專利名稱：光酸產(chǎn)生劑及包含該光酸產(chǎn)生劑的光刻膠的制作方法
光酸產(chǎn)生劑及包含該光酸產(chǎn)生劑的光刻膠相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用該申請(qǐng)主張2011年9月30日提出的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)61/541，764的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過弓I用納入?yún)⒖肌?br> 背景技術(shù)：
為了制備愈來愈小的邏輯和存儲(chǔ)晶體管，先進(jìn)的光刻エ藝?yán)?93nm浸潰光刻已被開發(fā)用來在縮微光刻方法中獲得高質(zhì)量的以及較小的特征尺寸。重要的是在縮微光刻方法中用到的成像光刻膠中實(shí)現(xiàn)小的臨界尺寸(CD)，同時(shí)對(duì)于光刻膠提供最低限度的線邊緣粗糙度(LER)和線寬度粗糙(LWR)，而仍然保持良好的過程控制容限，例如高的曝光寬容度(EL)和寬的聚焦深度(DOF)。為了滿足高分辨率光刻所需的光刻膠材料的挑戰(zhàn)，具有可控制的酸擴(kuò)散性和改進(jìn)的與聚合物的溶混性的特制光酸產(chǎn)生劑(PAG)是非常重要的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)PAG陰離子的結(jié)構(gòu)通過影響光酸產(chǎn)生劑與其它光刻膠組分之間的相互作用，在光刻膠總體性能中扮演了重要角色。這些相互作用影響到光產(chǎn)生酸的擴(kuò)散特性。因此PAG結(jié)構(gòu)和尺寸可影響PAG在光刻膠膜中的均勻分布。在光刻膠膜中PAG沒有均勻分布的地方，成像的光刻膠可以顯示出例如T-頂部缺陷、底部組織和缺ロ /凹陷的缺陷。雖然在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用于配制光刻膠的各種光酸產(chǎn)生劑(PAG)，比如公開在美國的專利號(hào)7，304，175中的，但仍然需要一種用于光刻膠組合物的包括具有更大擴(kuò)散控制性和例如光刻膠輪廓的伴隨性能的光刻膠。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中ー種或多種上述和其它不足的光酸產(chǎn)生劑，如式⑴所示:[A-(CHR1)1Jk-(L)-(CH2)m-(C(R2)2)n-SO3-Z+ (I)其中A是取代的或未取代的單環(huán)、多環(huán)、或者稠合多環(huán)C5或者更大的脂環(huán)族基，R1是H、單鍵、或者取代的或未取代的C1,的烷基，其中當(dāng)R1是單鍵吋，R1是以共價(jià)鍵方式連接到A的ー個(gè)碳原子上，每個(gè)R2獨(dú)立地是H、F、或者Cy的氟烷基，其中至少ー個(gè)R2不是氫，L是包括磺酸鹽/酯基團(tuán)、磺酰胺基團(tuán)、或C1,的含有磺酸鹽/酷或含有磺酰胺的基團(tuán)的連接基團(tuán)，Z是有機(jī)或者無機(jī)陽離子，P是0到10的整數(shù)，k是I或者2，m是0或者更大的整數(shù)，并且n是I或者更大的整數(shù)。還公開了下式所示的化合物: M+-O-SO2- (C (R2) 2) n- (CH2) m-x其中每個(gè)R2獨(dú)立地是H，F(xiàn)Ah氟烷基，其中至少ー個(gè)R2不是氫，X是包括鹵素、磺酸鹽/酷、或羧酸鹽/酷的官能團(tuán)，M+是有機(jī)或無機(jī)陽離子，m是0或更大的整數(shù)，n是I或者更大的整數(shù)。光刻膠組合物包括酸敏性 聚合物，和上述式(I)的光酸產(chǎn)生劑化合物。