[发明专利]在抗蚀剂应用中作为光酸生成剂的磺酸衍生化合物

说明书

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阻剂组合物。本发明进一步提供制造和使用本文所揭示的所述光酸生成剂化合物和光阻剂组合物的方法。所述化合物和组合物适用作用于各种微制造应用的化学增幅型抗蚀剂组合物中的光敏性组分。

技术领域

本发明涉及新颖光酸生成剂化合物(“PAG”)和包含所述PAG化合物的光阻剂组合物。具体地说，本发明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出比常规PAG化合物更高的敏感度和比常规PAG化合物更好的性能。

背景技术

光阻剂为将图像转移到衬底的感光性膜。其形成负像或正像。将光阻剂涂布于衬底上后，经由图案化光掩模使涂层曝露于如紫外光的活化能源，在光阻涂层中形成潜像。光掩模具有界定需要转移到底层衬底的图像的对活化辐射不透明和透明的区域。

已证实化学增幅型光阻剂适用于在半导体制造中形成超精细图案的工艺中实现高敏感度。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阻剂。根据此类光阻剂的反应机制，光酸生成剂在其受到光源照射时生成酸，并且经曝露或照射部分中的聚合物基质的主链或支链在所谓的“曝光后烘烤”(PEB)中与所生成的酸反应并且分解或交联，使得聚合物的极性发生改变。这一极性改变造成经照射曝光区域与未曝光区域之间在显影溶液中的溶解度差异，由此在衬底上形成掩模的正像或负像。酸扩散不仅对增加光阻剂敏感度和产出量至关重要，并且也对限制因散粒噪声统计所致的线边缘粗糙度至关重要。

在化学增幅型光阻剂中，成像所需的溶解度转换化学反应并非由曝光直接引起；确切来说，曝光生成在后续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：以光化学方式所生成的每一催化剂分子可促进多个溶解度转换反应事件。转换反应的表观量子效率为催化剂生成的量子效率乘以平均催化链长。原始曝光剂量因后续一系列化学反应事件发生“增幅”。催化剂的催化链长可为极长的(高达数百个反应事件)，提供显著曝光增幅。

化学增幅的有利之处在于其可大大改善抗蚀剂敏感度，但其并非没有潜在缺陷。举例来说，由于催化剂分子在数百个反应位点周围移动，因此未对曝露于成像辐射的区域加以必要的限制。抗蚀剂敏感度与成像保真度之间存在潜在取舍。举例来说，增幅型光阻剂经由光掩模曝光，在曝光区域中生成酸催化剂。通过提高PEB中的晶片温度，将第一步中生成的潜酸图像转换成可溶和不可溶区域的图像，其允许发生化学反应。一些酸迁移出原先曝光区域而导致“临界尺寸偏差”问题。烘烤后，用溶剂使图像显影。经显影的特征的宽度可能由于酸从曝光区域扩散到未曝光区域中而大于标称掩模尺寸。在增幅型抗蚀剂的历史上，很多情况下这一取舍极少受到关注，因为相对于经印刷的特征大小，催化剂扩散距离并不重要，但当特征大小减小时，扩散距离仍保持大致相同并且催化剂扩散已成为重要问题。

为生成足够的会改变聚合物溶解度的酸，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”)，这一曝光时间相当长(归因于其在365nm或大于365nm下的低吸收度)。然而，提高所述PAG的浓度并不会促使曝光时间变短，因为PAG的溶解度为限制因素。另一种可能性为添加敏化剂，其吸收光并且将能量转移到PAG，PAG随后将释放酸。然而，为了能够将能量转移到极为邻近的PAG，必须以相当高的浓度使用所述敏化剂。在所述高浓度下，敏化剂常具有过高的吸收度并且在显影后对抗蚀剂轮廓的形状具有不利影响。

因此，在所属领域中需要展现较好溶解度的PAG，其意指将活性较大的分子施加到调配物中，其中相较于由现有技术已知的光阻剂组合物，包含这些化合物的光阻剂组合物对电磁辐射，尤其对波长为200nm到500nm的电磁辐射具有高敏感度，并且同时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这一需要：

其中R和R⁰如本文中所定义。