新的鎓盐、化学放大抗蚀剂组合物和图案化方法技术

本发明专利技术为新的鎓盐、化学放大抗蚀剂组合物和图案化方法。提供新的鎓盐和包含其作为PAG的抗蚀剂组合物。当通过使用KrF或ArF准分子激光、EB或EUV的光刻法进行处理时，抗蚀剂组合物的酸扩散降低，曝光裕度、MEF和LWR改善。

New onium salt, chemical amplification resist composition and patterning method

【技术实现步骤摘要】
新的鎓盐、化学放大抗蚀剂组合物和图案化方法相关申请的交叉引用本非临时申请在美国法典第35卷第119节(a)款下要求2018年10月24日于日本提交的第2018-199659号专利申请的优先权，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及一种新的具有特定结构的鎓盐、包含其的化学放大抗蚀剂组合物、以及使用该抗蚀剂组合物的图案化方法。
技术介绍
虽然在LSI中的更高集成度和运行速度的驱动下，近来已做出许多努力来实现更精细的图案尺度，但是DUV和EUV光刻法仍被认为作为微制造技术中的下一代是特别有希望的。尤其是，使用ArF准分子激光的光刻法被认为是能够实现0.13μm以下的特征尺寸的微图案化技术所必不可少的。ArF光刻从制造130nm节点器件开始部分使用，并成为90nm节点器件以来的主要光刻法。尽管最初认为使用F2激光(波长157nm)的光刻技术有望成为下一代的用于45nm节点的光刻法，其发展还是受到几个问题阻碍。对于ArF浸没式光刻法突然重点关注如下：在投影透镜和晶片之间引入具有比空气高的折射率的液体(例如水，乙二醇，甘油)，从而使投影透镜设计为1.0或更高的数值孔径(NA)并实现更高的分辨率。参见非专利文献1。ArF浸没式光刻现在已经在商业舞台上得以实现，浸没式光刻法需要基本上不溶于水的抗蚀剂材料。在使用ArF准分子激光(波长193nm)的光刻中，需要能够在小剂量的曝光下实现高分辨率的高感光度的抗蚀剂材料，以防止精密且昂贵的光学系统材料的劣化。作为提供高感光度的抗蚀剂材料的几种措施，最常见的是选择在193nm波长高度透明的每种组分。例如，已经提出将丙烯酸系聚合物及其衍生物、降冰片烯-马来酸酐交替共聚物、聚降冰片烯，开环易位聚合(ROMP)聚合物和氢化的ROMP聚合物用作基础树脂。该选择在一定程度上有效是因为单独增加了树脂的透明度。近年来，用于有机溶剂显影的负型抗蚀剂以及用于碱性显影的正型抗蚀剂成为人们关注的焦点。如果通过负型曝光能够解决用正型抗蚀剂无法实现的非常精细的孔图案，这将是理想的。为此，对特征为高分辨率的正型抗蚀剂材料进行有机溶剂显影以形成负型图案。正在研究通过将碱显影和有机溶剂显影这两种显影组合来将分辨率提高一倍的尝试。作为用于利用有机溶剂负型显影的ArF抗蚀剂材料，可以使用现有技术设计的正型ArF抗蚀剂组合物。这样的图案形成方法记载于专利文献1～3。为了适应当前微细加工技术的飞速发展，不仅在工艺上，而且在抗蚀剂材料上都进行了开发的努力。还对光致产酸剂(PAG)进行了研究。通常使用三苯基锍阳离子和全氟烷烃磺酸阴离子的锍盐。这些盐会生成全氟烷烃磺酸，尤其是全氟辛烷磺酸(PFOS)，在其不可降解性，生物浓度和毒性方面被认为是有问题的。这大大限制这些盐应用于抗蚀剂材料。目前，取而代之使用能产生全氟丁烷磺酸的PAG，但由于所产生的酸在抗蚀剂材料中的大量扩散而难以实现高分辨率。为解决该问题，开发了部分氟化的烷烃磺酸及其盐。例如，专利文献1提及现有技术的能够产生α,α-二氟烷烃磺酸的PAG如二(4-叔丁基苯基)碘鎓1,1-二氟-2-(1-萘基)乙磺酸盐和能够生成α,α,β,β-四氟烷烃磺酸的PAG。尽管氟取代程度降低，但这些PAG仍然存在以下问题。