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包含含有包括磺醯胺官能團的重複單元的聚合物的頂塗層組合物,含有其的光刻膠組合...的製作方法

2023-05-03 08:24:06 1

專利名稱:包含含有包括磺醯胺官能團的重複單元的聚合物的頂塗層組合物,含有其的光刻膠組合 ...的製作方法
技術領域:
本發明通常涉及包含含有磺醯胺基團和支化的連接基團的重複單元的聚合物組合物。本發明更特別地涉及相較於本領域公知的而言具有改善的靜態後退水接觸角的含有磺醯胺的頂塗層和光刻膠添加劑組合物。
背景技術:
193nm水浸式光刻目前是大量生產半導體中使用的當前光學光刻技術。在下一代光刻技術(例如遠紫外(EUV)光刻)可供使用之前,仍將通過另外引入運算光刻和雙重成像/雙重曝光技術繼續使用。在浸潤式光刻中透鏡與光刻膠之間水的浸泡使得對抗蝕劑材料有嚴格要求。具體地說,必須防止光刻膠組份(特別是光生酸劑)浸析進入到浸潤流體中,這將提高缺陷率。掃描儀製造商已針對PAG浸析的最大速度設定規範以便保護浸潤 式掃描儀的透鏡不受汙染。此外,要求光刻膠表面具有高的水接觸角以便在快速晶片掃描過程中在浸潤式光刻工具的浸潤式噴頭下方含有水。超出臨界速率,彎月面力(meniscusforce)在後退接觸線處不再能含有水並且在晶片上殘留有殘餘水分的痕跡(稱作拉膜(film pulling))。所述殘餘水分的後續蒸發與印刷圖案中的不斷增加的缺陷絕對有關。涉及形成缺陷的許多機理包括提取的材料在浸潤流體中的濃度和在乾燥過程中於晶片上的後續沉積、局部溶脹和在液滴蒸發處頂塗層與光刻膠之間的相互擴散。總的來說,這些印刷缺陷有時稱作水印。另外,水蒸發的熱量導致晶片冷卻並且引起光刻膠層的熱收縮和覆蓋問題。Shedd等人(Proc. SPIE 6154:61540R(2006))已展示了流體損耗的臨界速率與表面的靜態、後退水接觸角(SRCA)之間的關係(即,在沒有拉膜的情況下,具有較高靜態後退水接觸角的疏水表面允許較快的晶片掃描)。對於較為親水的表面,臨界速率受到拉膜的限制,同時對於較為疏水的表面,臨界速率受到慣性不穩定性的限制。對於標準晶片掃描速率500mm/s而言,頂塗層或光刻膠材料應具有大於約55°的靜態後退水接觸角以避免拉膜,更高的後退水接觸角是有利的。可以理解,避免拉膜所需要的後退水接觸角根據浸潤工具製造商所用的噴頭和流體管理策略和晶片掃描速率而有所變化,較高的掃描速率需要較高的後退水接觸角。另外,這些數值根據用於測量水接觸角的特定技術而稍有變化。因此,這些數值應該僅視為一般指引;但是,浸潤表面的SCRA值越高,晶片可以掃描地更快,而不存在增加的缺陷率。因此,具有較高SCRA值的浸潤表面有助於提高工具生產量並且通過確保因為因提高的晶片掃描速率而產生的外加缺陷率來保持產率。由於對各種光刻工藝而言優化這些參數以使成本有效很重要,有利的是使用具有高SCRA值的圖案化材料(例如,頂塗層和無頂塗層的抗蝕劑)。另外,早期浸潤頂塗層的極高前進水接觸角在早期的浸潤光刻工具之上成像時導致形成一類與微氣泡有關的缺陷。當前進水接觸角太高(高於約95° )時,氣體的微氣泡在高掃描速率下可能陷入前進的彎月面中;當前進水接觸角太高(大於約95° )時,氣體的微氣泡在高掃描率下可能會陷入前進的彎月面中;這些微氣泡作用猶如微透鏡並且導致圓形缺陷。如此,為避免在此類工具上的這些問題,希望浸潤式光刻中的頂塗層以及在不存在頂塗層的情況下使用的光刻膠具有的前進水接觸角少於約95°。