從光刻設(shè)備角度來看,EUV光刻與其他波長光刻關(guān)鍵的兩點差異是光源強度和散粒噪聲。盡管有多種方式可獲得EUV光,商用EUV光刻機使用的是激光激發(fā)的等離子體(LPP)發(fā)光,其輸出功率曾長期是制約EUV光刻技術(shù)商用的瓶頸問題;另外,EUV光刻使用的是反射鏡成像系統(tǒng),而非傳統(tǒng)的透過折射鏡片組,且效率不高。因此在EUV光刻發(fā)展的早期,通常都要求EUV光刻膠具有較高的靈敏度。同時,EUV光子能量(約為92eV)遠高于以前幾代光刻技術(shù)光源的光子能量(是193nm光子能量的14.4倍),也就是說,對于同樣的曝光能量,光子數(shù)目遠少于前幾代的光刻技術(shù),這就導(dǎo)致散粒噪聲增加,從而造成線寬/線邊緣粗糙度的升高。而靈敏度過高并不利于克服散粒噪聲的影響,所以隨著EUV光源功率不斷提升,業(yè)界對EUV光刻膠的要求從“提高靈敏度”逐漸變?yōu)椤?span>利用一定程度的靈敏度來降低粗糙度”。光刻膠是一大類具有光敏化學(xué)作用的高分子聚合物材料,是轉(zhuǎn)移紫外曝光或電子束曝照圖案的媒介。江浙滬彩色光刻膠顯示面板材料
2010年,美國英特爾公司的Masson報道了一種含有Co的聚合物光刻膠,由Co2(CO)8與高分子鏈中的炔烴部分絡(luò)合反應(yīng)生成。EUV曝光后,在光酸的作用下發(fā)生高分子斷鏈反應(yīng),溶解度發(fā)生變化,可形成30nm的光刻線條,具有較高的靈敏度,但LER較差。2014年,課題組報道了一種鉍化合物,并將其用于極紫外光刻。這種由氯原子或酯鍵配合的鉍寡聚物可在EUV光照后發(fā)生分子間交聯(lián)反應(yīng)。不過盡管鉍的EUV吸收能力很強,但此類配合物的靈敏度并不高,氯配合鉍寡聚物能實現(xiàn)分辨率21nm,所需劑量高達120mJ·cm?2。江浙滬i線光刻膠其他助劑光刻膠發(fā)展至今已有百年歷史,現(xiàn)已用于集成電路、顯示、PCB 等領(lǐng)域,是光刻工藝的重要材料。
與金屬納米顆粒和納米簇不同,金屬配合物光刻膠中金屬元素含量較低,通常情況下每個光刻膠分子內(nèi)只有一個或幾個金屬原子。能夠作為納米顆粒和納米簇配體的分子比較少,可修飾位點較少;而金屬原子的配體種類較多,且容易連接活性基團,因此金屬配合物光刻膠的設(shè)計更為靈活。但是,由于金屬原子含量低,所以金屬配合物對EUV光的吸收能力、抗刻蝕能力有可能弱于金屬納米顆粒和納米簇光刻膠。目前已有多種金屬元素的配合物被用于光刻膠,如鉍、銻、鋅、碲、鉑、鈀、鈷、鐵和鉻等。
2011年,Whittaker課題組又使用聚砜高分子作為主體材料,制備了鏈斷裂型非化學(xué)放大光刻膠。聚砜與聚碳酸酯類似,主鏈比PMMA更容易斷裂,因此該光刻膠的靈敏度更高。但較高的反應(yīng)活性也降低了其穩(wěn)定性,因此Whittaker課題組又利用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法(ARTP)制備了一種PMMA-聚砜復(fù)合高分子,主鏈為聚砜,支鏈為PMMA,呈梳形結(jié)構(gòu)。PMMA的加入增強了光刻圖形的完整性,可獲得30nm線寬、占空比為1∶1的線條,最高分辨率可達22.5nm,靈敏度可達4~6mJ·cm?2。不過聚砜在曝光時會分解出二氧化硫和烯烴碎片,產(chǎn)氣量較大。在平板顯示行業(yè);主要使用的光刻膠有彩色及黑色光刻膠、LCD觸摸屏用光刻膠、TFT-LCD正性光刻膠等。
盡管HSQ可以實現(xiàn)較好的EUV光刻圖案,且具有較高的抗刻蝕性能,但HSQ較低的靈敏度無法滿足EUV光刻的需求,且價格非常昂貴,難以用于商用的EUV光刻工藝中。另外,盡管HSQ中Si含量很高,但由于O含量也很高,所以HSQ并未展現(xiàn)含Si光刻膠對EUV光透光性的優(yōu)勢,未能呈現(xiàn)較高的對比度。因此,研發(fā)人員將目光轉(zhuǎn)向側(cè)基修飾的高分子光刻膠。使用含硅、含硼單元代替高分子光刻膠原本的功能性含氧側(cè)基,既可有效降低光刻膠對EUV光的吸收,又有助于提高對比度,也可提高抗刻蝕性。目前,我國光刻膠自給率較低,生產(chǎn)也主要集中在中低端產(chǎn)品,國產(chǎn)替代的空間廣闊。普陀光刻膠光引發(fā)劑
光刻膠的國產(chǎn)化公關(guān)正在展開,在面板屏顯光刻膠領(lǐng)域,中國已經(jīng)出現(xiàn)了一批有競爭力的本土企業(yè)。江浙滬彩色光刻膠顯示面板材料
一般的光刻工藝流程包括以下步驟:1)旋涂。將光刻膠旋涂在基底上(通常為硅,也可以為化合物半導(dǎo)體)。2)前烘。旋涂后烘烤光刻膠膜,確保光刻膠溶劑全部揮發(fā)。3)曝光。經(jīng)過掩模版將需要的圖形照在光刻膠膜上,膠膜內(nèi)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。4)后烘。某些光刻膠除了需要發(fā)生光反應(yīng),還需要進行熱反應(yīng),因此需要在曝光后對光刻膠膜再次烘烤。5)顯影。曝光(及后烘)后,光刻膠的溶解性能發(fā)生改變,利用適當(dāng)?shù)娘@影液將可溶解區(qū)域去除。經(jīng)過這些過程,就完成了一次光刻工藝,后續(xù)將視器件制造的需要進行刻蝕、離子注入等其他工序。一枚芯片的制造,往往需要幾次甚至幾十次的光刻工藝才能完成。江浙滬彩色光刻膠顯示面板材料