CN101362809A - 抗反射性聚合物、抗反射性组成物及形成图案的方法 - Google Patents

抗反射性聚合物、抗反射性组成物及形成图案的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种抗反射性聚合物、抗反射性组成物及形成图案的方法，所述聚合物用于通过交联获得具有高折射率的抗反射膜。含有用于交联的聚合物的抗反射性组成物适用于半导体器件制造过程中的使用ArF(193nm)的浸没式光刻工序。

Description

抗反射性聚合物、抗反射性组成物及形成图案的方法
技术领域
本发明涉及一种用于通过交联获得具有高折射率的抗反射膜的聚合物及一种含有该聚合物的抗反射性组成物，该抗反射性组成物特别适用于半导体器件制造过程中的使用ArF(193nm)的浸没式光刻工序。
背景技术
在形成超精细图案的过程中，会不可避免地出现以下情况：由于光学性质的改变和光阻膜的底部薄膜的光阻剂厚度的改变而产生驻波和反射性刻痕，并且由于来自底部薄膜的衍射光与反射光而产生临界尺寸的波动。因此，使用了这样的材料，其吸收波长在用作曝光光源的光的波长范围内的光。因此，可以在可用于精细工序的光阻膜的底部沉积用于防止在底部薄膜中发生反射的抗反射膜。
来自光源的紫外线穿过光阻膜，从而使射到光阻膜底层的光发生散射或反射。有机抗反射膜吸收影响光刻工序的散射或反射光。
干式光刻法使用折射率为1.0的空气作为用于在曝光透镜和包括光阻膜的晶片之间传播曝光光束的介质。与干式光刻法不同，浸没式光刻法使用诸如H2O或者折射率为1.0或以上的有机溶剂等液体作为介质。因此，即使当使用相同波长的光源时，浸没式光刻法也具有与使用短波长光源或大数值孔径(NA)透镜时相同的效果。另外，焦深不会减小。
因此，浸没式光刻法可以改善焦深，且可以使用传统曝光波长形成超精细图案。
然而，当在浸没式光刻法中使用具有低折射率的抗反射性组成物时，曝光光源的光反射增加，并且使光阻图案崩溃。因此，需要开发一种适用于浸没式光刻法的具有高折射率的抗反射材料。
发明内容
本发明的各种实施例旨在提供一种用于通过交联获得适用于浸没式光刻法的抗反射膜的聚合物、含有该聚合物的抗反射性组成物及使用该组成物来形成光阻图案的方法。
根据本发明的实施例，用于交联的聚合物包括化学式1所示的重复单元：
[化学式1]
Figure A200810126683D00051
其中R1为氢或甲基，
b是表示重复单元数量的自然数，以及
m和n均是范围在0至4的整数，
化学式1所示的重复单元优选地由化学式1a表示：
[化学式1a]
Figure A200810126683D00052
化学式1所示的重复单元优选地具有位于1,000至100,000范围内的平均分子量。
根据本发明的一个实施例，抗反射性组成物包括上述聚合物、能吸收光的基础树脂、热产酸剂以及有机溶剂。
可以吸收来自光源的光的任何合适的树脂都可以用作组成物中的基础树脂。对于ArF光源，能吸收光的基础树脂优选地包括聚乙烯基苯酚。
在受热时会产生酸的任何合适的化合物都可以用作组成物中的热产酸剂。热产酸剂优选地包括对甲苯磺酸2-羟基环己酯。
可使用任何合适的有机溶剂。例如，有机溶剂优选地包括3-甲氧基丙酸甲酯(MMP)、3-乙氧基丙酸乙酯(EEP)、丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)、环己酮、或其组合。
以本发明的用于交联的聚合物为100重量份计，基础树脂的量优选地在30重量份至1,000重量份的范围内，热产酸剂的量优选地在2重量份至20重量份的范围内，有机溶剂的量优选地在2,000重量份至10,000重量份的范围内。
该抗反射性组成物特别适用于浸没式光刻法。
根据本发明的另一个实施例，一种形成半导体器件的图案的方法包括：在底层上涂布本发明的抗反射性组成物；实施烘烤处理来烘烤该抗反射性组成物涂层，以形成抗反射膜；以及在该抗反射膜上形成光阻图案。
烘烤处理优选地在150℃～300℃的温度进行30秒至2分钟。曝光过程优选地是ArF浸没式光刻过程。
根据本发明的另一个实施例，一种半导体器件可以使用包括本发明的形成半导体器件图案的方法在内的方法制造而成。
为了增加图案的分辨率，抗反射膜的折射率应随曝光装置的数值孔径(NA)的增加而增加。特别是在浸没式光刻法中，使用液体(如H2O或折射率大于1.0的有机溶剂)作为介质，因此，既使当使用相同曝光波长的光源时，也能得到与使用短波长的光源或高数值孔径(NA)的透镜相同的效果。优选在浸没式光刻法中使用具高折射率的抗反射膜以减少反射，如此可得到无驻波的纵向图案，且图案无崩溃。
本发明的抗反射膜在用于交联的聚合物中包含硫原子，由此得到具有高折射率的抗反射膜。因此，该抗反射膜尤其适用于浸没式光刻法。
附图说明
图1为实例1的聚合物的NMR光谱。
图2为实例4的图案的SEM照片(左)及其绘制图(右)。
R1、R2、R3、R4：NMR光谱的峰值区间
具体实施方式
下面参照下列实例详细说明本发明，这些实例是示例性的而非限制性的。
实例1.制备用于交联的聚合物
使丙烯醛(100g)、AIBN(3g)以及PGMEA(400g)在圆底烧瓶内在80℃的温度反应约8小时。反应后，使所得到的混合物在正己烷(4L)中沉淀以得到白色粉末(65g)。将乙硫醇(500g)和对甲苯磺酸(0.5g)加入白色粉末中并在32℃温度反应约24小时。反应后，加入三乙胺(1g)并搅拌约30分钟。搅拌后，使所得到的混合物在正己烷中沉淀以得到聚(3，3-二硫乙基丙烯)聚合物(40g)(参见图1A及图1B)。在图1A和图1B中，区间1(R1)至区间4(R4)分别由D1至D4所产生。
实例2.制备抗反射性组成物
在PGMEA(500g)中加入得自实例1的聚合物(7g)、分子量为8000的聚乙烯基苯酚树脂(3g)以及对甲苯磺酸2-羟基环己酯(0.03g)，并通过100nm的过滤器进行过滤以得到抗反射性组成物。
实例3.测量折射率与吸收系数
将得自实例2的抗反射性组成物以28nm的厚度涂布在硅晶片上，并在220℃温度烘烤60秒以形成抗反射膜。接着，使用椭圆偏光计测量193nm时的折射率(n)与吸收系数(k)。结果n＝1.86并且k＝0.28。
实例4.形成图案
在硅晶片上依次涂布厚度为
Figure A200810126683D0007105601QIETU
的非晶碳薄膜和厚度为
Figure A200810126683D0007105609QIETU
的SiON薄膜。将从实例2中得到的抗反射性组成物旋涂在SiON薄膜上，并在220℃温度烘烤60秒以得到厚度为
Figure A200810126683D0008142901QIETU
的抗反射膜。在烘烤后，旋涂用于浸没式光刻法的光阻材料(AIM5076，由JapanSynthesis Rubber Co.，Ltd.制造)，并在110℃温度烘烤60秒。使用浸没式曝光装置(1700i，由ASML Co.，Ltd.制造)对所得到的结构曝光，并在105℃温度对该结构烘烤60秒。在烘烤后，采用2.38wt％(重量百分比，下同)的TMAH(氢氧化四甲铵)显影溶液对所得到的结构进行显影，以得到无驻波的纵向图案(参见图2)。
如上所述，根据本发明实施例的抗反射膜在用于交联的聚合物中包含硫原子，这样可以形成具有高折射率的抗反射膜。另外，该抗反射膜适用于浸没式光刻法。在浸没式光刻法中，具有高折射率的该抗反射膜减少反射以帮助得到无驻波的纵向图案，并防止图案崩溃。
本发明的上述实施例是示例性的而非限制性的。各种替代及等同的方式都是可行的。本发明并不限于本文所述的沉积、蚀刻、抛光、图案化步骤的类型。本发明也不限于任何特定类型的半导体器件。举例来说，本发明可以用于动态随机存取存储(DRAM)器件或非易失性存储器件。对本发明内容所作的其它增加、删减或修改落入所附权利要求书的范围内。
本申请要求2007年8月9日提交的韩国专利申请No.10-2007-0079944的优先权，该韩国专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

