目前使用的ZEP光刻膠即采用了前一種策略。日本瑞翁公司開發(fā)的ZEP光刻膠起初用于電子束光刻,常用的商用品種ZEP520A為α-氯丙烯酸甲酯和α-甲基苯乙烯的1∶1共聚物。氯原子的引入可提高靈敏度,此外苯乙烯部分也可提高抗刻蝕性和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。采用后一種策略時(shí),常用的高分子主鏈有聚碳酸酯和聚砜。2010年,美國(guó)紐約州立大學(xué)的課題組報(bào)道了一系列以聚碳酸酯高分子為主體材料的光刻膠,高分子主鏈中具有二級(jí)或三級(jí)烯丙酯結(jié)構(gòu)可在酸催化下裂解形成雙鍵和羧酸。此外,他們還在高分子中引入了芳香基團(tuán),以增強(qiáng)其抗刻蝕性。可獲得36nm線寬、占空比為1∶1的線條,22.5mJ·cm?2的劑量下可獲得線寬為26nm的線條。金屬氧化物光刻膠使用金屬離子及有機(jī)配體構(gòu)建其主體結(jié)構(gòu),借助光敏基團(tuán)實(shí)現(xiàn)光刻膠所需的性能。浙江彩色光刻膠溶劑
所謂光刻技術(shù),指的是利用光化學(xué)反應(yīng)原理把事先準(zhǔn)備在掩模版上的圖形轉(zhuǎn)印到一個(gè)襯底(晶圓)上,使選擇性的刻蝕和離子注入成為可能的過(guò)程,是半導(dǎo)體制造業(yè)的基礎(chǔ)之一。隨著半導(dǎo)體制造業(yè)的發(fā)展,光刻技術(shù)從曝光波長(zhǎng)上來(lái)區(qū)分,先后經(jīng)歷了g線(436nm)、i線(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm,包括干式和浸沒(méi)式)和極紫外(EUV,13.5nm)光刻。對(duì)應(yīng)于不同的曝光波長(zhǎng),所使用的光刻膠也得到了不斷的發(fā)展。目前7nm和5nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)到來(lái),根據(jù)各個(gè)技術(shù)的芯片制造企業(yè)公告,EUV光刻技術(shù)已正式導(dǎo)入集成電路制造工藝。在每一代的光刻技術(shù)中,光刻膠都是實(shí)現(xiàn)光刻過(guò)程的關(guān)鍵材料之一。浙江LCD觸摸屏用光刻膠產(chǎn)品純度、金屬離子雜質(zhì)控制等也是光刻膠生產(chǎn)工藝中需面臨的技術(shù)難關(guān),光刻膠純度不足會(huì)導(dǎo)致芯片良率下降。
根據(jù)不同原子對(duì) EUV 光的吸收截面可知,硅原子和硼原子對(duì)EUV光的吸收較弱,有助于提高光刻膠薄膜的透明度,從而提高光刻膠的對(duì)比度,同時(shí)還可增加光刻膠的抗刻蝕性。HSQ在吸收光子(或電子)后,硅-氫鍵斷裂,與水分子反應(yīng)生成硅醇,兩個(gè)硅醇之間又生成硅-氧-硅鍵,交聯(lián)形成無(wú)法溶解在TMAH顯影液中的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。HSQ廣泛應(yīng)用于電子束光刻中,也可用于EUV光刻。2005年,美國(guó)威斯康星大學(xué)的Nealey等率先將HSQ用于EUV光刻,得到了線寬為26.4nm、LER為5.1nm的光刻線條。隨后,瑞士光源的Solak課題組利用HSQ制備出了20nm的L/S密集線條,并通過(guò)工藝調(diào)整獲得了優(yōu)于PMMA光刻膠的靈敏度。
起初應(yīng)用于 EUV 光刻的光刻膠為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。PMMA曾廣泛應(yīng)用于193nm光刻和電子束光刻工藝中,前者為EUV的前代技術(shù),后者的反應(yīng)機(jī)理與EUV光刻有較多的相似點(diǎn)。PMMA具有較高的透光性和成膜性、較好的黏附性,通常應(yīng)用為正性光刻膠。在光子的作用下,PMMA發(fā)生主鏈碳-碳鍵或側(cè)基酯鍵的斷裂,形成小分子化合物于顯影液。早在1974年,Thompson等就利用PMMA作為光刻膠,研究了其EUV光刻性能。隨后,PMMA成為了重要的工具光刻膠。按顯示效果分類:光刻膠可分為正性光刻膠和負(fù)性光刻膠。
光刻膠主要由主體材料、光敏材料、其他添加劑和溶劑組成。從化學(xué)材料角度來(lái)看,光刻膠內(nèi)重要的成分是主體材料和光敏材料。光敏材料在光照下產(chǎn)生活性物種,促使主體材料結(jié)構(gòu)改變,進(jìn)而使光照區(qū)域的溶解度發(fā)生轉(zhuǎn)變,經(jīng)過(guò)顯影和刻蝕,實(shí)現(xiàn)圖形從掩模版到基底的轉(zhuǎn)移。對(duì)于某些光刻膠來(lái)說(shuō),主體材料本身也可以充當(dāng)光敏材料。依據(jù)主體材料的不同,光刻膠可以分為基于聚合物的高分子型光刻膠,基于小分子的單分子樹脂(分子玻璃)光刻膠,以及含有無(wú)機(jī)材料成分的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化光刻膠。本文將主要以不同光刻膠的主體材料設(shè)計(jì)來(lái)綜述EUV光刻膠的研發(fā)歷史和現(xiàn)狀。光刻膠所屬的微電子化學(xué)品是電子行業(yè)與化工行業(yè)交叉的領(lǐng)域,是典型的技術(shù)密集行業(yè)。江蘇正性光刻膠顯影
光刻膠的研發(fā)是不斷進(jìn)行配方調(diào)試的過(guò)程,且難以通過(guò)現(xiàn)有產(chǎn)品反向解構(gòu)出其配方,這對(duì)技術(shù)有很大的要求。浙江彩色光刻膠溶劑
2010年,美國(guó)英特爾公司的Masson報(bào)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(bào)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(guò)盡管鉍的EUV吸收能力很強(qiáng),但此類配合物的靈敏度并不高,氯配合鉍寡聚物能實(shí)現(xiàn)分辨率21nm,所需劑量高達(dá)120mJ·cm?2。浙江彩色光刻膠溶劑