通过反常色散改变折射率的底面抗反射涂层制造技术

本发明专利技术提供一种生成抗反射底层的方法，在用于平版印刷时，可以有效地减小衬底反射率和摆动曲线的影响。它涉及采用适当选择的单体的和／或聚合的染料，把折射率的实部调节到利于减小与反射相关的影响的范围。通过反常色散，即利用底层吸收引起的折射率的实部的变化，影响反射率的变化。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
在显微平版印刷术(microlithography)中采用底面抗反射涂层(B.A.R.C’S)可以减小光致敏感性(photoresist sensitivity)随膜厚周期性波动(所谓的摆动曲线)的影响，可以消除或减小从非平面衬底上反射的影响。一个众所周知的现象是越过台阶的线的尺寸波动台阶的非垂直侧壁上的光反射促使能量进入与台阶相连的光致抗蚀剂膜中，导致线宽的减小(“反射台阶”)。在晶粒特别粗大的反射材料中也可以观察到同样的影响。文献(T.Brunner,Proc SPIE 1466,297(1991))表明摆动曲线的幅度，即所谓的“摆动比”S，可近似为S=4(RtRb)1/2exp(-αd)(1)其中，Rt是光致抗蚀层上部对如空气或上部抗反射层的反射率，Rb是光致抗蚀层底面的对如衬底或底面抗反射层的反射率，d是光致抗蚀剂膜厚度。下面，我们把光致抗蚀剂膜折射率写作一个复数Nr=nr-ikr，其中nr是Nr的实数部分，与一般所说的“折射率”等值。kr是Nr的虚部，常被当作消光系数。它与吸收系数有关，kr=αrλ/(4π)，吸收系数αr(λ)是波长的函数。衬底/底面涂层/光致抗蚀剂膜/空气的多层膜可被很好地简化成三层系统处理，其中，薄的底面抗反射涂层夹在半无限光致抗蚀剂膜和衬底层之间。这时，从BARC上的反射幅度由下式给出ρb=(ρrb+ρbsτ2)/(1+ρrbρb5τ2)τ其中ρrb=(Nr-Nb)/(Nr+Nb),ρbs=(Nb-Ns)/(Nb+Ns)是反射系数，τ2=exρ(-i4π/λNbt)是相因子，t是底面抗反射膜的厚度，下标r、b、s分别表示光致抗蚀剂膜，底面涂层和衬底。对于吸收膜，ρb是复数。从底面涂层的反射率R=ρbρb*，“*”表示带有复数部分。由上可知，与光致抗蚀剂膜很相似地，底面抗反射涂层发生干涉效应，随层厚增加，引起反射光强度的周期性弯化。底面抗反射涂层比光致抗蚀剂膜吸收更多，底面抗反射涂层的“摆动曲线”被大大减幅了。所有的反射传输因子和相系数都是复数。因此，计算变得相当繁琐，十分难以表达，我们选择了数学程序(Wolfram Technologies,Inc版本)的符号代数包或ExcelTM分析工具包提供的用复数处理写的MicrosoftExcelTM电子表格进行运算。在解释附图说明图1的反射率值时，必须注意摆动比与反射率的平方根成正比，而不是与反射率成正比。分析表明底面涂层消光系数kb的值小时，第一干涉最小值的反射率不接近零值，但底面涂层非常厚时可得到很小的值，对比之下，对于大的kb值，第一最小值的反射率已接近于零。但是厚膜的反射率很大使得后面的最小值具有很大的反射率，厚度很大时，反射率的渐进值就非常高。这基本上意味吸收性强的厚的底面涂层开始成为它们自己的镜面元件来起作用，实质上从这一点上讲金属是更好的镜面，因为它们的吸收性更强了。在半无限光致抗蚀剂膜和底面涂层的边界条件上，考虑麦克斯韦尔(Maxwell’s)方程的电场和磁场的连续条件，从而可以推导出半无限膜厚度的反射率的公式R∞=(nr-nb)2+(kr-kb)2(nr+nb)2+(kr+kb)2,---(3)]]>其中下标r表示是光致抗蚀部件，b表示是底面涂层。