Top Surface Imaging (TSI) has been an expected technology to improve resolution of optical lithography. TSI using gas phase silylation is the well-established method, but nowadays liquid phase silylation is more attractive alternative method. Liquid phase silylation has some advantage like the ease, improved silicon contrast and higher sensitivity. In this paper, the novel silylation method using polydimethylsiloxane-co-polyethylene oxide surfactants was studied for liquid phase silylation. In the novel silylation, silicon components of siloxane surfactants are incorporated in exposed matrix polymer resists through ion-ion interaction prior to $O_2$ -reactive ion etching ($O_2-RIE$). Siloxane cationic surfactants are attached carboxylic anion in exposed matrix polymer by columbic interaction. Silicon in adsorbed siloxane cations protect matrix polymer against $O_2-RIE$. Negative pattern is made. Adsorption effectiveness of cations depends on some factors, like structure, solubility and concentration of surfactants and characteristics of matrix polymers. For making good pattern, matrix polymers must be insoluble in surfactant aqueous solution. In this paper, for making insoluble matrix, two heat crosslinkable groups, epoxide and hydroxy was introduced in matrix polymer and reacted by heating.
TSI(Top Surface Imaging)은 해상도와 초점 심도가 좋으며, 물질의 흡광도에 구애 받지 않고, 기판에서의 반사가 문제되지 않으므로, 이방성 현상과 에칭이 가능하여 패턴의 모양을 보다 향상시킬 수 있는 기술로 각광을 받고 있다. TSI의 핵심은 내에칭성을 가진 실리콘 물질을 노광/비노광 지역에 선택적으로 도입하는 것인데, 기상에서의 실리콘 도입이 먼저 개발되기는 했으나, 액상 도입이 많은 양을 도입하여 에칭 속도의 차이를 크게 하므로, 더 활발하게 연구되고 있다.
이 논문에서는, 실리콘을 함유한 실록세인 양이온 계면 활성제를 노광부의 음이온, 카르복시기에 쿨롱의 힘으로 결합시키는 새로운 실리콘 도입 방법을 연구하였다. 양이온 계면 활성제는 polydimethyl siloxane을 소수성으로, poly ethylene glycol을 친수성기로 사용하여 두가지를 기본으로 서로 다른 PDMS unit수를 지닌 3개의 선형 계면활성제를 합성하고, 한가지 시판되는 graft type siloxane 계면 활성제를 사용하였다. 또 양이온 계면 활성제 용액에 의한 매트릭스 포토레지스트 고분자의 부식을 막기 위하여, 포토 레지스트안에 가교 결합 가능한 기인 에폭시기와 히드록시기를 적량 도입하여, 열로 가교 결합 시켜서 양이온 계면 활성제에 녹지 않도록 하였다.
노광한 포토 레지스트를 2%(1.5%-PDMS(18)-PEO-TMI) 실록세인 계면 활성제 용액에 8시간 동안 담갔다 증류수로 씻어내고, FT-IR로 계면 활성제의 흡착을 4개중 3개 용액에서 확인하고, 이것들을 $O_2-RIE$ 에칭하여 네거티브 패턴을 형성하였다.
계면 활성제의 흡착양이 에칭 저항성에 충분하지 않고, 균일하게 일어나지는 않았으나. SEM과 IR로 계면활성제가 선택적으로 노광 지역에만 일어나며 어느 정도 에칭 저항성을 가짐도 확인하였다.
이 방식의 용이성과 경제성, 용매로 물을 사용하여 환경 오염이 적다는 것을 감안하면, 좀더 많은 흡착량과 충분한 두께를 갖는 실리콘 계면 활성제의 개발이 이루어진다면, 이 방법의 가능성은 상당히 많다고 생각한다. 이후의 연구에서는 높은 실리콘 함량과 길이, 좋은 흡착성과 물에 잘 용해되는 성질의 실리콘 계면 활성제 개발이 필요할 것이다.
