TWI298083B - Wet-developable anti-reflective compositions - Google Patents
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1298083 玖、發明說明: 發明所屬之技術領域 發明背景 相關申請案 本案主張標題為 “ WET-DEVEL0PEr ANTI-REFLECTIVE COMPOSITIONS” ,申請案號 60/391 661 ( 2〇〇2 年 6 月 25 日 提申)之臨時申請案的優先權利益。 發明領域 本發明係關於一種用於微影及半導體積體電路製造的 新穎抗反射組成物。更特定言之,組成物係用來作為位於 光阻層下面的底抗反射塗層,來將所施加之光輻射反射的 干擾降到最小。 先前技術 先前技藝說明 積體電路製造商長久在尋找將基板晶圓尺寸增到最大 及將元件形體尺寸降到最小,以改良產率,降低單元箱盒 及增加晶片之計算能力。當積體電路之臨界尺寸已經降低 時,用於使光阻劑曝光之輻射波長也同樣縮短。使用越短 波長的輻射來界定非常小之電路形體是必要的,現今通常 使用具有365nm波長的卜線輻射。使用這些輻射之結果為 增加輻射在光阻劑層及底層界面上的反射,而產生會導致 電路形體之臨界尺寸有不欲變化的駐波。 一種解決此問題的方式為使用抗反射塗層,將其施加 到光阻劑層下的基板上。其可分為兩種類型—無機和有機 1298083 類型。無機塗料’例如氮化鈦或氮氧化石夕塗料可容易經由 電漿增強之化學氣相沉積法沉積,但其卻很難從矽晶圓基 板上去除。相反的,有機塗料從反射係數,旋塗應用,及 再加工能力的觀點來看是有益的,但經常遇到旋塗碗不相 容性的問題,因此需要額外的處理及增加的製造成本。儘 管有機及有機抗反射塗料兩者在避免或降低反射上是有效 的,彼專的使用在製程上需要額外的穿透(break-through) 步驟,以去除塗料。典型地,然後需要會顯著地增加製程 成本之額外電漿蝕刻步驟。 一種解決此問題之方式為使用可濕式顯影之抗反射塗 料。這類型塗料可隨著光阻劑材料之曝光區域來去除。亦 即,在光阻劑層經由圖案化光罩的曝光,光阻劑之曝光區 域被濕式顯景>,且隨後使用水性顯影劑去除,以留下所欲 的溝槽及孔洞圖案。可濕式顯影之抗反射塗料是在顯影步 驟期間去除,因此消除額外去除步驟的需求。不幸地,可 濕式顯影之抗反射塗料還未被廣泛使用,因為其必須顯現 良好旋塗碗相容性及作為抗反射塗料之較優的光學性質。 因此,需要一種可在傳統光阻劑顯影劑中顯影之抗反射塗 料,同時顯現良好的塗覆與光學性質和旋塗碗相容性。 發明内容 發明摘述 本發明廣泛地包括一種新穎抗反射塗覆組成物,其具 方疋塗碗相谷性,濕式可蝕刻,且適合用於卜線(例如 365nm)微影中。 1298083 更詳細地,該組成物包括分散或溶解於溶劑系統中之 聚口物。聚合物較佳具有重量平均分子量為約5〇〇_1〇〇〇〇 c耳吞,且更佳為約10〇〇-2〇〇〇。較佳聚合物包括具有下 式之重複單元
其中X為光衰減部分或發色團,M為金屬,且每個R 分別為選自由氫,院基(較佳為Ci_c8),芳基(較佳為c「 ^。’坑乳基(較佳為c广c8),及苯氧基所組成之族群中。 最佳R基為-CH3及-〇c2H5。 聚合物較佳包括具有下式之重複單元
刀别為選自由氫 共甲母個 方基(較佳為(:!-(:!〇),鈐& f ^ C8) 坑乳基(較佳為Ci_C8),及 組成之族群中,而M1為 本虱基
^ _ 金屬。取佳R基為—ch3&—or H 在前述重複單元中,f β 3及〇C2H5 最佳金屬為Ti,Zr,Si及/十 。X應具有莫爾消光係I $ # m 及/或 50000 cm1 IT1,且最隹灸认 1000 且取佳為約ISOOO-^hm。較佳χ 1298083 為任何1'線發光團(亦即可吸收至少約9〇%具有波 中之結槿去。 夭拜
