CN117148670A - 一种euv金属光刻胶及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种EUV金属光刻胶及其制备方法和应用。本发明所提供的光刻胶组合物包含以下组分：如下式所示的化合物A、如下式所示的蝶烯B、光产酸剂、有机溶剂和有机碱。所述光刻胶可用于EUV光刻技术，具备高分辨率、高灵敏度和高光敏度的特点，有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于光刻胶技术领域，具体涉及一种EUV金属光刻胶及其制备方法和应用。
背景技术
随着现代半导体技术的不断发展，及其在电子设备，通信设备信息安全及娱乐设备等各领域的广泛应用，使其成为当今世界最有活力的技术领域，广泛渗透到我们工作及生活的各个方面。而集成电路的制作又是半导体产业的核心领域，每一次集成电路的更新换代，都离不开光刻技术的更迭，光刻技术的发展历史就是集成电路的发展历史，光刻技术的水平决定着集成电路的制造水平。
光刻的原理是在硅片表面覆盖一层具有高度光敏感性光刻胶，再用光线(一般是紫外光、深紫外光、极紫外光)透过掩模照射在硅片表面，被光线照射到的光刻胶会发生反应。此后用特定溶剂洗去被照射/未被照射的光刻胶，就实现了电路图从掩模到硅片的转移。光刻技术经历了接触/接近、等倍投影、缩小步进投影、扫描步进投影曝光方式的变革，曝光波长从300至450nm的全谱曝光、到436nm的G-线、365nm的I-线、248nm KrF激光，到现在应用最广泛193nm ArF激光，再到目前正被广泛研究的13.5nm极紫外光、电子束和x-射线，制造节点由0.5mm、0.1mm、90nm到30nm，甚至更低。极紫外光刻与传统的光学光刻不同的是具有极短的波长。然而绝大多数元素都对极紫外有很强的吸收，使得传统的长波长光刻胶不适用于极紫外光刻，因此需要研发新的极紫外光刻胶体系。光刻技术是集成电路制造中最关键的技术之一，每一代光刻技术的成功运用都极大的推动了集成电路的发展，使集成电路的集成度越来越高，成本越来越低。光刻技术就是对涂覆在半导体基片表面的光刻胶材料进行曝光，将掩膜上的精细几何图形转移到半导体基片上的工艺流程。光刻图形的分辨率越来越高，也就是集成电路集成度越来越高，关键尺寸越来越小。
目前半导体业界达成共识，极紫外光刻技术(Extreme Ultraviolet，EUV，13.5nm)是潜力巨大的下一代光刻技术。极短的波长，最终的分辨率将只是受限于光刻胶的材料性能。利用EUV光刻能够产生分辨率更高的电路图，大大提高集成电路的集成密度和电子器件的性能。研究适用于EUV光刻技术的光刻胶和光刻工艺成为光刻研究的热点和难点。
EUV光刻胶必须具有低吸光率、高透明度、高抗蚀刻性、高分辨率、高灵敏度、低曝光剂量、高的环境稳定性、低产气作用和低的线边缘粗糙度等特性。EUV光刻胶的发展一直受限于三个因素：分辨率、线边缘粗糙度和光敏性，这三者一般存在一个相互制约的关系。在早期的光刻技术中，高分子光刻胶应用最多，因此首先将高分子光刻胶体系应用于EUV光刻。行业亟待开发提升分辨率的EUV光刻胶。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有EUV光刻胶种类少，可选择性差的缺点。从而提供了一种EUV金属光刻胶组合物及其制备方法和应用。本发明所提供的光刻胶具备高分辨率、高灵敏度和高光敏度的特点，具备广泛的应用前景。
本发明提供了一种光刻胶组合物，其包含以下组分：如下式所示的化合物A、如下式所示的蝶烯B、光产酸剂、有机溶剂和有机碱；
所述化合物A以重量份数计的份数为40-60份，所述蝶烯B以重量份数计的份数为40-60份。
