[发明专利]面漆组合物和光刻法

说明书

技术领域

本发明涉及在浸没式光刻工艺中涂覆在光刻胶组合物之上的面漆组合物。本发明还涉及使用该面漆组合物的浸没式光刻法。本发明特别适用于在半导体制造业中制造半导体器件。

背景技术

光刻胶是将图案复制到基板上所使用的光敏性薄膜。在基板上形成光刻胶涂层，然后在活化辐射源下通过光掩模曝光该光刻胶层。光掩模具有对于活化辐射不透明的区域和对于活化辐射透明的其他区域。在活化辐射下曝光使光刻胶涂层发生光诱导化学转化，从而将光掩模的图案转移到光刻胶涂覆的基板上。在曝光之后，烘焙光刻胶，然后与显影剂溶液接触显影，从而提供允许在基板上进行选择性加工的浮雕像。

一种在半导体器件中加工出纳米(nm)尺度特征尺寸的方法是使用较短波长的光。然而难以找到在低于193nm下透明的材料，从而产生了浸没式光刻工艺，以利用液体聚集较多的光进入薄膜，从而增加镜头的数值孔径。浸没式光刻法在成像器件(例如KrF或者ArF光源)的上表面和基板例如半导体晶片的第一表面之间采用折射率相对较高的液体。

在浸没式光刻法中，浸没液体和光刻胶层之间的直接接触导致在浸没液体中浸出光刻胶的成分。这种浸出导致光学镜头污染并导致浸没液体的有效折射率和传输特性发生改变。在改善这个问题的尝试中，有人提出了在浸没液体和下层光刻胶层之间光刻胶层之上使用面漆(topcoat)层作为屏障。然而在浸没式光刻法中使用面漆层存在着各种挑战。例如，面漆层能够影响工艺窗口、关键尺寸(critical dimension，CD)的变化和光刻胶断面图，取决于特性如面漆折射率、厚度、酸度、与光刻胶的化学相互作用和浸泡时间。此外，由于例如防止正常的光刻胶图案形成的微桥缺陷，面漆层的使用可能对器件产率产生负面的影响。

为了提高面漆材料的性能，已经提出了使用自分离的面漆组合物以形成递变的(graded)面漆层，例如，Daniel P. Sanders等，在《光刻胶材料和加工技术XXV(Resist Materials and Processing Technology XXV)》，SPIE会议集，第6923卷，第692309-1-692309-12页，(2008)发表的《浸没光刻法的自分离材料(Self-segregating Materials for Immersion Lithography)》。理论上，自分离的面漆是具有浸没液体和光刻胶两者理想性能的定制材料，例如，在浸没液体的界面处改善的水后退接触角和在光刻胶界面处良好的显影剂溶解性。

在给定的扫描速度下显示出低后退接触角的面漆导致出现水纹缺陷(water mark defect)。当在该曝光头移动经过晶片表面时水滴滞留在后面会产生上述缺陷。结果，由于光刻胶组分的浸出物进入水滴，光刻胶的灵敏度发生改变，而且水可渗入下层光刻胶。因此具有高后退接触角的面漆被期望允许浸没式的扫描器以更大的扫描速度工作，从而提高加工生产能力。US专利申请公开号2007/0212646A1(Gallagher等)和2010/0183976A1(Wang等)公开了包括自分离表面活性聚合物的浸没式面漆组合物，其改善了水后退接触角。由于要求曝光工具具有日益更快速的扫描速度以提高生产能力，面漆组合物需要进一步改善其后退接触角。

在本领域中持续需要供浸没式光刻法中使用的具有高后退接触角的面漆组合物和为了光刻法使用这样的材料。

发明内容

根据本申请的第一方面，提供了供浸没式光刻法中使用的新的面漆组合物。该面漆组合物包括：聚合物体系，其包括基质聚合物和表面活性聚合物，其中在组合物中，基质聚合物具有与表面活性聚合物的重量比相比较高的重量比，并且其中该表面活性聚合物具有与基质聚合物的表面能相比较低的表面能；和溶剂体系，其包括选自γ-丁内酯和/或γ-戊内酯的第一有机溶剂和第二有机溶剂，其中该第一有机溶剂具有与该表面活性聚合物的表面能相比较高的表面能，并且该第一有机溶剂具有与第二有机溶剂的沸点相比较高的沸点。

根据本申请的另一方面，提供了涂覆的基板。所述涂覆的基板包括：在基板之上的光刻胶涂层；和在光刻胶涂层之上的上述面漆组合物层。

根据本申请的另一方面，提供了形成光刻图案的方法，包括：(a)在基板上涂覆光刻胶层；(b)在光刻胶组合物层上涂覆上述的面漆组合物层；(c)在光化辐射下曝光该光刻胶层；(d)该曝光的光刻胶层与显影剂接触形成光刻胶图案。

具体实施方式

面漆组合物