[科普中国]-电子抗蚀剂

电子抗蚀剂（Electron resist）是用于电子束曝光的一种抗蚀剂，属于高分子聚合物，其性能类似于光学曝光中的光致抗蚀剂，即辐照可使其产生化学或物理变化而形成图形。有正性电子抗蚀剂和负性电子抗蚀剂之分。一般，负性电子抗蚀剂的曝光灵敏度比正性电子抗蚀剂的要高得多，但正性电子抗蚀剂的分辨率要高于负性电子抗蚀剂。

抗蚀剂光刻技术中所用的抗蚀剂分为光致抗蚀剂和电子抗蚀剂两类。光致抗蚀剂是对波长较长的照射光(如紫外光等)敏感的抗蚀剂。电子抗蚀剂是对波长较短的照射光(如电子束、离子束、x射线和远紫外光等)敏感的抗蚀剂。实际上，光致抗蚀利对电子束等波长较短的光照射也是敏感的，在早期人们就是用光致抗蚀剂来研究电子束曝光问题的。后来，随着电子束曝光技术的发展，对电子束专用抗蚀剂材料进行了许多研究，找到了比一般光致抗蚀剂更适合电子束曝光的电子抗蚀剂。

X射线射入对它敏感的抗蚀剂中，使抗蚀利的分子受到激发，从而使分子之间的结合键解离或键合成高分子，于是形成潜象。由于现在还未出现专为x射线曝光而研制的抗蚀剂，但X射线曝光形成潜象的机理是与电子束曝光相似的，所以，通常用电子抗蚀剂代替x射线曝光用的抗蚀剂。1

正性和负性抗蚀剂电子束曝光机产生高分辨率图形的能力，仅仅是在具有相应的电子敏感材料并能记录所要求的图形时才能实现。而且这些材料对于器件制造中某些后续加工步骤，比如将抗蚀剂图形转移到金属层或者绝缘层上所用的化学腐蚀工艺，必须具有抗蚀性。与光刻蚀中用的光致抗蚀剂相类似，这些材料被称为电子抗蚀剂。电子抗蚀剂几乎全是高分子量的有机聚合物。

有机聚合物受到电子照射时，吸收的能量在聚合物中引起化学变化，这种变化既影响其物理性能又影响其化学性能。由于穿透电子的能量比化学键的能量大得多，电子产生的影响并不是直接改变任一个特定的键，因而把这种相互作用称为非特定性的。最常用的方法是以总的化学效应来表征电子和聚合物的相互作用。这种电子与聚合物的相互作用有二种基本类型；第一种类型是聚合物经过照射之后发生交联作用，即相邻的链交叉连接而形成了复杂的三维结构，具有比原来更高的平均分子量

。如果交联发生得足够多的话，那么被照射过的材料在那些为去除未照射材料而设计的溶剂中就不会溶解。这种过程就构成了图形的形成方法，即经过显影之后，照射过的区域保留了下来，而将未照射过的区域去除掉。这样的交联材料，例如聚苯乙烯，称为负性抗蚀剂。聚合物和电子相互作用的第二种类型是在照射区域内化学键断裂或者断链，分子量变小。如果断链发生得足够多的话，那么被照射过的材料在那些不溶解未照射区域的溶剂中则可以溶解。这类发生断链的材料，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)，称为正性抗蚀剂。在同一聚合物中，一般具有不同程度的交联和断链作用。倘若两种作用的量值大致相同的话，抗蚀剂呈现出最差的特性。2

对于电子抗蚀剂材料要求对于电子抗蚀剂材料的一般要求如下：

(1)能产生0.1~1μm图形的高分辨率和对比度；

(2)感度为10-4和10-7C/cm2之间；

(3)在规定的基体材料上，抗蚀剂薄膜应无针孔，粘附性要好；

(4)耐腐蚀性好，尤其要适合于高分辨率图形形成中所采用的干腐蚀法；

(5)在经受材料淀积和其它耗散热量的工艺中应具有良好的热稳定性；

(6)良好的储存寿命(≈1年)；

(7)对光不敏感，操作方便。2

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学