南大光電高黏附性的ArF光刻膠樹脂專利揭秘

【嘉德點評】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，提升了產品良率，具有廣闊的市場應用前景。

集微網消息，在國際半導體領域，我國雖已成為半導體生產大國，但整個半導體產業(yè)鏈仍比較落后。特別是由于國內光刻膠廠布局較晚，半導體光刻膠技術相較于海外先進技術差距較大，國產化不足5%。在這種條件下，國內半導體廠商積極開展研究，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領域的關鍵材料之一，隨著制造技術的不斷發(fā)展，產業(yè)對光刻膠的技術要求越來越高，為滿足日益苛刻的工藝條件，需要開發(fā)更高性能的光刻膠產品。相對于傳統(tǒng)的I線、G線、KrF光刻膠，ArF光刻膠產品具有優(yōu)異的分辨率，可達到55nm以下，是目前先進集成電路制造工藝使用的主流光刻膠。ArF光刻膠由樹脂、光敏劑、添加劑溶劑等組成，隨著加工線寬的不斷減小，光刻膠的線條越來越細，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)有技術常通過改善光刻膠自身的性能或者改變光刻工藝以提升黏附性，但在工藝的顯影過程中經常會在基材表面產生殘留，影響產品良率，另外還會增加能源損耗，產生污染，提高晶圓生產成本。

針對這一情況，國內企業(yè)南大光電材料公司于2019年10月9日提出一項名為“一種具有高黏附性的ArF光刻膠樹脂及其制備方法”的發(fā)明專利（申請?zhí)枺?01910954317.1），申請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光刻膠樹脂，旨在解決在顯影過程中基材表面產生殘留，使光刻圖形產生缺陷，影響產品良率等技術問題。

在ArF光刻膠的制備過程中，樹脂作為光刻膠性能的載體，對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光刻膠樹脂在制備過程中添加了含有腈基的單體，按重量百分比計，10％～40％內酯單體、20％～60％酸保護單體、0％～25％非極性單體和0％～15％腈基單體。由于腈基為強極性結構，在樹脂中，強極性結構與非極性結構配合使用，可同時提升光刻膠的分辨率，減小線邊粗糙度，提高樹脂的黏附性，改善光刻膠的整體性能。

另一方面，腈基結構的引入可以增加樹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，不會與基材表面分子形成化學鍵，因此，在顯影過程中可輕松去除殘留物。因此，使用本發(fā)明的ArF光刻膠樹脂制備的光刻膠具有優(yōu)異的黏附性，曝光區(qū)內的光刻膠沒有殘留，減小了光刻圖形缺陷，提升了產品良率，光刻圖形沒有出現(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比示意圖。

圖1為此專利提出的使用腈基結構改良后的樹脂結構與改良前光刻膠的光刻圖形對比圖。由于光刻膠線條的線寬為90-130nm，產業(yè)界無法以機械方式用設備檢測測試如此細的線條性能，只能將樹脂制備成光刻膠，做出的圖形用掃描電鏡(SEM)觀察，若沒有看到剝離和倒膠現(xiàn)象，證明黏附性能良好，否則明樹脂無效。圖1左圖為使用沒有腈基單體的樹脂制備的光刻膠，經過曝光顯影后， 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脂形成的光刻膠曝光圖，光刻膠的獨立線條邊緣均勻，沒有發(fā)生粘連和倒膠現(xiàn)象，說明粘附性良好。

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，提升了產品良率，具有廣闊的市場應用前景。目前我國正處于半導體行業(yè)蓬勃發(fā)展的時期，對光刻膠的需求較大，相信諸如寧波南大光電材料公司等國內新興企業(yè)會相繼沖破技術瓶頸，實現(xiàn)國內半導體技術的快速發(fā)展。