双色紫外吸收染料结构、双色光刻抗反射涂层及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种双色紫外吸收染料结构，具有苯酰或苯酰氧结构，且在羰基对位连接具有非键p电子对的取代基。所述双色紫外吸收染料结构对波长为193nm和248nm的电磁波均具有强吸收作用。本发明专利技术还提供了利用在分子结构中包含所述双色紫外吸收染料结构的成膜物质和配剂构成的抗反射涂层配方，以及使用所述抗反射涂层配方在衬底上经标准光刻旋涂工艺和热板烘烤进行热固化工艺，制备同时适合ArF与KrF受激准分子激光光刻的通用抗反射涂层的方法，所形成的通用抗反射涂层同时在两种波长的吸收系数k达到0.2以上。系数k达到0.2以上。系数k达到0.2以上。

【技术实现步骤摘要】
双色紫外吸收染料结构、双色光刻抗反射涂层及制备方法


[0001]本专利技术涉及光刻辅助化学品领域，尤其涉及是双色紫外吸收染料结构、双色光刻抗反射涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]光刻技术是一种在半导体、LCD、LED、MEMS、Microfluidics等微纳米器件制造中不可缺少的关键加工技术。光刻过程中因衬底反射导致的薄膜干涉效应经常影响光刻分辨率，甚至导致光刻图形缺陷。光刻中的薄膜干涉效应一般通过顶部抗反射涂层(TARC)或底部抗反射层(BARC)进行控制。
[0003]BARC通常是光刻过程中比TARC更为有效控制反射的方法。与普通可见光透镜系统不同，光刻中的衬底通常具有很强的吸收，由此，反射系数非常高。BARC方案是在光刻胶与衬底之间引入一层对光刻波长有强烈吸收的中间层，使得原来的光刻胶/衬底之间的单一界面被一个光刻胶与BARC界面与BARC与衬底界面所代替，通过中间层复折射率与膜厚的控制，使双界面组合膜的等效反射系数接近零，从而控制衬底的反射。
[0004]BARC层一般为热固化涂层，光刻显影只能选择性地去除曝光区或非曝光区的光刻胶。BARC层通常采用等离子刻蚀的方法打开，在此过程中同时也会消耗一定厚度的光刻胶。为避免损失过多的光刻胶膜层，BARC必须比光刻胶更容易被刻蚀，且膜厚必须尽可能薄(通常数十纳米)。这就要求BARC染料具有很高的吸收系数，通常摩尔消光系数/分子量达到400以上。满足这个要求的有机染料结构数量非常有限。例如KrF光刻所用BARC染料限于蒽衍生物，而ArF光刻所用BARC染料限于苯衍生物。
[0005]随着人们对更小光刻关键尺寸CD的要求，光学设备的数值孔径NA由早期的0.2
‑
0.4增加至0.9
‑
1.35，离轴光线已经显著偏离垂直入射，使得单层BARC已经不足以同时控制衬底对以不同入射角进入光刻胶层的光线的反射。由此，采用高/低吸收系数的双层BARC叠加体系就应运而生地出现在光刻工艺中。进一步的，三层或更多层次的BARC结构，甚至吸收系数沿深度方向连续渐变的BARC体系也得以开发并获得应用。由此，那些吸收系数相对较低的染料也可以在BARC产品中获得一席之地，而光刻过程中对充填型BARC的需求也更是为这类有机染料打开了应用的大门。
[0006]ArF(193nm)、KrF(248nm)、I
‑
线(365nm)、G
‑
线(436nm)光刻使用不同的波长的光源，很难找到单一染料对这些波长的电磁波同时具有强吸收，而采用多染料进行组合又受到染料添加量及刻蚀比等因素的限制。因此，BARC配方往往需要对不同光源的光刻体系进行定制，这就导致BARC市场严重碎片化。由此，寻找具有双色或多色吸收的新型染料，以及兼容多种光刻波长的BARC配方就成为了必要。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种对波长为193nm和248nm的电磁波同时具有强吸收，具有相对较快刻蚀速度的双色紫外吸收染料结构，使所述双色紫外吸收染料结构应用于制备
的双色光刻抗反射涂层，能兼用于ArF与KrF光刻抗反射涂层，且使得所述双色光刻抗反射涂层在两个波长下的吸收系数不低于0.2。
[0008]本专利技术所述双色紫外吸收染料结构具有苯酰或苯酰氧结构，且羰基对位具有含非键p电子对的取代基，所述双色紫外吸收染料结构对波长为193nm和248nm的电磁波均具有强吸收作用。
[0009]所述双色紫外吸收染料结构如下所示：
[0010][0011]R1为卤素基团、羟基或含1
‑
10个碳原子烷基的烷氧基；
[0012]R2为含1
‑
10个碳原子烷基的烷氧基，或羟基。
