CN101370849B - 具有抗反射性和高碳含量的聚合物及含有该聚合物的硬掩模组合物以及形成图案化材料层的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了抗反射硬掩模组合物。所述硬掩模组合物含有有机溶剂、引发剂、和由式A、式B或式C表示的至少一种聚合物，这些在说明书中有描述。

Description

具有抗反射性和高碳含量的聚合物及含有该聚合物的硬掩模组合物以及形成图案化材料层的方法
技术领域
实施方式涉及具有抗反射性和高碳含量的聚合物、含有该聚合物的硬掩模(hardmask)组合物、形成图案化材料层的方法、以及有关的装置。
背景技术
可以将抗反射涂层(ARC)材料加入平版印刷操作过程中使用的成像层中，以将制造装置过程中成像层与目标材料层之间的反射率最小化。然而，当加入ARC材料的成像层与目标材料层具有相似的组成时，成像层会显示出很差的蚀刻选择性，使得在蚀刻目标材料层的过程中部分成像层会损耗。因此，可以包括硬掩模作为中间层，该硬掩模设置在成像层和目标材料层之间。硬掩模可以从上面的成像层接受图案，并可被用于将图案转移至下面的材料层。然而，需要显示抗反射性能的硬掩模材料。
于2006年12月30日提交至韩国知识产权局的、发明名称为“High EtchResistant Hardmask Composition Having Antireflective Properties with HighCarton Content and Method for Forming Patterned Material Layer Using theSame(具有高抗发射性和高碳含量的高抗蚀刻硬掩模组合物和使用该组合物形成图案化材料层的方法)”的韩国专利申请No.10-2006-0139169的全部内容在此引入作为参考。
发明内容
因此，实施方式指向具有抗反射性和高碳含量的聚合物，含有该聚合物的硬掩模组合物，形成图案化材料层的方法，以及有关的装置，这些基本上克服了由相关的技术的限制和缺点产生的一个或多个问题。
因此，实施方式的一个特征提供了在主链中具有含芳环的基团和高碳含量的聚合物。
因此，实施方式的另一个特征提供了含有该组合物的抗反射硬掩模组合物。
因此，实施方式的另一个特征提供了使用抗反射硬掩模组合物制造装置的方法，以及使用硬掩模组合物形成的装置。
通过提供由式A表示的双(苯基)芴主链聚合物来实现至少一个上述和其它特征：
Figure S2007800027905D00021
芴基可以为未取代的或取代的，m可以为至少1且小于约750，n可以为至少1或小于约750；R1可以为亚甲基或者可以包括含非芴芳基的连接基团；R2可以为氧或具有1至约7个碳的烷氧基，其中烷氧基的氧与氢H或基团G连接；且G可以为乙烯基或烯丙基。
芴基可以为取代的，使得式A由式1表示：
Figure S2007800027905D00022
R3可以为羟基、约10个碳以下的烃基、或者卤素。R3可以为约10个碳以下的烃基，且约10个碳以下的烃基可以包括C1-C10烷基、C6-C10芳基、或者烯丙基。R1可以为
该聚合物的重均分子量可以为约1000-30000。
还可以通过提供由式B表示的萘主链聚合物来实现至少一个上述和其它特征及优点：
Figure S2007800027905D00032
萘基可以为未取代的或取代的，m可以为至少1且小于约750，n可以为至少1且小于约750；R1可以为亚甲基或者可以包括含非萘芳基的连接基团；R2可以为氧或具有1至约7个碳的烷氧基，其中烷氧基的氧与氢H或基团G连接；且G可以为乙烯基或烯丙基。
萘基可以是取代的，使得式B由式2表示：
R3、R4和R5可以各自独立地为氢、羟基、约10个碳以下的烃基、或者卤素，且R3、R4和R5中的至少一个可以不为氢。R3、R4和R5中的至少一个可以为约10个碳以下的烃基，且约10个碳以下的烃基可以包括C1-C10烷基、C6-C10芳基、或者烯丙基。R1可以为
Figure S2007800027905D00034
该聚合物的重均分子量可以为约1000-30000。
