【專利解密】南大光電發明“高分辨率光刻膠方案”改善光刻膠成膜能力

【嘉勤點評】南大光電發明的高分辨率光刻膠方案，在采用含雙酯結構的光致酸產生劑的條件下，通過添加帶酯鍵的酸擴散抑制劑，進一步改善了光刻膠的線寬粗糙度，不僅能夠提高光刻膠的分辨率，也可以增強光刻膠的成膜能力。

光刻膠(又稱光致抗蝕劑)是指通過紫外光、準分子激光、電子束、離子束、X射線等光源的照射或輻射，其溶解度發生變化的耐蝕刻薄膜材料。主要用于集成電路和半導體分立器件的微細加工，同時在平板顯示、LED、倒扣封裝、磁頭及精密傳感器等制作過程中也有著廣泛的應用。

由于光刻膠具有光化學敏感性，可利用其進行光化學反應，將光刻膠涂覆半導體、導體和絕緣體上，經曝光、顯影后留下的部分對底層起保護作用，然后采用蝕刻劑進行蝕刻就可將所需要的微細圖形從掩模版轉移到待加工的襯底上。

在整個生產過程中，光刻膠中除了主體樹脂和光致產酸劑外，往往還要加入酸擴散抑制劑，其主要作用是在曝光前阻止成膜樹脂的溶解，起阻溶作用，曝光后光刻膠中的光產酸劑所產生的酸則催化其脫去酸敏基團，使得酸擴散抑制劑變成極性化合物，進而促進樹脂的溶解，從而增大了非曝光區與曝光區的溶解反差，提高抗蝕劑的分辨率。

目前，市面上可供光刻膠使用的酸擴散抑制劑僅僅只是在結構中增加一定數量的羥基，以增強其與樹脂間的相容性，并未解決如何進一步改善光刻膠的分辨率的技術方案。因此，現有技術還有待改善。而南大光電則在2021年1月22日申請了一項名為“一種高分辨率光刻膠”的發明專利（申請號：202110089845.2），申請人為寧波南大光電材料有限公司。

在該專利中，發明了一種新型的高分辨率光刻膠方案，根據該專利目前公開的相關資料，讓我們一起來看看這項技術方案吧。

在該方案中，主要采用含有雙酯結構的光致產酸劑、帶酯鍵的酸擴散抑制劑以及特定結構的成膜樹脂來生產、制造高分辨率光刻膠，這些材料的混合，可以使得高分辨率光刻膠表現出較好的光刻性能。

其制備方法主要如下：首先，在氮氣保護環境下，將98g的馬來酸酐溶解于100g甲苯中后，加入220g的環己醇以及50g的對甲苯磺酸，攪拌均勻后升溫至90℃進行酯化反應12h，加入100g乙酸乙酯并使用50mL的去離子水洗滌兩次，然后干燥有機層，脫溶得到162g的丁二酸酯類化合物。經檢測，該過程中的轉化率為58％。

其次，取56g的丁二酸酯類化合物溶于200g的去離子水中，加入25g的亞硫酸鈉，混合均勻后在100℃條件下反應24h，反應完成后采用500g的乙酸乙酯進行萃取，然后脫溶，得到47g的雙酯基磺酸鈉化合物。經檢測，該過程中的轉換率為61％。

接著，取38g的雙酯基磺酸鈉化合物溶于100g去離子水中，滴加150g的三苯基氯化硫鎓鹽水溶液(質量分數20％)，攪拌12h后，采用500g的二氯甲烷進行萃取。然后采用50g的去離子水洗兩次，水洗后使用無水硫酸鎂干燥，脫溶得到38g的含雙酯結構的光致酸產生劑。經檢測，該過程中的轉換率為62％。

最后，將通過上述過程制備得到的高分辨率光刻膠在硅片上以2500轉/分鐘的速度旋轉成膜，然后在120℃熱板上烘烤90s，烘烤完成后在曝光機上機上以曝光強度45mJ/cm2的光照曝光，曝光完成后在110℃熱板上烘烤90s，最后在2.38％TMAH顯影液中顯影60s，然后烘干在電子顯微鏡檢測光刻。

該方案得到的光刻圖像如上圖所示，可以看出，該方案制備得到的光刻膠減小了制作的電路的線寬和線寬粗糙度，其中含雙酯結構的光致酸產生劑能產生有效的可控大體積酸，同時添加與帶酯鍵的酸擴散抑制劑后可制備出高分辨率光刻膠，極大的提升光刻膠的分辨率。同時，該材料與樹脂相容，提高了成膜后黏附性，改善了光刻膠的整體性能。

以上就是南大光電發明的高分辨率光刻膠方案，這種光刻膠在采用含雙酯結構的光致酸產生劑的條件下，通過添加帶酯鍵的酸擴散抑制劑，進一步改善了光刻膠的線寬粗糙度，不僅提高了光刻膠的分辨率，也增強了光刻膠的成膜能力。

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