所述光刻胶组合物中，所述光产酸剂可以为光刻胶领域中常规的光产酸剂，例如
所述光刻胶组合物中，所述有机溶剂可以为光刻胶领域中常规的有机溶剂，例如酯类溶剂；优选为乳酸乙酯。
所述光刻胶组合物中，所述有机碱可以为光刻胶领域中常规的有机碱，优选为有机弱碱，例如三辛胺。
所述光刻胶组合物中，所述化合物A以重量份数计的份数优选为50份。
所述光刻胶组合物中，所述蝶烯B以重量份数计的份数优选为50份。
所述光刻胶组合物中，所述光产酸剂以重量份数计的份数可以为本领域常规的份数，例如1-12份，优选为9份。
所述光刻胶组合物中，所述有机溶剂以重量份数计的份数可以为本领域常规的份数，例如1500-2500份，优选为2000份。
所述光刻胶组合物中，所述有机碱以重量份数计的份数可以为本领域常规的份数，优选为0.2-1份，更优选为0.5份。
在某一具体实施例中，所述光产酸剂为以重量份数计1-12份的
所述有机溶剂为以重量份数计1500-2500份的乳酸乙酯；
所述有机碱为以重量份数计0.2-1份的三辛胺。
在某一具体实施例中，所述光刻胶组合物由以下组分组成：上述化合物A、上述蝶烯B、上述光产酸剂、上述有机溶剂和上述有机碱；
其中，上述化合物A指上述化合物A的种类及其含量；上述蝶烯B指上述蝶烯B的种类及其含量；上述光产酸剂指上述光产酸剂的种类及其含量；上述有机碱指上述有机碱的种类及其含量。
所述光刻胶组合物优选为由如下任一组以重量计份数的化合物A、蝶烯B、光产酸剂、有机溶剂和有机碱组分组成；
光刻胶组合物1：50份所述化合物A、50份所述蝶烯B、9份所述光产酸剂、2000份所述有机溶剂和0.5份所述有机碱；
光刻胶组合物2：40份所述化合物A、40份所述蝶烯B、3份所述光产酸剂、1500份所述有机溶剂和0.5份所述有机碱；
光刻胶组合物3：45份所述化合物A、45份所述蝶烯B、5份所述光产酸剂、1700份所述有机溶剂和0.5份所述有机碱；
光刻胶组合物4：55份所述化合物A、55份所述蝶烯B、7份所述光产酸剂、2100份所述有机溶剂和0.5份所述有机碱；
光刻胶组合物5：60份所述化合物A、60份所述蝶烯B、12份所述光产酸剂、2500份所述有机溶剂和0.5份所述有机碱；
光刻胶组合物6：56份所述化合物A、48份所述蝶烯B、9份所述光产酸剂、2000份所述有机溶剂和0.5份所述有机碱；
光刻胶组合物7：52份所述化合物A、56份所述蝶烯B、9份所述光产酸剂、2000份所述有机溶剂和0.5份所述有机碱；
光刻胶组合物8：40份所述化合物A、60份所述蝶烯B、9份所述光产酸剂、2000份所述有机溶剂和0.5份所述有机碱。
光刻胶组合物1-8中，所述光产酸剂为所述有机溶剂为乳酸乙酯，所述有机碱为三辛胺。
本发明还提供一种光刻胶组合物的制备方法，其包括以下步骤：将所述光刻胶组合物的各组分混合均匀，即可。
所述的混合后，还可进一步包括过滤步骤。所述的过滤的方式可以为本领常规的方式，优选采用超高分子量聚乙烯膜过滤。所述的超高分子量聚乙烯膜的孔径优选为0.1μm。
本发明还提供了一种光刻技术形成图形的方法，所述的方法包括如下步骤：
步骤1：将上述的光刻胶组合物涂覆在基材表面，烘烤，得到光刻胶层；
步骤2：对步骤1得到的光刻胶层进行曝光，烘培，显影，得到光刻胶图形。
步骤1中，所述的基材可为本领域常规的基材，优选为晶片，例如8英寸晶片。
步骤1中，所述的涂覆的方法可为本领域常规的方法，优选旋转涂布器旋涂。
步骤1中，当选用旋转涂布器旋涂时，涂布器转数优选为2000-3000转/分钟，例如2500转/分钟。
步骤1中，所述的光刻胶层的厚度可为本领域常规的厚度，优选为40-60nm，例如50nm。
