连接产酸基团新型极紫外光刻胶的光化学及光刻性能研究

Extreme ultraviolet (EUV) lithography technology has been applied in the most advanced chip production process. Herein, a series of EUV photoresists will be designed and prepared. Photoacid generating and acid-induced leaving groups with different structures will be incorporated into different molecular glass structure to achieve novel EUV photoresist materials. After the drawback of conventional molecular glass photoresists is overcome, in which there is possibility for the molecular glass and photoacid generator to be mixed inhomogeneously, the photo-lithography performance of molecular glass photoresist will be improved, to obtain lower line edge roughness (LER), higher sensitivity and less defects. The investigation on the photo-chemical and thermo-chemical processes during the photo lithography, and analysis of the interrelation between these processes and molecular structures, will provide theoretical and experimental direction for the design of molecular glass EUV photoresist materials based on chemical amplification mechanism. Finally, after a systematical investigation on the lithography and gas production properties, EUV photoresist materials, formulae and processes with good sensitivity, high resolution, low LER and small gas production will be attained.

本项目将设计、制备一系列性能优异的、用于极紫外（EUV）光刻技术的光刻胶。选取不同的分子玻璃骨架，先后连接数量、种类不同的光致产酸基团和酸致离去基团，制备新型的EUV光刻胶主体材料。以期其既具有分子玻璃型光刻胶线边缘粗糙度较小的优点，又能突破传统分子玻璃型光刻胶主体材料与光致产酸剂混合均匀性的限制，可进一步改善其线边缘粗糙度、灵敏度等光刻特性，并减少光刻缺陷，从而提升光刻胶性能。研究新型EUV光刻胶在光刻工艺中的光化学（光致产酸）、酸扩散和热化学（酸致离去）机理及动力学特征，分析上述过程与光刻胶主体材料分子结构的关系，为基于化学放大机理的分子玻璃型EUV光刻胶设计提供理论和实验的指导。系统研究这类光刻胶的EUV光刻性能、产气性能，不断调整配方和工艺参数，最终获得具有较高灵敏度、较高分辨率、较低线边缘粗糙度和较低产气量的EUV光刻胶材料、配方和光刻工艺。

光刻胶是半导体工业的关键材料。目前芯片制造业最先进的商用光刻技术是极紫外（EUV）光刻技术，与之配套应用的EUV光刻胶也成为了实现先进制程芯片制造的关键材料。光刻胶有三个重要性能指标，即灵敏度，分辨率和粗糙度。为了满足EUV光刻严格的指标要求，基于小分子的单分子树脂（分子玻璃）材料成为新一代光刻胶。随着光刻分辨能力的日渐提高，光刻胶体系中化学放大过程导致的酸扩散影响了粗糙度的降低。为了解决这一问题，本项目采取了各种手段改进现有单分子树脂材料体系，包括将产酸剂共价连接在主体材料分子上，将产酸剂产生的氢离子活性物种通过共价连接在主体材料分子上的基团转变为移动受限的氧鎓离子等。本项目设计并制备了多个系列的单分子树脂，包括共价连接三氟甲磺酸硫鎓盐的双酚A衍生物、带有环氧基团的双酚A衍生物、带有酚羟基的双酚A衍生物、带有大位阻硅醚的双酚A衍生物、带有叔丁氧羰基（Boc）酯的芘衍生物、带有环氧基团的芘衍生物、不同Boc酯保护比例的四苯基硅烷衍生物、Boc酯保护的金刚烷衍生物、Boc酯保护的二茂铪衍生物。上述光刻胶均具有良好的成膜性、热稳定性，可与光敏材料复配形成光刻胶，在硅片上制备成光刻胶膜，并具有优良的电子束光刻和EUV光刻性能。其中多种光刻胶可实现20nm甚至小于20nm线宽的光刻图案，并具较小的线边缘粗糙度。此外，项目也研究了光刻胶在光刻过程中的反应机理，配方、工艺条件对光刻性能的影响。项目共发表研究论文5篇，申请发明专利8项，培养研究生3名。本项目的研究为现有EUV光刻胶的产业化应用、新型EUV光刻胶的研发提供了数据基础和理论支持。