还可以通过提供由式C表示的芘主链聚合物来实现至少一个上述和其它特征及优点：
Figure S2007800027905D00041
芘基可以为未取代的或取代的，m可以为至少1且小于约750，n可以为至少1且小于约750；R1可以为亚甲基或者可以包括含非芘芳基的连接基团；R2可以为氧或具有1至约7个碳的烷氧基，其中烷氧基的氧与氢H或基团G连接；且G可以为乙烯基或烯丙基。
芘基可以是取代的，使得式C由式3表示：
R3、R4、R5、R6和R7可以各自独立地为氢、羟基、约10个碳以下的烃基、或者卤素，且R3、R4、R5、R6和R7中的至少一个可以不为氢。R3、R4、R5、R6和R7中的至少一个可以为约10个碳以下的烃基，且约10个碳以下的烃基可以包括C1-C10烷基、C6-C10芳基或者烯丙基。R1可以为
Figure S2007800027905D00043
该聚合物的重均分子量可以为约1000-30000。
还可以通过提供抗反射硬掩模组合物来实现至少一个上述和其它特征和优点，该组合物含有有机溶剂、引发剂、和由式A、B或C表示的至少一种聚合物：
Figure S2007800027905D00051
在式A中，芴基可以为未取代的或取代的，在式B中，萘基可以是未取代的或取代的，且在式C中，芘基可以为未取代的或取代的。在所有式A、式B或式C中，m可以为至少1且小于约750，n可以为至少1且小于约750；R1可以为亚甲基或者可以包括芳基连接基团；R2可以为氧或具有1至约7个碳的烷氧基，其中烷氧基的氧与氢H或基团G连接；且G可以为乙烯基或烯丙基。
基于100重量份的有机溶剂，组合物可以含有约1-30重量份的至少一种聚合物。该组合物还可以含有交联剂和催化剂。组合物可以含有约1-20重量％的至少一种聚合物，约0.001-5重量％的引发剂，约75-98.8重量％的有机溶剂，约0.1-5重量％的交联剂，和约0.001-0.05重量％的催化剂。该组合物还可以含有交联剂，且该交联剂可以包括醚化的氨基树脂、N-甲氧基甲基三聚氰胺树脂、N-丁氧基甲基三聚氰胺树脂、甲基化的脲树脂、丁基化的脲树脂、甘脲衍生物、2，6-双(羟甲基)-对甲酚化合物、或双环氧化合物(bisepoxy compound)中的一种或多种。
还可以通过提供将材料层图案化的方法来实现至少一个上述和其它特征和优点，该方法包括使用实施方式的组合物在材料层上形成硬掩模层，在硬掩模层上形成辐射敏感成像层，以形成图案的方式将成像层暴露到辐射中以在成像层中形成辐射曝光区域的图案，选择性地除去部分成像层和硬掩模层以暴露部分材料层，以及蚀刻通过硬掩模层中的开口暴露的部分材料层。
附图说明
通过参考附图详细地描述示例的实施方式，本领域的普通技术人员对上述和其它特征以及优点可以一目了然。
图1-5说明了使用实施方式的硬掩模组合物制备装置的方法的步骤。
具体实施方式
下文中将参考附图更详细地描述实例的实施方式；然而，它们可以以不同的形式体现，并不应认为限制成本文陈述的实施方式。相反，提供这些实施方式，使得本公开是彻底完整的，且将本发明的范围完全转达给本领域的技术人员。
在各图中，为了清楚说明，可以将层和区域的尺寸夸大。也可以理解，当层或元件表示成在另一个层或基材的“上面”时，它可以直接在其它层或基材上，或者还可以存在插入层。此外，可以理解，当层表示成在另一个层的“下面”时，它可以直接在下面，并还可以存在一个或多个插入层。另外，还可以理解，当层表示成在两层“之间”时，它可以为两层之间的仅有的层，或者还可以存在一个或多个插入的层。全文中相同的附图标记表示相同的元件。
本文所使用的措辞“至少一个”、“一个或多个”和“和/或”是在操作中连接和分离均可的开放式表达。例如，各种表达“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”和“A、B和/或C”包括下列含义：单独的A；单独的B；单独的C；A和B一起；A和C一起；B和C一起；和A、B和C三个全部一起。此外，这些表达是开放的，除非清楚地指定为通过与术语“由……组成”的组合的相反面。例如，表达“A、B和C中的至少一个”还可以包括第n个成员，其中n大于3，而表达“选自由A、B和C组成的组中的至少一个”则不是。
