（材料学专业论文）preparation+and+characterization+of+polymer+lb+films+for+lithography.pdf

摘要 本文设计合成了作为l b 膜抗蚀层成膜材料的两亲性分子n 一烷基丙烯酰胺，包括 n 十二烷基丙烯酰胺( d d a ) ，n 十二：烷基甲基丙烯酰胺( d d m a ) ，n 十六烷基丙烯 酰胺( h d a ) ，n 一十六烷基甲基丙烯酰胺( h d m a ) 。同时合成了作为抗蚀层光酸敏感成 分的1 ，4 二噫螺环【4 ，4 1 壬烷一2 一亚甲基甲基丙烯酸酯( d n m m a ) 分子。并将二者进行共 聚，研究其共聚物的成膜及光刻性能。 n 烷基丙烯酰胺d d 气d d m 气h d a ，h d m a 是一类长链两亲性分子，成膜性能较 好。，我们研究了不同条件对这类分子空气一水界面上成膜的“一a 曲线的影响，并对单 体和均聚物的n a 瞌线进行了比较，对不同投料比下的共聚物的n a 曲线进行了研 究，同时也研究了空气水界面上的单分子层的弹性模量随表面压的变化行为。研究发现， 当投料比为1 ：1 时，能够得到比较陡峭，崩溃压较高的n a 曲线。单分子层在空气 水界面上达到最紧密的排列，即呈“固态”时，单分子层的弹性模量也达到最大值。 利用紫外一可见分光光度计测定了在经过亲水处理的石英基板上转移层数为2 2 层、 4 2 层、6 2 层、8 2 层的l b 膜的紫外吸收，对l b 膜的转移情况进行研究，发现l b 膜的 紫外吸收与转移层数呈线性关系，垓结果说明膜的转移是均匀的，所形成的l b 膜是规 整有序的。 用原子力显微镜对不同l b 膜的表面聚集态进行了研究，发现使用通常恒定压缩模 式( 静态) 制备的l b 膜，其分子的排列向有序的方向( 与旋转涂膜法相比) 。使用振动 ( 动态) 模式制备的l b 膜，膜的表面状态有了明显改善，分子呈现致密排列，且链段 有一定的取向方向。利用在膜表面的刻痕的深度估算出了静态膜和动态膜的厚度分别在 1 o - 1 4 n m 和1 4 1 8 n m 范围。动态法得到的厚度与分子烷基侧链的长度更加接近，这说 明，使用动态沉积法之后，由于分子排列更加紧密，烷基侧链的取向更趋向垂直于基板。 对l b 膜抗蚀层的光刻性能进行了初步研究。发现，所制的l b 膜的紫外吸收随深 紫外( 2 4 8 n m ) 光源照射时间增长而变小，该物质在此光源下呵降解。在经过亲水处理的 硅基板上沉积3 0 层膜，经过曝光和显影，在膜上刻蚀出阳型图案，达到0 7 跏m 的线宽， 证明了此物质可以作为优良的抗蚀层材料使用。 关键词：l b 膜，i _ 肋g m u i r 膜，原子力显微镜，光刻，抗蚀层 a b s n a c t as e r i e so f n - a l k y l a c r y l a m i d e ，i 董l d u d i n g- d o d e c y l a c r y l 锄i d e( d d a ) ， - d o d e c y l m e t l i a c r y l 锄i d e ( d d m a ) ，- h e x a d e c y i a c r y i 咖i d e ( h d a ) a n d i h e x a d e c y l m e t h y l a c r y l a m i d e ( h d m a ) w e r es y n t h e s i z e df o r t h e u s eo ff i l m f o 皿i i l g m a t e f i a l so fr e s i s t s 1 ，4 - d j o x a s p i m 【4 ，4 j n o n a i i e 一2 一m e t h y lm e t h a c r y l a t e ( d n m m a ) ，w l l i c hh a s f i l c t i o n a l g r o u po nm o l e c u l e s ，w a ss y m h e s i z e da s t h ep h o t o s e n s i t i v ep a no fl bf i l m s c 0 _ p o l y m e r i z a t i o no fn - a l k y l a c r y l a m i d ea n dd n m m a w e r ec a 耐e do u tf o rt h er c s e a f c ho f f o n n i n gi 卫f i l m s n - a l k y l a c r y l a m i d e ，i n c l u d i n gd d a ，d d m a ，h d a ，h d m a ，i sak j n do fa m p h i p h i l e s w h i c hh a v el o n ga l k y lc h a i n s ，a n dt h e yh a v et h ea b i l i t yo ff o n n i n gs t a b l ef i l m s t 1 l ei n n u e n c e o fd i 骶吲1 t 。o n d i t i o n so nl a n g m u i rf i l ma ta i “w a t e fi n t e r f a c ea n dt h ed i f f e r e n c eb e 噼e e nt h c n ai s o t h e 啪so fm o n o m e r sa n dc o r r e s p o n d i n g h o m o p o l y m e r s w a s i n v e s t i g a t e d c o p o l y m e r sw i t hd i 矗e r e n tm o l a fr a t i ow e r es y n t h e s i z e da n dt h e i r 一ai s o t h e n n sw e r e m a d e ，t h er e s u n ss h o wt h a tw h