同樣地,其中發生所述氣泡缺陷機理的精確前進水接觸角區域根據不同浸潤式掃描儀製造商所應用的噴頭設計和流體管理策略而有所不同。噴頭設計和掃描儀工具的改進此後已很大程度上消除了上述類型的圖案化缺陷。因此,當使用當前的浸潤工具時,靜態前進水接觸角對於頂塗層性能和缺陷率而言不再是重要的參數。但是,對於浸潤式光刻用材料而言具有低的接觸角滯後是有利的(即,前進與後退水接觸角之差應該低)。設計用於乾燥193nm光刻的常規光刻膠的缺陷是具有低的SRCA值( 50_55° )和無法接受的PAG浸析速率(leaching rate)。已使用許多材料方法以使光刻膠適與浸潤式光刻相容並且,具體地說,以解決PAG浸析和水接觸角問題。首先並且最為廣泛使用地,該方法包括在光刻膠的頂部塗覆保護性頂塗層材料以抑制抗蝕劑成分浸析並且控制水接觸角。
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早期的頂塗層,例如購自Tokyo Ohka Kogyo (東京,日本)的TSP-3A基於疏水含氟聚合物。儘管這些材料具有很大的後退水接觸角(>100° )並且能實現良好的光刻性能,但這些含氟聚合物頂塗層不溶於標準氫氧化四甲基銨光刻膠顯影劑的水溶液,因此,在抗蝕劑顯影之前,需要使用氟化溶劑的額外頂塗層移除步驟。這些額外的工藝步驟和材料增加了此類頂塗層的擁有成本。由於至少這些原因,這些頂塗層不再能夠商購獲得。鹼溶性頂塗層由於其可在光刻膠顯影步驟中移除因而是優選的;但是,賦予鹼溶性所需要的親水官能的數量通常將所述材料的SRCA限制在55-65度。大多數酸性基團例如羧酸或鹼反應性基團例如酸酐過於親水以致於不能賦予高的SRCA值和低的接觸角滯後(靜態前進與靜態後退接觸角之差)。對於具體的實例,參見Sundberg等人,Proc. SPIE6519:65191Q (2007)。含氟基團,例如1,I, 1,3,3,3-六氟-2-羥基-丙-2-基(所謂的六氟醇(HFA)或氟化醇)具有足夠低的pKa,這使其可以溶於TMAH顯影劑,但又相對疏水,並且比其他替代品對後退接觸角具有較少的不利影響。由於上述有利的特性,許多商業頂塗層材料利用HFA基團作為相對非極性的酸性基團賦予鹼可溶性。具體地說,已發現基於甲基丙烯酸1,1,I-三氟-2-(三氟甲基)-2-羥基-戊-4-基酯(MA-BTHB-OH)的HFA官能性丙烯酸類聚合物由於其結合了適度的TMAH溶解速率(dissolution rate)和高的SRCA而廣泛應用於頂塗層材料(參見,Sanders 等人,Proc. SPIE 6519:651904(2007)。MA-BTHB-0H與較高氟含量的非鹼溶性單體的共聚可提供具有較高水接觸角的共聚物;但是,在未使共聚物不溶於TMAH顯影劑的情況下,僅能引入有限量的鹼不溶性共聚單體(約 20%)。另夕卜,通常添加共聚單體(例如帶有強酸性基團的那些)調節頂塗層與下面光刻膠之間的相互作用並因此消除最終抗蝕劑圖案中任何潛在的輪廓問題(例如,消除T型頂部或橋接缺陷);但是,這些相同的共聚單體易於對SRCA值產生有害影響。實際上,基於在TMAH顯影劑中具有足夠的溶解速率(>100nm/s)的含HFA的聚合物的頂塗層材料已無法發展超過約65-70 度的 SRCA 值。替代性地,已研發了基於磺醯胺官能化的聚合物的頂塗層材料。具體地說,三氟甲烷磺醯胺基團由於其適合的pKa、透明度和疏水性已得到使用。這些材料表現出高的鹼溶解速率但通常較低的SRCA值(參見,例如圖I中的聚(MA-BTHB-OH)對比聚(EATf-MA))。