飞秒激光直写光刻胶成膜树脂、负性飞秒激光直写光刻胶及其图案化方法技术

本发明专利技术公开了一种飞秒激光直写光刻胶成膜树脂、负性飞秒激光直写光刻胶及其图案化方法。所述飞秒激光直写光刻胶成膜树脂的化学结构式如式(I)所示，该飞秒激光直写光刻胶成膜树脂为无规共聚物，重均分子量Mw在1.7

【技术实现步骤摘要】
飞秒激光直写光刻胶成膜树脂、负性飞秒激光直写光刻胶及其图案化方法


[0001]本专利技术属于光刻胶领域，具体涉及一种飞秒激光直写光刻胶成膜树脂、含有该成膜树脂的负性飞秒激光直写光刻胶以及该光刻胶的图案化方法。

技术介绍

[0002]智能设备快速发展，对芯片也提出更高的需求，光刻是芯片制造的重要环节；光刻是指在一定波长的光源照射下曝光，通过显影、刻蚀等步骤，将掩膜上的图形转移至衬底的技术，利用光刻技术可以实现微纳米级的图案绘制；光刻技术包含光源、光刻胶、光刻工艺三个部分，其中光刻胶是光刻工艺的重要材料。
[0003]光刻胶又称光致抗蚀剂，是指一类经过不同波长的光源曝光后，曝光区域发生交联或光解反应，使其在显影液中的物理性能发生显著变化的组合物；曝光后形成不可溶物质的是负性光刻胶，曝光后变为可溶物质的是正性光刻胶；光刻胶主要由成膜树脂、光致产酸剂、溶剂和一些添加剂组成；传统的成膜树脂主要包括聚(甲基)丙烯酸酯体系、环化聚合物体系、环烯烃
‑
马来酸酐共聚体系等。
[0004]聚(甲基)丙烯酸酯聚合物种类丰富、合成方便、透光性高，是成膜树脂的首选材料；但聚甲基丙烯酸酯聚合物的线性分子链及较高的含氧量，使其具有较差的抗刻蚀性，在后续的刻蚀工序中，无法保护衬底表面；此外，聚(甲基)丙烯酸酯聚合物与晶圆的粘附性较差，不利于承受后续的刻蚀、离子注入等工艺的侵蚀。最终导致光刻图案变形、脱落、分辨率降低。
[0005]因此，我们提供了一种同时含有甲基丙烯酸酯及环状结构的聚合物成膜树脂，提高聚合物的抗刻蚀性与分辨率，以此解决以上技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题在于提供一种提出一种四元共聚的飞秒激光直写光刻胶成膜树脂、含有该成膜树脂的负性飞秒激光直写光刻胶以及该光刻胶的图案化方法，所述成膜树脂具有原料廉价、合成简单、产率高等优点，得到的负性光刻胶具有分辨率高、抗刻蚀性强的优点，有利于满足高精度的图案化制造需求。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种飞秒激光直写光刻胶成膜树脂，其化学结构式如式(I)所示：
[0008][0009]该飞秒激光直写光刻胶成膜树脂为无规共聚物，重均分子量Mw在1.7
‑
2.2kDa之间，分布指数D(D＝Mw/Mn，其中，Mw是重均分子量，Mn是数均分子量)在1.4
‑
2之间，其中x、y、m和n分别代表相应重复单元的个数，并且满足下列条件：x：y：m：n＝1：0.5～3：0.5～1：0.5～1.5。
[0010]作为优选，所述的飞秒激光直写光刻胶成膜树脂的制备方法为：
[0011]以单体苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸异冰片酯为原料，其中甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯的摩尔比为1：0.5～3：0.5～1：0.5～1.5，加入引发剂，通过自由基聚合反应合成所述飞秒激光直写光刻胶成膜树脂，化学反应式如下所示：
[0012][0013]作为进一步的优选，所述的飞秒激光直写光刻胶成膜树脂的制备方法按照以下步骤实施：
[0014]在容器中，依次加入苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯和适量溶剂；待固体全部溶解加入引发剂，在N2环境下进行搅拌加热除氧，于60
‑
80℃反应4
‑
48h；在反应结束后，冷却至室温，将反应液滴加至沉淀剂中，抽滤，得到粉末状固体即为所述飞秒激光直写光刻胶成膜树脂。
[0015]作为更进一步的优选，所述引发剂为偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰叔丁酯、过硫酸钾中的一种或几种。
[0016]作为更进一步的优选，所使用的溶剂为去离子水、乙腈、二甲苯、甲苯中的一种或几种。
[0017]作为更进一步的优选，甲基丙烯酸甲酯与溶剂的投料比为30
‑
50mmol/80mL，更进一步优选为40mmol/80mL，引发剂与溶剂的投料比为0.4
‑
0.5g/80mL。
[0018]作为更进一步的优选，所使用的沉淀剂为乙醇、异丙醇、石油醚、乙醚、1,4
‑
二氧六环中的一种或几种。
[0019]第二方面，本专利技术提供了一种负性飞秒激光直写光刻胶，按质量百分比计，包括3
‑
5wt％成膜树脂、5
‑
10wt％活性单体、0.1