步骤1中，所述的烘烤的温度可为本领域常规的烘烤温度，优选为70-90℃，例如80℃。
步骤1中，所述的烘烤的时间可为本领域常规的烘烤时间，优选为50-70秒，例如60秒。
步骤2中，所述的烘烤的温度可为本领域常规的烘烤温度，优选为120-140℃，例如130℃。
步骤2中，所述的烘烤的时间可为本领域常规的烘烤时间，优选为50-70秒，例如60秒。
步骤2中，所述的显影可为本领域常规的操作，一般使用的显影剂为四甲基氢氧化铵水溶液，例如质量分数为2.38％的四甲基氢氧化铵水溶液。
在不违背本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的树脂为自制，其他所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明所提供的光刻胶具有高分辨率、光敏性和低的线边缘粗糙度的特点。因此，本发明的EUV金属光刻胶组合物具有较好的性能。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
制备光刻胶组合物实施例1-8及对比例1-8
按照表1所示的组合和含量，按将各组分混合均匀，采用0.1μm的超高分子量聚乙烯膜过滤，得到光刻胶组合物；
其中化合物A为
其中蝶烯B为
其中其中光产酸剂为有机溶剂为乳酸乙酯；有机碱为三辛胺。
表1
效果实施例
1.EUV曝光及检测
光刻胶膜制备及曝光：利用旋转涂布器将所制备的光刻胶以2500RPM转速涂布于8英寸的晶片上，且在热板上80℃加热60秒以获得光刻胶膜。通过光学膜厚测定系统F50(Filmetrics)定25点测得平均膜厚50nm。在上海光源干涉光刻线站(BL08U1B)上进行极紫外曝光，然后在130℃调节下烘培60秒。最后在2.38wt％氢氧化四甲基铵(TMAH)水溶液中显影，由此得到图案。
LER测定：在FE-SEM(Hitachi SU9000)下测量50-nm LS图案的LER。
LWR测定：在CD-SEM(HITACHI，CD-SEM，CG5000)下测量50-nm LS图案的LWR。
灵敏度检测：使用Eth值计为灵敏度指标。对8英寸的晶片上进行不同能量的阶梯式25点曝光(如：0.5mJ/cm2，1mJ/cm2，1.5mJ/cm2...)，后烘(PEB)后，显影，并测量其膜厚，其膜厚刚好到达0nm处记为Eth。
解析度检测：在给予以上灵敏度的条件下，采取曝光剂量(电子束照射的剂量)下的极限解析度(当分离及解析线与间距时的最小限宽)作为LS解析度。
表2
2.EB曝光及检测
光刻胶膜制备及曝光：利用旋转涂布器将光刻胶以2500RPM转速涂布于8英寸的晶片上，且在热板上80℃加热60秒以获得光刻胶膜。通过光学膜厚测定系统F50(Filmetrics)定25点测得平均膜厚50nm。使用EB写入系统Elionix ELS-G100(elionix，加速电压100KeV)将光刻胶曝光于电子束然后在130℃调节下烘培60秒。最后在2.38wt％氢氧化四甲基铵(TMAH)水溶液中显影，由此得到图案。
Eop：最佳曝光(Eop)定义为在50-nm 1:1线-间隙(LS：line-and-space)图案的顶部和底部提供1:1分辨率的曝光剂量。
LER测定：在FE-SEM(Hitachi SU9000)下测量50-nm LS图案的LER。
LWR测定：在CD-SEM(HITACHI，CD-SEM，CG5000)下测量50-nm LS图案的LWR。
解析度检测：在给予以上Eop的条件下，采取曝光剂量(电子束照射的剂量)下的极限解析度(当分离及解析线与间距时的最小限宽)作为LS解析度。
表3
Claims (10)