e nt h ep r o p o r t i o no ft h et w om o n o m e r sw a s1 ：1 ，s t e e p e rc u n ，e a n d h i g t i e rc 0 1 1 a p s ep r e s s u r co f 嚣一ai s o t h e mw o u l d b eo b t a j n e d n ec h a n g e so fe l a s t i c i t y o fm o n 0 1 a y 吖a ta i r w a t e ri n t e t f a c ed e p e n d i n go nt h es u r f a c ep r c s s u r ew e f es t u d i e da n di tw a s f o u n dt h a tw h e nt h em o n o l a y e ra ta i f w a t e ri n t e a c ei si nt h e “s o l i dp h a s e ”，t h ee l a s t i c i t y c o u l d r e a c ham a x i m u m u v _ v i ss p e c t m p h o t o m e t e rw a su s e df o rm e a s u r i n gt h ea b s o r b a n c eo fl bf j l m sw h i c h w e r ed e p o s i t e do n t oq u a n zs u b s t r a t e sa i l dh a v et h en u m b e ro fl a y e r sa s2 2 ，4 2 ，6 2 ，8 2 ， s e p a r a t e ly ，t oi i l s u r ew h e t h e rm el 屉f i l m sw e r ed e p o s i t e dh o m o g e n e o u s l 弘i tc a nb ef o u n d t h a tt h ea b s o r b a n c e sa t1 9 3ma r ep r o p o r t i o n a l i ot h en u m b e ro fl a y e r sa tl e a s tu pt o8 2l a y e r s t h el i n e ff e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ea b s o r b a n c ea n dt h en u m b e ro fl a y e r ss u g g e s t st h a tar e g u l a r d e p o s i t i o no ft h ec o p o l y m e rm o n 0 1 a y e rt a k ep l a c e ，r e s u l t i n gi naf a 打l yu n i f o ml bf i l m s n et o p o 伊a p h yo fl bf j l m sw a sj n v e s n g a t e db ya t o m j cf o r c cm j c r o s 0 0 p y 沁m ) n e r e s u l ts h o w e dt h a tc o p o l y m e rc o u l df o 】r mc o n d e n s e da n dc o n s e c u t i v el bm o n o l a y e ro nm i c a s u b s m l t e b e s i d e s ，o ns e v e r a ln a o m e t e rs c a l e s ，t h ea r r a n g e m e to fb a c k b o n ec h a i n sc o u l db e s e e n ，b u tt h es t a t eo ns e v e r a lh u n d r e dn a n o m e t e rs c o p e sw a sd i s o r d e r c d n i sw a sj m p m v e d w h e nan e ww a yo fp r e p a r i n gl bf j l m s ，d y n a m i cd 印o s i t i o n ，w a su s e d ，a n dt h ef j l mw a sm o r e c o m p a c ta n do r d e r e d t 1 l et h i c k n e s so ft w oh n d so fl bm o n o l a y e rw a sg a i n e db ym e a s u r i n g t h cd e 口t ho fs c r a t c h e dl i n c s ，锄dt h er e s u n sw a s1 o 1 4 n ma n d1 4 1 。8 n m ，s e p a r a t e l y w h i c h s l l o w e dm a tt h et h i c k n e s so fd y n a m i cl bm o n o l a y e rw a sc l o s et ot h el e n 毋ho fa l k y ls i d e c h a i n so fp o l y m e r sa n dt h eo e n t a t i o no fa l k y ls i d ec h a i n sw a sa p tt ov e n i 咖 p r e l i m i n a f ys t u d i e so fl i t h o g f a p h i c a lp r o p e r t i e so fl bf i l mr e s i s t sw e r ec a 玎i e do u t 0 咀 d e 印u vi r f a d i a t i o n ，t h ea