Page 23 - 《精细化工》2021年第10期

第 10 期 陕绍云，等: 基于天然高分子的可再生光刻材料的研究进展 ·1953·

辨率可达 32 nm。但这种抗蚀剂要采用抗蚀剂材料、 对较差，从而阻碍了天然生物材料的工程应用。因
硬掩模材料和蚀刻转移材料的三层堆叠工艺刻蚀来 此，提升可再生光刻材料的实用性，可从以下几点
降低抗蚀剂的化学设计限制，克服抗蚀剂在转移图 出发：（1）蛋白类光刻材料可从提取工艺入手，减
案时选择性低的缺点。而第二种抗蚀剂由质量分数 少蛋白质相对分子质量分布较宽的问题，从而增加
分别为 30%的糊精基聚合物、7%的重氮对苯二酚衍 分辨率；（2）将蛋白类光刻材料光响应基团有机结
生物、55%的带有二氮杂醌基和羟基的糊精衍生物 合，提升灵敏度；（3）通过光响应基团的可控性修
以及 8%的烷基磺酸盐作为乙醇显影的促进剂组成。 饰来提升多糖类光刻材料的分辨率、灵敏度，及缩
使用纤维素基底层、乙醇显影，可获得的 20 nm 孔 小其线边缘粗糙度；（4）还可结合光刻材料的实际
图案和 40 nm 线图案，所获分辨率接近目前非环保 性能，优化光刻技术来缩小分辨率尺寸。
开发的分辨率极限。尽管糊精类抗蚀剂可以产生纳
参考文献：
米级的图案和高分辨率，但光刻材料需要特定的工
艺才能实现光刻，且步骤繁琐耗时较长。 [1] LI L, LIU X, PAL S, et al. Extreme ultraviolet resist materials for
sub-7 nm patterning[J]. Chemical Society Reviews, 2017, 46(16):
总之，天然多糖类光刻材料的光刻机理与传统 4855-4866.
光刻材料的光刻机理类似，大都是通过感光基团的 [2] WANG F T, LIU F H, KONG L H, et al. Proximity lithography in
sub-10 micron circuitry for packaging substrate[J]. IEEE Transactions
光响应作用实现光刻，光刻步骤比动物蛋白光刻更
on Advanced Packaging, 2010, 33(4): 876-882.
复杂，但是所得图案对比度、分辨率更高，同时采 [3] AHN J, KWON S, JUNG S, et al. Fabrication of pyrrole-based
用了天然可再生原料以及避免了传统光刻材料有毒 electrochemical biosensor platform using nanoimprint lithography[J].
Advanced Materials Interfaces, 2018, 5(8): 1701593.
显影剂的使用。 [4] ZUEV D M, NGUYEN A K, PUTLVAEV V I, et al. 3D printing and
bioprinting using multiphoton lithography[J]. Bioprinting, 2020,
4 结语与展望 2020: e00090.
[5] YEH C C, LIU H C, HENI W, et al. Chemical and structural
光刻材料作为制作芯片的战略资源，在国民生 investigation of zinc-oxo cluster photoresists for DUV lithography[J].
Journal of Materials Chemistry C, 2017, 5(10): 2611-2619.
活和国防建设中具有举足轻重的地位。目前，中国 [6] OBER C K, XU H, KOSMA V, et al. EUV photolithography: Resist
已经完全实现了 I 线、G 线以及 248 nm 深紫外光光 progress and challenges[C]//Extreme Ultraviolet (EUV) Lithography
Ⅸ. International Society for Optics and Photonics, 2018: 1059306.
刻材料的国产化，但对于 193、157 和 13.5 nm 的紫
[7] WAGNER C, HARNED N. Lithography gets extreme[J]. Nature
外光光刻材料仍处于攻坚阶段。而高端的光刻材料 Photonics, 2010, 4(1): 24-26.
依旧被欧美、日本、韩国等国家的企业所垄断。因 [8] CHEN Y F. Nanofabrication by electron beam lithography and its
applications: A review[J]. Microelectronic Engineering, 2015, 135:
此，中国先进光刻材料方面的研发仍任重道远，同 57-72.
时，结合摩尔定律预测集成电路上的晶体管数量每 [9] TRAUB M C, LONGSINE W, TRUSKETT V N. Advances in
两年翻一番的规律和“十四五”提出在加快发展方 nanoimprint lithography[J]. Annual Review of Chemical and
Biomolecular Engineering, 2016, 7: 583-604.
式绿色转型的背景下，开发高分辨率且环保的光刻 [10] TRIKERIOTIS M, BAE W J, SCHWARTZ E, et al. Development of
材料势在必行。 an inorganic photoresist for DUV, EUV, and electron beam imaging
[C]//Advances in Resist Materials and Processing Technology ⅩⅩⅧ.
本文从传统光刻材料到天然高分子光刻材料绿
International Society for Optics and Photonics, 2010: 76390E.
色转型的角度出发，为实现光刻材料向“高”、“精”、 [11] HOFMANN M, AYDOGAN C, LENK C, et al. Selective pattern
“专”发展提供新思路。总结出了蚕丝、蛛丝、蛋 transfer of nano-scale features generated by FE-SPL in 10 nm thick
resist layers[J]. American Journal of Nano Research and Applications,
清以及羊毛蛋白各自的实用性、光刻机理和发展前 2018, 6(1): 11-20.
景。通过对比得出动物蛋白光刻材料不仅本身作为 [12] WANG X L, TASDEMIR Z, MOCHI I, et al. Progress in EUV resists
towards high-NA EUV lithography[C]//Extreme Ultraviolet (EUV)
光刻主体，而且还承担了感光的作用；而纤维素等
Lithography Ⅹ. International Society for Optics and Photonics,
多糖通常只是作为光刻主体而少有具备感光能力， 2019: 109570A.
需要外赋感光能力。但无论是动物蛋白还是天然多 [13] HYDER A A, SRINIVASAN K S V. Photoresponsive functionalized
vinyl cinnamate polymers: Synthesis and characterization[J]. Polymer
糖光刻材料都解决了光刻材料的可再生性和有机显 International, 1997, 43(4): 310-316.
影两大生态问题，同时，这些研究方法可为研究绿 [14] TREUSHNIKOV V M, FROLOVA P V, OLEINIKl A V, et al. Light
sensitivity of photoresistant films prepared using a polymer-bisazide
色高分辨率的光刻材料提供思路。
system[J]. Polymer Science USSR, 1977, 19(2): 445-453.
尽管可再生光刻材料拥有诸多优点，但由于目 [15] SINGH V, SATYANARAYNA V S V, SHARMA S K, et al. Towards
前相关的系统研究相对较少，且没能形成从原料到 novel non-chemically amplified (n-CARS) negative resists for electron
beam lithography applications[J]. Journal of Materials Chemistry C,
成品的完整光刻体系；同时，由于天然材料的多晶
2014, 2(12): 2118-2122.
性和分散性的变化较大，也使得光刻性能重复性相 [16] COX L M, MARTINEZ A M, BLEVINS A K, et al. Nanoimprint