[发明专利]化学放大型抗蚀剂组合物和图案形成方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及化学放大型抗蚀剂组合物及抗蚀图案的形成方法。所述化学放大型抗蚀剂组合物，特别是化学放大型正性抗蚀剂组合物对高能辐射如UV、深-UV、EUV、X-射线、γ-射线、同步辐射和电子束(EB)敏感，特别适用于高能辐射束，尤其是EB或深-UV的照射曝光步骤，并且适合于半导体器件和光掩模的微加工。

背景技术

为满足近来在集成电路方面更高集成化的需求，需要图案形成更精细的特征尺寸。酸催化化学放大型抗蚀剂组合物大多常用于形成具有0.2μm或更小的特征尺寸的抗蚀图案。高能辐射如UV、深-UV或电子束(EB)用作这些抗蚀剂组合物的曝光光源。特别地，虽然EB光刻技术用作超精细微加工技术，但是其在把光掩模坯处理形成用于半导体器件加工的光掩模中也是不可缺少的。

通常，EB光刻技术在不使用掩模的情况下，利用EB写入图案。在正性抗蚀剂的情况下，那些抗蚀薄膜区域而不是要保留的区域用具有极小面积的EB持续照射。连续扫描所有在处理表面上被精细划分的区域的操作比通过光掩模全晶片曝光需要较长时间。为了避免生产量降低，抗蚀薄膜必须具有高灵敏度。因为图像写入时间长，初始写入部分和后续写入部分之间可能产生差异。因此曝光区域在真空中随时间的稳定性是重要的性能要求之一。化学放大型抗蚀剂材料的重要应用之一在于处理掩模坯。部分掩模坯可能具有对覆盖抗蚀剂的图案轮廓有影响的表面材料，如沉积于光掩模基材上的典型的是氧化铬的铬化合物薄膜。对于刻蚀后的高分辨率和轮廓保持而言，一个重要的性能参数是保持抗蚀剂膜的图案轮廓为矩形，而不取决于基材的类型。

上述提及的抗蚀剂敏感性和图案轮廓的控制已经通过适当选择和组合构成抗蚀剂材料的组分和处理条件而得到改进。需要改进的一个问题是极大地影响化学放大型抗蚀剂材料分辨率的酸的扩散。在光掩模的处理中，需要上述形成的抗蚀图案轮廓，从曝光终点到曝光后烘烤时不会随着时间流逝而发生改变。此类随着时间发生改变的主要原因是曝光时产生的酸的扩散。酸扩散问题已经被广泛研究，不仅在光掩模处理领域，而且也在通常的抗蚀剂材料领域，因为它对敏感性和分辨率具有显著的影响。

特别的，专利文献1公开了为了抑制酸的扩散，将曝光时产生的磺酸结合进用于抗蚀剂材料的树脂中。这种控制方法非常具有吸引力，因为它依赖于与使用碱的控制方法不同的机理。已对这种方法进行了多种改进，以符合形成更精细尺寸图案的需要。专利文献2是实现酸强度改进方面的有用实例。

引用文献

专利文献1：JP-A H09-325497

专利文献2：JP-A 2008-133448(USP 7,569,326)

专利文献3：JP-A 2007-197718

专利文献4：WO 2008/56795

专利文献5：WO 2006/121096

(US 2009069521，EP 1897869)

专利文献6：JP-A 2008-102383

专利文献7：JP-A 2008-304590

专利文献8：JP-A 2004-115630

专利文献9：JP-A 2005-008766

发明内容

包含主要部分的具有酸式侧链的芳环结构的聚合物，如聚羟基苯乙烯，已经广泛应用于KrF准分子激光光刻中的抗蚀剂材料中。这些聚合物不能用于ArF准分子激光光刻中的抗蚀剂材料中，因为它们在波长大约200nm处有强吸收。然而，这些聚合物，期望形成有用的用作EB和EUV光刻技术中的抗蚀剂材料，因为它们能提供高的抗刻蚀性。

在尝试将专利文献2的技术应用于在最外层表面包含铬化合物的光掩模坯的抗蚀图案形成时，本发明人发现了包括在侧链上含有具有氟代烷基链的磺酸锍盐，即侧链能产生酸的聚合物的抗蚀剂材料的某些缺陷。而当在处理铬化合物薄膜中，使用含氧的氯气进行干刻蚀时，干刻蚀条件对覆盖的抗蚀薄膜造成相当大的负荷。因而希望用于抗蚀剂材料的聚合物尽可能多的包含具有芳环结构的单元。然而，当通过增加含芳环结构的单元的比率和引入能够产酸的侧链来改性聚合物时，图案剥离或图案塌陷的可能性增大。