先进光刻胶材料的研究进展

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1、第２９卷第６期影像科学与光化学Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．６２０１１年１１月ＩｍａｇｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＰｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙＮｏｖ．，２０１１檭檭檭檭檭殐殐檭檭综述檭檭殐殐檭檭檭檭檭先进光刻胶材料的研究进展许箭，陈力，田凯军，胡睿，李沙瑜，王双青，杨国强（北京分子科学国家实验室，中国科学院化学研究所光化学重点实验室，北京１００１９０）摘要：本文简述了光刻技术及光刻胶的发展过程，并对应用于１９３纳米光刻和下一代ＥＵＶ光刻的光刻胶材料的研究进展进行了综述，特别对文献中ＥＵＶ光刻胶材料的研发进行了较为详细的介绍，以期对我国先进光刻胶的研发工作有所帮助．关键词：光刻胶；１９

2、３ｎｍ光刻；ＥＵＶ光刻；化学放大光刻胶；分子玻璃文章编号：１６７４－０４７５（２０１１）０６－０４１７－１３中图分类号：Ｏ６４；ＴＮ３０５文献标识码：Ａ光刻胶是指通过紫外光、深紫外光、电子束、离子束、Ｘ射线等光照或辐射，其溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料，是光刻工艺中的关键材料，主要应用于集成电路和半导体［１］分立器件的细微图形加工．１光刻技术概况光刻技术是利用光照，在有光刻胶存在下，将掩膜上的图形转移到衬底上的过程，其［２］基本原理如图１所示．首先在衬底表面形成一层光刻胶薄膜（Ａ过程）；然后紫外光通过掩膜板照射到光刻胶薄膜上，曝光区域发生一系列的化学反应（Ｂ过程）；再通

3、过显影的作用将曝光区域或未曝光区域溶解而去除（Ｃ过程），最后再通过刻蚀等过程将图形转移到衬底上．光刻胶根据在显影过程中曝光区域的去除或保留，分为正像光刻胶和负像光刻胶．其中正像光刻胶，曝光区域的光刻胶发生光化学反应，在显影液中软化而溶解，而未曝光区域仍然保留在衬底上，将与掩膜版上相同的图形复制到衬底上．相反，负像光刻胶曝光区域的光刻胶因交联固化而不溶于显影液，将与掩膜版上相反的图形复制到衬底上．现代半导体工业要求集成电路的尺寸越来越小，集成度越来越高，并能按照摩尔收稿日期：２０１１－０８－２０；修回日期：２０１１－０９－２２．基金项目：国家科技重大专项（０２专项：２０１

4、１ＺＸ０２７０１）作者简介：杨国强（１９６３－），男，研究员，博士生导师，主要从事有机光功能材料研发及机理研究，通讯联系人，Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｑｙａｎｇ＠ｉｃｃａｓ．ａｃ．ｃｎ．４１７４１８影像科学与光化学第２９卷［３］［４］定律而向前发展，其内在驱动力就是光刻技术的不断深入发展．自２０世纪８０年代开［４－８］始，光刻技术从Ｉ线（３６５ｎｍ），发展到深紫外（ＤＵＶ，２４８ｎｍ和１９３ｎｍ），以及下一代光刻技术中最引人注目的极紫外（ＥＵＶ，１３．５ｎｍ）光刻技术，而对应于各曝光波长的光刻胶组分（成膜树脂、感光剂和添加剂等）也随之发生变化，如表１所示．图１光刻的基本原理Ｇｅｎ

5、ｅｒａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ表１光刻技术及其光刻胶的发展Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔｓ光刻波长主要用途感光剂成膜材料光刻胶体系紫外全谱（３００—４５０２μｍ以上集成电路和半导双叠氮化合环化橡胶－双叠环化橡胶ｎｍ）体器件物氮负胶Ｇ线（４３６ｎｍ）０．５μｍ以上集成电路重氮萘醌化酚醛树脂－重氮酚醛树脂Ｉ线（３６５ｎｍ）０．３５－０．５μｍ集成电路合物萘醌正胶聚对羟基苯乙烯及ＫｒＦ（２４８ｎｍ）０．２５—０．１５μｍ集成电路光致产酸剂２４８光刻胶其衍生物ＡｒＦ（１９３ｎｍ干法）１３０—

6、６５ｎｍ集成电路ＡｒＦ（１９３ｎｍ浸没法）聚脂环族丙烯酸脂光致产酸剂１９３光刻胶（高折射率浸没流体＋高４５ｎｍ，３２ｎｍ集成电路及其共聚物折射率透镜）３２ｎｍ，２２ｎｍ及其以下集聚酯衍生物分子玻极紫外（ＥＵＶ，１３．５ｎｍ）光致产酸剂ＥＵＶ光刻胶成电路璃单组分材料甲基丙烯酸脂及其电子束掩膜版制备光致产酸剂电子束光刻胶共聚物目前光刻生产中最先进的１９３ｎｍ浸没式光刻配合双重曝光技术可以达到３２ｎｍ节［４，９］点．而这一技术要求增加了光刻的难度和步骤，使得成本显著增加，生产能力也明显第６期许箭等：先进光刻胶材料的研究进展４１９降低．利用１３．５ｎｍ的极紫外光（ＥＵＶ）进行光

7、刻可以相对简单地达到３２ｎｍ和２２ｎｍ［４］节点，甚至可以达到小于１０ｎｍ的技术节点，许多研究单位将下一代光刻技术都瞄准了ＥＵＶ光刻技术．然而，ＥＵＶ光刻技术中使用的光源、光刻胶、掩膜及光刻环境均与现［５］有的光刻体系有很大差别，这就使得ＥＵＶ还不能很快实现商业化，在一定时间内１９３ｎｍ技术仍将会成为市场的主流．根据２０１０年国际半导体技术路线（ＩＴＲＳ）预计，将有可［１０］能在２０１２年—２０１３年实现基于ＥＵＶ光刻技术的２２ｎｍ光刻技术节点．２化学放大光刻胶在１９３ｎｍ和ＥＵＶ光刻技术中，所使用的光刻胶大都属于化学放大光刻胶（Ｃｈｅｍ