365nm的光),特佳為具有選自式丨及式丨丨所組成之群 每個X及γ分別為選自由拉電子基(ewg)所組成之族 群中,特佳EWG為羰基,腈,氰基,碾及一⑽(其中γ 為烷基,且較佳為Cl—c6烷基);且 R2為選自由炫基(較佳為以)及芳基(較佳為Ci_ Cio)所組成之族群中, R3為選自由氫及烷基(較佳為Ci-C4)所組成之族群中 〇 、再者,該部分(亦即,X)較佳在基於聚合物之總重量 視為100重量%之下,以約5,重量%,且更佳為約20 一 30 重里%的含1存在於聚合物中。 在另一具體實施例中,聚合物是由反應聚合型烧氧基 金屬與有機化合物及前述發色團來形成。聚合型烧氧基金 屬包括具有下式之重複單元 1298083 ί ~f—M—0*4-
I
L 其中Μ為金屬,且每個別為選自由二酮及烧氧化 物配位體所組成之族群中。較佳L基具有下式
R “其中每個R分別為選自由氫,烧基(較佳為㈣), 方基(較佳為(V。。)’烷氧基(較佳為Ci_c8),及苯氧 基所組成之族群中,最佳R基為-Cl及_〇(:2115。乙醯乙酸 乙S旨之部分為最佳L基。較佳金屬原子是與前述討論者相 同。 在此具體實施例中,具有前述式ΙΠ之結構的聚合型 烷氧基金屬可先由反應聚合型烷氧基金屬(例如聚鈦酸二 丁酯)與二酮或烷氧基配位體(例如,乙醯乙酸乙酯)來形成 。另外,已包括二酮或烷氧基配位體作為其結構之一部份 的起始單體可藉由水解然後冷凝單體來形成於所欲的聚合 物中。起始單體類型之一實施例為二異丙烷化雙(乙醯乙 酸乙酯)鈦。 與具有上式III結構的聚合物型烷氧基金屬反應之有 機化合物應該包括適合和該聚合物型烷氧基金屬的金屬原 子配位之官能基。適合的官能基包括醇,酚,硫醇,硫酚 ’和幾基。最佳的有機化合物為三羥甲基乙氧化物,4-羥 1298083 固體總重量視為100重量%之下,該組成物應該包括約1- 50重量% ’且較佳為約5_25重量%的該額外聚合物。 應瞭解,組成物中也可以包括許多種其它視情況需要 的成分。典型的視情況需要之成分包括光衰減性化合物, 界面活性劑,觸媒,交聯劑和黏著促進劑。 塗覆填料或抗反射塗覆組成物到基板上的方法簡單地 包括藉由任何習知之塗覆方法(包括旋轉塗覆)於基板表面 上塗覆組成物的數量。基板可為任何傳統電路基板,例如 矽、鋁、鎢、矽化鎢、砷化鎵、鈕、氮化鈕、混合金屬鹽 類及SiGe。 孤 於達到所欲的覆蓋之後,應該加熱所得層到約丨〇〇一 250°C之溫度以誘導交聯。此舉會導致溶劑系統的蒸發以 及、、且成物中至少一部份有機成分的揮發,以產生具有交替 金屬和氧原子之固化層。此經固化的抗反射層或塗層的折 射率(η幻在❸365nm波長下為至少約14,較佳為約 1· 5-2· 0,且更佳為約L 6 —L 7。 當使用在拓樸基板(topographical substrate)上面時 ’在鄰近於接觸孔或孔洞邊緣的基板表面上之固化層厚度 ’佔距離該接觸孔或孔洞邊緣約等於該孔洞直徑距離遠: 基板表面上薄膜的厚度’應至少約5〇%,較佳為至少約 55% ’且更佳為至少约65〇/〇。 然後可以在固化材料上塗覆光阻劑,接著予以曝光, 顯影,及㈣光阻劑。採用本發明方法可以產生供雙層鎮 甘欠和其它微影程序所用且且有前什 八有則述所欲性質的前驅結構。 13 1298083 ⑨要進-步了解者,經固化的本發明組成物係可濕式顯 p者亦即,该固化組成物可以使用傳統的水性顯影劑予 以移除,例如使用氫氧化四甲錢和_顯影劑。某些此等 ;〜Μ可在註冊商標MF-319 (可得自Shipley, Ma=achusetts),mf — 32〇 (可得自 shipiey),和丽卯: 可得自Τ0Κ,japan)等顯影劑之名下購得。至少約95%,且 較佳為至少約99%的本發明塗料可藉由例如氫氧化四甲銨 彳Κ0Η顯衫劑的鹼性顯影劑移除。此種在可商業上取得之 顯影劑中的溶解度百》比為一個相較於先前技術下明顯的 優點,因為此舉可以縮短製造程序且使其成本較低。 最後,除了上面所述的許多優點之外,本發明組成物 具有旋塗碗相容性。此點係經由使用該組成物塗覆四吋矽 晶圓來測定的。