Claims (11)

1.一种聚合物，包括化学式1所示的重复单元：
[化学式1]
其中R1为氢或甲基，
b为表示重复单元数量的自然数，以及
m和n均为范围在0至4的整数。
2.根据权利要求1所述的聚合物，其中，
化学式1所示的重复单元由化学式1a表示：
[化学式1a]
Figure A200810126683C00022
3.根据权利要求1所述的聚合物，其中，
化学式1所示的重复单元具有在1,000至100,000的范围内的平均分子量。
4.一种抗反射性组成物，包括：
根据权利要求1所述的聚合物、能吸收光的基础树脂、热产酸剂以及有机溶剂。
5.根据权利要求4所述的抗反射性组成物，其中，
能吸收光的基础树脂包括聚乙烯基苯酚。
6.根据权利要求4所述的抗反射性组成物，其中，
热产酸剂包括对甲苯磺酸2-羟基环己酯。
7.根据权利要求4所述的抗反射性组成物，其中，
有机溶剂选自由一个群组，所述群组包括：3-甲氧基丙酸甲酯(MMP)、3-乙氧基丙酸乙酯(EEP)、丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)、环己酮、及其组合。
8.根据权利要求4所述的抗反射性组成物，其中，
以所述聚合物为100重量份计，基础树脂的量在30至1,000重量份的范围内，热产酸剂的量在2至20重量份的范围内，有机溶剂的量在2,000至10,000重量份的范围内。
9.一种形成半导体器件的图案的方法，包括：
在底层上涂布根据权利要求4所述的抗反射性组成物；
烘烤抗反射性组成物涂层以形成抗反射膜；以及
在所述抗反射膜上形成光阻图案。
10.根据权利要求9所述的方法，包括：
通过ArF浸没式光刻法形成所述光阻图案。
11.一种半导体器件，其由包括根据权利要求9所述的形成图案的方法在内的方法制造而成。
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