KR100696399B1

KR100696399B1 - 반사방지 하드 마스크 조성물

Info

Publication number: KR100696399B1
Application number: KR1020000031730A
Authority: KR
Inventors: 파벨첵에드워드케이.
Original assignee: 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머트어리얼즈, 엘.엘.씨
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2007-03-20
Also published as: EP1061560B1; US6890448B2; US20030209515A1; US7018717B2; EP1061560A3; KR20010007323A; EP1061560A2; US20020195419A1; JP4879384B2; TW466581B; JP2001053068A; DE60045698D1

Abstract

상부에 코팅된 포토레지스트용 반사방지 코팅 조성물("ARC")로서 사용하는데 적합한 신규 유기계 조사선 흡수 조성물이 제공된다. 이들 조성물은 또한 하부에 코팅된 유전체 층으로부터 충분한 플라즈마 에칭 선택성을 나타냄으로써 하드 마스크 층으로서 효과적으로 작용한다.

Description

반사방지 하드 마스크 조성물{Antireflective hard mask compositions}

도 1은 본 발명의 바람직한 방법에 대한 개략도.

본 발명은 집적회로 시스템의 제조용 조성물 및 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 산소계 플라즈마 에칭에 대해 양호한 내성을 나타내고 회로 제조 공정에서 하드 마스크(hard mask)로서 작용할 수 있는 유기 스피닝형(spin-on type) 반사방지 코팅(ARC)을 제공하는 것이다.

반도체 장치의 제작에 있어서, 일반적으로 전기 절연 유전체 영역에 의해 분리된, 장치 기판상에 다양한 전도성 장치의 영역과 층이 형성된다. 이들 유전체 영역은 예를들어 이산화규소로부터 형성될 수 있으며 다양한 기술, 예를들어 산화물 성장, 스퍼터링(sputtering) 또는 다른 화학 증착 공정에 의해 생성될 수 있다. 장치 제작에 있어서, 장치의 서로 다른 영역사이의 접촉과 전기적 전달을 허용하도록 유전체 층에 개구부(openings)를 만들 필요가 있다.

유전체 층에 이러한 어퍼쳐(aperture)를 형성하는데 포토리소그래피 (photolithography)가 이용된다. 유전체 층위에서 포토레지스트(photoresist)를 패턴화하고 노광시 드러낸 유전체 영역을 건식 에칭, 전형적으로 플라즈마 에칭 또는 이온 충격(bombardment)에 의해 제거한다(참조 일반적으로 미국특허 제 5,468,342 호 및 5,346,586 호).

그러나, 레지스트 마스크는 또한 하부에 코팅된(undercoated) 유전체 물질의 플라즈마 에칭 중에 분해되어, 유전체 층으로 패턴화된 이미지의 해상도를 감소시킬 수 있다. 이러한 불완전한 이미지 전사는 반도체 장치의 성능을 손상시킬 수 있다.

하드 마스크로서 공지된 어떤 무기 물질은 유전체 층과 레지스트 층사이에 개재되어 레지스트 층에서 하부에 코팅된 유전체 층으로 이미지 전사의 불완전성을 감소시킨다. 하드 마스크 물질, 예를들어 폴리실리콘, 실리콘 니트라이드, 알루미늄, 티타늄 실리사이드, 또는 텅스텐을 유전체 층상에 스퍼터링에 의해 증착 시킨다. 그후 포토레지스트를 코팅하고 하드 마스크 위에서 이미지화한다. 레지스트 현상시 드러낸 무기 하드 마스크 영역은 유기 레지스트 층이 내성을 가진 플라즈마 에칭에 의해 제거된다. 무기 하드 마스크 층과 상부에 코팅된(overcoated) 패턴화 유기계 레지스트 사이에 비교적 높은 에칭 선택성을 얻을 수 있다. 이러한 에칭 선택성은 일반적으로 유전체 층과 유기계 레지스트 사이에서는 불가능하다. 이러한 에칭시, 하드 마스크 프로파일은 레지스트 마스크와 어울린다. 하드 마스크 에칭시 노광된 유전체 영역은 유전체에 대해 선택성이 있고 하드 마스크가 내성이 있는 에칭에 의해 제거될 수 있다. 높은 에칭 선택성이 유전체 층 물질과 하드 마스크 사이에 실현될 수 있으므로, 상기에 설명된 이미지 전사 불완전성은 방지될 수 있다(참조 일반적으로 상기에 인용한 미국특허).

이러한 수단이 많은 집적회로의 제작에 효과적일 수 있지만, 보다 높은 해상도에서 더 적은 배선폭(feature)을 생성하려는 산업적 요구가 계속되고 있다.

실제로, 회로 제작에서 다른 문제점은 해상도와 보다 적은 선폭을 형성하는 능력을 한정할 수 있다. 예를들어, 포토레지스트를 노광하는데 사용된 활성화 조사선의 반사는 레지스트에서 패턴화된 이미지의 해상도를 한정할 수 있다. 특히, 하층(underlying) 표면/포토레지스트 계면에서 조사선의 반사는 포토레지스트에 조사선 세기의 공간적 변화를 나타내며, 현상시 불균일한 포토레지스트 선폭을 초래할 수 있다. 노광 조사선은 또한 하층 표면/포토레지스트 계면에서 노광이 의도되지 않은 포토레지스트 코팅의 영역으로 산란될 수 있으며, 다시 선폭 변화를 초래한다.

따라서, 집적 회로 제작을 위한 신규 조성물과 신규 방법이 요망되고 있다.

본 발명은 상부에 코팅된 포토레지스트용의 반사방지 코팅 조성물("ARC")로서 사용하는데 적합한 신규의 유기계 조사선 흡수 조성물을 제공한다.

