[发明专利]在阻剂应用中作为光酸产生剂的磺酸衍生物化合物

说明书

本发明提供新颖光酸产生剂化合物。还提供包括所述新颖光酸产生剂化合物的组合物。本发明进一步提供制造和使用本文中所揭示的所述光酸产生剂化合物和组合物的方法。所述化合物和组合物可用作用于各种微制造应用的化学放大型阻剂组合物中的光活性组分。

相关申请案的交叉参考

本申请案主张于2015年8月21日提出申请的美国临时申请案第62/208,077号的优先权，所述申请案的内容以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及新颖光酸产生剂化合物(“PAG”)和包含所述PAG化合物的组合物。具体来说，本发明的PAG化合物在有机溶剂中具有极佳溶解性且在光学光刻工艺中展现较常规PAG化合物更高的敏感性和更好性能。

背景技术

光阻剂是用于将图像转移至衬底的光敏膜。其形成负图像或正图像。在衬底上涂布光阻剂之后，使涂层透过图案化光掩模暴露于活化能来源(例如紫外光)以在光阻剂涂层中形成潜在图像。光掩模具有对活化辐射不透明和透明的区域，所述区域界定欲转移至下伏衬底的图像。

已证明，化学放大类型的光阻剂可用于在半导体制造中形成超细图案的工艺中实现高敏感性。所述光阻剂是通过掺和PAG与具有酸不稳定结构的聚合物基质来制备。根据所述光阻剂的反应机制，光酸产生剂在其受光源辐照时产生酸，且经曝光或辐照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)中与所产生的酸反应并分解或交联，以使得聚合物的极性改变。此极性的改变在受辐照的曝光区域与未曝光区域之间造成显影溶液中的溶解度差异，由此在衬底上形成掩模的正或负图像。酸扩散不仅对于增加光阻剂敏感性和生产量至关重要，因散粒噪音统计对限制线边缘粗糙度也至关重要。

在化学放大型光阻剂中，成像所必需的溶解度改变化学并非直接由曝光引起；相反，曝光产生在随后曝光后烘烤(PEB)步骤期间促进溶解度改变化学反应的稳定催化物质。术语“化学放大”源于以下事实：每一经光化学产生的催化剂分子可促进许多溶解度改变反应事件。改变反应的表观量子效率是催化剂产生的量子效率乘以平均催化链长。最初曝光剂量通过随后一系列的化学反应事件而“放大”。催化剂的催化链长可极长(高达数百个反应事件)，造成曝光急剧放大。

化学放大的有利之处在于，其可极大地改良阻剂敏感性，但其并非无潜在缺点。例如，当催化剂分子在数百个反应位点周围运动时，没有什么一定能将其限制于暴露于成像辐射的区域。在阻剂敏感性与成像保真度之间存在潜在折衷。例如，使经放大的光阻剂透过光掩模曝光，在曝光区域中产生酸催化剂。通过在PEB中升高晶片的温度(其容许发生化学反应)，将第一步骤中所产生的潜在酸图像转化为可溶和不溶区域的图像。一些酸迁移出最初的曝光区域，造成“临界尺寸偏差”问题。烘烤后，利用溶剂使图像显影。所显影的特征宽度可大于标称掩模尺寸，此乃因酸自曝光区域扩散至未曝光的区域中。由于催化剂扩散距离相对于印刷特征大小不显著，因此在放大型阻剂的大部分历史中，业内很少关注此折衷，但随着特征大小减小，扩散距离大致保持不变，且催化剂扩散已成为显著问题。

为产生可改变聚合物的溶解性的足够酸，需要一定的曝光时间。对于已知的PAG分子(如N-羟基萘二甲酰亚胺三氟甲磺酸酯(“NIT”))来说，此曝光时间相当长(由于其在365nm或更长波长处的低吸收)。然而，增加所述PAG的浓度将不会加快曝光时间，此乃因PAG的溶解度是限制因素。另一种可能性是添加敏化剂，其吸收光并将能量转移至PAG，PAG随后将释放酸。然而，必须以相当高的浓度使用所述敏化剂以能够将能量转移至紧密靠近的PAG。在如此高浓度下，敏化剂通常具有过高的吸收且在显影后对于阻剂轮廓的形状具有负面作用。

在其中使用基于光生酸的作用的任何应用中也需要更高的敏感性。除阻剂应用之外，这些应用可用于官能团的光致聚合、光致交联、光致降解、光致脱保护、光致变色或光致转换或其至少两种的任一组合。