CN1529834A - 含有含多个酸不稳定部分的侧基团的聚合物的光刻胶组合物 - Google Patents

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Abstract

通过使用含有成像聚合物的光刻胶组合物得到的酸催化的正性光刻胶组合物,其可用193nm辐射和/或其它辐射成像并可显影形成具有改进的显影特性和改进的耐蚀刻性的光刻胶结构,该成像聚合物含有具有侧基的单体,该侧基含有多个酸不稳定部分。优选的包含多个酸不稳定部分的侧基的特征在于具有大体积端基。

Description

含有含多个酸不稳定部分的侧基团的聚合物的光刻胶组合物
相关申请的交叉引用
相关申请为:美国专利申请序号09/266,342,1999年3月11日提交,题目为“Photoresist Compositions with Cyclic Olefin Polymersand Additive”;美国专利申请序号09/266,343,1999年3月11日提交,题目为“Photoresist Compositions with Cyclic Olefin Polymersand Hydrophobic Non-Steroidal Alicyclic Additives”;美国专利申请序号09/266,341,1999年3月11日提交,现在为美国专利6,124,074,题目为“Photoresist Compositions with Cyclic Olefin Polymers andHydrophobic Non-Steroidal Multi-Alicyclic Additives”;和美国专利申请序号09/266,344,1999年3月11日提交,题目为“PhotoresistCompositions with Cyclic Olefin Polymers and Saturated SteroidAdditives”。其它相关申请为:美国专利申请序号09/566,395,2000年5月5日提交,现在为美国专利6,251,560,题目为“PhotoresistCompositions with Cyclic Olefin Polymers Having Lactone Moiety”;美国专利申请序号09/566,397,2000年5月5日提交,题目为“Copolymer Photoresist with Improved Etch Resistance”;美国专利申请序号09/639,784,2000年8月16日提交,题目为“ResistCompositions Containing Bulky Anhydride Additives”;和美国专利申请序号09/639,785,2000年8月16日提交,题目为“ResistCompositions Containing Lactone Additives”。上述申请的公开内容引入本申请作为参考。
发明背景:
微电子产业以及其它涉及微结构构造(例如微机械、磁阻磁头)的工业中,都不断有缩小特征尺寸的需求。在微电子产业中,其需求是缩小微电子装置的尺寸和/或在给定的芯片尺寸中提供更多的电路。
制造更小的装置的能力受到需可靠地分辨更小特征和间隙的光刻胶技术的限制。
光的性质在于更精细的分辨率部分受限于用来制造光刻图案的光(或其它辐射)波长。因此,使用短波长的光线已为光刻加工的发展趋势。最近发展的趋势由波长为350nm的I线辐射转移到波长为248nm的辐射。为了将来尺寸的减小,有可能需要使用193nm的辐射。但不幸的是目前光刻加工中供波长为248nm辐射使用的光刻胶组合物通常不适用于更短的波光。
