臨場( in-situ )曝光實驗結果

點皆在同一位置，以利於計算與推估剝蝕面積與曝光劑量。藉由光束線上 的入口狹縫與出口狹縫控制入射光的光通量並設計實驗流程，將薄膜樣品 經過光學性質實驗測量後，在相同的環境下控制樣品載台轉軸角度( θ )，藉 此控制薄膜樣品曝光劑量，如表4 與表 5 所示，控制每階段曝光劑量由小 到大的累積，並以可行的最小光通量測量其反射率曲線的變化，再使用 X’Pert Reflectivity 軟體進行模擬，並紀錄其光學性質與厚度變化，如圖 24 所示，因為由小到大的階段性曝光劑量累積使每階段量測的厚度遞減，此 遞減情形會反映在反射率曲線上的干涉波紋，在相同的量測角度內所出現 的干涉波紋數也會隨之遞減。各薄膜樣品經過曝光與量測的實驗過程與軟 體模擬後，因光剝蝕作用造成的厚度損失會與光剝蝕劑量的多寡有相關。

圖 24 GJH 薄膜經(a)EUV (b)BEUV 光源曝光後的反射率曲線變化

本實驗研究團隊使用臨場( in-situ )方式對光剝蝕效應與曝光劑量的相 對關係進行研究，PMMA 薄膜損失厚度與曝光劑量對應數值如圖 25 所示，

圖 25 PMMA 薄膜樣品在 EUV 光剝蝕所損失厚度與曝光劑量關係圖 圖中小圖為60 nm 薄膜樣品在小劑量曝光下厚度損失的放大圖與線性關係

PMMA 薄膜在低劑量曝光後，可由圖 26 發現曝光劑量在 1 內的 厚度損失會與曝光劑量呈現線性關係，其斜率為光剝蝕速率；而曝光劑量 大於3 時，光剝蝕效應會趨於平緩，且最終損失的厚度會與薄膜本 身的厚度相關。PMMA 厚度為 60 nm 在小劑量曝光時可計算其剝蝕速率約 為0.0286 nm mJ^-1 cm^-2，此結果可呼應 Barkusky 團隊在 2009 年所發表 EUV 脈衝光源以90 度垂直入射 PMMA 薄膜樣品表面進行曝光，其光剝蝕效應 會在不同的曝光劑量下而有不同的光剝蝕速率，此團隊測量在低劑量(小於 400 mJ/cm² )曝光的光剝蝕速率為 0.016 nm mJ^-1 cm²。⁹

本實驗使用不同厚度的光阻薄膜( GJ )個別進行光剝蝕實驗，由低到高

的曝光劑量與薄膜厚度損失相關性，如下圖26 所示，可發現在低劑量的曝 光(小於 1 )下不同厚度的薄膜有近乎相同的光剝蝕速率，其光剝蝕速 率約為0.009 nm mJ^-1 cm^-2，而將光阻薄膜( GJ )加入光酸產生劑( GJH )進行 EUV 光剝蝕效應實驗，其實驗結果如下圖 27 所示，在低劑量的曝光的光 剝蝕速率約為0.012 nm mJ^-1 cm^-2，在高劑量的曝光下其剝蝕速率皆趨於平 緩，此趨勢與PMMA 光剝蝕效應相符但光剝蝕速率小於 PMMA 薄膜。

圖 26 GJ 薄膜樣品在 EUV 光剝蝕所損失厚度與曝光劑量關係圖 圖中小圖為薄膜樣品在低曝光劑量下的厚度損失與線性關係

圖 27 GJH 薄膜樣品在 EUV 光剝蝕所損失厚度與曝光劑量關係圖 圖中小圖為薄膜樣品在低曝光劑量下的厚度損失與線性關係

在光剝蝕實驗中，各薄膜樣品在高劑量( 大於 5 )的曝光下有剝 蝕速率趨於平緩的趨勢，光剝蝕效應會減緩且厚度損失量大為減少，在高 劑量曝光後的厚度損失會與自身的薄膜厚度相關且呈線性關係，如圖 28 所 示，由本研究可得知在高劑量的曝光下，當劑量高達一轉折點其光剝蝕速 率將會大幅減緩，而所損失的厚度與薄膜材料本身的成分、結構與薄膜厚 度相關。

