脂肪環(huán)“燕尾型”共聚物LB膜的制備及光刻性質(zhì).pdf

1、本論文以248nmKrF紫外光作為光刻光源、Langmuir-Blodgett(LB)膜技術(shù)為主要成膜手段，設(shè)計合成了一系列具有特殊結(jié)構(gòu)和功能基團的高分子化合物，其中包括作為抗蝕劑成膜組分的兩親性分子長鏈烷基甲基丙烯酰胺;作為抗蝕劑光敏感組分的烯丙基丙二酸二金剛烷甲酯(DAdMAMA)，烯丙基丙二酸二環(huán)己基甲酯(DCyMAMA)，以及甲基丙烯酸-1-甲酯(AdMMA)，甲基丙烯酸環(huán)己基甲酯(CyMMA)，甲基丙烯酸薄荷基酯(MeMMA)

2、(見圖1);并通過自由基共聚將成膜組分與光敏組分進行聚合，并用紅外光譜(FT-IR)、質(zhì)譜(MS)、紫外光譜(UV）、核磁共振氫譜((1HNMR)、碳譜(13CNMR)、凝膠滲透色譜(GPC)和熱重-差示掃描量熱法(TG-DSC)對單體及聚合物的結(jié)構(gòu)、組成、分子量和熱穩(wěn)定性進行了表征。研究了其成膜性能及光刻性質(zhì)，并對光刻機理進行了的探究。
　　 研究表明，甲基丙烯酰胺的烷基鏈長度及其在共聚物中的含量對成膜性能有較大影響，共聚物中

3、高含量的N-十六烷基甲基丙烯酰胺對系列光敏組分的成膜性能有很大幫助，在水面上能形成緊密排列的Langmuir膜并可轉(zhuǎn)移至不同材質(zhì)的固體基片上形成均勻的LB多層膜;另一方面，高含量的成膜組分雖然使得共聚物的成膜性能提高，但是光敏組分含量的降低使得共聚物對紫外光的敏感性降低，從而導(dǎo)致在光刻的過程中需要更多的能量才能得到較好的光刻圖形。如要制備較高分辨率的光刻圖形，共聚物應(yīng)在保證較高的光敏感性基礎(chǔ)上，具有較好的成膜性能。以下幾種能夠達到上述要

4、求的光致抗蝕劑，包括投料比HDMA∶DAdMAMA=8∶2的h2a20,HDMA∶AdMMA=6∶4的h1a40,HDMA∶DCyMAMA=7∶3的h2d30。
　　 以h2a20為例，圖2所示為p(HDMA-DAdMAMA)[h2a20]單層膜轉(zhuǎn)移到石英基片上的紫外光譜圖，從圖中我們可以看出，在0-26層時，紫外吸收強度變化隨層數(shù)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，之后紫外吸收變化開始變緩，說明26層后LB膜的轉(zhuǎn)移比開始減小，成膜性能下降證明

5、Langmuir膜能夠均勻地轉(zhuǎn)移到基片上，說明在38層以下可以制備得到排列有序的多層LB膜。
　　 圖2石英基片上h2a20LB膜沉積不同層數(shù)的紫外吸收圖譜(86層，Y型，SP=31mN/m);插
　　 圖為LB膜在193nm處吸光度與沉積層數(shù)的關(guān)系
　　 圖3為硅基片上41層h2a20LB膜AFM圖，表面有大小均一，平整突起，說明h2a20能夠形成均勻有序的LB膜。
　　 圖3.硅基片上共聚物h2a20

6、LB膜的原子力顯微鏡圖，(a)為高度圖，(b)為3D圖
　　 除了具有較好的成膜性能，h2a20LB膜通過248nm光刻工藝能夠得到較高分辨率的光刻圖形和金屬刻蝕模型。研究結(jié)果表明，聚合物h2a20具有一定的光敏感性，圖4為在31mN/m下的15層h2a20分別在硅基片和鍍鉻玻璃基片表面的光刻圖形(光刻條件:曝光時間為60min，顯影條件為丙酮顯影5s或TMAH顯影20s)。
　　 圖4左圖為硅片上15層h2a20LB膜

7、曝光顯影后放大500倍的光學(xué)顯微鏡圖，
　　 右圖為鍍鉻玻璃基片上16層h2a20LB膜曝光顯影后放大500倍的光學(xué)顯微鏡圖(光刻條件:曝光時間為60min，顯影條件為丙酮顯影3s或TMAH顯影10s)
　　 分別用紫外，紅外，凝膠滲透色譜，示差掃描量熱法(TG-DSC)對共聚物LB膜的光刻機理進行了初步探索。研究結(jié)果表明，在248nm曝光下，h2a20共聚物分子首先發(fā)生金剛烷甲基側(cè)鏈的斷裂生成羧酸結(jié)構(gòu)，當曝光時間足夠長