KrF光刻時期,與ESCAP同期發(fā)展起來的還有具有低活化能的酸致脫保護基團的光刻膠,業(yè)界通稱低活化能膠或低溫膠。與ESCAP相比,低活化能膠無需高溫后烘,曝光能量寬裕度較高,起初由日本的和光公司和信越公司開發(fā),1993年,IBM公司的Lee等也研發(fā)了相同機理的光刻膠KRS系列,商品化版本由日本的JSR公司生產(chǎn)。其結(jié)構(gòu)通常為縮醛基團部分保護的對羥基苯乙烯,反應(yīng)機理如圖12所示。2004年,IBM公司的Wallraff等利用電子束光刻比較了KRS光刻膠和ESCAP在50nm線寬以下的光刻性能,預(yù)示了其在EUV光刻中應(yīng)用的可能性。光刻膠的技術(shù)壁壘包括配方技術(shù),質(zhì)量控制技術(shù)和原材料技術(shù)。半導(dǎo)體光刻膠樹脂
20世紀(jì)七八十年代,我國光刻膠研發(fā)水平一直與國外持平。1977年,化學(xué)研究所曾出版了我國一部有關(guān)光刻膠的專著《光致抗蝕劑:光刻膠》。但隨后的1990~2010年,由于缺乏芯片產(chǎn)業(yè)的牽引,我國光刻膠研發(fā)處于停滯狀態(tài)。直到2010年后,我國才又開始重新組建光刻膠研發(fā)隊伍。目前我國的EUV光刻膠主要集中在單分子樹脂型和有機-無機雜化型,暫無傳統(tǒng)高分子EUV光刻膠的相關(guān)工作見諸報道。我國開展EUV光刻膠研究的主要有化學(xué)研究所楊國強課題組和理化技術(shù)研究所李嫕課題組。蘇州化學(xué)放大型光刻膠光致抗蝕劑按照化學(xué)結(jié)構(gòu)分類:光刻膠可以分為光聚合型,光分解型,光交聯(lián)型和化學(xué)放大型。
2014年,Gonsalves課題組在側(cè)基連接硫鎓鹽的高分子光刻膠基礎(chǔ)之上,制備了一種側(cè)基含有二茂鐵基團高分子光刻膠。其反應(yīng)機理與不含二茂鐵的光刻膠類似,但二茂鐵的引入增強了光刻膠的熱穩(wěn)定性和靈敏度,可實現(xiàn)25nm線寬的曝光。2015年,課題組報道了一系列鈀和鉑的配合物,用于正性EUV曝光。配合物中包括極性較大的草酸根配體,也有極性較小的1,1-雙(二苯基膦)甲烷或1,2-二(二苯基膦)乙烷配體。EUV曝光后,草酸根分解形成二氧化碳或一氧化碳,配體只剩下低極性部分,從而可以用低極性的顯影液洗脫;未曝光區(qū)域由于草酸根的存在,無法溶于顯影液,實現(xiàn)正性曝光。這一系列配合物中,靈敏度較高的化合物為1,2-二(二苯基膦)乙烷配草酸鈀,可以在50mJ·cm?2的劑量下得到30nm的線寬。
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)機理與EUV光刻有較多的相似點。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。
由于早期制約EUV光刻發(fā)展的技術(shù)瓶頸之一是光源功率太小,因此,在不降低其他光刻性能的前提下提高EUV光刻膠的靈敏度一直是科研人員的工作重點。為了解決這一問題,2013年,大阪大學(xué)的Tagawa等提出了光敏化化學(xué)放大光刻膠(PSCAR?)。與其他EUV化學(xué)放大光刻膠不同的是,PSCAR體系除了需在掩模下進行產(chǎn)生圖案的EUV曝光,還要在EUV曝光之后進行UV整片曝光。PSCAR體系中除了有主體材料、光致產(chǎn)酸劑,還包括光敏劑前體。這是一種模型光敏劑前體的結(jié)構(gòu),它本身對UV光沒有吸收,但在酸性條件下可以轉(zhuǎn)化為光敏劑,對UV光有吸收。半導(dǎo)體光刻膠的涂敷方法主要是旋轉(zhuǎn)涂膠法,具體可以分為靜態(tài)旋轉(zhuǎn)法和動態(tài)噴灑法。江浙滬光交聯(lián)型光刻膠樹脂
經(jīng)過多年技術(shù)積累,國內(nèi)已形成一定光刻膠用電子化學(xué)品產(chǎn)能,國內(nèi)公司市場份額逐步提升,國產(chǎn)替代正在進行。半導(dǎo)體光刻膠樹脂
1983年,Joy以PMMA作為模型化合物,利用蒙特卡羅方法計算了EUV光刻的空間分辨率。1989年,Kurihara課題組利用PMMA評測了光學(xué)器件,并測試了EUV光對PMMA膜的透過性。1990年,Windt課題組利用14nmEUV光對PMMA光刻膠進行光刻,獲得了50nm的線條。2001~2004年,Bokor課題組利用PMMA光刻膠、Shipley公司早期工具光刻膠EUV-2D先后評測了其自制的EUV光刻設(shè)備和美國光源的EUV光刻線站的性能。可見,在EUV光技術(shù)發(fā)展早期,PMMA光刻膠對EUV光刻設(shè)備的調(diào)試、測試起了重要作用。但是PMMA的曝光機理不涉及化學(xué)放大過程,因此其靈敏度較差,而早期制約EUV光刻技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題之一便是曝光光源功率很小,因而以PMMA為主的非化學(xué)放大型光刻膠一度被化學(xué)放大型光刻膠取代。半導(dǎo)體光刻膠樹脂