本文所使用的表达“或”不是“排除的或”，除非它与术语“二者之一”结合使用。例如，表达“A、B或C”包括单独的A；单独的B；单独的C；A和B一起；A和C一起；B和C一起；以及A、B和C三个全部一起，而表达“或者A、或者B或者C”表示单独的A、单独的B、和单独的C，且不表示A和B一起；A和C一起；B和C一起；以及A、B和C三个全部一起。
本文所用的术语“一种”为可以用于单数形式或复数形式的开放性术语。例如，术语“一种催化剂”可以表示单个化合物，如对甲苯磺酸吡啶鎓盐或结合的多个化合物，例如，混合有对价苯磺酸一水合物的对甲苯磺酸吡啶鎓盐。
文本使用的聚合物材料的分子量为重均分子量，除非另有说明。
下面将更详细的描述示例的实施方式。实施方式可以提供在无定形结构中具有高碳含量的高密度网状聚合物，该聚合物可以适合于形成具有各向异性轮廓的硬掩模。实施方式还可以提供具有在短波长区域如157nm、193nm和248nm中有强吸收的芳环的含芳环的聚合物。该聚合物在聚合物的主链中可以具有芳环，并可以具有可在相邻的聚合物分子直接发生交联的活性基团。
实施方式提供了式A表示的聚合物：
Figure S2007800027905D00081
在式A中，R1可以为亚甲基或者可以包括含非芴芳基的连接基团，如
Figure S2007800027905D00082
R2可以为氧(-O-)或具有1至约7个碳的烷氧基(-CnH2nO-，其中n为1-7的整数且2n表示碳原子数的两倍)，其中，烷氧基的碳与聚合物的主链连接，且烷氧基的氧与基团G连接，且HR2可以为相应的羟基或醇。G可以为能与相邻的聚合物分子发生交联的活性基团。例如，G可以为其中不饱和键在末端位置的不饱和烃基(烯烃)，如乙烯基(-CH＝CH2)或烯丙基(-CH2-CH＝CH2)。显示G为烯丙基的情况的部分结构如下所示：
Figure S2007800027905D00083
由m和n表示的数字可以为如下：m可以为至少1且小于约750，n可以为至少1或小于约750。
式A可以是未取代的或取代的，例如，式A中的芴基可以为取代的。在一个实施方式中，芴基可以用基团R3取代，如式1所示。
Figure S2007800027905D00084
在式1中，R3可以为羟基、卤素、或者约10个碳以下的烃基。约10个碳以下的烃基可以包括，例如C1-C10烷基、C6-C10芳基、或者烯丙基。
第二个实施方式提供了式B表示的聚合物：
Figure S2007800027905D00091
在式B中，R1、R2、G、m和n可以如式A所描述的，即R1可以为亚甲基或者可以包括含非萘芳基的连接基团，如
Figure S2007800027905D00092
R2可以为氧(-O-)或具有1至约7个碳的烷氧基(-CnH2nO-，其中n为1-7的整数且2n表示碳原子数的两倍)其中，烷氧基的碳与聚合物的主链连接，且烷氧基的氧与基团G连接，且HR2可以为相应的羟基或醇；且G可以为能与相邻的聚合物分子发生交联的活性基团。例如，G可以为其中不饱和键在末端位置的不饱和烃基(烯烃)，如乙烯基(-CH＝CH2)或烯丙基(-CH2-CH＝CH2)。显示G为烯丙基的情况的部分结构如下所示：
由m和n表示的数字可以为如下：m可以为至少1且小于约750，且n可以为至少1或小于约750。
式B可以是未取代的或取代的，例如，式B中的萘基可以为取代的。在一个实施方式中，萘基可以用基团R3、R4和R5中的一个或多个取代，如式2所示。
Figure S2007800027905D00101
在式2中，R3可以如式1所描述的，即R3可以为羟基、卤素、或者约10个碳以下的烃基，约10个碳以下的烃基可以包括，例如C1-C10烷基、C6-C10芳基、或者烯丙基。R4可以为羟基、卤素、或者约10个碳以下的烃基，约10个碳以下的烃基可以包括，例如C1-C10烷基、C6-C10芳基、或者烯丙基。R5还可以为羟基、卤素、或者约10个碳以下的烃基，约10个碳以下的烃基可以包括，例如C1-C10烷基、C6-C10芳基、或者烯丙基。也就是说，R3、R4和R5可以各自独立地为羟基、卤素、或者约10个碳以下的烃基，且约10个碳以下的烃基可以包括，例如C1-C10烷基、C6-C10芳基、或者烯丙基。此外，R3、R4和R5中的一个或多个可以为氢，即不需要在R3、R4和R5全部都取代。
