大多數關于高級光刻的討論都集中在三個要素上——曝光系統、光掩模和光刻膠——但這只是挑戰的一部分。

將圖案從光掩模成功轉移到晶圓上的物理結構還取決于多種薄膜的協同工作，包括底層、顯影劑和各種表面處理。事實上，該工藝的大部分靈活性和適應性都來自于這些輔助材料，三星電子首席工程師 Hyungju Ryu 在最近的 SPIE 高級光刻和圖形會議上的演講中說。

光刻是最復雜的開發過程，曝光系統的開發和采購需要數年時間。因此，一旦設計在工廠內投入生產，對光掩模的更改是不受歡迎的。因此，針對實際條件優化圖案轉移通常落在光刻膠和蝕刻工藝上。

底層使晶圓表面正常化

在第一層之后的任何層中，器件晶圓都呈現出不均勻的表面。與硅和金屬交織的氧化物圖案會導致表面能和潤濕性發生變化，并且先前的表面處理會導致粗糙度。

底層涂層有助于平滑這種特征粗糙度并改善曝光結果。他們通過使表面能正常化、促進光刻膠粘附并降低圖案坍塌的風險來做到這一點。

當需要薄光刻膠時，例如在高數值孔徑 EUV 中，光刻膠層本身可能無法捕獲足夠的曝光劑量。致密的底層可以幫助抵抗光致產酸劑 (PAG) 擴散，確保光致產酸劑分子保持在光刻膠保護基團附近。不幸的是，EUV 光子具有如此高的能量，以至于它們與薄光刻膠的反應可以從底層以及光刻膠本身激發二次電子。在金屬氧化物光刻膠中，應用材料公司的研究人員表明，這些二次電子可以改善交聯，確保整個光刻膠層不溶于顯影劑。

imec 研究員 Mihir Gupta 指出，底層設計涉及在蝕刻選擇性和抗腐蝕之間取得平衡。蝕刻選擇性是兩種材料之間蝕刻速率的差異。它部分取決于材料和蝕刻等離子體之間的相互作用。這些材料的差異越大，就越容易確定將蝕刻其中一種而不蝕刻另一種的工藝條件。

致密的底層可以通過提供與光刻膠的強烈對比來提高選擇性。同時，總蝕刻時間也是影響光刻膠侵蝕的一個重要因素。致密的底層蝕刻更慢，增加了光刻膠對蝕刻化學物質的暴露。隨著光刻膠厚度的下降，平衡這兩個因素變得更具挑戰性。

晶圓廠通常使用光刻膠來圖案化抗蝕刻硬掩模，然后依靠硬掩模來保護晶圓。但是，如果光刻膠太薄，它可能會在第一個轉移步驟完成之前被侵蝕掉。隨著光刻膠厚度的減小，底層厚度也應該減小。

不幸的是，正如 Brewer Science 高級研究員 Si Li 及其同事所表明的那樣，隨著厚度的下降，傳統的旋涂層可能無法形成均勻的涂層。相反，Brewer Science 工程師展示了一種小分子“旋涂底漆”材料，能夠獲得比傳統聚合物更薄的層。

Nissan Chemical 的研究員 Wataru Shibayama 及其同事通過首先旋涂底漆層，然后用溶劑沖洗，獲得了類似的結果。該團隊隨后將結果與原子層沉積中的吹掃循環進行了比較。溶劑沖洗去除未反應的底漆，留下均勻的薄層 (10?)。

并非所有缺陷都打印出來：面漆和顯影劑如前所述，光刻膠捕獲的圖像包含一定程度的隨機缺陷。這是由光子和化學散粒噪聲引起的，但這并不是故事的結局，因為并非光刻膠捕獲的所有缺陷都會打印在晶圓上。即使在曝光之后，也有很多機會可以改善最終印刷圖案。例如，杜邦電子技術經理侯希森及其同事指出，ArF 和 KrF 光刻工藝經常在曝光后和曝光后烘烤前使用面漆，通過使缺陷和側壁更易溶于顯影劑來化學“修剪”光刻膠圖案.

修剪效果的強度是可調的。它可以簡單地降低橋接缺陷的可能性，或者可以調整整體臨界尺寸 (CD)。在 EUV 曝光測試中，杜邦團隊能夠將所需劑量減少 24%，但仍能達到相同的分辨率。

干法光刻膠和干法顯影工藝允許調整光刻膠和顯影參數作為工藝配方的一部分。imec 研發團隊負責人 Hyo Seon Suh 解釋說，更積極的開發過程可以平滑線邊緣并消除一些橋接缺陷。同時，更激進的過程可能使換行更有可能發生。通常，蝕刻后無故障窗口以比光刻后窗口更大的 CD 為中心。

圖 1：（顯影）優化干式顯影參數可改善粗糙度和橋接缺陷，同時適度增加劑量與尺寸比。

圖 2：（蝕刻）相對于開發后檢查 (ADI)，蝕刻后檢查 (AEI) 隨著整體 CD 的增加發現更少的缺陷和更小的粗糙度

相比之下，Inpria 的金屬氧化物抗蝕劑依賴于基于濕軌的開發過程。在他們的抗蝕劑中，保護性配體圍繞著金屬氧化物核心。通過共同優化抗蝕劑和顯影化學物質，晶圓廠可以根據自己的要求調整分辨率/線寬/劑量權衡。

根據 TEL 研究員 Cong Que Dinh 的說法，要考慮的關鍵參數是 m，即抗蝕劑中溶解抑制劑的濃度。m隨深度 ( dm/dx )的變化是完全或不完全曝光的量度。標準偏差σ m是抗蝕劑偏析和化學散粒噪聲的其他影響因素的量度。

一般來說，減少曝光劑量會增加 dm/dx。抗蝕劑的表面可能是完全可溶的，但不完全的顯影會導致通孔底部出現浮渣，抗蝕劑特征底部出現浮渣。減小σ m有助于提高對比度和銳化特征邊緣。在 TEL 的 ESPERT 工藝中，顯影劑化學物質通過改變曝光的抗蝕劑表面的極性以促進溶解來降低σ m 。TEL 小組能夠解決通過干涉光刻印刷的 8 納米半間距特征。在 10nm 半間距處，通過優化顯影化學，靈敏度提高了 30%，線寬粗糙度降低了 21%。

隨著工藝的發展，imec 的 Hyo Seon Suh 表示，曝光工具可實現的絕對分辨率是第一步，其次是能夠在晶圓上實現該分辨率的蝕刻系統。但要在生產設計中真正實現這些功能，底層、開發人員和流程中其他鮮為人知的元素發揮著關鍵作用。

審核編輯 ：李倩