使用新型鎓盐的化学增幅型负型抗蚀剂组合物和抗蚀剂图案形成方法技术

化学增幅型负型抗蚀剂组合物定义为包括(A)具有阴离子基团的鎓盐，该阴离子基团为稠环结构的含氮羧酸根，(B)基础树脂，和(C)交联剂。该抗蚀剂组合物在曝光步骤过程中对于控制酸扩散有效，在图案形成过程中显示非常高的分辨率，并且形成具有最小LER的图案。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本非临时申请在35U.S.C.§119(a)下要求于2015年4月13日在日本提交的专利申请No.2015-081879的优先权，由此通过引用将其全部内容并入本文。
本专利技术涉及用于半导体基材和光掩模坯的加工的化学增幅型负型抗蚀剂组合物和形成抗蚀剂图案的方法。
技术介绍
为了满足近来对集成电路中较高集成度的需求，要求将图案形成为更精细的特征尺寸。在形成具有0.2μm以下的特征尺寸的抗蚀剂图案中，最常使用酸催化化学增幅型抗蚀剂组合物。将高能辐照例如UV、深UV或EB用作这些抗蚀剂组合物的曝光光源。特别地，将EB光刻法用作超精细微制造技术时，加工光掩模坯以形成半导体设备制造中使用的光掩模也是必不可少的。包含具有酸性侧链的芳族结构的主要部分的聚合物，例如，聚羟基苯乙烯已广泛地用于KrF准分子激光光刻法用抗蚀剂材料。由于它们在200nm左右的波长下显示强吸收，因此在ArF准分子激光光刻法用抗蚀剂材料中没有使用这些聚合物。但是，由于它们提供高耐蚀刻性，因此预期这些聚合物形成有用的EB和EUV光刻法用抗蚀剂材料以形成比ArF准分子激光的加工极限更精细的尺寸的图案。用于光刻法的抗蚀剂组合物包括将曝光区域溶解掉的正型抗蚀剂组合物和将曝光区域作为图案残留的负型抗蚀剂组合物。取决于所需的抗蚀剂图案，在它们中选择适合的组合物。通常，化学增幅型负型抗蚀剂组合物包括：通常在水性碱显影剂中可溶的聚合物、曝光时分解以产生酸的产酸剂、和在用作催化剂的酸的存在下使该聚合物交联从而使该聚合物在该显影剂中不可溶的交联剂(有时将该交联剂引入该聚合物中)。典型地，添加碱性化合物以控制曝光时产生的酸的扩散。特别是作为适于曝光于KrF准分子激光的负型抗蚀剂组合物，开发了一类包括如下聚合物的大量负型抗蚀剂组合物，该聚合物在水性碱显影剂中可溶并且包括酚单元作为碱可溶性单元。由于该酚单元并不透射具有150-220nm的波长的曝光光，因此这些组合物尚未用于ArF准分子激光光刻法。近来，作为能够形成更精细尺寸图案的短波长(例如，EB或EUV)光刻法用负型抗蚀剂组合物，这些组合物再次受到关注。例示的组合物记载于JP-A 2006-201532、JP-A 2006-215180和JP-A 2008-249762。通过适当地选择和组合抗蚀剂组合物中使用的组分并且调节加工条件，从而在抗蚀剂敏感性和图案轮廓的控制上得到了改善。一个突出的问题是酸的扩散，其对化学增幅型抗蚀剂组合物的分辨率具有显著的影响。酸扩散调节剂事实上对于控制酸扩散和改善抗蚀剂组合物的性能，尤其是分辨率是必要的。已对酸扩散调节剂进行了研究，同时已通常使用胺和弱酸鎓盐。在几个专利文献中对弱酸鎓盐进行了例示。JP 3955384记载了三苯基锍醋酸盐的添加确保形成令人满意的抗蚀剂图案而没有T型顶部轮廓、分离的图案与成组的图案之间线宽的差异和驻波。JP-A H11-327143报道了通过添加磺酸铵盐或羧酸铵盐而改善敏感性、分辨率和曝光余裕。而且，JP 4231622记载了包括能够产生氟代羧酸的PAG的用于KrF或EB光刻法的抗蚀剂组合物在分辨率和工艺宽容度例如曝光余裕和焦点深度上得到改善。进而，JP 4116340记载了包括能够产生氟代羧酸的PAG的用于F2激光光刻法的抗蚀剂组合物在线边缘粗糙度(LER)上得到改善并且解决钻蚀(footing)问题。尽管这四个专利文献提及KrF、EB和F2光刻法，但JP 4226803记载了包括羧酸鎓盐的用于ArF准分子激光光刻法的正型感光组合物。这些体系基于如下机理：在弱酸鎓盐与曝光时由另一PAG产生的强酸(磺酸)之间发生盐交换，以形成弱酸和强酸鎓盐。即，具有高酸性的强酸(磺酸)被弱酸(羧酸)置换，由此抑制酸不稳定基团的酸催化分解反应并且减小或控制酸扩散的距离。鎓盐显然作为酸扩散调节剂发挥功能。但是，将包括上述的羧酸鎓盐或氟代羧酸鎓盐的抗蚀剂组合物用于图案化时，产生LER的问题。希望具有能够使LER最小化的酸扩散调节剂。引用列表专利文献1:JP-A 2006-201532(US 20060166133,EP 1684118)专利文献2:JP-A 2006-215180专利文献3:JP-A 2008-249762(US 20080241751,EP 1975711)专利文献4:JP 3955384(USP 6479210)专利文献5:JP-A H11-327143专利文献6:JP 4231622(USP 6485883)专利文献7:JP 4116340(USP 7214467)专利文献8:JP 4226803(USP 6492091)专利文献9:JP-A 2006-208781专利文献10:JP-A 2012-123189
技术实现思路
