[发明专利]光刻胶组合物用的水性抗反射涂料

说明书

本发明涉及一种新型水性抗反射涂料组合物及其在反射基体和光刻胶涂料之间形成薄层的用途。这种组合物在光刻法制造半导体器件时特别有用。

光刻胶组合物用于制造诸如计算机芯片和集成电路小型化电子元件的微型(平版)印刷工艺。在这些工艺中，一般首先在基体材料例如用来制造集成电路的晶片上涂一层光刻胶组合物薄膜的薄涂层。然后将涂层基体烘干蒸发光刻胶组合物中的任何溶剂，并将涂层固着在基体上。其次，将基体烘干的涂层表面进行成象辐照曝光。

这种辐照曝光在涂层表面的曝光区造成化学转印。目前在微型印刷工艺中经常使用的辐照类型是可见光，紫外光(UV)和X射线的辐射能。在成象曝光后，用显影剂溶液处理涂层基体，溶解并去除辐照曝光或未曝光区域的光刻胶。

半导体器件微型化潮流导致使用复杂的多层系来克服这种微型化伴随的难题。在光刻印刷中使用高吸收性抗反射涂料是减少问题的一种简单手段，其中导致光从高反射基体的背反射。背反射性的两个有害作用是薄层的干扰和反射下凹。当抗蚀剂厚度改变时薄层干扰导致在抗蚀剂薄膜中总光强度的变化造成临界线宽尺度的改变。线宽的变化同振摆比率(S)成正比，为更好地控制线宽必须将其最小化。振摆比率定义如下：

       S=4(R₁R₂)^1/2e^-αD其中R₁是抗蚀剂/空气或抗蚀剂/罩面漆界面处的反射率，R₂是抗蚀剂/基体界面处的反射率，α是抗蚀剂的光吸收系数，而D是薄膜厚度。

抗反射涂料的功能是吸收光刻胶曝光时使用的辐射，所以降低R₂就降低振摆比率。在光刻胶图形化覆盖含有形貌特征的基体时反射下凹就起作用，其中散射光通过光刻胶薄膜导致线宽改变，在极端情况下会失去完整的抗蚀剂区域。

过去利用染色的光刻胶解决这些反射性问题。但是众所周知，染色抗蚀剂仅仅降低基体的反射率而不能使其总体消失。另外，染色抗蚀剂还会降低光刻胶的平版印刷性能，且伴随染料的升华和与抗蚀剂薄膜的不相容。在要求进一步降低或消除振摆比率的情况下，在用光刻胶涂覆基体和曝光之前涂覆抗反射涂料覆盖基体。抗蚀剂曝光成象并显影。然后将曝光区域的抗反射涂料一般用氧等离子体刻蚀，则使抗蚀剂图形转移到基体。抗反射薄膜的刻蚀速率应当相当快速，以便在刻蚀加工期间刻蚀抗反射薄膜而并不过多损失抗蚀剂薄膜。

众所周知含有吸收光的染料和一种有机聚合物的抗反射涂料可以得到涂料性能。但是，染料升华的可能性和染料扩散进入光刻胶层使这种类型的抗反射组合物不合要求。

聚合的有机抗反射涂料是本领域公知的，如EP 583205和US 5525457所述，本文结合参照。但是，这些抗反射薄膜因诸如环己烷和环戊烷的有机溶剂而价格昂贵。用有机溶剂加工潜在的危险导致迫切发明抗反射涂料的研究。在半导体工业中水基涂料不仅是优选的而且它可提供显而易见的好处。由于显影加工要求一种不仅去除已曝光的抗蚀剂而且还要去除抗反射涂料的碱性水溶液，在光至平版印刷中水基涂料一般不能很好地起作用。新流行的本发明涂料克服了这个难题，提供一种抗反射薄膜可用水流沿并且另外在显影加工期间不被去除。由于聚合物涂料的亲水性，它另外能阻止与光刻胶溶剂的相互混和。它还有良好的干蚀特性，能将图象从抗蚀剂良好地转印到基体，并且良好的吸收特性可防止反射下凹和线宽改变。

本发明涉及一种新型的水性抗反射涂料组合物和用其光刻法的方法。抗反射涂料组合物的聚合物包括至少一种带有染料官能基的单元，至少一种带有交联基团的单元和至少一种由亲水乙烯基单体或能够变成亲水乙烯基单体衍生的单元。染料官能基是指强吸收大约180-450nm(纳米)辐照的基团。可使用的染料单体单元的优选类型用以下结构式限定：      结构式1其中R₁-R₄是H,(C₁-C₄)烷基或(C₁-C₄)烷氧基，

R₅是OH,NH₂,OCH₃或OCH₂CH₃,

R₆是H,(C₁-C₄)烷基或(C₁-C₄)烷氧基，