於塗覆之後,不將晶圓烘烤,反而保持向 上之狀態以防止膜流動。使樣品置於乾靜室内乾燥約Μ =時以產生約Ϊ200-1300 A厚度之膜。然後於5個位置測 量樣品厚度以定出平均起始樣品厚度。 將經塗覆晶圓暴露於特殊的試驗溶劑(例如,丙二醇 甲基趟乙酸S旨)。此係經由使用該溶劑溢流浸濕樣品表面 3 分鐘(士5 秒鐘),然後以 1,500 rpm( 20,000 rpm Ramp )旋轉15秒鐘,及接著以25〇〇 rpm (2〇 〇〇〇 rpm ^叩) 旋轉30秒鐘而完成的。再度於5個位置測量樣品的厚度, 並測定出平均最後樣品的厚度。 溶解度百分比係按照下面計算出者: 1298083 溶解度百分比=厚度-平檨品展磨 -] 100 本發明組成物產生至少約75%,更佳為至少約90%,更 佳為至少約95%的溶解度百分比。 實施方式 較佳具體實施例的詳述 實施例 下述貫施例提出根據本發明之較佳方法。然而,應瞭 解這些實施例係為了示範說明而提出,且其中沒有要拿來 作為對本發明的整體範圍給予限制。 實施例1 製備聚合物母液 在此實施例中’藉由將相對於每個聚(鈦酸丁酯)之重 複單元有2莫耳當量之二酮配位體(乙醯乙酸乙酯)溶解於 62· 0克丙二醇正丙基醚中來製備聚合物母液。攪拌反應混 合物6小時,因此轉化聚(鈦酸丁酯)成為具有二酮配位體 連接於鈦原子上之聚(鈦酸酯)聚合物。 實施例2 製備抗反射塗料 在此步驟中,將在實施例1製備之50· 〇克聚合物母液 ,2· 53克XS81發色團(I-線發色團,參見結構a,由 Brewer Science,Inc所製備)及47.5克丙二醇正丙基_ 加入反應容器中,並攪拌4小時直到形成溶液。然後在使 用前,經由0· Ιμιη聚四氯乙烷(pTFE)過濾器過濾所得調配 15 1298083 物0
結構A
實施例3 在此步驟中’將在實施例1中製備之50. 0克聚合物母 液,2.53克CE發色團(卜線發色團,參見結構B,由 Brewer Science,inc所製備),187克氨基樹脂交聯劑( CYMEL®’由Cytec公司獲得)及47·5克丙二醇正丙醚加 =反應容H中,並㈣4小時直_成溶液。然後在使用 則’經由Ο.ίμηι聚四氯乙烷(1>17£:)過濾器過濾所得調配物 〇 結構Β HO-/^V/~C〇2Et 實施例4 測定性質 1 ·剝除測試 曰^字只軛例2及3之組成物在3〇〇〇rpm下分別旋塗於矽 曰w 6〇 &,並在168 —25〇°C範圍内之溫度下於熱板上烘 烤|在膜曝於典型綠劑溶劑(乳酸乙@旨及PGMEA)中之 後使用橢圓光度法量測膜厚度。經供烤的膜顯示在溶劑 16 1298083 中非常低的溶解度,建議在光阻劑/抗反射塗膜界面上沒 有兔生或只發生極少的互相混合。 2·光學性質 在250°C下烘烤60秒之後,實施例2之組成物具有 1.9339的n值(折射率),及〇.4〇的k值(吸收係數)。在 於250°C下烘烤60秒之後,實施例3之組成物具有1· 6948 的η值’及〇· 458的k值。圖1及2分別顯示實施例2及 3之組成物的反射曲線。 3.微影 使用Nikon I-線步進機(〇· 5數值孔徑),以I-線光 阻劑OiR 620 (得自ARCH化學公司),調配物顯示0· 6微 米線寬的解析度。在圖3及4中分別顯示實施例1及2之 頂部到底部之外形。 4·旋塗碗相容性 接著前述步驟,測試由實施例3組成物所製備之膜的 旋塗碗相容性。組成物被認為是具有旋塗碗相容性,當其 具有至少約90%的溶解度。測試結果係顯示在表a中。
表A 實施例編號 溶劑 在剝除前 在剝除後 %溶解度 旋塗碗相 的厚度,A 的厚度’人 容性 2 PGMEA 1273 31 97.56 是 2 乳酸乙酯 1277 21 98. 35 是 2 庚明 1276 48 96. 24 是 圖式簡單說明 17 1298083 圖1為顯示當根據實施例2所製備之本發明抗反射塗 料被塗覆於各種不同基板上時,其經硬化抗反射塗膜之反 射曲線的圖式。 圖2為顯示當根據實施例3所製備之本發明抗反射塗 料被塗覆於各種不同基板上時,其經硬化抗反射塗膜之反 射曲線的圖式。 圖3為顯示根據實施例2及市售可得之I-線光阻劑所 製備的本發明經硬化抗反射塗膜之電子掃描顯微照片(SEM) ;及 圖4為顯示根據實施例3及市售可得之I —線光阻劑所 製備的本發明經硬化抗反射塗膜之電子掃描顯微照片(SEM) 18
