KR100990040B1 - 진보된 마이크로리소그래피용 유기 반사방지 코팅 조성물 - Google Patents

진보된 마이크로리소그래피용 유기 반사방지 코팅 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신규한 중합체 및 이러한 중합체를 함유하는 신규한 반사방지 조성물을 제공한다. 상기 조성물은 발색단(예, 4-히드록시벤조산 및 트리멜리트산 무수물)과 결합된 중합체(예, 에폭시 크레졸 노볼락 수지)를 포함한다. 본 발명의 조성물은 기판(예, 실리콘 웨이퍼)에 도포됨으로써 높은 식각률을 갖는 반사방지 코팅층을 형성하여 후속 포토레지스트 노광 및 현상 동안의 반사를 최소화 또는 방지한다.
Figure R1020047011849
중합체, 반사방지, 조성물, 발색단, 기판, 실리콘 웨이퍼, 포토레지스트, 식각률

Description

진보된 마이크로리소그래피용 유기 반사방지 코팅 조성물{ORGANIC ANTI-REFLECTIVE COATING COMPOSITIONS FOR ADVANCED MICROLITHOGRAPHY}
본 발명은 신규한 중합체, 이러한 중합체를 함유하는 신규한 반사방지 조성물, 및 이러한 반사방지 조성물을 이용하여 마이크로 전자 소자를 제작하는 방법에 관한 것이다. 이러한 조성물은 발색단(예, 트리멜리트산 무수물, 4-히드록시벤조산)이 그라프트된 출발 중합체(예, 에폭시 크레졸 노볼락 수지)로부터 형성된 중합체를 포함한다.
집적회로 제조업자들은 기판 웨이퍼 사이즈를 최대화하고 소자 피쳐 치수(device feature size)를 최소화함으로써, 수율을 개선하고, 단위 코스트를 감소시키고 온칩 컴퓨팅 전력(on-chip computing power)을 증가시키기 위하여 꾸준히 노력하고 있다. 오늘날, 실리콘 또는 기타 칩상의 소자 피쳐 사이즈는 진보된 원자외선(DUV) 마이크로리소그래피 공정의 출현에 따라 부미크론 사이즈이다.
그러나, 반도체 소자의 제작 동안 포토레지스트가 당면하는 빈번한 문제는 이의 지지체인 기판에 의해 활성화 방사선이 포토레지스트내로 다시 반사된다는 것이다. 이러한 반사성으로 인하여, 상기 포토레지스트의 해상도를 저하시키는 흐릿한 패턴이 발생할 수 있다. 상기 처리된 포토레지스트내의 이미지(image)가 분해 되는 것은 상기 기판이 평면이 아니거나 고반사성인 경우에 특히 문제가 된다. 이러한 문제를 극복하기 위한 한 가지 방법은 상기 기판의 포토레지스트층의 아래에 도포되는 반사방지 코팅을 이용하는 것이다.
대표적인 노광 파장에서 높은 광학 밀도를 갖는 조성물이 이러한 반사 방지층을 형성하기 위하여 한동안 사용되어 왔다. 대표적으로, 상기 반사방지 코팅 조성물은 코팅성을 제공하고 광흡수 염료로 이용되는 유기 중합체로 이루어진다. 상기 염료는 상기 조성물에 배합되거나 또는 상기 중합체와 화학적으로 결합된다. 열경화성 반사방지 코팅 조성물은 상기 중합체 및 염료 외에도 기교제를 함유한다. 열에 의해 가교반응이 개시되는데, 이러한 가교는 상기 조성물에 존재하는 산촉매에 의하여 달성된다.
대표적인 가교제로는 멜라민 및 벤조구아나민이 있다. 대표적으로, 이러한 유형의 가교제는 상기 반사방지 도료 조성물에 염기성을 부여함으로써, 포토레지스트 프로필의 푸팅(footing)을 남긴다. 이러한 푸팅 프로필은 패턴 전사 플라즈마 식각 공정에서 기판에 전사되어 소자 고장을 일으킬 수 있으므로 바람직하지 못한 것이다. 또한, 이러한 유형의 가교제를 사용하는 것은 상기 조성물이 토포그래피(topography)를 평탄화하는 정도에 영향을 줄 수 있다. 대부분의 대표적인 가교제는 베이킹시에 반사방지 코팅막의 수축을 초래함으로써, 비아홀내에 보이드를 형성하고, 상기 비아홀 상부의 커버리지를 불충분하게 만들고 및/또는 분리된 비아홀들과 조밀한 비아홀들 사이의 두께 편차를 크게 만든다. 따라서, 이러한 문제를 발생하지 않는 반사방지 코팅 조성물이 요구된다.
