面涂层组合物和光刻方法技术

本发明专利技术提供一种面涂层组合物，所述面涂层组合物包含：基质聚合物；表面活性聚合物，其包含以下通式(I)基团的第一单元：其中R1表示H、F、C1到C8烷基或C1到C8氟烷基，任选地包含一个或多个杂原子；X1表示氧、硫或NR2，其中R2选自氢和任选地经取代的C1到C10烷基；以及溶剂。所述表面活性聚合物以小于所述基质聚合物的量存在于所述组合物中，并且所述表面活性聚合物所具有的表面能小于所述基质聚合物的表面能。本发明专利技术特别适用于光刻工艺中作为光致抗蚀剂面涂层来制造半导体装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可以在光刻工艺中施加在光致抗蚀剂组合物上方的面涂层组合物。本发明进一步涉及使用所述面涂层组合物形成图案的方法。本专利技术特别适用于半导体制造工业中形成半导体装置。
技术介绍
光致抗蚀剂是用于将图像转移到衬底的感光膜。在衬底上形成光致抗蚀剂涂层并且随后经由光掩模使光致抗蚀剂层曝露于活化辐射源。光掩模具有对活化辐射不透明的区域和其它对活化辐射透明的区域。曝露于活化辐射提供光致抗蚀剂涂层的光诱导化学转化，从而将光掩模的图案转移到经光致抗蚀剂涂布的衬底。在曝露之后，对光致抗蚀剂进行烘烤并且通过与显影剂溶液接触使其显影，从而得到允许衬底的选择性加工的浮雕图像。用于在半导体装置中达成纳米(nm)级特征大小的一个途径是使用较短波长的光。然而，在寻找低于193nm透明的材料方面的困难导致浸没式光刻工艺通过使用液体将更多的光聚焦到膜中而增加了透镜的数值孔径。浸没式光刻在成像装置(例如，KrF或ArF光源)的最后一个表面与衬底(例如半导体晶片)上的第一表面之间采用折射率相对较高的流体。在浸没式光刻中，浸没流体与光致抗蚀剂层之间的直接接触会引起光致抗蚀剂组分沥出到浸没流体中。这种沥出会造成光学镜头的污染并且引起浸没流体的有效折射率和透射率性质改变。在致力于改善这个问题的过程中，已经提出在光致抗蚀剂层上方使用面涂层作为浸没流体与底层光致抗蚀剂层之间的阻挡层。然而，在浸没式光刻中使用面涂层带来了各种挑战。视如面涂层折射率、厚度、酸性、与抗蚀剂的化学相互相用以及浸泡时间而定，面涂层会影响例如工艺窗口、临界尺寸(CD)变化以及抗蚀剂轮廓。另外，使用面涂层会不利地影响装置良率，这归因于例如微桥接缺陷，所述微桥接缺陷阻止形成恰当抗蚀剂图案。为改善面涂层材料的性能，已经例如在《用于浸没式光刻的自偏析材料》(Self-segregatingMaterialsforImmersionLithography)，丹尼尔P.桑德斯(DanielP.Sanders)等人，《抗蚀剂材料和加工技术的进展XXV》(AdvancesinResistMaterialsandProcessingTechnologyXXV)，国际光学工程学会的会议记录(ProceedingsoftheSPIE)，第6923卷，第692309-1-692309-12页(2008)中提出使用自偏析面涂层组合物形成分级面涂层。自偏析面涂层在理论上将允许在浸没流体界面和光致抗蚀剂界面处均调整材料具有所需性质，例如在浸没流体界面处改良的水后退接触角和在光致抗蚀剂界面处的良好显影剂溶解度。针对指定扫描速度展现低后退接触角的面涂层会产生水标记缺陷。这些缺陷产生于曝光头在晶片两端移动留下水滴时。因此，由于抗蚀剂组分沥出到水滴中，并且水会渗透到底层抗蚀剂中，所以抗蚀剂敏感性改变。因此，将需要具有高后退接触角的面涂层以允许在较大扫描速度下操作浸没式扫描仪，从而允许增加工艺输贯量。加拉格尔(Gallagher)等人的美国专利申请公开第2007/0212646A1号和王(Wang)等人的美国专利申请公开第2010/0183976A1号描述了浸没式面涂层组合物，其包括允许改良水后退接触角的自偏析表面活性聚合物。从对曝光工具上越来越快的扫描速度以允许增加输贯量的需求出发，需要具有改良的后退接触角的面涂层组合物。在本领域中存在对展现适用于浸没式光刻中的高后退接触角的面涂层组合物和利用此类材料的光刻方法的持续需要。
技术实现思路
