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研究生： 洪壽懋
Hong, Shou-Mau
論文名稱： 化學增感性負型光阻用脂環族高分子 之合成及特性研究
Synthesis and Characterization of Chemical Amplified Negative Tone Photoresist
指導教授： 劉瑞祥
Liu, Jui-Hsiang
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年： 2004
畢業學年度： 92
語文別： 中文
論文頁數： 82
中文關鍵詞： 微影製程 、光阻劑 、負型 、化學增幅
外文關鍵詞： Microlithography, Photoresist, Negative tone, chemical amplified
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    • 　　本研究利用Diels-Alder 反應將馬來酸酐(MA)與Furan合成主鏈具有環狀結構的單體 7-oxa-bicyclo[2,2,1]hept-5-ene-2exo,3exo- dicarboxlic acid anhydride (OBCA)，並利用(-)-樟腦醇(borneol)和甲基丙烯酸(MAA)以酯化反應合成側鏈含脂肪環之(-)-bornyl methacrylate ((-)-BMA)。在將此二單體與MA及MMA進行共聚，利用側鏈的羧酸基在光酸催化下與1,6-hexanediol脫水形成酯基而造成高分子交鏈(Crosslinked)，進行其在光酸增幅性負型光阻之應用，發現其共聚合組成在單體與MA及MMA進料比為1比1比1時即可合成出一弱鹼水可溶性的負型光阻系統，但因低分子添加物無法達到理想的交鏈，故其解析度不佳。因此，將OBCA進一步改質而合成在光酸存在下側鏈可交鏈之負形光阻用單體7-oxa-bicyclo[2,2,1]hept- 5-ene-2,3-dicarboxlic acid mono-(2-hydroxyethyl)ester (OBME)，依不同比例進行共聚，合成出鹼水可溶的負型光阻系統，感度在27~32 mJ/cm2。藉由FT-IR、1H-NMR、UV、GPC、TGA、DSC和EA進行高分子之定性及定量分析。
    　　本研究所合成之環狀脂肪族共聚物，經由紫外光光譜儀測知其紫外光吸收範圍約在220~300nm，最大吸收在230nm附近，故可應用於g-line(436nm)、i-line(365nm)、和ArF(193nm)等光蝕刻微影技術。所合成之共聚物與光酸發生劑配置成化學增幅負型光阻劑，藉由微影製程之測試，探討各光阻之特性曲線，發現改質後之新穎性單體OBME可以達到理想的解像效果，其解析度可以達到0.5μm。此外在耐熱性及耐蝕刻性實驗中發現，負型光阻系統具有良好的特性。

    　　Alicyclic monomeric 7-oxa-bicyclo[2,2,1]hept-5-ene-2exo,3exo- dicarboxlic acid anhydride (OBCA) was synthesized through Dield-Alder reaction. Chiral (-)-bornyl methacrylate ((-)-BMA) was prepared from dehydrating esterification of (-)-borneol and methacrylic acid (MAA). Both acrylic monomers were then copolymerized with maleic anhydride (MA), and methyl methacrylate (MMA). The copolymers were used to prepared negative tone photoresist with PAG. Polymer pendent carboxylic groups were crosslinked through photoacid catalytic reactions. To improve the photo-crosslinking efficiency of the negative tone photoresist, 7-oxa- bicyclo[2,2,1]hept-5-ene-2,3-dicarboxlic acid mono-(2-hydroxy ethyl)ester (OBME) was synthesized and copolymerized with other comonomers. Synthesized alicyclic monomers were all confirmed using FTIR, EA and 1H-NMR. The max of the alicyclic copolymers is around 220~300 nm. The copolymers can be applied on the field of g-line (436nm), i-line (365nm), and ArF (193nm) photoresists. Thermal properties and solubility in various alkaline aqueous solutions of the photoresists were all evaluated. The photosensitive and exposure characteristics of the photoresists prepared in this investigation were all estimated. The optimal sensitivity of 27mJ/cm2 and resolution of 0.5um was achieved. The stability and the reliability of the photoresist with copolymers synthesized in this investigation were all confirmed. Dry etching resistance of the prepared copolymers were compared with those of polystyrene and PMMA, Alicyclic aliphatic polymers prepared in this investigation were found to obviously improve the plasma etching resistance.

    目錄 摘要 I Abstract III 目錄 IV 表目錄 VII 圖目錄 VIII Scheme XI 符號表 XII 第一章 、緒論 1-1前言 1 1-2微影技術發展 2 1-3光阻的應用與其發展趨勢 3 1-4研究動機 4 第二章、原理與文獻回顧 2-1 Diels-Alder 反應及原冰片烯(Norbornene)衍生物簡介 5 2-2 微影製程 6 2-2-1 晶圓表面清潔 7 2-2-2 塗底(Priming) 8 2-2-3 光阻塗佈(Resist coating) 9 2-2-4 預烤(Prebaking) 10 2-2-5 曝光(Exposure) 11 2-2-6 曝後烤( Post exposure baking, PEB) 16 2-2-7 顯影(Development) 17 2-2-8 硬烤(Hard baking) 17 2-3 化學增幅型光阻劑 18 2-3-1 何謂光阻劑 18 2-3-2 化學增幅型(Chemical amplication) 19 2-3-3 193奈米(ArF)光阻 23 2-4 光阻特性 24 2-4-1 感度(Sensitivity) 24 2-4-2 對比(Contrast) 25 2-4-3 解析度(Resolution) 25 2-4-4 熱穩定性(Thermal stability) 26 2-4-5 接著性(Adhesion) 26 第三章、實驗 3-1 藥品 29 3-2 儀器 31 3-3 合成與聚合反應方法 32 3-3-1 試藥前處理 32 3-3-2 光阻材料之製備 32 3-3-3 單體與共聚合物的分析鑑定 37 3-3-4 微影製程 38 第四章、結果與討論 4-1 單體之合成及分析 41 4-2 聚合物的合成 43 4-2-1 含OBCA、MA與MMA及(-)-BMA之共聚物 43 4-2-2 含OBME、MA與MMA及(-)-BMA之共聚物 44 4-3 微影製程性質探討 45 4-3-1 負型光阻用高分子之特性探討 45 4-3-2 光酸催化酯化交鏈反應之探討 46 4-3-3 光阻劑之配製 48 4-3-4 預烤參數之測定 49 4-3-5 曝後烤條件之決定 49 4-3-6 顯影條件之決定 51 4-3-7 光阻劑特性曲線分析 54 4-3-8 光阻劑之顯像分析 55 4-4 熱性質探討 56 4-5 耐蝕刻性質探討 57 第五章 結論 78 參考文獻 80

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    下載圖示 校內：立即公開
    校外：2004-07-09公開
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