光刻胶用底部抗反射涂层研究进展
王宽;刘敬成;刘仁;穆启道;郑祥飞;纪昌炜;刘晓亚
【摘 要】随着微电子工业的蓬勃发展,光刻技术向着更高分辨率的方向迈进,运用底部抗反射涂层有效消除光刻技术中的驻波效应、凹缺效应,提高关键尺寸均一性和图案分辨率,引起了广大研究者的关注.本文简要介绍了光刻胶和光刻技术,底部抗反射涂层的分类、基本原理、刻蚀工艺以及其发展状况.重点对底部抗反射涂层的最新研究进展进行了总结,尤其是碱溶型底部抗反射涂层在光刻胶中的应用研究,最后对底部抗反射涂层的发展前景和方向进行了展望.
【期刊名称】《影像科学与光化学》
【年(卷),期】2016(034)002
【总页数】13页(P123-135)
【关键词】光刻胶;光刻技术;底部抗反射涂层
黄秀文
按摩生殖器【作 者】王宽;刘敬成;刘仁;穆启道;郑祥飞;纪昌炜;刘晓亚
【作者单位】江南大学化学与材料工程学院,江苏无锡214122;江南大学化学与材料工程学院,江苏无锡214122;江南大学化学与材料工程学院,江苏无锡214122;苏州瑞红电子化学品有限公司,江苏苏州215124;苏州瑞红电子化学品有限公司,江苏苏州215124;苏州瑞红电子化学品有限公司,江苏苏州215124;江南大学化学与材料工程学院,江苏无锡214122
【正文语种】中 文
近10年，随着微电子技术的迅速发展，全球信息化、网络化呈现出日新月异的景象，微电子技术发展水平的高低直接决定着集成电路的集成程度。依据摩尔定律[1]，每隔3年，集成电路的集成度约增加4倍，其最小特征尺寸则相应缩小30%。微电子工业如此惊人的发展速度，所依赖的关键材料和核心技术就是光刻胶(Photoresist)和光刻技术(Photolithography)。
光刻胶又称光致抗蚀剂，是一种利用光化学反应进行精细图形转移的感光性高分子材料，主要应用于集成电路、半导体分立器件、平板显示器等光电子领域微细图案的加工[2，3]。
光刻技术是指利用光刻胶材料在光照作用下经过曝光、显影、刻蚀等工艺将掩膜版(Mask)上的图案转移到基体上的微细图案加工技术，其具体的工艺过程如图1所示。
过往矫正
光刻技术中最重要的性能指标就是图案的关键尺寸(Critical Dimension，CD)和分辨率(Resolution)，为了满足集成电路中高分辨率的要求，光刻技术经历了紫外全谱(300～450 nm)、G线(436 nm)、I线(365 nm)，深紫外(248 nm和193 nm)、真空紫外(157 nm)，以及引人注目的极紫外(13.5 nm)、电子束光刻等发展历程[4，5]。随着光刻技术曝光波长的不断减小，在图案分辨率明显提高的同时，也带来了一些负面影响，尤其是在I线之后发展起来的深紫外光刻技术中。由于基体(Si片)表面的光学反射效应，反射光线和入射光线相干涉，在光刻胶内部形成驻波效应(Standing Wave Effect)和多重曝光，导致图案的关键尺寸无法控制，图案侧壁出现波浪似的锯齿状缺失[6，7](如图2)，大大增加了控制刻蚀精确性的难度。此外，有研究表明[8]：曝光波长越小，光刻工艺中驻波效应、摆动效应(Swing Effect)和凹缺效应(Not-ching Effect)等对图案关键尺寸的均一性影响越大，进而严重影响图案的清晰度和分辨率。
为了克服以上问题，在20世纪90年代，研究发现抗反射涂层(Anti-Reflective Coatings，A
