化学增幅型光刻胶材料研究进展

芯片集成度的提高促使光刻胶向高分辨率方向发展,光刻技术由紫外全谱曝光发展到单一短波长曝光,为满足光刻胶高感度、高分辨率的要求,化学增幅型光刻胶应运而生。“化学增幅”可以提高光刻胶的量子产率,增强光刻胶感度,在深紫外、极紫外光刻中得到广泛应用。而高性能树脂作为光刻胶的成膜剂,对光刻胶的性能有重要影响,不同的树脂结构对应不同的反应机理。本文重点对化学增幅型光刻胶中的脱保护、重排、分子内脱水、酯化缩聚、交联、解聚等反应进行了总结,并介绍了对应的树脂结构。

电子束光刻胶成膜树脂研究进展

电子束光刻作为下一代光刻技术(Next Generation Lithography,NGL),以其分辨率高和性能稳定被认为是在22nm节点最具有发展前景的光刻技术之一。本文归纳了电子束光刻胶用成膜树脂,主要分为聚甲基丙烯酸甲酯及其衍生物、树枝状聚合物、分子玻璃、有机硅及碳材料等应用于电子束光刻的成膜树脂类型,综述了其研究进展,最后对电子束光刻胶未来的发展前景和方向进行了展望。

含N-苯基马来酰亚胺甲基丙烯酸酯共聚物的合成及其在负性光致抗蚀剂中的应用

以甲基丙烯酸(MAA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、N-苯基马来酰亚胺(N-PMI)、甲基丙烯酸环己基酯(CHMA)为反应单体,通过自由基共聚合成了一系列共聚物PMMNC,然后与甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)反应制备了甲基丙烯酸酯共聚物G-PMMNC。利用傅立叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1 HNMR)、凝胶渗透色谱(GPC)、差示扫描量热(DSC)等表征了共聚物的结构与性能。随着N-PMI含量的升高,共聚物的分子量增大,玻璃化转变温度升高;以G-PMMNC为基体树脂制备了光致抗蚀剂,考察了光致抗蚀剂的耐酸性和分辨率,研究结果表明,该光致抗蚀剂的耐酸性良好,分辨率为40μm。

光刻胶用底部抗反射涂层研究进展

随着微电子工业的蓬勃发展,光刻技术向着更高分辨率的方向迈进,运用底部抗反射涂层有效消除光刻技术中的驻波效应、凹缺效应,提高关键尺寸均一性和图案分辨率,引起了广大研究者的关注。本文简要介绍了光刻胶和光刻技术,底部抗反射涂层的分类、基本原理、刻蚀工艺以及其发展状况。重点对底部抗反射涂层的最新研究进展进行了总结,尤其是碱溶型底部抗反射涂层在光刻胶中的应用研究,最后对底部抗反射涂层的发展前景和方向进行了展望。

248nm光刻胶用丙烯酸酯共聚物的合成与性能

以对乙酰氧基苯乙烯(ASM)、丙烯酸叔丁酯(TBA)、丙烯酸四氢呋喃酯(TA)和2-甲基-2-金刚烷基甲基丙烯酸酯(MAM)为单体,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,通过自由基聚合制备了不同MAM含量的丙烯酸酯类共聚物P(ASMco-TBA-co-TA-co-MAM)(PATTM),加入一定量的甲醇钠和甲醇进行醇解,制得丙烯酸酯类共聚物PATTM-A。用傅里叶变换红外光谱、核磁共振氢谱、凝胶渗透色谱、差示扫描量热法等方法对共聚物PATTM和PATTM-A的结构与性能进行了表征;以PATTM-A为基体树脂配制了光刻胶,利用扫描电子显微镜测试了光刻胶分辨率。结果表明,随着MAM含量升高,PATTM-A的相对分子质量下降,玻璃化转变温度升高,耐碱性增强,所制备的光刻胶分辨率可达0.5μm。

