[发明专利]一种智能飞秒激光光刻胶组合物及图案化方法

说明书

本发明公开了一种智能飞秒激光光刻胶组合物及图案化方法，该智能飞秒激光光刻胶由智能活性单体、活性稀释剂、双光子引发剂及溶剂组成；其中，智能活性单体为特殊可光聚合的N‑取代丙烯酰胺类化合物；活性稀释剂为可光聚合的(甲基)丙烯酸酯类化合物；双光子引发剂为对飞秒激光具有非线性双光子吸收和引发能力的化合物。本发明智能飞秒激光光刻胶组合物可以被飞秒激光引发聚合，并对温度产生智能响应；当升高温度时，智能飞秒激光光刻胶发生均匀、稳定、可控的体积收缩，从而获得更高的分辨率和更小的特征尺寸，可以提高光刻胶的分辨率；通过控制智能活性单体的添加量可以控制光刻胶的收缩率，具有稳定可控的图案化制造能力。

技术领域

本发明属于微纳加工制造领域，尤其涉及一种智能飞秒激光光刻胶组合物及图案化方法。

背景技术

光刻胶是一类对光线敏感的物质，又称作光致抗蚀剂，其曝光前后在显影液中的溶解性会发生突变，从而可以得到预期的微纳线路结构。根据光刻胶曝光前后溶解性的变化，光刻胶可以分为正性光刻胶和负性光刻胶。目前，随着半导体器件微型化和集成化发展，半导体芯片的加工层数和架构愈加复杂，不仅要求光刻胶具有更高加工分辨率能力，还提出了可直接三维刻写的技术需求。

荷兰ASML光刻机及配套使用的极紫外光刻胶的加工分辨率已逼近5nm，但其加工方式仍然是layer-by-layer的层层刻写技术，无法直接实现光刻胶的真三维刻写。飞秒激光直写技术是一种新型微纳加工手段，其利用非线性光学效应，将近红外飞秒激光焦点锁定在光刻胶内部，仅在焦点处的光刻胶才会发生光化学聚合或解离，在显影后获得三维微纳结构，具有真三维的微纳加工能力。

飞秒激光直写技术具有诸多优点而被广泛地研究，加工精度也逐渐提高。甘和段课题组基于飞秒激光直接技术，利用光刻胶的聚合收缩及拉伸效应，分别获得了9nm和13nm的悬浮线条，但在半导体基板上获得的最高加工分辨率仅在50nm左右。这是由于光刻胶线条固定在基板上时，聚合收缩能力变小，且无法利用线条末端的拉伸效应，造成特征尺寸偏大。此外，利用光刻胶的聚合收缩及拉伸效应得到的光刻胶悬浮线的收缩率有限，收缩率不可控，均匀性差，很容易断裂，导致光刻胶图案扭曲变形，制造重复性不好，无法满足应用的良率需求。

因此，需要提供一种可控稳定收缩的智能飞秒激光光刻胶组合物及图案化方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种智能飞秒激光光刻胶组合物及图案化方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种智能飞秒激光光刻胶组合物，按质量百分比计，包括2-30wt％智能活性单体A、60-95wt％活性稀释剂B、0.01-5wt％双光子引发剂C、2.99-37.99wt％溶剂D；其中，所述智能活性单体A由一种或多种N-取代丙烯酰胺类化合物按任意配比组成；所述N-取代丙烯酰胺类化合物包括但不限于：N-异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基己内酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-环丙基丙烯酰胺和N-乙基丙烯酰胺。

进一步地，所述活性稀释剂B由一种或多种可光聚合的(甲基)丙烯酸酯类化合物按任意配比组成；所述可光聚合的(甲基)丙烯酸酯类化合物包括但不限于：(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸酯羟丙酯、(甲基)丙烯酸酯异丁酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸苄基酯、甲基丙烯酸2-苯氧乙酯、2-异丙基-2-甲基丙烯酰氧基金刚烷、丙烯酸异冰片烯、聚乙二醇(200)二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇(400)二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇(600)二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇(1000)二(甲基)丙烯酸酯、双酚A二(甲基)丙烯酸酯、乙氧化双酚A(甲基)二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰尿酸三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯。