丙二酸二芘酯類聚合物L(fēng)B膜的制備及其光刻性質(zhì).pdf

1、目前，集成電路已從60年代的每個(gè)芯片上僅含幾十個(gè)器件發(fā)展到現(xiàn)在的每個(gè)芯片上可包含10億多個(gè)器件，集成電路之所以能取得如此飛速發(fā)展，光刻技術(shù)在其中起到了極為關(guān)鍵的作用，而光刻膠的制備又是光刻技術(shù)中及為關(guān)鍵的部分。深紫外(DUV)光刻可得到較高分辨率的圖像，而且造價(jià)便宜，容易普及，實(shí)用于工業(yè)生產(chǎn)等特點(diǎn)，因此，深紫外光刻成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。光刻膠是光刻的核心要素，針對(duì)光刻膠的研發(fā)現(xiàn)狀，本文以深紫外光(DUV)為光刻光源、Langmuir-Bl

2、odgett(LB)膜技術(shù)為光刻膠成膜手段，設(shè)計(jì)并合成了新型的丙二酸二芘酯類光致抗蝕劑材料，研究了其成膜性能及其光刻性質(zhì)，并對(duì)其光刻機(jī)理進(jìn)行了研究。
　　 ⑴聚合物的設(shè)計(jì)、合成及其表征。設(shè)計(jì)并合成了帶有藍(lán)色發(fā)光基團(tuán)芘的光敏感單體烯丙基丙二酸二芘甲酯(DPyMAMA)和甲基丙烯酸芘甲酯(PyMMA)，并和成膜物質(zhì)十二烷基甲基丙烯酰胺(DDMA)，十六烷基甲基丙烯酰胺(HDMA)共聚，共合成了三大系列共聚物p(DDA-DPyMAMA

3、)、p(HDMA-DPyMAMA)和(HDMA-PyMMA)(結(jié)構(gòu)如圖1所示)，其結(jié)構(gòu)分別利用質(zhì)譜(MS)、紅外光譜(IR)，紫外可見光譜(UV-vis)、核磁氫譜(1H NMR)、核磁碳譜(13C NMR)以及凝膠滲透色譜(GPC)等表征手段進(jìn)行了確定。
　　 ⑵聚合物分子Langmuir膜的轉(zhuǎn)移性能。丙烯酰胺類烷基鏈長(zhǎng)及其含量對(duì)于共聚物的成膜性能有較大影響，本課題研究證明十二、十六烷基丙烯酰胺與合成的光敏感單體的共聚物不僅能

4、夠制備得到排列致密有序的Langmuir膜，而且能將其成功地轉(zhuǎn)移到親水基片上制備多層均勻的LB膜。實(shí)驗(yàn)通過(guò)紫外儀、電子顯微鏡、原子力顯微鏡、膜測(cè)厚儀、X射線衍射儀等對(duì)共聚物p(DDA-DPyMAMA)、p(HDMA-DPyMAMA)和p(HDMA-PyMMA)的LB膜進(jìn)行了表征。以p(HDMA-DPyMAMA)為例，研究共聚物L(fēng)angmuir膜轉(zhuǎn)移性能。如圖2所示為石英基片上p(HDMA-DPyMAMA)[b2]LB膜的紫外光譜圖，從圖

5、中我們可以看出，p(HDMA-DPyMAMA)LB膜在196 nm、278 nm、346 nm三處紫外吸光度與膜的沉積層數(shù)呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，證明Langmuir膜能夠均勻地轉(zhuǎn)移到基片上，可以制備得到排列有序的多層LB膜。圖2石英基片上b2聚合物L(fēng)B不同層數(shù)的紫外吸收?qǐng)D譜（73層，Y型，SP=27mN/m）;插圖為L(zhǎng)B膜在190nm、278nm、346nm三處極大吸光度與沉積層數(shù)的關(guān)系。圖3為101層b2 LB膜光學(xué)顯微鏡中的熒光圖，

6、從分布均勻熒光點(diǎn)可以說(shuō)明LB膜轉(zhuǎn)移均勻。圖4為硅基片上單層b2 LB膜AFM圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)基片上有許多分布均勻大小相近的突起，說(shuō)明分子在基片上取向較好，分子排列規(guī)整有序。
　　 ⑶聚合物L(fēng)B膜的光刻性質(zhì)。共聚物p(HDMA-DPyMAMA)LB膜通過(guò)光刻工藝制備了高分辨率的光刻圖型和金屬刻蝕模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：光敏單體摩爾含量為14.32％的p(HDMA-DPyMAMA)[b2]聚合物具有好的光敏感性；經(jīng)顯影、濕法腐蝕、除去

7、抗蝕層等工序，可得到分辨率為0.75um的LB膜負(fù)型圖形和會(huì)膜轉(zhuǎn)移圖形。圖5為硅片上41層b2 LB膜光刻后的光學(xué)顯微鏡圖；圖6為鍍金膜玻璃基片上沉積41層b2 LB膜，經(jīng)光刻、刻蝕后得到的金膜圖案光學(xué)顯微鏡圖。
　　 ⑷聚合物L(fēng)B膜光分解機(jī)理研究。分別用紫外、熒光、紅外、熱分析、凝膠滲透色譜等手段對(duì)聚合物的光刻機(jī)理進(jìn)行了初步研究。研究結(jié)果表明，含有兩個(gè)芘基團(tuán)的烯丙基丙二酸二芘甲酯，在248 nm光照下，芘基團(tuán)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，生成