光刻胶组合物不但必须有合适的光学特质,以在所需辐射波长下,能得到合适的影像分辨率,该组合物还需具有合适的化学与机械性质,使影像能从已图案化的光刻胶转移到其下的基材层。因此图案化曝光的正性光刻胶必须具有适当的溶解响应性(即在曝光区域中选择性溶解)以得到需要的光刻胶结构。鉴于在光刻技术中使用碱性显影剂水溶液已经累积有广泛的经验,所以在这些普遍使用的显影溶液中达到合适的溶解性是重要的。
图案化的光刻胶结构(显影后)必须能有足够的抗性足以使图案转移到其下的基材层上。一般,图案转移是经由湿化学蚀刻或离子蚀刻的方式进行。已图案化的光刻胶层能承受图案转移蚀刻加工,(即,光刻胶层的耐蚀刻性)是该光刻胶组合物的一项重要特征。
当某些光刻胶组合物被设计来用于光波长为193nm的辐射时,这些组合物往往因在上述一个或多个区域缺乏性能,而通常无法显现更短波长成像的真实分辨率的优点。上述参考文献中所公开的光刻胶组合物对先有技术的进步在于可将光刻技术应用于波长193nm光刻,但在光波长193nm光刻供光刻技术使用的光刻胶组合物仍需改进。例如,需要光刻胶组合物有较好的显影特性(例如分辨率、显影速度、对比度、收缩等),较好的耐蚀刻性,和提高的光刻加工范围(window)。尤其需要光刻胶组合物有改善的收缩特性。
发明概述:
本发明提供高分辨率的光刻胶组合物,具有(a)在曝光和/或曝光后烘烤时有较小的收缩;(b)改善的溶解特性;和/或(c)改进的配制/涂膜均一性。本发明组合物使用193nm成像辐射(也可能在其它波长的辐射)优选可成像。
本发明还提供使用本发明光刻胶组合物来形成光刻胶结构的光刻方法;以及以此种光刻胶结构将图案转移到其下的基材层的方法。本发明的光刻方法的特征优选地在于使用波长为193nm的紫外光进行图案化曝光。本发明方法优选能分辨尺寸小于约150nm的特征,更优选能分辨尺寸小于约130nm的特征,而没有使用相位移掩模。
本发明的一方面为一种光刻胶组合物,包含:(a)成像聚合物,和(b)对辐射敏感的酸生成剂,该成像聚合物至少包含具有自单体中可聚合部分侧面伸出的含多个酸不稳定部分的基团(以下简称「PALM」基团)。PALM基团可能自环状烯烃单体的侧面伸出,或自其它可形成成像聚合物主链的合适的单体单元的侧面伸出。PALM基团优选具有大体积的末端基团,例如脂环族基团和/或中等链长的烃(例如,C6-C10)。在没有产生的酸时,PALM基团优选地可抑制光刻胶组合物在碱性水溶液中溶解。
优选的是,该成像聚合物包含(i)在聚合物主链中的环状烯烃单体单元(即,组成该聚合物的单体单元中的可聚合部分);和/或(ii)位于PALM基团末端的作为大体积端基的脂环部分。在没有产生的酸时,该成像聚合物优选基本上不溶于碱性水溶液中,因此光刻胶是正性光刻胶。
本发明的其它态样为含PALM的单体与含该含PALM的单体的成像聚合物。
本发明另一方面为一种在基材上形成图案化光刻胶结构的方法,此方法包括:
(a)提供一基材,其具有本发明光刻胶组合物的表层,
(b)以成像辐射对该光刻胶层图案化曝光,使光刻胶层的一部分曝露于辐射;和
(c)让光刻胶层与碱性显影剂水溶液接触,以去除光刻胶层上被曝光部分,以形成图案化的光刻胶结构。
优选的是,在上述方法的步骤(b)中,使用波长为193nm的紫外光。本发明还包括利用含本发明组合物的图案化光刻胶结构来制造具导电、半导电、磁性或绝缘结构的方法。
本发明的这些及其它方面,将详细说明如下。
发明详细说明:
本发明光刻胶组合物的一般特征在于具有含PALM侧基团的单体单元的成像聚合物。这些组合物优选能以193nm辐射来提供高分辨率的光刻图案,具有:(a)在曝光和/或曝光后烘烤时有较小收缩;(b)改善的溶解特性;和/或(c)改进的配制/涂膜均一性。本发明还包括含本发明光刻胶组合物的图案化的光刻胶结构,以及形成光刻胶结构的方法和使用该光刻胶结构来形成导电、半导电和/或绝缘结构的方法。本发明还包括具有PALM侧基团的可聚合单体。