另夕卜,EATf-MA材料具有低的TgC73° C),也進一步限制了其功用。環狀或多環狀連接基團(參見,例如聚(l,4-CHTf-MA)及聚(AMNB-Tf-MA))的引入已顯示會增加玻璃化轉變溫度和抗蝕刻性,但卻明顯降低了鹼溶解速率並且未將SRCA值提高至與類似的HFA基材料相抗衡的等級。另外,這些較快溶解的磺醯胺官能化的甲基丙烯酸酯與較為疏水的單體的共聚在可比較的鹼溶解速率下不能達到HFA基聚合物的SRCA值。如此,對合成浸潤相關的圖案化材料例如頂塗層而言,對具有高鹼溶解速率和改善的靜態後退水接觸角的新材料存在很大需要。重要的是,這些單體/材料應該在193nm下具有高的透明度,這就排除使用強吸收性芳族基團例如對甲苯磺醯胺基。為了消除與使用頂塗層相關的額外材料、工藝和成本,已研發不需使用頂塗層以提供浸潤式光刻良好的成像性能的無頂塗層的抗蝕劑。現有技術中已知使用疏水性基礎樹脂的浸潤相容的光刻膠。為了提高基礎光刻膠樹脂的SRCA,必須引入大量的疏水性單體。這種改進可明顯改變抗蝕劑的物理、化學和光刻性能。實際上,這些浸潤抗蝕劑具有有限的SRCA值。當將抗蝕劑與常規PAG配製時,缺少任何阻擋層導致高水平的PAG浸析到浸潤流體中。因此,所述抗蝕劑必須與具有明顯較低的水溶性的特定的PAG配製,而這又限制了化學家調節光刻膠性能的自由。
另外,通過添加表面活性聚合物添加劑(通常特指含氟聚合物)已將常規光刻膠轉化為無頂塗層的光刻膠。這些添加劑在旋塗光刻膠期間分離(segregate)以形成薄的富集層(enrichment layer)並藉此控制了抗蝕劑的組份提取和水接觸角。已設計許多類型的材料用作添加劑(參見,Sanders等人,Proc. SPIE 6519:651904(2007))。通常,將這些添加劑歸類為頂塗層類型(例如,添加劑是鹼溶性的)或抗蝕劑類型(例如,添加劑具有溶解度轉換性並且,通常,由於光生成酸的作用在曝光後烘焙之後在曝光區域內變為鹼溶性)。但是,許多頂塗層類型的添加劑具有選型基團例如HFA基團以在鹼性顯影期間確保未曝光區域足夠潤溼。對於頂塗層類型的添加劑而言,HFA基添加劑的性能受到高SRCA、HFA基單體的較低鹼溶解速率的限制(例如,僅有限量的較疏水的共聚單體引入到聚合物中,在其變得不溶於鹼性顯影劑之前)。還已報導了磺醯胺基添加劑;但是,這些添加劑具有和先前針對頂塗層應用所討論的相同的局限性。其較低的SRCA值控制了其較高溶解速率所帶來的任何好處並且,因此,HFA基材料具有經證明的優勢。同樣,對於無頂塗層的浸潤式光刻膠用聚合物添加劑的合成而言,對具有高鹼溶解速率和改善的靜態後退水接觸角的新材料存在很大需要。發明概述本發明通過提供包含具有磺醯胺基團和支化的連接基團的重複單元的聚合物組合物、含磺醯胺的頂塗層組合物和光刻膠添加劑組合物克服了現有技術的需求。在本發明的一個實施方案中,提供了一種包含含有磺醯胺基團和支化的連接基團的重複單元的組合物。在另一個實施方案中,支化的磺醯胺取代的重複單元具有根據式(I)的結構
權利要求
1.一種組合物,其包含根據式(I)的含有磺醯胺基團和支化的連接基團的重複單元
2.權利要求I的組合物,其中R7選自三氟甲基和全氟丁基。
3.權利要求I的組合物,其中組合物包含根據式(II)的重複單元
4.權利要求3的組合物,其中R9選自三氟甲基和全氟丁基。
5.權利要求I的組合物,其中組合物包含根據式(III)的重複單元
6.權利要求5的組合物,其中R11選自三氟甲基和全氟丁基。
7.權利要求I的組合物,其中組合物包含根據式(V)的重複單元
8.權利要求7的組合物,其中R15選自三氟甲基和全氟丁基。
