分享一篇近期发表在ACS Macro Letters上的研究进展，题为Polymer Sequence Alters Sensitivity and Resolution in Chemically Amplified Polypeptoid Photoresists。这篇文章的通讯作者是加利福尼亚大学的Rachel A. Segalman。
亚10 nm尺度上的晶体管图案化是微电子器件性能持续改进中至关重要的一环。为实现这一目标，研究者们开始关注极紫外（EUV, 13.5 nm）光刻技术，并且开发了新型化学放大光刻胶（CAR）。CAR通常由酸敏感聚合物基质、光酸发生器（PAG）、碱淬灭剂和其他成分组成。几十年来，CAR的分辨率和灵敏度一直是高分辨光刻技术的基石。
然而，随着EUV光刻技术将分辨率极限推至10 nm以下，CAR固有的多组分复杂性带来了新的挑战。聚合物、PAG和淬灭基团之间的分子间相互作用导致纳米分离结构域的特征尺寸与预期不一致并且存在边缘粗糙度（LER）。聚（N-取代甘氨酸），也被称为聚类肽，是一类新型仿生材料，为开发下一代低随机性CAR提供了一个多功能平台。
如图1a所示，本文中作者基于包含三种不同官能团的聚类肽开发了具有不同功能的单分散聚合物光刻胶。具体来说，叔丁酯基（Nce）受酸或热影响可以形成羧酸，从而提高在水溶性碱显影剂中的溶解度；苯乙基（Npe）有助于提高疏水性从而提高玻璃化转变温度（Tg）和抗腐蚀性；磺酰胺基（Nsf）可用于调节序列极性，并且可能通过氢键进一步提高Tg。为保持一致性，本工作中所有聚类肽都含有50%的Nce，近似于传统聚合物光刻胶中聚甲基丙烯酸叔丁酯（PtBMA）的含量。为探究链长与序列对光刻胶性质的影响，作者通过固相合成方法合成了含有10、20或30个单元的聚类肽，同时其序列结构也从严格交替逐渐过渡至严格嵌段（图1b）。
图1. 聚类肽光刻胶的重复单元类型
如图2a所示，当以全氟丁基磺酸三苯基锍盐为PAG且在深紫外（DUV 248 nm）曝光后，所有聚类肽光刻胶的暴露区域能够溶解在四甲基氢氧化铵（TMAH）溶液中，从而成功形成正色调图案。随后，作者发现10聚体光刻胶的未暴露区域在碱性TMAH显影剂中会完全溶解，而20聚体和30聚体光刻胶则能保持完整（图2b-d）。由于超过20个重复单元后，提高链长未能提供明显的图案化优势，因此作者认为20聚体聚类肽是最佳光刻胶材料，兼具优异性能与低合成难度。
图2. 光刻胶工作流程示意图
在相同处理条件下，作者发现提高嵌段序列含量会降低光刻胶的图案分辨率，这种现象可能源于不同序列之间的曝光灵敏度差异或者嵌段序列中更高的扩散脱保护速率（图3）。
图3. 序列结构对光刻胶行为的影响
最后，作者认为虽然在相同处理条件下序列不同的聚类肽光刻胶图案化结果差异很大，但是每种序列本质上都是可以图案化，需要进一步优化才能获得令人满意的结果。如图4所示，作者发现曝光后烘烤（PEB）温度降低15 ℃后，嵌段序列光刻胶的图案质量明显提升，而交替序列则无法显影。这种差异可能源于两种体系之间对酸催化脱保护的敏感性差异。
图4. 烘烤温度对光刻胶行为的影响
总的来说，本文中作者开发了新型聚类肽光刻胶，并且证明聚类肽的链长和序列结构，以及PEB温度等工艺条件都会显著影响光刻胶的图案化性能。
作者：QJC
DOI: 10.1021/acsmacrolett.5c00320
Link: https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.5c00320
