微电子制造技术抗反射涂层
光刻机中抗反射涂层材料的性能评估与优化研究
光刻机中抗反射涂层材料的性能评估与优化研究随着科技的不断进步和电子行业的快速发展，光刻技术在集成电路制造过程中起着关键的作用。
而在光刻机中，抗反射涂层材料的性能评估与优化是一项重要的研究内容。
本文将深入探讨光刻机中抗反射涂层材料的性能评估方法和优化策略。
一、抗反射涂层材料的性能评估方法1.1 光学评估方法光刻机中抗反射涂层的主要目标是减少光刻胶与衬底之间的反射，并提高光刻胶的曝光效率。
因此，光学评估方法是评估抗反射涂层性能的重要手段之一。
常用的光学评估方法包括：（1）反射率测量：通过测量光在材料表面的反射率，来评估抗反射涂层的阻尼效果和吸光度。
（2）透射率测量：通过测量材料表面的透射率，来评估光刻胶的曝光效率和光刻胶的光学吸收。
（3）色散性能测量：通过测量材料对不同波长光的透射率，来评估抗反射涂层对不同光谱的吸收和散射。
1.2 物理评估方法除了光学评估方法外，物理评估方法也可用于抗反射涂层材料的性能评估。
常用的物理评估方法包括：（1）机械性能测试：通过测试材料的硬度、耐磨性和耐久性等机械性能指标，来评估抗反射涂层材料的质量和稳定性。
（2）热性能测试：通过测试材料的热传导性能、热膨胀系数和热稳定性等参数，来评估抗反射涂层在高温环境下的表现。
（3）化学稳定性测试：通过测试材料在酸碱溶液中的稳定性和耐腐蚀性能，来评估抗反射涂层材料的抗化学侵蚀性能。
二、抗反射涂层材料性能优化策略2.1 材料选择在抗反射涂层材料的性能优化中，选择合适的材料是关键一步。
材料选择需考虑如下因素：（1）折射率：选择与光刻胶折射率相匹配的材料，以实现最佳的抗反射效果。
（2）光学吸收率：材料的光学吸收率应尽量低，以提高光刻胶曝光效率。
（3）机械性能：材料应具备良好的机械性能，以确保抗反射涂层的稳定性和耐久性。
2.2 涂层结构优化除了材料选择，涂层结构的优化也是提高抗反射涂层性能的重要策略之一。
涂层结构的优化可通过以下方式进行：（1）多层结构设计：采用多层结构，利用不同材料的折射率差异，形成消除反射的干涉效应。
减少底部抗反射涂层
1引言集成器件制造商（IDM ）对刻蚀后和涂胶后的缺陷极为挑剔。
任何缺陷都可能导致器件失效，这将为设备制造商造成经济损失。
器件制造过程涉及非常多的步骤，晶圆表面缺陷为零极为困难，因此，设备制造商展开了大量的研究工作，致力于将缺陷减少到最小。
缺陷可能由很多的因素引起，例如，BARC 涂层缺陷受打胶过程影响，包括打胶时的晶圆转速、打胶量、打胶速率等。
通常情况下，集成器件制造商会在涂胶机上增加一个额外的过滤模块，用以尽量将BARC 缺陷降至最少。
传统型号的胶泵，在打胶的同时液体被过滤器过滤，这意味着液体的过滤速率与打胶速率相同。
对于孔径较大的过滤器来说这不是一个问题，然而，当今使用的过滤器孔径为0.01μm 或更小，可能就会出现一定的问题，会导致过度压降，在打胶时出现不连续的现象。
现在的泵被设计成过滤过程和打胶过程处于分离状态。
现在的泵相当于将两个泵安装在一起，过滤泵会为打胶泵提供一个小储液罐，这个储液罐是在不打胶时被填充满的。
在这种情况下，过滤泵就可以用不同于打胶速率的其他速率来过滤液体，而且可以使用孔径极小的过滤器去除最小的杂质污染物，保持低压降通过过滤器，提高过滤效率。
随着泵的灵活性增加，集成器件制造商在打胶过程设置时必须考虑另外一种因素。
也就是说在给定一个特定的过滤器孔径时，最有效的过滤速率是多少？过滤速率取决于液体吗？实验中，采用不同的BARC 材料进行不同的过滤速率来回答这些问题。
结果表明，过滤速率和过滤器孔径对膜层缺陷密度有显著影响，而打胶时晶圆速度和打胶时间所发挥的作用较小。
2实验过程本文选择DUV112、ARC29A 和DUV42P 这三种BARC 进行实验，其分子量不同。
测试使用英特格IntelliGen2型号的电动泵（如图1所示），搭载在沈阳芯源FT-300涂胶显影机平台上。
使用0.39μm 精度的KLA-Tencor 缺陷量测工具进【作者简介】朴勇男（1979-），男，辽宁沈阳人，朝鲜族，电气助理工程师，从事涂胶显影机的工艺研究。
