面向极紫外：光刻胶的发展回顾与展望

半导体行业中的大规模集成电路均采用光刻技术进行加工,光刻的线宽极限和精度直接决定了集成电路的集成度、可靠性和成本。光刻技术是指利用光刻胶在紫外光或电子束下发生溶解性变化,将设计在掩膜版上的图形转移到曝光衬底上的微加工技术。随着半导体加工的光源不断进步,从g线、i线到KrF(248 nm)再到ArF(193 nm),与之匹配的光刻胶也在不断变化,以满足灵敏度、透光性以及抗刻蚀等需求。如今,极紫外(EUV)光刻已经成为公认的下一代光刻技术,然而与之对应的光刻胶还面临着不少挑战。本文简要回顾了光刻光源的发展以及对应光刻胶的变化历史,而后从极紫外光刻的原理与设备性能指标角度,结合高能光子辐射条件下的反应机理,分析了极紫外光刻胶研究中面临的灵敏度、分辨率和抗刻蚀性等方面前所未有的挑战,同时提出了对极紫外光刻胶关键性能指标与未来研究方向的展望。     

极紫外(EUV)光刻胶树脂及合成方法进展

极紫外光刻(EUVL)是实现22 nm及以下节点集成电路制造最为高效的工艺技术.本文介绍了 EUV光刻胶树脂的结构特点及其对光刻性能的影响,并着重整理了近年来化学增幅型和非化学增幅型EUV光刻胶树脂的合成方法.最后,对EUV光刻胶树脂的结构设计进行了分析与展望.     

上海光源极紫外光刻胶检测平台

极紫外光刻技术作为下一代光刻技术,被行业赋予了拯救摩尔定律的使命。极紫外光刻胶是极紫外光刻技术的核心子技术之一,其分辨率、粗糙度、灵敏度以及放气情况等指标的检测是开展极紫外光刻胶研发的必要条件和实现极紫外光刻胶配方优化的重要环节。基于同步辐射的极紫外干涉光刻技术是目前最适合开展的一种用于极紫外光刻胶性能检测的方法。上海光源根据相关的研发需求,已建立了一个基于该方法的极紫外光刻胶检测平台。通过不断改善装置的稳定性,发展自主的分束光栅掩膜制作技术,以及不断摸索和优化相应的干涉曝光工艺,目前检测平台的曝光分辨率测试水平已能达到20 nm以下,基本满足极紫外光刻7 nm工艺节点的相应要求。     

《光刻胶材料》专辑序言——光刻胶材料助力“中国芯”

<正>光刻是指通过紫外光曝光将掩膜图形转移到基底表面光刻胶上的工艺,是微纳加工制造中最关键的技术之一。1952年,光刻被首次用于集成电路的制造,自此信息技术得到了飞速发展。光刻工艺是芯片制造中难度最大、耗时最久的工艺,成本约占整个芯片生产成本的1/3。在整个光刻工艺中,光刻机是核心要素,光刻胶则是实现精细图形加工制备集成电路的关键材料。光刻工艺的发展主要依靠光源波长的不断缩小,从g线(436 nm)、i线(365 nm)、KrF (248 nm)、ArF (193 nm)再到如今的极紫外(EUV,13.5 nm),集成电路的制程工艺在不断进步,光刻胶也随之不断更新换代。     

化学增幅型光刻胶材料研究进展

芯片集成度的提高促使光刻胶向高分辨率方向发展,光刻技术由紫外全谱曝光发展到单一短波长曝光,为满足光刻胶高感度、高分辨率的要求,化学增幅型光刻胶应运而生。"化学增幅"可以提高光刻胶的量子产率,增强光刻胶感度,在深紫外、极紫外光刻中得到广泛应用。而高性能树脂作为光刻胶的成膜剂,对光刻胶的性能有重要影响,不同的树脂结构对应不同的反应机理。本文重点对化学增幅型光刻胶中的脱保护、重排、分子内脱水、酯化缩聚、交联、解聚等反应进行了总结,并介绍了对应的树脂结构。     

高分辨率极紫外光刻胶的研究进展

自集成电路芯片诞生半个多世纪以来,芯片尺寸在不断减少,以极紫外光刻为代表的光刻技术也有了显著的发展。同时,实现更高精度的光刻图案需要更加先进的光刻胶材料。传统的聚合物光刻胶材料因其相对分子质量大、高精度条纹易坍塌等缺陷使其使用受到限制。以分子玻璃和无机金属配合物光刻胶为代表的相对分子质量小、结构均一的新型光刻胶材料在国内外得到了广泛发展。本文对现阶段新型极紫外光刻胶材料的发展现状和趋势做了评述。     

248nm深紫外光刻胶

本文从化学增幅技术的产生,深紫外248nm胶主体树脂及PAG发展历程、溶解抑制剂、存在的工艺问题及解决途径多个方面综述了深紫外248nm胶的发展与进步.     