本专利技术的目的是提供通过光刻法加工以形成具有改善的分辨率和最小LER的抗蚀剂图案的化学增幅型负型抗蚀剂组合物、用其涂覆的光掩模坯和使用该抗蚀剂组合物的图案形成方法。本专利技术人已发现，能够通过光刻法将包含含氮羧酸的锍盐的抗蚀剂组合物加工以形成具有最小LER的抗蚀剂图案。一方面，本专利技术提供用于曝光于高能辐照的化学增幅型负型抗蚀剂组合物，包括：(A)具有式(1)或(2)的结构的鎓盐，(B)包含具有式(3)的重复单元的树脂(U-1)，和(C)交联剂。其中R01、R02、R03和R04各自独立地为氢，-L-CO2-，或者直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，或者R01和R02的一对、R02和R03的一对、或R03和R04的一对可键合在一起以与它们结合的碳原子形成环；L为单键或者直链C1-C20、支化或环状C3-C20二价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开；R05为氢或者直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开；R06、R07、R08、R09、R010和R011各自独立地为氢或者直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，或者R06和R07的一对可键合在一起以与它们结合的碳原子形成环，R08和R011的一对可键合在一起以与它们结合的碳原子和任何插入的碳原子形成环，或者R09和R010的一对可键合在一起以与氮原子形成环；j为0或1，k为如下范围内的数：j＝0时0≤k≤1，或者j＝1时0≤k≤3。Z+为式(a)的锍阳离子或式(b)的碘鎓阳离子：其中R100、R200和R300各自独立地为直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，或者R100、R200和R300中的任意两个以上可键合在一起以与硫原子形成环，R400和R500各自独立地为直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开。由下式表示的部分结构：为具有插入的氮原子的环状结构，其中与形成环状结构的碳原子键合的氢原子可以被直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基或者-L-CO2-取代，或者其中形成环状结构的碳原子可以被硫、氧或氮替代。应指出地是式(1)中必须包括一个取代基：-L-CO2-。其中A为单键或者C1-C10亚烷基，在其链的中途可含有醚键，R012为氢、氟、甲本文档来自技高网...

【技术保护点】
化学增幅型负型抗蚀剂组合物，包括：(A)具有式(1)或(2)的鎓盐，(B)包含具有式(3)的重复单元的树脂(U‑1)，和(C)交联剂，其中R01、R02、R03和R04各自独立地为氢，‑L‑CO2‑，或者直链C1‑C20、支化或环状C3‑C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，或者R01和R02的一对、R02和R03的一对、或R03和R04的一对可键合在一起以与它们结合的碳原子形成环，L为单键或者直链C1‑C20、支化或环状C3‑C20二价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，R05为氢或者直链C1‑C20、支化或环状C3‑C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，R06、R07、R08、R09、R010和R011各自独立地为氢或者直链C1‑C20、支化或环状C3‑C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，或者R06和R07的一对可键合在一起以与它们结合的碳原子形成环，R08和R011的一对可键合在一起以与它们结合的碳原子和任何插入的碳原子形成环，或者R09和R010的一对可键合在一起以与氮原子形成环，j为0或1，k为如下范围内的数：j＝0时0≤k≤1，或者j＝1时0≤k≤3，和Z+为式(a)的锍阳离子或式(b)的碘鎓阳离子：其中R100、R200和R300各自独立地为直链C1‑C20、支化或环状C3‑C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，或者R100、R200和R300中的任意两个以上可键合在一起以与硫原子形成环，R400和R500各自独立地为直链C1‑C20、支化或环状C3‑C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，由下式表示的部分结构：为具有插入的氮原子的环状结构，其中与形成环状结构的碳原子键合的氢原子可以被直链C1‑C20、支化或环状C3‑C20一价烃基或者‑L‑CO2‑取代，或者其中形成环状结构的碳原子可以被硫、氧或氮替代，条件是式(1)中必须包括一个取代基：‑L‑CO2‑，其中A为单键或者C1‑C10亚烷基，在其链的中途可含有醚键，R012为氢、氟、甲基或三氟甲基，R013为氢，卤素，任选卤素取代的、直链、支化或环状C2‑C8酰氧基，任选卤素取代的、直链、支化或环状C1‑C6烷基，或者任选卤素取代的、直链、支化或环状C1‑C6烷氧基，b为1‑5的整数，s为0‑2的整数，a为等于或小于(5+2s‑b)的整数，和p为0或1。...