本发明光刻胶组合物一般包含(a)成像聚合物;和(b)辐射敏感的酸生成剂,该成像聚合物包含具PALM侧基团的单体单元。含PALM侧基团的优选的单体单元可以下式表示:
Figure A0280998700071
其中
(i)X为可与每一邻近羧基部分上的氧形成至少一个酸不稳定键和/或其本身含多个酸不稳定部分的组分,
(ii)M为优选的聚合主链部分,其独立地选自烯键部分和环状烯烃部分,或其它合适的可聚合部分,
(iii)Z为选自环烷基、直链烷基(C1-C3)、或其它合适的间隔部分;
(iv)p独立地为0或1;和
(v)Q为大体积的末端基团。
成像聚合物也可含有其它如下所述的单体单元,其会因聚合的难易度而影响主链单元M的选择。例如,若聚合物只包含其它含有环状烯烃聚合部分的单体单元时,则M优选系选自(a)含侧挂三氟甲基部分的烯键部分(当p为0时,M优选可形成三氟甲基丙烯酸酯的一部分);和(b)其它环状烯烃单体单元。若成像聚合物不含含环状烯烃聚合部分的单体单元,或若成像聚合物还包含可与环状烯烃单体进行自由基共聚合反应(例如美国专利申请序号09/566397号中所描述)的非环状烯烃单体单元时,M优选选自(a)烯键部分,其具有(i)三氟甲基侧基部分(p为0时,M优选可形成三氟甲基丙烯酸酯的一部分),(ii)甲基侧基部分(p为0时,M优选可形成甲基丙烯酸酯的一部分),或(iii)不含侧基部分(除了PALM基团-p为0时,M优选可形成丙烯酸酯的一部分);和(b)其它环状烯烃单体单元。
关于选取M的其它考虑因素还包括成像聚合物包含(i)聚合物主链中的环状烯烃单体单元(即,形成聚合物的单体单元中的可聚合部分);和/或(ii)在PALM基团的末端作为具大体积端基的脂环族部分的优选情况。因此,如果聚合物中没有其它单体单元含有可与环状烯烃聚合的部分,且末端基团Q不包含脂环族部分时,则M优选为一环状烯烃。否则在本发明中,只要能与成像聚合物中的其它单体相容,且产生的组合物的最终用途为光刻胶,则成像聚合物中的M可由任何合适的可聚合部分中选取。
以下为一些可能的M部分结构(II)的实例:
其中位置1代表与Z的键,或与羧基部分的直接键,且R1优选选自H、CH3、或CF3
X组分的结构可能会有所改变,只要(a)O-X键仍保持其酸不稳定性,以致其在暴露于辐射敏感酸生成剂辐射后所产生的酸时,该键可以断裂;和/或(b)X本身含有酸不稳定键(除与羧基部分中的氧的键以外)。优选的是,X使得每一O-X键代表至少一个酸不稳定部分,选自叔烷氧基(更优选丁烷氧基)、缩酮、和缩醛。该酸不稳定部分优选能与酸反应,因而产生更多的酸,且该成像聚合物链上的残余部分和带有大体积基团Q的残余部分,均可促进光刻胶中辐射曝光部分的碱溶性。若有需要,X可使酸不稳定部分在PALM基团的不同X-O位置上有所不同。更优选的是,X可使O-X-O代表两个键合在一起的酸不稳定酯基团。一般来说,优选X的选取使得除了含有Q的分子外,任一反应副产物分子为低分子量或分子体积使得在曝光或曝光后烘烤时曝光的光刻胶不会过多收缩。
因X部分具有两个键合位置,所以X部分可以有较多的酸不稳定(或其它形式)键(例如,X为具有三个官能基的己烷环)。其它可供选择的X结构可以含有核心部分(例如,一环状结构),具有一个或多个叔烷基侧基部分,由此酸不稳定键O-X介于羧基部分中的氧与X组分中的叔烷基部分之间。当光刻胶以193nm的成像辐射时,优选的是X部分不会引入任何不饱和碳键至光刻胶中。
