JP2015129937A - ナノリソグラフィのための有機底部反射防止コーティング組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱硬化プロセス中に基体のパターンのコーナー上で反射防止コーティング層が剥離するプルバック現象を防止し、かつパターンのギャップ充填特性を改善する反射防止コーティング組成物の提供。【解決手段】(a)ポリマー、及び(b)溶媒を含む反射防止コーティング組成物であって、前記ポリマーが、(a−1)芳香族基を有する化合物から生じ、前記ポリマーの主鎖を構成する少なくとも1種の単位、及び(a−2)架橋剤から生じ、前記主鎖に結合されている単位を含み、前記ポリマーの主鎖に結合されていない前記架橋剤の含有量が、組成物中の固形分の総重量に基づいて0重量%より多く5重量%以下である、反射防止コーティング組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、フォトリソグラフィプロセスにおいて、基体とフォトレジスト組成物層との間にコーティングされるのに使用することが可能な反射防止コーティング組成物(ARC)に関する。
フォトレジストは、基体に像を転写するために用いられる感光性組成物である。フォトレジストのコーティング層は、基体上に形成された後、フォトマスクを介して化学線に露光される。フォトマスクは、化学線に対して不透明な領域と透明な領域を有する。フォトレジストコーティング層が化学線に露光されるときに、光誘導性化学修飾がフォトレジストコーティング層に発生する。その結果として、フォトマスクのパターンがフォトレジストコーティング層に転写される。その後、フォトレジストコーティング層は現像されて、基体上に選択的に処理されることを可能にするパターン形成された像を形成する。
フォトレジストは、化学線に対してポジ型又はネガ型であり得る。大抵のネガ型フォトレジストの場合には、フォトレジスト組成物中の重合性化合物と光活性化合物との反応によって化学線に曝された領域において重合又は架橋が起こる。その結果として、露光された領域が露光されていない領域よりも現像剤によってより少なく溶解される。一方、ポジ型フォトレジストの場合には、露光された領域が現像剤によってより容易に溶解され、露光されていない領域が現像剤によって相対的に少なく溶解される。
一般的にフォトレジストは、Si又はGaAsのような半導体ウエハが回路機能を実行するための電子導電路(好ましくはミクロン又はサブミクロンの幾何学的形状)の複合マトリックスに変換される半導体の製造に用いられる。そのような目的を達成するために、フォトレジストを適切に処理することが重要である。フォトレジストを処理するために用いられる幾つかの工程は互いに依存して作用するが、高解像度のフォトレジスト像を得るために最も重要な工程の1つが露光工程である。
そのような露光工程では、フォトレジストコーティング層に放射される化学線が反射したときに、フォトレジストコーティング層にパターン形成された像の解像度が悪化する場合がある。例えば、化学線が基体とフォトレジストとの間の界面で反射したときに、フォトレジストコーティング層に放射される化学線の強度の空間的変動が起こり、化学線が意図しないフォトレジスト領域に向かって散乱し、現像の際にパターンのライン幅の変化又は不揃いをもたらす。また、領域間に散乱又は反射する化学線の量に差があるため、ライン幅の均一さが低くなる場合があり、例えば、解像度が基体の形状によって制限される場合がある。
上記のような反射関連の問題を解決するために、光吸収層、すなわち、反射防止コーティング層が基体の表面とフォトレジストコーティング層との間に用いられている。(米国特許第5,939,236号、第5,886,102号、第5,851,738号、第5,851,730号などを参照されたい。)
米国特許第5,939,236号明細書 米国特許第5,886,102号明細書 米国特許第5,851,738号明細書 米国特許第5,851,730号明細書
しかしながら、そのような従来の反射防止コーティング層は、その中に形成されるパターンを有する基体上にコーティング層が塗布されている場合に、硬化プロセス中にパターンのエッジにおいて反射防止コーティング層が剥離するプルバック現象が発生し得るという問題、又は基体上に形成されるパターンが高い解像度及びアスペクト比を有する場合に、パターンのギャップ充填特性が劣る場合があるという問題をしばしば有する。
したがって、本発明は先行技術の問題を解決するために設計され、したがって、本発明の目的は、その中に形成されるパターンを有する基体上に反射防止コーティング層が形成される場合に起こり得る反射防止コーティング層の品質に関する問題を解決することが可能な新規な反射防止コーティング組成物を提供することである。
本発明の1つの側面によれば、(a)ポリマー、及び(b)溶媒を含む反射防止コーティング組成物であって、前記ポリマーが、(a−1)芳香族基を有する化合物から生じ、前記ポリマーの主鎖を構成する少なくとも1種の単位、及び(a−2)架橋剤から生じ、前記主鎖に結合されている単位を含み、前記ポリマーの主鎖に結合されていない前記架橋剤の含有量が、組成物中の固形分の総重量に基づいて0重量%より多く5重量%以下である、反射防止コーティング組成物が提供される。
本発明のもう1つの側面によれば、(a)基体の表面の上に、パターン形成される1以上の層を含む基体を提供し、(b)前記パターン形成される1以上の層の上に、反射防止コーティング組成物から反射防止コーティング層を形成し、(c)前記反射防止コーティング層の上に、フォトレジスト組成物の層を適用し、(d)前記フォトレジスト組成物層をマスクパターンを介して化学線に露光し、並びに(e)前記フォトレジスト組成物層に現像剤を適用して前記フォトレジスト層の一部分を除去して、フォトレジストパターンを形成することを含む、フォトリソグラフィパターンを形成する方法が提供される。
