1999年,美國3M公司Kessel等率先制備了側基含硅的高分子光刻膠PRB和PRC。他們利用含硅的酸敏基團代替t-Boc基團,構建了正性化學放大光刻膠體系。在EUV光下,PRC可在≤10mJ·cm?2的劑量下獲得0.10μm的光刻圖案。2002年起,Ober課題組合成了一系列側基帶有含硅基團和含硼基團的共聚物。兩類光刻膠除了滿足光刻膠應用的基本理化條件之外,都具有較高的EUV透光性,以及對氧等離子體的抗刻蝕性。其中含硅的光刻膠可獲得線寬180nm、占空比1∶1的密集線條,且具有較高的對比度,抗刻蝕性與酚醛樹脂相當;而含硼高分子的光刻性能還有待于進一步優(yōu)化。此后,Ober課題組還報道了一種使用開環(huán)異位聚合(ROMP)制備的含硅高分子,此類光刻膠對EUV透光度較高,但由于含硅基團的存在,他們在TMAH中的溶解性較差,因此需要在顯影液中加入30%的異丙醇,可得到150nm的光刻線條。光刻膠所屬的微電子化學品是電子行業(yè)與化工行業(yè)交叉的領域,是典型的技術密集行業(yè)。江蘇顯示面板光刻膠光引發(fā)劑
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),從而改變溶解度。Henderson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。華東TFT-LCD正性光刻膠光刻膠發(fā)展至今已有百年歷史,現(xiàn)已用于集成電路、顯示、PCB 等領域,是光刻工藝的重要材料。
高分子化合物是很早被應用為光刻膠的材料。中文“光刻膠”的“膠”字起初對應于“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。按照反應機理,高分子光刻膠基本可以分為兩類:化學放大光刻膠和非化學放大光刻膠?;瘜W放大機理起初由美國IBM公司于1985年提出,后來被廣泛應用于KrF及更好的光刻工藝中。化學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,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,使一個離去基團發(fā)生分解反應,原本的酯鍵變成羥基(通常是酚羥基),同時又產(chǎn)生一分子的酸;新產(chǎn)生的酸可以促使另一個離去基團發(fā)生反應;如此往復,形成鏈式反應。
荷蘭光刻高級研究中心的Brouwer課題組進一步優(yōu)化了錫氧納米簇的光刻工藝。他們發(fā)現(xiàn)后烘工藝可以大幅提高錫氧納米簇光刻膠的靈敏度。盡管錫氧納米簇的機理是非化學放大機理,但曝光后產(chǎn)生的活性物種仍然有可能在加熱狀態(tài)下繼續(xù)進行反應。俄勒岡州立大學的Herman課題組制備了一種電中性的叔丁基錫Keggin結構(β-NaSn13)納米簇。這一類的光刻膠在含氧氣氛下的靈敏度遠高于真空環(huán)境下的靈敏度,這可能與分子氧生成的反應活性氧物種有關。按曝光波長可分為紫外光刻膠、深紫外光刻膠、極紫外光刻膠、電子束光刻膠、離子束光刻膠、X射線光刻膠等。
所謂光刻技術,指的是利用光化學反應原理把事先準備在掩模版上的圖形轉印到一個襯底(晶圓)上,使選擇性的刻蝕和離子注入成為可能的過程,是半導體制造業(yè)的基礎之一。隨著半導體制造業(yè)的發(fā)展,光刻技術從曝光波長上來區(qū)分,先后經(jīng)歷了g線(436nm)、i線(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm,包括干式和浸沒式)和極紫外(EUV,13.5nm)光刻。對應于不同的曝光波長,所使用的光刻膠也得到了不斷的發(fā)展。目前7nm和5nm技術節(jié)點已經(jīng)到來,根據(jù)各個技術的芯片制造企業(yè)公告,EUV光刻技術已正式導入集成電路制造工藝。在每一代的光刻技術中,光刻膠都是實現(xiàn)光刻過程的關鍵材料之一。光刻膠的研發(fā)是不斷進行配方調試的過程,且難以通過現(xiàn)有產(chǎn)品反向解構出其配方,這對技術有很大的要求。嘉定i線光刻膠光引發(fā)劑
高壁壘和高價值量是光刻膠的典型特征。光刻膠屬于技術和資本密集型行業(yè),全球供應市場高度集中。江蘇顯示面板光刻膠光引發(fā)劑
考慮到杯芳烴化合物的諸多優(yōu)點,2006年,Ober課題組將其酚羥基用t-Boc基團部分保護,制備了可在EUV光下實現(xiàn)曝光的化學放大型光刻膠,獲得了50nm線寬、占空比為1∶2的光刻線條和40nm線寬的“L”形光刻圖形,與非化學放大型杯芳烴光刻膠相比,靈敏度提高。隨后Ober課題組又發(fā)展了一系列具有杯芳烴結構的單分子樹脂光刻膠,研究了活性基團的數(shù)量、非活性基團的種類和數(shù)量對玻璃化轉變溫度、成膜性及光刻性能的影響,并開發(fā)了其超臨界CO2顯影工藝。此外,日本三菱瓦斯化學的Echigo等利用乙氧基作為酚羥基的保護基團,制備的杯芳烴化合物可在17.5mJ·cm-2劑量下實現(xiàn)26nm線寬的EUV光刻圖形。江蘇顯示面板光刻膠光引發(fā)劑