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中國科大劉世勇教授團隊 Angew：基于精準高分子化學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，光刻技術不斷進步，以實現更小的臨界尺寸，推動集成電路向更高水平的集成發展。極紫外(EUV)光刻已成為制造亞10 nm特征的最先進技術，但其材料面臨重大挑戰。盡管化學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到預期標準。在同時實現分辨率、線邊粗糙度(LER)和靈敏度需求的光刻膠開發上，仍然存在顯著挑戰。

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機制。(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，中國科學技術大學劉世勇教授團隊合成了一種基于精準自降解高分子(SIPs)的高性能光刻膠，其通過級聯降解實現了內在的信號放大。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鍵并隨后發生級聯降解，從而作為正膠光刻膠。碎裂的產物在高劑量曝光下可以進一步發生有效的交聯反應，從而將聚氨基甲酸酯轉變為負膠光刻膠(圖1a)。這些光刻膠在電子束光刻和EUV光刻下均表現出優異性能。具有精確分子量的精準SIP相比于傳統多分散SIP，在分辨率和LER方面表現出顯著提升 (圖2和圖3)。鏈長的增加也顯著提升了精準高分子光刻膠的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，而對應的多分散聚合物光刻膠則呈現線寬約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)，符合商業應用的標準。這項研究不僅展示了單組分精準高分子光刻膠的獨特特性，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，進一步凸顯了精準高分子在高分辨率光刻應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”為題發表在《Angew. Chem., Int. Ed.》上。文章第一作者是中國科學技術大學化材學院博士后岑杰博士。該研究得到國家自然科學基金委“集成電路關鍵材料前沿探索”原創項目、區域創新發展聯合基金、重點項目的支持。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、胡進明教授為論文共同通訊作者。

圖2. 電子束光刻下，傳統多分散聚合物(P^Bn-ⁱOc)和精準高分子(Bn-Mer8-OH, Bn-Mer10-OH和Bn-Mer12-OH)構建的納米圖案的SEM圖像。

圖3. EUV光刻下，傳統多分散聚合物(P^Bn-ⁱOc)和精準高分子(Bn-Mer10-OH和Bn-Mer12-OH)構建的納米圖案的AFM圖像。

圖4. 刻蝕抗性評估

該工作重點比較了精準高分子與傳統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出明顯的優勢，其在分辨率和線邊粗糙度方面均顯著優于具有寬分子量分布的傳統聚合物。具體而言，精準高分子能夠實現更為一致的反應行為，進而提高了圖案的可控性和分辨率。相較之下，傳統聚合物由于分子量的多樣性，導致產生了更高的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計理念上進一步提高了儲存穩定性，避免了多組分系統中可能存在的成分不均勻性，從而有效降低了隨機反應的發生。這一特性不僅增強了光刻膠的長期應用可靠性，也為高性能光刻材料的發展提供了新的方向。這些差異凸顯了精準高分子在高端制造領域的廣泛應用潛力。

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

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（責任編輯：xu）

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