Abstract. Background: The homogeneity of photoacid generator (PAG) is a critical factor influencing the resolving capability and the sidewall roughness of a photoresist, yet fundamental understanding of the PAG homogeneity lacks at the nanoscale. Aim: We present a methodology, massive cluster secondary ion mass spectrometry (MC-SIMS), to determine PAG homogeneity on a 10- to 15-nm scale at the photoresist film surface. Approach: MC-SIMS bombards the sample with a sequence of massive Au400  +  4 nanoprojectiles, each separated in time and space, collecting and mass analyzing the coemitted secondary ions from each impact. Each sample is analyzed with one million individual projectile impacts. Analysis of coemission of these independent more than one million mass spectra allows for identification of colocalized molecules within nanodomains ∼10- to 15-nm diameter and ∼10  nm in depth from the film surface, therefore revealing spatial molecular distributions at the nanoscale. Results: About 85% to 95% of the measurements showed PAG–PAG coemission and over 90% showed polymer–PAG coemission. Ion-exchanging additive increases polymer–PAG coemission. Conclusions: The majority of PAG molecules exist as small aggregates that are <10  nm in size and such aggregates are highly homogeneously distributed within the polymer matrix. The size of the PAG aggregates can be manipulated by additives through an ion-exchange mechanism.

中文翻译：

---

使用大规模簇二次离子质谱法了解纳米级光产酸剂分布

摘要。背景：光致产酸剂 (PAG) 的均匀性是影响光刻胶分辨率和侧壁粗糙度的关键因素，但在纳米尺度上缺乏对 PAG 均匀性的基本认识。目的：我们提出了一种方法，即大规模簇二次离子质谱法 (MC-SIMS)，以确定光刻胶膜表面 10 至 15 纳米尺度上的 PAG 均匀性。方法：MC-SIMS 用一系列巨大的 Au400 + 4 纳米弹丸轰击样品，每个弹丸在时间和空间上都是分开的，收集和质量分析每次撞击产生的共发射二次离子。每个样本都经过一百万个单独的弹丸撞击分析。对这些独立的超过一百万个质谱的共发射进行分析，可以识别直径约 10 至 15 nm 且距薄膜表面约 10 nm 深度的纳米域内的共定位分子，因此揭示了纳米尺度的空间分子分布。结果：大约 85% 到 95% 的测量结果显示 PAG-PAG 共发射，超过 90% 显示聚合物-PAG 共发射。离子交换添加剂增加了聚合物-PAG 的共发射。结论：大多数 PAG 分子以小于 10 nm 的小聚集体形式存在，并且这些聚集体高度均匀地分布在聚合物基质中。添加剂可以通过离子交换机制控制 PAG 聚集体的大小。因此揭示了纳米尺度的空间分子分布。结果：大约 85% 到 95% 的测量结果显示 PAG-PAG 共发射，超过 90% 显示聚合物-PAG 共发射。离子交换添加剂增加了聚合物-PAG 的共发射。结论：大多数 PAG 分子以小于 10 nm 的小聚集体形式存在，并且这些聚集体高度均匀地分布在聚合物基质中。添加剂可以通过离子交换机制控制 PAG 聚集体的大小。因此揭示了纳米尺度的空间分子分布。结果：大约 85% 到 95% 的测量结果显示 PAG-PAG 共发射，超过 90% 显示聚合物-PAG 共发射。离子交换添加剂增加了聚合物-PAG 的共发射。结论：大多数 PAG 分子以小于 10 nm 的小聚集体形式存在，并且这些聚集体高度均匀地分布在聚合物基质中。添加剂可以通过离子交换机制控制 PAG 聚集体的大小。尺寸为 10 nm，并且此类聚集体高度均匀地分布在聚合物基质中。添加剂可以通过离子交换机制控制 PAG 聚集体的大小。尺寸为 10 nm，并且此类聚集体高度均匀地分布在聚合物基质中。添加剂可以通过离子交换机制控制 PAG 聚集体的大小。