b s o r b a n c eo ft h ed d m a d n m m ac o p o l y m e ru 3f i l m s ( 8 2l a y e r s ) a r o u n d1 9 3 n md e c r e a s e sw i mj f r a d i a t i o nt i m e ，w h i c hi n d i c a t e sc h a tt h el bf i l m su n d e 增p e s p h o t o d e 斟a d a t i o no fp o l y m e tb a c k b o n ea n db ( m es c i s s i o no fs i d ec h a i n t h i r t yl a y e f sw e t e d e p o s i t e do m om eh y d i d p h i l i cs j l j nw a f c ra n dw e n tt h m u g ht h ee x p o s l l r ea n dd e v e l o p m e n t ， a n dt h e nt h ep o s i t i v ep a t t e m sw e r eo b t a i n e d t 1 l em i c r o s c o p ep h o t o g r a p hs h o w st h a tt h ef i n e p a n e mb a s e do nt h el i n e a n d - s p a c cw i t ha r e s o l u t i o no fo 7 卸i m ，w h i c hi st h eh i g h e s t r e s o l u t i o no ft h ep h o t o m a s ke m p l o y e di nt l l i ss t u d y ，c a i lb ec l e a r l yd r a w n ni sp r o v e dt h a t f i n em a t e “a lf o rl i t h o g r a p h yi so b t a i n e d k e y w o r d s ：l bf i l i n s ；l a n g m u - rf i l m s ；a t o m i cf o r c em i c r o s c o p y ；l i t h o 伊a p h y ；r e s i s t s 3 y b 辱7 5 1 5 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽 窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿意承担由 此产生的一切法律责任和法律后果，特此郑重声明。 学位论文作者( 签名) ：任乡亨方 z 口口年占月少日 郑州大学硕上研究生毕业论文 p r e p a m t i o na n dc h a m c t e z a t i o no fp o i y m e r l bf i i m sf o r p h o t o i t h o g r a p h y lp r e f a c e l i t h o 掣a p h yi s t h ek c yt e c h n i q u ei nt h es e m i n d u c t o rm i c r o l n a c h i n i n 昌粕dt h e p r 印a r a t i o no fr e s i s t si si m p o f t a n tt ol j t h o 孕a p h y ，f o it h eq u a l “yo fr c s i s t si n n u e n c et h er e s u l t o fl i t h o 伊印h yd i r e c t ly i no r d e r t oa c h i e v eah i 曲r e s o l u t i o n ，i t sr c q u i r e dt h a tt h et l l i c l 【i l e s so f f i i m ss h o u l db ea st h i na sp o s s i b l ea n dt h eh o m o g e n e i t yo ff i l m ss h o u l db ea sp e r f e c ta s p o s s j b j 矗h o w e v e r ，n o w a d a y st h em e t h o d su s e d 珈a j n 】yj j n d l i s t f yc a nh a r d 】yu pt o 抽e r e q u i r e m e n t s l a n g m u i r - b l o d g e t tt e c h n i q u e ， w h i c hh a s t h ea d v a n t a g eo fh o m o g e n e o u s s t m c t u r e 、s p e c j a lp h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e n i e s 、e a s yf a b r j c a t i o na n dc o n t m l l a b l et h i c k n e s s ， b a sr e c e i v e dm u c ha t t e n t j o ni nr e s e a i bo fr e s i s t s 1 1i n t r o d u c t i o no fl i t h o g 豫p h y 1 m u c ho fm et f e m e n d o u sp r o g r e s si ni n t e g r a t e dd r c u j tt e c h n o l o g ya i l dp e r f o n a n c eo v e r t h ep a s