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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LWR3nm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1a)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1b)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1c)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。

新型多触发极紫外光刻胶材料

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

新型多触发极紫外光刻胶材料

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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