본 발명의 반사방지 조성물은 또한 하부에 코팅된 유전체 층(예를들어, 무기 산화물 또는 유기층)과 상부에 코팅된 포토레지스트에 충분한 플라즈마 에칭 선택성을 나타냄으로써 하드 마스크 층으로서 효과적으로 작용할 수 있다. 본 발명의 반사방지 하드 마스크 조성물은 에칭 선택성을 제공할 수 있는 무기 치환체를 가진 성분을 함유한다. 예를들어, 본 발명의 바람직한 반사방지 하드 마스크 조성물은 하나 이상의 무기 원소, 전형적으로 주기율표 IIIa, IVa, Va, VIa, VIIa, VIII, Ib, IIb, IIIb, IVb 및/또는 Vb 족의 멤버, 보다 바람직하게는 실리콘, 게르마늄, 알루미늄을 포함하는 하나 이상의 성분을 포함한다. 예를들어, 본 발명의 반사방지 하드 마스크 조성물은 유기실리콘 폴리머, 예를들어 Si 치환체를 가진 아크릴레이트 모노머의 반응에 의해 제공된 코폴리머를 함유할 수 있다.

본 발명의 반사방지 하드 마스크 조성물은 또한 바람직하게도 상층 (overlying) 레지스트 층을 패턴화하는데 사용된 노광 조사선을 효과적으로 흡수할 수 있는 발색단(chromophore) 성분을 함유한다. 발색단은 상부에 코팅된 포토레지스트에 사용된 노광 파장에 따라 달라질 수 있다. 예를들어, 248 nm에서 이미지화된 레지스트에 대해, 반사방지 하드 마스크 조성물은 안트라센 또는 나프틸 그룹을 가진 수지 또는 다른 성분을 적절히 함유할 수 있다. 193 nm에서 이미지화된 레지스트에 대해, 반사방지 하드 마스크 조성물은 페닐 그룹을 가진 수지 또는 다른 성분을 적절히 함유할 수 있다. 단일 수지는 또한 조사선 흡수 발색단과 에칭 선택성을 제공할 수 있는 무기 그룹을 함유할 수 있다. 반사방지 하드 조성물은 바람직하게도 처리 중에 경화되고 가교결합된다.

본 발명은 또한 기판, 특히 반도체 웨이퍼 등과 같은 전자 패키징 장치를 패턴화하고 처리하기 위한 방법을 포함한다.

보다 구체적으로, 본 발명의 바람직한 방법은 유전체 표면층을 가지고 그 위에 본 발명의 반사방지 하드 마스크 조성물의 코팅층을 도포한 기판을 제공하는 것을 포함한다. 유기 반사방지 하드 마스크 조성물은 스핀-코팅에 의해 도포될 수 있으며, 현재 무기 하드 마스크 층의 도포에 사용된 전형적인 증착보다 명백히 편리하다.

그후 포토레지스트 층을 반사방지 하드 마스크 층위에 도포하고 레지스트 층을 패턴화 조사선으로 이미지화하고 현상하여 반사방지 층위에 릴리프(relief) 이미지를 제공한다. 그후 반사방지 하드 마스크를 상부에 코팅된 레지스트 릴리프 이미지 보다 반사방지 층과 더 반응성이 있는, 예를들어 반사방지 하드 마스크 층: 포토레지스트 릴리프 이미지의 에칭 선택성이 적어도 약 3:1, 보다 바람직하게는 적어도 약 5:1, 더욱 바람직하게는 적어도 약 7:1 또는 10:1인, 플라즈마에 의해 에칭한다. 예를들어, 실리콘 무기 성분을 함유하는 반사방지 하드 마스크 층은 불소계 플라즈마에 의해 선택적으로 에칭될 수 있다. Al 무기 성분을 함유하는 반사방지 하드 마스크 층은 염소계 플라즈마에 의해 선택적으로 에칭될 수 있다.

에칭 처리로 상층 패턴화 레지스트의 릴리프 이미지에 대응하는 반사방지 하드 마스크 조성물의 릴리프 이미지를 제공한다. 그후 드러낸 유전체 층 영역을 반사방지 하드 마스크 층과 반응성이 비교적 적은, 예를들어 하부에 코팅된 유전체 층: 반사방지 하드 마스크 층의 에칭 선택성이 적어도 약 3:1, 보다 바람직하게는 적어도 약 5:1, 더욱 바람직하게는 적어도 약 7:1 또는 10:1인, 플라즈마에 의해 에칭한다. 예를들어, 실리콘 니트라이드 또는 실리콘 옥사이드 층과 같은 Si-계 유전체 층을 적합한 할라이드 플라즈마에 의해 선택적으로 에칭할 수 있으며, 유기 유전체 층을 산소계 플라즈마에 의해 선택적으로 에칭할 수 있다. 그후 유전체 층의 이러한 에칭시 드러낸 기판 영역을 금속화하는 것과 같이, 원하는 대로 선택적 으로 처리할 수 있다.

본 발명의 시스템을 보다 구체적으로 예시하면, Si를 포함하는 반사방지 하드 마스크 물질을 불소 또는 염소 플라즈마와 같은 할라이드 플라즈마에 의해 에칭할 수 있으며, 하부에 코팅된 유기 유전체 층을 산소계 플라즈마에 의해 선택적으로 에칭할 수 있다. 다른 시스템에서, Al을 포함하는 반사방지 하드 마스크 물질을 염소계 플라즈마에 의해 에칭할 수 있고, 하부에 코팅된 SiO₂ 유전체 층을 불소계 플라즈마에 의해 선택적으로 에칭할 수 있다.

본 발명은 추가로 본 발명의 반사방지 하드 마스크 조성물을 단독으로 또는 상부에 코팅된 포토레지스트 조성물 및/또는 하층 유전체 층과 조합하여 코팅된 마이크로일렉트로닉(microelectronic) 웨이퍼와 같은 기판을 포함하는 신규 제품을 제공한다. 본 발명의 다른 일예는 아래 기재되어 있다.

상기에 설명한 바와 같이, 본 발명은 스피닝 배합물로서 도포될 수 있는 신규의 반사방지 하드 마스크 조성물을 제공한다. 본 발명의 조성물은 하층 유전체 층, 이를테면 무기 물질 예를들어 SiO₂ 또는 다른 무기 산화물, 또는 유기 수지 층에 비해 양호한 에칭 선택성을 나타낼 수 있다.

