除了枝狀分子之外,環(huán)狀單分子樹脂近年來也得到了迅速發(fā)展。這些單分子樹脂的環(huán)狀結(jié)構(gòu)降低了分子的柔性,從而通常具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熱化學(xué)穩(wěn)定性。由于構(gòu)象較多,此類分子也難以結(jié)晶,往往具有很好的成膜性。起初將杯芳烴應(yīng)用于光刻的是東京科技大學(xué)的Ueda課題組,2002年起,他們報(bào)道了具有間苯二酚結(jié)構(gòu)的杯芳烴在365nm光刻中的應(yīng)用。2007年,瑞士光源的Solak等利用對氯甲氧基杯芳烴獲得了線寬12.5nm、占空比1∶1的密集線條,但由于為非化學(xué)放大光刻膠,曝光機(jī)理為分子結(jié)構(gòu)被破壞,靈敏度較差,為PMMA的1/5。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)。昆山光刻膠單體
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(yīng),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(dāng)?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(shù)復(fù)雜,品種較多。根據(jù)其化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和顯影原理,可分負(fù)性膠和正性膠兩類。光照后形成不可溶物質(zhì)的是負(fù)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。華東黑色光刻膠顯影在PCB行業(yè):主要使用的光刻膠有干膜光刻膠、濕膜光刻膠、感光阻焊油墨等。
除了錫氧納米簇之外,近年來以鋅元素為中心的納米簇也用于了EUV光刻。第一種鋅氧納米簇光刻膠由法國上阿爾薩斯大學(xué)的Soppera課題組在2016年報(bào)道。曝光后,鋅氧納米簇發(fā)生交聯(lián)聚集,在曝光區(qū)域形成金屬-氧-金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)負(fù)性光刻。隨后,Xu等借鑒了這一結(jié)構(gòu),制備了3-甲基苯基修飾的Zn-mTA,將其用作EUV光刻膠。光致產(chǎn)酸劑產(chǎn)生的酸引發(fā)Zn-mTA納米簇的配體交換,從而改變納米簇表面的電荷分布,減弱了其在非極性溶劑中的溶解性,實(shí)現(xiàn)負(fù)性光刻。Zn-mTA呈現(xiàn)出良好的溶解性、成膜均一性,可以在47mJ·cm?2的劑量下獲得15nm的光刻線條。由于Zn-mTA具有更小的尺寸和更窄的尺寸分布,因此可以獲得比金屬氧化物納米顆粒光刻膠更高的分辨率。
研究人員將金屬納米簇用于EUV光刻時(shí),制備了幾種結(jié)構(gòu)為[(RSn)12O14(OH)6]X2(其中R為有機(jī)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(jī)光刻膠吸收要強(qiáng),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(yīng)使納米簇聚集,使其無法溶解于顯影液,從而實(shí)現(xiàn)負(fù)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(guān),而與陰離子的鍵能無關(guān)。光照會同時(shí)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(yīng)的進(jìn)行。此外,盡管陰離子不參與反應(yīng),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(dá)350mJ·cm?2。彩色光刻膠及黑色光刻膠市場也呈現(xiàn)日韓企業(yè)主導(dǎo)的格局,國內(nèi)企業(yè)有雅克科技、飛凱材料、彤程新材等。
與EUV光源相比,UV光源更容易實(shí)現(xiàn)較高的功率;但UV曝光不能滿足分辨線條的形成條件。因此PSCAR實(shí)際上是利用EUV曝光形成圖案,再用UV曝光增加光反應(yīng)的程度,從而實(shí)現(xiàn)提高EUV曝光靈敏度的效果。在起初的PSCAR體系基礎(chǔ)之上,Tagawa課題組還開展了一系列相關(guān)研究,并通過在體系中引入對EUV光敏感的光可分解堿,開發(fā)出了PSCAR1.5,引入對UV光敏感的光可分解堿,開發(fā)出了PSCAR2.0。光可分解堿的引入可以減少酸擴(kuò)散,使PSCAR光刻膠體系的對比度提高,粗糙度降低,也進(jìn)一步提高了光刻膠的靈敏度。光刻膠的組成部分包括:光引發(fā)劑(包括光增感劑、光致產(chǎn)酸劑)、光刻膠樹脂、單體、溶劑和其他助劑。上海黑色光刻膠光致抗蝕劑
碳酸甲酯型光刻膠:這種類型的光刻膠在制造高分辨率電路元件方面非常有用。昆山光刻膠單體
高分子化合物是很早被應(yīng)用為光刻膠的材料。中文“光刻膠”的“膠”字起初對應(yīng)于“橡膠”,而至今英文中也常將光刻膠主體材料稱為“resin”(樹脂),其背后的緣由可見一斑。按照反應(yīng)機(jī)理,高分子光刻膠基本可以分為兩類:化學(xué)放大光刻膠和非化學(xué)放大光刻膠?;瘜W(xué)放大機(jī)理起初由美國IBM公司于1985年提出,后來被廣泛應(yīng)用于KrF及更好的光刻工藝中。化學(xué)放大光刻膠的光敏劑為光致產(chǎn)酸劑,主體材料中具有在酸作用下可以離去的基團(tuán),如叔丁氧羰基酯、金剛烷酯等。在光照下,光致產(chǎn)酸劑生成一分子的酸,使一個(gè)離去基團(tuán)發(fā)生分解反應(yīng),原本的酯鍵變成羥基(通常是酚羥基),同時(shí)又產(chǎn)生一分子的酸;新產(chǎn)生的酸可以促使另一個(gè)離去基團(tuán)發(fā)生反應(yīng);如此往復(fù),形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。昆山光刻膠單體