CN103605261B - 一种紫外正型光刻胶 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种可以用高压汞灯或输出波长为355nm的Nd:YAG激光的三倍频激光进行曝光的紫外正型光刻胶，该光刻胶由成膜树脂2,8,14,20,26,32,38,44‑八（对羟基苯基）杯[8]芳烃、感光剂7,8‑二（2‑重氮‑1,2‑二氢‑1‑氧‑5‑萘磺酰氧基）‑4‑甲基香豆素和混合溶剂乙二醇甲醚乙酸酯和乳酸乙酯构成。该光刻胶经涂胶、前烘、曝光、显影等步骤，所得光刻线条的分辨率可以达到0.35μm，且光刻线条边缘陡直平滑，无针孔问题。

Description

一种紫外正型光刻胶
技术领域
本发明属于微电子制造技术领域中所用的关键性基础材料光刻胶，具体地说，涉及一种用于实现光刻制造工艺的紫外正型光刻胶。
背景技术
光刻胶(Photoresist)，又称光致抗蚀剂或光阻，是指通过紫外光、电子束、粒子束、x射线等的照射或辐照，其溶解度发生变化的耐蚀薄膜材料。光刻胶是完成光刻工艺的关键性基础材料。不同的光刻技术需要相应的光刻胶与之配套，光刻胶属于高技术产品。
光刻胶通常由成膜树脂、感光剂、溶剂和一些添加剂组成，其最实用的两个性能是灵敏度和分辨率。灵敏度是指光刻胶发生光化学变化时所需要的光能量(通常用mJ/cm2表示)，光刻胶灵敏度越高，所需曝光时间就越短；分辨率是指能在光刻胶上再现的最小特征尺寸，它对曝光设备和曝光工艺有依赖性；此外光刻胶的抗干蚀刻能力也很重要。
根据光刻胶的用途，可大致分为三类：a.粗蚀刻用，如用于制作普通印刷电路版(PCB)；b.半微细光刻用，如用于制作细金属滤器，厚膜集成电路(IC)等；c.微细光刻用，用于制作集成电路(IC)、大规模集成电路(LSIC)和超大规模集成电路(ULSI)等。本发明所涉及的光刻胶属于c类。
根据曝光前后光刻胶溶解度变化情况，光刻胶可以分为正型光刻胶和负型光刻胶。经曝光和显影而使溶解度增加的是正型光刻胶，反之则是负型光刻胶。
根据曝光光源和辐射源的不同，又可分为紫外光刻胶(包括紫外正型和紫外负型光刻胶)、深紫外光刻胶(248nm光刻胶)、极紫外光刻胶(包括193nm和157nm光刻胶)、电子束胶、粒子束胶和x射线胶等。本发明属于紫外正型光刻胶。
到目前为止，紫外光刻胶是应用最为广泛、工艺成熟、配套技术非常完善的光刻胶，而紫外正型光刻胶由于不存在胶膜溶胀问题，分辨率较高，且其抗干法蚀刻的能力也较强，耐热性好，去胶方便，因此在集成电路的微细加工过程中得到了广泛的应用。但目前所用的紫外正型光刻胶，如线性酚醛树脂系紫外正型光刻胶(如Shipley公司的AZ-1500光刻胶等)，由于其所用的成膜树脂线性酚醛树脂是通过苯酚(或取代苯酚)与甲醛的缩聚反应得到，导致其分子量分布宽而不易控制(武玲，余尚先，正性光致抗蚀剂主要成膜树脂——酚醛树脂，感光材料，1994，4期，P3～8，43)；而采用聚取代乙烯共-N-取代马来酰亚胺(Richard S.Turner,Robert A.Arcus,Conrad G.Houle,William R.Schleigh,High-TgBase-soluble copolymers as novolac replacements for positive photoresists,Polymer Engineering and Science,1986,26(16):1096-1100)或聚N-取代丙烯酰胺共N-取代马来酰亚胺(欧洲专利EP 1577330A1)作为成膜树脂的耐高温紫外正型光刻胶，由于其成膜树脂是通过自由基共聚合得到的，同样导致其分子量分布宽而不易控制。这些问题将导致光刻胶的成像反差降低，显影后的光刻胶线条边缘粗糙度较大，并使光刻胶容易出现针孔现象，由此将难以进一步提高光刻胶的分辨率与质量。