본 발명은 새로운 중합체 및 이러한 중합체를 함유하는 조성물을 제공함으로써 상기 종래의 문제점을 극복한다.
더욱 구체적으로, 본 발명은 하기 화학식 1을 갖는 반복 단량체(recurring monomer)를 포함한다:
Figure 112004034300750-pct00001
상기 식에서 각각의 R은 -OH, -H, 치환 또는 비치환 알킬기(바림직하게는 탄소수 1 내지 8, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 내지 4)로 구성되는 군에서 독립적으로 선택된다.
바람직하게, X는 티오펜, 나프토산, 안트라센, 나프탈렌, 벤젠, 칼콘, 프탈이미드, 파모산(pamoic acid), 아크리딘, 아조 화합물, 디벤조푸란 및 이들의 유도체로 구성되는 군에서 선택되는 것들과 같은 방향족 및/또는 헤테로고리형 흡광 부분(heterocyclic light-absorbing moiety)이다. 본 발명에서 사용되는 용어 "이들 의 유도체"는 상기 화합물들의 방향족 또는 헤테로고리형 치환 형태를 포함하는 의미를 갖는다. 예를 들어, 하기의 화학식을 갖는 것이 벤젠의 유도체로 간주될 수 있다:
Figure 112004034300750-pct00002
특히 바람직한 X기로는 하기 화학식을 갖는 것들로 구성되는 군에서 선택되는 것들이 있다:
Figure 112004034300750-pct00003
상기 구조식에서, R1은 -H 및 알킬기(바림지하게는 1 내지 8 탄소수, 더욱 바람직하게는 1-4 탄소수)로 구성되는 군에서 선택되고 각각의 R2는 독립적으로 전자 끄는기(electron withdrawing group) 또는 전자 주는기(electron donating group)이다. 이러한 기의 바람직한 예로는 -H, 알킬기(바람직하게는 1 내지 8 탄소수, 더욱 바람직하게는 1 내지 4 탄소수), 아미노기, 니트로기, -SO3H, -SO4, -COOH, 에스테르기, 알데히드기, 및 케톤기가 있다.
R기중 그 어느 것도 -OH가 아니고 R기중 그 어느 것도 그의 일부로서 -OH를 포함하지 않는 경우, X는 -OH(특히 가교가능한 -OH기)를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 중합체는 100 중량%로 취한 이의 전체 중량을 기준으로, 바람직하게는 약 10 내지 60 중량%의 X, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 60 중량%의 X, 아주 더 바람직하게는 20 내지 40 중량%의 X를 포함한다. 반사방지 코팅 조성물에서 사용되는 경우, 상기 중합체의 수평균 분자량은 바람직하게는 약 3,000 내지 60,000 달톤, 더욱 바람직하게는 약 3,000 내지 15,000 달톤, 가장 바람직하게는 약 3,000 내지 5,000 달톤이다. 끝으로,
Figure 112004034300750-pct00004
는 어떤 중합체일 수 있지만, 바람직한 것으로는 아크릴, 폴리에스테르, 에폭시 노볼락, 폴리사카라이드, 폴리에테르, 폴리이미드, 폴리우레탄, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 것들이 있다.
본 발명의 중합체는 출발 중합체를 촉매의 존재하에서 발색단(chromophore)과 반응시킴으로써 형성된다. 이러한 반응은 용매계에서 약 100 내지 200 ℃의 온도로 약 2 내지 24 시간동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 출발 중합체는 100 중량%로 취한 상기 반응 혼합물의 전체 중량을 기준으로 바람직하게는 5-50 중량%, 더욱 바람직하게는 약 5-20 중량%의 수준으로 존재한다. 바람직한 출발 중합체로는 그 반복 단위내에서 에폭시 고리를 가지는 어떤 중합체가 있다. 이의 예로는 크래졸 노볼락 외에도, 반복 단위내에서 에폭시 고리를 가지는 페놀 노볼락, 아크릴, 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리에테르 및 폴리이미드가 있다. 어떤 경우 에는, 상기 에폭사이드 고리는 상기 중합체상에 그라프트되는 발색단의 흡수율에 따라, 바람직하게는 상기 중합체 총중량의 약 20 내지 80 중량%, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 40 중량%를 차지한다.