반사방지 하드 마스크 조성물은 탄소 그룹과 Si, As 및/또는 Ge와 같은 무기 원소의 혼합물이다. 본 발명에서 무기 원자 또는 원소는 수소, 질소, 산소 또는 황 이외의 탄소가 아닌 다가 원소, 바람직하게는 주기율표 IIb, IIIb, IVb, Vb 또 는 VIb족의 멤버, 보다 바람직하게는 주기율표 IIIb 또는 IVb족의 멤버를 뜻한다.

반사방지 하드 마스크 조성물은 전형적으로 조성물 총 고형분(용매 담체를 제외한 모든 성분)에 기초하여, 무기 원소를 적어도 1몰%, 보다 전형적으로는 조성물의 총 고형분(용매 담체를 제외한 모든 성분)을 기준으로 하여, 무기 원소를 적어도 약 3 또는 5몰% 함유할 것이다. 보다 바람직하게는, 반사방지 하드 마스크 조성물은 조성물의 총 고형분을 기준으로 하여 무기 원소를 적어도 약 7, 10, 12 또는 15몰% 함유할 것이다. 보다 높은 수준의 무기 함량이 또한 적합할 것이며, 예를들어 반사방지 하드 마스크 조성물은 조성물의 총 고형분을 기준으로 하여, 적어도 약 17, 20, 25, 30, 35 또는 40몰%의 무기 원소를 함유한다. 반사방지 하드 마스크 조성물은 전형적으로 실질적인 탄소 함량을 가지며, 예를들어 총 고형분을 기준으로 하여 조성물의 적어도 약 10, 15 또는 20몰%가 탄소일 것이다. 보다 바람직하게는, 총고형분을 기준으로 하여 조성물의 적어도 약 25, 30, 35, 40, 50 또는 60몰%가 탄소일 것이다. 상부에 코팅된 포토레지스트의 노광 조사선을 흡수하기 위한 하나 이상의 발색단은 상기에 일반적으로 설명한 바와 같이, 전형적으로 방향족 탄소 그룹일 것이다.

본 발명의 특히 바람직한 방법을 일반적으로 도시한, 도면 도 1과 관련하여, 단계 1에서 상부에 코팅된 유전체 층(12)을 가진 기판(10)이 제공된다. 기판(10)은 예를들어 반도체 웨이퍼, 마이크로칩 모듈 등과 같은 전자 패키징 장치일 수 있다. 예를들어, 기판(10)은 실리콘, 실리콘 디옥사이드, 알루미늄 또는 알루미늄 옥사이드 마이크로일렉트로닉 웨이퍼일 수 있다. 사용될 수 있는 다른 기판은 갈 륨 아르제나이드, 갈륨 니트라이드, 인듐계, 세라믹, 석영 또는 구리 기판을 포함한다.

층(12)은 파릴렌(parylene)과 같은 무기 산화물(예를들어 SiO₂)의 수지층 또는 플루오르화 무정질 탄소, 또는 처리된 기판(10)의 배선폭을 분리하고 전기적으로 절연하는데 사용된 다양한 물질일 수 있다.

도 1의 단계 2에서, 본 발명의 유기 반사방지 하드 마스크 조성물의 코팅층(14)을 층(12) 위에 도포한다. 코팅층(14)은 액체 코팅 배합물을 층(12) 위에 스핀 코팅하고, 이어서 진공 핫플레이트에 의해 약 90℃에서 60초간 용매 담체를 제거하여 도포될 수 있다. 일반적으로 반사방지 하드 마스크 조성물은 약 0.02 내지 0.5 ㎛의 건조층 두께, 보다 전형적으로는 약 0.04 내지 0.20㎛의 건조층 두께를 가진 기판상에 도포된다.

상기에 설명한 바와 같이, 반사방지 하드 마스크 조성물 코팅은 상부에 코팅된 포토레지스트 층의 노광 조사선의 흡수를 위한 발색된 부분 및 하층 유전체 층(12)에 대해 플라즈마 에칭 선택성을 제공하는 무기 그룹을 가진 성분을 함유한다.

본 발명의 바람직한 반사방지 하드 마스크 조성물은 발색단을 가진 수지 및/또는 그 위에 무기 그룹을 함유하는 조성물을 포함한다. 수지는 바람직하게도 유기 수지이다. 예를들어, 노광 조사선의 효과적인 흡수를 위한 카보사이클릭 아릴 또는 헤테로아로마틱 그룹, 예를들어 안트라센일(248 nm에 대해), 페닐(193 nm에 대해), 나프틸렌, 등과 같은 펜단트(pendant) 발색단 그룹을 가진 폴리머가 사용될 수 잇다. 바람직한 발색단과 이를 함유한 수지는 미국특허 제 5,851,730 호 및 유럽 공개출원 813114A2(둘 다 쉬플리사에 양도됨)에 기재되어 있다.

발색단과 에칭-내성 무기 그룹을 모두 가진 수지는 적합한 모노머 혼합물의 반응, 예를들어 원하는 발색단 그룹을 가진 모노머와 다같이 무기, 에칭 내성 원소(예, Si, Ge, Al 등)를 혼합한 모노머의 반응에 의해 쉽게 제조될 수 있다. 이러한 모노머는 상용될 수 있거나 쉽게 합성될 수 있다. 예를들어, Si 그룹을 포함하는 아크릴레이트 모노머는 Gelest, Inc.(Tullytown, PA) 및 기타 회사와 같은 상업적인 소스로부터 얻을 수 있다. 보다 구체적으로, 모노머의 일예는 메타아크릴옥시메틸트리스-(트리메틸실록시)실란, 알릴트리스(트리메틸실록시)실란, 알릴트리메톡시실란, 비닐트리스(트리메틸실록시)실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐(3,3,3-트리플루오로프로필)디메틸실란, 비닐트리페녹시실란, 비닐트리에틸실란, 비오닐트리아세톡시실란, 등을 포함한다. 비닐 말단 또는 메타아크릴옥시프로필 말단 p-디메틸실록산과 같은 비닐-말단 실리콘 폴리머가 또한 이용될 수 있으며, 이것은 적합한 반응, 예를들어 전형적으로 반응 완료시까지 가열하면서, 바람직하게는 테트라히드로푸란 등과 같은 적합한 용매에서, 2,2'-아조비스이소부티르니트릴과 같은 개시제의 존재하에 자유 라디칼 반응에 의해 다른 폴리머에 혼입될 수 있다. 본 발명의 반사방지 하드 마스크 폴리머의 합성예에 대해 다음 실시예 1을 참조한다.

