南大光電高黏附性的ArF光刻膠樹(shù)脂專利揭秘

【嘉德點(diǎn)評(píng)】南大光電材料公司提出的這種具有高黏附性的ArF光刻膠，減小了光刻圖形缺陷，提升了產(chǎn)品良率，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

集微網(wǎng)消息，在國(guó)際半導(dǎo)體領(lǐng)域，我國(guó)雖已成為半導(dǎo)體生產(chǎn)大國(guó)，但整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈仍比較落后。特別是由于國(guó)內(nèi)光刻膠廠布局較晚，半導(dǎo)體光刻膠技術(shù)相較于海外先進(jìn)技術(shù)差距較大，國(guó)產(chǎn)化不足5%。在這種條件下，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體廠商積極開(kāi)展研究，如晶瑞股份的KrF光刻膠，南大光電的ArF光刻膠均取得較好的研究效果。

光刻膠是電路制造材料技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵材料之一，隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)業(yè)對(duì)光刻膠的技術(shù)要求越來(lái)越高，為滿足日益苛刻的工藝條件，需要開(kāi)發(fā)更高性能的光刻膠產(chǎn)品。相對(duì)于傳統(tǒng)的I線、G線、KrF光刻膠，ArF光刻膠產(chǎn)品具有優(yōu)異的分辨率，可達(dá)到55nm以下，是目前先進(jìn)集成電路制造工藝使用的主流光刻膠。ArF光刻膠由樹(shù)脂、光敏劑、添加劑溶劑等組成，隨著加工線寬的不斷減小，光刻膠的線條越來(lái)越細(xì)，容易發(fā)生剝離及倒膠現(xiàn)象，使光刻圖形發(fā)生缺陷。為增加光刻膠與基材黏附性，現(xiàn)有技術(shù)常通過(guò)改善光刻膠自身的性能或者改變光刻工藝以提升黏附性，但在工藝的顯影過(guò)程中經(jīng)常會(huì)在基材表面產(chǎn)生殘留，影響產(chǎn)品良率，另外還會(huì)增加能源損耗，產(chǎn)生污染，提高晶圓生產(chǎn)成本。

針對(duì)這一情況，國(guó)內(nèi)企業(yè)南大光電材料公司于2019年10月9日提出一項(xiàng)名為“一種具有高黏附性的ArF光刻膠樹(shù)脂及其制備方法”的發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)枺?01910954317.1），申請(qǐng)人為寧波南大光電材料有限公司。此專利提供一種具有高黏附性的ArF光刻膠樹(shù)脂，旨在解決在顯影過(guò)程中基材表面產(chǎn)生殘留，使光刻圖形產(chǎn)生缺陷，影響產(chǎn)品良率等技術(shù)問(wèn)題。

在ArF光刻膠的制備過(guò)程中，樹(shù)脂作為光刻膠性能的載體，對(duì)光刻膠的分辨率和線邊粗糙度等性能有重要影響。相較于以往制備方法，本發(fā)明的ArF光刻膠樹(shù)脂在制備過(guò)程中添加了含有腈基的單體，按重量百分比計(jì)，10％～40％內(nèi)酯單體、20％～60％酸保護(hù)單體、0％～25％非極性單體和0％～15％腈基單體。由于腈基為強(qiáng)極性結(jié)構(gòu)，在樹(shù)脂中，強(qiáng)極性結(jié)構(gòu)與非極性結(jié)構(gòu)配合使用，可同時(shí)提升光刻膠的分辨率，減小線邊粗糙度，提高樹(shù)脂的黏附性，改善光刻膠的整體性能。

另一方面，腈基結(jié)構(gòu)的引入可以增加樹(shù)脂與基材表面的作用力，增加黏附性， 且腈基與硅烷偶聯(lián)劑不同，不會(huì)與基材表面分子形成化學(xué)鍵，因此，在顯影過(guò)程中可輕松去除殘留物。因此，使用本發(fā)明的ArF光刻膠樹(shù)脂制備的光刻膠具有優(yōu)異的黏附性，曝光區(qū)內(nèi)的光刻膠沒(méi)有殘留，減小了光刻圖形缺陷，提升了產(chǎn)品良率，光刻圖形沒(méi)有出現(xiàn)倒膠和剝離現(xiàn)象，與基材黏附性好。

圖1 工藝改良前后光刻膠的光刻圖形對(duì)比示意圖。

圖1為此專利提出的使用腈基結(jié)構(gòu)改良后的樹(shù)脂結(jié)構(gòu)與改良前光刻膠的光刻圖形對(duì)比圖。由于光刻膠線條的線寬為90-130nm，產(chǎn)業(yè)界無(wú)法以機(jī)械方式用設(shè)備檢測(cè)測(cè)試如此細(xì)的線條性能，只能將樹(shù)脂制備成光刻膠，做出的圖形用掃描電鏡(SEM)觀察，若沒(méi)有看到剝離和倒膠現(xiàn)象，證明黏附性能良好，否則明樹(shù)脂無(wú)效。圖1左圖為使用沒(méi)有腈基單體的樹(shù)脂制備的光刻膠，經(jīng)過(guò)曝光顯影后， 光刻膠圖形發(fā)生變形，線條脫落，出現(xiàn)剝離現(xiàn)象，因此線條與基材的黏附性差。右圖為添加腈基單體的樹(shù)脂形成的光刻膠曝光圖，光刻膠的獨(dú)立線條邊緣均勻，沒(méi)有發(fā)生粘連和倒膠現(xiàn)象，說(shuō)明粘附性良好。

南大光電材料公司提出的這種具有高黏附性的ArF光刻膠，減小了光刻圖形缺陷，提升了產(chǎn)品良率，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。目前我國(guó)正處于半導(dǎo)體行業(yè)蓬勃發(fā)展的時(shí)期，對(duì)光刻膠的需求較大，相信諸如寧波南大光電材料公司等國(guó)內(nèi)新興企業(yè)會(huì)相繼沖破技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展。