由于它们不具有可分解的取代基如酯结构，因此从环境安全或易于分解的角度来看，它们不令人满意。改变烷烃磺酸尺寸的分子设计受到限制。含氟的起始反应物昂贵。随着电路线宽度的减小，对于抗蚀剂材料由于酸扩散而引起的对比度下降变得更加严重。原因是图案特征尺寸接近酸的扩散长度。这导致掩模的保真度降低并使图案矩形性劣化，这是因为晶片上的尺寸偏移(称为掩模误差因子(MEF))相对于掩模上的尺寸偏移被放大。因此，为从减小曝光波长和增加透镜的NA中获得更多优点，与现有技术材料相比，要求该抗蚀剂材料增加溶解对比度或抑制酸扩散。一种方法是降低烘焙温度以抑制酸扩散并因此提高MEF。但是低烘焙温度不可避免地导致低的感光度。将大的取代基或极性基团引入PAG中对于抑制酸扩散有效。专利文献4制备了一种PAG，该PAG能够产生在有机溶剂中完全可溶且稳定并可使分子设计跨度宽的2-酰氧基-1,1,3,3,3-五氟丙烷-1-磺酸。特别地，其中具有引入的大取代基或能够产生2-(1-金刚烷氧基)-1,1,3,3,3-五氟丙烷-1-磺酸的PAG的特点是缓慢的酸扩散。专利文献5～7中记载了具有引入稠合的环内酯、磺内酯或硫代内酯作为极性基团的PAG。尽管由于引入的极性基团的酸扩散抑制效果，观察到性能的一定提高，但它们在酸扩散的精确控制上仍不足。从MEF，图案轮廓和感光度方面进行综合评价时，其光刻性能不尽人意。专利文献8公开具有内酰胺环结构的PAG。由于该产酸剂利用内酰胺环上的氮原子作为连接结构的一部分并具有高亲水性，因此所述的相关的抗蚀剂材料通过使用水的浸没式光刻来处理时该产酸剂可能溶解或溶离于水中。期望具有酸扩散上被完全控制并且具有令人满意的亲油性和溶剂溶解性的PAG。引用文献列表专利文献1：JP-A2008-281974专利文献2：JP-A2008-281975专利文献3：JP4554665专利文献4：JP-A2007-145797专利文献5：JP5061484专利文件6：JP-A2016-147879专利文件7：JP-A2015-063472专利文件8：JP5756672(USP8,609,891)非专利文献1：JournalofphotopolymerScienceandTechnology,Vol.17，No.4，p587(2004)
技术实现思路
尽管近来要求以高分辨率形成抗蚀剂图案，但是使用常规PAG的抗蚀剂组合物不能完全抑制酸扩散。结果，光刻性能因素如对比度、MEF和LWR劣化。本专利技术的目的是提供鎓盐和包含其作为光致产酸剂的抗蚀剂组合物的抗蚀剂组合物，以及使用该抗蚀剂组合物的图案形成方法，该抗蚀剂组合物在使用高能量辐射例如KrF或ArF准分子激光、EB或EUV作为能量源通过光刻法处理时，降低酸扩散并改善曝光裕度、MEF和LWR。专利技术人发现，包含特定结构的鎓盐作为光致产酸剂的抗蚀剂组合物的酸扩散降低，包括EL、MEF和LWR的许多光刻性能因素得到改善，因此最适合于精确的微图案化。一方面，本专利技术提供具有式(1)的鎓盐。在此，Z为具有内酰胺结构的单环或多环基团；Rf1至Rf4各自独立地为氢、氟或三氟甲基，Rf1至Rf4中的至少一个为氟或三氟甲基；R1为氢或可含有杂原子的C1-C20一价烃基；R2是可含有杂原子的C1-C20一价烃基；L1、L2和L3各自独立地为单键、醚键、酯键、磺酸酯键、碳酸酯键或氨基甲酸酯键；L4为醚键、酯键、磺酸酯键、碳酸酯键或氨基甲酸酯键；X1为单键或可含有杂原子的C1-C40二价烃基；n1是0至6的整数，条件是当n1为1且R1不为氢时，R1和R2可以键合在一起以形成环结构，而当n1是至少2的整数且R1不为氢时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有式(1)的鎓盐：/n

