辅助层:EUV光刻的无名英雄

大多数关于先进光刻技术的讨论都集中在三个要素上——曝光系统、掩模和光抗蚀剂——但这只是挑战的一部分。

成功地将图案从光掩膜转移到晶圆上的物理结构也取决于各种薄膜的协同工作，包括底层，显影剂和各种表面处理。事实上，该工艺的灵活性和适应性很大程度上来自这些辅助材料，三星电子首席工程师Hyungju Ryu在最近的SPIE高级光刻和图案会议上发表演讲时说。[1]

光刻是最复杂的开发过程，曝光系统的开发和采购需要数年时间。因此，一旦设计在晶圆厂内进入生产阶段，对光掩膜的更改是不受欢迎的。因此，优化现实条件下的图案转移通常落在抗蚀剂和蚀刻工艺上。

底层规范晶圆片表面
在第一层之后的任何一层中，器件晶圆呈现非均匀表面。与硅和金属交织的氧化物图案引起表面能和润湿性的变化，并且先前的表面处理可以引入粗糙度。

底层涂层有助于平滑这种特征粗糙度并改善曝光结果。它们通过使表面能量正常化、促进抗粘着力和降低图案崩溃的风险来做到这一点。

当需要薄的抗蚀剂时，如在高数值孔径EUV中，仅抗蚀剂层可能无法捕获足够的暴露剂量。致密的底层可以帮助抵抗光酸发生器(PAG)扩散，确保光酸分子保持在光阻剂保护基团附近。不幸的是，EUV光子具有如此高的能量，以至于它们与薄光刻胶的反应可以激发来自底层以及光刻胶本身的二次电子。在金属氧化物抗蚀剂中，应用材料公司的研究人员表明，这些二次电子可以改善交联，确保整个抗蚀剂层不溶于显影剂。[2]

imec研究员Mihir Gupta指出，底层设计涉及在蚀刻选择性和抗侵蚀性之间取得平衡。蚀刻选择性是两种材料之间蚀刻速率的差异。它部分取决于材料和蚀刻等离子体之间的相互作用。这些材料的差异越大，就越容易确定会腐蚀其中一种而不是另一种的工艺条件。

致密的底层可以通过提供与抗蚀剂的强烈对比来提高选择性。同时，总蚀刻时间也是光刻胶腐蚀的重要因素。致密的底层蚀刻速度较慢，增加了抗蚀剂对蚀刻化学物质的暴露。随着抗蚀剂厚度的下降，平衡这两个因素变得更加具有挑战性。

晶圆厂通常使用光刻胶来制作耐蚀刻的硬掩模，然后依靠硬掩模来保护晶圆。但是，如果抗蚀剂太薄，在第一步转移完成之前就会被腐蚀掉。随着抗蚀剂厚度的减小，下层厚度也应减小。

不幸的是，正如布鲁尔科学公司的高级研究助理李思和他的同事所表明的那样，随着厚度的下降，传统的自旋层无法形成均匀的涂层。相反，布鲁尔科学公司的工程师们展示了一种小分子“自旋引物”材料，能够实现比传统聚合物更薄的层。［4］

日产化学公司的研究人员Wataru Shibayama和他的同事们首先在底漆层上旋转涂层，然后用溶剂冲洗，取得了类似的结果。然后，研究小组将结果与原子层沉积中的吹扫循环进行了比较。溶剂冲洗去除未反应的底漆，留下均匀，薄(10Å)层。

并不是所有的缺陷都打印出来:顶级涂层和开发人员
抗蚀剂捕获的图像包含一定程度的随机缺陷，如以前讨论的。这是由于光子和化学弹丸噪声，但这并不是故事的结束，因为不是所有的缺陷捕获的光刻胶将打印在晶圆上。即使曝光后，也有几次机会来改善最终的印刷图案。例如，杜邦电子技术经理Xisen Hou及其同事指出，ArF和KrF光刻工艺经常在曝光后和曝光后烘烤之前使用面漆，通过化学方法“修整”抗蚀剂图案，使缺陷和侧壁更容易在显影剂中溶解。［6］