本発明の典型的な一実施形態による反射防止コーティング組成物は、架橋剤が組成物中でポリマーに結合され、組成物中の低分子量架橋剤の含有量が最小化されて熱硬化開始温度を調節するので、反射防止コーティング層が基体のパターンのコーナー上で剥離するプルバック現象を防止し、かつパターンのギャップ充填性能を向上させるのに有用でありうる。
本発明の上記と他の目的、特徴及び利点は、添付図面を参照してその典型的な実施形態を詳細に説明することによって当業者により明らかになるであろう。
図1Aは、実施例2の組成物でパターンをコーティングし、その組成物を硬化させることによって得られた膜の顕微鏡像である。 図1Bは、比較例2の組成物でパターンをコーティングし、その組成物を硬化させることによって得られた膜の顕微鏡像である。 図2Aは、実施例2の組成物でコーティングした膜の硬化温度に応じた溶媒処理による厚さの変化に関してプロットされたグラフである。 図2Aは、比較例2の組成物でコーティングした膜の硬化温度に応じた溶媒処理による厚さの変化に関してプロットされたグラフである。 図3Aは、実施例2の組成物でコーティングされた150nmのギャップを有するパターンの顕微鏡像である。 図3Bは、実施例2の組成物でコーティングされた300nmのギャップを有するパターンの顕微鏡像である。
本発明の典型的な実施形態が以下に詳細に記述される。
反射防止コーティング組成物
本発明の典型的な一実施形態による反射防止コーティング組成物は、(a)ポリマー、及び(b)溶媒を含み、前記ポリマーが(a−1)芳香族基を有し、前記ポリマーの主鎖を構成する化合物から生じる少なくとも1種の単位、及び(a−2)架橋剤から生じ、前記主鎖に結合されている単位を含む、組成物である。
反射防止コーティング組成物は、(1)芳香族基を含有する化合物を含む原料モノマーを重合し、(2)調製されたポリマーと架橋剤を反応させて前記架橋剤をポリマーの主鎖に結合させ、並びに(3)酸化合物及び/又は酸発生剤を前記架橋剤が結合された前記ポリマーと混合することを含む方法を用いて調製され得る。
反射防止コーティング組成物中の、ポリマーの主鎖に結合されていない残留架橋剤の含有量は、組成物中の固形分の総重量に基づいて0重量%より多く5重量%以下であり得、より好ましくは0重量%より多く3重量%以下であり得る。
本明細書において、組成物中の「残留架橋剤」という用語は、架橋剤が組成物中の別のポリマーに結合又はグラフトされていない状態で、組成物中の他の成分とブレンドされている架橋剤を指している。
上記のように、本発明の典型的な一実施形態による反射防止コーティング組成物は、架橋剤が結合又はグラフトされたポリマーを含み、それ故に組成物中の低分子量架橋剤の含有量を最小にすることができ、それにより、熱硬化プロセス中に基体のパターンのコーナー上で反射コーティング層が剥離するプルバック現象を防止し得る。また、反射防止コーティング組成物は、架橋剤が単にブレンドされた従来の反射防止コーティング組成物とは異なり、架橋反応の開始点を調節し得る。さらに、反射防止コーティング組成物は、従来のコーティング組成物とは異なり、追加の酸触媒を用いることなく熱硬化のみによって不溶性網状構造を形成し得る。反射防止コーティング組成物が熱酸発生剤(TAG)を含む場合には、架橋反応が従来のコーティング組成物におけるよりも短時間で起こり得るので、反射防止コーティング層が剥離することを防止し得る。
反射防止コーティング組成物は、硬化プロセス中の熱のせいで熱流動性を示す。反射防止コーティング組成物のギャップ充填特性は、この熱流動性のせいで示されうる。特に、反射防止コーティング組成物中のポリマーの架橋の開始点が増加するように、反射防止コーティング組成物は、より広いセクションで熱流動性を示すので、より効果的である。その結果として、パターン間のギャップがより効果的に充填され得る。概して、本発明の典型的な一実施形態による反射防止コーティング組成物は、従来のコーティング組成物よりも架橋のための、より高水準の開始点を有し、それ故に非常に優れたギャップ充填特性を示し得る。特に、従来の反射防止コーティング組成物で充填することが容易でなかった非常に狭いギャップ(約10nm)が本発明の典型的な一実施形態による組成物でより容易に充填されることが期待される。
以下に反射防止コーティング組成物の各構成要素がさらに詳細に記載される。
(a)ポリマー
ポリマーは、(a−1)芳香族基を有し、ポリマーの主鎖を構成する化合物から生じる少なくとも1種の単位、及び(a−2)架橋剤から生じ、前記主鎖に結合されている単位を含む。すなわち、このポリマーは、芳香族基を有する化合物を含む原料モノマーを重合することによって得られるポリマーと、架橋剤が反応可能にされて、この架橋剤をこのポリマーの主鎖に結合させている樹脂でありうる。
また、ポリマーは、(a−3)芳香族基を有さず、前記主鎖を構成する化合物から生じる少なくとも1種の単位をさらに含み得る。
(a−1)ポリマーの主鎖を構成する芳香族基を有する化合物から生じる単位
単位(a−1)は、それが芳香族基を有する重合性化合物から生じる限り特に限定されない。芳香族基は、フォトレジスト組成物層が光に露光されるときに、望まれない反射された光線を吸収する発色団として機能し得る。
芳香族基は、ポリマーの主鎖(すなわち、骨格)を構成していてもよいし、又はペンダント基として含まれていてもよい。
芳香族基は、芳香族性を示す単環式又は多環式アリール若しくはヘテロアリール基であってよいが、本発明はそれに特に限定されない。例えば、芳香族基は、フェニル系基、ナフチル系基及びアントラセニル系基からなる群から選択される少なくとも1種であってもよい。
芳香族基は、フォトレジスト組成物層を光に露光するために用いられる化学線の波長に応じて適切に選択され得る。例として、フォトレジスト組成物層が248nmの波長の光に曝される場合には、ナフチル系基又はアントラセニル系基が望ましい芳香族基であり得る。別の例として、フォトレジスト組成物層が193nmの波長の光に曝される場合には、フェニル系基又はナフチル系基が望ましい芳香族基であり得る。
さらに別の例として、芳香族基がキノリニル系基であってもよい。