碱溶性光敏聚氨酯丙烯酸酯的合成及其在光致抗蚀剂中的应用

首先以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)与2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)反应得到聚氨酯预聚体(DMPA-PU),再分别用甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)为封端剂,合成了2种碱溶性光敏聚氨酯丙烯酸酯(DMPA-H-PUA和DMPA-P-PUA)。通过傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)对产物进行了表征,以实时红外光谱测定了两种低聚物的双键转化率,然后通过热重分析仪(TGA)表征了固化膜的热性能,最后以场发射扫描电镜(SEM)表征了基于2种低聚物制备的光致抗蚀剂的分辨率。结果表明:在酸值相同的情况下,PETA封端的PUA分子量、黏度均高于HEMA封端的PUA;两种低聚物的双键转化率均达到90%以上;二者固化膜热稳定性均良好;以DMPA-H-PUA和DMPA-P-PUA为基体树脂的光致抗蚀剂的分辨率分别达到25μm和40μm。

ULSI配套材料248nm(KrF)光刻胶

超大规模集成电路(ULSI)已经成为我国发展的关键产业之一。近几年来，连续引进和建设了多条生产线，其中包括上海华虹NEC、中芯国际(上海)、宏力、宁波中纬、苏州和舰科技等8″以上水平的生产线。超大规模集成电路生产的关键材料之一就是光刻胶。光刻胶的性能和光刻技术的选用将主宰其成败。

萘酚基酚醛树脂的合成及其在lift-off光刻胶中的应用

首先以α-萘酚、间甲酚、甲醛为单体,通过缩聚反应合成了萘酚基酚醛树脂NAPR,随后与二碳酸二叔丁酯(DBDC)反应制备了一系列t-BOC改性的萘酚基酚醛树脂NAPR-BOC。用红外(FT-IR)、核磁(1 H NMR)、凝胶色谱(GPC)、热失重分析(TGA)对其结构及性能进行了表征。以NAPR-BOC-2为基体树脂配制成lift-off光刻胶,测试了光刻胶的分辨率、形貌和耐热性,得到的光刻胶分辨率最大为0.6μm,耐热可达130℃。

RAFT聚合法合成甲基丙烯酸酯共聚物及其在负性光致抗蚀剂中的应用

以甲基丙烯酸(MAA)、甲基丙烯酸苄基酯(BZMA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)和丙烯酸正丁酯(BA)为共聚单体,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸(DMP)为链转移试剂,采用可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)制备了甲基丙烯酸酯共聚物(PMBBH)。利用傅立叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1 HNMR)和凝胶渗透色谱(GPC)对共聚物的结构进行了表征。以共聚物PMBBH为基体树脂制备了负性光致抗蚀剂,考察了PMBBH的分子量对光致抗蚀剂分辨率的影响。结果表明,以数均分子量为5.45×103g/mol,重均分子量为7.79×103 g/mol的PMBBH-2作为基体树脂时,该光致抗蚀剂得到的图像轮廓清晰,图形分辨率可达50μm。

微电子光致抗蚀剂的发展及应用

光致抗蚀剂,又称光刻胶,是微电子工业中制作大规模和超大规模集成电路不可或缺的核心材料,因其在国民经济和国防建设中具有战略地位而备受研究者关注。本文梳理了光致抗蚀剂从早期的聚乙烯醇肉桂酸酯、环化橡胶-叠氮化合物、近紫外G线(436-nm)和I线(365-nm)酚醛树脂-重氮萘醌类光致抗蚀剂,到深紫外(248-nm和193-nm)、真空紫外(157-nm)光致抗蚀剂,再到极紫外(13.5-nm)、电子束、纳米压印、嵌段共聚物自组装、扫描探针等下一代光刻技术用光致抗蚀剂的发展脉络,综述了其研究进展。重点对深紫外化学增幅型光致抗蚀剂体系进行了总结,包括主体成膜树脂、光产酸剂以及溶解抑制剂、碱性化合物等添加剂,并介绍了下一代光刻技术用光致抗蚀剂的最新研究成果。最后对光致抗蚀剂未来的发展前景和方向进行了展望。