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中國科大劉世勇教授團(tuán)隊(duì) Angew：基于精準(zhǔn)高分子化學(xué)的單組分極紫外光刻膠
2024-09-29  來源：高分子科技

  在過去幾十年中，光刻技術(shù)不斷進(jìn)步，以實(shí)現(xiàn)更小的臨界尺寸，推動集成電路向更高水平的集成發(fā)展。極紫外(EUV)光刻已成為制造亞10 nm特征的最先進(jìn)技術(shù)，但其材料面臨重大挑戰(zhàn)。盡管化學(xué)放大光刻膠和聚甲基丙烯酸甲酯是EUV光刻的主要材料，但它們的性能未能達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。在同時(shí)實(shí)現(xiàn)分辨率、線邊粗糙度(LER)和靈敏度需求的光刻膠開發(fā)上，仍然存在顯著挑戰(zhàn)。


圖1. (a) 自降解聚合物在電子束或極紫外光刻中的降解和交聯(lián)機(jī)制。(b) 通過迭代增長法合成的自降解聚合物光刻膠顯示出更高分辨率和更低的線邊緣粗糙度。


  近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)劉世勇教授團(tuán)隊(duì)合成了一種基于精準(zhǔn)自降解高分子(SIPs)的高性能光刻膠，其通過級聯(lián)降解實(shí)現(xiàn)了內(nèi)在的信號放大。在低劑量的電子束或EUV輻射曝光下，這些聚氨基甲酸酯能夠通過選擇性斷裂芐基-O鍵并隨后發(fā)生級聯(lián)降解，從而作為正膠光刻膠。碎裂的產(chǎn)物在高劑量曝光下可以進(jìn)一步發(fā)生有效的交聯(lián)反應(yīng)，從而將聚氨基甲酸酯轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)膠光刻膠(圖1a)。這些光刻膠在電子束光刻和EUV光刻下均表現(xiàn)出優(yōu)異性能。具有精確分子量的精準(zhǔn)SIP相比于傳統(tǒng)多分散SIP，在分辨率和LER方面表現(xiàn)出顯著提升 (圖2和圖3)。鏈長的增加也顯著提升了精準(zhǔn)高分子光刻膠的LER。在EUV光刻中，Bn-Mer12-OH光刻膠的線寬約為54 nm，LER約為3.1 nm，而對應(yīng)的多分散聚合物光刻膠則呈現(xiàn)線寬約58 nm，LER約為8.7 nm (圖3)。此外，在抗蝕刻性能評估中，Bn-Mer12-OH的蝕刻選擇性超過8 (圖4)，符合商業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。這項(xiàng)研究不僅展示了單組分精準(zhǔn)高分子光刻膠的獨(dú)特特性，還突出了其在解決分辨率、線邊粗糙度與靈敏度之間的折衷問題的潛力，進(jìn)一步凸顯了精準(zhǔn)高分子在高分辨率光刻應(yīng)用中的廣闊前景和重要性。該工作以“Single-Component High-Resolution Dual-Tone EUV Photoresists Based on Precision Self-Immolative Polymers”為題發(fā)表在《Angew. Chem., Int. Ed.》上。文章第一作者是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化材學(xué)院博士后岑杰博士。該研究得到國家自然科學(xué)基金委“集成電路關(guān)鍵材料前沿探索”原創(chuàng)項(xiàng)目、區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金、重點(diǎn)項(xiàng)目的支持。中國科大微納研究與制造中心周成剛主任、劉文工程師、王秀霞工程師為電子束光刻評價(jià)提供了全力支持，極紫外光刻膠測試表征工作在上海光源軟X射線干涉光刻線站(BL08U1B)完成。劉文工程師和許杰博士為論文共同第一作者，鄧正玉教授、周成剛高級工程師、胡進(jìn)明教授為論文共同通訊作者。


圖2. 電子束光刻下，傳統(tǒng)多分散聚合物(PBn-iOc)和精準(zhǔn)高分子(Bn-Mer8-OH, Bn-Mer10-OH和Bn-Mer12-OH)構(gòu)建的納米圖案的SEM圖像。


圖3. EUV光刻下，傳統(tǒng)多分散聚合物(PBn-iOc)和精準(zhǔn)高分子(Bn-Mer10-OH和Bn-Mer12-OH)構(gòu)建的納米圖案的AFM圖像。


圖4. 刻蝕抗性評估


  該工作重點(diǎn)比較了精準(zhǔn)高分子與傳統(tǒng)分布高分子在電子束和極紫外光刻中的性能差異。具有精確分子量的離散自降解高分子展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，其在分辨率和線邊粗糙度方面均顯著優(yōu)于具有寬分子量分布的傳統(tǒng)聚合物。具體而言，精準(zhǔn)高分子能夠?qū)崿F(xiàn)更為一致的反應(yīng)行為，進(jìn)而提高了圖案的可控性和分辨率。相較之下，傳統(tǒng)聚合物由于分子量的多樣性，導(dǎo)致產(chǎn)生了更高的LER，影響了圖案的精度。同樣值得一提的是，單組分自降解光刻膠在設(shè)計(jì)理念上進(jìn)一步提高了儲存穩(wěn)定性，避免了多組分系統(tǒng)中可能存在的成分不均勻性，從而有效降低了隨機(jī)反應(yīng)的發(fā)生。這一特性不僅增強(qiáng)了光刻膠的長期應(yīng)用可靠性，也為高性能光刻材料的發(fā)展提供了新的方向。這些差異凸顯了精準(zhǔn)高分子在高端制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202415588

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