耐高温紫外正型光刻胶和248nm深紫外光刻胶的研制

摘要

光刻胶是完成微电子制造光刻工艺的关键性基础材料，它决定着微电子技术的发展水平。光刻胶通常由成膜树脂、感光剂、溶剂和一些添加剂组成。在光刻胶的研制方面，我国与国外相比，还有比较大的差距。本文采用新的方法，合成出了一系列光刻胶成膜树脂的单体，包括：N-苯基甲基丙烯酰胺、N-(p-羟基苯基)甲基丙烯酰胺、N-(p-乙酰氧基苯基)甲基丙烯酰胺、对特丁氧酰氧基苯乙烯(PTBOCS)、N-羟基-5-降冰片烯-2,3-二甲酰亚胺甲基丙烯酸酯和N-羟基-3,6-内氧桥-4-环己烯二甲酰亚胺甲基丙烯酸酯，并对它们进行了FT-IR和1H NMR表征。
　　 制备了两种常用的248nm深紫外光刻胶用光致酸发生剂(PAG)对甲基苯磺酸三苯基硫鎓盐和N-羟基邻苯二甲酰亚胺对甲基苯磺酸酯，对它们进行了FT-IR和1H NMR表征，测试了它们的热性能、紫外光吸收性能和溶解性能。结果表明它们适合作深紫外光刻胶的PAG。
　　 通过自由基聚合的方法，采用苯乙烯和前面制备的单体合成了三种聚合物：聚苯乙烯共N-(p-羟基苯基)马来酰亚胺，聚N-(p-羟基苯基)甲基丙烯酰胺共N-苯基马来酰亚胺和聚N-苯基甲基丙烯酰胺共N-(p-羟基苯基)马来酰亚胺。测试了它们的相关性能。结果表明它们的玻璃化温度Tg均在250℃以上，具有良好的耐高温性能、溶解性能、成膜性能和亲水性，可以用作耐高温紫外正型光刻胶的成膜树脂。
　　 利用前面已经合成的单体PTBOCS和N-羟基-3,6-内氧桥-4-环己烯二甲酰亚胺甲基丙烯酸酯，制备了新的聚合物聚PTBOCS共N-羟基-3,6-内氧桥-4-环己烯二甲酰亚胺甲基丙烯酸酯，对它进行了FT-IR表征，测试了它的热性能和紫外吸收性能；结果表明，该聚合物具有良好的耐热性能(Tg＝175℃)、 248nm深紫外光透光性能、溶解性能和成膜性能，并且与基体有良好的结合力，适合作248nm深紫外光刻胶的成膜树脂。而另外一种新的聚合物聚PTBOCS共N-羟基-5-降冰片烯-2,3-二甲酰亚胺甲基丙烯酸酯因其溶解性不好，不适合作光刻胶的成膜树脂。
　　 将聚N-(p-羟基苯基)甲基丙烯酰胺共N-苯基马来酰亚胺和聚N-苯基甲基丙烯酰胺共N-(p-羟基苯基)马来酰亚胺用作耐高温的紫外正型光刻胶的成膜树脂；通过与感光剂重氮奈醌磺酰氯(DNS)和阻溶剂二苯甲酮复配，较详细地探讨了聚N-(p-羟基苯基)甲基丙烯酰胺共N-苯基马来酰亚胺—DNS系紫外正型光刻胶的配方组成和与之配套的光刻工艺条件，表明它的成像反差γ＝3.001，它的等离子蚀刻速率可以与线形酚醛树脂—重氮萘醌(DNQ)系紫外光刻胶的相比，它的分辨率可以达到1μm左右。
　　 开发了一种新的248nm深紫外单层光刻胶体系，成膜树脂采用聚PTBOCS共N-羟基-3,6-内氧桥-4-环己烯二甲酰亚胺甲基丙烯酸酯，PAG采用对甲基苯磺酸三苯基硫鎓盐，阻溶剂为(4,4’-二特丁氧酰氧基)二苯基丙烷，溶剂采用1：1(v/v)的乙二醇单甲醚乙酸酯(EGMEA)和乳酸乙酯(EL)的混合液，显影液为2.38[％](w/w)氢氧化四甲基铵(TMAH)溶液。探讨了该系光刻胶的配方组成和与之配套的光刻工艺条件，结果表明这是一种环境稳定的化学增幅型深紫外光刻胶。它的抗蚀刻能力与线性酚醛树脂—DNQ系光刻胶的基本相同，初步的光刻实验表明，它的分辨率至少在0.5μm左右，它的感光灵敏度为22mJ/cm2。
　　 分别探讨了耐高温紫外正型光刻胶聚N-(p-羟基苯基)甲基丙烯酰胺共N-苯基马来酰亚胺—DNS系和248nm深紫外光刻胶聚PTBOCS共N-羟基-3,6-内氧桥-4-环己烯二甲酰亚胺甲基丙烯酸酯—对甲基苯磺酸三苯基硫鎓盐体系的显影成像机理。