末端基团Q优选是具有大体积的基团。更优选Q含有一个或多个大体积的构成,例如饱和的脂环族结构。Q优选不含不饱和碳-碳键。优选的脂环族结构选自降冰片基(norbornyl)、金刚烷基与饱和稠合的多环烃类(更优选双环)。或者,大体积构成可以为非环状饱和烃(直链或支链),优选含至少10个碳原子。
成像聚合物可以为上述含有PALM基团的单体的均聚物,或者也可包含除了该含PALM基团的单体外的其它单体单元。例如成像聚合物可以含有一种或多种下列单体:(a)含酸不稳定部分(非PALM基团)的环状烯烃单体,其可抑制光刻胶在碱性水溶液中溶解;(b)含极性部分的环状烯烃单体,其可促进光刻胶在碱性水溶液中溶解;(c)含有如美国专利申请序号09/566395的内酯侧基部分的环状烯烃单体;(d)不属于(a)-(c)的其它环状烯烃单体单元,例如不含侧基部分的单体单元、侧基部分为不具极性与不具酸不稳定性等等;(e)可与含PALM基团的单体进行自由基共聚反应的非环状烯烃单体,如美国专利申请序号09/566397所述的那些;(f)可与含PALM基团的单体进行加成聚合反应的非环状烯烃单体(例如,丙烯酸酯单体);和/或(g)其它可与光刻胶成分中的聚合物的官能团相容的单体。
如上所述,含PALM基团单体中的M的选择,与成像聚合物中所含的任何其它单体的选择,优选使得该成像聚合物含有环状烯烃主链单元和/或使其至少一些侧基团中具有脂环族部分。
环状烯烃单元(a)可为任何至少含有酸不稳定部分的环状烯烃单体单元,该酸不稳定部分抑制在碱水溶液中的溶解。这种环状烯烃单体的例子可由下式(III)表示,其中R2代表一酸不稳定保护部分,且n为0或一些正整数(优选是0或1)。
更优选是,该环状烯烃单元(a)选自下列:
其中R2代表酸不稳定保护部分。优选的酸不稳定保护部分选自叔烷基(或环烷基)羧基酯(例如叔丁基、甲基环戊基、甲基环己基、甲基金刚烷基)、酯缩酮、及酯缩醛。叔丁基羧基酯与甲基环己基为上述部分中最优选的酸不稳定保护部分。若需要,使用时可组合具有不同保护官能基的环状烯烃单元(a)。
环状烯烃单元(b)可以为任何具极性官能基团的环状烯烃单体单元,该极性官能团可促进碱性水溶液中溶解度。环状烯烃单体的例子包括下列以式(V)表示的单体,其中R3代表酸性极性部分,n为0或一些正整数(优选0或1):
更优选,环状烯烃单元(b)可选自下列:
其中R3代表极性部分(优选为酸性极性部分),其可促进在碱性水溶液中的溶解度。酸性极性部分优选具有pKa约为13或更低。优选的酸性极性部分含有极性基团,该极性基团选自羧基、磺酰胺基、氟代醇和其它酸性极性基团。优选的酸性极性部分为羧基。若需要,可组合具有不同酸性极性官能基的环状烯烃单元(b)来使用。
环状烯烃单体单元(d)优选是具有下列结构:
Figure A0280998700131
其中n为0或整数,R4系选自氢、C1-C6烷基和磺酰胺基。更优选的是,单体单元(d)系选自下列结构式:
Figure A0280998700132
其中R4系选自氢、C1-C6烷基。若需要,可组合环状烯烃单元(d)来使用。优选的环状烯烃单元(d)为R4是C3-C5烷基,更优选是,R4是C4烷基。
一般来说,应用于制造集成电路结构和其它微结构的光刻加工时,本发明的成像聚合物优选包含约10摩尔%的含PALM的单体单元,更优选含有10-50摩尔%的含PALM的单体单元,最优选含20-40摩尔%的含PALM的单体单元。除此以外,成像聚合物中的其它组成量,优选是当聚合物以193nm的光进行成像辐射时可作为光刻胶配方的那些(即,在这些聚合物中,以含PALM基团的单体单元,代替部分含酸不稳定部分的单体单元)。因此,举例来说,在本处引入作为参考的美国专利5,843,624、6,124,074、6,177,228与美国专利申请序号09/566,395与09/566,397所公开的聚合物中,含有酸不稳定部分的特定单体单元的至少一部分可以被含PALM的单体取代。本发明并不限于将含PALM的单体单元用于任一特定聚合物或指定的光刻胶配方中。