第三个实施方式提供了由式C表示的聚合物：
Figure S2007800027905D00102
在式C中，R1、R2、G、m和n可以如式A所描述的，即R1可以为亚甲基或者可以包括含非芘芳基的连接基团，如
Figure S2007800027905D00103
R2可以为氧(-O-)或具有1至约7个碳的烷氧基(-CnH2nO-，其中n为1-7的整数且2n表示碳原子数的两倍)，其中，烷氧基的碳与聚合物的主链连接，且烷氧基的氧与基团G连接，且HR2可以为相应的羟基或乙醇；且G可以为能与相邻的聚合物分子发生交联的活性基团。例如，G可以为其中不饱和键在末端位置的不饱和烃基(烯烃)，如乙烯基(-CH＝CH2)或烯丙基(-CH2-CH＝CH2)。显示G为烯丙基的情况的部分结构如下所示：
Figure S2007800027905D00111
在式C中，由m和n表示的数字可以为如下：m可以为至少1且小于约750，且n可以为至少1或小于约750。
式C可以是未取代的或取代的，例如，式C中的芘基可以为取代的。在一个实施方式中，芘基可以用基团R3、R4、R5、R6和R7中的一个或多个取代，如式3所示。
Figure S2007800027905D00112
在式3中，基团R3、R4和R5可以如式2所描述的，即R3、R4和R5可以独立地为羟基、卤素、或者约10个碳以下的烃基。约10个碳以下的烃基可以包括，例如C1-C10烷基、C6-C10芳基、或者烯丙基。R6可以为羟基、卤素、或者约10个碳以下的烃基，且约10个碳以下的烃基可以包括，例如C1-C10烷基、C6-C10芳基、或者烯丙基。R7也可以为羟基、卤素、或者约10个碳以下的烃基，且约10个碳以下的烃基可以包括，例如C1-C10烷基、C6-C10芳基、或者烯丙基。也就是说，R3、R4、R5、R6和R7可以各自独立地为羟基、卤素、或者约10个碳以下的烃基，且约10个碳以下的烃基可以包括，例如C1-C10烷基、C6-C10芳基、或者烯丙基。此外，R3、R4、R5、R6和R7的一个或多个可以为氢，即不需要在R3、R4、R5、R6和R7全部都取代。
由式A、B和C表示的含芳环的聚合物可以有许多能与交联剂交联或反应的、沿着聚合物主链分布的活性位置，例如式1、2和3中的R3-R7可以为羟基。由式A、B和C表示的含芳环的聚合物的重均分子量为约1000-30000。
实施方式提供了硬掩模组合物，该组合物含有由式A、B或C表示的至少一种聚合物。该硬掩模组合物还可以含有引发剂、有机溶剂、交联剂、催化剂、或表面活性剂的一种或几种。
在硬掩模组合物中，由式A、B和C表示的含芳环的聚合物在聚合物的主链中含有芳环，这可以提供在短波长如157nm、193nm和/或248nm区域内的强吸收，使得硬掩模组合物在短波长区域内吸收光。硬掩模组合物还可以显示成膜特性，这有助于通过常规的旋涂技术来形成层。另外，由式A、B和C表示的聚合物可以具有能发生交联的活性基团G。在由式A、B和C表示的聚合物中，该聚合物可以为无规共聚物或嵌段共聚物，并且在聚合物的合成中，在聚合前或聚合后可以引入基团G。活性基团G可以为，例如不饱和的烷基如烯丙基和乙烯基。因此，引发剂可以用于在相邻聚合物分子之间产生交联，使得该组合物例如在涂覆组合物后焙烧(加热)时可以固化。
引发剂可以为适合于交联含芳环聚合物的不饱和烷基的热引发剂，例如过氧化物、过硫酸盐、偶氮化合物等中的一种或几种。有机溶剂可以为充分溶解含芳环聚合物的任何合适的溶剂，例如丙二醇单甲醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇单甲醚(PGME)、环己酮、乳酸乙酯等。
