專利名稱：堿反應(yīng)性光酸發(fā)生劑以及包含其的光致抗蝕劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新的光酸發(fā)生劑化合物(“PAG”)和包含這些化合物的光致抗蝕劑組合物。尤其地，本發(fā)明涉及包括堿反應(yīng)性基團(tuán)的光酸發(fā)生劑化合物。包含這些PAG的正性和負(fù)性作用化學(xué)放大抗蝕劑，在短波輻射如低于300nm和低于200nm輻射下成像，是特別優(yōu)選的。
背景技術(shù)：
光致抗蝕劑是將圖像轉(zhuǎn)移至基底的光敏性薄膜。它們形成負(fù)像或正像。將光致抗蝕劑涂覆在基底上之后，涂層透過有圖案的光掩模暴露于激發(fā)能量源(source of activating energy)例如紫外光,在光致抗蝕劑涂層上形成潛像。光掩模具有對(duì)激發(fā)福射不透明和透明的區(qū)域，能夠使得想要的圖像轉(zhuǎn)移到下ー層的基底上。在抗蝕劑涂層中的潛像圖案經(jīng)過顯影得到浮雕圖像。光致抗蝕劑的使用是本領(lǐng)域技術(shù)人員通常所熟知的。已知的光致抗蝕劑對(duì)于許多現(xiàn)有的商業(yè)用途來說，能夠提供充足的分辨率和尺寸。但是為了實(shí)現(xiàn)許多其他的用途，新的光致抗蝕劑需要能夠在亞微米尺寸上提供高分辨圖像。已經(jīng)有很多改變已有光致抗蝕劑組合物，來改善其功能性特性的嘗試。例如，已經(jīng)有嘗試通過改變使用的PAG以改善光致抗蝕劑性能。例如，參見公開的U. S. 2010/0081088， 在其它方面中，多種光活性化合物用于光致抗蝕劑組合物。公開于U. S. 2010/0081088中的某些PAG在PAG锍陽離子上具有酯基片段，具有極其慢的堿促進(jìn)裂解，因此對(duì)于光致抗蝕劑的光刻效果幾乎沒有有益效果。仍然需要光酸發(fā)生劑具有相對(duì)快的堿促進(jìn)裂解速率。這些光酸發(fā)生劑有助于光致抗蝕劑的光刻效果，如對(duì)于由光致抗蝕劑組合物形成的抗蝕劑浮雕圖像顯示出減少的缺陷，和/或提供改善的曝光寬容度(exposure latitude, EL),和/或減少的掩模錯(cuò)誤指數(shù) (MEF)。

發(fā)明內(nèi)容
我們現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)既可用于正性作用或負(fù)性作用光致抗蝕劑組合物的新穎光酸發(fā)生劑化合物(PAG)。尤其地，提供了具有一個(gè)或多個(gè)堿-反應(yīng)性片段的光酸發(fā)生劑化合物，特別是堿反應(yīng)性片段在曝光和后曝光光刻處理步驟后反應(yīng)。優(yōu)選地，堿-反應(yīng)性片段在處理時(shí)與堿性顯影劑組合物水溶液反應(yīng)，如0. 26N氫氧化四甲基銨顯影劑水性組合物。本發(fā)明提供了ー種式⑴或(II)的光酸發(fā)生劑化合物(I) R5M+R6RVO3S-R1p-Xy- (R2ZwR3) x(II) (Pg-R4-Z2) ^R5M+R6RVO3S-R1p-Xy-(R2ZwR3)xl (R2Z1-R4Pg) g2其中每個(gè)R1選自(C1-Cltl)烷基、含雜原子的(C1-Cltl)烷基、氟代(C1-Cltl)烷基、含雜原子的氟代(C1-Cltl)烷基、(C6-Cltl)芳基和氟代(C6-Cltl)芳基；每個(gè)R2是化學(xué)鍵或(C「C3(I) 烴基；每個(gè)R3是H或(C1-C3tl)烴基；姆個(gè)R4是化學(xué)鍵或(C1-C3tl)烴基；R5、R6和R7獨(dú)立地選自任選取代的碳環(huán)芳基、烯丙基和任選取代的(C1-C2tl)烷基；x是化學(xué)鍵或ニ價(jià)連接基團(tuán)；z 選自 3 -雜原子-取代內(nèi)酯、こ酰こ酸酉旨(acetoacetoxy ester)、_C (0) _0_C (0)-R1-、-。