修剪效果的强度是可调的。它可以简单地减少桥缺陷的可能性，或者可以调整整体临界尺寸(CD)。在使用极紫外线照射的测试中，杜邦团队能够将所需剂量减少24%，但仍能达到相同的分辨率。

干抗蚀剂和干显影工艺允许将抗蚀剂和显影参数作为工艺配方的一部分进行调整。imec研发组组长徐孝善解释说，更激进的开发过程可以使线条边缘平滑，并消除一些桥梁缺陷。与此同时，更激进的过程可能会使断行的可能性更大。通常，蚀刻后无故障窗口位于比光刻后窗口更大的CD上。

图1:(开发)优化干燥开发参数可以改善粗糙度和桥接缺陷，同时适度增加剂量-尺寸。来源:imec

图2:(蚀刻)相对于显影后检查(ADI)，随着整体CD的增加，蚀刻后检查(AEI)发现的缺陷和粗糙度更少。来源:imec

相比之下，Inpria的金属氧化物抗蚀剂依赖于基于湿轨道的开发过程。在它们的抗蚀剂中，保护配体围绕着金属氧化物核心。通过共同优化抗蚀剂和显影化学，晶圆厂可以根据自己的要求调整分辨率/线宽/剂量权衡。

根据TEL研究员丛克丁的说法，考虑的关键参数是m，即抗蚀剂中溶解抑制剂的浓度。的变化米有深度(dm / dx)是完全或不完全暴露的量度。[9]标准差σ_米是一种抵抗隔离和其它化学丸噪声的措施。

一般来说，减少暴露剂量会增加dm/dx。抗蚀剂表面可以完全溶解，但发育不完全会导致孔口底部的浮渣和抗蚀剂底部的基脚。减少σ_米有助于提高对比度和锐化特征边缘。在TEL的ESPERT工艺中，显影剂的化学成分减少了σ_米通过改变暴露的抗蚀剂表面的极性来促进溶解。TEL组能够分辨8nm半间距特征，通过干涉光刻印刷。在10nm半间距时，通过优化显影剂化学，灵敏度提高了30%，线宽粗糙度降低了21%。

imec的Hyo Seon Suh表示，随着工艺的发展，曝光工具可以实现的绝对分辨率是第一步，其次是能够在晶圆上实现该分辨率的蚀刻系统。但要在产品设计中真正实现这些功能，底层人员、开发人员和流程中其他鲜为人知的元素起着至关重要的作用。

参考文献
(编者注:所有引用的论文均发表于SPIE 2023。有些可能还没有提供给非与会者。)
[10] Hyungju Ryu等，“利用化学方法充分利用EUVL:利用显影剂和漂洗减轻随机效应”，论文12494-4,SPIE高级光刻和图案会议，2023。
[10] Sudha Rathi等，“EUV光刻的金属氧化物抗蚀性和底层相互作用”，论文12498-23,SPIE高级光刻和图案会议，2023。
[10] Mihir Gupta, et al.，“EUV光刻的缩小沉积下层”，论文12498-73,SPIE先进光刻和图案会议，2023。
[10]李思等，“新型辅助层在不同基板上提高光刻胶的光刻性能，”论文12498-21，中国光刻学会高级光刻与图案会议，2023。
[10] [Wataru Shibayama，等，“高na - EUV光刻的新型表面处理工艺和底漆”，论文12498-22,SPIE高级光刻与图案会议，2023.]
[10]侯希森等，“化学切边涂层:一种先进的光抗蚀剂增强工艺”，论文12498-24，中国光刻学会高级光刻与图案会议，2023。
[10]徐孝贤，“高na - EUV光刻技术的干抗蚀性研究”，论文12498-1，中国光刻学会，2023。
[10] Peter De Schepper等，“MOx抗蚀剂配方和工艺在高na EUV光刻中的进展”，论文12498-2,SPIE先进光刻和图案会议，2023。
[10]张晓明，“高na - EUV光刻技术的研究进展”，中国光刻学会年会论文集，2023。