単位(a−1)では、芳香族基を有する化合物がカルボキシル基又はヒドロキシル基を含み得る。
具体的には、芳香族基を有する化合物が(i)カルボキシ、カルボキシエステル及びカルボキシ無水物からなる群から選択される少なくとも2つの基、又は(ii)少なくとも2つのヒドロキシル基を含み得る。
したがって、単位(a−1)はエステル結合によって結合され得る。すなわち、ポリマーは、ポリエステル系ポリマーであってもよい。
ポリマーは、少なくとも2種類の単位(a−1)を含み得る。すなわち、ポリマーが少なくとも2種類のモノマーを共重合することによって得られるポリマーであってもよい。
例としては、芳香族基を有する化合物には、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸アルキルエステル、芳香族カルボン酸無水物などが挙げられうる。
芳香族基を有する化合物の具体例としては、ニトロテレフタル酸ジメチル、フタル酸ジメチル、イソフタル酸ジメチル、2,6−ナフタレンジカルボン酸ジメチル、2,6−ナフタレンジカルボン酸ジブチル、テレフタル酸ジメチル、5−ニトロイソフタル酸ジメチル、5−ヒドロキシイソフタル酸ジメチル、チオフェン−2,5−ジカルボン酸、スルホイソフタル酸、テトラフルオロフタルカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸ジメチル、2,3−ナフタレンジカルボン酸ジメチル、2,7−ナフタレンジカルボン酸ジメチル、1,4−ナフタレンジカルボン酸ジブチル、2,3−ナフタレンジカルボン酸ジブチル、2,7−ナフタレンジカルボン酸ジブチルなどが挙げられうる。
別の例としては、芳香族基を有する化合物には、芳香族ジオール、芳香族トリオール、芳香族テトラオールなどが挙げられうる。
芳香族ジオールの具体例としては、ベンゾピナコール、1,1,4,4−テトラフェニル−1,4−ブタンジオール、3,4−ビス(p−ヒドロキシフェノール)−3,4−ヘキサンジオール、1,2−ベンゼンジメタノール、1,4−ベンゼンジメタノール、2,3,5,6−テトラメチル−p−キシレン−α,α’−ジオール、2,4,5,6−テトラクロロベンゼン−1,3−ジメタノール、2,3,5,6−テトラクロロベンゼン−1,4−ジメタノール、2,2−ジフェニル−1,3−プロパンジオール、3−(4−クロロフェノキシ)−1,2−プロパンジオール、2,2’−(p−フェニレンジオキシ)−ジエタノール、5−ニトロ−m−キシレン−α,α’−ジオール、1,8−ビス(ヒドロキシメチル)ナフタレン、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−p−クレゾール、O,O’−ビス(2−ヒドロキシエチル)ベンゼンなどが挙げられうる。
芳香族トリオールの具体例としては、1,2,4−トリヒドロキシベンゼン、1,8,9−トリヒドロキシアントラセンなどが挙げられうる。
芳香族テトラオールの具体例としては、テトラヒドロキシ−1,4−ベンゾキノンが挙げられうる。
(a−2)架橋剤から生じ、ポリマーの主鎖に結合されている単位
単位(a−2)は、ペンダント基としてポリマーの主鎖に結合又はグラフトされてもよく、例えば、共有結合によってポリマーの主鎖に結合されていてもよい。
単位(a−2)は、それが架橋剤から生じる単位である限り特に限定されない。
例として、単位(a−2)がアミン系架橋剤から生じる単位であってもよい。
例えば、グリコールウリル系、メラミン系、尿素系及びベンゾグアナミン系の架橋剤がアミン系架橋剤として用いられてもよい。
これらの中では、グリコールウリル系架橋剤が好ましく、グリコールウリル系架橋剤の具体例としては、テトラメトキシメチルグリコールウリル、テトラブチルグリコールウリル、シクロヘキシルグリコールウリル、イソプロピルグリコールウリルなどが挙げられうる。
さらに、メラミン系架橋剤の具体例としては、ヘキサメチロールルメラミンが挙げられうる。
例えば、架橋剤は、アルコール含有溶媒の中でアクリルアミド又はメタクリルアミドコポリマーをホルムアルデヒドと反応させることによって、又は場合によってN−アルコキシメチルアクリルアミド又はメタクリルアミド以外の適切なモノマーを共重合することによって、調製され得る。
そのような架橋剤は商業的に入手可能であり得る。例えば、グリコールウリル系架橋剤は、アメリカン・シアナミドによってCymel 1170、1171及び1172という商品名の下で販売され、メラミン系架橋剤は、アメリカン・シアナミドによってCymel 300、301、303、350、370、380、1116及び1130という商品名の下で販売され、尿素系架橋剤は、アメリカン・シアナミドによってPowderlink 1174、1196、Beetle 60、65及び80という商品名の下で販売され、並びにベンゾグアナミン系架橋剤は、アメリカン・シアナミドによってCymel 1123及び1125という商品名の下で販売されている。
(a−3)芳香族基を有しない化合物から生じ、ポリマーの主鎖を構成する単位
ポリマーは、単位(a−1)に加えて、芳香族基を有しない化合物から生じ、ポリマーの主鎖を構成する少なくとも1種の単位をさらに含み得る。
単位(a−3)では、芳香族基を有しない化合物がカルボキシル基又はヒドロキシル基を含み得る。
具体的には、芳香族基を有しない化合物が(i)カルボキシ、カルボキシエステル及びカルボキシ無水物からなる群から選択される少なくとも2つの基、又は(ii)少なくとも2つのヒドロキシル基を含み得る。
例としては、単位(a−3)には、脂肪族/脂環式ジカルボキシラート、脂肪族/脂環式ジカルボン酸アルキルエステル、脂肪族/脂環式カルボン酸無水物などが挙げられうる。
例えば、単位(a−3)は、以下の式1又は2で表される化合物から生じる少なくとも1種の単位であってもよい。
Figure 2015129937
式1において、ROOC(CX−、R−及びROOC(CX−の少なくとも2つは、異なる酸又はエステル基を表し、