동일한 방법으로, 다른 무기 물질이 본 발명에 따라 사용하기 위한 반사방지 하드 마스크 조성물의 성분에 혼입될 수 있다. 예를들어, 하나 이상의 바람직한 무기 원자를 가진 다른 중합성 모노머를 반응시켜 수지를 형성할 수 있다. 이러한 모노머는 Gelest, Inc. 및 다른 회사와 같은 제조업체로부터 상용될 수 있다. 예를들어, 적합한 모노머는 알릴트리에틸저메인, 메타아크릴옥시트리에틸저메인, 테트라알릴저메인, 비닐트리에틸저메인, 등을 들 수 있다. 적합한 알루미늄 물질도 상용될 수 있다.

추가로, 무기 내에칭성 성분과 반사방지 성분은 본 발명의 반사방지 하드 마스크 조성물의 별도의, 배합된 물질일 수 있다. 예를들어, 무기 함량을 가진 폴리머가 노광 조사선-흡수 발색단을 함유하는 유기 폴리머와 배합될 수 있다. 예를들어, 적합한 무기, 내에칭성 폴리머의 일예는 실리콘 함량이 크고 실란올 함량이 적은 p-메틸실세스퀴옥산과 같은 실세스퀴옥산; 에폭시프로폭시프로필 말단 p-디메틸실록산; 메틸실록산과 디메틸실록산의 카비놀 작용 코폴리머; 디메틸실록산과 에틸렌 옥사이드의 알코올 말단 코폴리머; 및 실라놀 말단 p-디메틸실록산을 포함한다. 무가 가교결합제도 사용될 수 있다. 예를들어, 알루미늄 s-부톡시드 비스(에틸아세토아세테이트)와 같은 알루미늄 가교결합제가 반사방지 하드 마스크 조성물에 원하는 무기 함량을 제공하는데 적합하다. 이러한 폴리머와 배합될 수 있는 발색단을 가진 유기계 폴리머의 일예가 쉬플리사의 미국특허 제 5,851,730호와 유럽 공개출원 제 813114A2호에 기재되어 있다. 193 nm 레지스트 이미지화를 위해, 적합한 페닐-함유 폴리머가 쉬플리사에 양도된, 1998. 9. 15자 출원된 계류중인 출원 제 09/153,575 호에 기재되어 있다. 이 출원은 특히 스티렌, 2-히드록시에틸메타아크릴레이트 및 메틸메타아크릴레이트의 폴리머화 그룹을 이들 그룹의 각 몰비 30:38:32로 구성한 바람직한 반사방지 터폴리머(terpolymer)를 기재하고 있다.

본 발명의 반사방지 하드 마스크 조성물의 폴리머는 무기의, 내에칭성 성분과 발색단 단위에 더하여 다른 단위를 함유할 수 있다. 예를들어, 본 발명의 조성물의 수지는 펜단트 시아노 그룹; 이타코닉 안하이드라이드 그룹; 아다만틸, 노르보르닐, 시클로헥실, 등과 같은 알리시클릭 그룹; 나프틸, 페놀과 같은 카보시클릭 아릴 그룹; 등을 가질 수 있다.

바람직하게도, 본 발명의 반사방지 하드 마스크 조성물의 결합된 수지 또는 올리고머 성분은 조성물의 수지 또는 올리고머의 총 몰량 중 적어도 약 3, 4, 5, 6, 7 또는 8 몰%의 양으로 존재한 무기의, 내에칭성 성분을 가질 것이다. 심지어 더 큰 함량의 무기, 내에칭성 원자가 사용될 수 있으며, 예를들어 무기, 내에칭성 원소의 농도는 조성물의 수지 또는 올리고머의 총량을 기준으로 하여 적어도 약 10, 12, 15, 또는 20 몰%이다. 본 발명에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 반사방지 하드 마스크 조성물의 전형적인 성분은 반사방지 발색단과 무기, 내에칭성 원소; 전형적으로 산 공급원과 함께 가교결합제(가교결합 조성물이면); 및 용매 담체를 함유하는 수지 또는 올리고머 성분이다. 그러나 조성물은 추가 성분을 포함할 수 있다. 예를들어, 반사방지 발색단과 무기, 내에칭성 원소는 비중합성의, 소 분자(예를들어 분자량 약 500 미만) 첨가제에 의해 제공될 수 있다.

본 발명의 반사방지 하드 마스크 조성물의 수지의 분자량은 비교적 광범위하게 달라질 수 있으며, 예를들어 평균분자량(Mw)은 약 1,000 내지 약 1,000,000 달톤이다.

본 발명의 조성물의 반사방지 발색단 및 무기, 내에칭성 성분의 농도는 비교 적 광범위한 범위내에서 달라질 수 있으며, 일반적으로 이들 성분은 조성물의 건조 성분 총량의 약 50 내지 95 중량%, 보다 전형적으로는 총 건조 성분(용매 담체를 제외한 모든 성분)의 약 60 내지 90 중량%의 농도로 사용된다.

본 발명의 가교결합형 반사방지 하드 마스크 조성물은 또한 가교결합제 성분 또는 물질을 함유한다. 상기에 언급된 쉬플리의 미국특허 제 5,851,730 호에 기재된 ARC 가교결합제, 이를테면 글리코우릴(glycouril) 가교결합제, 특히 아메리칸 시아나미드 컴퍼니(American Cyanamid Co.)로부터 상표명 Powderlink 1174하에 상용되는 메톡시 메틸화 글리코우릴을 비롯하여, 다양한 가교결합제가 사용될 수 있다. 다른 아민계 가교결합제가 적합하다. 예를들어, 멜라민 가교결합제, 특히 Cymel 300, 301, 303, 350과 같은 아메리칸 시아나미에 의해 상표명 Cymel하에 시판된 것과 같은 멜라민-포름알데히드 수지가 적합하다. 벤조구안아민계 수지 및 우레아계 수지, 이를테면 아메리칸 시아나미드에 의해 Bettle 60, 65 및 80으로 시판된 우레아 수지, 및 아메리칸 시아나미드에 의해 Cymel 1123 및 1125의 상표명하에 시판된 벤조구안아민 수지가 적합하다.