先进光刻材料

随着半导体产业的技术发展与进步,芯片制造在摩尔定律的推动下也在不断向先进工艺节点推进。与此同时,我们迫切需要开发与之相匹配的光刻材料来满足光刻图形化的快速发展需求。本文从光刻材料的成分和性能出发,介绍了光刻图形化技术所用的从紫外光刻胶、深紫外光刻胶、极紫外光胶、共轭聚合物光刻材料到导向自组装光刻材料,分析了光刻材料的发展现状,最后总结全文并对国内光刻材料的未来发展趋势进行展望。     

248 nm深紫外光刻胶用成膜树脂的研究进展

综述了用于248 nm化学增幅型深紫外光刻胶的不同种类和结构的成膜树脂,以及所使用单体的研发进展,包括聚甲基丙烯酸甲酯及其衍生物、聚对羟基苯乙烯及其衍生物、N取代的马来酰亚胺衍生物,以及其他聚合物等,对不同结构成膜树脂的曝光条件、对光刻胶性能的影响进行了介绍。     

I-Line光刻胶材料的研究进展

酚醛树脂-重氮萘醌正型光刻胶由于其优异的光刻性能,在g-line(436 nm)、i-line(365 nm)光刻中被广泛使用.g-line光刻胶胶、i-line光刻胶,两者虽然都是用线型酚醛树脂做成膜树脂,重氮萘醌型酯化物作感光剂,但当曝光波长从g-line发展到i-line时,为适应对应的曝光波长以及对高分辨率的追求,酚醛树脂及感光剂的微观结构均有变化.在i-line光刻胶中,酚醛树脂的邻-邻'相连程度高,感光剂酯化度高,重氮萘醌基团间的间距远.溶解促进剂是i-line光刻胶的一个重要组分,本文对其也进行了介绍.     

193nm化学放大光刻胶研究进展

193 nm光刻胶主要有化学/非化学放大、分子玻璃和无机-有机杂化等类型。目前,商业化193 nm光刻胶基本为化学放大型,主要成分包括聚合物树脂、光致产酸剂、添加剂(碱性添加剂、溶解抑制剂等)和溶剂等。本文从光刻胶的成分出发介绍193 nm化学放大胶的研究进展,概述目前应用及研究中出现的代表性193 nm化学放大胶,总结其优缺点及未来可能的发展方向。     

g-线/i-线光刻胶研究进展

光刻胶是半导体领域中不可或缺的关键材料。光刻胶行业常年被日本和美国等国家所垄断,随着国际竞争的日益激烈,光刻胶国产化迫在眉睫。本文针对g-线(436 nm)和i-线(365 nm)光刻胶进行了总结,按照其组成不同,将其分为酚醛树脂/重氮萘醌、化学放大胶和分子玻璃等类型,并分别进行介绍。目前,市场用量较大的g/i-线光刻胶主要是酚醛树脂/重氮萘醌系列,本文详细介绍了国内外对酚醛树脂/重氮萘醌的研究报道,阐述了其曝光机理以及光敏剂、添加剂等对光刻胶性能的影响。本文期望能对g-线/i-线光刻胶的开发提供参考。     

彩色液晶显示与颜料分散光刻胶

在所有彩色液晶显示（ＬＣＤ，ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｄｉｓｐｌａｙ）用彩色滤色膜（ＣＦ，ｃｏｌｏｒｆｉｌｔｅｒ）的制造技术中，颜料分散光刻胶光刻法在大面积、高分辨率的ＣＦ商业生产中占主导地位。本文介绍了ＣＦ对颜料分散光刻胶的基本要求，总结比较了几种不同类型的光刻胶，并对其中应用较广泛的光引发自由基聚合型光刻胶和聚乙烯醇型光交联型光刻胶作了较为详细的阐述。     

提高聚乙烯醇肉桂酸酯光致抗蚀剂性能的途径

光敏树脂分子量的多分散性对光刻胶性能有极大影响。聚乙烯醇肉桂酸酯是国内外最早和最广泛用于光刻工艺的光敏树脂,然而过去由于对其分子量的分散性注意不够,所制得之光刻胶不能适应更高要求,特别是大规模集成电路的光刻。但是我们将聚乙烯醇经分级精制,使其分子量分在范围大大缩小,平均聚合度由原来的1750提高到1911,并用热法进行酯化反应,制得聚乙烯醇肉桂酸酯光刻胶,其分辨率、抗蚀性和感光性大大改善,能达到或超过日本 OSR 光刻胶的水平,并有效地防止冻胶,质量优越。因此,它能在大规模集成电路中得到应用。我们认为高聚物的分     