、R、R及びXは、それぞれ独立して水素又は非水素置換基を表し、ここで、非水素置換基は、置換もしくは非置換C1−10アルキル基、置換もしくは非置換C2−10アルケニルもしくはC2−10アルキニル基(例えば、アリルなど)、置換もしくは非置換C1−10アルカノイル基、置換もしくは非置換C1−10アルコキシ基(例えば、メトキシ、プロポキシ、ブトキシなど)、エポキシ基、置換もしくは非置換C1−10アルキルチオ基、置換もしくは非置換C1−10アルキルスルフィニル基、置換もしくは非置換C1−10アルキルスルホニル基、置換もしくは非置換カルボキシル基、置換もしくは非置換−COO−C1−8アルキル基、置換もしくは非置換C6−12アリール基(例えば、フェニル、ナフチルなど)、または置換もしくは非置換5〜10員ヘテロ脂環式又はヘテロアリール基(例えば、メチルフタルイミド、N−メチル−1,8−フタルイミドなど)を表し、並びに
n及びmは、互いに同一であるか又は異なり、かつそれぞれが0より大きい整数である。
Figure 2015129937
式2において、ROOC(CX−、ROOC(CX−及びROOC(CX−は、すべて酸又はエステル基であり、
、R、R及びXは、式1において上で定義された通りであり、並びに
n、l及びmは、互いに同一であるか又は異なり、かつそれぞれが0より大きい整数である。
別の例として、単位(a−3)は、例えば、脂肪族/脂環式ジオール、脂肪族/脂環式トリオール又は脂肪族/脂環式テトラオールから生じる少なくとも1種の単位であってもよい。
脂肪族/脂環式ジオールの具体例としては、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2−エチル−3−メチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−2−プロピル−1,3−プロパンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、2−メチル−1,4−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、2,3−ジメチル−2,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,2−ペンタンジオール、2,4−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,5−ヘキサンジオール、1,2−ヘキサンジオール、1,5−ヘキサンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,2−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,2−デカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,2−ドデカンジオール、1,2−テトラデカンジオール、1,2−ヘキサデカンジオール、1,16−ヘキサデカンジオール、1,2−シクロブタンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,2−シクロヘキサンジメタノール、5−ノルボルネン−2,2−ジメタノール、3−シクロヘキセン−1,1−ジメタノール、ジシクロヘキシル−4,4’−ジオール、1,2−シクロペンタンジオール、1,3−シクロペンタンジオール、1,2−シクロオクタンジオール、1,4−シクロオクタンジオール、1,5−シクロオクタンジオール、1,2−シクロヘキサンジオール、1,3−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,2−シクロヘプタンジオール、2,2,4,4−テトラメチル−1,3−シクロブタンジオール、1,2−シクロドデカンジオール、デカヒドロナフタレン−1,4−ジオール、デカヒドロナフタレン−1,5−ジオール、3−クロロ−1,2−プロパンジオール、1,4−ジブロモブタン−2,3−ジオール、2,2,3,3−テトラフルオロ−1,4−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、ジプロピレングリコール、イソソルビド、イソマンニド、1,3−ジオキサン−5,5−ジメタノール、1,4−ジオキサン−2,3−ジオール、1,4−ジエタン−2,5−ジオール、1,2−ジチアン−4,5−ジオール、2−ヒドロキシエチルジスルフィド、3,6−ジチア−1,8−オクタンジオール、3,3’−チオジプロパノール、2,2’−チオジエタノール、1,3−ヒドロキシアセトン、1,5−ジヒドロキシ−2,2,4,4−テトラクロロ−3−ペンタノン、グリセルアルデヒドなどが挙げられうる。
脂肪族/脂環式トリオールの具体例としては、グリセロール、1,1,1−トリス(ヒドロキシメチル)エタン、2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、2−エチル−2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオール、2−ヒドロキシメチル−2−プロピル−1,3−プロパンジオール、2−ヒドロキシメチル−1,4−ブタンジオール、2−ヒドロキシエチル−2−メチル−1,4−ブタンジオール、2−ヒドロキシメチル−2−プロピル−1,4−ブタンジオール、2−エチル−2−ヒドロキシエチル−1,4−ブタンジオール、1,2,3−ブタントリオール、1,2,4−ブタントリオール、3−(ヒドロキシメチル)−3−メチル−1,4−ペンタンジオール、1,2,5−ペンタントリオール、1,3,5−ペンタントリオール、1,2,3−トリヒドロキシヘキサン、1,2,6−トリヒドロキシヘキサン、2,5−ジメチル−1,2,6−ヘキサントリオール、トリス(ヒドロキシメチル)ニトロメタン、2−メチル−2−ニトロ−1,3−プロパンジオール、2−ブロモ−2−ニトロ−1,3−プロパンジオール、1,2,4−シクロペンタントリオール、1,2,3−シクロペンタントリオール、1,3,5−シクロヘキサントリオール、1,3,5−シクロヘキサントリメタノール、1,3,5−トリス(2−ヒドロキシエチル)シアヌル酸などが挙げられることができ、脂肪族/脂環式テトラオールの具体例としては、1,2,3,4−ブタンテトロール、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオール、1,2,4,5−ペンタンテトロールなどが挙げられうる。