光刻胶顶部抗反射层的材料
光刻胶顶部抗反射层的材料光刻技术是微电子制造过程中不可或缺的重要工艺之一，而光刻胶作为光刻过程中的关键材料，起到了保护和传递光的作用。
为了提高光刻胶在光学器件制作中的效果，必须对光刻胶顶部进行抗反射处理。
本文将详细介绍光刻胶顶部抗反射层的材料。
在光刻胶顶部进行抗反射处理的目的是为了减少入射光与胶层界面之间的反射，提高光刻图案的清晰度和分辨率。
为了实现这一目标，常用的材料有以下几种：1. 氮化硅（SiNx）：氮化硅是一种常用的光刻胶顶部抗反射层材料。
它具有良好的抗反射性能和适当的光学常数，能有效降低光的反射，并且对光刻胶的性能没有负面影响。
氮化硅的制备工艺相对简单，成本较低，因此被广泛应用于光刻工艺中。
2. 氧化硅（SiO2）：氧化硅是另一种常用的光刻胶顶部抗反射层材料。
它具有较高的抗反射性能和适当的光学常数，能够有效降低光的反射，并提高光刻图案的清晰度。
氧化硅的制备工艺相对简单，成本较低，因此也被广泛应用于光刻工艺中。
3. 共轭聚合物：共轭聚合物是一类具有特殊结构的聚合物材料，具有良好的光学性能和抗反射性能。
通过调整共轭聚合物的结构和组成，可以实现对特定波长光的选择性吸收，从而降低光的反射。
共轭聚合物具有较高的耐热性和化学稳定性，适用于高温和化学腐蚀的光刻工艺。
4. 金属氧化物：金属氧化物是一类具有高折射率和良好抗反射性能的材料。
常用的金属氧化物有二氧化钛（TiO2）、二氧化锆（ZrO2）等。
金属氧化物可以通过溅射、离子束沉积等方法制备在光刻胶的顶部，形成一层抗反射层。
金属氧化物具有较高的耐热性和化学稳定性，适用于高温和化学腐蚀的光刻工艺。
5. 多层膜结构：多层膜结构是一种将多种材料按照一定的厚度和顺序堆叠起来的抗反射层结构。
通过选择不同折射率的材料和调整层厚，可以实现对特定波长光的选择性吸收和反射。
多层膜结构的抗反射性能较好，但制备工艺相对复杂，成本较高。
光刻胶顶部抗反射层的材料有氮化硅、氧化硅、共轭聚合物、金属氧化物和多层膜结构等。
亚波长纳米结构抗反射涂层
亚波长纳米结构抗反射涂层
亚波长纳米结构抗反射涂层是一种新型的光学材料，它利用纳米结构的特殊性质，成功地减少了光的反射率。
这种涂层可广泛应用于太阳能电池板、光学镜头和显示器等领域。
亚波长纳米结构抗反射涂层的核心技术是利用纳米级别的结构，在光线与材料交互时，通过干涉效应来减少光的反射率。
这种涂层可以有效地提高光学器件的透光率，从而提高其效率，并减少光线散射和反射造成的损失。
该技术的优势在于，它可以通过简单的化学方法制备，并且可以应用于不同类型的材料表面，包括玻璃、塑料和金属。
此外，亚波长纳米结构抗反射涂层具有优异的耐久性和稳定性，可以在不同的环境条件下使用。
总之，亚波长纳米结构抗反射涂层是一种具有广泛应用前景的新型光学材料。
随着技术的不断发展，相信它将为光学器件的性能提升和成本降低带来更多的机遇和挑战。
- 1 -。
光刻机中抗反射涂层材料的性能评估与优化
光刻机中抗反射涂层材料的性能评估与优化光刻技术是半导体工业中不可或缺的重要工艺，用于将电路图案转移到硅片上。
其中，抗反射涂层材料在光刻过程中起着至关重要的作用。
本文将对光刻机中抗反射涂层材料的性能评估与优化进行论述。
一、抗反射涂层材料的性能评估方法在光刻机中，抗反射涂层材料的性能评估需要基于以下几个关键指标进行。
1. 抗反射性能：抗反射涂层材料应具有良好的抗反射性能，能够有效减少反射光对光刻曝光的干扰。
通过实验测量反射率，可以评估抗反射涂层材料的性能。
2. 光学特性：光学特性包括透射率、折射率等指标，影响抗反射涂层的光学性能。
通过测试这些指标，可以评估抗反射涂层材料的适用性。
3. 热稳定性：光刻机中工作环境温度较高，因此抗反射涂层材料需要具备良好的热稳定性，以避免在高温下出现失效或变形等问题。
二、抗反射涂层材料的优化方法为了提高抗反射涂层材料的性能，以下几个方面可供参考。
1. 材料选择：根据具体需求，选择适当的抗反射涂层材料。