【技术特征摘要】
20181024 JP 2018-1996591.具有式(1)的鎓盐：



其中Z是具有内酰胺结构的单环或多环基团，
Rf1至Rf4各自独立地为氢、氟或三氟甲基，Rf1至Rf4中的至少一个为氟或三氟甲基，
R1为氢或可含有杂原子的C1-C20一价烃基，
R2是可含有杂原子的C1-C20的一价烃基，
L1、L2和L3各自独立地为单键、醚键、酯键、磺酸酯键、碳酸酯键或氨基甲酸酯键，
L4为醚键、酯键、磺酸酯键、碳酸酯键或氨基甲酸酯键，
X1为单键或可含有杂原子的C1-C40二价烃基，
n1是0至6的整数，条件是当n1为1且R1不为氢时，R1和R2可以键合在一起以形成环结构，而当n1是至少2的整数且R1不为氢时，两个R1可以键合在一起以形成环结构，并且
Q+为鎓阳离子。


2.权利要求1所述的鎓盐，具有式(1A)：



其中Z、Rf1至Rf4、R1、R2、L1至L3、X1、n1和Q+如上定义。


3.权利要求2的鎓盐，其具有式(1a)至(1c)中的任何一个：



其中Rf1至Rf4、R1、R2、L1至L3、X1、n1和Q+如上定义，X为-CH2-、-CH2CH2-、-O-、-S-或两个独立的-H，并且n2为1至4的整数。


4.权利要求3所述的鎓盐，其中所述具有式(1a)至(1c)的鎓盐分别由式(1aa)至(1cc)表示：



其中R1、R2、L1至L3、X、X1、n1、n2和Q+如上所定义，且Rf为氢或三氟甲基。


5.权利要求1所述的鎓盐，其中Q+为具有式(2a)的锍阳离子或具有式(2b)的碘鎓阳离子：



其中R11至R15各自独立地为可含有杂原子的C1-C20一价烃基，R11、R12和R13中的任意两个可键合在一起以与它们所连接的硫原子形成环。


6.光致产酸剂，其包含权利要求1所述的鎓盐。


7.抗蚀剂组合物，其包含权利要求6所述的光致产酸剂。


8.权利要求7所述的抗蚀剂组合物，其还包含基础树脂，所述基础树脂含有聚合物，所述聚合物包含具有式(a)的重复单元和具有式(b)的重复单元：



其中RA各自独立地为氢、氟、甲基或三氟甲基，ZA为单键、亚苯基、亚萘基或(主链)-C(＝O)-O-Z’-，Z’为可含有羟基部分、醚键、酯键或内酯环的C1-C10烷烃二基，或者为亚苯基或亚萘基，XA为酸不稳定基团，且YA为氢或包含选自羟基、氰基、羰基、羧基、醚键、酯键、磺酸酯键、碳酸酯键、内酯环、磺内酯环和羧酸酐中的至少一种结构的极性基团。


9.权利要求7所述的抗蚀剂组合物，其中所述聚合物还包含选自具有式(c1)至(c3)的重复单元中的至少一种类型的重复单元：



其中RA各自独立地为氢、氟、甲基或三氟甲基，
Z1为单键、亚苯基、-O-Z11-、-C(＝O)-O-Z11-或-C(＝O)-NH-Z11-，Z11为C1-C20烷烃二基、C2-C20烯烃二基或亚苯基，其可以含有羰基部分、酯键、醚键或羟基部分，
Z2为单键或-Z21-C(＝O)-O-,Z21为可含有杂原子的C1-C20二价烃基，
Z3为单键、亚甲基、亚乙基、亚苯基、氟化亚苯基、-O-Z31-、-C(＝O)-O-Z31-或-C(＝O)-NH-Z31-，Z31为C1-C6烷烃二基，C2-C6烯烃二基或亚苯基，其可以含有羰基部分、酯键、醚键或羟基部分，
R21和R22各自独立地为可含有杂原子的C1-C20一价烃基，R21和R22可以键合在一起以与它们所连接的硫原子形成环，
M-为非亲核抗衡离子，并且
A+为锍或碘鎓阳离子。


10.权...

【专利技术属性】
技术研发人员：福岛将大，
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