半導體用抗反射層材料：材料世界網

陳雙慧、張金華、吳明宗、黃耀正、張德宜 / 工研院材化所

微影製程中使用抗反射層(ARC)，透過光學干涉相消或吸光設計，有效減少曝光反射、提升光阻圖案解析。近年隨著新興科技發展，半導體晶片需求大幅增加，預計2030年全球抗反射塗層市場規模將達4.18億美元。為推動國內關鍵半導體材料開發，本文介紹抗反射材料種類、有機底部抗反射材料(BARC)設計與相關專利，工研院材料與化工研究所亦建置BARC材料評估與製程驗證平台，以強化半導體供應鏈自主性。

【內文精選】

抗反射材料介紹

1. 頂部抗反射層塗層(TARC)

TARC位於光阻層上方，抗反射機制如圖三所示，利用材料折射率(n)與厚度控制產生破壞性干涉以使反射光相互抵消，但僅能消除表面反射，無法改善因基板反射造成的圖案化問題，亦無法完全消除駐波(Standing Wave)。以KrF 248 nm為例，光阻n值為1.75，理想的TARC材料折射率n值為1.33、消光係數k值為0，為達到低折射率，並且必須於顯影時可溶解去除，材料設計多為含氟材料水溶性高分子，應用於i-line、KrF、乾式ArF微影技術。

2. 底部抗反射塗層(BARC)

BARC可分為無機型及有機型，應用於光阻下方與基板之間，BARC除了利用光學干涉相消，更主要的機制是透過光學吸收來減少反射光，可以有效防止反射波與入射波產生的干涉駐波，也可避免基板反射、散射造成的圖案變形(圖四)，以及過度曝光而引起的刻痕(Notching)，並降低基板反射率變化對CD均勻性的影響，達到提升製程寬容度。提高、列印技術和材料的持續進步，以及其在各個行業中持續擴大的需求應用。

圖四、BARC材料改善反射光造成的圖案化問題

有機BARC材料設計

有機BARC材料開發，需與基板及光阻的光學特性相互匹配，並適用於圖案化製程。光學特性會透過橢偏儀(Ellipsometer)分析材料曝光波長下的折射率(n)與消光係數(k)，藉由模擬得到不同BARC厚度下的反射率(R%)，由模擬結果選用最低或次低反射率下的最適BARC應用厚度。

樹脂接有吸光染料(Dye)又稱發色基團(Chromophore)以及提供交聯的官能基團等。發色基團用以調控材料於曝光波長下的n、k值，直接影響抗反射層對基底反射光的吸收能力；然而發色基團多為含苯環或雜環的吸光結構，這類型結構會因含碳量高而導致蝕刻速率降低。為了減少光阻與BARC蝕刻過程中的CD偏差，BARC材料需要具有較高的蝕刻選擇率，故設計上並非含量越高越好。樹脂鏈上的交聯基團在熱酸產生劑催化下，與交聯劑進行熱交聯固化，提供BARC良好的耐熱性、耐顯影劑、耐溶劑以及避免與光阻互溶 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。