常见的材料有二氧化硅、氮化硅等，不同材料具有不同的光学特性和热稳定性。
2. 结构设计：通过调整抗反射涂层的结构，如多层膜设计、纳米结构等，可以增强抗反射效果。
合理设计结构能够显著降低反射光的影响。
3. 表面处理：通过表面处理技术，如喷涂、溅射等，可以改变抗反射涂层材料的表面形貌，以提高其抗反射性能。
4. 材料改性：通过掺杂、改变成分等方式，改善抗反射涂层材料的性能，如提高透射率、降低折射率等。
三、光刻机中抗反射涂层材料的发展趋势随着半导体工艺的进一步发展，对抗反射涂层材料的要求也越来越高。
下面是一些光刻机中抗反射涂层材料的发展趋势。
1. 多层膜设计：利用多层膜设计可以更好地控制光的反射和透射，以提高抗反射涂层的效果。
2. 纳米结构设计：通过引入纳米结构，可以显著改变抗反射涂层的光学性质，进一步降低反射率，提高抗反射效果。
3. 多功能材料：研发具有多种功能的抗反射涂层材料，如兼具耐热性、耐蚀性、机械强度等，并满足特定光学性能要求。
微电子制造技术抗反射涂层
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光的实质就是电磁波，光也能辐射能量。这 两个描述反映了光的波粒两相性的本质。因此可
以用波长（ λ）和频率（ƒ）来描述。这两者的
关系如图14.3所示，其中υ是光的速度。
= v f
v = 光的速度, 3E 108 m/sec
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Figure 14.35 分步重复光刻机
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曝光光源
在光刻胶曝光过程中，是通过光刻胶材料发 生光化学反应来转移掩膜版的图形，而且必须在 最短的时间内完成，同时要求在批量生产中是可 重复的。
紫外光用于光刻胶的曝光是因为光刻胶材料 与这个特定波长的光反应满足上述要求。因为较 短的波长可以获得光刻胶上较小尺寸的分辨率。 所以现今最常用光学光刻的两种紫外光源是：汞 灯和准分之激光。除此之外其它用于先进的或特 殊应用的光刻胶曝光有X射线、电子束和离子束。
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相对强渡 (%)
高强度汞灯的发射光谱
120
i-line
100
365 nm
80
h-line 405 nm
g-line 436 nm
60
40
DUV
20 248 nm
0
200
300
400
500
600
波长 (nm)
Figure 14.7 典型的高压汞灯的发射光谱
快门
UV 光源
对准曝光
快门在聚焦和对准过程 中闭合，而在曝光过程 中打开
光刻机中抗反射涂层材料的性能评估
光刻机中抗反射涂层材料的性能评估光刻技术在半导体工业中扮演着重要角色，而抗反射涂层材料则是光刻机中不可或缺的一部分。
抗反射涂层材料的性能评估对于光刻机的有效运作起着至关重要的作用。
本文将对光刻机中抗反射涂层材料的性能进行评估，并探讨其影响因素。
一、抗反射涂层材料的定义及作用抗反射涂层材料，简称ARC（Anti-Reflection Coating），是一种能够减少光的反射并提高透过率的材料。
在光刻机中，ARC可降低光刻胶在光刻过程中与光源反射的损失，提高光刻胶的曝光效率和图形分辨率。
二、抗反射涂层材料的性能指标1. 透过率：抗反射涂层的主要目标是提高透过率，即使光能以最大程度穿透抗反射涂层，达到高质量的光刻效果。
2. 抗反射性能：材料的抗反射性能是衡量抗反射涂层材料效果的重要指标，主要通过测试光的反射率来评估。
3. 平坦度：涂层材料在应用过程中需要具备良好的平坦度，以确保光刻胶均匀覆盖整个表面。
4. 耐蚀性：光刻机中涂层材料需要具备一定的耐蚀性，以应对光刻胶溶液的侵蚀，保持材料的长期稳定性和耐用性。
5. 粘附力：涂层材料需要具备良好的粘附力，以确保在光刻过程中不会发生脱落或剥离等现象。