Claims (1)
- 一Ί 曜爾; 拾、申請專利範圍: 1、一種抗反射塗覆組成物,其包括 一種溶劑系統;及 該聚合物 一種分散或溶解於該溶劑系統中之聚合物 包括具有下式之重複單元其中 Μ為金屬, 每個R分別為選自由氫,烷基,芳基,烷氧基及苯氧 基所組成之族群中;及 X為選自由以下所組成之族群中 (η X1 * X1其中 19 1298083 母個x1及γ分別為選自由拉電子基所組成之族群中; R2為選自由烷基及芳基所組成之族群中;及 X係經由以*表示之鍵結而鍵結到Μ上。 2、根據申請專利範圍第丨項之組成物,該聚合物進_ 步包括具有下式之重複單元其中 母個R分別為選自由氫’烧基,芳基,烧氧基及苯氧 基所組成之族群中,及Μ1為金屬。 3、 根據申請專利範圍第1項之組成物,其中在每個重 複單元中,Μ為分別選自由Ti,Zr,Si及Α1所組成之族 群中的金屬。 4、 根據申請專利範圍第1項之組成物,其中該組成物 進一步包括第二聚合物。 5、 根據申請專利範圍第4項之組成物,其中該第二聚 合物為選自由環氧酚醛樹脂,丙烯酸酯,聚合化氨基樹脂 ,甘脲(glycouri Is),乙烯醚類,和彼等混合物所組成之 族群中。 6、 根據申請專利範圍第4項之組成物,其中該第二聚 合物具有重量平均分子量為約1 000到約25000。 1298083 7、 根據申請專利範圍第1項之組成物,其中一個R為 -ch3 ’ 而另一個 r 為。 8、 根據申請專利範圍第1項之組成物,其中每個X1 及υ分別為選自由羰基,氰基,腈類,楓類及-co2r4所組 成之族群中,其中R4為烷基。 9、 根據申請專利範圍第1項之組成物,其中X為1 〇、根據申請專利範圍第9項之組成物,其中X為11、一種抗反射塗覆組成物,其包括 一種溶劑系統;及 一種分散或溶解於該溶劑系統中之聚合物,該聚合物 是藉由將聚合物型烷氧基金屬、有機化合物及發色團反應 _ 所形成的,該聚合物型烷氧基金屬包括具有下式之重複單 元 L · I —f-M一O·^—, I . L 其中 Μ為金屬’且每個L分別為選自由二酮及烷氧基配位 21 1298083 體所組成之族群中; 用於與該聚 以下所組成 之Μ 合物型烷氧基金屬 之族群中該有機化合物包括 配位的官能基;及 該發色團為選自由 其中 =個X及γ分別為選自由拉電子基所組成之族群中; R:為選自由烷基及芳基所組成之族群中;及 R3為選自由氫及烷基所組成之族群中。 12、根據巾請專利範圍第u項之組成物,其中在每個 ^單元中,Μ為分別選自由Ti,Zr,Si及A1所組成之 無群中的金屬。 根據申明專利範圍第11項之組成物,其中該組成 物進一步包括第二聚合物。 x 14、根據申請專利範圍第13項之組成物,其中該第二 聚口物為選自由環氧酚醛樹脂,丙烯酸酯,聚合化的氨基 22 1298083 樹脂, 成之族群中。 甘脲(glycouri ls),乙 ’乙稀鱗類,和彼等混合物所矣且 1 5、根據申請專利範圍第 聚合物具有重量平均分子量為 圍第14項之組成物,其中該第二 有重$平均分子量為約1 000到約25000。 根據申請專利範圍第11項之組成物,其中每個L 1 6、根據申請專利範圍第 分別為具有下式 ΑΛ. 其中每個R分別為選自由氫,烷基,芳基,烷氧基, 及苯氧基所組成之族群中。 17、 根據申請專利範圍第16項之組成物,其中至少一 個L為乙醯乙酸乙酯的部分。 18、 根據申請專利範圍第1 6項之組成物,其中一個r 為-ch3,而另一個R為一〇C2h5。 