有機矽聚合物正型光阻劑微影成像性質之研究

Abstract

有機矽聚合物主鏈矽一矽鍵會因吸收紫外光範圍內之曝光能量而斷裂，導致聚合物平 均分子量下降，經由光罩，造成曝光區與非曝光區平均分子量之顯著差異（約１０∼ ５０倍）。選擇適當顯影液，即可將低分子量曝光區溶解除去，留下較不溶解的高分 子量非曝光區，將光罩上的線路顥影而出。 本研究以金屬鈉合成一系列有機矽聚合物（有機取代基為甲基及苯基），利用各種鑑 定方法（如ＩＲ、ＵＶ、□Ｈ， □□Ｃ ＮＭＲ、ＧＰＣ、ＤＳＣ等）來探討矽－矽 鍵上所接的有機取代基不同，對矽一矽鍵的影響；並探討有機矽聚合物應用為光阻劑 的項性質之差異。 實驗結果顯示：１．含苯基愈多，矽一矽鍵間立體構造亦愈形擁擠，因而使矽一矽鍵 拉長，鍵能減弱，紫外光譜最大吸收波長λmax 亦愈長；在紫外線曝光下，矽一矽鍵 較易斷裂，所需的曝光劑量也較少。２．有機矽聚合物吸收紫外線能量而斷鍵，所形 成的矽端自由基會與空氣中的氧作用，在結構上有明顯的變化，且對紫外光的吸收因 矽一矽鍵的斷鏈而減少，分子量亦隨之而迅速下降。３．有機矽聚合物的Si╱C 比值 高，故耐氧電漿蝕刻性強，適合作為雙層光阻系統中之上層光阻。４．有機矽聚合物 經長時間紫外光曝，曝光區分子量可降低至表現出揮發性，不需顯影液，即可自行顯 像。５．有機矽聚合物溶解時之雷射干涉曲線以多項式迴歸分析，可看出溶劑對曝光 後的有機矽聚合物膜各層次深度的溶解速率不同，當為駐波效應，即駐波使阻劑曝光 劑量產生週期性增減，因而溶解速率亦隨之增減。 綜合上述實驗結果，有機矽聚合物應為相當優良之超大型或次微米積體電路正型光阻 劑，值得進一步研究開發。