[发明专利]化学增幅型负型抗蚀剂组合物和抗蚀剂图案形成方法

说明书

本发明涉及化学增幅型负型抗蚀剂组合物和抗蚀剂图案形成方法。本发明提供负型抗蚀剂组合物，其包含具有式(A)的锍化合物和基础聚合物。该抗蚀剂组合物在图案形成过程中显示出高分辨率并且形成具有最小LER的图案。

相关申请的交叉引用

本非临时申请根据35 U.S.C.§119(a)要求于2016年12月28日在日本提交的专利申请No.2016-255025的优先权，由此通过引用将其全部内容并入本文。

技术领域

本发明涉及化学增幅型负型抗蚀剂组合物和使用其的抗蚀剂图案形成方法。

背景技术

为了满足近来对集成电路中更高集成度的需求，要求图案形成为更细的特征尺寸。在形成具有0.2μm以下的特征尺寸的抗蚀剂图案中最经常使用酸催化的化学增幅型抗蚀剂组合物。将高能射线例如UV、远UV或EB用作这些抗蚀剂组合物的曝光光源。特别地，将EB光刻用作超细微加工技术时，在加工光掩模坯以形成半导体器件制造中使用的光掩模中，其也是必不可缺的。

包含大部分的具有酸性侧链的芳族结构的聚合物例如聚羟基苯乙烯可在用于KrF准分子激光光刻的抗蚀剂材料中使用。这些聚合物没有在用于ArF准分子激光光刻的抗蚀剂材料中使用，原因在于它们在200nm附近的波长下显示出强吸收。但是，期待这些聚合物形成可用于EB和EUV光刻的抗蚀剂材料以形成比ArF准分子激光的加工极限更细尺寸的图案，原因在于它们提供高耐蚀刻性。

用于光刻的抗蚀剂组合物包括其中将曝光区域溶解掉的正型抗蚀剂组合物和其中使曝光区域作为图案残留的负型抗蚀剂组合物。取决于所需的抗蚀剂图案来从它们中选择可用的组合物。通常，化学增幅型负型抗蚀剂组合物包含通常在碱水显影剂中可溶的聚合物、曝光时分解以产生酸的产酸剂和在用作催化剂的酸的存在下使聚合物交联以致使得聚合物在显影剂中不可溶的交联剂(有时将交联剂引入聚合物中)。为了控制曝光时产生的酸的扩散，通常添加碱性化合物。

构成在碱水显影剂中溶解的聚合物的典型的碱可溶性单元是衍生自酚类的单元。特别是为了适于曝光于KrF准分子激光，开发了许多这种类型的负型抗蚀剂组合物。在ArF准分子激光光刻中尚未使用这些组合物，原因在于酚单元不透射具有150-220nm的波长的曝光光。最近，作为能够形成较细尺寸图案的短波长(例如，EB或EUV)光刻用负型抗蚀剂组合物，这些组合物再次受到关注。例示组合物记载于专利文献1-3中。

通过合适地选择和组合在抗蚀剂组合物中使用的组分并且调节加工条件，从而在控制抗蚀剂感度和图案轮廓上得以改善。一个突出的问题是酸的扩散，其对化学增幅型抗蚀剂组合物的分辨率具有重大的影响。

事实上，酸扩散抑制剂对于控制酸扩散和改善性能、特别是抗蚀剂组合物的分辨率是必要的。已对酸扩散抑制剂进行了研究，通常使用胺和弱酸鎓盐。在几个专利文献中例示出弱酸鎓盐。专利文献4记载了三苯基锍醋酸盐的添加确保形成令人满意的抗蚀剂图案而没有T型顶部轮廓、孤立图案与密集图案之间的线宽的差异和明显的波纹。专利文献5报道了通过添加磺酸铵盐或羧酸铵盐从而改善感度、分辨率和曝光余裕。而且，专利文献6记载了包括能够产生氟代羧酸的PAG的KrF或EB光刻用抗蚀剂组合物在分辨率和工艺宽容度例如曝光余裕和焦点深度上得到改善。进而，专利文献7记载了包括能够产生氟代羧酸的PAG的F₂激光光刻用抗蚀剂组合物在线边缘粗糙度(LER)上得到改善并且解决拖尾(footing)问题。专利文献4-7涉及KrF、EB和F₂光刻。专利文献8记载了用于ArF准分子激光光刻的正型感光性组合物，其包括羧酸鎓盐。这些体系基于如下机制：在弱酸鎓盐与曝光时由其他PAG产生的强酸(磺酸)之间发生盐交换以形成弱酸和强酸鎓盐。即，具有高酸性的强酸(磺酸)被弱酸(羧酸)置换，由此抑制酸不稳定基团的酸催化分解反应并且减小或控制酸扩散的距离。该鎓盐显然作为酸扩散抑制剂发挥功能。