[发明专利]于抗蚀剂应用中作为光酸生成剂的磺酸衍生化合物

说明书

本发明提供新颖光酸生成剂化合物。还提供包括所述新颖光酸生成剂化合物的光致抗蚀剂组合物。本发明进一步提供制造及使用本文所揭示的光酸生成剂化合物及光致抗蚀剂组合物的方法。所述化合物及组合物在用于多种微制造应用的化学增幅型抗蚀剂组合物中用作光敏性组分。

技术领域

本发明涉及新颖光酸生成剂化合物(“PAG”)及包含此类PAG化合物的光致抗蚀剂组合物。具体说来，本发明的PAG化合物在有机溶剂中具有极佳溶解度并且在光刻工艺中展现比常规PAG化合物更高的敏感性及更佳的性能。

背景技术

光致抗蚀剂是用于将图像转印至衬底的感光性膜。其形成负或正图像。将光致抗蚀剂涂布于衬底上后，涂层经由图案化光掩模曝露于例如紫外光等激活能量源，以在光致抗蚀剂涂层中形成潜像。光掩模具有对激活辐射不透明及透明的区域，这些区域界定打算转印至底层衬底的图像。

已证实化学增幅型光致抗蚀剂可用于在半导体制造中用以形成超微细图案的工艺中达成高敏感性。通过将PAG与具有酸不稳定结构的聚合物基质掺合来制备这些光致抗蚀剂。根据此类光致抗蚀剂的反应机制，光酸生成剂在被光源照射时产生酸，并且在曝光或照射部分中的聚合物基质的主链或分支链在所谓“曝光后烘烤”(PEB)中与产生的酸反应并分解或交联，使得聚合物的极性改变。此极性的改变引起在显影溶液中被照射的曝光区域与未曝光区域之间的溶解度差异，藉此在衬底上形成遮罩的正或负图像。酸扩散不仅对于增加光致抗蚀剂敏感性及通过量很重要，而且对于限制因散粒噪声统计所致的线边缘粗糙度也很重要。

在化学增幅型光致抗蚀剂中，成像所需的溶解度转换化学物质不是直接由曝光产生；而是曝光产生在后续PEB步骤期间促进溶解度转换化学反应的稳定催化物质。术语“化学增幅”源于以下事实：每个以光化学方式产生的催化剂分子均可促进许多溶解度转换反应事件。转换反应的表观量子效率是催化剂生成的量子效率乘以平均催化链长。初始曝光剂量通过一系列后续化学反应事件而“扩增”。催化剂的催化链长可极长(多达数百个反应事件)，由此提供明显曝光增幅。

化学增幅的有利之处在于，其可大大提高抗蚀剂敏感性，但其并非没有潜在缺点。举例来说，由于催化剂分子围绕数百个反应位点移动，故对曝露于成像辐射的区域无必要的限制。抗蚀剂敏感性与成像保真性之间存在潜在权衡。举例来说，增幅型光致抗蚀剂经由光掩模曝光，在曝光区域中产生酸催化剂。通过提高PEB中的晶片温度以允许化学反应发生，由此将第一步中产生的潜在性酸图像转化成可溶及不可溶区域的图像。一些酸迁移出初始曝光区域引起“临界尺寸偏误”问题。烘烤后，用溶剂使图像显影。显影特征宽度可由于酸自曝光区域扩散至未曝光区域中而大于标称遮罩尺寸。对于大部分增幅型抗蚀剂的历史，此权衡极少被关注，因为相对于印刷的特征大小，催化剂扩散距离并不重要，但由于特征大小已减小，扩散距离保持大致相同且催化剂扩散已显现为重要问题。

为产生改变聚合物溶解度的足够酸，需要一定曝光时间。对于已知PAG分子，如 N-羟基萘二甲酰亚胺三氟甲磺酸酯(“NIT”)，此曝光时间相当长(归因于其在365nm或更长波长下的低吸收)。然而，提高此类PAG的浓度将不会产生较快曝光时间，因为PAG 的溶解度为限制因素。另一可能性是增加敏化剂，所述敏化剂吸收光并将能量转移至 PAG，接着其将释放酸。然而，此类敏化剂必须以相当高浓度使用以便能够将能量转移至紧密邻近的PAG。在此类高浓度下，敏化剂常具有过高的吸收且对显影后抗蚀剂轮廓的形状具有负面影响。

因此，在此项技术中需要展现较佳溶解度的PAG，这意味着将较多活性分子赋予至调配物中，其中相较于自现有技术已知的光致抗蚀剂组合物，包含这些化合物的光致抗蚀剂组合物对电磁辐射，尤其对波长为200nm至500nm的电磁辐射具有高敏感性，同时允许产生具有较高分辨率的图案化结构。

发明内容

本发明通过提供由式(I)或式(II)表示的磺酸衍生化合物来满足此需求：

其中X为氧(O)或硫(S)原子；