(CF 3) 20-、_C00-Rf-、-SO3-Rf-、_CH3_z (CH2OC ( = 0) -Rf-) z 和包括喊反應(yīng)性基團(tuán)的(C5-C30)環(huán)經(jīng)基； Z1是ニ價(jià)堿反應(yīng)性基團(tuán)；Z2選自P -雜原子-取代內(nèi)酷、-C(O)-O-C(O)-R1-,こ酰こ酸酷、 -COO-Rf-、-SO3-Rf-、-CH3_z (CH2OC ( = 0)-Rf-) z 和包括堿反應(yīng)性基團(tuán)的(C5-C3tl)環(huán)烴基；姆個(gè) Rf 獨(dú)立為氟代(C1-C10)燒基；Pg 為可聚合基團(tuán)；p = 0-6 ；w = 1-3 ；x = 1-4 ；xl = 0-4 ；y = 0-5 ；z = 1-2 ；gl = 0-3 ；g2 = 0-3 ；r = 0-1 ;MiS或 I ;其中當(dāng) M = I 時(shí)，r = 0,當(dāng) M = S 時(shí)，r = I,前提是gl和gl中的至少ー個(gè)デO。另外，本發(fā)明提供了聚合物，其包括如上所述的ー個(gè)或多個(gè)式(II)表示的光酸發(fā)生劑化合物作為聚合単元。這些聚合物在光致抗蝕劑組合物中用作光酸發(fā)生劑。本發(fā)明也提供了一種光致抗蝕劑組合物，其包括上述任意光酸發(fā)生劑化合物。而且，本發(fā)明提供了ー種形成浮雕圖像的方法，包括(a)將上述光致抗蝕劑組合物的涂層施加到基底上；和(b)使光致抗蝕劑涂層暴露于形成圖案的激發(fā)輻射，以及使暴露的光致抗蝕劑涂層顯影以提供浮雕圖像。浮雕圖像(如成像線條具有基本垂直的面)具有小于四分之一微米的尺寸或更小，如小于0. 2或小于0. I微米的尺寸。此處所用到的術(shù)語“烷基”包括直鏈、支鏈和環(huán)烷基。此處所用的術(shù)語“氟代烷基” 指的是具有一個(gè)或多個(gè)其氫原子被ー個(gè)或多個(gè)氟原子取代的的烷基。氟代烷基包括從單氟代烷基到全氟代烷基的所有氟取代。術(shù)語“(甲基)丙烯酸酷”包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酷。同樣的，術(shù)語“(甲基)丙烯酸”包括丙烯酸和甲基丙烯酸。冠詞“一”和“一個(gè)”指的是單數(shù)和復(fù)數(shù)。下述縮寫具有下述含義V =攝氏度；nm =納米；ii m =微=微米；cm =厘米;mj =毫焦；wt%=重量百分比；和PAG =光酸發(fā)生劑。如無相其他明，所有比例是摩爾比。正如此處指出的，堿反應(yīng)性基團(tuán)在包括堿反應(yīng)性基團(tuán)的光致抗蝕劑進(jìn)行顯影步驟前，不會(huì)顯著反應(yīng)(如，不會(huì)經(jīng)歷鍵斷裂反應(yīng))。因此，例如，堿反應(yīng)性基團(tuán)在前曝光軟烘焙、 曝光和后曝光烘焙步驟的中基本是惰性的。“基本惰性的”指的是< 5%，優(yōu)選< 1%的堿反應(yīng)性基團(tuán)(或片段)會(huì)在前曝光軟烘焙、曝光和后曝光烘焙步驟中分解、斷裂或反應(yīng)。此處的堿反應(yīng)性基團(tuán)在通常的光致抗蝕劑顯影條件下一般可進(jìn)行反應(yīng)，如利用0. 26N氫氧化四丁基銨顯影劑組合物的單水坑式(single puddle)顯影。本發(fā)明的光酸發(fā)生劑化合物組分的優(yōu)選堿反應(yīng)性基團(tuán)在用堿(如堿性水性顯影劑)處理時(shí)可提供ー個(gè)或多個(gè)輕基、ー個(gè)或多個(gè)羧酸基、ー個(gè)或多個(gè)磺酸基團(tuán)和/或ー個(gè)或多個(gè)使光致抗蝕劑涂層更親水的其它極性基團(tuán)。