发明内容
本发明针对光刻胶的上述不足，提供一种新型紫外正型光刻胶，其成膜树脂为一种杯[8]芳烃的衍生物，该衍生物是一种分子玻璃材料，具有固定的分子结构、单一的分子量分布，且分子间无链缠绕.此外，该光刻胶的感光剂为香豆素的衍生物，与上述成膜树脂可以很好的匹配。再与相关溶剂复合，即得本发明的光刻胶。
本发明提供的紫外正型光刻胶，其特征在于：该光刻胶的成膜树脂为2,8,14,20,26,32,38,44-八(对羟基苯基)杯[8]芳烃(分子结构式见附图1)，其质量百分比为光刻胶总量的1～50％；该光刻胶的感光剂为7,8-二(2-重氮-1,2-二氢-1-氧-5-萘磺酰氧基)-4-甲基香豆素(分子结构图见附图2)，其质量百分比为1～40％；该光刻胶的其余成分为溶剂，溶剂为溶纤剂乙二醇甲醚乙酸酯和乳酸乙酯，其组成为质量比1：1。
本发明提供的紫外正型光刻胶，其制备步骤为：将成膜树脂和感光剂按加入的量溶于溶剂，待完全溶解后，用超滤膜或超滤器过滤，然后避光低温保存即可。
本发明提供的紫外正型光刻胶，经涂胶、前烘后，可以利用高压汞灯或输出波长为355nm的Nd:YAG激光的三倍频激光进行曝光，显影时，成像反差大。该光刻胶的分辨率可以达到0.35μm，光刻线条边缘粗糙度小，且无针孔问题。
附图说明
图1为2,8,14,20,26,32,38,44-八(对羟基苯基)杯[8]芳烃的分子结构式；
图2为7,8-二(2-重氮-1,2-二氢-1-氧-5-萘磺酰氧基)-4-甲基香豆素的分子结构式。
具体实施方式
实施例1
准确称取1.0g成膜树脂2,8,14,20,26,32,38,44-八(对羟基苯基)杯[8]芳烃和1.0g感光剂7,8-二(2-重氮-1,2-二氢-1-氧-5-萘磺酰氧基)-4-甲基香豆素，溶于98.0g混合溶剂乙二醇甲醚乙酸酯和乳酸乙酯(其中乙二醇甲醚乙酸酯含49.0g)，待完全溶解后，用超滤膜过滤即得本发明的光刻胶。该光刻胶经涂胶、前烘，并用高压汞灯曝光，显影后，分辨率可以达到0.5μm，光刻线条边缘陡直平滑。
实施例2
准确称取1.0g成膜树脂2,8,14,20,26,32,38,44-八(对羟基苯基)杯[8]芳烃和40.0g感光剂7,8-二(2-重氮-1,2-二氢-1-氧-5-萘磺酰氧基)-4-甲基香豆素，溶于59.0g混合溶剂乙二醇甲醚乙酸酯和乳酸乙酯(其中乙二醇甲醚乙酸酯含29.5g)，待完全溶解后，用超滤器过滤即得本发明的光刻胶。该光刻胶经涂胶、前烘，并用波长为355nm的紫外激光曝光，显影后，分辨率可以达到0.8μm，光刻线条边缘陡直平滑。
实施例3
准确称取50.0g成膜树脂2,8,14,20,26,32,38,44-八(对羟基苯基)杯[8]芳烃和1.0g感光剂7,8-二(2-重氮-1,2-二氢-1-氧-5-萘磺酰氧基)-4-甲基香豆素，溶于49.0g混合溶剂乙二醇甲醚乙酸酯和乳酸乙酯(其中乙二醇甲醚乙酸酯含24.5g)，待完全溶解后，用超滤膜过滤即得本发明的光刻胶。该光刻胶经涂胶、前烘，并用高压汞灯曝光，显影后，分辨率可以达到2μm，光刻线条边缘陡直平滑。
实施例4
准确称取50.0g成膜树脂2,8,14,20,26,32,38,44-八(对羟基苯基)杯[8]芳烃和40.0g感光剂7,8-二(2-重氮-1,2-二氢-1-氧-5-萘磺酰氧基)-4-甲基香豆素，溶于10.0g混合溶剂乙二醇甲醚乙酸酯和乳酸乙酯(其中乙二醇甲醚乙酸酯含5.0g)，待完全溶解后，用超滤膜过滤即得本发明的光刻胶。该光刻胶经涂胶、前烘，并用高压汞灯曝光，显影后，分辨率可以达到2μm，光刻线条边缘陡直平滑。
实施例5