根据本申请案的第一方面，提供新面涂层组合物。所述面涂层组合物包含：包含以下通式(I)基团的第一单元：其中R1表示H、F、C1到C8烷基或C1到C8氟烷基，任选地包含一个或多个杂原子；X1表示氧、硫或NR2，其中R2选自氢和任选地经取代的C1到C10烷基；以及溶剂。所述表面活性聚合物以小于所述基质聚合物的量存在于所述组合物中，并且所述表面活性聚合物所具有的表面能小于所述基质聚合物的表面能。本专利技术特别适用于光刻工艺中作为光致抗蚀剂面涂层制造半导体装置，并且特别适用于浸没式光刻中。还提供经涂布衬底，其包含：在衬底上的光致抗蚀剂层；和在光致抗蚀剂层上如由本文中所述的面涂层组合物形成的面涂层。还提供图案形成方法。所述方法包含：(a)在衬底上方形成光致抗蚀剂层；(b)在光致抗蚀剂层上方形成面涂层，其中面涂层由如本文中所述的面涂层组合物形成；(c)使面涂层和光致抗蚀剂层曝露于活化辐射；以及(d)使经曝露面涂层和光致抗蚀剂层与显影剂接触以形成光致抗蚀剂图案。在优选方面，所述曝露通过浸没式光刻执行。如本文中所用：“g”意指克；“wt％”意指重量百分比；“L”意指升；“nm”意指纳米；“mm”意指毫米；意指埃；“mol％”意指摩尔百分比；“Mw”意指重量平均分子量；“Mn”意指数量平均分子量；“PDI”意指多分散指数＝Mw/Mn；“共聚物”包括含有两种或两种以上不同类型的聚合单元的聚合物；“烷基”包括直链、支链和环状烷基结构；“脂肪族基”包括直链、支链和环状脂肪族结构；并且冠词“一(a)”和“一个(an)”包括一个或多个。具体实施方式面涂层组合物本专利技术的面涂层组合物包含基质聚合物、表面活性聚合物、溶剂，并且可以包括一种或多种额外任选组分。表面活性聚合物所具有的表面能低于组合物中的基质聚合物和其它聚合物的表面能。施加在光致抗蚀剂层上方的本专利技术面涂层组合物是自偏析的，并且可以使光致抗蚀剂层组分到浸没式光刻工艺中所采用的浸没流体中的迁移降到最低或防止所述迁移。如本文所用，术语“浸没流体”意指插入在曝光工具的透镜与经光致抗蚀剂涂布的衬底之间用于执行浸没式光刻的流体，典型地为水。此外如本文所用，如果在使用面涂层组合物后，相对于以相同方式处理，但不存在面涂层组合物层的相同光致抗蚀剂系统，在浸没流体中检测到的酸或有机材料的量减少，那么将认为面涂层抑制光致抗蚀剂材料迁移到浸没流体中。浸没流体中的光致抗蚀剂材料的检测可以经由在曝露于光致抗蚀剂(存在和不存在外涂布面涂层组合物层)之前和随后在经由浸没流体曝露的光致抗蚀剂层(存在和不存在外涂布面涂层组合物层)的光刻加工之后浸没流体的质谱分析来执行。优选地，面涂层组合物使浸没流体中所残留的光致抗蚀剂材料(例如，如通过质谱分析所检测到的酸或有机物)相对于不采用任何面涂层(即，浸没流体直接接触光致抗蚀剂层)的相同光致抗蚀剂减少至少10％，更优选地，面涂层组合物使浸没流体中所残留的光致抗蚀剂材料相对于不采用面涂层的相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面涂层组合物，包含：基质聚合物；表面活性聚合物，其包含含以下通式(I)基团的第一单元：其中R1表示H、F、C1到C8烷基或C1到C8氟烷基，任选地包含一个或多个杂原子；X1表示氧、硫或NR2，其中R2选自氢和任选地经取代的C1到C10烷基；以及溶剂；其中所述表面活性聚合物以小于所述基质聚合物的量存在于所述组合物中，并且所述表面活性聚合物所具有的表面能小于所述基质聚合物的表面能。

【技术特征摘要】
2014.11.07 US 62/0769021.一种面涂层组合物，包含：
基质聚合物；
表面活性聚合物，其包含含以下通式(I)基团的第一单元：
其中R1表示H、F、C1到C8烷基或C1到C8氟烷基，任选地包含一个或多个
杂原子；X1表示氧、硫或NR2，其中R2选自氢和任选地经取代的C1到C10烷基；
以及
溶剂；
其中所述表面活性聚合物以小于所述基质聚合物的量存在于所述组合物中，并且
所述表面活性聚合物所具有的表面能小于所述基质聚合物的表面能。
2.根据权利要求1所述的面涂层组合物，其中所述第一单元具有以下通式(II)：
其中：R3表示H、F、C1到C4烷基或C1到C4氟烷基；R4独立地表示H、F、
C1到C8烷基或C1到C8氟烷基，任选地包括一个或多个杂原子；X2和X3独立地
表示氧、硫或NR5，其中R5选自氢和任选地经取代的C1到C10烷基；L表示(n+1)
价连接基团；并且n是1到5的整数。
3.根据权利要求2所述的面涂层组合物，其中n是1。
4.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘骢，D·H·康，D·王，CB·徐，M·李，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US