t3 0y e a r sh a sb e e nf u e l e db yt h e p r o g r e s si nl “h o 孕印h y t h ea b i l i t y t op r i n t j n c r e a s i n 鲥ys m a l l e rf c a t u f e sh a se n a b l e dh i g h e rs p e e dt f a n s j s t o r s ，h i g h e rp a c 虹n gd e n s i t i e s a n dl o w e rp o w e rd i s s i p a t i o ni nc m o s ( c o m p l e m e n t a r ym e t a lo x i d e s e m i c o n d u c t o r ) c i r c u i t s t h ep 打d d u c t j v j yo ft h ej n t c g r a t e dc j f c u j ti n d u s t r yh a sb e e n0 nav e r ys t e 印p e o 册a 王1 c ec u n r e ， h i s t o r i c a l l yi m p r o v i n gc o s tp e rf u n c t i 帆o fi n t e g r a t e dc i f c u i t sb y3 0 p e ry e a ro v e r t h i sp e r i o d r o u g h l y h a l fo ft h i sp m d u c t i v i t yi m p r o v e m e n tj sa t t t i b u t a b l et oc o n t i n u o u si m p m v e m e n t si n l i t h o 掣a p h yt e c h n o l o g y t h er e m a i n d e ri sm a d eu po fw a f e ra n dc h i ps i z ei n c r e a s e sa t l dc i r c u j t d e s i g i la i l dp r o c e s si n n o v a t i o n s 咀 l i t h o g f a p h yi se x t i e m e l yi m p o r t a n ti nt h ep i o d u c t i o no fi n t e 粤a t ec i t c u i t ，b e c 跏s ei t d e c i d e st h es m a l l e s tc h a r a c t e r i s t i cs i z eo fs e m i c o n d u c t o rd e v i c ea n dt h es c a l eo fi n t e 伊a t i o n0 f i c s l 2 1 n o wt h es m a l l e s ts i z eo fl i t h o 孕a p h yi sc l o s et ot h ew a v el e n 百ho fe x p o s a ll 砌p ，t h i s 郑州大学硕士研究生毕业论立 m a k e st h ec l a s s i c a lo p t i c st h e o r yu n s u i t a b l ea n dt h eo p t i c sn u c t u a t i o ne f f e c ts h o u l db e c o n s i d e r c d n er e s o l u t i o n ( n m ) 【3 1w h i c hi sl i m i t e db yd i 缶a c t i o ne f f e c ti sak e yt e c h n i q u e p a r 啪e t e ri nl i t h o 争a p h y ，i ti sd e f i n e da s ： r = k l m q a( 3 ) ri st h ef c s o l u t i o n ；k li sac o n s t a n td e p e n d i n go n 恤er e s i s t s 柚dt h ec o d i t i o o fl i t h o 掣叩h y ； n ai st h en u m e r i c a la p e n u r eo fl e n s 1 tc o u l db ed e d u c c d 劬mt h ef b m u l aa b o v et h a “fi ti s a i m e dt oj n d u c ct h er e s o l u t i o n ，l a r g e rn a ( m o r ee x p e n s i v e ) a n ds h o r t e r 九s h o u l db ec h o s e n u n t i lt h el a t e1 9 8 0 s ，o p t i c a ll i l h o g f a p h yw a sp e 向m e dw i t i lh 蛐p r e s s u r eh gd i s c h a r g e l a m p s 叩e r a t i n ga t 4 3 6n m ( gl i n e ) a n d3 6 5n m ( il i n e ) f 4 5 1 t r a n s i t i o n i n gt os h o n e r w a v c l e n g t i l sw a sf i r s tp e r f o m e dw i t hh gd i s c h a r g el a m p so p e r a t i n ga t 2 5 0n m ，b u tw a s s o o nr e p l a c e dw i t hm o r ep o w e r f u la i l dm o n o c h r o m a t