上記のポリマーは、反射防止コーティング組成物中の固形分の総重量に基づいて80〜99.99重量%の量、例えば95〜99.99重量%の量で含まれ得る。
(b)溶媒
反射防止コーティング組成物は溶媒を含む。
溶媒の具体例としては、2−ヒドロキシイソ酪酸メチルのようなオキシ酪酸エステル、乳酸エチルなど、2−メトキシエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル及びプロピレングリコールモノメチルエーテルなどのようなグリコールエーテル、メトキシブタノール、エトキシブタノール、メトキシプロパノール、エトキシプロパノールなどのようなヒドロキシル基を含有するエーテル、メチルセロソルブアセタート、エチルセロソルブアセタート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセタートのようなエステル、二塩基酸エステル、炭酸プロピレン、γ−ブチロラクトンなどが挙げられうる。
溶媒は、反射防止コーティング組成物中の固形分が1〜10重量%の濃度で存在するように組成物中に含まれ得る。より具体的には、溶媒は、反射防止コーティング組成物中の固形分が2〜5重量%の濃度で存在するように組成物中に含まれ得る。
(c)酸/酸発生剤
本発明の典型的な一実施形態による反射防止コーティング組成物は、酸及び/又は酸発生剤をさらに含み得る。
酸化合物の具体例としては、p−トルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、シュウ酸、フタル酸、リン酸、カンファースルホン酸、2,4,6−トリメチルベンゼンスルホン酸、トリイソナフタレンスルホン酸、5−ニトロ−o−トルエンスルホン酸、5−スルホサリチル酸、2,5−ジメチルベンジルスルホン酸、2−ニトロベンゼンスルホン酸、3−クロロベンゼンスルホン酸、3−ブロモベンゼンスルホン酸、2−フルオロカプリルスルホン酸、1−ナフトール−5−スルホン酸、2−メトキシ−4−ヒドロキシ−5−ベンゾイルベンゼンスルホン酸などが挙げられうる。
酸発生剤は、光酸発生剤及び/又は熱酸発生剤であってよい。
例えば、オニウム塩系、ニトロベンジル系、スルホン酸エステル系、ジアゾメタン系、グリオキシム系、N−ヒドロキシイミドスルホン酸エステル系及びハロトリアジン系の光酸発生剤が光酸発生剤として用いられてもよい。
オニウム塩系光酸発生剤は、スルホン酸塩、及び芳香族基を含有するスルホニウムの塩であってもよい。オニウム塩系光酸発生剤の具体例としては、トリフルオロメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p−t−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリス(p−t−ブトキシフェニル)スルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリフェニルスルホニウムなどが挙げられうる。ニトロベンジル系光酸発生剤の具体例としては、2−ニトロベンジル−p−トルエンスルホナート、2,6−ジニトロベンジル−p−トルエンスルホナート、2,4−ジニトロベンジル−p−トルエンスルホナートなどが挙げられうる。スルホン酸エステル系光酸発生剤の具体例としては、1,2,3−トリス(メタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(p−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼンなどが挙げられうる。ジアゾメタン系光酸発生剤の具体例としては、ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタンなどが挙げられうる。グリオキシム系光酸発生剤の具体例としては、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシムなどが挙げられうる。N−ヒドロキシイミドスルホン酸エステル系光酸発生剤の具体例としては、N−ヒドロキシスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステルなどが挙げられうる。ハロトリアジン系光酸発生剤の具体例としては、2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−メトキシナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジンなどが挙げられうる。
光酸発生剤は、反射防止コーティング組成物中の固形分の総重量に基づいて0.01〜5重量%の量で含まれ得る。より具体的には、光酸発生剤の含有量が0.05〜1.5重量%の範囲にあってもよい。
熱酸発生剤は、反射防止組成物のコーティング層の硬化中に架橋反応を促進する又は高めるように機能しうる。
熱酸発生剤は、イオン性又は実質的に中性であってもよい。
例として、熱酸発生剤は、アレーンスルホン酸系熱酸発生剤、より具体的にはベンゼンスルホン酸系熱酸発生剤であってもよい。
熱酸発生剤の具体例としては、p−トルエンスルホン酸シクロヘキシル、p−トルエンスルホン酸メチル、2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホン酸シクロヘキシル、トシル酸2−ニトロベンジル、トリス(2,3−ジブロモプロピル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6−トリオン、有機スルホン酸のアルキルエステル及びその塩、ドデシルベンゼンスルホン酸のトリエチルアミン塩、p−トルエンスルホン酸のアンモニウム塩、並びにそれらの混合物が挙げられうる。これらの中では、p−トルエンスルホン酸のアンモニウム塩が好ましい。