多光子光刻用的杯[4]芳烃分子玻璃正性光刻胶

分子玻璃材料和多光子光刻技术分别是近年来光刻胶和光刻技术领域的研究热点.本文对分子玻璃正性光刻胶在多光子光刻中的应用进行了探索,设计合成了叔丁氧基羰基保护的杯[4]芳烃衍生物分子玻璃材料,将其作为主体材料与光生酸剂三氟甲磺酸三苯锍鎓盐进行复配,制备了分子玻璃正性光刻胶,探讨并优化了光刻胶的成分配比及其在紫外光曝光下的显影工艺.利用780nm波长飞秒激光对所制备的分子玻璃正性光刻胶进行了多光子光刻特性的评价,实验得到了最低线宽180nm的线条和复杂的二维微结构图形,结果表明杯[4]芳烃衍生物分子玻璃正性光刻胶有望应用于多光子光刻技术.     

电沉积技术制作高聚物微流控芯片模具

利用电沉积技术制作微流控芯片金属模具,方法是:使用新型超厚光刻胶SU8胶作近紫外光刻,并在光刻后的图案上电沉积金属Ni,之后去胶,最终获得金属模具.该法减小了电沉积工作量.采用反向电流预处理基底、并适当增加电铸液的添加剂以及脱模后真空退火,即可明显提高电沉积微结构与基底的结合力.用此金属模具成功热压了PMMA,制成了微流控芯片.     

微电子光致抗蚀剂的发展及应用

光致抗蚀剂,又称光刻胶,是微电子工业中制作大规模和超大规模集成电路不可或缺的核心材料,因其在国民经济和国防建设中具有战略地位而备受研究者关注.本文梳理了光致抗蚀剂从早期的聚乙烯醇肉桂酸酯、环化橡胶-叠氮化合物、近紫外G线(436-nm)和I线(365-nm)酚醛树脂-重氮萘醌类光致抗蚀剂,到深紫外(248-nm和193-nm)、真空紫外(157-nm)光致抗蚀剂,再到极紫外(13.5-nm)、电子束、纳米压印、嵌段共聚物自组装、扫描探针等下一代光刻技术用光致抗蚀剂的发展脉络,综述了其研究进展.重点对深紫外化学增幅型光致抗蚀剂体系进行了总结,包括主体成膜树脂、光产酸剂以及溶解抑制剂、碱性化合物等添加剂,并介绍了下一代光刻技术用光致抗蚀剂的最新研究成果.最后对光致抗蚀剂未来的发展前景和方向进行了展望.     

2—重氮—1—萘醌—5—磺酸—聚乙二醇酯的合成及性能研究

本文通过各种分子量范围的聚乙二醇与2-重氮-1-萘醌-5-磺酰氯(简称“215”-磺酰氯)按下式进行反应。式中,n为3～13的整数,作者对合成条件进行了探索。对所得的光敏剂作了波谱分析,并以这些光敏剂分别与线型酚醛树脂(软化点T_S=125～134℃)及溶剂等配制成紫外正性光刻胶,对光刻胶的感光性能进行了研究。结果表明聚乙二醇-300,在30℃下与215～磺酰氯反应3小时,介质的pH=7～8,所得光敏剂用于正性光刻胶,胶的性能优良,感光速度快,分辨力为Iμm。未曝光区域的留膜率可达96～98％。 文献中指出:单用215-磺酰氯作为光敏剂配制的光刻胶成像性差,分辨力不高,若改变磺酸酯基或磺酰胺氨基(即中心基团)的分子结构例如:酚类,胺类或醇类等化合物~([1～5]),则对光刻胶的性能有很大改善。本屋联这一论点提供了实验依据。     

193 nm深紫外光刻胶用成膜树脂的研究进展

本文综述了用于193 nm深紫外光刻胶的主体成膜树脂的种类及常用合成单体的研究进展,包括聚(甲基)丙烯酸酯体系、环烯烃-马来酸酐共聚物(COMA)体系、乙烯醚-马来酸酐共聚物(VEMA)体系、降冰片烯加成聚合物体系、环化聚合物体系、有机-无机杂化树脂体系以及光致产酸剂(PAG)接枝聚合物主链型等,并分析了目前关于曝光、分辨率和抗蚀刻性能方面存在的问题及未来的发展方向。     

非离子型产酸剂——N-羟基邻苯二甲酰亚胺对甲苯磺酸酯的合成与性能研究

以邻苯二甲酸酐、盐酸羟胺和对甲苯磺酰氯为起始原料,合成了非离子型光致产酸剂——N-羟基邻苯二甲酰亚胺对甲苯磺酸酯,对其进行了红外、核磁共振和紫外表征,测定了其化学结构、溶解性和紫外吸收等性能.结果表明,这种非离子型产酸剂较离子型产酸剂在常用溶剂中有非常良好的溶解性,并在248 nm处有好的透明性,可用于深紫外光刻工艺体系.