RC)能够有效缓解驻波效应、提高关键尺寸的均一性，海内外学者对此进行了大量的研究[9-12]。根据光刻工艺，ARC大体上可以分为两类：顶部抗反射涂层(Top Anti-Reflective Coatings，TARC)和底部抗反射涂层(Bottom Anti-Reflective Coatings，BARC)，二者都可以实现反射率的降低。但是与TARC相比，BARC降低摆动效应和凹缺效应的效果更明显，因此增加BARC来提高光刻工艺中关键尺寸均一性成为行业内普遍采用的主流方法[13]。
底部抗反射涂层是指在光刻胶和基体之间加入一层能有效消除光反射形成干涉驻波的底部抗反射材料。该涂层能够增加曝光能量范围和焦距，降低基体几何结构差异对关键尺寸均匀度的影响；同时减少反射光的散射造成的圆形缺口，缓解基体的构型导致光刻胶厚度不同而引起的摆动曲线效应和凹缺效应。
塞优
2.1 底部抗反射涂层的分类
根据BARC的组成可以将其分为无机BARC和有机BARC。其中无机BARC一般采用二氧化钛、氮化钛、氧化铬、非晶硅等粒子，通过气相沉积设备制备厚度可调的无机抗反射涂层[14，15]。该无机BARC的原理是利用无机粒子涂层厚度产生的干涉效应来减少基体的反射率，其优点在于可以通过改变无机粒子组分来调整折射率的大小，其缺点在于气相沉积工
艺复杂、设备昂贵、且刻蚀氮氧化钛涂层比较困难，因此限制了其在光刻胶用抗反射涂层中的应用。而有机BARC一般采用一种或几种有机聚合物通过旋涂的方法得到厚度均一的抗反射涂层[16]。其原理是利用有机聚合物中染色基团对紫外光的吸收来降低基体的反射率，并且其制备工艺比较简单、易刻蚀，因此已经被广泛应用于半导体光刻工艺中，以进一步提高光刻胶图像的分辨率。
根据高分子聚合链和吸光基团的结合方式可将BARC分为以下3种[17]：
a) 混合型：高分子聚合物与吸光基团通过简单的物理共混(如图3)。该方法虽然工艺简单，操作方便，但是易出现微相分离，二者混合的均一性直接影响着抗反射涂层的抗反射效率。
b) 主链型：高分子聚合物主链中含有吸光基团(如图4)。该方法虽然可以克服上述物理混合的不均一性，但是制备聚合物主链中含有染色基团的化合物存在一定的局限性，因此主链型的BARC高分子聚合物种类并不太多。
c) 接枝型：将吸光基团接枝到高分子聚合物主链上(如图5)。该方法可以通过改变聚合物主
链进而改进BARC的性能，且制备方法比较简单可控，因此接枝型的BARC成为了设计抗反射涂层的主流结构通式。
2.2 底部抗反射涂层的基本原理
抗反射涂层的机理和功效都在于将反射率最小化，而BARC则是通过有机分子对紫外光的吸收从而降低反射率。为了更好地解释光刻胶用底部抗反射涂层的基本原理，下面通过涂覆BARC和未涂覆BARC的光路图来阐释BARC降低折射率的基本原理[18](如图6)。
通过比较二者的光路图可知涂覆BARC可以显著降低反射光Is，其一是BARC中固有的吸光基团对紫外光大量的吸收；其二是经过BARC反射后产生的相移光分量Ib会与Is相消干涉，进一步减弱反射光。根据反射率公式：R=Is/IR
可知，涂覆BARC可以大大的降低基体的反射率[17]。因此与未涂覆BARC光刻胶光刻工艺相比，涂覆BARC可以有效的降低反射光，消除驻波效应。
2.3 底部抗反射涂层的两种工艺
目前BARC常用的刻蚀工艺有两种[19]：刻蚀型和碱溶型，有时也称为干法显影(Dry Patterning)和湿法显影(Wet Patterning)。其具体的工艺步骤如图7所示。
