薄膜製備

3.2.1 衰減式相位移光罩相位移層材料的要求及材料選擇

1. 折射率(Refraction Index, n)

選擇適當折射率的材料，使得相位移層(Shifter)能讓穿透光能 產生180 度之相位差。

2. 消光係數(Extinction Coefficient, k)

選擇適當消光係數的材料，並搭配適當膜厚使穿透光能保持 特定的穿透率，傳統衰減式相位移光罩之相位移層薄膜通常須保 持4%~12%的透光率，而目前商用的衰減式相位移光罩的相位移 層穿透率約為6%至 18%。［32］

3. 須能耐酸洗

在光罩的製作過程最中，會使用硫酸來去除光罩表面的光 阻，且在微影製程中由於光罩會不斷的被重複使用到，一旦發現 光罩有被污染之情形時，便會進行光罩清洗的作業，而光罩清洗 最常使用的方式也是酸洗，因此，光罩及相位移層的材料必須能 夠耐酸洗，以確保光罩在清洗後能繼續使用。

4. 薄膜成份穩定且不易水解

微影製程之光罩通常存放在無塵室中，雖然無塵室裡有良好 的溫濕度控制，但是氧化或是吸附水氣之情形還是無法避免，因 此，成份穩定且不易水解的材料才適合用來製作光罩及相位移層 的材料。

要選擇一種適當的材料使其 n、k 值能夠與 Quartz 底材有 180 度的 相位差，又對曝光機的光源能保持適當的穿透率，以目前單一元素的材 料而言較難達到，因此須朝向二元化合物尋找，二元以上化合物則因製 作複雜，本次研究暫不考慮。

3.2.2 相位移層薄膜沈積

傳統之衰減式相位移光罩(Att-PSM)通常使用鉬矽化合物為相位移 層，本研究挑選的材料為 SiNx，藉由調整氮與矽成分組成的控制技術 可以獲得所需的 n 與 k 值。相位的調整可經由製程條件改變其 n 與 k 值及厚度，所以薄膜成長製程的調整與控制是非常重要的。

相位移層薄膜採用電漿輔助化學氣相沈積系統(PECVD)來沈積 氮化矽(SiNx)薄膜，該設備廠牌為 Oxford，型號為 100 PECVD Cassette System，電漿輔助化學氣相沈積的原理與一般的 CVD 類 似，但是因為電漿的加入，使得薄膜可以在較低的溫度下沈積，主 要原因是電漿中的反應物是自由基及化學活性較高的離子，而且基 板表面也因為離子轟擊的關係而變得化學活性較高，這兩項因素促 進了基板表面的化學反應速率，才使得電漿輔助化學氣相沈積系統 可以在較低的溫度下進行沈積。此種沈積方式主要優點是具有較低 的沈積溫度，而缺點則是容易會有微粒的污染。電漿輔助化學氣相 沈積的薄膜中常含有大量的氫原子。

使用PECVD 成長氮化矽薄膜具有容易調控薄膜成份之優點，薄 膜成份可藉由諸多製程參數來調整，如反應前驅物流量比、RF Power、溫度、壓力等。其中又以調整反應前驅物流量比之效果最顯 著。因此本實驗選擇使用此法，調控反應前驅物比例以製作不同光 學常數之SiN_x薄膜，展示此材料應用於相位移光罩的潛力。

表3.1 為本實驗 PECVD 製程參數條件，編號尾數即為氣體流量 配比，以 SiNx_0.2 為例，即代表 SiH4/NH3 比例為 10：50，除了 SiNx_0.1、SiNx_10 與 SiNx_∞這 3 組因為儀器氣體流量上限制的關 係，其餘各組反應氣體總量固定為60sccm，以容易釐清氣體配比對

光學常數變化與膜厚成長速率影響關係。此外，我們同時將矽晶圓 與玻璃基材置入PECVD 反應腔體，兩種基材一起完成相同條件之鍍 膜，以利於後續各種不同的量測分析作業。

表3.1 本實驗PECVD 製程參數條件

Gas Mass Flow (sccm)

編號 SiNx_0.1 SiNx_0.2 SiNx_0.5 SiNx_1 SiNx_2 SiNx_5 SiNx_10 SiNx_∞

SiH4 5 10 20 30 40 50 50 50

設備廠牌為AST(Advanced System Technology Co., Ltd.)，型號：AST PEVA 600I。此機台使用電子束作為蒸渡源，最大直流功率為 10 KW，基本真空能力(Base Pressure)約為 5E-7torr，濺渡時維持在 8E-6torr。電子槍金屬蒸鍍系統的特點是採用可聚焦的電子束來局部 加溫蒸鍍源，因為不加熱其他部分因此可以避免污染，另外，聚焦 的電子束能量非常大，適合用來蒸鍍高熔點元素。