当硬掩模组合物含有交联剂和催化剂时，交联可以在交联剂和聚合物的活性位置之间发生，例如，R3-R7中的一个或多个为羟基，以固化硬掩模组合物。这可以提供增强的耐蚀刻和耐化学品的硬掩模。交联剂可以在催化剂存在下能与含芳环聚合物的活性位置反应，且可以包括例如双环氧化合物、醚化的氨基树脂、烷氧基烷基三聚氰胺树脂如N-甲氧基甲基三聚氰胺树脂和N-丁氧基甲基三聚氰胺树脂、甲基化的脲树脂、丁基化的脲树脂如
Figure S2007800027905D00131
U-65和UFR 80(由Cytec Industries，Inc.(U.S.A.)制造)、甘脲衍生物如1174(由Cytec Industries，Inc.(U.S.A.)制造并在下面的式4中说明)、2，6-双(羟甲基)对甲酚等的一种或多种。
Figure S2007800027905D00133
催化剂可以包括例如氢氧化铵如NH4OH和NR4OH(其中R为烷基)、2-甲基咪唑、对甲苯磺酸一水合物、对甲苯磺酸吡啶鎓盐等的一种或多种。为了提高储存稳定性，可以使用热酸产生剂(TAG)化合物(即通过热处理产生酸的化合物)作为催化剂。优选的TAG的例子包括对甲苯磺酸吡啶鎓盐、2，4，4，6-四溴环己二烯醇(2，4，4，6-tetrabromocyclohexadienol)、苯偶姻甲苯磺酸酯(benzoin tosylate)、甲苯磺酸-2-硝基苄酯、和有机磺酸的烷基酯。还可以使用用于抗蚀剂的辐射敏感酸催化剂，该抗蚀剂与硬掩模组合物的其它成分相容。
在硬掩模组合物中，基于100重量份的有机溶剂，由式A、式B和/或式C表示的含芳环聚合物的总量可以为约1-30重量份。当硬掩模组合物含有有机溶剂、引发剂、交联剂和催化剂时，由式A、式B和/或式C表示的含芳环聚合物可以为组合物的约1-20重量％、优选约3-10重量％，引发剂可以为约0.001-5重量％、优选约0.01-3重量％，有机溶剂可以为组合物的约75-98.8重量％，交联剂可以为组合物的约0.1-5重量％、优选约0.1-3重量％，且催化剂可以为组合物的约0.001-0.05重量％、优选约0.001-0.03重量％。
基于100重量份的有机溶剂，使用约1-30重量份的聚合物可以帮助确保获得需要的涂覆厚度，即涂覆厚度被精确地控制。使用约0.001重量％以上的引发剂可以帮助确保令人满意的交联，且使用约5重量％以下的引发剂可以避免具有过量的即未反应的引发剂，引发剂过量会导致图案轮廓变形并在与光致抗蚀剂或上覆的第二硬掩模的界面混合，使得涂覆的膜的光学性能可能改变。使用约0.1重量％以上的交联剂可以确保令人满意的交联，且使用约5重量％以下的交联剂可以避免图案轮廓变形，并避免由焙烧时所含的挥发性成分逸出所产生的再沉淀污染。使用约0.001重量％以上的催化剂可以确保令人满意的交联，且使用约0.05重量％以下的催化剂可以避免过量的酸度并赋予组合物良好的储存稳定性。
实施方式提供了使用形成于材料层上的硬掩模组合物在基材上图案化材料层的方法。该方法可以包括提供材料层如其上具有材料层的基材，在该材料层上使用实施方式的组合物形成硬掩模层，在硬掩模层上形成辐射敏感成像层，以形成图案的方式将成像层暴露到辐射下以在成像层中形成辐射曝光(radiation-exposed)的区域，选择性地除去部分成像层和硬掩模层以暴露部分材料层，以及蚀刻通过硬掩模层中的开口暴露的部分材料层以图案化材料层。例如，参见图1，使用实施方式的硬掩模组合物制造装置的方法可以包括提供具有目标材料层110例如金属层如铝或者氮化硅(SiN)层的基材100，在目标材料层110上形成硬掩模层120，以及在硬掩模层120上形成成像层130例如光致抗蚀剂层。参见图2和图3，接着成像层130可以被曝光并显影以产生图案化的成像层135，随后可以依次加工硬掩模层120和目标材料层110以形成硬掩模图案125和图案化的材料层115。
作为特定的实施例，可以根据下列步骤来进行该方法。第一，可以通过普通的技术将待图案化的材料施覆于基材，例如硅基材。待图案化的材料可以为导体、半导体、磁性或绝缘材料，如铝、氮化硅等。此后，可以将实施方式的硬掩模组合物旋涂例如约500-
Figure S2007800027905D00141
