新型多触发极紫外光刻胶材料

近年来，极紫外（EUV）光刻一直被认为是下一个可行的光刻方案。然而，在光学系统、掩膜版、光刻胶材料等方面的技术难题阻碍了这一技术的应用。例如，EUV光掩膜系统已经由原来的透射式改为反射式，这已经被证明是一个很有挑战性的过渡，目前EUV scanner的出货正在加速。同时，EUV掩膜以及解决缺陷问题需要用到的薄膜正在研发中。

为了满足EUV对光刻胶的要求，光刻胶厂家最初通过调整光刻胶配方、添加剂、PAG对现在的193nm光刻胶进行重新计算，以适用于EUV。虽然这是一个符合成本效益的方法，但这样一来限制了线宽粗糙度（LWR）、灵敏度以及分辨率。LWR是通过图形沿长度方向宽度的随机变化定义的。随着光刻图形尺寸越来越小，图形侧壁的缺陷成为了图形误差的一大来源。此外，根据先前的研究结果，高LWR已归因于聚合物的使用。其他影响LER值的因素有散射噪声、PAG位置、酸扩散以及显影液的选择。几乎没有商用材料可以保证LWR在3nm以下，所以更高灵敏度的光刻胶有待开发。

大约在3年前，光刻胶用户开始推广新的光刻胶——分子光刻胶（Molecular resists）。因此目前分子光刻胶已经专注于解决聚合物尺寸、多分散性以及浓度的问题。与传统的基于聚合物的光刻胶悬浮液不同，分子胶的配方是以小分子为基础的。有很多分子系统正在被用于此项研究，位于Irresistible Materials的团队已经研发出一种新材料——多触发光刻胶（multitrigger resist），这是化学放大分子光刻胶的一大进展，借此可以实现高分辨率、高灵敏度、低LWR。

在现有的多触发材料中，光刻胶的曝光过程引入了催化反应，类似于化学放大胶，如图1（a）所示。然而，与一个光酸分子会引起一次曝光不同，本文采用多个光敏剂（photoinitiators）激发多个光敏感分子。然后这些分子相互反应完成一次光刻胶曝光，同时产生光敏剂（photoinitiators）。在大量激活的光敏剂（photoinitiators）区域（如一个图形中间的高剂量区域），被激活的光刻胶成分距离很近，如图1（b）所示。连续多次发生的光刻胶反应可以过得较高的对比度。相反，对于只有一小部分光敏剂（photoinitiators）被激活的区域（如一个图形边缘的低剂量区域），被激活的光刻胶成分距离较远以致很难发生反应，如图1（c）所示。随着激活光敏剂（photoinitiators）被移除之后催化反应停止。利用这种方法，本文的多触发机制使得图形边缘处的化学梯度增加，同时减小酸的扩散。

图1 （a）应用于极紫外光刻的传统化学放大胶的机理；（b）高剂量区域的多触发机制；（c）低剂量区域的多触发机制

在接触通图形上验证了多触发光刻胶，如图2所示。实验采用的劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的微场曝光工具（MicrofieldExposure Tool）。该工具是目前分辨率最高的极紫外光刻工具（数值孔径为0.3）。其中，曝光剂量小于20mJ/cm2，通孔图形中最小的关键尺寸为25nm。

图2 25nm半周期接触孔的SEM图片。该图形由劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的微场曝光工具（MicrofieldExposure Tool）获得，曝光剂量为17.6mJ/cm2。

与传统技术相比，该多触发系统有很多优势。例如，采用该系统，不需要进行后烘工序（这点与大多数化学放大光刻胶系统不同），这进一步缩短了工序周期。另一个优势是，该光刻胶是有机的，这意味着可以利用现成的金属还原技术和刻蚀工艺。使用现有的刻蚀工序不需要进行昂贵且漫长的新的刻蚀工艺的研发。

与现有光刻胶系统（即基于化学放大的光刻胶系统）相比，有低成本、高感光速度，和高分辨率的好处和优势。该光刻胶是非金属的，且适用于批量生产。

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