南大光电高黏附性的ArF光刻胶树脂专利揭秘

【嘉德点评】南大光电材料公司提出的这种具有高黏附性的ArF光刻胶，减小了光刻图形缺陷，提升了产品良率，具有广阔的市场应用前景。

集微网消息，在国际半导体领域，我国虽已成为半导体生产大国，但整个半导体产业链仍比较落后。特别是由于国内光刻胶厂布局较晚，半导体光刻胶技术相较于海外先进技术差距较大，国产化不足5%。在这种条件下，国内半导体厂商积极开展研究，如晶瑞股份的KrF光刻胶，南大光电的ArF光刻胶均取得较好的研究效果。

光刻胶是电路制造材料技术领域的关键材料之一，随着制造技术的不断发展，产业对光刻胶的技术要求越来越高，为满足日益苛刻的工艺条件，需要开发更高性能的光刻胶产品。相对于传统的I线、G线、KrF光刻胶，ArF光刻胶产品具有优异的分辨率，可达到55nm以下，是目前先进集成电路制造工艺使用的主流光刻胶。ArF光刻胶由树脂、光敏剂、添加剂溶剂等组成，随着加工线宽的不断减小，光刻胶的线条越来越细，容易发生剥离及倒胶现象，使光刻图形发生缺陷。为增加光刻胶与基材黏附性，现有技术常通过改善光刻胶自身的性能或者改变光刻工艺以提升黏附性，但在工艺的显影过程中经常会在基材表面产生残留，影响产品良率，另外还会增加能源损耗，产生污染，提高晶圆生产成本。

针对这一情况，国内企业南大光电材料公司于2019年10月9日提出一项名为“一种具有高黏附性的ArF光刻胶树脂及其制备方法”的发明专利（申请号：201910954317.1），申请人为宁波南大光电材料有限公司。此专利提供一种具有高黏附性的ArF光刻胶树脂，旨在解决在显影过程中基材表面产生残留，使光刻图形产生缺陷，影响产品良率等技术问题。

在ArF光刻胶的制备过程中，树脂作为光刻胶性能的载体，对光刻胶的分辨率和线边粗糙度等性能有重要影响。相较于以往制备方法，本发明的ArF光刻胶树脂在制备过程中添加了含有腈基的单体，按重量百分比计，10％～40％内酯单体、20％～60％酸保护单体、0％～25％非极性单体和0％～15％腈基单体。由于腈基为强极性结构，在树脂中，强极性结构与非极性结构配合使用，可同时提升光刻胶的分辨率，减小线边粗糙度，提高树脂的黏附性，改善光刻胶的整体性能。

另一方面，腈基结构的引入可以增加树脂与基材表面的作用力，增加黏附性， 且腈基与硅烷偶联剂不同，不会与基材表面分子形成化学键，因此，在显影过程中可轻松去除残留物。因此，使用本发明的ArF光刻胶树脂制备的光刻胶具有优异的黏附性，曝光区内的光刻胶没有残留，减小了光刻图形缺陷，提升了产品良率，光刻图形没有出现倒胶和剥离现象，与基材黏附性好。

图1 工艺改良前后光刻胶的光刻图形对比示意图。

图1为此专利提出的使用腈基结构改良后的树脂结构与改良前光刻胶的光刻图形对比图。由于光刻胶线条的线宽为90-130nm，产业界无法以机械方式用设备检测测试如此细的线条性能，只能将树脂制备成光刻胶，做出的图形用扫描电镜(SEM)观察，若没有看到剥离和倒胶现象，证明黏附性能良好，否则明树脂无效。图1左图为使用没有腈基单体的树脂制备的光刻胶，经过曝光显影后， 光刻胶图形发生变形，线条脱落，出现剥离现象，因此线条与基材的黏附性差。右图为添加腈基单体的树脂形成的光刻胶曝光图，光刻胶的独立线条边缘均匀，没有发生粘连和倒胶现象，说明粘附性良好。

南大光电材料公司提出的这种具有高黏附性的ArF光刻胶，减小了光刻图形缺陷，提升了产品良率，具有广阔的市场应用前景。目前我国正处于半导体行业蓬勃发展的时期，对光刻胶的需求较大，相信诸如宁波南大光电材料公司等国内新兴企业会相继冲破技术瓶颈，实现国内半导体技术的快速发展。