研究人員將金屬納米簇用于EUV光刻時,制備了幾種結構為[(RSn)12O14(OH)6]X2(其中R為有機配體,X為羧酸平衡陰離子)的錫氧納米簇。錫氧納米簇對EUV光的吸收比有機光刻膠吸收要強,因此可以顯著提高光刻膠的靈敏度;此外納米簇的體積也小于金屬氧化物的納米顆粒,可以獲得更高的分辨率、更低的粗糙度。光照下,錫-碳鍵解離,形成Sn自由基,Sn自由基引發(fā)交聯(lián)反應使納米簇聚集,使其無法溶解于顯影液,從而實現(xiàn)負性光刻。通過改變金屬簇的有基配體和平衡陰離子,他們發(fā)現(xiàn)光刻靈敏度只與配體的鍵能相關,而與陰離子的鍵能無關。光照會同時產(chǎn)生Sn自由基和配體自由基,Sn相對穩(wěn)定,因此,配體自由基的穩(wěn)定性影響了反應的進行。此外,盡管陰離子不參與反應,但由于位阻作用,它們依然可以影響金屬簇的聚集。這種光刻膠可以獲得分辨率為18nm的光刻圖形,但靈敏度很差,曝光劑量高達350mJ·cm?2。光刻膠也稱為光致抗蝕劑,是一種光敏材料,受到光照后特性會發(fā)生改變,主要應用于電子工業(yè)和印刷工業(yè)領域。蘇州負性光刻膠曝光
構建負膠除了可通過改變小分子本身的溶解性以外,還可以利用可發(fā)生交聯(lián)反應的酸敏基團實現(xiàn)分子間的交聯(lián),從而改變?nèi)芙舛取enderson課題組報道了一系列含有環(huán)氧乙烷基團的枝狀單分子樹脂。環(huán)氧乙烷基團在酸的作用下發(fā)生開環(huán)反應再彼此連接,從而可形成交聯(lián)網(wǎng)狀結構,使光刻膠膜的溶解性能降低,可作為負性化學放大光刻膠。通過增加體系內(nèi)的芳香結構來進一步破壞分子的平面性,可以獲得更好的成膜性和提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度;同時,每個分子上的環(huán)氧基團從兩個增加為四個后,靈敏度提高了,分辨率也有所提高。浙江正性光刻膠顯示面板材料光刻膠達到下游客戶要求的技術指標后,還需要進行較長時間驗證測試(1-3 年)。
近年來,隨著EUV光源功率提高,制約EUV光刻膠發(fā)展的瓶頸已經(jīng)從靈敏度變?yōu)榇植诙??;瘜W放大光刻膠涉及酸擴散過程,會直接影響光刻膠的粗糙度和分辨率;再加上EUV光刻特有的散粒噪聲問題,過高的靈敏度反而可能成為弊端。因此,一度沉寂的非化學放大光刻膠又重新受到重視。在PMMA基礎之上,研發(fā)人員開發(fā)了一系列光反應機理類似的鏈斷裂型光刻膠。由于PMMA的靈敏度過低,因此靈敏度仍然是制約其應用的重要問題。研究者們主要通過兩種方法來改善其性能:在光刻膠主體材料的主鏈或側(cè)基中引入對EUV光吸收更強的原子,如F、S、O等,以及利用更容易發(fā)生斷鏈過程的高分子作為骨架。
2014年,印度理工學院曼迪分校的Gonsalves課題組將硫鎓離子連接在高分子側(cè)基上,構造了一系列非化學放大光刻膠。該光刻膠主鏈為聚甲基丙烯酸甲酯,側(cè)基連接二甲基苯基硫鎓鹽作為光敏基團,甲基作為惰性基團,咔唑或苯甲酸作為增黏基團。二甲基苯基硫鎓鹽通常用來作為化學放大光刻膠的光致產(chǎn)酸劑,Gonsalves課題組也曾利用此策略構建了化學放大光刻膠體系,研發(fā)人員利用EUV光照后硫鎓離子轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛎选亩芙庑园l(fā)生改變的性質(zhì),將其用作非化學放大型負性光刻膠。利用堿性水性顯影液可將未曝光區(qū)域洗脫,而曝光區(qū)域無法洗脫。硫離子對EUV光的吸收比碳和氫要強,因此可獲得較高的靈敏度,并可得到20nm線寬、占空比為1∶1的光刻圖案。目前,中國本土光刻膠以PCB用光刻膠為主,平板顯示、半導體用光刻膠供應量占比極低。
感光樹脂經(jīng)光照后,在曝光區(qū)能很快地發(fā)生光固化反應,使得這種材料的物理性能,特別是溶解性、親合性等發(fā)生明顯變化。經(jīng)適當?shù)娜軇┨幚?,溶去可溶性部分,得到所需圖像(見圖光致抗蝕劑成像制版過程)。光刻膠用于印刷電路和集成電路的制造以及印刷制版等過程。光刻膠的技術復雜,品種較多。根據(jù)其化學反應機理和顯影原理,可分負性膠和正性膠兩類。光照后形成不可溶物質(zhì)的是負性膠;反之,對某些溶劑是不可溶的,經(jīng)光照后變成可溶物質(zhì)的即為正性膠。利用這種性能,將光刻膠作涂層,就能在硅片表面刻蝕所需的電路圖形。國內(nèi)光刻膠市場增速遠高于全球,國內(nèi)企業(yè)投入加大,未來有望實現(xiàn)技術趕超。華東化學放大型光刻膠樹脂
我國光刻膠行業(yè)起步較晚,生產(chǎn)能力主要集中在 PCB 光刻膠、TN/STN-LCD 光刻膠等中低端產(chǎn)品。蘇州負性光刻膠曝光
光刻膠的兩大主要研究小組:楊國強課題組和李嫕課題組,分別設計并制備了雙酚A型和螺雙芴型的單分子樹脂化學放大光刻膠,前者可通過調(diào)節(jié)離去基團的數(shù)量來改變光刻膠的靈敏度,后者則通過螺雙芴結構降低材料的結晶性,提高了成膜性性能。兩種光刻膠都可以實現(xiàn)小于25nm線寬的光刻線條。隨后,楊國強課題組還報道了一種可作為負性光刻膠的雙酚A單分子樹脂光刻膠,該分子中具有未經(jīng)保護的酚羥基,在光酸的作用下可以與交聯(lián)劑四甲氧基甲基甘脲反應形成交聯(lián)網(wǎng)狀結構,從而無法被堿性顯影液洗脫,可在電子束光刻下實現(xiàn)80nm以下的線條,在EUV光刻中有潛在的應用。此外,兩個課題組還分別就兩個系列光刻膠的產(chǎn)氣情況開展研究。蘇州負性光刻膠曝光