分享一篇近期發表在ACS Macro Letters上的研究進展，題為Polymer Sequence Alters Sensitivity and Resolution in Chemically Amplified Polypeptoid Photoresists。這篇文章的通訊作者是加利福尼亞大學的Rachel A. Segalman。

    亞10 nm尺度上的晶體管圖案化是微電子器件性能持續改進中至關重要的一環。為實現這一目標，研究者們開始關注極紫外（EUV, 13.5 nm）光刻技術，并且開發了新型化學放大光刻膠（CAR）。CAR通常由酸敏感聚合物基質、光酸發生器（PAG）、堿淬滅劑和其他成分組成。幾十年來，CAR的分辨率和靈敏度一直是高分辨光刻技術的基石。

    然而，隨著EUV光刻技術將分辨率極限推至10 nm以下，CAR固有的多組分復雜性帶來了新的挑戰。聚合物、PAG和淬滅基團之間的分子間相互作用導致納米分離結構域的特征尺寸與預期不一致并且存在邊緣粗糙度（LER）。聚（N-取代甘氨酸），也被稱為聚類肽，是一類新型仿生材料，為開發下一代低隨機性CAR提供了一個多功能平臺。

    如圖1a所示，本文中作者基于包含三種不同官能團的聚類肽開發了具有不同功能的單分散聚合物光刻膠。具體來說，叔丁酯基（Nce）受酸或熱影響可以形成羧酸，從而提高在水溶性堿顯影劑中的溶解度；苯乙基（Npe）有助于提高疏水性從而提高玻璃化轉變溫度（T_g）和抗腐蝕性；磺酰胺基（Nsf）可用于調節序列極性，并且可能通過氫鍵進一步提高T_g。為保持一致性，本工作中所有聚類肽都含有50%的Nce，近似于傳統聚合物光刻膠中聚甲基丙烯酸叔丁酯（PtBMA）的含量。為探究鏈長與序列對光刻膠性質的影響，作者通過固相合成方法合成了含有10、20或30個單元的聚類肽，同時其序列結構也從嚴格交替逐漸過渡至嚴格嵌段（圖1b）。

圖1. 聚類肽光刻膠的重復單元類型

    如圖2a所示，當以全氟丁基磺酸三苯基锍鹽為PAG且在深紫外（DUV 248 nm）曝光后，所有聚類肽光刻膠的暴露區域能夠溶解在四甲基氫氧化銨（TMAH）溶液中，從而成功形成正色調圖案。隨后，作者發現10聚體光刻膠的未暴露區域在堿性TMAH顯影劑中會完全溶解，而20聚體和30聚體光刻膠則能保持完整（圖2b-d）。由于超過20個重復單元后，提高鏈長未能提供明顯的圖案化優勢，因此作者認為20聚體聚類肽是最佳光刻膠材料，兼具優異性能與低合成難度。

圖2. 光刻膠工作流程示意圖

    在相同處理條件下，作者發現提高嵌段序列含量會降低光刻膠的圖案分辨率，這種現象可能源于不同序列之間的曝光靈敏度差異或者嵌段序列中更高的擴散脫保護速率（圖3）。

圖3. 序列結構對光刻膠行為的影響

    最后，作者認為雖然在相同處理條件下序列不同的聚類肽光刻膠圖案化結果差異很大，但是每種序列本質上都是可以圖案化，需要進一步優化才能獲得令人滿意的結果。如圖4所示，作者發現曝光后烘烤（PEB）溫度降低15 ℃后，嵌段序列光刻膠的圖案質量明顯提升，而交替序列則無法顯影。這種差異可能源于兩種體系之間對酸催化脫保護的敏感性差異。

圖4. 烘烤溫度對光刻膠行為的影響

    總的來說，本文中作者開發了新型聚類肽光刻膠，并且證明聚類肽的鏈長和序列結構，以及PEB溫度等工藝條件都會顯著影響光刻膠的圖案化性能。

作者：QJC

DOI: 10.1021/acsmacrolett.5c00320

Link: https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.5c00320