陳世言 / 工研院材化所
隨著半導體製程節點推進，微影技術對光阻材料提出更高挑戰。早期光阻依賴苯酚類聚合物，但在短波長下逐漸受限，因而轉向化學增幅型光阻。丙烯酸酯憑藉高度分子結構設計能力，能透過官能基修飾有效控制酸擴散、降低線邊粗糙度，並提升感度與解析度，同時具備優異成膜性與溶解性，適用於先進旋轉塗佈製程。其應用不僅限於光阻主體，亦廣泛用於底部抗反射塗層，藉由分子修飾調整光學性質並改善界面附著力，進一步提升圖形精度。在EUV時代，雖然面臨高吸收與殘碳等挑戰，丙烯酸酯仍展現靈活應對潛力，不僅是光阻樹脂的基礎，更是推動微影材料持續創新的核心元素。
【內文精選】
丙烯酸酯的結構優勢
丙烯酸酯分子引入酸不穩基(Acid-labile Group; ALG)，例如Tert-butyl Ester，讓所形成的CAR光阻樹脂在酸的作用下，ALG部分會去酯化成親水性羧酸，提升樹脂親水性，同時也提升光阻對比度；在先進光阻的分子設計中，也常將光酸起始劑分子結構直接引入於丙烯酸酯官能基上，使光酸在曝光時於聚合物鏈內部原位產生，藉此大幅降低光酸擴散距離，不僅改善了線邊粗糙度，同時也提升顯影對比度與圖形解析度（圖四）。
圖四、光酸鍵結CAR光阻樹脂
此外，丙烯酸酯聚合物具有優異的成膜性，黏度低、溶解性佳，適合旋轉塗佈製程，可在表面形成平整且均勻的薄膜，有利於先進製程上對於壓縮光阻膜厚的需求，以降低吸收損耗並避免光學散射。丙烯酸酯在此過程中展現出明顯優勢。
除了光阻本體外，丙烯酸酯也廣泛應用於其他前段製程材料，例如底部抗反射塗層(Bottom Anti-reflective Coating; BARC)便是其中之一。在DUV與EUV曝光下，光線可能會從基板表面反射形成立波效應(Standing Wave)，導致光阻層內的光強度不均勻，進而影響圖案的解析度和精確度，產生圖形畸變，因此必須透過具有光學調控能力的材料來抑制此現象。
製程挑戰與應對策略
隨著製程推進至2 nm或以下製程節點，光阻的要求將更加嚴苛，不僅需要更薄的膜厚與更高的解析度，還必須在極小的臨界尺寸下保持優異的圖形穩定性。在光學層面，光阻樹脂需要對EUV光源有優良的吸收能力，可透過在材料分子設計上引入氟、碘原子提升材料對EUV的吸收（圖五）。反應機制上，為達到高解析度需求，需要縮短光酸的擴散距離，光阻樹脂多採用前述引入立體障礙基團與控制分子量分布的方式來調控酸擴散的程度，以降低線邊粗糙度。此外，EUV曝光能量極高，容易造成副反應與殘碳生成，影響後續蝕刻與清洗製程，這使得光阻樹脂結構需要引入更易降解的側鏈設計，以提升材料潔淨性並減少殘留---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖五、具有不同官能基之EUV CAR光阻
★本文節錄自《工業材料雜誌》467期，更多資料請見下方附檔。