的厚度，并焙烧以形成硬掩模层，如在约100-300℃焙烧约10秒至约10分钟。然后可以将辐射敏感成像层形成在硬掩模层上。接着可以进行成像层的曝光和显影以形成相应于图案形成位置的开口，即可以选择性地除去成像层和硬掩模层以暴露出部分材料层。然后可以将材料层蚀刻，例如使用具有如CHF3/CF4的混合气的蚀刻气的干蚀刻，以形成图案化的材料层，同时硬掩模用于保护未曝光部分的材料层。下面，可以使用普通的光致抗蚀剂剥离器来除去抗蚀剂的残留部分。可以除去图案化的硬掩模，即含有一种或多种实施方式的交联的聚合物的聚合的组合物。由此可以提供半导体集成电路装置、光学或电光装置、微电子机械系统(MEMS)装置等。
参见图4，在实施中，该方法还可以包括在形成成像层130前，例如形成实施方式的硬掩模层120后和形成成像层130前，形成含硅硬掩模层101A或底部抗反射硬掩模层(BARC)101B。参见图5，在实施中，在形成成像层130前，例如形成根据实施方式的硬掩模层120后即形成成像层130前，底部抗反射硬掩模层101B可以形成于含硅的硬掩模层101A上。
硬掩模组合物和使用该组合物形成的平版印刷(lithographic)结构可以用于制造和设计根据半导体制造方法的集成电路装置。例如，该组合物可以用于形成图案化的材料层结构，如金属配线、接触孔和偏置(bias)，绝缘部分如大马士革槽(damascene trenche)和浅槽隔离(shallow trench isolation)(STI)结构，用于电容器结构的槽等。
提供下列实施例和对比例以详细陈述一个或多个实施方式。然而，可以理解实施方式并不限于特定的详细描述。
实施例
合成例1
4，4′-(9-亚芴基)二乙烯基苯酚和1，4-双(甲氧基甲基)苯的聚合物的合成，以及该聚合物与烯丙基氯的反应
在装配有机械搅拌器和冷凝器的3L三颈烧瓶中，在搅拌下，将445.58g的4，4′-(9-亚芴基)二乙烯基苯酚、3.08g的硫酸二乙酯和350g的丙二醇单甲基醚完全溶解，同时保持反应器的温度在130℃。溶解10分钟后，将116.35g的1，4-双(甲氧基甲基)苯滴加至该溶液中，然后将得到的混合物在相同温度下反应15小时。接着将2.98g的三乙醇胺作为中和剂加入以淬灭反应。完成反应后，使用水和甲醇的混合物从反应中除去酸，并使用甲醇除去低分子量化合物如低聚物和单体以产生由式5表示的聚合物(Mw＝10000，多分散性＝1.8，n＝20)。
Figure S2007800027905D00161
然后，将由式5表示的聚合物官能化以引入烯丙基。将470.60g的式5的聚合物、38.26g的烯丙基氯、34.55g的碳酸钾和500g的丙酮加入到装配有冷凝器的2L三颈烧瓶中。将该混合物回流12小时。反应完成后，使用水/甲醇混合物除去碱和未反应的烯丙基氯，产生由式6表示的聚合物(Mw＝11,000，多分散性＝1.8，n+m＝20)。
Figure S2007800027905D00162
合成例2
1-萘酚和低聚甲醛的聚合物的合成，以及该聚合物与烯丙基氯的反应
重复实施例1的合成步骤，不同的是使用144.17g的1-萘酚和30.03g的低聚甲醛来代替445.58g的4，4′-(9-亚芴基)二乙烯基苯酚和166.22g的1，4-双(甲氧基甲基)苯，以产生式7的聚合物。
Figure S2007800027905D00171
通过凝胶渗透色谱法(GPC)在四氢呋喃中测量该聚合物的分子量和多分散性，并测定Mw＝10,000，n+m＝20，以及多分散性＝2.2。
合成例3
1-芘醇和低聚甲醛的聚合物的合成，以及该聚合物与烯丙基氯的反应
重复合成例1的步骤，不同的是，使用218.25g的1-芘醇和30.03g的低聚甲醛来代替445.58g的4，4′-(9-亚芴基)二乙烯基苯酚和166.22g的1，4-双(甲氧基甲基)苯，以产生式8的聚合物。
Figure S2007800027905D00172
通过凝胶渗透色谱法(GPC)在四氢呋喃中测量该聚合物的分子量和多分散性，并测定Mw＝12,000，n+m＝20，以及多分散性＝2.3。
实施例1-3