【技术特征摘要】
2015.04.13 JP 2015-0818791.化学增幅型负型抗蚀剂组合物，包括：(A)具有式(1)或(2)的鎓盐，(B)包含具有式(3)的重复单元的树脂(U-1)，和(C)交联剂，其中R01、R02、R03和R04各自独立地为氢，-L-CO2-，或者直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，或者R01和R02的一对、R02和R03的一对、或R03和R04的一对可键合在一起以与它们结合的碳原子形成环，L为单键或者直链C1-C20、支化或环状C3-C20二价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，R05为氢或者直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，R06、R07、R08、R09、R010和R011各自独立地为氢或者直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，或者R06和R07的一对可键合在一起以与它们结合的碳原子形成环，R08和R011的一对可键合在一起以与它们结合的碳原子和任何插入的碳原子形成环，或者R09和R010的一对可键合在一起以与氮原子形成环，j为0或1，k为如下范围内的数：j＝0时0≤k≤1，或者j＝1时0≤k≤3，和Z+为式(a)的锍阳离子或式(b)的碘鎓阳离子：其中R100、R200和R300各自独立地为直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，或者R100、R200和R300中的任意两个以上可键合在一起以与硫原子形成环，R400和R500各自独立地为直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，由下式表示的部分结构：为具有插入的氮原子的环状结构，其中与形成环状结构的碳原子键合的氢原子可以被直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基或者-L-CO2-取代，或者其中形成环状结构的碳原子可以被硫、氧或氮替代，条件是式(1)中必须包括一个取代基：-L-CO2-，其中A为单键或者C1-C10亚烷基，在其链的中途可含有醚键，R012为氢、氟、甲基或三氟甲基，R013为氢，卤素，任选卤素取代的、直链、支化或环状C2-C8酰氧基，任选卤素取代的、直链、支化或环状C1-C6烷基，或者任选卤素取代的、直链、支化或环状C1-C6烷氧基，b为1-5的整数，s为0-2的整数，a为等于或小于(5+2s-b)的整数，和p为0或1。2.化学增幅型负型抗蚀剂组合物，包括：(A)具有式(1)或(2)的鎓盐，和(B)适于在酸的作用下变为碱不溶性的树脂(U-2)，该树脂包含具有式(3)和(4)的重复单元，其中R01、R02、R03和R04各自独立地为氢，-L-CO2-，或者直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，或者R01和R02的一对、R02和R03的一对、或R03和R04的一对可键合在一起以与它们结合的碳原子形成环，L为单键或者直链C1-C20、支化或环状C3-C20二价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，R05为氢或者直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，R06、R07、R08、R09、R010和R011各自独立地为氢或者直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，或者R06和R07的一对可键合在一起以与它们结合的碳原子形成环，R08和R011的一对可键合在一起以与它们结合的碳原子和任何插入的碳原子形成环，或者R09和R010的一对可键合在一起以与氮原子形成环，j为0或1，k为如下范围内的数：j＝0时0≤k≤1，或者j＝1时0≤k≤3，和Z+为式(a)的锍阳离子或式(b)的碘鎓阳离子：其中R100、R200和R300各自独立地为直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，或者R100、R200和R300中的任意两个以上可键合在一起以与硫原子形成环，R400和R500各自独立地为直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基，其可被杂原子取代或者被杂原子分开，由下式表示的部分结构：为具有插入的氮原子的环状结构，其中与形成环状结构的碳原子键合的氢原子可以被直链C1-C20、支化或环状C3-C20一价烃基或者-L-CO2-取代，或者其中形成环状结构的碳原子可以被硫、氧或氮替代，条件是式(1)中必须包括一个取代基：-L-CO2-，式(3)中，A为单键或者C1-C10亚烷基，在其链的中途可含有醚键，R012为氢、氟、甲基或三氟甲基，R013为氢，卤素，任选卤素取代的、直链、支化或环状C2-C8酰氧基，任选卤素取代的、直链、支化或环状C1-C6烷基，或者任选卤素取代的、直链、支化或环状C1-C6烷氧基，b为1-5的整数，s为0-2的整数，a为等于或小于(5+2s-b)的整数，和p为0或1，式(4)中，C为单键或C1-C10亚烷基，在其链的中途可含有醚氧原子，R012为氢、氟、甲基或三氟甲基，R014为氢，卤素，任选卤素取代的、直链、支化或环状C2-C8酰氧基，任选卤素取代的、直链、支化或环状C1-C6烷基，或者任选卤素取代的、直链、支化或环状C1-C6烷氧基，...

【专利技术属性】
技术研发人员：增永惠一，渡边聪，小竹正晃，土门大将，藤原敬之，
申请(专利权)人：信越化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP