CN101946210A - 形成抗蚀剂下层膜的组合物和使用该组合物的抗蚀剂图形的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供一种干蚀刻速度的选择比大、且ArF准分子激光那样的短波长下的k值和n值显示所期望的值的抗蚀剂下层膜形成用的组合物。本发明通过提供下述组合物而解决了上述课题,即,一种抗蚀剂下层膜形成用的组合物,其含有下述聚合物和溶剂,所述聚合物是至少使用具有脂环式结构或脂肪族结构的四羧酸二酐和具有两个环氧基的二环氧化合物,与包括具有OH基的醇系化合物(其中具有2个以上的OH基的二醇等除外)的有机溶剂一起反应而获得的。
Description
技术领域
本发明涉及一种组合物,是在半导体器件的制造过程的光刻工艺中,为了获得所期望的形状的抗蚀剂图形,在基板与其上形成的抗蚀剂膜之间形成抗蚀剂下层膜时有用的组合物。另外,涉及在使用液浸曝光装置的光刻工艺中应用的用于形成抗蚀剂下层膜的组合物。另外,将下述抗蚀剂下层膜也称作防反射膜,所述抗蚀剂下层膜是在对抗蚀剂膜进行曝光时,可以抑制反射波对该抗蚀剂膜的影响的抗蚀剂下层膜。
背景技术
光源使用波长约193nm的ArF准分子激光的、光刻工艺中使用的防反射膜的形成用组合物是已知的(参照专利文献1)。专利文献1中公开了含有作为在侧链分别独立具有苯环、内酯环、羟基烷基的共聚物的丙烯酸树脂的组合物。
另外,已知下述用于形成防反射膜的组合物,所述组合物在聚合物主链使用了包含1,2,4,5-苯四酸二酐那样的对193nm的波长的吸光性高(透明性低)的芳香族化合物的四羧酸二酐衍生的树脂(参照专利文献2)。但是,关于在主链导入了使用了对193nm的波长的透明性高的、脂环式或脂肪族四羧酸二酐的衍生物的聚合物,没有记载也没有暗示。进而,在专利文献3中记载了包含下述聚合物的用于形成防反射膜的组合物,所述聚合物是至少脂肪族四羧酸二酐和二醇类反应获得的。
专利文献1:国际公开第03/017002号小册子
专利文献2:特表2006-507521号公报
专利文献3:国际公开第2008/017954号小册子
发明内容
在采用液浸光刻工艺的情况下,液浸曝光装置的投影透镜的开口数(NA)越大,为了控制入射波的反射,衰减系数(k值、也称作吸光系数)越高的抗蚀剂下层膜是不被人们期望的,可以认为k值低的是有效的。为了使k值设定为低值,有效的是在聚合物中共聚透明性的高的单体。作为对曝光波长193nm的透明性高的单体,已知金刚烷、降冰片烯代表的碳原子数多的脂肪族烃化合物,如果使用这样的单体作为抗蚀剂下层膜形成用组合物,则该组合物形成的膜存在干蚀刻速度下降的问题。
要求抗蚀剂下层膜具有大于抗蚀剂膜的干蚀刻速度(干蚀刻速度的选择比大)。但是,含有丙烯酸树脂或甲基丙烯酸树脂的组合物所形成的现有的抗蚀剂下层膜,关于干蚀刻速度,是不一定满足的。作为其原因,可以考虑是由于构成丙烯酸树脂或甲基丙烯酸树脂的主链的碳原子之间的键(C-C键)在干蚀刻时不容易断裂。
本发明的目的在于提供一种抗蚀剂下层膜形成用组合物,其含有以下述单体为原料而获得的聚合物,所述单体是用于降低k值的透明性高的单体,另一方面,该组合物的干蚀刻速度的选择比大并且在ArF准分子激光那样的短波长下的k值和折射率(n值)显示所期望的值。另外,本发明的目的在于提供一种使抗蚀剂下层膜上的抗蚀剂图形为所期望的形状的抗蚀剂下层膜形成用组合物。另外,本发明的组合物当然还要求下述特性:形成的抗蚀剂下层膜不溶于其上涂布的抗蚀剂的溶剂,在形成的抗蚀剂下层膜与抗蚀剂膜之间不混合。
本发明涉及一种形成光刻用抗蚀剂下层膜的组合物,其含有下述聚合物和溶剂,所述聚合物是至少使用具有脂环式结构或脂肪族结构的四羧酸二酐(脂环式或脂肪族四羧酸二酐)和具有两个环氧基的二环氧化合物,与包含具有OH基的醇系化合物(其中具有2个以上的OH基的二醇等除外)的有机溶剂一起反应而获得的。上述聚合物是二元聚合物或线状聚合物,其主链具有酯键即-C(=O)-O-或-O-C(=O)-。本发明中,所谓聚合物,意味着不是单体的聚合体,不排除所谓的低聚物。
本发明的组合物中含有的聚合物具有下式(1)所示的重复结构,
[化1]
(式中,A1、A2、A3、A4、A5和A6分别独立地表示氢原子、甲基或乙基,Q表示二价的有机基团,R1表示碳原子数4~20的脂环式结构或脂肪族结构,R2表示碳原子数1~13的烷基、碳原子数3~13的环烷基、或被选自碳原子数1~13的烷氧基、碳原子数2~13的烷基羰基氧基、碳原子数2~13的烷氧基羰基、碳原子数1~13的烷基硫基、硝基、碳原子数1~13的烷基磺酰氧基和碳原子数1~13的烷氧基磺酰基中的至少一种基团取代的碳原子数1~13的烷基,m表示重复单元的个数,为5~300)。
重复单元的个数m例如为10~300。
另外,上述聚合物可以含有上述式(1)以外的结构单元。上述式(1)所示的主要的重复结构和任选含有的结构单元排列成线状,构成聚合物。
或者,本发明的组合物中含有的聚合物是具有下式(28)和(29)所示的结构单元的聚合物,
[化2]
(式(28)中、R1表示碳原子数4~20的脂环式结构或脂肪族结构,R2表示碳原子数1~13的烷基、碳原子数3~13的环烷基、或被选自碳原子数1~13的烷氧基、碳原子数2~13的烷基羰基氧基、碳原子数2~13的烷氧基羰基、碳原子数1~13的烷基硫基、硝基、碳原子数1~13的烷基磺酰氧基和碳原子数1~13的烷氧基磺酰基中的至少一种基团取代的碳原子数1~13的烷基。
式(29)中、A1、A2、A3、A4、A5和A6分别独立地表示氢原子、甲基或乙基,Q表示二价的有机基团)。
另外,上述聚合物可以含有上述式(28)和(29)以外的结构单元。上述式(28)和(29)所示的主要的结构单元和任选含有的结构单元排列成线状,构成聚合物。
上述式(1)或式(29)中,Q如下式(2)所示,
[化3]
式中Q1表示碳原子数1~10的亚烷基、具有碳原子数3~10的脂环式烃基的二价的有机基团、亚苯基、亚萘基或亚蒽基,上述亚苯基、亚萘基和亚蒽基可以分别被选自碳原子数1~6的烷基、卤原子、碳原子数1~6的烷氧基、硝基、氰基和碳原子数1~6的烷基硫基中的至少一种基团取代,n1和n2分别独立地表示0或1。
另外,上述式(1)或式(29)中,Q如下式(3)所示,
[化4]
式中,X1表示下式(4)或下式(5)所示的二价的基团,
[化5]
(式中,R3和R4分别独立地表示氢原子、碳原子数1~6的烷基、碳原子数3~6的链烯基、苄基或苯基,上述苯基可以被选自碳原子数1~6的烷基、卤原子、碳原子数1~6的烷氧基、硝基、氰基和碳原子数1~6的烷基硫基中的至少一种基团取代,或者R3与R4可以相互键合形成碳原子数3~6的环)。
上述式(1)所示的重复结构或上述式(29)所示的结构单元中,Q除了上述式(3)所示的单元结构之外,Q还可以进而具有上述式(2)所示的单元结构。
或者、上述式(1)或式(29)中,Q如下式(6)所示,
[化6]
式中,R5表示碳原子数1~6的烷基、碳原子数3~6的链烯基、苄基或苯基,上述苯基可以被选自碳原子数1~6的烷基、卤原子、碳原子数1~6的烷氧基、硝基、氰基和碳原子数1~6的烷基硫基中的至少一种基团取代。
上述式(1)所示的重复结构或式(29)所示的结构单元中,Q除了上述式(6)所示的单元结构之外,Q还可以进而具有上述式(2)所示的单元结构。
本发明中,作为烷基,不限于直链状,可以是分枝状,可以列举出例如甲基、乙基、异丙基、叔丁基、正己基。作为环烷基,可以列举出例如环丁基、环戊基、环己基。作为亚烷基,可以列举出例如亚甲基、亚乙基、亚正丙基、亚正戊基、亚正辛基、2-甲基亚丙基、1,4-二甲基亚丁基。作为脂环式烃,可以列举出例如环丁烷、环己烷、金刚烷。作为烷氧基,可以列举出例如甲氧基、乙氧基、正戊基氧基、异丙氧基。作为烷基硫基,可以列举出例如甲基硫基、乙基硫基、正戊基硫基、异丙基硫基。作为链烯基,可以列举出例如乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基(烯丙基)、1-甲基-2-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基。上述亚烷基、烷氧基和烷基硫基,不限于直链状,可以是分枝结构或环状结构。作为卤原子,可以列举出例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子。
另外,作为R1,只要是脂环式结构或脂肪族结构,就没有特别的限定,作为R1的脂环式结构,优选例如环丁烷、环戊烷、环己烷、双环[2,2,2]辛-7-烯、双环[3,3,0]辛烷。
具有上述式(1)所示的重复结构的聚合物或含有式(28)和(29)所示的结构单元的聚合物,是下式(7)所示的至少一种化合物、下式(8)所示的至少一种化合物和下式(9)所示的至少一种化合物的反应生成物,
[化7]
(式中,R1表示碳原子数4~20的脂环式结构或脂肪族结构,R2表示碳原子数1~13的烷基、碳原子数3~13的环烷基、或被选自碳原子数1~13的烷氧基、碳原子数2~13的烷基羰基氧基、碳原子数2~13的烷氧基羰基、碳原子数1~13的烷基硫基、硝基、碳原子数1~13的烷基磺酰氧基和碳原子数1~13的烷氧基磺酰基中的至少一种基团取代的碳原子数1~13的烷基,A1、A2、A3、A4、A5和A6分别独立地表示氢原子、甲基或乙基,Q表示上述二价的有机基团)。
即、通过将式(7)所示的至少一种化合物与式(9)所示的至少一种化合物以适当的摩尔比,溶解在含有大量过剩的式(8)所示的至少一种化合物的有机溶剂中,在使环氧基活性化的催化剂的存在下聚合,获得具有上述式(1)所示的重复结构的聚合物或含有式(28)和(29)所示的结构单元的聚合物。使环氧基活性化的催化剂,例如是乙基三苯基溴化鏻那样的季鏻盐、或者苄基三乙基氯化铵那样的季铵盐,可以从相对于使用的式(7)所示的化合物和式(9)所示的化合物的全部质量,为0.1~10质量%的范围中选择适量来使用。聚合反应的温度和时间,可以从80~160℃、2~50小时的范围中选择最合适的条件。