除了成像聚合物,本发明的光刻胶组合物含有对辐射敏感(光敏感)的酸生成剂。本发明不限于使用任何特定的酸生成剂或酸生成剂的组合,所以本发明的优点之一为可使用现有技术中各种已知的酸生成剂。优选的酸生成剂为含有减少量(或优选为零)的芳基部分。当使用含芳基的酸生成剂时,酸生成剂于193nm波长下的吸收特性可能会限制配方中可包含的酸生成剂的量。
合适的酸生成剂实例包括(但优选为以烷基来取代一个或多个任一指定的芳基部分)鎓盐,例如三芳基硫鎓六氟锑酸盐、双芳基碘鎓六氟锑酸盐,六氟砷酸盐,三氟甲磺酸盐,全氟烷基磺酸盐(例如,全氟甲烷磺酸盐、全氟丁烷、全氟己烷磺酸盐、全氟辛烷磺酸盐等),取代芳族的磺酸酯,如焦棓酚(例如,焦棓酚的均苯三酸酯或焦棓酚的三(磺酸酯)),羟基酰亚胺的磺酸酯,N-磺酰氧基萘二甲酰亚胺类(N-樟脑磺酰氧基萘二甲酰亚胺、N-五氟苯磺酰氧基萘二甲酰亚胺),α-α′双-磺酰基叠氮甲烷,萘-4-叠氮,烷基二砜及其它。
本发明光刻胶组合物优选还包含体积较大的疏水性添加剂(「BH」添加剂),其在193nm下几乎为透明的。「BH」添加剂通常对常规碱性显影水溶液赋予和/或提高分辨超精细光刻特征的能力。BH添加剂优选特征在于含有至少一个环脂族部分。优选的是,该BH添加剂含有至少约10个碳原子,更优选含有至少14个碳原子,最优选含有约14至60个碳原子。优选的BH添加剂含有一个或更多的另外部分例如侧酸不稳定基团,其在酸存在时断裂,以提供促进光刻胶辐射曝光部分的碱溶解度的成分。优选的BH添加剂选自饱和胆固醇类化合物、非胆固醇类的环脂族化合物、和在至少两个脂环族部分之间含多个酸不稳定连接基团的非胆固醇类的多环脂族化合物。更优选的BH添加剂包括诸如叔丁基-3-三氟乙酰石胆酸酯的类的石胆酸酯(lithochlates)、叔丁基金刚烷基羧酸酯及叔丁基双-金刚烷基羧酸酯。叔丁基双-金刚烷基羧酸酯为最优选的「BH」添加剂,若有需要可组合不同「BH」添加剂使用。
本发明光刻胶组合物,在施用于所需基材之前,通常含有溶剂。溶剂可为任何常规的与酸催化光刻胶一起使用且不会对组成成分效能产生不利效果的溶剂。优选的溶剂为丙二醇单甲基醚醋酸酯、环己酮和乙基纤维素乙酸酯。
本发明的组合物可以进一步包含少量的辅助成分,例如现有技术中已知的染料/增感剂、碱性添加剂等。优选的碱性添加剂为可清除痕量酸、并对光刻胶效能没有不利影响的弱碱。优选的碱添加剂为(脂肪族或脂环族)叔烷基胺或氢氧化叔烷基铵,例如氢氧化叔丁铵(TBAH)。
本发明光刻胶组合物优选含有占组合物中全部成像聚合物总重量约0.5-20%(更优选约3-15重量%)的酸生成剂。当存在溶剂时,总组合物优选含约为50-90重量%的溶剂。组合物优选含约占全部成像聚合物总重1重量%或更低的前述碱添加剂。本发明光刻胶组合物优选系含有至少占组合物中全部成像聚合物约5重量%的BH添加剂,更优选约10-25重量%的BH添加剂,最优选是约10-20重量%的BH添加剂。
本发明含PALM的单体与其它单体可通过已知的技术进行合成。例如,当M为烯键部分时,下列含PALM的单体结构(IX)可以通过下述实施例1的合成路线合成。
Figure A0280998700151
其中含PALM的聚合物具有烯键主链,实施例2例示了利用自由基聚合反应进行聚合的实例。
本发明并不限于任何特定成像聚合物的合成方法。成像聚合物优选的合成方式为加成聚合或自由基聚合反应。其它适用于环状烯烃聚合物与其它聚合物的技术公开于美国专利5,468,819、5,705,503、5,843,624与6,048,664其公开内容在此引入作为参考。本发明中的成像聚合物优选的平均分子量约为5,000-100,000,更优选约10,000-50,000。当本发明以含PALM的单体描述时,应当理解本发明还包含在聚合反应后于聚合物上形成PALM基团的成像聚合物。
