图案化薄膜的多波长椭偏影像对比检测.pdf

圖案化薄膜的多波長橢偏影像對比檢測 * 謝富翔 , 王浩偉 * 明志科技大學 , 機電工程研究所 E-mail: m941e8015@.tw 工業技術研究院, 量測技術發展中心 , 儀器與感測技術發展組 E-mail: hwwang@.tw 本文探討波長及入射光強對薄膜橢偏影像對比的影響。影像橢偏系統架構上使用起偏器-相位補 償器 -樣品-檢偏器的方法，調整起偏器的方位角與相位補償器的相位角，使特定區域消光，凸顯出消 光區域與非消光區域的影像對比。本研究使用金屬鹵素燈結合單頻儀所產生多波長窄頻光為光源，藉 著特徵波長、高光源強度，及橢偏消光效果，提升圖案化薄膜間的影像對比，實驗結果將與多波長影 像方法作比較。 關鍵字：影像橢偏、圖案化薄膜、影像對比、特徵波長、消光 壹、前言 隨著薄膜技術的廣泛應用與發展，膜質的種類及膜層的數目逐漸增加，複雜的程度已無法以傳統 的薄膜檢測技術判斷膜質的差異性。目前薄膜檢測方法主要有白光 (White Light)影像檢測 [1] 、偏光 (Polarized Light)影像檢測 [2]與光譜式影像橢偏(Imaging Ellipsometry)檢測技術 [3-5] ，此三種方法以白 光影像檢測最為廣泛應用，雖然架構簡單成本低，但對於折射率相近膜質卻無法有效辨識；偏光影像 檢測針對光線中 P 光與 S 光的差異調整薄膜的反射強度，但對於提升影像對比(Image Contrast)仍然有 限；光譜式的影像橢偏檢測利用消光 (Null)方法可提供較高的影像對比，但使用濾光片(Filter)選擇波長 會使光譜帶寬過大而產生漏光問題，且此技術並沒有嚴格考慮多波長的影響，因而無法對複雜的薄膜 蝕刻圖案得到最佳的影像對比。為了解決以上問題，本研究利用瓊斯矩陣 (Jones Matrix)[6]與菲涅爾 (Fresnel)方程[7]建立一套數學模型，並由實驗驗證分析下，探討影像對比最佳化的變因。 貳、研究方法 ㄧ、PCSA 消光術 本研究採用起偏器-相位補償器 -樣品 -檢偏器 (Polarizer-Compensator-Sample-Analyzer, PCSA)架 構，調整雙變數起偏器方位角P(λ)與相位補償器相位角δc(λ) ，使薄膜中任意的區域達到全暗影像的消 光效果。利用此技術我們可以使消光區域的影像反射強度降到最低，而與未被消光的區域形成強烈的 影像對比。過程中我們使用瓊斯矩陣 [6]計算 PCSA 光路架構的電場，如下式表示 E′ ⎡ 2 r ⎤ 0 ⎡ ⎤ cos A cosAsinA ⎡ ⎤ ⎢ x ⎥ ⎢ 2 ⎥⎢pp ⎥ E′ cosAsinAsin A 0 r y ⎣ ss ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ { 14444 42444 314243 Output A S -i δ ⎡ δc δc δc ⎤ (1) c co