上述式(7)所示的化合物的具体例示于下式(7-a)~式(7-e),但是不限于这些例子。这些例子中,更优选式(7-c)和式(7-d)所示的四羧酸二酐,进一步优选式(7-d)所示的四羧酸二酐。其理由是由于作为聚合产生的反应生成物的聚合物的分子量分布稳定,凝胶渗透色谱(GPC)的测定结果所显示的峰基本为高斯分布。
[化8]
上述式(8)所示的化合物的具体例示于下式(8-a)~式(8-o),但是不限于这些例子。这些例子中,更优选式(8-o)所示的丙二醇单甲基醚(PGME)。其理由是在利用聚合来获得聚合物(反应生成物)时,可以作为反应物兼溶剂来使用,并且所获得的聚合物是在侧链附加了PGME的化合物,因此在PGME、丙二醇单甲基醚乙酸酯(PGMEA)那样的溶剂中的溶解性非常好。另外,PGME的氧含有率比较高,具有不降低后述干蚀刻速度的选择比的效果。
[化9]
上述式(9)中、Q如下式(10)所示,
[化10]
式中Q1表示碳原子数1~10的亚烷基、具有碳原子数3~10的脂环式烃基的二价的有机基团、亚苯基、亚萘基或亚蒽基,上述亚苯基、亚萘基和亚蒽基可以分别被选自碳原子数1~6的烷基、卤原子、碳原子数1~6的烷氧基、硝基、氰基和碳原子数1~6的烷基硫基中的至少一种基团取代、n1和n2分别独立地表示0或1的数。
上述式(9)所示的化合物例如如下式(11)所示,
[化11]
式中,Y表示碳原子数1~6的烷基、卤原子、碳原子数1~6的烷氧基、硝基、氰基或碳原子数1~6的烷基硫基,m表示0~4的整数,m为2~4的情况下,上述Y可以相同,也可以不同。
另外,上述式(9)中,Q如下式(12)所示,
[化12]
式中,R5表示碳原子数1~6的烷基、碳原子数3~6的链烯基、苄基或苯基,上述苯基可以被选自碳原子数1~6的烷基、卤原子、碳原子数1~6的烷氧基、硝基、氰基和碳原子数1~6的烷基硫基中的至少一种基团取代。
上述式(9)所示的化合物优选夹着结构Q具有对称结构,其具体例示于下式(9-a)~式(9-h),但是不限于这些例子。
[化13]
另外,本发明的聚合物,可以是除了上述式(7)~(9)所示的化合物之外,在不损害本发明的效果的情况下,加入具有聚合性基团的其他化合物进行反应而获得的反应生成物。
特别是通过加入具有对特定波长的吸收有贡献的官能基的其他化合物,可以控制特定波长下的k值,例如作为具有对波长193nm的吸收有贡献的单元的化合物,可以列举出2,4-二羟基苯甲酸等。
本发明的组合物中含有的线状聚合物的结构单元例示在下式(13)~式(27)中,但是不限于这些例子。
[化14]
[化15]
[化16]
例如,具有式(13)所示的结构单元的聚合物,通过使用作为式(7)所示的化合物的具体例的式(7-a)所示的化合物和作为式(8)所示的化合物的具体例的式(8-o)所示的化合物和作为式(9)所示的化合物的具体例的式(9-a)所示的化合物为原料,进行聚合而获得。
具有式(17)所示的结构单元的聚合物,除了作为式(7)所示的化合物的具体例的式(7-d)所示的化合物和作为式(8)所示的化合物的具体例的式(8-o)所示的化合物和作为式(9)所示的化合物的具体例的式(9-a)所示的化合物之外,使用2,4-二羟基苯甲酸作为原料,进行聚合来获得。
具有式(23)所示的结构单元的聚合物,作为原料使用作为式(7)所示的化合物的具体例的式(7-d)所示的化合物和作为式(8)所示的化合物的具体例的式(8-o)所示的化合物和作为式(9)所示的2种化合物的(式(9-a)所示的化合物和式(9-f)所示的化合物),进行聚合来获得。
式(13)、式(15)、式(16)、式(18)、式(20)和式(21)的a所示的结构单元与b所示的结构单元的摩尔比为1∶1。
式(14)、式(17)、式(19)、和式(25)~式(27)的a所示的结构单元与b’所示的结构单元和b”所示的结构单元的摩尔比满足a∶(b’+b”)=1∶1的关系。
式(22)~式(24)的a’所示的结构单元与a”所示的结构单元与b所示的单元结构的摩尔比满足(a’+a”)∶b=1∶1的关系。
式(14)、式(17)、式(19)、和式(25)~式(27)相关的上述摩尔比a∶(b’+b”)=1∶1中,b”可以为0,b’与b”的摩尔比如b’∶b”=(1-x)∶x那样表示(其中,0≤x<1)。
式(22)~式(24)相关的上述摩尔比(a’+a”)∶b=1∶1中、a’和a”的任一方可以为0,a’与a”的摩尔比如a’∶a”=(1-x)∶x那样表示(其中0≤x≤1)。
这里,b”是对波长193nm的吸收有贡献的单元。因此,通过改变b’与b”的比率,可以将波长193nm下的k值控制为目标值,通过降低b”的比率,可以降低波长193nm下的k值。
本发明的组合物中含有的溶剂是选自例如丙二醇单甲基醚(PGME)、丙二醇单甲基醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇单丙基醚、甲基乙基酮、乳酸乙酯、环己酮、γ-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮中的1种溶剂、或2种以上的溶剂的混合物。另外,溶剂相对于本发明的组合物的比例为例如50质量%~99.5质量%。
本发明的组合物中含有的聚合物的比例,相对于该形成抗蚀剂下层膜的组合物,可以为例如0.5质量%~30质量%的比例。
本发明的组合物除了聚合物和溶剂之外,还可以含有交联性化合物(交联剂),进而可以含有促进交联反应的化合物。如果将溶剂之外的成分定义为固形成分,则该固形成分含有聚合物和根据需要添加的交联性化合物、促进交联反应的化合物等的添加物。固形成分中的聚合物的比例为例如70质量%~98质量%。
交联性化合物是例如具有2~4个被羟甲基或烷氧基甲基取代的氮原子的含氮化合物,相对于本发明的组合物中含有的聚合物,可以以例如1质量%~30质量%的比例添加。作为交联性化合物的具体例,可以列举出六甲氧基甲基三聚氰胺、四甲氧基甲基苯胍胺、1,3,4,6-四(甲氧基甲基)甘脲、1,3,4,6-四(丁氧基甲基)甘脲、1,3,4,6-四(羟基甲基)甘脲、1,3-双(羟基甲基)脲、1,1,3,3-四(丁氧基甲基)脲和1,1,3,3-四(甲氧基甲基)脲。
促进交联反应的化合物例如是磺酸化合物,也可以是产酸剂与磺酸化合物的组合。相对于本发明的组合物中含有的聚合物,可以以例如0.1质量%~10质量%的比例添加促进交联反应的化合物。作为磺酸化合物的具体例,可以列举出对甲苯磺酸、三氟甲磺酸、对甲苯磺酸吡啶樟脑磺酸、5-磺基水杨酸、4-氯苯磺酸、4-羟基苯磺酸、苯二磺酸、1-萘磺酸和1-萘磺酸吡啶作为产酸剂的具体例,可以列举出4-乙酰氧基苯基二甲基六氟砷酸锍盐、苄基-4-羟基苯基甲基六氟锑酸锍盐、4-乙酰氧基苯基苄基甲基六氟锑酸锍盐、二苄基-4-羟基苯基六氟锑酸锍盐、4-乙酰氧基苯基苄基六氟锑酸锍盐、3-苄基苯并噻唑六氟锑酸盐、2,4,4,6-四溴环己二烯酮、苯偶姻甲苯磺酸酯、2-硝基苄基甲苯磺酸酯。
本发明的组合物可以进而含有表面活性剂和/或粘结辅助剂。表面活性剂是用于提高对基板的涂布性的添加物。非离子类表面活性剂,可以使用氟系表面活性剂那样的公知的表面活性剂,可以以相对于本发明的组合物为例如0.01质量%~0.5质量%的比例添加。粘结辅助剂,是为了提高基板或抗蚀剂膜与抗蚀剂下层膜的粘附性,在曝光后进行显影时抑制抗蚀剂膜的剥离的添加物。作为粘结辅助剂,可以使用例如氯硅烷类、烷氧基硅烷类、硅氮烷类、硅烷类、杂环状化合物,可以以相对于本发明的形成抗蚀剂下层膜的组合物,为例如0.1质量%~2质量%的比例添加。
本发明的组合物可以用于半导体器件的制造过程中的光刻工艺。至少经过下述工序来形成抗蚀剂图形,所述工序是将本发明的组合物涂布在半导体基板上,进行烘烤,来形成抗蚀剂下层膜的工序;在上述抗蚀剂下层膜上形成抗蚀剂膜的工序;将上述抗蚀剂下层膜和上述抗蚀剂膜被覆的半导体基板进行曝光的工序;在曝光后对上述抗蚀剂膜进行显影的工序。
上述曝光例如使用ArF准分子激光来进行。也可以代替ArF准分子激光而使用EUV(波长13.5nm)或电子束。“EUV”是超紫外线的简称。用于形成抗蚀剂膜的抗蚀剂,可以是正型、负型的任一种。可以使用对ArF准分子激光、EUV或电子束感光的化学放大型抗蚀剂。
上述半导体基板,代表性的有硅晶片,可以使用SOI(Silicon on Insulator)基板、或砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)等的化合物半导体晶片。可以使用形成有氧化硅膜、含氮的氧化硅膜(SiON膜)、含碳的氧化硅膜(SiOC膜)等的绝缘膜的半导体基板,这种情况下,在该绝缘膜上涂布本发明的组合物。
本发明的组合物,由于含有具有上述式(1)所示的重复结构的聚合物或具有上述式(28)和(29)所示的结构单元的聚合物,因此,降低k值的效率高,另一方面,不降低氧含有率,可以获得对抗蚀剂膜的干蚀刻速度的选择比大的抗蚀剂下层膜。另外本发明的组合物中含有的二元聚合物(线状聚合物)的主链具有与C-C键比较在干蚀刻时容易断裂的C-O键,因此与使用丙烯酸树脂或甲基丙烯酸树脂作为聚合物的抗蚀剂下层膜形成用组合物比较,可以提高所获得的抗蚀剂下层膜的干蚀刻速度。
作为本发明的组合物中含有的聚合物的原料化合物之一的脂环式或脂肪族四羧酸二酐,是氧含有率高的化合物。另外,脂环式或脂肪族四羧酸二酐,通过与醇系化合物的反应而生成2个羧基,因此能够容易地与二环氧化合物进行缩合反应,进行聚合物化。因此,所获得的聚合物的氧含有率也高,在主链具有酯键,本发明的组合物所获得的抗蚀剂下层膜能够具有高干蚀刻速度。另外,脂环式或脂肪族四羧酸二酐由于在波长193nm下的透明性高,因此通过结合吸光部位来调节导入量,来获得的所期望的较低k值(例如0.3以下、大于0的值)、和n值超过1.6的抗蚀剂下层膜。因此,本发明的组合物,可以用于使用投影透镜的开口数(NA)大的液浸曝光装置的液浸光刻工艺。另外,也可以用于所谓的干光刻工艺。
具体实施方式
以下、对本发明,根据合成例和实施例进行具体说明。但是,本发明不限于下述合成例和实施例的记载。
本说明书的下述合成例所示的重均分子量是根据凝胶渗透色谱(以下简称为GPC)测定的结果。测定时,使用東ソ一(株)制GPC装置,测定条件等如下。
GPC柱:Shodex〔注册商标〕·Asahipak〔注册商标〕(昭和电工(株))
柱温度:40℃
溶剂:N,N-二甲基甲酰胺(DMF)
流量:0.6ml/min
标准试样:聚苯乙烯(東ソ一(株))
检测器:RI
实施例
<合成例1>
将上述式(9-a)所示的单烯丙基二缩水甘油基异氰脲酸(四国化成工业(株)制)9.00g、上述式(7-a)所示的1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐6.46g、和乙基三苯基溴化鏻0.61g溶解在丙二醇单甲基醚64.29g中后、在130℃反应4小时,获得含有聚合物的溶液。所获得的聚合物相当于含有上述式(13)所示结构单元的聚合物(a∶b=1∶1(摩尔比))、进行GPC分析,结果用标准聚苯乙烯校准的重均分子量为7,400。1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐使用例如特公平2-61956号公报、特开2003-192685号公报记载的方法来获得。
<合成例2>
将单烯丙基二缩水甘油基异氰脲酸(四国化成工业(株)制)20.00g、1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐7.06g、2,4-二羟基苯甲酸5.55g、和乙基三苯基溴化鏻1.34g溶解在丙二醇单甲基醚79.19g中后、在130℃反应4小时,获得含有聚合物的溶液。所获得的聚合物相当于含有上述式(14)所示的结构单元的聚合物(a∶b’∶b”′=2∶1∶1(摩尔比)),进行GPC分析,结果用标准聚苯乙烯校准的重均分子量为8,200。
<合成例3>
将单烯丙基二缩水甘油基异氰脲酸(四国化成工业(株)制)8.00g、上述式(7-d)所示的1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐(东京化成工业(株)制)6.04g、和乙基三苯基溴化鏻0.53g溶解在丙二醇单甲基醚34.01g中后,在130℃反应4小时,获得含有聚合物的溶液。所获得的聚合物相当于含有上述式(15)所示的结构单元的聚合物(a∶b=1∶1(摩尔比)),进行GPC分析,结果用标准聚苯乙烯校准的重均分子量为10,000。
<合成例4>
将单烯丙基二缩水甘油基异氰脲酸(四国化成工业(株)制)8.00g、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐(东京化成工业(株)制)6.04g、和乙基三苯基溴化鏻0.53g溶解在1-己醇14.0g和环己酮20.00g中后,在130℃反应4小时,获得含有聚合物的溶液。所获得的聚合物相当于含有上述式(16)所示的结构单元的聚合物(a∶b=1∶1(摩尔比)),进行GPC分析,结果用标准聚苯乙烯校准的重均分子量为7,200。
<合成例5>
将单烯丙基二缩水甘油基异氰脲酸(四国化成工业(株)制)20.00g、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐(东京化成工业(株)制)7.56g、2,4-二羟基苯甲酸5.55g、和乙基三苯基溴化鏻1.34g溶解在丙二醇单甲基醚80.37g中后,在130℃反应4小时,获得含有聚合物的溶液。所获得的聚合物相当于含有上述式(17)所示的结构单元的聚合物(a∶b’∶b”=2∶1∶1(摩尔比)),进行GPC分析,结果用标准聚苯乙烯校准的重均分子量为7,500。
<合成例6>
将单烯丙基二缩水甘油基异氰脲酸(四国化成工业(株)制)8.00g、上述式(7-b)所示的双环[2,2,2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐(东京化成工业(株)制)7.26g、乙基三苯基溴化鏻0.54g、和氢醌0.08g溶解在丙二醇单甲基醚63.24g中后,在130℃反应4小时,获得含有聚合物的溶液。氢醌是为了抑制本合成例中使用的四羧酸二酐的双键(C=C键)的自由基聚合的副反应而添加的。所获得的聚合物相当于含有上述式(18)所示的结构单元的聚合物(a∶b=1∶1(摩尔比)),进行GPC分析,结果用标准聚苯乙烯校准的重均分子量为28,000。
<合成例7>
将单烯丙基二缩水甘油基异氰脲酸((四国化成工业(株)制)20.00g、双环[2,2,2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐(东京化成工业(株)制)8.93g、2,4-二羟基苯甲酸5.55g、乙基三苯基溴化鏻1.34g、和氢醌0.32g溶解在丙二醇单甲基醚84.32g中后,在130℃反应4小时,获得含有聚合物的溶液。氢醌是为了抑制本合成例中使用的四羧酸二酐的双键(C=C键)的自由基聚合的副反应而添加的。所获得的聚合物相当于含有上述式(19)所示的结构单元的聚合物(a∶b’∶b”=2∶1∶1(摩尔比)),进行GPC分析(凝胶渗透色谱),结果用标准聚苯乙烯校准的重量平均分子为19,000。
<合成例8>
将单烯丙基二缩水甘油基异氰脲酸(四国化成工业(株)制)8.00g、上述式(7-e)所示的双环[3,3,0]辛烷-2,4,6,8-四羧酸二酐7.20g、和乙基三苯基溴化鏻0.53g溶解在丙二醇单甲基醚62.95g中后,在130℃反应4小时,获得含有聚合物的溶液。所获得的聚合物相当于含有上述式(20)所示的结构单元的聚合物(a∶b=1∶1(摩尔比)),进行GPC分析,结果用标准聚苯乙烯校准的重均分子量为71,000。双环[3,3,0]辛烷-2,4,6,8-四羧酸二酐用例如特开2000-159772号公报记载的方法来获得。
<合成例9>
将单烯丙基二缩水甘油基异氰脲酸(四国化成工业(株)制)8.00g、上述式(7-c)所示的内消旋-丁烷-1,2,3,4-四羧酸二酐(东京化成工业(株)制)5.70g、和乙基三苯基溴化鏻0.53g溶解在丙二醇单甲基醚57.00g中后,在130℃反应4小时,获得含有聚合物的溶液。所获得的聚合物相当于含有上述式(21)所示的结构单元的聚合物(a∶b=1∶1(摩尔比)),进行GPC分析,结果用标准聚苯乙烯校准的重均分子量为7,500。
<实施例1>
在具有2g上述合成例1获得的聚合物的溶液10g中混合四甲氧基甲基甘脲(日本サィテツクィンダストリ一ズ(株)制、商品名:POWDERLINK〔注册商标〕1174)0.5g和对甲苯磺酸吡啶0.05g,溶解在丙二醇单甲基醚35.4g、和丙二醇单甲基醚乙酸酯18.6g中,形成溶液。然后,使用孔径0.10μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,进而用孔径0.05μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,调制抗蚀剂下层膜形成用组合物(溶液)。
<实施例2>
在具有2g上述合成例2获得的聚合物的溶液10g中混合四甲氧基甲基甘脲(日本サィテツクィンダストリ一ズ(株)制、商品名:POWDERLINK〔注册商标〕1174)0.5g和对甲苯磺酸吡啶0.05g,溶解在丙二醇单甲基醚35.4g、和丙二醇单甲基醚乙酸酯18.6g中,形成溶液。然后,使用孔径0.10μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,进而用孔径0.05μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,调制抗蚀剂下层膜形成用组合物(溶液)。
<实施例3>
在具有2g上述合成例3获得的聚合物的溶液10g中混合四甲氧基甲基甘脲(日本サィテツクィンダストリ一ズ(株)制、商品名:POWDERLINK〔注册商标〕1174)0.5g和对甲苯磺酸吡啶0.05g,溶解在丙二醇单甲基醚35.4g、和丙二醇单甲基醚乙酸酯18.6g中,形成溶液。然后,使用孔径0.10μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,进而用孔径0.05μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,调制抗蚀剂下层膜形成用组合物(溶液)。
<实施例4>
在具有2g上述合成例4获得的聚合物的溶液10g中混合四甲氧基甲基甘脲(日本サィテツクィンダストリ一ズ(株)制、商品名:POWDERLINK〔注册商标〕1174)0.5g和对甲苯磺酸吡啶0.05g,溶解在丙二醇单甲基醚35.4g、和丙二醇单甲基醚乙酸酯18.6g中,形成溶液。然后,使用孔径0.10μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,进而用孔径0.05μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,调制抗蚀剂下层膜形成用组合物(溶液)。
