在 193 nm 浸沒式光刻（ArF immersion lithography）工藝中，光刻膠（photoresist，PR）在曝光波長處的折射率 n（refractive index）與消光系數 k（extinction coefficient）是影響光刻窗口與套刻精度的關鍵光學參數。針對這一測量需求，采用 HORIBA UVISEL Plus 光譜橢偏儀對 8 英寸晶圓上的光刻膠薄膜進行五點測量，獲得 193 nm 處的 n、k 實測值，供光刻工藝建模與批次監控參考。

一、測量需求背景

ArF 浸沒式光刻的曝光波長為 193 nm，較 KrF（248 nm）、i-line（365 nm）更短，數值孔徑 NA 大于 1.0。此時光刻膠在曝光波長處的折射率 n 直接決定理想焦面位置，n 偏 0.01 可使焦面偏移 10～20 nm；消光系數 k 決定光在光刻膠內的吸收，k 偏大導致底部曝光不足、側壁變陡，偏小則底部過度曝光。因此 193 nm 處的 n、k 是光刻膠研發與量產監控中不可省略的指標。

實驗室測量概覽

二、儀器技術參數

本方案所用 HORIBA UVISEL Plus 光譜橢偏儀，覆蓋 142～2100 nm 全光譜范圍，在 193 nm 深紫外（DUV）節點依靠真空光路與含 k 色散模型完成光刻膠光學常數測量。核心參數如下。

HORIBA UVISEL Plus 光譜橢偏儀

三、測量方案

待測樣品為一片 8 英寸光刻膠旋涂片，膠層旋涂于 Si 襯底。測量采用五點 Wafer Map 方式，在晶圓上、下、左、右、中心五個位置分別采集 193 nm 處光譜，經含 k 色散模型（New Amorphous）反演得到各點位 n、k。單點測量時間約 3～10 s，視光譜范圍與模型而定。

四、實測數據

五點 Wafer Map 測量得到的 193 nm 折射率與消光系數數據如下。

圖 1：PR 層折射率 @193 nm 五點 Wafer Map

圖 2：PR 層消光系數 @193 nm 五點 Wafer Map

五、結果討論

五點折射率均值 1.8167，極差 0.0034，片內折射率均勻性良好。消光系數五點均值 0.5090，其中下方點位 k 為 0.5232，較上方點位高 0.017，需關注旋涂工藝中下方區域的成膜一致性。該組數據可直接作為該批次光刻膠的 193 nm 光學模型輸入，也可作為同型號其他批次對比的基準。

測量上需注意三點。其一，193 nm 處于深紫外區，空氣吸收明顯，需在真空或氮氣吹掃光路下測量，反射式膜厚儀（反射光譜下限 200 nm 起）無法覆蓋該波段。其二，光刻膠在 193 nm 處 k 通常為 0.3～0.6，屬吸收性薄膜，須采用含 k 色散模型擬合，純 Cauchy 模型（無 k 項）會引入 n 的偏差。其三，單點測量不具整片代表性，研發或仲裁場景建議五點 Wafer Map，量產監控可縮減為中心加邊緣兩至三點。