其誤差約 為 5%。
本實驗綜合量測 PMMA、RRR 光阻及 13 種底層材料樣品的光物 理及光化學研究發現，材料表面、物質的光吸收及材料結構應為 EUV 材料中重要的影響因素。本研究結果顯示 EUV 反射儀可做樣品臨場 的量測，觀察其光學性質變化，並可以做薄膜樣品其厚度變化的監控。
其結論如下：
(1)本實驗當中 UL-2A 及 UL-4A 為受 EUV 光照射後，其折射率、
吸收係數、厚度不變之樣品。模擬結果與實驗量測反射率所求得的光 學常數性質一致，屬與 EUV 穩定型之樣品。
(2)除 UL-2A 及 UL-4A 樣品外，其餘樣品受 EUV 照射後量測所
獲得的反射率曲線不具重覆性，使用軟體模擬，亦無法得到符合實驗
曝光劑量遠大於本實驗所用的劑量，並由本研究認定此大曝光劑量已 非在剝蝕速率的線性範圍，故文獻中的報導可能會低估 PMMA 光阻 的照光後分子剝離樣品表面之速率。
(5)本研究導出所樣品材料在本研究實驗條件下的膜厚變化(損失) 與樣品的吸收係數及結構性質[σabs / DBEPC]呈線性關係。故 EUV 底 層材料設計除了考慮吸收係數外，尚需考慮其結構因素。例如底層材 料及光阻在製程配方中會加入鹵素增進吸收，此外高分子主幹也是其 設計的重點，在材料中加入芳香性結構，或是將製程配方的含碳量提 高，可以增加結構穩定性。
(6)本研究首次使用雙離子腔法研究底層材料及光阻經 13.5 nm 光照 射時對離子釋氣產率(AIOY)，推導出絕對離子釋氣產率與樣品的吸 收係數呈線性關係。約略估計其絕對離子釋氣產率應該在 10-3的數量 級，亦與樣品的厚度無直接關係，釋氣來源應該是來自材料表面約 0.2 nm 的離子逃脫距離。本實驗使用四極桿質譜儀及離子式真空計更 進一步地研究光阻釋氣與樣品厚度的關係。發現不論是離子釋氣量或 是中性釋氣量，125 nm、100 nm、80 nm 的 PMMA 光阻均有相同的 釋氣量與釋氣物種，同樣地，與膜厚無關的定性、定量釋氣結果也在 RRR 的樣品被證實。在中性釋氣部分 PMMA 光阻的中性釋氣量在 10 mW/cm2的製程條件下約為 6.3×1014 molecule/cm2，RRR 光阻的中性 釋氣為 4.1×1014 molecule/cm2。
本研究發展出以 EUV 反射儀法在 13.5 nm (actinic)的波長光源照 射下臨場(in-situ)監測 EUV 光阻及底層材料樣品的抗 EUV 輻射性。
再者，本研究推導出絕對離子釋氣產率(AIOY)與物質的吸收係數 σabs
相關，且 AIOY 約在 10-3的數量級，意味著離子脫逃深度約為 0.2 nm。
更以不同厚度的 PMMA 及 RRR 證實此二樣品的中性、離子釋氣均與 樣品厚度無關。綜合本研究成果驗證樣品的抗 EUV 輻射性(厚度損失、
中性釋氣、離子釋氣)與樣品的吸收係數 σabs 及結構參數(DBEPC)相 關。
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附錄一
本實驗使用壓力上升法量測中性釋氣量需求，另行設計一 10 吋 超高真空腔體，期望其壓力背景值能達 10-9 torr 以上的真空度，其中 本腔體包含一個 8 吋阜口(渦輪分子幫浦用)、兩個 6 吋阜口(裝設載鎖 系統及樣品軸使用)、三個 4.5 吋(裝設四極質譜儀)阜口及 11 個 2.75 吋阜口(真空計及其他相關實驗用途使用)，固定於不銹鋼板上，其新 腔體設計圖如下所示：
附錄二
本實驗使用之各樣品及其相關資訊：
Sample Name Resin information Solvent Crossli
nker Acid Additive Polyester type
UL-1A Halogenated polyester oligomer PGME A sulfonic
acid A
Fluorinated surfactant UL-1B Non-halogenated polyester oligomer PGME/
PGMEA A sulfonic acid A
Fluorinated surfactant
UL-1C Polyester polymer PGME/
PGMEA A sulfonic acid A
Fluorinated surfactant Novolac type
UL-2A Phenol novolac polymer PGME/
PGMEA A sulfonic acid A
Fluorinated surfactant UL-2B D unit containing epoxy novolac polymer PGME/
CY A sulfonic
acid A
Fluorinated surfactant UL-2C E unit containing epoxy novolac polymer PGME/
CY A sulfonic
acid A
Fluorinated surfactant UL-2D F unit containing epoxy novolac polymer PGME/CY A sulfonic
acid A
Fluorinated surfactant Methacrylate type
UL-3A Methacrylate polymer (High carbon content type) PGMEA/
CY/GBL A sulfonic acid A
Fluorinated surfactant UL-3B Methacrylate polymer (Low carbon content type) PGME/
PGMEA A sulfonic acid A
Fluorinated surfactant UL-3C Methacrylate polymer (Middle carbon content type) PGME/
PGMEA A sulfonic acid A
Fluorinated surfactant UL-4A PAG attached methacrylate polymer (Counter ion C) EL A sulfonic
acid A
Fluorinated surfactant UL-4B PAG attached methacrylate polymer (Counter ion B) EL A sulfonic
acid A
Fluorinated surfactant UL-4C PAG attached methacrylate polymer (Counter ion A) EL A sulfonic
acid A
Fluorinated surfactant Photoresist type
RRR Round robin PR reference (Made in NCI) PGME None PAG&Q uencher －
PMMA PMMA (Made in NCI) PGME None None －