三、影响抗反射涂层材料性能的因素1. 材料的光学特性：不同抗反射涂层材料具有不同的光学特性，如折射率、光学消光系数等，这些特性直接影响到抗反射性能。
2. 材料的物理性质：包括材料的硬度、抗压性、耐高温性能等，这些性质会影响涂层的耐用性和稳定性。
3. 材料的制备工艺：制备工艺的不同会对涂层的均匀性、致密性和平坦度等产生影响。
4. 材料与基底的相容性：抗反射涂层材料必须与基底材料具有良好的相容性，以确保涂层的粘附力和稳定性。
四、抗反射涂层材料性能评估方法1. 透射光谱测试：通过透射光谱测试，可以评估抗反射涂层的透过率和抗反射性能。
2. 表面形貌测试：通过表面形貌测试，可以评估抗反射涂层的平坦度和光滑度。
3. 粘附力测试：通过粘附力测试，可以评估抗反射涂层的粘附性能。
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Table 14.2 汞灯的强度峰
UV 光波长 (nm) 436 405 365 248
描述符号 g-line h-line i-line Deep UV (DUV)
CD 分辨率 (m) 0.5 0.4 0.35 0.25
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微电子制造技术 电信对强渡 (%)
高强度汞灯的发射光谱
i-line 365 nm h-line 405 nm g-line 436 nm
60
40 20
DUV 248 nm
0
200 300 400 500 600
波长 (nm)
Figure 14.7 典型的高压汞灯的发射光谱
通过表14.2可以看出，要得到0.25µm以下的特 征尺寸，对应的光源波长应该是小于 248nm的深紫 外（DUV）光，但是从图14.7可以看出，248nm的深 紫外发射是365nm的I线发射强度的1/5。
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掩膜版上设计的每一层图形都有一个特
殊功能，如接触孔、MOS的源漏区或金属线等 ，光刻过程中掩膜版把这些图形彼此套准来
制成硅片上的器件或电路。版图套准过程有
对准规范，就是前面提出的套准容差。怎样 精确地把亚微米尺寸套准，对光学光刻提出 了特殊的对准挑战。
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光学曝光
在曝光过程中，从光源发出的光通过对准的 掩膜版（版上有黑白分明的区域，这些区域形成 了要转移到硅片表面的图形）对涂胶的硅片曝光 。曝光的目的就是要把掩膜版上的图形精确地复 制到涂胶的硅片上。 曝光的一个方面是在所有其它条件相同时， 曝光光线波长越短能曝出的特征尺寸就越小。此 外，曝光的光线必须具有一定的能量，以便对光 刻胶产生光化学反应。为了提高曝光质量，光必 须均匀地分配到整个曝光区域。 为了获得精细光刻的关键尺寸，光刻需要在 短波长下进行强曝光。
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学 习 目 标 1. 解释光刻中对准和曝光的目的； 2. 3. 4. 5. 描述光刻中光的特性及光源的重要性； 了解光学系统对光刻工艺的重要性； 解释分辨率，说明它对光刻的重要性； 了解光刻中获得精确对准的方法。
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UV 光源 快门 对准曝光 快门在聚焦和对准过程 中闭合，而在曝光过程 中打开
(nm)
紫外光谱
EUV VUV DUV Mid-UV 紫
可见光谱（白光）
蓝 绿 黄 橙 红
4
50
100
150
200
250 248
300
350 365 i
400
450
500
550
600
650
700
13（极紫外）
126 157 193
405 436 g h
准分之激光 光刻光源
汞灯 Figure 14.6 电磁波谱
6
4
3 2 7
8
1
剖面图
顶视图
Figure 14.2 CMOS 剖面和投影掩膜版的顶视图
