中国科大刘世勇教授团队 Angew：基于精准高分子化学的单组分极紫外光刻胶

2024-09-29 来源：高分子科技

在过去几十年中，光刻技术不断进步，以实现更小的临界尺寸，推动集成电路向更高水平的集成发展。极紫外(EUV)光刻已成为制造亚10 nm特征的最先进技术，但其材料面临重大挑战。尽管化学放大光刻胶和聚甲基丙烯酸甲酯是EUV光刻的主要材料，但它们的性能未能达到预期标准。在同时实现分辨率、线边粗糙度(LER)和灵敏度需求的光刻胶开发上，仍然存在显著挑战。

图1. (a) 自降解聚合物在电子束或极紫外光刻中的降解和交联机制。(b) 通过迭代增长法合成的自降解聚合物光刻胶显示出更高分辨率和更低的线边缘粗糙度。

近期，中国科学技术大学刘世勇教授团队合成了一种基于精准自降解高分子(SIPs)的高性能光刻胶，其通过级联降解实现了内在的信号放大。在低剂量的电子束或EUV辐射曝光下，这些聚氨基甲酸酯能够通过选择性断裂苄基-O键并随后发生级联降解，从而作为正胶光刻胶。碎裂的产物在高剂量曝光下可以进一步发生有效的交联反应，从而将聚氨基甲酸酯转变为负胶光刻胶(图1a)。这些光刻胶在电子束光刻和EUV光刻下均表现出优异性能。具有精确分子量的精准SIP相比于传统多分散SIP，在分辨率和LER方面表现出显著提升 (图2和图3)。链长的增加也显著提升了精准高分子光刻胶的LER。在EUV光刻中，Bn-Mer12-OH光刻胶的线宽约为54 nm，LER约为3.1 nm，而对应的多分散聚合物光刻胶则呈现线宽约58 nm，LER约为8.7 nm (图3)。此外，在抗蚀刻性能评估中，Bn-Mer12-OH的蚀刻选择性超过8 (图4)，符合商业应用的标准。这项研究不仅展示了单组分精准高分子光刻胶的独特特性，还突出了其在解决分辨率、线边粗糙度与灵敏度之间的折衷问题的潜力，进一步凸显了精准高分子在高分辨率光刻应用中的广阔前景和重要性。该工作以“Single-Component High-Resolution Dual-Tone EUV Photoresists Based on Precision Self-Immolative Polymers”为题发表在《Angew. Chem., Int. Ed.》上。文章第一作者是中国科学技术大学化材学院博士后岑杰博士。该研究得到国家自然科学基金委“集成电路关键材料前沿探索”原创项目、区域创新发展联合基金、重点项目的支持。中国科大微纳研究与制造中心周成刚主任、刘文工程师、王秀霞工程师为电子束光刻评价提供了全力支持，极紫外光刻胶测试表征工作在上海光源软X射线干涉光刻线站(BL08U1B)完成。刘文工程师和许杰博士为论文共同第一作者，邓正玉教授、周成刚高级工程师、胡进明教授为论文共同通讯作者。

图2. 电子束光刻下，传统多分散聚合物(P^Bn-ⁱOc)和精准高分子(Bn-Mer8-OH, Bn-Mer10-OH和Bn-Mer12-OH)构建的纳米图案的SEM图像。

图3. EUV光刻下，传统多分散聚合物(P^Bn-ⁱOc)和精准高分子(Bn-Mer10-OH和Bn-Mer12-OH)构建的纳米图案的AFM图像。

图4. 刻蚀抗性评估

该工作重点比较了精准高分子与传统分布高分子在电子束和极紫外光刻中的性能差异。具有精确分子量的离散自降解高分子展现出明显的优势，其在分辨率和线边粗糙度方面均显著优于具有宽分子量分布的传统聚合物。具体而言，精准高分子能够实现更为一致的反应行为，进而提高了图案的可控性和分辨率。相较之下，传统聚合物由于分子量的多样性，导致产生了更高的LER，影响了图案的精度。同样值得一提的是，单组分自降解光刻胶在设计理念上进一步提高了储存稳定性，避免了多组分系统中可能存在的成分不均匀性，从而有效降低了随机反应的发生。这一特性不仅增强了光刻胶的长期应用可靠性，也为高性能光刻材料的发展提供了新的方向。这些差异凸显了精准高分子在高端制造领域的广泛应用潜力。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202415588

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（责任编辑：xu）

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