使用由合成例1-3制备的0.8g的官能化的聚合物、0.08g的2，2′-偶氮二异丁腈(AIBN)作为引发剂、0.2g的交联剂
Figure S2007800027905D00173
1174、和2mg的对甲苯磺酸吡啶鎓盐来形成各组合物，将该各组合物溶解在9g的丙二醇单甲醚乙酸酯(PGMEA)中并过滤。将该组合物旋涂在硅晶片上，接着在200℃下焙烧60秒以形成各自的
Figure S2007800027905D00174
的厚膜。使用椭圆偏振计(ellipsometer)(J.A.Woollam Co.，Inc.(U.S.A.))来测量该膜的折射率(n)和消光系数(k)。所得结果示于表1中，所得结果说明这些膜各具有适合在193nm(ArF)和248nm(KrF)的波长下用作抗反射膜的折射率和吸光度。
合成例4
9，9′-双(羟苯基)芴和1，4-双(甲氧基甲基)苯的聚合物的合成
在装配有机械搅拌器和冷凝器的3L四颈烧瓶中，在搅拌下，将350.41g的9，9′-双(羟苯基)芴、3.08g的硫酸二乙酯和350g的丙二醇单甲醚乙酸酯完全溶解，同时保持反应器的温度为115℃。溶解10分钟后，将116.35g的1，4-双(甲氧基甲基)苯滴加至该溶液中，然后将所得到的混合物在相同的温度下反应15小时。然后添加2.98g的三乙醇胺作为中和剂以淬灭该反应。反应完成后，使用水和甲醇的混合物从该反应中除去酸，并使用甲醇除去低分子量化合物如低聚物和单体，以产生由式9表示的聚合物(Mw＝10,000，多分散性＝2.0，n＝20)。
Figure S2007800027905D00181
对比例1
采用实施例1-3中所描述的方式形成膜，不同的是，使用合成例4制备的聚合物。测量该膜的折射率(n)和消光系数(k)。所得结果也示于表1中。
表1
Figure S2007800027905D00191
实施例4-6
将实施例1、2和3制备的各组合物旋涂在覆盖有氮化硅的硅晶片上，在200℃下焙烧60秒以形成
Figure S2007800027905D00192
厚的膜。将硅抗反射涂层(ARC)形成于该膜上并在240℃下焙烧60秒。接着，在硅ARC上涂覆
Figure S2007800027905D00193
厚的ArF光致抗蚀剂，在110℃下焙烧60秒，使用ArF曝光系统(ASML NetherlandsB.V.，XT：1400，NA 0.93)曝光，并用TMAH(2.38重量％)水溶液显影，以形成63nm的线和间距的图案。使用场致发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察该图案。测量该图案的曝光宽容度(exposure latitude)(EL)边界与曝光能量的函数，以及焦点深度(depth of focus)(DoF)边界与源距离的函数。所得结果示于表2中。
对比例2
按照实施例4-6的方式形成图案，不同的是，使用对比例1制备的组合物。观察图案的轮廓，并测量曝光宽容度(EL)边界和聚焦深度(DoF)边界。所得结果也示于表2中。在实施例4-6与对比例2中形成的图案之间图案轮廓和边界没有明显的不同。
表2
实施例7-9
通过光致抗蚀剂作为掩模使用CHF3/CF4的混合气干蚀刻图案化样品即实施例4-6的各硅ARC。通过硅ARC作为掩模使用O2/N2混合气干蚀刻硬掩模。接着，使用硬掩模作为掩模使用CHF3/CF4混合气干蚀刻硬掩模下面的氮化硅。在硬掩模和有机材料的剩余部分上进行O2灰化和湿脱模(wetstripping)。蚀刻硬掩模和氮化硅后，立刻使用FE-SEM观察样品的横截面。所得结果示于表3中。蚀刻后的图案都显示出氮化硅中良好的轮廓，认为这是由于实施方式的硬掩模足以耐蚀刻气。
对比例3
根据有关实施例7-9描述的步骤，蚀刻对比例2中形成的样品以形成图案。观察图案并将所得结果示于表3中。图案显示了蚀刻硬掩模后的各向同性(弯弓形)的蚀刻轮廓。各向同性的蚀刻轮廓被认为是在蚀刻氮化硅时产生了图案的锥形。
表3
  用于形成膜的样品   蚀刻硬掩模后的图案形状   蚀刻氮化硅后的图案形状
  实施例7   垂直的(各向异性)   垂直的(各向异性)
