【专利解密】南大光电发明“高分辨率光刻胶方案”改善光刻胶成膜能力

【嘉勤点评】南大光电发明的高分辨率光刻胶方案，在采用含双酯结构的光致酸产生剂的条件下，通过添加带酯键的酸扩散抑制剂，进一步改善了光刻胶的线宽粗糙度，不仅能够提高光刻胶的分辨率，也可以增强光刻胶的成膜能力。

光刻胶(又称光致抗蚀剂)是指通过紫外光、准分子激光、电子束、离子束、X射线等光源的照射或辐射，其溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料。主要用于集成电路和半导体分立器件的微细加工，同时在平板显示、LED、倒扣封装、磁头及精密传感器等制作过程中也有着广泛的应用。

由于光刻胶具有光化学敏感性，可利用其进行光化学反应，将光刻胶涂覆半导体、导体和绝缘体上，经曝光、显影后留下的部分对底层起保护作用，然后采用蚀刻剂进行蚀刻就可将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工的衬底上。

在整个生产过程中，光刻胶中除了主体树脂和光致产酸剂外，往往还要加入酸扩散抑制剂，其主要作用是在曝光前阻止成膜树脂的溶解，起阻溶作用，曝光后光刻胶中的光产酸剂所产生的酸则催化其脱去酸敏基团，使得酸扩散抑制剂变成极性化合物，进而促进树脂的溶解，从而增大了非曝光区与曝光区的溶解反差，提高抗蚀剂的分辨率。

目前，市面上可供光刻胶使用的酸扩散抑制剂仅仅只是在结构中增加一定数量的羟基，以增强其与树脂间的相容性，并未解决如何进一步改善光刻胶的分辨率的技术方案。因此，现有技术还有待改善。而南大光电则在2021年1月22日申请了一项名为“一种高分辨率光刻胶”的发明专利（申请号：202110089845.2），申请人为宁波南大光电材料有限公司。

在该专利中，发明了一种新型的高分辨率光刻胶方案，根据该专利目前公开的相关资料，让我们一起来看看这项技术方案吧。

在该方案中，主要采用含有双酯结构的光致产酸剂、带酯键的酸扩散抑制剂以及特定结构的成膜树脂来生产、制造高分辨率光刻胶，这些材料的混合，可以使得高分辨率光刻胶表现出较好的光刻性能。

其制备方法主要如下：首先，在氮气保护环境下，将98g的马来酸酐溶解于100g甲苯中后，加入220g的环己醇以及50g的对甲苯磺酸，搅拌均匀后升温至90℃进行酯化反应12h，加入100g乙酸乙酯并使用50mL的去离子水洗涤两次，然后干燥有机层，脱溶得到162g的丁二酸酯类化合物。经检测，该过程中的转化率为58％。

其次，取56g的丁二酸酯类化合物溶于200g的去离子水中，加入25g的亚硫酸钠，混合均匀后在100℃条件下反应24h，反应完成后采用500g的乙酸乙酯进行萃取，然后脱溶，得到47g的双酯基磺酸钠化合物。经检测，该过程中的转换率为61％。

接着，取38g的双酯基磺酸钠化合物溶于100g去离子水中，滴加150g的三苯基氯化硫鎓盐水溶液(质量分数20％)，搅拌12h后，采用500g的二氯甲烷进行萃取。然后采用50g的去离子水洗两次，水洗后使用无水硫酸镁干燥，脱溶得到38g的含双酯结构的光致酸产生剂。经检测，该过程中的转换率为62％。

最后，将通过上述过程制备得到的高分辨率光刻胶在硅片上以2500转/分钟的速度旋转成膜，然后在120℃热板上烘烤90s，烘烤完成后在曝光机上机上以曝光强度45mJ/cm2的光照曝光，曝光完成后在110℃热板上烘烤90s，最后在2.38％TMAH显影液中显影60s，然后烘干在电子显微镜检测光刻。

该方案得到的光刻图像如上图所示，可以看出，该方案制备得到的光刻胶减小了制作的电路的线宽和线宽粗糙度，其中含双酯结构的光致酸产生剂能产生有效的可控大体积酸，同时添加与带酯键的酸扩散抑制剂后可制备出高分辨率光刻胶，极大的提升光刻胶的分辨率。同时，该材料与树脂相容，提高了成膜后黏附性，改善了光刻胶的整体性能。

以上就是南大光电发明的高分辨率光刻胶方案，这种光刻胶在采用含双酯结构的光致酸产生剂的条件下，通过添加带酯键的酸扩散抑制剂，进一步改善了光刻胶的线宽粗糙度，不仅提高了光刻胶的分辨率，也增强了光刻胶的成膜能力。