本发明光刻胶组合物可以通过结合成像聚合物、酸生成剂、任选的BH添加剂与任何其它需要的成分以常规方法制备。光刻加工中使用的光刻胶组合物一般都含有相当量的溶剂。
本发明光刻胶组合物在以半导体基材制造集成电路为目的的光刻加工中特别有用。尤其在波长193nm的紫外光下进行的光刻加工。当需要使用其它辐射(中紫外光、248nm深紫外光、x光或电子束)时,本发明中的成分可以加入染料或增感剂加以调整(若有必要)。以下叙述应用本发明光刻胶组合物制造半导体的光刻加工的一般用法。
半导体光刻应用通常包括将图案转移到半导体基材的一层材料上。该半导体基材的材料层可以为金属导电层、陶瓷绝缘层、半导体层或其它材料,视最终产品对材料的需求或处于制造过程中哪一阶段而定。在许多例子中,抗反射涂层(ARC)会在施用光刻胶层前涂布于材料层上。ARC层可为任何传统的与酸催化光刻胶相容的ARC。
通常,含有溶剂的光刻胶组合物使用旋涂其它技术将其施用于所需半导体基材上。之后,覆有该光刻胶的基材优选被加热(曝光前预烘烤)以去除溶剂并增加光刻胶层的内聚性。覆盖层厚度优选尽量薄,前提是该厚度优选基本上均匀,并且该光刻胶层足以经受后续加工(一般为反应性离子蚀刻),以将光刻图案转移到其下的基材材料层。曝光前预烘烤阶段优选需时约10秒到15分钟,更优选约15秒到1分钟。优选的曝光前预烘烤阶段温度至少比玻璃转化温度低20℃。
将溶剂去除后,光刻胶层随后图案化曝光于所需波长(例如波长为193nm的紫外光)的辐射。当使用扫描粒子束,例如电子束时,通过扫瞄基材并选择性地使粒子束打到所需图案上以实现图案化曝光。更通常,例如193nm的紫外光的波状辐射照射时,图案化曝光通过置放于光刻胶层上的掩模实现。对于波长为193nm的紫外光,总曝光能量优选控制在约100毫焦耳/平方厘米或更低,更优选约50毫焦耳/平方厘米或更低(例如15-30毫焦耳/平方厘米)。
所需的图案化曝光之后,烘烤光刻胶层以进一步完成酸催化反应,并提高曝光图案的对比度。曝光后烘烤步骤优选于约100-175℃下进行,更优选约125-160℃。曝光后烘烤时间优选为约30秒到5分钟。
曝光后烘烤之后,通过将光刻胶层与碱性溶液接触,使碱性溶液选择性地溶解曝光的光刻胶层区域,而得到(显影到)具有所需的图案的光刻胶结构。优选的碱性溶液(显影剂)为氢氧化四甲铵水溶液。优选地,本发明的光刻胶组合物可以以常规0.26N碱性水溶液显影。本发明的光刻胶组合物或者也可以以0.14N或0.21N或其它碱性水溶液显影。基材上得到的光刻胶结构通常随后干燥,以去除剩余的显影溶剂。本发明光刻胶组合物通常特性为产品的光刻胶结构具有高耐蚀刻的性质。在一些实例中,可以利用现有技术中的后甲硅烷化反应技术进一步增强光刻胶结构的耐蚀刻性。本发明中的组合物可以再现光刻特征。
来自光刻胶结构的图案可以转移到其下的基材材料(例如陶瓷、金属或半导体)上。该转移一般可以由反应生离子蚀刻或其它蚀刻技术。对于反应性离子蚀刻时,光刻胶层的耐蚀刻能力特别重要。因此本发明中的组合物与得到的光刻胶结构可用来形成图案化的材料层结构,例如金属线路、连接孔或通孔、绝缘部分(例如镶嵌沟槽(damascenetrenches)或浅沟槽绝缘)、电容结构用沟槽等设计集成电路装置时会使用的部分。