<实施例5>
在具有2g上述合成例5获得的聚合物的溶液10g中混合四甲氧基甲基甘脲(日本サィテツクィンダストリ一ズ(株)制、商品名:POWDERLINK〔注册商标〕1174)0.5g和对甲苯磺酸吡啶0.05g,溶解在丙二醇单甲基醚35.4g、和丙二醇单甲基醚乙酸酯18.6g中,形成溶液。然后,使用孔径0.10μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,进而用孔径0.05μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,调制抗蚀剂下层膜形成用组合物(溶液)。
<实施例6>
在具有2g上述合成例6获得的聚合物的溶液10g中混合四甲氧基甲基甘脲(日本サィテツクィンダストリ一ズ(株)制、商品名:POWDERLINK〔注册商标〕1174)0.5g和对甲苯磺酸吡啶0.05g,溶解在丙二醇单甲基醚35.4g、和丙二醇单甲基醚乙酸酯18.6g中,形成溶液。然后,使用孔径0.10μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,进而用孔径0.05μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,调制抗蚀剂下层膜形成用组合物(溶液)。
<实施例7>
在具有2g上述合成例7获得的聚合物的溶液10g中混合四甲氧基甲基甘脲(日本サィテツクィンダストリ一ズ(株)制、商品名:POWDERLINK〔注册商标〕1174)0.5g和对甲苯磺酸吡啶0.05g,溶解在丙二醇单甲基醚35.4g、和丙二醇单甲基醚乙酸酯18.6g中,形成溶液。然后,使用孔径0.10μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,进而用孔径0.05μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,调制抗蚀剂下层膜形成用组合物(溶液)。
<实施例8>
在具有2g上述合成例8获得的聚合物的溶液10g中混合四甲氧基甲基甘脲(日本サィテツクィンダストリ一ズ(株)制、商品名:POWDERLINK〔注册商标〕1174)0.5g和对甲苯磺酸吡啶0.05g,溶解在丙二醇单甲基醚35.4g、和丙二醇单甲基醚乙酸酯18.6g中,形成溶液。然后,使用孔径0.10μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,进而用孔径0.05μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,调制抗蚀剂下层膜形成用组合物(溶液)。
<实施例9>
在具有2g上述合成例9获得的聚合物的溶液10g中混合四甲氧基甲基甘脲(日本サィテツクィンダストリ一ズ(株)制、商品名:POWDERLINK〔注册商标〕1174)0.5g和对甲苯磺酸吡啶0.05g,溶解在丙二醇单甲基醚35.4g、和丙二醇单甲基醚乙酸酯18.6g中,形成溶液。然后,使用孔径0.10μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,进而用孔径0.05μm的聚乙烯制微孔过滤器过滤,调制抗蚀剂下层膜形成用组合物(溶液)。
<比较例1>
[化17]
[化18]
〔向抗蚀剂溶剂中的溶出试验〕
使用旋涂器将本发明的实施例1~实施例9中调制的各抗蚀剂下层膜形成用组合物涂布(旋涂)在硅晶片上。在电热板上在205℃加热1分钟,形成抗蚀剂下层膜(膜厚0.10μm)。将这些抗蚀剂下层膜浸渍在作为抗蚀剂溶液的溶剂的乳酸乙酯和丙二醇单甲基醚中,确认不溶于该溶剂中。
〔与抗蚀剂的混合试验〕
使用旋涂器将本发明的实施例1~实施例9中调制的各抗蚀剂下层膜形成用组合物涂布在硅晶片上。在电热板上在205℃加热1分钟,形成抗蚀剂下层膜(膜厚0.10μm)。
使用旋涂器在这些抗蚀剂下层膜的上层涂布市售的抗蚀剂溶液(JSR(株)制、商品名:AR2772JN)。在电热板上在110℃加热1.5分钟,从而形成抗蚀剂膜,使用曝光装置进行曝光后、在110℃进行1.5分钟的曝光后加热(PEB:Post Exposure Bake)。在将该抗蚀剂膜显影后、测定各抗蚀剂下层膜的膜厚,确认实施例1~实施例9中调制的各抗蚀剂下层膜形成用组合物所获得的抗蚀剂下层膜与抗蚀剂膜不发生混合。
〔光学参数试验〕
将本发明的实施例1~实施例9中调制的各抗蚀剂下层膜形成用组合物、和比较例1中所示的抗蚀剂下层膜形成用组合物,使用旋涂器涂布在硅晶片上。在电热板上在205℃加热1分钟,形成抗蚀剂下层膜(膜厚0.06μm)。另外,将这10种抗蚀剂下层膜使用分光椭偏仪(J.A.Woollam社制、VUV-VASE VU-302),测定波长193nm下的折射率n值和衰减系数k值。测定结果示于表1。