吃什么不会长胖两种工艺都是在基体上涂覆一层BARC，然后在其上旋涂一层光刻胶，后经过预烘、曝光、后烘等工艺进行显影。对于光刻胶显影图案化来说，两种工艺并没有什么差异，二者最大的区别是对于BARC的除去工艺[20]。刻蚀型BARC主要采用等离子体去除BARC，而碱溶型BARC则是依靠类似光刻胶的显影机理与显影液发生反应而被除去[21，22]。两种工艺各有利弊，刻蚀型工艺已广泛应用于工业化生产中，具有一定的可控性、成熟性。而碱溶型BARC虽然可以避免刻蚀工艺、降低等离子体对基体的损伤、减少操作流程、提高生产效率，但需要考虑烘焙条件、溶解速率、显影残渣(Post-Develop Residue，PDR)等棘手问题[23]，因此设计和制备碱溶型BARC成为广大科学工作者研究的热点。
2.4 底部抗反射涂层的设计要求
近年来，BARC材料已经应用到了集成电路的实际制造过程中，其选用的材料和结构也是各种各样，但不论是何种类型的BARC，其目的都是最大化地降低反射光的强度，最高效地消除光刻胶中的驻波效应，提高图案的分辨率。然而，一种性能优异的BARC材料还应猪肝炒什么
该满足以下的性能要求：(1) BARC混合物在预烘过程后不溶于光致抗蚀剂的溶剂中，否则光致抗蚀剂无法在BARC上成膜；(2) BARC应具有优异的抗反射效率、较高的玻璃化转变温度及分解温度；(3) BARC应具有简捷的除去工艺，如刻蚀工艺或者显影工艺；(4) 良好的BARC材料还应经济环保,满足绿色化学的发展需求。
地震演练
3.1 刻蚀型底部抗反射涂层
目前，工业生产用的BARC材料主要通过等离子刻蚀工艺除去，即光致抗蚀剂显影过后，将BARC材料暴露于氯基或氟基刻蚀剂等离子体下除去材料。设计不同主链结构的BARC材料，可以得到不同的抗反射效率和刻蚀速率。选用不同的吸光基团，可以得到不同曝光波长下的BARC材料，以下介绍几种新型的刻蚀型BARC材料。
Takei S等[24]利用含有糖苷键的葡聚糖类多糖经过酯化反应合成了一种新型的用于BARC和缝隙填充材料的葡聚糖酯聚合物(结构如图8)。以该聚合物、交联剂、催化剂制备的BARC，表现出较好的刻蚀速率和良好的抗反射性能，在45 nm节点以下的集成电路中具有良好的应用前景。
李密牛角挂书
Deshpande S V[25]将不同的吸光基团接枝到环氧甲酚酚醛树脂聚合物主体中(结构如图9所示)，成功制备了非自交联(a)和自交联(b)两种刻蚀型底部抗反射涂层。聚合物(a)通过加入乙烯基醚类交联剂与羟基发生交联反应，制得BARC。而聚合物(b)则无需额外加入交联剂，仅仅通过自身环氧基团开环产生的羟基与酸酐发生交联反应，就可制得BARC。该方法简单方便，且具有良好的抗反射能力，可将193 nm处反射光全部消除(反射率=0)。
为了进一步提高对反射光的吸收、消除驻波效应，Kim S J[26]利用环氧基团开环合成了一系列四元共聚物(如图10所示)，并与交联剂等共混，通过旋涂、加热固化等工艺制备了一种高吸光性的刻蚀型底部抗反射涂层。该涂层具有良好的收缩稳定性、较高的附着力，同时聚合物主链中引入了醚氧基团，克服了传统BARC刻蚀难的工艺问题。
此外，为了得到不同曝光波长下的BARC材料，使其具有最有效的抗反射效率，吸光基团的选择也是十分的重要的。在最近的报道中，BARC材料常选用多种吸光基团，使其在不同的曝光波长下，均能提高抗反射效率。表1列出了一些不同波长下BARC材料中常见的吸光类基团[27,28]。