制备这些的方法(陶瓷、金属或半导体)特征一般包括提供用来形成图案的材料层或部分,通过覆盖光刻胶层于该材料层或部分上,对光刻胶层图案化曝光,将曝光的光刻胶层置于溶剂中使图案显影,对光刻胶层下的层在图案间隔处蚀刻,由此形成具所需的图案化的材料层或部分,之后自基材上移除剩余的光刻胶。在某些实例中,硬掩模可用于光刻胶层的下方以帮助图案转移到其下的材料层或部分。上述加工的实例可参考美国专利4,855,017、5,362,663、5,429,710、5,562,801、5,618,751、5,744,376、5,801,094、5,821,169所公开的加工,其内容引入本申请作为参考。其它图案移转加工可参阅Wayne Moreau所着“Semiconductor Lithography,Principles,Practices,andMaterials”一书中第12、13章(Plenum Press,1988)。
但本发明并不限于任一特定的光刻技术或装置结构。
实施例1
合成PALM-甲基丙烯酸酯单体(IX)
向43.4克(0.297摩尔)的2,5-二甲基-2,5-己二醇于600毫升的二氯甲烷的溶液中,于室温下加入30.0克(0.297摩尔)的三乙胺。将溶液冷却到约10℃。利用漏斗以五小时的时间,加入65.0克(0.327摩尔)的1-金刚烷基碳酰氯于250毫升二氯甲烷的溶液。加完后,以回流条件搅拌混合溶液17小时。将溶液过滤,滤掉反应中形成的三乙胺的氢氯化物。滤出液以水(X400毫升)冲洗三次,并以无水硫酸镁脱水,之后以减压浓缩方式进行浓缩。浓缩滤液通过层析柱(硅胶、己烷/二氯甲烷:1/1),得到63.9克产物。产物以核磁共振光谱鉴别为2-(1-金刚烷羧氧基)-2,5-二甲基-5-己醇。
将23.8克(0.228摩尔)经蒸馏的甲基丙烯酰氯于二氯甲烷500毫升的溶液,以漏斗逐滴加入63.9克(0.207摩尔)2-(1-金刚烷羧氧基)-2,5-二甲基-5-己醇(上述得到)与23.1克(0.228摩尔)的三乙胺的500毫升二氯甲烷溶液中。加完后,反应混合物室温下搅拌15小时,再处于回流条件下24小时。过滤反应混合物以滤掉反应中形成的三乙胺氢氯化物。滤出液以水(X400毫升)冲洗三次,并以无水硫酸镁脱水,之后以减压浓缩方式进行浓缩。浓缩滤液之后通过层析柱(硅胶、己烷/醋酸乙酯:85/15)三次,得到60克产物。产物为PALM-甲基丙烯酸酯单体(IX)。
实施例2
聚合物合成
将0.135克(0.000821摩尔)的2-2’偶氮二异丁腈(AIBN)加入到5.7克(0.0156摩尔)的PALM甲基丙烯酸酯(PALM)、3.48克(0.0156摩尔)的甲基丙烯酸异冰片基酯(IBMA)、与4.0克(0.0235摩尔)甲基丙烯酰氧基丁内酯(GBLMA)的75.5克THF溶液中。反应混合物在氮气中缓慢回流并并进一步在回流环境中搅拌42小时。聚合反应完成后,冷却至室温,移至1.2升甲醇中,使其产生沉淀,搅拌一小时后过滤。过滤所得的(PALM-IBMA-GBLMA)聚合物在真空、50℃的条件下烘干过夜。
实施例3
光刻评估
为了光刻实验,含有PALM-IBMA-GBLMA共聚合物的光刻胶配方可结合下列材料加以制备,表示为重量份。
丙二醇单甲基醚醋酸酯                                 87.6
PALM-IBMA-GBLMA共聚物                                12
二-叔丁基苯碘鎓全氟辛烷磺酸盐                        0.36
全氟丁基磺酰氧基双环[2.2.1]-庚-5-烯-2,3-二碳酰亚氨  0.06
(dicarboximide)
氢氧化四丁铵                                         0.024
