193nm光刻胶折射率与消光系数五点实测：n=1.8167、k=0.5090
2026-08-25
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在 193 nm 浸没式光刻（ArF immersion lithography）工艺中，光刻胶（photoresist，PR）在曝光波长处的折射率 n（refractive index）与消光系数 k（extinction coefficient）是影响光刻窗口与套刻精度的关键光学参数。针对这一测量需求，采用 HORIBA UVISEL Plus 光谱椭偏仪对 8 英寸晶圆上的光刻胶薄膜进行五点测量，获得 193 nm 处的 n、k 实测值，供光刻工艺建模与批次监控参考。
一、测量需求背景
ArF 浸没式光刻的曝光波长为 193 nm，较 KrF（248 nm）、i-line（365 nm）更短，数值孔径 NA 大于 1.0。此时光刻胶在曝光波长处的折射率 n 直接决定理想焦面位置，n 偏 0.01 可使焦面偏移 10～20 nm；消光系数 k 决定光在光刻胶内的吸收，k 偏大导致底部曝光不足、侧壁变陡，偏小则底部过度曝光。因此 193 nm 处的 n、k 是光刻胶研发与量产监控中不可省略的指标。
实验室测量概览
二、仪器技术参数
本方案所用 HORIBA UVISEL Plus 光谱椭偏仪，覆盖 142～2100 nm 全光谱范围，在 193 nm 深紫外（DUV）节点依靠真空光路与含 k 色散模型完成光刻胶光学常数测量。核心参数如下。
| 项目 | 参数 |
|---|---|
| 光谱范围 | 142～2100 nm（真空紫外至近红外） |
| 193 nm 光路 | 真空腔或氮气吹扫，避免空气吸收 |
| 色散模型 | Cauchy、Sellmeier、Tauc-Lorentz、New Amorphous 等含 k 模型 |
| 载物台 | 200 mm 自动晶圆 mapping，可设多点 |
| 输出参数 | 膜厚、n、k、拟合度 χ² |
HORIBA UVISEL Plus 光谱椭偏仪
三、测量方案
待测样品为一片 8 英寸光刻胶旋涂片，胶层旋涂于 Si 衬底。测量采用五点 Wafer Map 方式，在晶圆上、下、左、右、中心五个位置分别采集 193 nm 处光谱，经含 k 色散模型（New Amorphous）反演得到各点位 n、k。单点测量时间约 3～10 s，视光谱范围与模型而定。
四、实测数据
五点 Wafer Map 测量得到的 193 nm 折射率与消光系数数据如下。
| 点位 | 折射率 n @193 nm | 消光系数 k @193 nm |
|---|---|---|
| 上 | 1.8150 | 0.5065 |
| 左 | 1.8184 | 0.5041 |
| 中 | 1.8178 | 0.5051 |
| 右 | 1.8153 | 0.5061 |
| 下 | 1.8171 | 0.5232 |
| 5 点均值 | 1.8167 | 0.5090 |
| 5 点极差 | 0.0034 | 0.0191 |
图 1：PR 层折射率 @193 nm 五点 Wafer Map
图 2：PR 层消光系数 @193 nm 五点 Wafer Map
五、结果讨论
五点折射率均值 1.8167，极差 0.0034，片内折射率均匀性良好。消光系数五点均值 0.5090，其中下方点位 k 为 0.5232，较上方点位高 0.017，需关注旋涂工艺中下方区域的成膜一致性。该组数据可直接作为该批次光刻胶的 193 nm 光学模型输入，也可作为同型号其他批次对比的基准。
测量上需注意三点。其一，193 nm 处于深紫外区，空气吸收明显，需在真空或氮气吹扫光路下测量，反射式膜厚仪（反射光谱下限 200 nm 起）无法覆盖该波段。其二，光刻胶在 193 nm 处 k 通常为 0.3～0.6，属吸收性薄膜，须采用含 k 色散模型拟合，纯 Cauchy 模型（无 k 项）会引入 n 的偏差。其三，单点测量不具整片代表性，研发或仲裁场景建议五点 Wafer Map，量产监控可缩减为中心加边缘两至三点。