  实施例8   垂直的(各向异性)   垂直的(各向异性)
  实施例9   垂直的(各向异性)   垂直的(各向异性)
  对比例3   弯弓形   锥形
根据实施方式的聚合物和硬掩模组合物可以用于平版印刷，并可以提供优异的光学性能和机械性能。如上所述，硬掩模组合物可以用于形成具有适用于在深度UV(DUV)区域如193nm(ArF)和/或248nm(KrF)中的抗反射膜的折射率和吸光度的膜，并可以显著地降低抗蚀剂与下层之间的反射率。硬掩模组合物可以用于提供具有良好的图案轮廓和加工边界(processmargins)的平版印刷结构。根据实施方式的组合物可以高度耐干蚀刻，可以显示很高的蚀刻选择性，可以在平版印刷过程中耐多种蚀刻操作，并可以用于形成具有非常好的蚀刻轮廓的硬掩模。因此，该组合物可以用于提供以很高的纵横比图案化的多层薄膜，并且可以将良好的图像转移至下层。另外，通过旋转(spin-on)涂覆技术可以很容易地施覆组合物。
本文公开了示例的实施方式，并且尽管使用了特定的术语，但仅以一般的和描述性的感觉而且不为限制的目的来使用和解释这些术语。因此，本领域的普通技术人员可以理解，在不背离权利要求书所陈述的实质和范围的情况下，可以作出各种形式和细节上的变化。

Claims (10)

1.一种双苯基芴主链聚合物，该聚合物由式A表示：
Figure FSB00000655605800011
其中：
芴基为未取代的或取代的，
m为至少1并小于750，
n为至少1并小于750，
R1为亚甲基或包括含非芴芳基的连接基团，
R2为氧或具有1至7个碳的烷氧基，其中烷氧基的氧与氢H或基团G结合，且
G为乙烯基或烯丙基。
2.根据权利要求1所述的聚合物，其中，所述芴基为取代的，使得式A由式1表示：
Figure FSB00000655605800012
其中：
R3为羟基、10个碳以下的烃基、或者卤素。
3.根据权利要求2所述的聚合物，其中：
R3为10个碳以下的烃基，且
所述10个碳以下的烃基包括C1-C10烷基、C6-C10芳基、或者烯丙基。
4.根据权利要求1所述的聚合物，其中，R1为：
Figure FSB00000655605800021
5.根据权利要求1所述的聚合物，其中，所述聚合物的重均分子量为1000至30000。
6.一种抗反射硬掩模组合物，该组合物含有：
有机溶剂；
引发剂；和
由式A表示的聚合物：
Figure FSB00000655605800022
其中：
在式A中，芴基为未取代的或取代的，
m为至少1且小于750，
n为至少1且小于750，
R1为亚甲基或含有芳基连接基，
R2为氧或具有1至7个碳的烷氧基，其中烷氧基的氧与氢H或基团G结合，且
G为乙烯基或烯丙基。
7.根据权利要求6所述的组合物，其中，基于100重量份的所述有机溶剂，所述组合物含有1-30重量份的所述至少一种聚合物。
8.根据权利要求6所述的组合物，其中，所述组合物还含有交联剂和催化剂，其中：
所述组合物含有1-20重量％的所述至少一种聚合物，
所述组合物含有0.001-5重量％的所述引发剂，
所述组合物含有75-98.8重量％的所述有机溶剂，
所述组合物含有0.1-5重量％的所述交联剂，且
所述组合物含有0.001-0.05重量％的所述催化剂。
9.根据权利要求6所述的组合物，其中，所述组合物还含有交联剂，其中所述交联剂包括醚化的氨基树脂、N-甲氧基甲基三聚氰胺树脂、N-丁氧基甲基三聚氰胺树脂、甲基化的脲树脂、丁基化的脲树脂、甘脲衍生物、2，6-双(羟甲基)-对甲酚化合物、或双环氧化合物中的一种或几种。
10.一种材料层的图案化方法，该方法包括：
使用根据权利要求6所述的组合物在所述材料层上形成硬掩模层；
在所述硬掩模层上形成辐射敏感成像层；
以形成图案的方式将成像层暴露到辐射下，以在所述成像层中形成辐射曝光区域的图案；
选择性地除去部分所述成像层和所述硬掩模层以暴露部分所述材料层；以及
蚀刻通过所述硬掩模层中的开口暴露的部分材料层。
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