[发明专利]一种基于聚对羟基苯乙烯的单组分化学增幅光致抗蚀剂材料、其合成方法及其用途

说明书

技术领域

本发明所属技术领域为高分子感光成像材料领域，即一类新型的化学增幅型单组分光致抗蚀剂及其合成方法。具体地讲，此感光剂以聚对羟基苯乙烯(PHS)为基础，在苯环上引入硫鎓盐产酸基团，羟基被保护基团部分保护。曝光时，鎓盐基团发生分解产生强酸，催化保护基团的分解，从而实现曝光区域和非曝光区域在碱水中的溶解度差别，可通过稀碱水显影成像，因而可作为一种新颖的化学增幅型单组分抗蚀剂材料，可用作深紫外光刻、电子束光刻、极紫外(EUV)光刻等光刻技术使用的光致抗蚀剂(光刻胶)。 

背景技术

为了生产出更快，更小，集成度更高的芯片，光刻工艺所使用的光源的波长越来越短，对所使用的光刻胶材料的各项性能也提出了更高的要求。当光学光刻技术力图突破0.1μm的分辨率时，下一代光刻(NGL)技术呈现出了蓬勃发展的趋势，其中包括X射线光 刻(XRL)、极紫外光刻(EUVL，也称软X射线光刻)、电子束光刻和离子束光刻。由于EUVL具有良好的技术延伸性，被认为是下一代光刻技术最有希望的候选之一。EUVL(Extreme UltravioletLithography)即极紫外光刻技术，又称为软X射线投影曝光技术，是采用波长为13.4nm的软X射线进行光刻的技术。由于几乎所有的元素在13.4nm处都有吸收，从而限制了许多材料的使用，这就要求成膜树脂中尽量减少高吸收元素(如F，O)，提高C/H比例来降低材料在EUV的吸收(T.Kozawa，S.Tagawa，Jpn.J.Appl.Phys.，2010，49，030001)。可见研发EUVL光刻胶最大的困难之一就是解决光刻胶对EUV射线的吸收问题。目前的光刻胶应用于EUVL的结果部不理想。一种可供亚0.1μm特征尺寸工艺选择的光刻胶技术是顶面成像技术，即只有光刻胶上层表面被成像。这一技术在聚焦问题上比典型的光刻系统有了更大的工艺宽容度，同时顶面成像技术允许光刻胶材料对曝光光线不透明，这大大有利于解决248nm深紫外光刻胶在200nm以下不透明的问题(成立，王振宇，朱漪云，刘合祥.半导体技术.，2005，30(9)，28-33)。聚对羟基苯乙烯及其衍生物是深紫外光刻体系中研究的比较透彻的成膜树脂，Matsuzawa计算了各种聚合物在13.4nm处的线性吸收系数(N.N.Matsuzawa，H.Oizumi，S.Mori，S.Irie，E.Yano，S.Okazaki，A.Ishitani，Microelectron.Eng.，2000，53，671)，发现聚合物链上苯环的取代相 当于稀释了氧原子的浓度.因此已经报道过的单层极紫外正型光刻胶多以聚对羟基苯乙烯及其衍生物为基础(Y.Fukushima，T.Watanabe，R.Ohnishi，H.Kinoshita，H.Shiotani，S.Suzuki，M.Hayakawa，Y.Endo，T.Yamanaka，J.Photopolym.Sci.Technol.，2007，20(3)，419-422)。 

传统的化学增幅型光致抗蚀剂需加入小分子产酸剂，受限于其与成膜树脂的兼容性，后烘过程中易出现相分离，酸分布不一致以及酸扩散等问题，影响分辨率和线边缘粗糙度。近年来报道的有使用分子玻璃抗蚀剂或者分子量分布很窄的聚合物或者单组份抗蚀剂的方法来降低线边缘粗糙度(D.C.Tully，A.R.Trimble andJ.M.J.Frechet，Adv.Mater.，2000，12，1118)。所谓单组分抗蚀剂体系，指的是只有一种聚合物分子，同时具备光致抗蚀剂材料中各组分的各种功能如成膜性、抗蚀刻性、光敏性、光透明性、高感性及溶解变化性等。已有的报道多将光产酸剂结构合成在成膜聚合物的结构单元上，然后通过均聚或者共聚合成单组分抗蚀剂材料(H.Wu，K.E.Gonsalves，Adv.Funct.Mater.，2001.11(4)，271-276)。 

常见的正型光致抗蚀剂的成像原理是把碱溶性的基团如酚羟基和羧基保护起来成为可酸解离基团，如酯基或缩醛。这些可酸解离基团在光产酸作用下分解，重新变为碱可溶，可进行稀碱水显影成像。PHS具有良好的碱溶性、透明性和抗干法蚀刻性，因而作为成膜材料被广泛应用于深紫外光刻胶(248nm)体系，这些优点同样 适用于下一代光刻胶体系。硫鎓盐具有热稳定好，产酸效率高等优点，在KrF激光(248nm)光刻和ArF激光(193nm)光刻等先进光刻技术所使用的化学增幅光致抗蚀剂中是最常用的光产酸剂。