[发明专利]在抗蚀剂应用中作为光酸产生剂的环状磺酸盐化合物

说明书

提供了新型光酸产生剂化合物。还提供了包含新型光酸产生剂化合物的组合物。本公开进一步提供了制备和使用本文公开的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化学放大抗蚀剂组合物中的光活性组分，用于各种微制造应用。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年3月16日提交的第62/644,288号美国临时专利申请的优先权，该临时专利申请的内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开涉及新的光酸产生剂化合物(“PAG”)以及包含这类PAG化合物的组合物。特别地，本公开的PAG化合物在有机溶剂中的溶解度优良，并且在光刻工艺中表现出比常规PAG化合物更高的敏感度和更好的性能。

背景技术

光致抗蚀剂是用于将图像转移到基底上的光敏膜。它们形成负图像或正图像。在基底上涂覆光致抗蚀剂之后，使涂层通过图案化光掩模暴露于激活能量源如紫外光，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和透明的区域，这些区域限定了期望要转移到下面的基底上的图像。

已证明化学放大型光致抗蚀剂可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。这些光致抗蚀剂是通过将PAG与具有酸不稳定结构的聚合物基质共混来制备的。根据这种光致抗蚀剂的反应机理，光酸产生剂在被光源照射时产生酸，并且被暴露或照射部分中的聚合物基质的主链或支链以所谓的“暴露后烘烤”(PEB)的方式与产生的酸反应并且被分解或交联，以使得聚合物的极性被改变。这种极性的改变导致在受照射的暴露区域与未暴露区域之间产生显影溶液的溶解度差异，从而在基底上形成掩模的正图像或负图像。酸扩散不仅对提高光致抗蚀剂敏感度和生产量很重要，而且对限制由于散粒噪声统计所致的线条边缘粗糙度也很重要。

在化学放大光致抗蚀剂中，成像所必需的溶解度转换化学不是由暴露直接引起的；准确地说，暴露产生在后续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“化学放大”源于这样的事实，即每个光化学产生的催化剂分子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度。初始暴露剂量被后续一连串化学反应事件“放大”。催化剂的催化链长度可以非常长(多达数百个反应事件)，从而导致显著的暴露放大。

化学放大的优点在于，其可极大地提高抗蚀剂敏感度，但其并非没有潜在的缺点。比如，在催化剂分子移向数百个反应位点时，没有什么一定会将其限制在暴露于成像辐射的区域。在抗蚀剂敏感度与成像保真度之间可能有折衷。例如，放大的光致抗蚀剂通过光掩模暴露，从而在暴露区域中产生酸催化剂。通过升高PEB中晶片的温度(这样允许化学反应发生)，将在第一步骤中产生的潜在酸图像转换成可溶和不可溶区域的图像。一些酸自初始暴露区域迁移出来，从而造成“临界尺寸偏差”问题。烘烤后，用溶剂对图像进行显影。由于酸从暴露区域扩散进入未暴露区域，因此显影的特征宽度可能大于标称掩模尺寸。对于放大抗蚀剂的大部分历史来说，这种折衷是无关紧要的，因为催化剂扩散距离相对于印刷特征尺寸微不足道，但随着特征尺寸减小，扩散距离保持大致相同，且催化剂扩散已成为重大问题。

为了产生将会改变聚合物溶解度的足够的酸，需要一定的暴露时间。对于已知的PAG分子如N-羟基萘酰亚胺三氟甲磺酸酯(“NIT”)，此暴露时间相当长(由于其在365nm或更长处的吸收低)。然而，增加这类PAG的浓度不会导致暴露时间更快，因为PAG的溶解度是限制因素。另一种可能性是添加敏化剂，所述敏化剂吸收光，并将能量转移至PAG，其然后将释放酸。然而，这类敏化剂必须以相当高的浓度使用，以便能够将能量转移至紧邻的PAG。在这样的高浓度下，敏化剂的吸收往往太高，并且对显影后的抗蚀剂轮廓形状有负面影响。

在采用基于酸的光产生效应的任何应用中也需要较高的敏感度。除了抗蚀剂应用之外，这些应用还可用于光诱导的聚合、光诱导的交联、光诱导的降解、光诱导的脱保护、光诱导的变色或光诱导的官能团转化或它们中的至少两者的任意组合。