본 발명의 가교결합 반사방지 하드 마스크 조성물은 바람직하게도 추가로 반사방지 하드 마스크 코팅층의 경화 중에 가교결합제의 반응에 촉매 작용을 하거나 촉진시키기 위한 산 또는 산 발생제 화합물을 포함한다. 바람직하게도 광분해 또는 열처리시 산을 유리하는 산 발생제 화합물이 사용된다. 바람직하게도 산 발생제로서 열(thermal) 산발생제, 즉 열처리시 산을 생성하는 화합물이 사용된다. 공지된 다양한 열 산발생제, 이를테면 벤조인 토실레이트, 니트로벤질 토실레이트, 특히 4-니트로벤질 토실레이트, 및 유기 설폰산의 다른 알킬 에스테르를 사용하는 것이 적합하다. 바람직한 열 산발생제는 King Industries 사로부터 얻을 수 있는 Nacure 5225이다. 활성화시 설폰산을 생성하는 화합물이 일반적으로 적합하다. 전형적으로 열 산발생제는 가교결합 반사방지 하드 마스크 조성물에 조성물의 건조 성분 총량의 약 0.3 내지 3 중량%의 농도로 존재한다. 열 산발생제 대신에 또는 열 산발생제에 더하여, 산 발생제로서 포토애시드(photoacid) 발생제가 사용될 수 있으며, 반사방지 하드 마스크 코팅층 블랭킷을 상부에 코팅된 포토레지스트 조성물의 도포 전에 활성화 조사선에 노광시킬 수 있다.

또한, 특히 조성물의 사용전에 산이 조성물 성분의 원하지 않는 반응을 촉진하지 않도록 산의 존재하에 가열하여 경화할 필요가 있는 반사방지 하드 마스크 조성물에 대해, 산 발생제가 아니라, 산을 단순히 본 발명의 가교결합 반사방지 하드 마스크 조성물에 배합할 수 있다. 적합한 산은 예를들어 톨루엔 설폰산 및 설폰산과 같은 설폰산, 트리플릭(triflic) 산, 또는 이들 물질의 혼합물을 포함한다.

본 발명은 또한 포토레지스트 조성물과 목적하는 사용 중에 상당한 가교결합을 수행하지 않는 반사방지 하드 마스크 조성물을 포함한다. 이러한 비가교결합 조성물은 가교결합 반응을 유발하거나 촉진하기 위한 가교결합제 성분 또는 산 또는 열 산발생제를 포함할 필요가 없다. 바꾸어 말하자면, 이러한 비가교결합 반사방지 하드 마스크 조성물은 전형적으로 가교결합 반응을 촉진하기 위한 가교결합제 성분 및/또는 산 공급원이 반드시 없거나(즉 약 1 또는 2 중량% 미만) 완전히 없다.

다시 도 1의 단계 2와 관련하여, 반사방지 하드 마스크 조성물이 가교결합형 조성물이면, 조성물은 바람직하게도 포토레지스트 층의 도포 전에, 적어도 부분적으로 이 단계에서 경화된다. 일반적으로 열처리가 바람직하다. 경화 또는 가교결합 조건은 반사방지 하드 마스크 조성물의 성분에 따라 달라질 것이다. 적합한 조건으로 예를들어 약 200℃에서 약 10 내지 30분간 코팅된 기판(10)을 가열하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 반사방지 조성물은 또한 바람직하게도 상부에 코팅된 포토레지스트 층의 원하지 않는 노칭(notching) 또는 푸팅(footing)을 억제하거나 실질적으로 방지하는데 충분한 양으로 적절히 사용되는 하나 이상의 포토애시드 발생제(즉 "PAG")를 포함한다. 이러한 본 발명의 일예에서, 포토애시드 발생제가 가교결합 반응을 촉진하기 위한 산 공급원으로서 사용되지 않으며, 따라서 바람직하게도 포토애시드 발생제는 반사방지 조성물(가교결합 반사방지 하드 마스크의 경우에)의 가교결합 중에 실질적으로 활성화되지 않는다. 특히, 열에 의해 가교결합되는 반사방지 하드 마스크 조성물에 대해서, 반사방지 하드 마스크 조성물 PAG는 실질적으로 가교결합 반응 조건에 안정하며 따라서 PAG는 상부에 코팅된 레지스트 층의 후속 노광 중에 활성화되어 산을 발생할 수 있다. 구체적으로, 바람직한 PAG는 약 140℃ 또는 150℃ 내지 190℃의 온도에서 5 내지 30분 또는 그 이상 노광시 실질적으로 분해되거나 달리 퇴화되지 않는다. 이러한 PAG와 반사방지 코팅 조성물에서 그의 용도는 쉬플리사에 양도된, 1997. 2. 6자 출원된, Pavelchek et al의 미국특허 출원번호 제 08/797,741 호 및 대응 일본특허 출원 제 10-61845 호에 기재되어 있다. 본 발명의 반사방지 하드 마스크 조성물에 사용하는데 적합한 PAG는 포토레지스트 PAG에 대한 다음 설명에서 확인된다. 일반적으로 본 발명의 ARC에 사용하는데 바람직한 포토애시드 발생제는 예를들어 디(4-tert-부틸페닐)요오도늄 퍼플루오르옥탄 설포네이트와 같은 오늄염, 및 1,1-비스[p-클로로페닐]-2,2,2-트리클로로에탄과 같은 할로겐화 비이온성 포토애시드 발생제를 포함한다.

본 발명의 반사방지 하드 마스크 조성물은 또한 상부에 코팅된 포토레지스트 층을 노광하는데 사용된 조사선을 흡수하는 추가의 염료 화합물을 함유할 수 있다. 다른 임의의 첨가제는 표면 평탄화제, 예를들어 유니온 카바이드(Union Carbide) 사로부터 상표명 Silwet 7604으로 얻을 수 있는 평탄화제, 또는 3M 사로부터 얻을 수 있는 계면활성제 FC 430을 포함한다. 바람직한 계면활성제는 농도가 고형분의 0.2 내지 1.5%이다.

