[发明专利]新型具有含氟碳负离子结构的盐及其衍生物、光产酸剂以及使用其的抗蚀材料和图案形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及作为抗蚀材料的光产酸剂等适合使用的新型具有含氟碳负离子结构的盐及其衍生物、光产酸剂以及使用其的抗蚀材料和图案形成方法。

背景技术

近年来，伴随LSI的高集成化和高速度化，图案规则(patternrule)的微细化正急速发展。该背景中，通过曝光光源的短波长化、例如从汞灯的i射线(365nm)向KrF准分子激光(248nm)的短波长化使得64M比特(加工尺寸为0.25μm以下)的DRAM(动态随机存取存储器、Dynamic Random Access Memory)的批量生产成为可能。进而为了实现制造集成度256M和1G以上的DRAM，正式研究使用了ArF准分子激光(193nm)的光刻，正研究通过组合高NA的透镜(NA≥0.9)得到的65nm节点(node)的装置。接下来的45nm节点的装置制作中作为候补可列举利用波长157nm的F₂激光，但由于扫描机的成本提高、光学系的变更、抗蚀剂的低蚀刻耐性等中体现的诸多问题，其应用被推迟了。并且，作为代替F₂光刻而提出了ArF浸没式光刻，现在正在开始引入该ArF浸没式光刻。此外，在45nm以下的设计规则中，超紫外线(EUV)光刻有望受到青睐。

作为适于这样的曝光波长的抗蚀剂，“化学增幅型抗蚀材料”受到瞩目。这是一种图案形成材料，其含有通过辐射线的照射(以下称为“曝光”。)形成酸的感辐射线性产酸剂(以下称为“光产酸剂”)，通过将由曝光产生的酸作为催化剂的反应，改变曝光部与非曝光部对显影液的溶解度以形成图案。

对于用于这样的化学增幅型抗蚀材料的光产酸剂也进行了各种研究。现有的将KrF准分子激光作为光源的化学增幅型抗蚀材料中使用的这样的产生烷烃磺酸或者芳烃磺酸的光产酸剂作为上述ArF化学增幅型抗蚀材料的成分使用时，可知用于切断树脂的酸不稳定基团的酸强度不充分，完全不清晰，或者不适于以低感光度制造装置。

为此，作为ArF化学增幅型抗蚀材料的光产酸剂，通常使用产生酸强度高的全氟烷基磺酸的物质，但全氟辛烷磺酸、或者其衍生物已知取其字头文字的PFOS，源自C-F键的稳定性(非分解性)和疏水性、源自亲油性的生态浓缩性、蓄积性成为问题。进而碳数5以上的全氟烷基磺酸、或者其衍生物也开始提起上述问题。

为了应对这样的与PFOS相关的问题，各公司进行了维持酸性度的高度、并具有回避PFOS骨架结构的光产酸剂的开发。

专利文献1中示出，作为阴离子具有酰亚胺或者甲酸(methide acid)的化合物对有机溶剂具有溶解性、提高催化剂活性，因此作为引发剂、固化剂或者催化剂是有效的，其后公开了将这样的具有酰亚胺或者甲酸的化合物用作化学增幅型抗蚀材料的光产酸剂的多个例子(专利文献2、专利文献3、专利文献4、专利文献5和专利文献6)。此外，专利文献7中报导了将具有与甲基化阴离子(碳数1的碳负离子)类似的含氟碳负离子的盐作为光产酸剂发挥作用。进而专利文献8中公开了使用聚合性的阳离子进行聚合、使光产酸剂自身固定在抗蚀剂树脂中、作为阴离子使用酰亚胺或者甲酸的方法。

专利文献1：日本特表平11-501909号公报

专利文献2：日本特开2002-268223号公报

专利文献3：日本特开2004-85657号公报

专利文献4：日本特开2005-173464号公报

专利文献5：日本特开2007-86166号公报

专利文献6：日本特开2007-241121号公报

专利文献7：日本特开2007-219411号公报

专利文献8：日本特开2007-316600号公报

发明内容

在进行精密的线宽控制时，化学增幅型抗蚀剂不仅分辨率优异，而且抗蚀图案形成后的膜表面的平滑性优异也是重要的。膜表面的平滑性差的化学增幅型抗蚀剂在通过蚀刻等处理向基板转印抗蚀图案时，膜表面的凸凹状态(纳米边缘粗糙度)会向基板转印，结果图案的尺寸精度降低。因此可知最终装置的电特性可能受损。

此外，为了得到优异的平滑性，用于这样的化学增幅型抗蚀材料的光产酸剂还有必要均匀地分散在抗蚀材料内。因此，光产酸剂对抗蚀溶剂的溶解性和与树脂的相容性是极其重要的。