[发明专利]光致抗蚀剂组合物以及形成光刻图案的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及电子设备的制造。更具体地，本发明涉及光致抗蚀剂组合物和利用负性显影方法形成精细图案的光刻工艺。所述光致抗蚀剂组合物包括与抗蚀剂中树脂组分基本不可混溶的一种或多种聚合物添加剂。本发明优选的组合物和方法对光刻工艺中的缺陷和工艺窗口有改进。

背景技术

在半导体制造工业中，光致抗蚀剂(photoresist)材料用于将图像转移到分布在半导体基底上的一个或多个底层(如金属、半导体和介电层)以及所述基材本身。为了提高半导体设备的集成密度以及形成具有纳米(nm)尺寸的结构，已经并持续开发了具有高分辨率的光致抗蚀剂和光刻工艺工具。

在半导体设备中得到纳米尺寸功能元件的一种途径是在化学放大光致抗蚀剂的曝光过程中使用短波光，如193nm或更短。浸没式光刻有效地增加了成像设备透镜的数值孔径，如具有KrF或ArF光源的扫描仪。这需要通过在成像设备的最末一面和半导体晶片的上表面之间使用一种相对高折射率的流体(即，浸没流体(fluid))来实现。浸没流体使得相比空气或惰性气体介质的情况中更多的光聚焦于抗蚀剂层。

理论分辨率极限由下述Rayleigh等式所定义：

R=k1λNA]]>

其中k₁是工艺参数，λ是成像工具的波长，NA是成像透镜的数值孔径(numerical aperture)。当用水作为浸没流体时，可使最大数值孔径例如从1.2提到到1.35。在k₁为0.25的印刷线和间隙图案的情况下，193nm的浸没扫描仪仅能分辨36nm的半节距和间隙图案。印刷接触孔或任意2D图案的分辨率进一步受限，这是因为具有暗视野掩蔽(dark field mask)的低空间图像对比(aerial image contrast)，其中k₁的理论极限为0.35。因此接触孔的最小半节距限制在约50nm。标准浸没光刻工艺一般不适于制造需要更高分辨率设备。

已经做了相当大的努力从材料和工艺两方面来加大浸没光刻中正性显影的实际分辨率能力。一个这样的实例涉及传统的正性化学放大光致抗蚀剂的负性显影(negative tone development，NTD)。NTD是一种图像反转技术，允许利用由明视野掩蔽(bright field mask)得到的优越的成像品质来打印临界暗视野层(critical dark field layers)。NTD抗蚀剂通常采用具有酸不稳定(或酸裂解)基团的树脂和光致酸生成剂。暴露于光化学辐射下使得光致酸生成剂形成酸，其在后曝光烘焙中，使得树脂中酸不稳定基团断裂。因此，在具体的有机显影剂中，抗蚀剂的曝光和非曝光区域之间形成溶解度的差别，这样显影剂除去抗蚀剂的非曝光区域，留下不溶性的曝光区域产生的图案。这种工艺公开于如授予Goodall等的美国专利No.6,790,579，。该文献公开了一种光致抗蚀剂组合物，其包括生成酸的引发剂和沿所述聚合物骨架具有重复酸不稳定侧基的多环聚合物。利用碱性显影剂选择性除去曝光区域，或者，利用适合的用于负性显影的非极性溶剂处理来选择性地除去非曝光区域。

当用负性显影工艺印刷高分辨率图案时，使用化学放大光致抗蚀剂伴随的问题是表面(或顶部)抑制。令人相信的是，这些效果是因为在曝光过程中散射光接触在掩膜图案边缘之下的光致抗蚀剂的暗视野区域。在紧邻掩膜图案的暗视野区域中，特别是在抗蚀剂的顶部表面，这可引起光致抗蚀剂树脂的酸不稳定基团的断裂。使得这些区域在NTD显影剂的溶解性小于它们本身应具有的溶解性。

现有技术中持续需要改善的组合物和负性显影的光刻方法，其在电子设备制造中可形成精细图案，并解决现有技术中的一个或多个问题。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了光致抗蚀剂组合物。所述光致抗蚀剂组合物包括：对酸敏感的第一聚合物；由具有下述通式(I)的单体形成的第二聚合物：