스피닝 도포에 적합한 액체 코팅 반사방지 하드 마스크 조성물을 제조하기 위하여, 조성물 성분을 적합한 용매, 이를테면 에틸 락테이트 또는 2-메톡시에틸 에테르(디글림), 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르와 같은 하나 이상의 글리콜 에테르; 메톡시 부타놀, 에톡시 부타놀, 메톡시 프로파놀 및 에톡시 프로파놀과 같은 에테르와 히드록시 부분 둘다를 가진 용매; 메틸 셀로솔브 아세테이트, 에틸 셀로솔브 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 및 다른 용매(이염기성 에스테르, 프로필렌 카보네이트 및 감마-부티로 락톤)과 같은 에스테르에 용해시킨다. 용매에서 건조 성분의 농도는 도포 방법과 같은 여러 가지 요인에 의 해 좌우될 것이다. 일반적으로, 반사방지 하드 마스크 조성물의 고형분은 반사방지 하드 마스크 조성물의 총중량의 약 0.5 내지 20중량%이며, 바람직하게는 고형분은 조성물 총중량의 약 2 내지 10중량%이다.

도 1의 단계 3에 관련하여, 포토레지스트 코팅층(16)을 반사방지 하드 마스크층(14) 위에 도포한다. 층(14)의 도포와 마찬가지로, 레지스트를 스피닝과 같은 표준 수단에 의해 도포할 수 있다.

본 발명의 반사방지 하드 마스크 조성물과 함께 포지티브(positive)-작용 및 네가티브(negative)-작용 포토애시드-발생 조성물을 비롯하여, 다양한 포토레지스트 조성물이 사용될 수 있다. 일반적으로 본 발명의 ARC와 함께 사용하는 포토레지스트는 수지 결합제와 광활성 성분, 전형적으로 포토애시드 발생제 화합물을 함유한다. 바람직하게도 포토레지스트 수지 결합제는 이미지화된 레지스트 조성물에 알칼리 수성 현상성을 부여하는 작용 그룹을 가지고 있다. 일반적으로 본 발명의 반사방지 조성물과 함께 사용하는데 특히 바람직한 포토레지스트는 포지티브-작용 및 네가티브-작용 화학증폭형 레지스트이다. 다양한 화학증폭형 레지스트 조성물이 예를들어 미국특허 제 4,968,581; 4,883,740; 4,810,613; 4,491,628 및 5,492,793 호에 기재되었고, 이들 모두는 본 발명에서 화학증폭형 포지티브-작용 레지스트를 제조하고 사용하는데 대한 교시 내용에 대해 인용문헌이다. 본 발명의 반사방지 조성물과 함께 사용하는데 특히 바람직한 화학증폭형 포토레지스트는 포토애시드 발생제와 페놀 및 비페놀 단위 모두를 함유하는 코폴리머를 포함하는 수지 결합제와 혼합하여 포함한다. 예를들어, 이러한 코폴리머의 바람직한 그룹 하 나는 코폴리머의 비페놀성 단위상에만 실질적으로, 반드시 또는 완전히 산불안정성 그룹을 가지고 있다. 특히 바람직한 코폴리머 결합제 하나는 다음 식의 반복 단위 x와 y를 가지고 있다:

상기식에서 히드록실 그룹은 코폴리머 전체에 걸쳐 오르토, 메타 또는 파라 위치에 존재하며, R'은 1 내지 약 18개의 탄소원자, 보다 전형적으로는 1 내지 약 6-8개의 탄소원자를 가진 치환되거나 미치환된 알킬이다.

tert-부틸이 일반적으로 바람직한 R' 그룹이다. R' 그룹은 예를들어 하나 이상의 할로겐(특히 F, Cl 또는 Br), C_1-8 알콕시, C_2-8 알케닐, 등에 의해 치환될 수 이다. 단위 x와 y는 코폴리머에서 규칙적으로 엇갈릴 수 있거나, 또는 폴리머 전체에서 불규칙하게 산재될 수 있다. 이러한 코폴리머는 쉽게 형성될 수 있다. 예를들어, 상기 식의 수지에 대해, 비닐 페놀과 t-부틸아크릴레이트 등과 같은 치환되거나 미치환된 알킬 아크릴레이트를 본 기술에서 공지된 자유 라디칼 조건하에 축합시킬 수 있다. 아크릴레이트 단위의 치환된 에스테르 부분, 즉 R'-O-C(=O)-, 부분은 수지의 산 불안정 그룹으로서 작용하며 수지를 함유한 포토레지스트의 코팅 층을 노광할 때 포토애시드 유발 분해를 수행할 것이다. 바람직하게도 코폴리머는 약 3 또는 그 이하의 분자량 분포, 보다 바람직하게는 약 2 또는 그 이하의 분자량 분포와 함께 약 8,000 내지 약 50,000, 보다 바람직하게는 약 15,000 내지 약 30,000의 Mw를 가질 것이다. 비페놀 수지, 예를들어 t-부틸아크릴레이트 또는 t-부틸메타아크릴레이트와 같은 알킬 아크릴레이트 및 비닐 노르보르닐 또는 비닐 시클로헥사놀 화합물과 같은 비닐 아크릴릭의 코폴리머도 본 발명의 조성물에서 수지 결합제로서 사용될 수 있다. 이러한 코폴리머도 이러한 자유 라디칼 중합 또는 다른 공지된 방법에 의해 제조될 수 있으며 적합하게도 약 8,000 내지 약 50,000의 Mw, 및 약 3 또는 그 이하의 분자량 분포를 가질 것이다. 추가의 바람직한 화학증폭형 포지티브 레지스트는 Sinta et al.의 미국특허 제 5,258,257 호; Thackeray et al.의 미국특허 제 5,700,624 호; 및 Barclay et al.의 미국특허 제 5,861,231 호에 기재되어 있다.

