[发明专利]水溶性负性光刻胶组合物

说明书

发明背景

本发明涉及一种水溶性聚合物，当该聚合物与光致酸生成剂(PAG)一起使用时，形成负性(negative working)水溶性光刻胶。

光刻胶组合物用于制造微型化电子部件如制造计算机芯片和集成电路的微平版印刷方法中。通常，在这些方法中，首先将光刻胶组合物薄膜涂层施于基材，如用于制造集成电路的硅片上。然后将该涂敷基材加热以蒸出光刻胶组合物中的任何溶剂并使涂层固定于基材上。然后将该基材的涂敷表面掩蔽，接着在照射下曝光。

该照射曝光在涂敷表面的曝光区域引起化学变化。可见光、紫外(UV)光、电子束和X射线能量是目前常用于微平版印刷方法中的照射类型。在该掩蔽曝光后，将涂敷基材用显影剂溶液处理，以溶解并除去基材涂敷表面的照射曝光或未曝光区域。

存在两种类型的光刻胶组合物，即负性和正性光刻胶组合物。当将负性光刻胶组合物进行照射曝光时，照射曝光的光刻胶组合物区域变得不太溶于显影剂溶液中，而光刻胶涂层的未曝光区域仍溶于该溶液中。因此，用显影剂处理已曝光的负性光刻胶导致除去光刻胶涂层的未曝光区域，并在涂层中形成负性图象，由此露出其上沉积有光刻胶组合物的下层基材表面的所需部分。

另一方面，当将正性光刻胶组合物进行照射曝光时，光刻胶组合物的照射曝光区域变得更可溶于显影剂溶液中，而未曝光的区域仍然不溶于显影剂溶液中。因此，用显影剂处理已曝光的正性光刻胶导致除去涂层的曝光区域，并在光刻胶涂层中形成正性图象。同样露出下层基材表面的所需部分。

显影后，可以将部分未保护的基材用基材-浸蚀剂溶液或等离子体气体等进行处理。该浸蚀剂溶液或等离子气体浸蚀在显影期间除去光刻胶涂层的基材部分。仍然保留光刻胶涂层的基材区域被保护，由此在基材中形成浸蚀图形，这相当于用于照射曝光的光罩。接着，光刻胶涂层的剩余区域可在反萃取操作期间除去，留下清洁的浸蚀基材表面。在某些情况下，需要在显影步骤之后在浸蚀步骤之前对剩余的光刻胶层进行热处理，以提高其与下层基材的粘结力和其耐浸蚀溶液性能。

光刻胶图形分辨率定义为该光刻胶组合物在曝光和显影后能以高图象敏锐度自光罩转移至基材上的最小特征。在目前大多数制造应用中，要求光刻胶分辨率大约低于1μm。此外，几乎总是要求显影的光刻胶侧壁轮廓差不多与基材垂直。这种在光刻胶涂层的已显影与未显影区域之间的分界线转化为掩蔽图象向基材上的精确的图案转移。

以前，正性光刻胶优于负性光刻胶，因为它们通常显示优异的分辨性能。这通常是由于负性图象在显影期间溶胀造成的。本发明消除了这种溶胀，因为聚合物进行光化学诱导的消除反应而非交联，由此改变了溶解性。在此反应期间，出现了极性转换，且所得产物具有不同的溶解度参数。结果，该产品与流延时所用的溶剂无亲和性。因此，对于水流延光刻胶，刻蚀图象在显影期间与显影剂水溶液无亲和性，所以不会溶胀。

发明概述

本发明涉及一种水溶性聚合物，当该聚合物与合适的光致酸生成剂(PAG)一起使用时，形成负性水溶性光刻胶。照射曝光时，聚合物不交联，但改变溶解度参数，因此在显影时不溶胀，由此获得改进的分辨率。这使所用的光刻胶在流线(i-line)上和深UV波长下能够具有高分辨率。此外，由于与本发明光刻胶一起使用的溶剂为水，因此在半导体制造中使用这种光刻胶将是环保的。该聚合物由通过连接基团与缩醛保护的β-酮酸基团偶联的主链，如聚乙烯基醚组成。主链和任何共聚单体的选取受到其在水中的溶解度的影响，因为初始聚合物必须足以溶于水中，以提供合适的制剂粘度。通过加入大量的市购光致酸生成剂，聚合物制剂形成水溶性负性光刻胶。照射曝光会造成光致酸催化的缩醛基团脱保护，生成β-酮酸，该β-酮酸在加热时会进行脱羧反应，导致水不溶性光致产品。由于起始聚合物是水溶性的，因此当用含水基质显影时，极性转换将形成负性图象。

优选实施方案的描述

本发明涉及特别适合用作光刻胶的聚合物。该聚合物由通过连接基团与缩醛保护的β-酮酸基团(2-取代，3,3-亚乙二氧基-丁酸)偶联的主链组成。通过加入大量的市购光致酸生成剂和水，聚合物制剂形成水溶性负性光刻胶。照射曝光会造成光致酸催化的缩醛基团脱保护，生成β-酮酸，该β-酮酸在加热时会进行脱羧反应，导致水不溶性光致产品。

该聚合物具有如下结构：

其中R₁-R₄独立地为H、(C₁-C₅)烷基或(C₁-C₅)烷氧基，