[发明专利]灵敏度增强的光致抗蚀剂

说明书

发明领域

本公开内容涉及新的正性光致抗蚀剂组合物和负性光致抗蚀剂组合物以及使用这些组合物的方法，该正性光致抗蚀剂组合物和负性光致抗蚀剂组合物包含基于特定金属的成分。光致抗蚀剂组合物和方法对于使用例如紫外线辐射、极端紫外线辐射、超极端紫外线辐射(beyond extreme ultraviolet radiation)、X射线、电子束和其他带电荷的颗粒射线的高速的精细图案处理是理想的。

现有领域申请的引用

本申请基于35U.S.C.119(e)要求于2015年4月22日提交的题为“Sensitivity Enhanced Photoresist”的美国临时专利申请序号62/1651,364的权益，该申请通过引用以其整体并入本文。

背景

众所周知，各种各样的电子装置或半导体装置例如IC、LSI以及类似物的制造工艺包括在衬底材料的表面上的抗蚀剂层的精细图案化，该衬底材料例如半导体硅片或包含另外的层的晶片。这种精细图案化工艺传统地已经通过光刻方法来进行，其中衬底表面均匀地涂覆有正型或负型光致抗蚀剂组合物(positive or negative tone photoresist composition)以形成光致抗蚀剂组合物的薄层，并且选择性地通过光掩模用光化射线(例如紫外线光)辐照，然后显影处理以选择性地溶解掉在暴露于光化射线的区域中的光致抗蚀剂层、正性抗蚀剂、或未暴露于光化射线的负性抗蚀剂，将图案化的抗蚀剂层留在衬底表面上。由此获得的图案化的抗蚀剂层可以在衬底表面上的后续处理(例如蚀刻、镀覆、自组装过程以及类似处理)中用作掩模。具有约纳米的尺寸的结构的制造是相当感兴趣的方面，因为它能够实现电子装置和光学装置，其开发新的现象例如量子限制效应并且还允许较大的组分堆积密度(component packing density)。因此，抗蚀剂层需要具有日益提高的细度，这可以通过诸如通过使用具有比常规紫外光短的波长的光化射线的方法来实现。因此，现在的情况是，代替常规的紫外光，电子束(electron beam)(电子束(e-beam))、准分子激光光束、EUV、BEUV和X射线用作短波长的光化射线。可获得的最小尺寸主要通过抗蚀剂材料的特性和光化射线的波长来确定。多种材料已被提议作为合适的抗蚀剂材料以获得这些精细的特征。在基于聚合物交联的负型抗蚀剂的情况中，存在为单聚合物分子的近似半径的约10nm的固有分辨率限制。

还已知将被称作“化学放大”的技术应用至聚合物抗蚀剂材料。化学放大的抗蚀剂材料通常是多组分制剂，其中存在主要聚合物组分，例如对诸如材料的抗蚀刻性及其机械稳定性的性能有贡献的酚醛清漆树脂，以及对抗蚀剂和敏化剂赋予所需性能的一种或更多种另外的组分。通过定义，化学放大通过涉及敏化剂的催化工艺来进行，这导致单一辐照事件，造成多种抗蚀剂分子的暴露。在典型的实施例中，抗蚀剂包含聚合物和光酸发生剂(PAG)作为敏化剂。PAG在辐射(光或电子束)的存在下直接地或经由通过抗蚀剂中的其他组分介导的工艺来释放质子。此类工艺，例如，正如在EUV和电子束暴露中，光子/电子通常与聚合物或交联剂相互作用，以产生然后与PAG相互作用以产生质子的自由基。

然后，这种质子可以例如与聚合物反应以导致其失去官能团，或导致交联发生。在该工艺中，产生接下来可以与另外的分子反应的第二质子。反应的速度可以控制，例如，通过加热抗蚀剂膜以驱动反应。在加热后，反应的聚合物分子被释放以与制剂的剩余的组分反应，这将适合于负型抗蚀剂。这样，由于少数量的辐照事件引起大数量的暴露事件，所以材料对光化辐射的灵敏度被大大地增强。

在此类化学放大方案中，辐照导致暴露的抗蚀剂材料的交联，从而产生负型抗蚀剂。聚合物抗蚀剂材料可以是自交联的，或可以包括交联分子。基于聚合物的抗蚀剂的化学放大在美国专利第5,968,712号、第5,529,885号、第5,981,139号和第6,607,870号中被公开。

各种富勒烯衍生物已通过本发明人的Appl.Phys.Lett,第72卷,第1302页(1998)、Appl.Phys.Lett,第312卷，第469页(1999)、Mat.Res.Soc.Symp.Proc.第546卷、第219页(1999)和美国专利第6,117,617号示出为有用的电子束抗蚀剂材料。