본 발명의 반사방지 조성물과 함께 사용하는데 바람직한 네가티브-작용 레지스트 조성물은 산에 노출시 경화하거나, 가교결합하거나 단단해지는 물질, 및 포토애시드 발생제의 혼합물을 포함한다. 특히 바람직한 네가티브-작용 레지스트 조성물은 페놀 수지와 같은 수지 결합제, 가교결합제 성분 및 본 발명의 광활성 성분을 포함한다. 이러한 조성물과 그의 용도는 유럽 특허출원 제 0164248 호 및 0232972 호 및 Thackeray et al.의 미국특허 제 5,128,232 호에 기재된 바 있다. 수지 결합제 성분으로서 사용하는데 바람직한 페놀 수지는 노볼락 및 상기에 설명된 것들과 같은 폴리(비닐페놀)을 포함한다. 바람직한 가교결합제는 멜라민, 글리코우릴을 비롯한, 아민계 물질, 벤조구안아민계 물질 및 우레아계 물질을 포함한다. 일반적으로 멜라민-포름알데히드 수지가 가장 바람직하다. 이러한 가교결합제는 상 용될 수 있으며, 예를들어 상표명 Cymel 300, 301 및 303하에 아메리칸 시안아미드사에 의해 시판된 멜라민 수지이다. 글리코우릴 수지는 상표명 Cymel 1170, 1171, 1172, Powderlink 1174하에 아메리칸 시안아미드사에 의해 시판되고 있으며, 우레아계 수지는 상표명 Beetle 60, 65 및 80하에 시판되고 있고, 벤조구안아민 수지는 상표명 Cymel 1123과 1125하에 시판되고 있다.

본 발명의 반사방지 하드 마스크 조성물과 함께 사용된 레지스트의 적합한 포토애시드 발생제 화합물은 미국특허 제 4,442,197, 4,603,101, 및 4,624,912 호(각각 본 발명에서 인용문헌에 속함)에 기재된 것들과 같은, 오늄염; 및 Thackeray et al.의 미국특허 제 5,128,232 호에서 할로겐화 광활성 화합물 및 설폰화 에스테르와 설포닐옥시 케톤을 비롯한 설포네이트 포토애시드 발생제와 같은 비이온성 유기 광활성 화합물을 포함한다(벤조인 토실레이트, t-부틸페닐 알파-(p-톨루엔설포닐옥시)-아세테이트 및 t-부틸 알파-(p-톨루엔설포닐옥시)-아세테이트를 비롯하여, 적합한 설포네이트 PAG의 공개자료에 대해, 문헌[J. of Photopolymer Science and Technology, 4(3): 337-340 (1991)] 참조). 바람직한 설포네이트 PAG도 Sinta et al.의 미국특허 제 5,344,742 호에 기재되어 있다. 미국특허 제 5,879,856 호의 칼럼 6에서 화학식 I 및 II의 캄포르설포네이트 PAG도 본 발명의 반사방지 조성물과 함께 사용된 레지스트 조성물, 특히 본 발명의 화학증폭형 레지스트에 대해 바람직한 포토애시드 발생제이다.

도 1의 단계 3에서, 상기에 설명된 바와 같이 레지스트 층(16)을 도포한 후, 바람직하게는 레지스트층에 점착성이 없을 때까지 용매를 가열 제거함으로써 포토 레지스트 코팅층을 건조시킨다. 가장 바람직하게는, ARC 층과 포토레지스트 층의 혼합이 반드시 일어나지 않아야 한다.

그후 레지스트 층을 종래의 방법으로 마스크를 통해 활성화 조사선에 의해 이미지화한다. 노광 에너지는 레지스트 시스템의 광활성 성분을 효과적으로 활성화하여 레지스트 코팅층에서 패턴화 이미지를 생성하는데 충분하고, 보다 구체적으로는, 노광 에너지가 전형적으로 노광 기구에 따라 약 3 내지 300 mJ/cm²의 범위이다. 노광된 레지스트층에 필요하다면 노광후 베이킹(bake) 처리하여 코팅층의 노광부와 비노광부 사이의 용해도 차이를 생성하거나 증가시킬 수 있다. 예를들어, 네가티브 산-경화 포토레지스트는 전형적으로 산-촉진된 가교결합 반응을 유도하기 위해 노광후 가열을 필요로 하며, 많은 화학증폭형 포지티브-작용 레지스트는 산-촉진된 탈보호 반응을 유도하기 위해 노광후 가열을 필요로 한다.

전형적으로 노광후 베이킹 조건은 약 50℃ 또는 그 이상의 온도, 보다 구체적으로는 약 50℃ 내지 160℃의 온도를 포함한다. 레지스트는 광범위한 노광 에너지, 예를들어 I-라인 조사선(365 nm), 딥(deep) UV 특히 248 nm, 서브-200 nm 파장, 이를테면 193 nm 및 157 nm, e-빔, EUV, 이온 발사 리소그래피((IPL) 및 X-선 및 다른 서브-20 nm 이미지화와 같은 초단파 노광에 의해 이미지화될 수 있다.

도 1의 단계 4에서, 레지스트층에 잠상이 형성된 후, 레지스트를 현상한다(즉, 포지티브 레지스트의 경우에 노광부를 제거하고, 네가티브 레지스트의 경우에 비노광부를 제거함). 도 1의 단계 4에서 보여주는 바와 같이, 반사방지 하드 마스크층(14) 위에서 레지스트 릴리프 이미지(16')를 생성하는데 예를들어 테트라부틸 암모늄 히드록사이드 수용액, 또는 다른 알칼리 수용액에 의한 습식 현상이 적합하다. 포토레지스트층은 또한 원한다면 플라즈마(예 산소계 플라즈마)에 의해 건식 현상될 수 있다.

단계 5에서, 반사방지 하드 마스크층(14)을 상층 레지스트 릴리프 이미지(16')을 형성하는데 사용된 플라즈마와 다른 플라즈마에 의해 패턴화한다. 예를들어, 반사방지 하드 마스크층을 불소 또는 염소계 플라즈마와 같은 할라이드계 플라즈마에 의해 에칭하여 도 1의 단계 5에 제시된 상층 레지스트 릴리프 이미지(16')에 상응하는 반사방지 하드 마스크 릴리프 이미지(14')를 생성할 수 있다. 특히 Si를 함유한 반사방지 하드 마스크 층을 에칭하는 바람직한 물질은 CF₃의 가스류에서, 바람직하게는 산소의 실질적인(3 또는 5 몰% 미만) 부재하에 형성된 플라즈마이다. 염소계 플라즈마 에칭제는 특히 Al을 함유한 반사방지 하드 마스크 층을 에칭한다.