不被任何理論所限定，令人相信的是本發(fā)明的光致抗蝕劑使光致抗蝕劑浮雕圖像的表面更親水，產(chǎn)生較少的缺陷，這是因?yàn)樵陲@影步驟中，堿反應(yīng)性基團(tuán)反應(yīng)以及在光酸發(fā)生劑上生成更極性(親水性)基團(tuán)，減少了缺陷的發(fā)生，特別是在顯影過程中要露出的基底區(qū)域中的有機(jī)材料殘留。不被任何理論所限定，令人相信的是本發(fā)明的光酸發(fā)生劑化合物可在抗蝕劑膜中產(chǎn)生令人滿意的低PAG酸擴(kuò)散以及減少了顯影后的缺陷。令人進(jìn)ー步相信的是，包含現(xiàn)有PAG的光致抗蝕劑組合物相對(duì)于傳統(tǒng)光致抗蝕劑，顯示改善的曝光寬容度 (EL)，和/或更少的掩模錯(cuò)誤指數(shù)(MEF)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的PAG具有式⑴或(II)(I) R5M+R6RVO3S-R1p-Xy- (R2ZwR3) x(II) (Pg-R4-Z2) ^R5M+R6RVO3S-R1p-Xy-(R2ZwR3)xl (R2Z1-R4Pg) g2其中每個(gè)R1選自(C1-Cltl)烷基、含雜原子的(C1-Cltl)烷基、氟代(C1-Cltl)烷基、含雜原子的氟代(C1-Cltl)烷基、(C6-Cltl)芳基和氟代(C6-Cltl)芳基；每個(gè)R2是化學(xué)鍵或(C1-C3tl)烴基；每個(gè)R3是H或(C1-C3tl)烴基；每個(gè)R4是化學(xué)鍵或(C1-C3tl)烴基；R5、R6和R7獨(dú)立地選自任選取代的碳環(huán)芳基、烯丙基和任選取代的(C1-C2tl)烷基；X是化學(xué)鍵或ニ價(jià)連接基團(tuán)；Z選自 3 -雜原子-取代內(nèi)酷、こ酸こ酸酷、-C(0)-O-C(0)-R1-^-C(CF3)20_、-COO-Rf-、-SO3-Rf-、-CH 3_z (CH2OC ( = 0)-Rf-) z和包括堿反應(yīng)性基團(tuán)的(C5-C3tl)環(huán)烴基グ是ニ價(jià)堿反應(yīng)性基團(tuán)；Z2選自 ^ -雜原子-取代內(nèi)酷、-C (0) -O-C (0) -R1-,こ酰こ酸酷、-COO-Rf、-S03-Rf、_CH3_Z (CH2OC (= 0)-Rf-) z和包括堿反應(yīng)性基團(tuán)的(C5-C3tl)環(huán)烴基；每個(gè)Rf獨(dú)立為氟代(C1-Cltl)烷基；Pg為可聚合基團(tuán)；P = 0-6 ；w = 1-3 ；x = 1-4 ；xl = 0-4 ；y = 0-5 ；z = 1-2 ；gl = 0-3 ；g2 = 0-3 ； r = 0-1 ;M是S或I ;其中當(dāng)M=I時(shí)，r = 0,當(dāng)M = S時(shí)，r = I,前提是gl和g2中的至少一個(gè)デO。優(yōu)選地，R1是(CRa2)n，其中每個(gè)Ra選自H、F、(C「C1Q)烷基和氟代(C1-Cltl)烷基；和 n = 0-6，優(yōu)選地0-4，更優(yōu)選1-4。更優(yōu)選Ra選自H、F、氟代(C1-Cltl)烷基，更優(yōu)選H、F、氟代(C1-C6)烷基，和更優(yōu)選F和氟代(C1-C6)烷基。R3可為任意適合的(C1-C3tl)烴基。示例性的烴基包括(C「C3(I)烷基、氟代(C1-C3tl) 烷基和(C6-C2tl)芳基。優(yōu)選R3選自H、(C1-C30)烷基、氟代(C1-C3tl)烷基和(C6-C2tl)芳基。R4可為任意適合的(C1-C3tl)烴基。示例性的烴基包括(C「C3Q)烷基、氟代(C1-C3tl) 烷基和(C6-C2tl)芳基。優(yōu)選R4選自化學(xué)鍵、(C1-C3tl)烷基、氟代(C1-C3tl)烷基和(C6-C2tl)芳基。