Vacuum Ultraviolet Ellipsometry를 이용한 물질의 광특성 연구

Abstract

Ellipsometry는 물체 표면에서 반사된 빛의 편광상태를 측정하여 그 물체 표면에 대한 여러 가지 정보를 연구하는 기술이다. Ellipsometry는 측정하고자 하는 시편이 reactive gas, plasma, high temperature 등과 같은 극한 환경에서도 사용할 수 있고, 비파괴는 물론 real time이나 in-situ 측정이 가능하다는 장점을 가지고 있어 그 응요 분야가 매우 넓다. 반도체 소자의 집적도가 빠른 속도로 증가함에 따라 광노광(Lithography) 공정의 연구가 매우 활발하게 진행되고 있다. 광노광 공정은 현재 193nm를 사용하고 있고 조만간 193nm Immersion 기술, 157nm 또는 그 이하의 극자외선(EUV)의 사용이 예상된다. 따라서 관련 물질 개발 연구에 있어 가장 중요한 물리적 변수인 VUV(Vacuum Ultraviolet)영역에서의 광특성을 정밀하게 축정 분석할 수 있고, 초고집적회로용 물질(high-k, low-k등), 나노 공정용 초박막, 광폭 에너지 갭 물질의 광특성 및 미세 구조적 특성을 효과적으로 측정 분석할 수 있는 VUV Ellipsometer의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 Rotating Polarizer Type의 VUV Ellipsometer를 제작하였다. 광원으로 deuterium lamp를 사용하였고, detector는 array type의 ccd를 사용하였으며, rochon polarizer를 사용하였다. 또한, 장비내의 산소 및 오염물질을 제거하기 위해 자체 제작한 소형 공기차단 purge 시스템을 사용하였다. 표준 sample로 자연산화막이 있는 C-Si을 사용하여 장비의 성능을 진단하고, 반도체 공정에 사용되고 있는 물질인 PR(Photoresist, 감광제)과 ARC(Anti-reflective coating, 반사방지막)의 광특성을 측정하였다.; Ellipsometry is a technique to get the information of the surface by measuring the polarization changes of reflected light from it. We can use it in a serve atmosphere such as reactive gas, plasma, high temperature, etc. Also, it is possible to perform non-destructive, real time, and in-situ measurement. The most important process for accumulating is a lithography in the semiconductor part. We use 193 nm in the process of lithography now. We expect using a technology of 193 nm immersion, Vacuum UV of 157 nm and extreme ultraviolet rays of lower wavelength sooner or later. So we need to develop VUV ellipsometer because we can minutely measure and analyze a optical special quality in VUV, materials like a high-k or low-k, a ultra thin film for a nano-process, a optical special quality and a micro structural special quality of gap materials in a wide width energy. In this study we made a VUV rotating spectroscopic ellispometer and diagnosed its performance. The consisting parts are Deuterium lamp, CCD array detector, MgF₂prism rochon polarizer and analyzer. Also, We using the purge system that can remove impurites of air and O₂ that absorb VUV. We used a C-Si wafer as a sample. We compared these two method to know which is good for our system. Then, We measured photoresist and anti-reflective coating that used semiconductor process.