[发明专利]用于光刻法的组合物和方法

说明书

相关申请交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2008年12月31日提交的美国临时申请第61/204030号的权益，该临时申请的全部内容通过参考结合于此。

技术领域

本发明涉及可以在光刻法处理(例如浸没光刻法处理)中施用在光刻胶组合物上的顶涂层组合物。本发明发现了在用于形成半导体器件的浸没光刻法过程中作为顶涂层的特别适用性。

背景技术

光刻胶是用于将图象转移至基材的光敏性膜。在基材上形成光刻胶的涂层，然后通过光掩模使光刻胶层曝光于激活辐射源。该光掩模具有对激活辐射为不透明的区域以及对激活辐射为透明的其他区域。曝光于激活辐射使光刻胶涂层发生光引发的化学转化，从而将光掩模的图案转移至涂覆有光刻胶的基材。曝光之后，通过与显影剂溶液接触使光刻胶显影，提供允许对基材进行选择性加工的浮雕图象。

一种在半导体器件中获得纳米(nm)级特征元件尺寸的途径是使用较短波长的光。但是，由于难以找到对193纳米以下的光透明的材料，导致人们采用浸没光刻法，通过使用一种液体来增大透镜的数值孔径，从而将更多的光会聚至该膜中。浸没光刻法在成像装置(例如KrF或ArF光源)的最后表面和基材(例如半导体晶片)上的第一表面之间采用相对高折射率的流体。使用水(193纳米波长时的折射率为1.44)作为浸没流体时，使用波长193纳米的光可以达到35纳米的线宽。

在浸没光刻法中，浸没流体和光刻胶层之间的直接接触会导致光刻胶的各组分浸出至浸没流体中。这种浸出会导致光学透镜污染并使该浸没流体的有效折射率和透射性质发生变化。为了改进这个问题，已经提议在光刻胶层上使用顶涂层作为浸没流体和下方光刻胶层之间的阻挡层。但是在浸没光刻法中使用顶涂层造成许多问题。例如，顶涂层会影响例如工艺窗口、临界尺寸(CD)偏差和光刻胶形貌，取决于例如以下的特性：顶涂层折射率、厚度、酸度、与光刻胶的相互作用、和浸泡时间。另外，使用顶涂层会因为例如会妨碍光刻胶图案正确形成的微观桥接缺陷而对器件产率造成负面影响。

为了改善顶涂层材料的性能，已经提议使用自隔离的顶涂层组合物来形成递变的顶涂层，例如，参考“用于浸没光刻法的自隔离材料”，Dani el P.Sanders等，“光刻胶材料和处理技术进展XXV”，SPIE会刊，第6923卷，第692309-1至692309-12页(2008)。理论上递变的顶涂层能够形成对于浸没流体和光刻胶界面都具有所需性质的定制材料，例如，在浸没流体界面上具有高水后退角并且在光刻胶界面上具有良好的显影剂溶解度。

在本领域中仍然需要用于浸没光刻法的改善的自隔离的顶涂层组合物以及它们的应用方法。

发明内容

本文提供了用于浸没光刻法的新的顶涂层组合物和方法。还提供了可用作非浸没成像过程所用的光刻胶层之上的外涂层的新的组合物。根据本发明第一方面，提供了适合用于在光刻胶层上形成顶涂层的组合物。该组合物包含彼此不同的第一树脂、第二树脂和第三树脂。所述第一树脂包含一种或多种氟化基团，该组合物中存在的第一树脂的重量比例分别大于第二树脂和第三树脂的量。所述第二树脂的表面能低于第一树脂和第三树脂的表面能。所述第三树脂包含一种或多种强酸基团。

在本发明进一步的方面中，所述第一树脂进一步包含磺酰胺。在进一步的方面中，所述第二树脂包含一种或多种光生酸不稳定性基团。在进一步的方面中，第三树脂的一种或多种强酸基团包含磺酸基。在进一步的方面中，该组合物进一步包含溶剂体系，该溶剂体系包含以下的混合物：醇、烷基醚和/或烷烃、以及二烷基二醇单烷基醚。

根据本发明进一步的方面，提供了涂覆的基材。该涂覆的基材包括：位于基材上的光刻胶层、位于光刻胶层上的顶涂层。该顶涂层包含：彼此不同的第一树脂、第二树脂和第三树脂。所述第一树脂包含一种或多种氟化基团，该组合物中存在的第一树脂的重量比例分别大于第二树脂和第三树脂的量。所述第二树脂的表面能低于第一树脂和第三树脂的表面能。所述第三树脂包含一种或多种强酸基团。根据进一步的方面，该顶涂层是递变涂层。

根据本发明进一步的方面，提供了处理光刻胶组合物的方法。该方法包括：(a)在基材上施涂光刻胶组合物以形成光刻胶层；(b)在光刻胶层上施涂以上关于第一方面描述的顶涂层组合物；和(c)使光刻胶层曝光于光化辐射。根据该方法的进一步的方面，曝光操作可以是浸没曝光，基材可以是半导体晶片。

具体实施方式