涂敷的基材進(jìn)一歩地包括(a)基材，其表面上具有一個(gè)或多個(gè)用來形成圖案的層；和(b)在上述一個(gè)或多個(gè)用來形成圖案的層之上的包含光酸產(chǎn)生劑化合物的光刻膠組合物層。詳細(xì)說明本發(fā)明中公開的是ー種新型的光酸產(chǎn)生劑化合物，其具有通過磺酸鹽和大體積的基團(tuán)相連接的磺酸鹽/酯或磺酰胺連接基團(tuán)。所述光酸產(chǎn)生劑包含包括例如籠狀烷基基團(tuán)的脂環(huán)族結(jié)構(gòu)的大體積基團(tuán)。這種基團(tuán)的示例包括金剛烷結(jié)構(gòu)、降冰片烷結(jié)構(gòu)、稠合多環(huán)內(nèi)酷、和其它此類結(jié)構(gòu)。脂環(huán)族基團(tuán)與氟化磺酸鹽/酷基團(tuán)通過包括磺酸鹽/酯或者磺酰胺基團(tuán)的連接基團(tuán)相連。所述光酸產(chǎn)生劑提供改進(jìn)的酸擴(kuò)散的控制和光刻膠組合物中與光刻膠聚合物的溶混性。例如掩模誤差因子(MEF)和曝光寬容度(EL)的性能的提升是通過使用磺酸鹽/酯和磺酰胺連接的PAG獲得的。本發(fā)明中公開的所述光酸產(chǎn)生劑包括式(I)所示的那些:[A-(CHR1)1Jk-(L)-(CH2)m-(C(R2)2)n-SO3-Z+ (I)其中A是取代的或未取代的、單環(huán)、多環(huán)、或稠合多環(huán)C5或者更大的脂環(huán)族基團(tuán)。在本發(fā)明中，“取代”指的是包括取代基，例如鹵素(即，F(xiàn)、Cl、Br、I)、羥基、氨基、硫醇、羧基、竣酸鹽/酷、酸胺、臆、硫醇、硫化物、~■硫化物、硝基、C1^0燒基、C1,燒氧基、C6_1(l芳基、C6,芳氧基、C7,烷基芳基、c7_10烷基芳氧基、或包括上述至少ー種的組合?？梢岳斫獾氖浅橇碜髡f明或者此類取代將顯著不利地影響最后結(jié)構(gòu)所述期望的性能，對(duì)于本發(fā)明公開的結(jié)構(gòu)式的任何基團(tuán)或者結(jié)構(gòu)都可以如此取代。同時(shí)本發(fā)明使用的詞頭“鹵素”的含義是包括任何鹵素或者它們(F、Cl、Br、I)的組合的基團(tuán)。優(yōu)選的鹵素是氟。任選地，A進(jìn)ー步地含有包括0、S、N、F的雜原子，或者至少ー種前述雜原子的組合。例如，當(dāng)A含有氧，所述A的結(jié)構(gòu)可以包含醚或者內(nèi)酯部分，或者當(dāng)A含有硫、所述A的結(jié)構(gòu)可以包括磺內(nèi)酯或者磺酸鹽/酷或者磺內(nèi)酰胺(sulfam)部分。優(yōu)選地，A為稠環(huán)的C5_5(l多環(huán)脂肪族基團(tuán)，或者具有所有碳在ー個(gè)環(huán)中的結(jié)構(gòu)，或者具有內(nèi)部的內(nèi)酯或磺酸鹽/酷(磺內(nèi)酷)部分。優(yōu)選地，A是稠環(huán)的C8_35多環(huán)脂肪族基團(tuán)。此類基團(tuán)的例子包括金剛烷結(jié)構(gòu)，例如1-或2-取代的金剛烷基，和1-或2-取代的羥基金剛燒基，降冰片稀內(nèi)橋內(nèi)酷或橫內(nèi)酷，和其它含有C6_1(l多環(huán)內(nèi)酷或含橫內(nèi)酷的基團(tuán)。同樣在式(I)中，R1是H，單鍵、或者取代或者未取代的C1,烷基，其中當(dāng)R1是單鍵時(shí)，R1通過共價(jià)鍵方式和A的碳原子鍵合。每個(gè)R2獨(dú)立地是H、F、或Q_4的氟烷基，其中至少ー個(gè)R2不是氫。進(jìn)ー步在式(I)中，L是包含式-O-S(O)2-所示的磺酸鹽/酯基團(tuán)的、磺酰胺基團(tuán)的、或C1,的含有磺酸鹽/酯或磺酰胺基團(tuán)的連接基團(tuán)。所述磺酰胺基團(tuán)優(yōu)選具有-N-(R3)-S(O)2-結(jié)構(gòu)，其中R3為H、烷基、芳基、或者芳烷基。