그후, 도 1의 단계 6에 제시된 바와 같이, 하층 유전체 층(12)을 레지스트 릴리프 이미지(16') 및 패턴화 반사방지 하드 마스크층(14')에 의해 차단되지 않은 유전체층(12)을 제거하는 산소계 플라즈마에 의해 에칭할 수 있으며, 여기서 패턴화 반사방지 하드 마스크층은 상기에 설명한 바와 같이 이 층의 무기 성분 때문에 산소계 플라즈마에 내성이 있다.

그후 선택적으로 정의된 기판(10)의 표면은 원하는 바와 같이 처리될 수 있으며, 예를들어 도 1의 단계 7에 도시한 바와 같이, 정의된 영역은 증착된 구리, 알루미늄, 텅스텐, 또는 다른 전도성 금속, 또는 그의 합금에 의해 그대로 금속화 되어 회로 트레이스(trace) 또는 전기 상호접속 바이어(via)(19)를 제공할 수 있다. 바이어 또는 트레이스(19)를 형성하는데 바람직한 금속은 CVD 구리, 또는 전기도금된 구리이다.

본 발명에서 언급된 모든 문헌은 본 발명에서 인용문헌에 속한다. 다음의 비제한적인 실시예는 본 발명을 예시하는 것이다.

실시예 1: 본 발명의 유기실리콘 폴리머의 합성

9-안트라센메틸 메타아크릴레이트 15.00 g, 2-히드록시에틸 메타아크릴레이트 5.61 g, 및 3-[트리스(트리메틸실릴옥시)실릴]프로필 메타아크릴레이트 26.33 g을 테트라히드로푸란 320 g에 용해시켰다. 용액을 건조 질소의 기류에 의해 10분간 탈기하고 45℃로 가열하였다. 그후 중합 개시제 2,2'-아조비스이소부티르니트릴 0.475 g을 이 용액에 첨가하고 용액을 환류상태에서 24 시간 가열하였다. 폴리머 생성물을 탈이온수 12 L로의 침전에 의해 분리하고 진공 건조시켰다. 수율 84%. 중량 평균분자량(폴리스티렌 기준에 대해) 22,000.

실시예 2: 본 발명의 조성물의 제조와 용도

에틸 락테이트의 용매에서 다음 성분을 혼합하여 본 발명의 ARC/하드 마스크 조성물을 제조하고 총고형분 약 4 중량%의 배합물을 제공한다: 상기 실시예 1의 유기실리콘 폴리머(10 g), Powderlink 1174 글리코우릴 가교결합제(1.5 g), 파라-톨루엔설폰산(0.2 g).

ARC/하드 마스크 조성물을 경화된 유전체 층(에폭시 층)상에 스핀 코팅하고 건조시켜 약 100 nm의 코팅 층 두께를 제공한다. 그후 상용 포지티브 포토레지스트를 두께 약 300 nm로 ARC 층 위에 스핀 코팅하고 레지스트 층을 248 nm 파장에서 패턴화 조사선에 노광시키고 알칼리 현상 수용액으로 현상하여 레지스트 릴리프 이미지를 제공하였다. 그후 ARC/하드 마스크 층을 불소 플라즈마에 의해 패턴화한 다음 하층 유전체층을 산소, 불소가 없는 플라즈마에 의해 에칭한다.

본 발명의 조성물은 상부에 코팅된 포토레지스트용 반사방지 코팅 조성물("ARC")로서 사용하는데 적합한 신규 유기계 조사선 흡수 조성물이다. 이들 조성물은 또한 하부에 코팅된 유전체 층으로부터 충분한 플라즈마 에칭 선택성을 나타냄으로써 하드 마스크 층으로서 효과적으로 작용한다.

본 발명의 이전 설명은 본 발명을 단지 예시하는 것이며, 다음 청구범위에 제시된 본 발명의 범위 또는 정신에서 일탈함이 없이 변화 및 변경될 수 있다는 사실이 이해된다.

Claims

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(a) i) 실세스퀴옥산 수지 및 ii) 하나 이상의 안트라센 또는 페닐 기를 포함하는 유기 폴리머를 포함하는 반사방지 조성물의 코팅층을 집적 회로 기판 상에 도포하는 단계;

(b) 포토레지스트 조성물의 코팅층을 상기 반사방지 조성물 코팅층 상에 도포하는 단계; 및

(c) 상기 포토레지스트 조성물 코팅층을 패턴화 조사선에 노광시키고 현상하여 포토레지스트층을 형성하는 단계를 포함하는, 포토레지스트 릴리프 이미지의 형성 방법.
제24항에 있어서, 유기 폴리머가 안트라센 기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제25항에 있어서, 포토레지스트 조성물 층이 248 nm의 파장을 갖는 조사선에 노광되는 것을 특징으로 하는 방법.
제24항에 있어서, 유기 폴리머가 페닐 기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제27항에 있어서, 포토레지스트 조성물 층이 248 nm의 파장을 갖는 조사선에 노광되는 것을 특징으로 하는 방법.
제24항에 있어서, 반사방지 조성물 층이 산 발생제 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제24항에 있어서, 포토레지스트 조성물 층을 도포하기 전에 반사방지 조성물 층이 열처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
(a) 집적 회로 기판;

(b) i) 실세스퀴옥산 수지 및 ii) 하나 이상의 안트라센 또는 페닐 기를 포함하는 유기 폴리머를 포함하는 유기 반사방지 조성물의 코팅층; 및

(c) 상기 반사방지 조성물 층 위에 도포된 포토레지스트 조성물 층을 포함하는, 코팅된 집적 회로 기판.
제31항에 있어서, 유기 폴리머가 안트라센 기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅된 기판.
제31항에 있어서, 유기 폴리머가 페닐 기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅된 기판.