显然可见，通过插入光致抗蚀剂膜和底面涂层的典型值，对于实际遇到的光学常数值而言，对无限膜厚度的反射率的主要贡献来自虚部的失配，而不是实部。由于底面涂层需要具有吸收性，这种虚部的不匹配是不可避免的，是底面涂层的固有概念。因此简言之，上述处理意味着对每一期望的膜厚，都有一个优选的消光。抗反射层必须吸收性非常好，而厚层的吸收性应当设计得较低。因此，对于折射率的实部，公式(3)表明BARC膜厚度值大时，在光致抗蚀剂膜和底面涂层的折射率匹配得很好(nr=nb)的情况下反射率最小。光致抗蚀剂膜/底面涂层界面的反射率R-nb和底面涂层厚度t的三维立体曲线(图1)也证实了这一点。在计算机中运用的光致抗蚀剂膜的折射率nr=1.7，其它的光学参数为kr=0.04,kb=0.334,ns=5.0,ks=0.25,λ=365nm(曝光波长)。对于通常使用的重氮萘醌(diazonaphthoquinone)/酚醛清漆树脂(novolak)的g-线和i-线材料，经常遇到的nr值在435nm时为1.64～1.69，在365nm时为1.66～1.72。从图1可看出，BARC厚度大时的最小值沿nr=1.7线分布。对于更薄的膜厚，尤其是在第一干涉最小值区域，光致抗蚀剂膜折射率值小时是十分不利的。然而，可以选择在BARC膜厚和薄时都有利的BARC折射率，图1中画出的nb=1.653线就是这样的线。以上表明，在膜厚度大时，优选的BARC折射率等于光致抗蚀剂膜折射率；在膜厚度小时，可以找到一个略低于光致抗蚀剂膜折射率的，对大小膜厚都可行的折衷的BARC折射率。但没有说明如何实现折射率的匹配条件，这将在本专利技术中叙述。专利技术的概述本专利技术涉及一种在衬底上形成图像的工艺，包括在衬底上形成抗反射膜，其中抗反射膜的折射率与在抗反射膜上涂层形成的光致抗蚀剂膜的折射率的实部在光学上匹配；然后在抗反射膜上部形成光致抗蚀剂膜，按图像形状对光致抗蚀剂膜曝光；显影以形成图像，并在显影前或后进行选择性地烘烤。专利技术的描述折射率实部和色散的关系，如Cauchy公式，对于吸收强的区域内和其附近的波长不适用。其原因在于反常色散现象，即折射率的实部受虚部的影响。反常色散的示意图如图2所示，可以看出，在低于最大吸收的波长区域，折射率表现出下降，下降的大小与吸收强度有关。折射率的实部和虚部kb=αλ/(4π)的关系，借助于介电常数ϵ=ϵ′-iϵ′′=n~2=n2-k2-2ink,]]>通过称为Kramers-Kronig关系的特定Hilbert变换给出ϵ′(ω)-1=2πP∫0∞dω′ϵ′′(ω′)ω′ω′2-ω2]]>ϵ′′(ω)=-2ωπP∫0∞dω′ϵ′(ω′)-1ω′2-ω2---(4)]]>其中ω=c/2πλ，P表示要进行的积分的主要部分。然而，公式(4)的实际应用是十分困难的，因为从原则上讲应当知道在整个电磁波谱上的吸收波谱，虽然从振动模型得到的公式可以预测n和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在衬底上形成图像的工艺，包括： ａ）在衬底上形成抗反射膜，抗反射膜的折射率与在抗反射膜上部涂敷形成的光致抗蚀剂膜的折射率二者的实部在光学上相匹配； ｂ）在抗反射膜上部形成光致抗蚀剂膜； ｃ）按图像形状对光致抗蚀剂膜曝光； ｄ）显影以形成图像； ｅ）在显影前或显影后进行选择性地烘烤。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔夫R达迈尔，罗伯特A诺尔伍德，
申请(专利权)人：克拉里安特国际有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]