〔干蚀刻速度的测定〕
本发明的实施例1~实施例9中调制的各抗蚀剂下层膜形成用组合物、和比较例1中所示的抗蚀剂下层膜形成用组合物使用旋涂器涂布在硅晶片上。在电热板上在205℃加热1分钟,形成抗蚀剂下层膜。另外,使用日本サィエンティフィツク(株)制、RIEシステムES401,在作为干蚀刻气体使用CF4的条件下,测定干蚀刻速度(每单位时间的膜厚的减少量)。
将抗蚀剂溶液(住友化学(株)制、商品名:PAR710)使用旋涂器涂布在硅晶片上,利用与上述同样的方法形成抗蚀剂膜。另外,使用日本サィエンティフィツク(株)制、RIEシステムES401,在作为干蚀刻气体使用CF4的条件下,测定干蚀刻速度。
将实施例1~实施例9和比较例1中调制的各抗蚀剂下层膜形成用组合物中获得的10种的抗蚀剂下层膜、与上述由住友化学(株)制抗蚀剂溶液所获得的抗蚀剂膜的干蚀刻速度进行比较。抗蚀剂下层膜的干蚀刻速度相对于抗蚀剂膜的干蚀刻速度的比(干蚀刻速度的选择比)示于表1。
[表1]
与本发明的组合物相当的实施例1~实施例9的抗蚀剂下层膜形成用组合物所获得的抗蚀剂下层膜,对193nm的光具有充分有效的折射率和衰减系数,都显示与比较例1中的k值比较,低的值。另外,获得下述结果:具有相对于抗蚀剂膜、大的干蚀刻速度的选择比,且干蚀刻速度的选择比大于比较例1。
即,该结果显示:本发明的形成抗蚀剂下层膜的组合物获得的抗蚀剂下层膜,可以缩短抗蚀剂下层膜的干蚀刻除去所需的时间,另外,可以抑制干蚀刻除去所伴随的抗蚀剂下层膜上的抗蚀剂膜的膜厚的减少。
〔抗蚀剂图形的形成和评价〕
将本发明的实施例1~实施例9中调制的各抗蚀剂下层膜形成用组合物旋涂在硅晶片上,在205℃加热1分钟,由此形成抗蚀剂下层膜。在该抗蚀剂下层膜上,旋涂ArF准分子激光用抗蚀剂溶液(JSR(株)制、商品名:AR2772JN),在110℃进行90秒的加热,形成抗蚀剂膜。另外,使用ArF准分子激光用曝光装置(ASML社制、ASM5500/1100),在规定条件下曝光,在曝光后在110℃进行90秒的加热(PEB),在冷却板上冷却至室温,进行显影和淋洗处理,形成抗蚀剂图形。
使目标的线宽为80nm线-间隙,用测长SEM测定最适合曝光量、最适合聚焦时的抗蚀剂图形尺寸,用截面SEM观察抗蚀剂图形的与基板(硅晶片)垂直的方向的截面形状,结果可以确认形成目标的抗蚀剂图形。
Claims (19)
9.根据权利要求1或2所述的形成光刻用抗蚀剂下层膜的组合物,
上述聚合物是下式(7)所示的至少一种化合物、下式(8)所示的至少一种化合物和下式(9)所示的至少一种化合物的反应生成物,
式中,R1表示碳原子数4~20的脂环式结构或脂肪族结构,R2表示碳原子数1~13的烷基、碳原子数3~13的环烷基、或被选自碳原子数1~13的烷氧基、碳原子数2~13的烷基羰基氧基、碳原子数2~13的烷氧基羰基、碳原子数1~13的烷基硫基、硝基、碳原子数1~13的烷基磺酰氧基和碳原子数1~13的烷氧基磺酰基中的至少一种基团取代的碳原子数1~13的烷基,A1、A2、A3、A4、A5和A6分别独立地表示氢原子、甲基或乙基,Q表示二价的有机基团。
10.根据权利要求9所述的形成光刻用抗蚀剂下层膜的组合物,
在上述式(9)中,Q如下式(10)所示,
式中,Q1表示碳原子数1~10的亚烷基、具有碳原子数3~10的脂环式烃的二价的有机基团、亚苯基、亚萘基或亚蒽基,上述亚苯基、亚萘基和亚蒽基分别可以被选自碳原子数1~6的烷基、卤原子、碳原子数1~6的烷氧基、硝基、氰基和碳原子数1~6的烷基硫基中的至少一种基团取代,n1和n2分别独立地表示0或1的数。
13.根据权利要求1~12中的任一项所述的形成光刻用抗蚀剂下层膜的组合物,还含有交联性化合物。
14.根据权利要求13所述的形成光刻用抗蚀剂下层膜的组合物,还含有促进交联反应的化合物。
15.根据权利要求13所述的形成光刻用抗蚀剂下层膜的组合物,上述交联性化合物是具有2~4个被羟甲基或烷氧基甲基取代的氮原子的含氮化合物。
16.根据权利要求14所述的形成光刻用抗蚀剂下层膜的组合物,上述促进交联反应的化合物是磺酸化合物。
17.根据权利要求14所述的形成光刻用抗蚀剂下层膜的组合物,上述促进交联反应的化合物是产酸剂与磺酸化合物的组合。
18.一种制造半导体器件时使用的抗蚀剂图形的形成方法,包括下述工序:
将权利要求1~17中的任一项所述的形成光刻用抗蚀剂下层膜的组合物涂布在半导体基板上,进行烘烤,形成抗蚀剂下层膜的工序;
在上述抗蚀剂下层膜上形成抗蚀剂膜的工序;
对上述抗蚀剂下层膜和上述抗蚀剂膜被覆的半导体基板进行曝光的工序;
在曝光后对上述抗蚀剂膜进行显影的工序。
19.根据权利要求18所述的抗蚀剂图形的形成方法,上述曝光使用ArF准分子激光来进行。
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