因此，L可以是，例如，単獨(dú)的磺酸鹽/酷或者磺酰胺基團(tuán)，或者C1,的含有磺酸鹽/酷或者磺酰胺連接基團(tuán)。L可進(jìn)一步任選地含有雜原子，包括O、S、N、F，或者包括至少ー種上述雜原子的組合。Z是有機(jī)或無機(jī)陽離子。本發(fā)明中使用的“有機(jī)陽離子”包括任何陽離子中心用碳取代的陽離子，其包括銨鹽 、鱗鹽、碘鎗鹽、锍鹽、碳鎗鹽、氧鎗鹽、有機(jī)過渡金屬鹽(例如，碳取代鐵、鎳、鈷、錳、鈦、銅、鑰、鋅等鹽)，或者有機(jī)主族金屬鹽(例如，碳取代鋁、錫、鎵、銻等鹽)。優(yōu)選的有機(jī)陽離子包括鎗陽離子。優(yōu)選的鎗陽離子包括碘鎗或锍陽離子。同樣本發(fā)明中使用的“無機(jī)陽離子”的含義為任何不基于碳的陽離子，例如堿金屬陽離子(L1、Na、K、Rb、Cs),堿土金屬陽離子(Ca、Ba、Sr),過渡金屬陽離子和配合物,和氮、磷、和硫的非有機(jī)陽離子。進(jìn)ー步在式⑴中，p是0到10的整數(shù)，k是I或2，m是0或更大的整數(shù)，n各自獨(dú)立地是I或更大的整數(shù)。優(yōu)選的，m和n各自獨(dú)立地是從I到10的整數(shù)。優(yōu)選的，所述光酸產(chǎn)生劑包括式(II a)或(II b)所示的化合物:A-(CHR1)p-O-SO2-(CH2)n1-(C(R2)2)n-SO3-Z+ (IIa)A-(CHR1)p-SO2-O-(CH2)n1-(C(R2)2)n-SO3-Z+ (IIb)其中A, R1, R2, p, m, n和Z的定義同結(jié)構(gòu)式⑴中所定義的相同。優(yōu)選的，在式(II a)和(II b)中，R1是H，或取代的或未取代的烷基，每個(gè)R2各自獨(dú)立地為H或F，其中·至少與磺酸鹽/酷最近的兩個(gè)R2基團(tuán)為氟，p是0或l，m和n獨(dú)立地為I到4的整數(shù)，Z是碘鎗或锍陽離子。同樣優(yōu)選的，光酸生成劑化合物包括式(IIIa)或(IIIb)所示的化合物:A-(CHR1)p-N(R3)-SO2-(CH2)n1-(C(R2)2)n-SO3-Z+ (IIIa)A-(CHR1)p-SO2-N(R3)-(CH2)n1-(C(R2)2)n-SCVZ+ (IIIb)其中A，! 1，! 2，？，!!!，!!和Z的定義同結(jié)構(gòu)式(I)中所定義的相同，R3是H、C"。烷基、或A-(CHR1)pI其中當(dāng)R3是A-(CHR1)p-,可以理解的是其可以是與另一基團(tuán)A-(CHR1)p-相同或不同的基團(tuán)。優(yōu)選地，在式(IIIa)和(IIIb)中，R1是H，取代的或未取代的CV5的烷基、或A-(CHR1)p-基。每個(gè)R2各自獨(dú)立的是H或F，其中至少與磺酸鹽/酷最近的兩個(gè)R2基團(tuán)為氟，R3是H或Cy烷基，p是0或1，m和n各自獨(dú)立為I到4的整數(shù)，Z是碘鎗或锍陽離子。式(I)、(IIa)、(II b)、(IIIa)和(IIIb)的化合物的例子包括式(IV)到(XII)
所示的化合物:
權(quán)利要求
1.一種式(I)所示的化合物: [A- (CHR1) p] k- (L) - (CH2) m- (C (R2) 2) n-S03_Z+ (I) 其中 A是任選地包含O、S、N、F、或包含上述至少ー種的組合的取代或未取代的單環(huán)、多環(huán)、稠合多環(huán)C5或者更大的脂環(huán)族基團(tuán)， R1是H、單鍵、或取代或未取代的C1,的烷基，其中當(dāng)R1是單鍵吋，R1是以共價(jià)鍵方式與A的ー個(gè)碳原子鍵合， 每個(gè)R2各自獨(dú)立地是H、F、或Cy氟烷基，其中至少ー個(gè)R2不是氫， L是包括磺酸鹽/酯基團(tuán)、磺酰胺基團(tuán)、或C1,的含有磺酸鹽/酯或磺酰胺基團(tuán)的連接基團(tuán)， Z是有機(jī)或無機(jī)陽離子，和 P是O到10的整數(shù)，k是I或2，m是0或更大的整數(shù)，n是I或更大的整數(shù)。
