橢圓測厚儀量測金屬性薄膜之光學常數及厚度

Abstract

單一波長，單一入射角的橢圓儀只能量得待測薄膜的任意兩個光學參數，因此，必須 再增加一組量測角度，才能測得試片的三個以上的光學參數。前人提出的方法有：(1 ) 多入射介質(Multiple-Incidence Medium )；(2) 多入射角 (Multiple-Incidence Angle)；(3) 多入射波長 (Multiple Wavelength)；(4) 多層膜厚度(Multiple-Film Thickness)。以上方法各有其優劣點，但是都無法準確量測具高吸收性的薄膜的光學 參數。 我們發展出一能夠同時測得具有吸收性薄膜的三個光學參數，即折射係數 n，吸收係 數k 及厚度的方法：Multiple Sandwiched Layers Ellipsometry 。我們的做法是將 金屬性薄膜同時鍍在兩片長有不同厚度的二氧化矽層的矽晶片上，使用單一波長，單 一入射角的橢圓測厚儀量測，並經計算機運算即可獲得該金屬性薄膜的n，k及厚度了 。本研究也提出了Worst Case Error Sensitivity的觀念及分析結果以決定量得不同 厚度的金屬性薄膜的光學參數所需的最適二氧化矽層厚度。本研究並量測platinum╱ ╱SiO ╱Si及poly-oxide╱poly-silicon╱SiO ╱Si這兩個材料結構以驗證本法的實 用性。 由實驗的結果發現，愈厚的鉑金屬薄膜的 n及 k值愈接近其基體(bulk)的折射與吸收 係數。這與我們的預測相同。另外對poly-oxide╱poly-silicon╱SiO ╱Si的量測， 經α-stepper及剖面TEM 的驗證，顯示我們發展出來的方法可以很正確的量得 poly- oxide 及poly-silicon的厚度。