文章來源：半導體與物理

原文作者：jjfly686

本文介紹了用抗反射涂層來保證光刻精度的原理。

在半導體芯片制造的光刻工藝中，光刻膠（Photoresist）的曝光精度直接決定了最終電路圖案的準確性。然而，基底材料對紫外光（UV）的反射會導致光刻膠的異常曝光，引發(fā)圖案變形。Bottom Anti-Reflective Coating（BARC，抗反射涂層）正是為了解決這一問題而被引入的關鍵材料。

一、為什么需要BARC？

在光刻過程中，紫外光透過光掩膜（Photomask）照射到光刻膠上，光刻膠的感光區(qū)域發(fā)生化學反應，顯影后形成所需圖案。然而，當紫外光到達基底材料（如非晶碳硬掩膜、氮化硅等）時，部分光線會反射回光刻膠，導致本不應曝光的區(qū)域被二次曝光。這種現(xiàn)象稱為駐波效應（Standing Wave Effect）或反射干擾。

未使用BARC的后果：

1、反射光與入射光疊加，造成光刻膠的過度曝光。

2、顯影后，過度曝光區(qū)域的光刻膠被異常去除，導致圖案邊緣模糊、變形。

3、變形圖案無法在后續(xù)蝕刻中保護硬掩膜，最終導致芯片結構的精度失控。

二、BARC的工作原理

BARC是一層涂覆在光刻膠與基底之間的薄膜，通過破壞性干涉消除反射光。其核心原理如下：

1、光學干涉：

入射的紫外光在BARC表面（界面1）和基底表面（界面2）分別發(fā)生反射。

通過精確控制BARC的厚度和折射率，使兩束反射光的相位差為180°（半波長），振幅相互抵消，從而大幅降低反射光強度。

2、材料選擇：

BARC的折射率需介于光刻膠和基底材料之間，通常為1.5~2.0（接近光刻膠的折射率）。

厚度由公式 d = λ/(4n) 決定（λ為光波長，n為BARC折射率），以確保相位差條件。

三、BARC的三大核心作用

1、抑制反射干擾：

消除基底反射光，避免光刻膠的異常曝光，保障圖案邊緣的銳利度。

2、提高工藝窗口：

減少曝光劑量和焦距的敏感性，提升光刻工藝的容錯能力。

3、改善基底平坦性：

BARC可填充基底表面的微小凹凸，為光刻膠提供更均勻的涂覆基礎。