圖 28SEUVR 所量測的厚度與損失厚度線性圖

本實驗研究團隊以使用SBEUVR 進行相同的光剝蝕實驗，比較 EUV 與 BEUV 兩不同光源能量下的光剝蝕效應，由於 LSGM 光束線的光柵( 1/1800 ℓ/mm )所能提供在 BEUV 光源的光通量較 EUV 光源小，可符合在光釋氣研 究上的低曝光劑量。所以本部分將針對BEUV 光源在低劑量曝光時的光剝 蝕現象做探討，

PMMA 薄膜經過 BEUV 光源曝光後，其光剝蝕效應所造成厚度損失所 相對應的曝光劑量如圖29(a)所示，PMMA 薄膜樣品在低劑量( 300 ) 的曝光下，不同厚度的薄膜具有不同的剝蝕速率，厚度為125 nm、100 nm 與60 nm 的薄膜樣品，其光剝蝕速率依序為 0.047、0.038 與 0.020 nm mJ^-1 cm^-2，而光剝蝕速率與薄膜厚度相關，如圖29(b)所示，其剝蝕速率與薄膜 厚度成線性關係。

圖 29PMMA 薄膜樣品在 BEUV 光剝蝕所(a)損失厚度 (b)曝光劑量關係圖

圖 30 GJ 薄膜樣品在 BEUV 光剝蝕所損失厚度與曝光劑量關係圖  

圖 31 GJH 薄膜樣品在 BEUV 光剝蝕所損失厚度與曝光劑量關係圖

GJ 與 GJH 光阻薄膜經光剝蝕效應造成厚度損失所相對應的曝光劑量如 圖30 與圖 31 所示，GJ 與 GJH 光阻薄膜在小於 300 低劑量曝光 下，不同厚度的薄膜樣品會具有近乎相同的光剝蝕速率， GJ 與 GJH 薄膜 樣品的光剝蝕速率依序約為0.034 與 0.052 nm mJ^-1 cm^-2，在大於 250

曝光劑量會因自身薄膜厚度不同而薄膜厚度損失皆不同。 Bond Equivalent per Carbon )係數相關，¹⁴ 其定義為平均每個碳原子的有效

sample PMMA (60 nm) GJ GJH Light

source ABR ^a σabsb ABR σabs ABR σabs

EUV 0.029 5.20 0.009 4.04 0.012 4.24 BEUV 0.020 1.14 0.034 0.87 0.053 1.10

多鍵數如式(15)，

ablation rate (nm mJ-1cm-2)

σ_abs/DBEPC

ablation rate (nm mJ-1cm-2)

σ_abs/DBEPC

圖 32(a)EUV(b)BEUV 光源下各薄膜的剝蝕速率與[σabs/DBEPC]關係圖

由於光蝕刻效應所剝蝕的光阻經激發並從薄膜表面脫離，此為釋氣現象 ( outgassing )，因此光剝蝕速率可換算為釋氣速率，如式(16)所示。

(

)

1 2 7

Outgassing rate molecules cm s

Ablation rate(nm mJ cm ) 10 N_A density dose MW

− −

− − × − × × ×

= ⁽¹⁶⁾

本實驗室林虹妙未發表之光阻薄膜釋氣現象的研究，其光阻薄膜經 EUV 與 BEUV 光源曝光時，由四極桿質譜儀( QMS，quadrupole mass spectrum )的測量釋氣現象，並推算出薄膜的釋氣速率( outgassing rate )。¹⁶ 在PMMA 薄膜厚度為 60 nm 時其釋氣速率如表 10 所示，本研究的 PMMA 剝蝕速率可與QMS 釋氣速率相比，且誤差可在 1 個數量級內，而 PMMA 在BEUV 光剝蝕速率換算的釋氣速率與其相比較，誤差範圍則大約為 1 個 數量級左右。

表 10 PMMA 薄膜釋氣速率由 SEUVR 及 SBEUVR 法與四極桿質譜法比較 Outgassing rate ( molecules cm^-2 s^-1 )

Light source Thickness ( nm ) This work QMS EUV 60 4.6×10¹⁵ 1.7×10¹⁵

60 4.4 ×10¹⁵ 5.8×10¹⁴ 100 7.6×10¹⁵ 9.0×10¹⁴ BEUV

125 9.0×10¹⁵ -