熱酸発生剤は、反射防止コーティング組成物中の固形分の総重量に基づいて0.01〜1重量%の量で含まれ得る。より具体的には、熱酸発生剤の含有量は0.05〜0.2重量%の範囲であってもよい。
(d)その他の添加剤
本発明の典型的な一実施形態による反射防止コーティング組成物は、その他の添加剤として、界面活性剤、レベリング剤、染料化合物などをさらに含み得る。
3Mカンパニーから市販されているFC171、FC431などは、界面活性剤として用いられてもよい。
ユニオン・カーバイド・コーポレーションから市販されているSilwet7604などは、レベリング剤として用いられてもよい。
また、染料化合物は、フォトレジスト組成物層を光に露光するために用いられる放射線を吸収するように機能する。
各添加剤は、反射防止コーティング組成物中の固形分の総重量に基づいて0.01〜1重量%の量で含まれ得る。
フォトリソグラフィパターンを形成する方法
本発明の典型的な一実施形態によるフォトリソグラフィパターンを形成する方法は、(a)基体の表面上に、パターン形成される1以上の層を含む基体を提供し、(b)前記パターン形成される1以上の層上に、本発明の反射防止コーティング組成物から反射防止コーティング層を形成し、(c)前記反射防止コーティング層上に、フォトレジスト組成物の層を形成し、(d)前記フォトレジスト組成物層をマスクパターンを介して化学線に露光し、並びに(e)前記フォトレジスト組成物層の上に現像剤を適用して前記フォトレジスト層の一部分を除去することによってフォトレジストパターンを形成することを含む。
基体の種類は、それらがフォトレジスト組成物層を用いるプロセスに使用される限り特に限定されない。例えば、シリコン、二酸化ケイ素、ガリウムヒ素、炭化ケイ素、セラミック、石英及び銅の基体が基体として使用されてもよい。また、液晶ディスプレイ装置又はその他のフラットパネルディスプレイ装置の用途に用いられる基体、例えば、ガラス基体、インジウムスズ酸化物でコーティングされた基体などが基体として用いられてもよい。また、光学デバイス及び光電子デバイス(例えば、導波路)のための基体が基体として用いられてもよい。
本発明の典型的な一実施形態による反射防止コーティング組成物は、スピンコーティングなどのような方法を用いて基体の上にコーティングされる。反射防止コーティング組成物は、基体の上に、0.02μm〜0.5μmの乾燥厚さ、好ましくは0.04μm〜0.20μmの乾燥厚さにコーティングされ得る。反射防止コーティング組成物の塗布層は、好ましくは、フォトレジスト組成物が反射防止コーティング組成物の塗布層の上に適用される前に硬化される。この場合、硬化条件は、反射防止コーティング組成物の内容物によって異なり得る。特に、硬化温度は、反射防止コーティング組成物に含まれる酸又は酸発生剤の種類によって調節され得る。例えば、硬化は、80℃〜225℃の温度で0.5分〜40分間実施され得る。反射防止コーティング組成物層は、硬化によって、フォトレジスト溶媒及び水性アルカリ性現像剤溶液に溶解し得ない。
フォトレジスト組成物は、硬化した反射防止コーティング組成物層の上に適用される。フォトレジスト組成物は、スピニング、ディッピング、メニスカスコーティング又はローラーコーティングのような方法を用いて適用され得る。コーティング後、フォトレジスト組成物層は、溶媒を除去するために熱によって乾燥され、その結果、非粘着性になる。好ましくは、反射防止コーティング組成物層とフォトレジスト組成物層が一緒に混じるべきではない。
次に、フォトレジスト組成物層がマスクを介して化学線に露光される。この場合、フォトレジスト組成物層は、フォトレジスト組成物層の光活性成分を有効に活性化するのに十分な量の光に露光されてパターン形成された像を提供する。露光エネルギーは、例えば、3〜300mJ/cmの範囲であってもよく、露光装置及びフォトレジスト組成物の内容物によって調整され得る。露光されたフォトレジスト組成物層は、露光領域と未露光領域の溶解度の差を高めるためにベーキングされ得る。露光の後で、ベーキングが、例えば、50℃以上の温度、より具体的には50℃〜約160℃の温度で行われてもよい。
その後、露光されたフォトレジスト組成物層が現像剤で現像される。例として、現像剤が水性塩基性現像剤であってもよい。現像剤の具体例としては、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水などのようなアルカリが挙げられうる。別の例として、現像剤が有機溶媒現像剤であってもよい。現像プロセスは、既知の条件下で既知の方法によって行われ得る。現像されたフォトレジスト組成物層は、100℃〜150℃の温度で数分間追加のベーキングを行うことによってさらに硬化されてもよい。
現像された基体は、フォトレジストが除去された基体領域を有していて良く、その基体領域は、選択的な方法で処理され得る。例えば、フォトレジストが除去された基体領域が従来技術でよく知られた方法を用いて化学的にエッチング又はめっきされ得る。フッ化水素酸エッチング液、及び酸素プラズマエッチング剤のようなプラズマガスエッチング剤がエッチング剤として用いられてもよい。例えば、反射防止コーティング組成物層が除去されてもよいし、基体がプラズマガスエッチング剤を用いてエッチングされてもよい。
以下、実施例を参照して本発明がさらに詳細に記述される。しかしながら、以下の実施例は、本発明の実例として与えられるだけで、本発明の範囲を制限することを意図していないと理解されるべきである。
フォトリソグラフィプロセスに適用される反射防止コーティング剤に適したポリマーの合成
調製例:ポリマーA−1〜A−3の合成
工程1:ポリマーの合成