光刻胶配方利用旋涂(30秒)方式涂布于硅晶片的抗反射材料层上(AR19,Shipley Company)。光刻胶层以130℃的条件于真空加热板上进行软烘烤60秒得到约0.4mm厚的薄膜。晶片之后以193nm辐射曝光(Nikon stepper,0.6NA)。曝光所得到的图案为具有不同尺寸,最小为0.1mm的线与间隔的阵列。曝光后的晶片之后于真空加热板上以150℃进行曝光后烘烤90秒。之后晶片以0.263N氢氧化四甲铵显影液(puddle)显影。之后形成的图案以扫瞄式电子显微镜(SEM)加以检查。150nm或以上的线/间隔对可以达到具有清楚轮廓的分辨效果。
在收缩实验中,光刻胶配方利用旋转涂布(30秒)涂于硅晶片的抗反射材料层上(AR19,Shipley Company)。光刻胶层以130℃的条件于真空加热板上进行软烘烤60秒以得到0.4mm厚的薄膜。之后晶片以波长为193nm的辐射在不同剂量下加以曝光(Nikon stepper,0.6NA)。曝光过后的晶片之后于真空加热板上以150℃进行曝光后烘烤(PEB)90秒。在不同剂量下的薄膜厚度用Nanospec.测量。薄膜收缩通过曝光前与曝光后的厚度差异计算。
由薄膜收缩实验证实具大体积的去保护产物(1-金刚烷羧酸)在进行PEB的后,仍存于光刻胶薄膜中。

Claims (10)

1.一种光刻胶组合物,包含(a)成像聚合物、和(b)对辐射敏感的酸生成剂,所述成像聚合物包含具有自单体聚合部分侧面伸出的基团的单体单元,该侧基(PALM基团)含有多个酸不稳定部分。
2.如权利要求1的组合物,其中该成像聚合物包含(i)在所述聚合物主链部分上的环状烯烃单体单元,和/或(ii)在所述PALM基团的末端的作为大体积端基的脂环族部分。
3.如权利要求1的组合物,其中所述含PALM基团的单体单元包含大体积端基,其选自环脂族部分和无环饱和烃,所述大体积端基含至少10个碳原子。
4.如权利要求1的组合物,其中所述含PALM单体单元包含主链部分,该主链部分选自环状烯烃部分和烯键部分。
5.如权利要求1的组合物,其中所述成像聚合物还包含至少一种单元单体,该单体单元选自下列物质:(a)含除PALM基团以外的可抑制光刻胶在碱性水溶液中的溶解度的酸不稳定部分的环状烯烃单体单元;(b)含促进所述光刻胶在碱性水溶液中的溶解度的极性部分的环状烯烃单体单元;(c)含内酯侧基部分的环状烯烃单体单元;(d)不含侧基部分、或侧基部分为非极性和非酸不稳定性的环状烯烃单体单元;(e)可与上述含PALM基团的单体单元进行自由基反应的非环状烯烃单体单元;和(f)可与上述含PALM基团单体单元进行加成聚合反应的非环状烯烃单体单元。
6.权利要求1的组合物,其中(i)所述组合物含至少约0.5重量%的所述辐射敏感酸生成剂,基于所述成像聚合物的重量,和(ii)所述成像聚合物含有至少约20摩尔%的含PALM单体单元。
7.用权利要求1-6任一项的光刻胶组合物在基材上形成图案化材料结构的方法,所述材料选自半导体、陶瓷和金属,上述方法包括:
(A)提供具有上述材料层的基材;
(B)将权利要求1-8任一项的光刻胶组合物涂于所述基材以在所述基材上形成光刻胶层;
(C)对所述基材图案化曝光,由此通过所述辐射在所述光刻胶层的曝光区域由所述酸生成剂生成酸;
(D)让该基材与碱性显影剂水溶液接触,由此所述光刻胶层上所述曝光部分被所述显影溶液选择性地溶解,以露出经图案化的光刻胶结构;和
(E)穿过所述光刻胶结构图案中的间隔蚀刻所述材料层,将光刻胶结构图案转移到所述材料层上。
8.如权利要求7的方法,其中在上述材料层与上述光刻胶层中提供至少一个中间层,且步骤(E)包括蚀刻穿过上述中间层。
9.如权利要求7的方法,其中所述辐射波长约为193nm。
10.如权利要求7的方法,其中该基材于步骤(C)与(D)之间进行烘烤。
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