[0013]所述双色紫外吸收染料结构对波长为193nm和248nm的电磁波均具有强吸收，即摩尔消光系数/分子量M比值至少大于150。
[0014]具体的，在缺电子取代基酰基[
‑
C(O)
‑
R]或酰氧基[
‑
C(O)
‑
O
‑
R]中,优选的R为氢或碳原子数为1
‑
10的烷基烷基。
[0015]优选的富电子取代基为对位取代的、具有p
‑
孤对电子的取代基，包含卤素基团氟、氯、溴、碘、羟基、含碳数为1
‑
10的烷氧基。更为优选的基团有氯、溴、甲氧基，它们在248nm波长具有更大的吸收系数。
[0016]本专利技术还提供了一种同时适合ArF与KrF光刻的双色光刻抗反射涂层。所述双色光刻抗反射涂层由包含分子结构中包含所述双色紫外吸收染料结构的成膜物质、助剂和有机溶剂制备而成，所述双色光刻抗反射涂层对193nm与248nm波长的电磁波的吸收系数k均不低于0.2。
[0017]优选的，所述双色光刻抗反射涂层的制备方法包括将所述成膜物质、所述助剂和所述有机溶剂形成热固化有机涂层溶液后经过标准光刻旋涂工艺旋涂于衬底并进行热烘烤固化工艺后，在所述衬底表面形成所述双色光刻抗反射涂层，所述助剂包括催化剂、流平剂或增粘剂。
[0018]优选的，所述成膜物质的制备方法包括，将包含所述双色紫外吸收染料结构的至少一种有机单体经单体聚合制备所述成膜物质，所述单体聚合包括加成聚合或缩合聚合。
[0019]优选的，所述成膜物质的制备方法包括，将包含所述双色紫外吸收染料结构的小分子通过化学方法接枝于聚合物，所述聚合物包括乙烯聚合物、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚醚树脂、聚酯树脂、聚酰胺、聚氨酯、酚醛树脂、苯氧树脂、纤维素和醛酮树脂。
[0020]优选的，所述成膜物质的制备方法包括，使用含有所述双色紫外吸收染料结构的丙烯酸酯单体或甲基丙烯酸单体与2
‑
羟乙酯丙烯酸酯、2
‑
羟乙酯甲基丙烯酸酯、2
‑
羟丙基丙烯酸酯、2
‑
羟丙基甲基丙烯酸酯和N
‑
羟甲基丙烯酸中的至少一种进行自由基共聚。
[0021]优选的，所述成膜物质的制备方法包括，将含有所述双色紫外吸收染料结构且带
有活性羟基的小分子与带有环氧基团侧基的聚合物反应接枝形成，所述活性羟基源于酚或羧酸。
[0022]优选的，所述带有环氧基团侧基的聚合物包含缩水甘油基丙烯酸酯重复单元或缩水甘油基甲基丙烯酸酯重复单元。
[0023]进一步优选的，所述双色紫外吸收染料结构通过对位烷氧基、酰基、酰氧基或苯环碳原子以共价键键合到所述成膜物质或配剂分子结构中。具体的，所述成膜物质构成分子量为400
‑
30,000道尔顿的成膜树脂或交联剂。
[0024]优选的，所述双色紫外吸收染料结构键合形成的支链结构的重复单元包括如下通过酯基或羰基联接到主链的重复单体：
[0025][0026]其中：
[0027]R1为卤素基团或低碳烷氧基，优先为氯，溴，或甲氧基，乙氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双色紫外吸收染料结构，其特征在于，具有苯酰或苯酰氧结构，且羰基对位具有含非键p电子对的取代基，所述双色紫外吸收染料结构对波长为193nm和248nm的电磁波均具有强吸收作用，所述双色紫外吸收染料结构如下所示：R1为卤素基团、羟基或含1
‑
10个碳原子烷基的烷氧基；R2为含1
‑
10个碳原子烷基的烷氧基，或羟基。2.根据权利要求1所述的双色紫外吸收染料结构，其特征在于，所述R1为氯、溴或甲氧基。3.一种同时适应于ArF与KrF受激准分子激光光刻的双色光刻抗反射涂层，其特征在于，由包含分子结构中包含权利要求1所述双色紫外吸收染料结构的成膜物质、助剂和有机溶剂制备而成，所述双色光刻抗反射涂层对193nm与248nm波长的电磁波的吸收系数k均不低于0.2。4.如权利要求3所述的所述双色光刻抗反射涂层的制备方法，其特征在于，包括将所述成膜物质、所述助剂和所述有机溶剂形成热固化有机涂层溶液后经过标准光刻旋涂工艺旋涂于衬底并进行热烘烤固化工艺后，在所述衬底表面形成所述双色光刻抗反射涂层，所述助剂包括交联剂、催化剂、流平剂或增粘剂。5.如权利要求3所述的双色光刻抗反射涂层的制备方法，其特征在于，所述成膜物质的制备方法包括，将包含所述双色紫外吸收染料结构的至少一种有机单体经单体聚合制备所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨佳宸，
申请(专利权)人：上海英迈特材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：