反応装置は、250mLの三つ口丸底フラスコ、加熱及び温度調整機能を有する攪拌機、温度プローブ、凝縮器、ディーン・スターク・トラップ及び窒素パージ注入ポートで構成された。以下の表1に記載されたモノマー成分は、対応するモル分率でモノマーの量の合計が100gになるまで反応フラスコに添加された。溶媒として、100gのアニソールがこの反応フラスコにさらに添加され、50重量%の固形分を有する各反応液を調製した。酸触媒として、p−トルエンスルホン酸(PTSA)が以下の表1に記載された量で反応液に添加された。その後、反応液は、以下の表1に表された温度及び時間で加熱することによって反応され、それによってポリマーを得た。
工程2:架橋剤の結合
このようにして得られた約100gのポリマーを含有する溶液が50℃で加熱され、これに20gの2−ヒドロキシイソ酪酸メチル及び5gのテトラメトキシメチルグリコールウリル(TMGU)が添加された。得られた混合物は、攪拌しながら50℃で3時間反応され、周囲温度で冷却された後、トリエチルアミンで中和された。その結果として、TMGUが共有結合によって主鎖に結合したポリマーが得られた。
工程3:希釈及び沈殿
その後、反応液が20重量%の量に希釈され、ポリマーがイソプロパノール(IPA)とメチルt−ブチルエーテル(MTBE)の混合物の中で沈殿するまで、2−ヒドロキシイソ酪酸メチル(HBM)又はテトラヒドロフラン(THF)がこの反応液に滴下添加された。その後、沈殿物は、固形ポリマーを得るためにブフナー漏斗を通して濾過され、固体ポリマーは、風乾された後、真空下で40〜50℃で乾燥された。
このようにして得られたポリマーA−1〜A−3のそれぞれは、13C−核磁気共鳴(NMR)によって分析された。その結果として、架橋剤が約10重量%の量でポリマーの主鎖に結合していたことが明らかになった。
これらの中では、ポリマーA−2の繰り返し単位は以下の構造を有していた。
Figure 2015129937
比較調製例:ポリマーA−4〜A−6の合成
以下の表1に記載された上記モノマー成分が、対応するモル分率でモノマーの量の合計が100gになるまで反応フラスコにそれぞれ添加され、工程2を実行しないで工程1の直後に工程3が実施されたこと以外は、ポリマーA−1〜A−3の合成プロセスにおける上記と同じ手順を実施することによって、ポリマーA−4〜A−6が得られた。
これらの中では、ポリマーA−5の繰り返し単位は以下の構造を有していた。
Figure 2015129937
調製例及び比較調製例の組成が以下の表1にまとめられている。
Figure 2015129937
底部反射防止組成物の調製
以下の材料が以下の実施例及び比較例に使用された。
(A−1)〜(A−6)ポリマー:上記のように調製されたポリマーが使用された。
(B−1)酸触媒(熱酸発生剤):p−トルエンスルホン酸アンモニウム。
(C−1)架橋剤(熱架橋剤):テトラメトキシメチルグリコールウリル。
(D−1)界面活性剤:Polyfox(商標)656(オムノバ・ソリューションズ・インコーポレーテッド)。
(E−1)溶媒:2−ヒドロキシイソ酪酸メチル。
実施例1
370mgのポリマー(A−1)、0.4mgの酸触媒(B−1)、20mgの架橋剤(C−1)、及び0.2mgの界面活性剤(D−1)が固形分に基づいて混合され、得られた混合物と9.6gの溶媒(E−1)が混合されて組成物を調製した。その後、その組成物は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製の0.45μmフィルターで濾過された。
実施例2
390mgのポリマー(A−2)と0.2mgの界面活性剤(D−1)が固形分に基づいて混合され、得られた混合物と9.6gの溶媒(E−1)が混合されて組成物を調製した。その後、その組成物は、0.45μmPTFEフィルターで濾過された。
実施例3
370mgのポリマー(A−3)、0.4mgの酸触媒(B−1)、20mgの架橋剤(C−1)、及び0.2mgの界面活性剤(D−1)が固形分に基づいて混合され、得られた混合物と9.6mgの溶媒(E−1)が混合されて組成物を調製した。その後、その組成物は、0.45μmPTFEフィルターで濾過された。
比較例1
340mgのポリマー(A−4)、0.4mgの酸触媒(B−1)、60mgの架橋剤(C−1)、及び0.2mgの界面活性剤(D−1)が固形分に基づいて混同され、得られた混合物と9.56gの溶媒(E−1)が混合されて組成物を調製した。その後、その組成物は、0.45μmPTFEフィルターで濾過された。
比較例2
340mgのポリマー(A−5)、0.4mgの酸触媒(B−1)、60mgの架橋剤(C−1)、及び0.2mgの界面活性剤(D−1)が固形分に基づいて混合され、得られた混合物と9.56gの溶媒(E−1)が混合されて組成物を調製した。その後、その組成物は、0.45μmPTFEフィルターで濾過された。
比較例3
340mgのポリマー(A−6)、0.4mgの酸触媒(B−1)、60mgの架橋剤(C−1)、及び0.2mgの界面活性剤(D−1)が固形分に基づいて混合され、得られた混合物と9.56gの溶媒(E−1)が混合されて組成物を調製した。その後、その組成物は、0.45μmPTFEフィルターで濾過された。
実施例及び比較例の組成物が以下の表2にまとめられている。
Figure 2015129937
底部反射防止組成物の評価
試験例1:耐溶媒性の測定
試験される組成物がシリコンウエハ上にスピンコーティングされ、205℃又は215℃で1分間熱処理された。ウエハの厚さが偏光解析法を用いて測定され、フォトレジストのための典型的溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート(PGMEA)と2−ヒドロキシイソ酪酸メチルの混合溶媒がウエハの表面に注がれ、そして1分間にわたってウエハの表面に留まった状態にしておいた。その後、ウエハは、4,000rpmで60秒間スピン乾燥され、ウエハの厚さが再度測定された。その後、厚さの差(すなわち、膜損失)が計算された。
試験例2:光学パラメータの測定
