由于早期制约EUV光刻发展的技术瓶颈之一是光源功率太小,因此,在不降低其他光刻性能的前提下提高EUV光刻胶的灵敏度一直是科研人员的工作重点。为了解决这一问题,2013年,大阪大学的Tagawa等提出了光敏化化学放大光刻胶(PSCAR?)。与其他EUV化学放大光刻胶不同的是,PSCAR体系除了需在掩模下进行产生图案的EUV曝光,还要在EUV曝光之后进行UV整片曝光。PSCAR体系中除了有主体材料、光致产酸剂,还包括光敏剂前体。这是一种模型光敏剂前体的结构,它本身对UV光没有吸收,但在酸性条件下可以转化为光敏剂,对UV光有吸收。光刻胶的研发是不断进行配方调试的过程,且难以通过现有产品反向解构出其配方,这对技术有很大的要求。华东正性光刻胶单体
20世纪七八十年代,我国光刻胶研发水平一直与国外持平。1977年,化学研究所曾出版了我国一部有关光刻胶的专著《光致抗蚀剂:光刻胶》。但随后的1990~2010年,由于缺乏芯片产业的牵引,我国光刻胶研发处于停滞状态。直到2010年后,我国才又开始重新组建光刻胶研发队伍。目前我国的EUV光刻胶主要集中在单分子树脂型和有机-无机杂化型,暂无传统高分子EUV光刻胶的相关工作见诸报道。我国开展EUV光刻胶研究的主要有化学研究所杨国强课题组和理化技术研究所李嫕课题组。江苏光分解型光刻胶显示面板材料光刻胶按应用领域分类,可分为 PCB 光刻胶、显示面板光刻胶、半导体光刻胶及其他光刻胶。
从光刻设备角度来看,EUV光刻与其他波长光刻关键的两点差异是光源强度和散粒噪声。尽管有多种方式可获得EUV光,商用EUV光刻机使用的是激光激发的等离子体(LPP)发光,其输出功率曾长期是制约EUV光刻技术商用的瓶颈问题;另外,EUV光刻使用的是反射镜成像系统,而非传统的透过折射镜片组,且效率不高。因此在EUV光刻发展的早期,通常都要求EUV光刻胶具有较高的灵敏度。同时,EUV光子能量(约为92eV)远高于以前几代光刻技术光源的光子能量(是193nm光子能量的14.4倍),也就是说,对于同样的曝光能量,光子数目远少于前几代的光刻技术,这就导致散粒噪声增加,从而造成线宽/线边缘粗糙度的升高。而灵敏度过高并不利于克服散粒噪声的影响,所以随着EUV光源功率不断提升,业界对EUV光刻胶的要求从“提高灵敏度”逐渐变为“利用一定程度的灵敏度来降低粗糙度”。
除了枝状分子之外,环状单分子树脂近年来也得到了迅速发展。这些单分子树脂的环状结构降低了分子的柔性,从而通常具有较高的玻璃化转变温度和热化学稳定性。由于构象较多,此类分子也难以结晶,往往具有很好的成膜性。起初将杯芳烃应用于光刻的是东京科技大学的Ueda课题组,2002年起,他们报道了具有间苯二酚结构的杯芳烃在365nm光刻中的应用。2007年,瑞士光源的Solak等利用对氯甲氧基杯芳烃获得了线宽12.5nm、占空比1∶1的密集线条,但由于为非化学放大光刻胶,曝光机理为分子结构被破坏,灵敏度较差,为PMMA的1/5。按显示效果分类:光刻胶可分为正性光刻胶和负性光刻胶。
构建负胶除了可通过改变小分子本身的溶解性以外,还可以利用可发生交联反应的酸敏基团实现分子间的交联,从而改变溶解度。Henderson课题组报道了一系列含有环氧乙烷基团的枝状单分子树脂。环氧乙烷基团在酸的作用下发生开环反应再彼此连接,从而可形成交联网状结构,使光刻胶膜的溶解性能降低,可作为负性化学放大光刻胶。通过增加体系内的芳香结构来进一步破坏分子的平面性,可以获得更好的成膜性和提高玻璃化转变温度;同时,每个分子上的环氧基团从两个增加为四个后,灵敏度提高了,分辨率也有所提高。光刻胶的技术壁垒包括配方技术,质量控制技术和原材料技术。昆山光刻胶曝光
光刻胶的国产化公关正在展开,在面板屏显光刻胶领域,中国已经出现了一批有竞争力的本土企业。华东正性光刻胶单体
关于光刻胶膜对EUV光的吸收能力,研究人员的观点曾发生过较大的转变。刚开始研究人员认为光刻胶应对EUV尽量透明,以便EUV光可以顺利透过光刻胶膜。对于紫外、深紫外光刻来说,如果光子不能透过胶膜,则会降低光刻的对比度,即开始曝光剂量和完全曝光剂量之间存在较大的差值,从而使曝光边界处图案不够陡直。所以,早期的EUV光刻胶研发通常会在分子结构中引入Si、B等EUV吸收截面较小的元素,而避免使用F等EUV吸收截面较大的元素。随后研究人员又发现,即使是对EUV光吸收较强的主体材料,还是“过于透明”了,以至于EUV光刻的灵敏度难以提高。因此,科研人员开始转向寻求吸收更强的主体材料,研发出了一系列基于金属元素的有机-无机杂化光刻胶。华东正性光刻胶单体