X優(yōu)選是ニ價(jià)連接基團(tuán)。各種ニ價(jià)連接基團(tuán)可用于X。示例性ニ價(jià)連接基團(tuán)包括包含C1-C3tl的基團(tuán)，優(yōu)選具有選自O(shè)、N、S及其組合中的ー個(gè)或多個(gè)雜原子的基團(tuán)。其它適合的ニ價(jià)連接基團(tuán)是含雜原子官能團(tuán)，如那些式-X2tl-(Y2 = X3)X3t2-,其中X2 = O、S或NR ; Y2 = C、S或S = 0, X3 = 0或S ;tl = 0或I ;t2 = 0或I表示的基團(tuán)。優(yōu)選的ニ價(jià)連接基團(tuán)包括具有下述ー個(gè)或多個(gè)的任意ニ價(jià)基團(tuán)-C(0)0-、-C(O) S-、-so3-、-s(O)-、-SO2-,
權(quán)利要求
1.ー種式(I)或(II)的光酸發(fā)生劑化合物
2.一種聚合物，所述聚合物包括作為聚合単元的根據(jù)權(quán)利要求I的式(II)的光酸發(fā)生劑化合物。
3.—種光致抗蝕劑組合物，所述組合物包括權(quán)利要求2所述的聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光酸發(fā)生劑化合物，其中X選自
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光酸發(fā)生劑化合物，其中所述￠-雜原子-取代內(nèi)酯具有下述分子式之一其中rl和r2獨(dú)立地為1-10 ；ql和q2獨(dú)立地為1-10 ；R3和R4獨(dú)立地選自(C1-C10)烴基，R5是H或(C1-Cltl)烴基。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光酸發(fā)生劑化合物，其中所述￠-雜原子-取代內(nèi)酯具有下述分子式之一
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光酸發(fā)生劑化合物，其中Pg包括(甲基)丙烯酸基團(tuán)或こ烯
8.—種光致抗蝕劑組合物，所述組合物包括權(quán)利要求I所述的光酸發(fā)生劑化合物。
9.ー種在基材上形成光致抗蝕劑浮雕圖像的方法，所述方法包括(a)將權(quán)利要求8的光致抗蝕劑組合物的涂層施加到基材上；和(b)使光致抗蝕劑涂層暴露于圖案化的激發(fā)輻射，以及使暴露的光致抗蝕劑涂層顯影以提供浮雕圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)ー步包括利用堿性顯影劑水溶液使暴露的光致抗蝕劑層顯影，使得一個(gè)或多個(gè)堿反應(yīng)性基團(tuán)進(jìn)行鍵斷裂反應(yīng)以得到一個(gè)或多個(gè)極性基團(tuán)。
全文摘要
堿反應(yīng)性光酸發(fā)生劑以及包含其的光致抗蝕劑。本發(fā)明涉及新的光酸發(fā)生劑化合物和包含這些化合物的光致抗蝕劑組合物。尤其地，本發(fā)明涉及包括堿式斷裂基團(tuán)的光酸發(fā)生劑化合物。提供了一種式(I)或(II)的光酸發(fā)生劑化合物(I)R5M+R6R7r-O3S-R1p-Xy-(R2ZwR3)x；(II)(Pg-R4-Z2)g1R5M+R6R7r3-O3S-R1p-Xy-(R2ZwR3)x1(R2Z1-R4Pg)g2。
文檔編號(hào)G03F7/00GK102603586SQ20111046253
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者C-B·徐, D·王, E·阿恰達(dá), 劉驄, 吳俊錫, 山田晉太郎, 李明琦 申請(qǐng)人:羅門哈斯電子材料有限公司