‑
1wt％双光子引发剂和85
‑
91wt％溶剂；其中成膜树脂为上述飞秒激光直写光刻胶成膜树脂。
[0020]本专利技术所述的负性飞秒激光直写光刻胶，其制备步骤如下：依据比例，在黄光室内将成膜树脂、活性单体、双光子引发剂、溶剂混合均匀，使用孔径为0.45微米、0.22微米和0.1微米的有机滤膜依次过滤纯化，得到负性飞秒激光直写光刻胶。
[0021]作为优选，所述活性单体为季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、5,5,5
‑
三氟
‑4‑
羟基
‑2‑
甲基
‑4‑
(三氟甲基)甲基丙烯酸戊酯、二季戊四醇五丙烯酸酯中的一种或几种。
[0022]作为优选，所述双光子引发剂为7
‑
二乙氨基
‑4‑
甲基香豆素。
[0023]作为优选，所述溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、丙二醇单甲醚醋酸酯中的一种或几种。
[0024]第三方面，本专利技术提供一种负性飞秒激光直写光刻胶的图案化方法，包括如下步
骤：
[0025]1)取负性飞秒激光直写光刻胶滴加到衬底上；
[0026]2)利用飞秒激光直写装置对负性飞秒激光直写光刻胶进行曝光；
[0027]3)将曝光后的光刻胶浸入到显影液中进行显影，得到光刻图案。
[0028]作为优选，所述步骤2)中飞秒激光波长为700
‑
900nm，激光脉冲为60
‑
150fs，激光重频10
‑
200MHz，刻写功率5
‑
10mW，刻写速度0.1
‑
10mm/s。
[0029]作为优选，所述步骤3)中显影液选自乙酸正丁酯、1
‑
乙氧基
‑2‑
丙醇、异丙醇、丙二醇单甲醚醋酸酯中的一种或多种；显影时间为25
‑
60s，显影温度为室温。更进一步，采用二级显影，一级显影液选自乙酸正丁酯、1
‑
乙氧基
‑2‑
丙醇或丙二醇甲醚乙酸酯，显影时间为25
‑
60s；二级显影液选自异丙醇，显影时间为40
‑
60s。
[0030]与现有技术相比，本专利技术有益效果是：本专利技术提供了一种飞秒激光直写光刻胶成膜树脂，其通过自由基聚合合成，具有原料廉价、合成简单、产率高等优点；本专利技术将酯环、羟基、苯环等基团引入到成膜树脂中，可以提高负性光刻组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞秒激光直写光刻胶成膜树脂，其特征在于：所述飞秒激光直写光刻胶成膜树脂的化学结构式如式(I)所示：该飞秒激光直写光刻胶成膜树脂为无规共聚物，重均分子量Mw在1.7
‑
2.2kDa之间，分布指数D在1.4
‑
2之间，其中x、y、m和n分别代表相应重复单元的个数，并且满足下列条件：x：y：m：n＝1：0.5～3：0.5～1：0.5～1.5。2.如权利要求1所述的飞秒激光直写光刻胶成膜树脂，其特征在于：所述的飞秒激光直写光刻胶成膜树脂的制备方法为：以单体苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸异冰片酯为原料，其中甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯的摩尔比为1：0.5～3：0.5～1：0.5～1.5，加入引发剂，通过自由基聚合反应合成所述飞秒激光直写光刻胶成膜树脂，化学反应式如下所示：3.如权利要求2所述的飞秒激光直写光刻胶成膜树脂，其特征在于：所述的飞秒激光直写光刻胶成膜树脂的制备方法按照以下步骤实施：在容器中，依次加入苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯和适量溶剂；待固体全部溶解加入引发剂，在N2环境下进行搅拌加热除氧，于60
‑
80℃反应4
‑
48h；在反应结束后，冷却至室温，将反应液滴加至沉淀剂中，抽滤，得到粉末状固体即为所述飞秒激光直写光刻胶成膜树脂。4.如权利要求3所述的飞秒激光直写光刻胶成膜树脂，其特征在于：所述引发剂为偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰叔丁酯、过硫酸钾中的一种或几种；所使用的溶剂为去离子水、乙腈、二甲苯、甲苯中的一种或几种；甲基丙烯酸甲酯与溶剂的投料比为30
‑
50mmol/80mL，引发剂与溶剂的投料比为0.4
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0.5g/80mL；所使用的沉淀剂为乙醇、异丙醇、石油醚、乙醚、1...

【专利技术属性】
技术研发人员：付欢，曹春，匡翠方，沈小明，马鹏程，邱毅伟，赖慧颖，关玲玲，夏贤梦，李佳伟，刘旭，马致远，王宵冰，庞茂璋，钱全立，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：