1.一种光刻胶组合物，其特征在于，包含以下组分：如下式所示的化合物A、如下式所示的蝶烯B、光产酸剂、有机溶剂和有机碱；
所述化合物A以重量份数计的份数为40-60份，所述蝶烯B以重量份数计的份数为40-60份。
2.如权利要求1所述的光刻胶组合物，其特征在于，所述光刻胶组合物满足如下一个或多个条件；
(1)所述光产酸剂为
(2)所述有机溶剂为酯类溶剂；
(3)所述有机碱为有机弱碱。
3.如权利要求1所述的光刻胶组合物，其特征在于，所述有机溶剂为乳酸乙酯；
和/或，所述有机碱为三辛胺。
4.如权利要求1所述的光刻胶组合物，其特征在于，所述光刻胶组合物满足如下一个或多个条件；
(1)所述化合物A以重量份数计的份数为50份；
(2)所述蝶烯B以重量份数计的份数为50份；
(3)所述光产酸剂以重量份数计的份数为1-12份；
(4)所述有机溶剂以重量份数计的份数为1500-2500份；
(5)所述有机碱以重量份数计的份数为0.2-1份。
5.如权利要求4所述的光刻胶组合物，其特征在于，所述光刻胶组合物满足如下一个或多个条件；
(1)所述光产酸剂以重量份数计的份数为9份；
(2)所述有机溶剂以重量份数计的份数为2000份；
(3)所述有机碱以重量份数计的份数为0.5份。
6.如权利要求1所述的光刻胶组合物，其特征在于，所述光产酸剂为以重量份数计1-12份的
所述有机溶剂为以重量份数计1500-2500份的乳酸乙酯；
所述有机碱为以重量份数计0.2-1份的三辛胺。
7.如权利要求1-6中任一项所述光刻胶组合物，其特征在于，其由以下组分组成：所述化合物A、所述蝶烯B、所述光产酸剂、所述有机溶剂和所述有机碱。
8.如权利要求1所述的光刻胶组合物，其特征在于，其为由如下任一组的重量计份数的化合物A、蝶烯B、光产酸剂、有机溶剂和有机碱组分组成；
光刻胶组合物1：50份所述化合物A、50份所述蝶烯B、9份所述光产酸剂、2000份所述有机溶剂和0.5份所述有机碱；
光刻胶组合物2：40份所述化合物A、40份所述蝶烯B、3份所述光产酸剂、1500份所述有机溶剂和0.5份所述有机碱；
光刻胶组合物3：45份所述化合物A、45份所述蝶烯B、5份所述光产酸剂、1700份所述有机溶剂和0.5份所述有机碱；
光刻胶组合物4：55份所述化合物A、55份所述蝶烯B、7份所述光产酸剂、2100份所述有机溶剂和0.5份所述有机碱；
光刻胶组合物5：60份所述化合物A、60份所述蝶烯B、12份所述光产酸剂、2500份所述有机溶剂和0.5份所述有机碱；
光刻胶组合物6：56份所述化合物A、48份所述蝶烯B、9份所述光产酸剂、2000份所述有机溶剂和0.5份所述有机碱；
光刻胶组合物7：52份所述化合物A、56份所述蝶烯B、9份所述光产酸剂、2000份所述有机溶剂和0.5份所述有机碱；
光刻胶组合物8：40份所述化合物A、60份所述蝶烯B、9份所述光产酸剂、2000份所述有机溶剂和0.5份所述有机碱；
光刻胶组合物1-8中，所述光产酸为所述有机溶剂为乳酸乙酯，所述有机碱为三辛胺。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述光刻胶组合物的制备方法，其特征在于，将所述光刻胶组合物的各组分混合均匀，即可。
10.一种光刻技术形成图形的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
步骤1：将如权利要求1-8中任一项所述的光刻胶组合物涂覆在基材表面，烘烤，得到光刻胶层；
步骤2：对步骤1得到的光刻胶层进行曝光，烘培，显影，得到光刻胶图形。
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