9.權利要求I的組合物,其中組合物包含根據式(VI)的重複單元
10.權利要求9的組合物,其中R17選自三氟甲基和全氟丁基。
11.權利要求I的組合物,其中組合物包含選自式(IV)和(VII)-(IX)的重複單元
12.權利要求11的組合物,其中R13、R19、R21和R23獨立地選自三氟甲基和全氟丁基。
13.權利要求I的組合物,其中組合物包含選自式(X)-(XIII)的重複單元
14.權利要求13的組合物,其中R25、R27、R29和R31獨立地選自三氟甲基和全氟丁基。
15.權利要求I的組合物,其中重複單元構成該組合物的至少5摩爾%。
16.一種包含聚合物和溶劑的頂塗層組合物,其中聚合物包含根據式(I)的具有磺醯胺基團和支化的連接基團的重複單元
17.權利要求16的頂塗層組合物,其中重複單元為頂塗層組合物的至少5摩爾%。
18.權利要求16的頂塗層組合物,該組合物另外包含不同於所述聚合物的其它聚合物。
19.權利要求16的頂塗層組合物,該組合物另外包含選自表面活性劑、PAG、鹼、染料和敏化劑的添加劑。
20.一種包含添加劑聚合物、光刻膠聚合物、PAG和溶劑的無頂塗層光刻膠組合物,其中該添加劑聚合物包含根據式(I)的具有磺醯胺基團和支化的連接基團的重複單元
21.權利要求20的無頂塗層的光刻膠組合物,其中重複單元構成添加劑聚合物的至少5摩爾%。
22.權利要求20的無頂塗層的光刻膠組合物,其中添加劑聚合物相對於光刻膠聚合物的重量%為0.01重量% -20重量%。
23.權利要求22的無頂塗層的光刻膠組合物,其中添加劑聚合物相對於光刻膠聚合物的重量%為0. I重量% -5重量%。
24.權利要求20的無頂塗層的光刻膠組合物,該組合物另外包含選自表面活性劑、PAG、鹼、染料和敏化劑的添加劑。
25.一種在光刻工藝中使用頂塗層組合物的方法,該方法包括如下步驟 (a)施塗一層權利要求16的頂塗層組合物以在光刻膠層上形成頂塗層; (b)任選地,烘焙頂塗層; (C)使光刻膠圖案化曝光; (d)任選地,烘焙曝光的光刻膠;和 (e)採用顯影劑使光刻膠顯影以選擇性除去頂塗層和部分光刻膠。
26.權利要求25的方法,其中光刻膠使用193nm水浸潤式光刻曝光。
27.權利要求25的方法,其中顯影劑選自氫氧化四甲基銨和有機溶劑。
28.一種在光刻工藝中使用無頂塗層的光刻膠的方法,該方法包括如下步驟 (a)在基材上施塗一層權利要求19的無頂塗層的光刻膠組合物; (b)任選地,烘焙無頂塗層的光刻膠; (c)使無頂塗層的光刻膠圖案化曝光; (d)任選地,烘焙曝光的無頂塗層的光刻膠;和 (e)採用顯影劑使無頂塗層的光刻膠顯影以選擇性除去部分無頂塗層的光刻膠。
29.權利要求28的方法,其中無頂塗層的光刻膠使用193nm水浸潤式光刻曝光。
30.權利要求28的方法,其中顯影劑選自氫氧化四甲基銨和有機溶劑。
全文摘要
本發明提供了用於光刻工藝的含有磺醯胺的組合物、頂塗層聚合物和添加劑聚合物,其相對於本領域已知的而言具有改善的靜態後退水接觸角。本發明的含有磺醯胺的頂塗層聚合物和添加劑聚合物包含如式(I)所示的具有支化的連接基團的磺醯胺取代的重複單元。
文檔編號G03F7/039GK102763039SQ201180010036
公開日2012年10月31日 申請日期2011年2月3日 優先權日2010年2月19日
發明者D·P·桑德斯, 照井貴陽, 藤原昌生 申請人:中央硝子株式會社, 國際商業機器公司

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