1 9、根據申請專利範圍第1 1項之組成物,其中該官能 基為選自由醇,酚,和羰基所組成之族群中。 根據申凊專利範圍第1 9項之組成物,其中該有機 化合物為選自由三羥甲基乙氧化物,4-羥基苯甲醛,和2-氰基-3-(4-羥基苯基丙烯酸乙酯所組成之族群中。 21、根據申請專利範圍第11項之組成物,其中該發色 團包括23 1298083 22、根據申請專利範圍第21項之組成物,其中該發色 團包括 NCCN. Ο 23、一種在微影方法中使用組成物之方法該方法包 括將在基板上形成-層之組成物的數量塗覆到基板上之步 驟’該組成物包括: 一種溶劑系統;及 一種分散或溶解於該 包括具有下式之重複單元溶劑系統中之聚合物,該聚合物 其中Μ為金屬, 每個R分別為選自由氣 氧基所組成之族群中;及 ,烷基,芳基,烷氧基,及笨X為選自 以下所組成之族群中(ID24 V 1298083每個x1及γ分別為選自由拉電子基所組成之族群中; R2為選自由烷基及芳基所組成之族群中;及 X係經由以*表示之鍵結而鍵結到Μ上。 24、 根據申請專利範圍第23項之方法,其中該塗覆步 驟包括旋轉塗覆該組成物到該基板表面上。 25、 根據申請專利範圍第23項之方法,其中該基板具參 有孔/同形成在其中,該孔洞是由底壁及側壁所界定,且 該塗覆步驟包括塗覆該組成物到該底壁及側壁之至少一部 份上。 26、 根據申請專利範圍第23項之方法,其進一步包括 在塗覆步驟之後,在約100_25(rc之溫度下烘烤該層以產 生經硬化層之步驟。 27、 根據申請專利範圍第26項之方法,其進一步包括 塗覆光阻劑到該經烘烤層上之步驟。 < · 28、 根據申請專利範圍第27項之方法,其進一步包括 下列步驟: 將該光阻劑之至少一部份曝於活化輻射下;及 顯影該經曝光光阻劑。 29根據申叫專利範圍第28項之方法,其中該顯影步 驟可產生從鄰近該曝光仏劑之區域上移除該組成物。 3〇、根據申請專利範圍第23項之方法,其中X為: 25 129808331、根據申請專利範圍第3〇項之方法,其中χ為:32、一種在微影方法中使用組成物之方法,該方法包 括將在基板上形成一層之組成物的數量塗覆到基板上之步 驟,該組成物包括: 一種溶劑系統;及 一種分散或溶解於該溶劑系統中之聚合物,該聚合物 疋藉由將聚合物型烷氧基金屬、有機化合物及發色團反應 所形成的,該聚合物型烷氧基金屬包括具有下式之重複單 元 鲁 L I —f-M — o*^—} L 其中Μ為金屬,且每個L分別為選自由二啊及烧氧基 配位體所組成之族群中; 該有機化合物包括歸與該聚合物型燒氧基金屬之μ 26 1298083 配位的官能基;及 該發色團為選自由具有以下所組成之族群中其中 每個X1及γ分別為選自由拉電子基所組成之族群中; R2為選自由烧基及芳基所組成之族群中;及 R3為選自由氫及烧基所組成之族群中。 33、 根據申請專利範圍第32項之方法,其中該塗覆步 驟包括旋轉塗覆該組成物到該基板表面上。 34、 根據申請專利範圍第32項之方法,其中該基板具 有一孔洞形成在其中,該孔洞是由底壁及側壁所界定,且 該塗覆步驟包括塗覆該組成物到該底壁及側壁之至少一部 份上。 35、 根據申請專利範圍第32項之方法,其進_步包括 在塗覆步驟之後’在約1 00-250°c之溫度下烘烤該層以產 生經硬化層之步驟。 3 6、根據申請專利範圍第3 5項之方法,其進—丰 步包括 塗覆光阻劑到該經烘烤層上之步驟。 27 列步 37、根據申請專利範圍第⑽項 之方法, 進一步包括下 將該光阻劑之至少一 A 郎份曝於活化輻射 顯影該經曝光光阻劑。 下’及 38、 根據申請專利範圍第37項之 只〈万法,其中該顯影步 驟可導致該組成物從鄰近該曝光光阻劑之區域上被移除。 39、 根據申請專利範圍第32項之方法,其中該發色團 包括 Y〇40、根據申請專利範圍第39項之方法,其中該發色團 包括 NC拓"壹、圖式: 如次頁 28
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