2.權(quán)利要求1所述的化合物，如式(IIa)或(II b)所示:A- (CHR1) P-O-SO2- (CH2) m- (C (R2) 2) n-S03_Z+ (IIa)A- (CHR1) p-S02-0- (CH2) m- (C (R2) 2) n-S03_Z+ (IIb) 其中A, R1, R2, p, m, n和Z的定義與式(I)中的定義相同。
3.權(quán)利要求1所述的化合物，如式(IIIa)或(IIIb)所示: A- (CHR1) P-N (R3) -SO2- (CH2) m- (C (R2) 2) n-S03_Z+ (IIIa) A- (CHR1) p-S02-N (R3) - (CH2) m- (C (R2) 2) n_S03_Z+ (IIIb) 其中A，R1，R2，p，m，n和Z的定義與式⑴中的定義相同，R3是H，C1^20燒基、或A-(CHR1)p^
4.權(quán)利要求1所述的化合物，如式(IV)到(XII)所示:
5.權(quán)利要求1所述的化合物，其中Z是式(XIII)所示的陽離子:
6.權(quán)利要求5所述的化合物，其中所述陽離子如式(XIV)、(X V)或(X VI)所示:
7.6的化合物，其中Z如式(XVII)、(X VIII)、(X IXC)或(X X)所示:
8.一種如下式所示的化合物:M+-O-SO2-(C(R2)2)n-(CH2)m-X其中 每個(gè)R2獨(dú)立地是H、F、CV4氟烷基，其中至少ー個(gè)R2不是H， X是包括鹵素、磺酸鹽/酷、或者羧酸鹽/酷的官能團(tuán)， M+是有機(jī)或無機(jī)陽離子，和 m是0或更大的整數(shù)，n是I或更大的整數(shù)。
9.一種光刻膠組合物,包含: 酸敏性聚合物，和 權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的化合物。
10.一種涂覆的基材，包含:(a)在其表面上具有一層或多層用于形成圖案的層的基材；和(b)位于所述一層或多層用于形成圖案的層之上的權(quán)利要求9所述的光刻膠組合物的層。
全文摘要
具有式(I)所示結(jié)構(gòu)的光酸產(chǎn)生劑化合物[A-(CHR1)p]k-(L)-(CH2)m-(C(R2)2)n-SO3-Z+ (I)，其中A是任選地包含O、S、N、F或包含上述至少一種的組合的取代或未取代的單環(huán)、多環(huán)或稠合多環(huán)的C5或者更大的脂環(huán)族基團(tuán)，R1是H、單鍵、或取代或未取代的C1-30烷基，其中當(dāng)R1是單鍵時(shí)，R1是以共價(jià)鍵的方式與A的一個(gè)碳原子鍵合，每個(gè)R2獨(dú)立地是H、F、或C1-4氟烷基，其中至少一個(gè)R2不是氫，L是包括磺酸鹽/酯基團(tuán)、磺酰胺基團(tuán)、或C1-30的含有磺酸鹽/酯或磺酰胺基團(tuán)的連接基團(tuán)，Z是有機(jī)或無機(jī)陽離子，p是0到10的整數(shù)，k是1或2，m是0或更大的整數(shù)，n是1或更大的整數(shù)。本發(fā)明還公開了光酸產(chǎn)生劑的前體化合物、包含所述光酸產(chǎn)生劑的光刻膠組合物，和涂覆有所述光刻膠組合物的基材。
文檔編號(hào)C07D333/46GK103086934SQ20121052059
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者E·阿恰達(dá), C-B·徐, 李明琦, 山田晉太郎, W·威廉姆斯三世 申請(qǐng)人:羅門哈斯電子材料有限公司