試験される組成物がシリコンウエハ上にスピンコーティングされ、205℃又は215℃で1分間熱処理された。組成物の実反射率(real reflective index: n)及び複素反射率(imaginary reflective index:k)が偏光解析法を用いて測定された。
試験例3:組成物中の残留架橋剤の含有量の測定
実施例及び比較例において調製された組成物中の残留架橋剤の含有量が液体クロマトグラフィ−質量分析(LC−MS)を用いて測定された。最初に、0.001〜20重量%のTMGU溶液が調製され、架橋剤の含有量がLC−MSで測定され、質量分析(MS)を用いて架橋剤の含有量の面積比検量線をプロットした。その後、実施例1〜3の組成物がLC−MSで測定され、検量線を用いて、TMGU化合物の対応するピークの面積から、残留架橋剤の含有量が計算された。
試験例1〜3の結果が以下の表3にまとめられている。
Figure 2015129937
試験例4:パターン上の被覆性の評価
実施例2及び比較例2において調製された組成物が、数百nm〜数μmのライン間隔を有するパターンが転写されたシリコンウエハ上にスピンコーティングされ、205℃又は215℃で1分間熱処理された。その後、このパターン上の組成物のコーティング安定性及び充填特性が光学顕微鏡又は走査型電子顕微鏡下で観察された。図1A及び1Bは、実施例2及び比較例2の組成物で覆われたパターンの顕微鏡像を示す。図1A及び1Bに示されたように、実施例2の組成物の塗膜はこのパターンによく一致するようにコーティングされたが、比較例2の組成物の塗膜は熱硬化プロセス中に剥離したプルバック現象が発生した。実施例2及び比較例2の組成物は、その他の反射防止塗膜と実質的に同じ特性を有した。
試験例5:膜の熱硬化開始温度の測定
実施例2及び比較例2において調製された組成物がそれぞれウエハ上にスピンコーティングされ、50℃〜215℃の温度で1分間熱処理され、そして耐溶媒性を測定する方法を用いて厚さの変化が測定された。図2A及び2Bは、それぞれ実施例2及び比較例2の組成物の厚さの変化がプロットされたグラフである。図2A及び2Bに示されたように、実施例2の組成物は約160℃で硬化が開始されたが、比較例2の組成物は実施例2の組成物のそれよりも非常に低い温度である約100℃で硬化が開始されたことがわかった。実施例2の組成物は約160℃に至るまで熱流動性を示したが、比較例2の組成物は約100℃に至るまで熱流動性を示し、100℃以上で熱流動性を示さなかったという結果が示された。実施例2及び比較例2の組成物における両方のポリマーのガラス転移温度(Tg)が約50℃であったことを考慮すると、実施例2の組成物の硬化温度とガラス転移温度(Tg)との差は約110℃であり、充填特性の主要な要因の1つであった熱硬化プロセスにおける膜の熱流動性が改善されたことを示している。
試験例6:パターンのギャップ充填特性の評価
実施例2において調製された組成物がナノメートルレベルのパターン上にスピンコーティングされ、ギャップ充填特性を評価した。図3A及び3Bは、それぞれ、150nm及び300nmのギャップを有し、実施例2の組成物でコーティングされているパターンの顕微鏡像である。図3A及び3Bに示されたように、ナノメートルレベルでギャップが実施例2の組成物でボイド無く充填されたことがわかった。
本発明の範囲から逸脱することなく本発明の上記の典型的な実施形態に様々な変更をすることができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、添付された特許請求の範囲及びそれと同等のものの範囲内となるそのように提供された変更物のすべてに及ぶことが意図される。

Claims (10)

  1. (a)ポリマー、及び(b)溶媒を含む反射防止コーティング組成物であって、
    前記ポリマーが、(a−1)芳香族基を有する化合物から生じ、前記ポリマーの主鎖を構成する少なくとも1種の単位、及び(a−2)架橋剤から生じ、前記主鎖に結合されている単位を含み、
    前記ポリマーの主鎖に結合されていない前記架橋剤の含有量が、組成物中の固形分の総重量に基づいて0重量%より多く5重量%以下である、
    反射防止コーティング組成物。
  2. 前記ポリマーの主鎖に結合されていない前記架橋剤の含有量が、組成物中の固形分の総重量に基づいて0重量%より多く3重量%以下である、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記単位(a−2)が、アミン系架橋剤から生じる単位である、請求項1記載の組成物。
  4. 前記アミン系架橋剤が、グリコールウリル系架橋剤である、請求項3に記載の組成物。
  5. 前記芳香族基が、フェニル系基、ナフチル系基、及びアントラセニル系基からなる群から選択される少なくとも1つである、請求項1に記載の組成物。
  6. 芳香族基を有さない化合物から生じ、前記主鎖を構成する少なくとも1種の単位を、前記ポリマーがさらに含む、請求項1に記載の組成物。
  7. 前記組成物が、酸をさらに含む、請求項1に記載の組成物。
  8. 前記組成物が、酸発生剤をさらに含む、請求項7に記載の組成物。
  9. 前記組成物が、酸発生剤をさらに含む、請求項1に記載の組成物。
  10. (a)基体の表面の上に、パターン形成される1以上の層を含む基体を提供し、
    (b)前記パターン形成される1以上の層の上に、請求項1〜9のいずれかの反射防止コーティング組成物から反射防止コーティング層を形成し、
    (c)前記反射防止コーティング層の上に、フォトレジスト組成物の層を適用し、
    (d)前記フォトレジスト組成物層をマスクパターンを介して化学線に露光し、並びに
    (e)前記フォトレジスト組成物層に現像剤を適用し、前記フォトレジスト層の一部分を除去して、フォトレジストパターンを形成すること
    を含む、フォトリソグラフィパターンを形成する方法。
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