准确称取30.0g成膜树脂2,8,14,20,26,32,38,44-八(对羟基苯基)杯[8]芳烃和10.0g感光剂7,8-二(2-重氮-1,2-二氢-1-氧-5-萘磺酰氧基)-4-甲基香豆素，溶于60.0g混合溶剂乙二醇甲醚乙酸酯和乳酸乙酯(其中乙二醇甲醚乙酸酯含30.0g)，待完全溶解后，用超滤器过滤即得本发明的光刻胶。该光刻胶经涂胶、前烘，并用波长为355nm的紫外激光曝光，显影后，分辨率可以达到1μm，光刻线条边缘陡直平滑。
实施例6
准确称取12.0g成膜树脂2,8,14,20,26,32,38,44-八(对羟基苯基)杯[8]芳烃和4.0g感光剂7,8-二(2-重氮-1,2-二氢-1-氧-5-萘磺酰氧基)-4-甲基香豆素，溶于84.0g混合溶剂乙二醇甲醚乙酸酯和乳酸乙酯(其中乙二醇甲醚乙酸酯含42g.0)，待完全溶解后，用超滤膜过滤即得本发明的光刻胶。该光刻胶经涂胶、前烘，并用波长为355nm的紫外激光曝光，显影后，分辨率可以达到0.35μm，光刻线条边缘陡直平滑。
实施例7
准确称取11.0g成膜树脂2,8,14,20,26,32,38,44-八(对羟基苯基)杯[8]芳烃和5.0g感光剂7,8-二(2-重氮-1,2-二氢-1-氧-5-萘磺酰氧基)-4-甲基香豆素，溶于84.0g混合溶剂乙二醇甲醚乙酸酯和乳酸乙酯(其中乙二醇甲醚乙酸酯含42.0g)，待完全溶解后，用超滤膜过滤即得本发明的光刻胶。该光刻胶经涂胶、前烘，并用高压汞灯曝光，显影后，分辨率可以达到0.35μm，光刻线条边缘陡直平滑。
实施例8
准确称取16.0g成膜树脂2,8,14,20,26,32,38,44-八(对羟基苯基)杯[8]芳烃和4.0g感光剂7,8-二(2-重氮-1,2-二氢-1-氧-5-萘磺酰氧基)-4-甲基香豆素，溶于80.0g混合溶剂乙二醇甲醚乙酸酯和乳酸乙酯(其中乙二醇甲醚乙酸酯含40.0g)，待完全溶解后，用超滤膜器过滤即得本发明的光刻胶。该光刻胶经涂胶、前烘，并用波长为355nm的紫外激光曝光，显影后，分辨率可以达到0.38μm，光刻线条边缘陡直平滑。
实施例9
准确称取50.0g成膜树脂2,8,14,20,26,32,38,44-八(对羟基苯基)杯[8]芳烃和10.0g感光剂7,8-二(2-重氮-1,2-二氢-1-氧-5-萘磺酰氧基)-4-甲基香豆素，溶于40.0g混合溶剂乙二醇甲醚乙酸酯和乳酸乙酯(其中乙二醇甲醚乙酸酯含20.0g)，待完全溶解后，用超滤膜过滤即得本发明的光刻胶。该光刻胶经涂胶、前烘，并用高压汞灯曝光，显影后，分辨率可以达到0.40μm，光刻线条边缘陡直平滑。
以上所述为本发明的较佳实施实例而已，但本发明不应该局限于该实施实例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种紫外正型光刻胶，该光刻胶由成膜树脂、感光剂和混合溶剂构成，其成膜树脂为2,8,14,20,26,32,38,44-八（对羟基苯基）杯[8]芳烃，感光剂为7,8-二（2-重氮-1,2-二氢-1-氧-5-萘磺酰氧基）-4-甲基香豆素，溶剂为混合溶剂乙二醇甲醚乙酸酯和乳酸乙酯；其中，成膜树脂的质量百分比为1～50％，感光剂的质量百分比为1～40％，其余部分为混合溶剂，混合溶剂中两种成分的质量比1：1；该紫外正型光刻胶的制备步骤为：将成膜树脂和感光剂按加入的量溶于溶剂，待完全溶解后，用超滤膜或超滤器过滤即可，然后避光低温保存；该紫外正型光刻胶经涂胶、前烘后，可以利用高压汞灯或输出波长为355nm的Nd:YAG激光的三倍频激光进行曝光，显影后，该光刻胶的分辨率可以达到0.35μm，且光刻线条边缘陡直平滑，无针孔问题。
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