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1) STI 刻蚀
2) P-阱注入
3) N-阱注入
4) 多晶硅栅刻蚀
5) N+ S/D 注入
6) P+ S/D注入
7) 氧化层接触刻蚀
8) 金属刻蚀
Figure 14.2 投影掩膜版的分解图
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第 14 章
光刻：对准和曝光
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概
述
对准就是把所需图形在硅片表面上定位或对 准。而曝光是通过曝光灯或其它辐射源将图形转 移到光刻胶涂层上。如果说光刻胶是光刻工艺的 “材料”核心，那么对准和曝光则是该工艺的“ 设备”核心。图形的准确对准是保证器件和电路 正常工作的决定性因素之一。 因为最终的图形是用多个掩膜版按照特定的 顺序在晶园表面一层一层叠加建立起来的。图形 定位的要求就好像是一幢建筑物每一层之间所要 求的正确对准。如果每一次的定位不准，将会导 致成品率下降或者整个电路失效。
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光的实质就是电磁波，光也能辐射能量。这 两个描述反映了光的波粒两相性的本质。因此可 以用波长（ λ）和频率（ƒ）来描述。这两者的 关系如图14.3所示，其中υ是光的速度。
= v f
v = 光的速度, 3E 108 m/sec f = 以 Hz为单位的频率(每秒周期) = 波长，频率对应周期的物理长度， 以米为单位 激光器
Figure 14.3 光的波长和频率
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波的干涉
波本质上是正弦曲线。任何形式的正弦波只 要有相同的频率就能相互干涉。有两种类型的干 涉基于波是否有相同的相位（见下图）。
相长干涉
A 同相位波 不同相位波 B
相消干涉
A+B
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Figure 14.4
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光学滤波器 滤光器利用光的干涉阻止不需要的 入射光，通过反射或干涉来获得一个特定波长的 波（见图14.5）
宽带光
被反射的波长
涂层 1 (不反射)
涂层2 涂层3
二次反射 (干涉)
玻璃
透射的波长
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Figure 14.5 光学滤波
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整个可见和不可见的电磁波被称作电磁波谱， 它由从极短到极长波长的各种辐射能组成。 黄光和红光因为它处在可见光区含极少紫外光 ，因此不会影响光刻胶。所以光刻区的照明通常使 用黄光或红光。
投影掩膜版（在投影掩 膜版视场内可能包含一 个或多个芯片） 投影透镜（缩小的投影掩 膜版的视场到硅片表面）
单视场曝光，包括：聚焦 、对准、曝光、步进和重 复过程
承片台在 X, Y, Z, q方向控制硅片的 位置
Figure 14.1 掩模版图型转移到光刻胶上
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曝光光源
在光刻胶曝光过程中，是通过光刻胶材料发 生光化学反应来转移掩膜版的图形，而且必须在 最短的时间内完成，同时要求在批量生产中是可 重复的。 紫外光用于光刻胶的曝光是因为光刻胶材料 与这个特定波长的光反应满足上述要求。因为较 短的波长可以获得光刻胶上较小尺寸的分辨率。 所以现今最常用光学光刻的两种紫外光源是：汞 灯和准分之激光。除此之外其它用于先进的或特 殊应用的光刻胶曝光有X射线、电子束和离子束。