i ce x c 曲e rl a s e r s t h ef i j s tw a v eo f e x c i m e rb a s e d “t h o g r a p h i cs y s t e m s 叩e f a t e dw i t hk r y p t o nf l u o r i d el a s e r sa t2 4 8n mf 6 】1 1 l e s e s o c a l l e dd e 印- u l t r a v i o l e t ( d u v ) s y s t e m sh a v eb e e nt h eb a c k b o n eo ft h es e m i c o n d u c t o f j n d u s t r yf o ro v e rad e c a d eu n t i lv e r yr e c e n t l y i nt h eb e 西n n i n g ，t h e yw e r eu s e dt op r i n t3 5 0 n mj j n e sa t l ds p a c e s ，a n dh a v cb e c ne m p l o y e dj np a t t e m j n gd o 、v _ nt 01 3 0n ml j n e s 锄ds p a c e s7 h o w e v e r ，e x c i t i l e rl a s e r se n c o m p a s saw h o l ec l a s so fd i s c h a r g eg a s e sa n dc o r r e s p o n d i n g e m i s s i o nw a v e l e n 群h s t h e r e f o r e ，i ti sn a t u r a lt 0e x p l o r et h ef e a s i b i l i t yo fl i t h o g r a p h ya t1 9 3 n j l l ，t h ew a v e l e n g l ho fa g o nn u 删d ee x c j m e r s 吼n e 】a s ts e v e r a ly e a r sb a v ej n d e e d w i t n e s s e dt h ei n t m d u c t i o ni n t om a n u f a c t u r i n go ft h ef i r s t g e n e r a t i o n1 9 3n ms y s t e m s t 1 l e s e a r eu s c di np a t t e m i n g9 0n ml j n e s 锄ds p a c e s ，a n da r ee x p c c t e dt op r o v i d ec h ep l a t f o f l l lf o r6 5 n ma n de v e n4 5n ml i t h o 掣印h y 【9 ，1 0 ，1 l ，12 1 t h et r a n s i t i o nf r o m2 4 8n mt o1 9 3n m l i t h o 笋a p h yh a sn o tb e e ns t r a i g h t f o r w a r d ，h o w e v e r an u m 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ri o n s n er e s i s tc o n t a i n s 3 郑州大学硕士研究生毕业论文 r a d i a t i o n s e n s i t i v eg r o u p sw h i c hu n d e 培0c h e m i c a lr e a c t i o n sw h e ne x p o s e d ，l e a d j n gt ot h e f o m a t j o no faj a t e n tj m a g ew h j c bc 】o s d ym a t c h e st l l ep a t t e mo fm em a s k 0 r g a n i c - b a s e d r e s i s t sh a v eb e e nc l a s s i f i e da c c o r d i n gt ow h e t h e rt h e yc o n s i s to fo n eo rt w oc o m p o n e n t s i n o n e c o m p o n e n ts y s t e m s ， t h es t m c t u f eo ft h ep o l y m e rc o n t a i n sm er a d i a t i o n s e n s i t i v e m o l e c u l ec a l l e das e n s i t i z e r w 1 1 ic ：hi sg e n e r a l l yac o m p o u n do fl o wm o l e c u l a rw e i g h t 3 ) d c v e l o p m e n t d e v e l o p m e n ti sa ni m p o r t a n ts t e po ft h ep r o c c s s ，s i n c e “i so n eo ft h ek e y sf o r o b t a j l l i n gaw e l l - d e 铀e dp a t t e mo nt h es u b s t r a t e d e v e l o p m e n t t r 粕s f b 咖st h el a t e n “m a g c i n t o 卸i m a g es e r v i i l ga sam a s ki ne t c h i n gt h es u b s t r a t e t w ot e c h n o l o 百e sa r en o w a v a i l a b l e ： w e td e v e l o p m e n lw h i c hi sw j d e l yu s e dj nc i r c u “m a n u f a c t u r ea n dd r yd e v e l o p m e n tw l l j c hi s s t j l lu n d e rs t u d y 7 1 1 r a d i t i o n a l i y ，r e s j s t sh a v eb e e nd i v i d e di n t ot w oc l a s s e sd e p e n d i i l go nt h e i rb e h a v i o u r o ni m d i a t i o n p o s i t i v er e s j s t sb e c o m em o r cs o l u b l ei nt h ei n a d i a t j o na r e ar e l a t i v et ot h e u n e x p o s e da r e aw h e r e a sn e g a t i v er e s i s t sb e c o m el e s ss o l u b l ei 壬lt h ei r r a d i a t i o na r e ar e l a t i v et o t l l eu n e x p o s e da r e a 4 ) p o s t - b a k i n g p o s t - b a c k i n gi su s e da sa p o s t - d e v e l o p m e n ts t e pt oe l i m i a t et h er c s i d u a ld e v e l o p m e n t s o l v e n t ，t oj m p r o v ea d h e s i o nb e t w e e nt h er e s i s ta dt h es u b s t m t e 卸dc h i e f l yt oi n c r c a s et h e r e s i s t a n c co ft h er e s i s tt ot h es u b s e q u e me t c h i n gp r o c e s s 。 5 ) + e t c h i n g t h em o s tc o m m o nm e t h o do fp a t t e mt r a n s f e rt ot h es u b s t r a t ei sw e tc h e m i c a le t c h i n 各 h o w e v e r ，a l ls e m i c o n 出l c t o rw e te t c h i n gp r o c e s s e se x h i b i tt t l es a m eb a s cl i m i t a t i o no w i n gt o t h ei s 0 昀p yo f t h ep r o c e s sw h i c hm a k e sl i n ew i d t hc o n t r o ld i f f i c i l l tf o rf e a t u r es i z e so fl e s s t h a n2 mw h e nt h i c ks u b s t r a t el a y e r sa r cu s e d t h en e e dt ot r a n s f e rf i n ef e a t u r e si nt h i c k s u b s t r a t e sh a sl e dt ot h cd e v e l o p m e n to fa n i s o t i o p i ce t c h i n ga n ds p u t t e re t c h i n gt e c h n i q u e s t 色c h n i q u e ss u c ha sp l a s m ae t c h i n 吕i e a c t i v ei o ne t c h i n ga n ds p u “e fe t c h i n gc a nb eu s e d d r y e t c h n gi sm o t ee c o n o m i c a l ，g i v e sr i s et ol e s sp o l l u t i o na n dl e a d st oi cw i t hh i 曲e td e n s i t i e s t h a nw e te t c h i n gd o s e 们r e s i s tt e m o v a l t h em a i ng o a lo ft h i ss t e pi st h ec o m p l e t er e m o v a lo ft h er e s i s tw i t h o ma f f e c t i n gt h e w a f e rs u r f a c e w ec a nd i s t i n g u i s hb e t 、v e e nw e ts t r i p p i n g ，u s i n ge i t h e rs o l v e mw h i c hd i s s o l v e t h er e s i s t so ro x i d i z e r sw h i c ht r a n s f o 瑚t h ef c s i s ti n t oc a r b o nd i o x i d ea j l dw a t e a i l dp l a s m a r e s i s ts t f i p p i n g 7 ) d 0 p i i l g 4 郑州大学硕士研究生毕业论文 d u r 主n gt h i ss i e pv e r ys m a l l 锄o u n t so f “i m p u r i t i e s ”d 订如s ei n t ot h en a k e dr e g i o n so ft h e