상기 발색단에 대한 중합체의 몰비는 약 1:0.5 내지 약 1:1, 더욱 바람직하게는 약 1:1 이다. 바람직한 발색단으로는 상기 출발 중합체에 공유결합될 수 있고 일반적으로 하기 구조식을 갖는 어떤 방향족 흡광 화합물이 있다:
Figure 112004034300750-pct00005
상기 식에서, R은 -H 및 치환 및 비치환 알킬기(바림직하게는 1 내지 8 탄소수, 더욱 바람직하게는 1 내지 4 탄소수)로 구성되는 군에서 선택되고, X1은 방향족 또는 헤테로고리형 흡광 부분이다. 이러한 발색단은 페놀성 -OH, -COOH, 및 NH2 작용기를 가진다. 일부의 적당한 발색단으로는 티오펜, 나프토산, 안트라센, 나프탈렌, 벤젠, 칼콘, 프탈이미드, 파모산, 아크리딘, 아조 화합물, 디벤조푸란, 및 이들의 유도체가 있다. 특히 바람직한 발색단 화합물은 4-히드록시벤조산 및 트리멜리트산 무수물이다.
상기 촉매는 100 중량%로 취한 상기 출발 중합체의 전체 중량을 기준으로 바람직하게는 약 0.1 내지 5 중량%, 더욱 바람직하게는 약 0.5 내지 4 중량% 이다. 바람직한 촉매로는 Bisphenol S, p-톨루엔설폰산, 벤질트리에틸암모늄 클로라이드(BTEAC), 포스포늄염, 및 기타 4차염이 있다. 상기 중합체의 제조에 사용되는 용 매계는 100 중량%로 취한 상기 반응 혼합물의 전체 중량을 기준으로 약 50 내지 95 중량%, 더욱 바람직하게는 약 80 내지 95 중량%로 상기 반응 혼합물에 존재하게 된다. 바람직한 용매로는 에틸 락테이트 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA)가 있다. 상기 출발 중합체를 발색단과 반응시키면 상기 화학식 1로 나타낸 구조를 갖는 새로운 중합체가 얻어진다.
본 발명의 중합체를 이용하여 마이크로리소그래피 공정용 조성물(예, 반사방지 코팅 조성물)을 제조할 수 있음을 알 수 있다. 상기 조성물은 바람직하게는 주위 조건하에서, 실질적으로 균일한 분산액을 형성하기에 충분한 시간동안, 상기 중합체(들)을 적당한 용매계에 단순히 분산 또는 용해시킴으로써 형성된다. 바람직한 조성물은 100 중량%로 취한 상기 조성물의 전체 중량을 기준으로 약 1 내지 10 중량%의 상기 중합체를 포함한다.
상기 용매계로는 마이크로전자소자 제작 환경에서 사용하기에 적당한 어떤 용매를 들 수 있다. 바람직한 용매계로는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(PGME), PGMEA, 에틸 락테이트, 시클로헥사논, n-메틸 피롤리돈, 프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 용매가 있다. 상기 용매계는 약 80 내지 200 ℃의 비점을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 중합체와 함께 어떤 추가의 성분들이 상기 용매계에 분산되는 것이 바람직하다.
본 발명은 추가의 가교제의 사용이 불필요하다는 명백한 이점이 있다. 즉, 상기 중합체는 그 자체내에서 또는 그 자체적으로 필요한 가교를 제공한다. 따라서, 이러한 구현예에서, 상기 반사방지 코팅 조성물은 어떤 추가의 가교제가 실질 적으로 없다 (즉, 약 0.01 중량% 미만).
변형예에서, 상기 반사방지 코팅 조성물은 별도의 가교제를 포함할 수 있다. 바람직한 가교제로는 아미노플라스트(예, POWDERLINK® 1174, Cymer® products), 에폭사이드, 폴리올, 무수물, 글리시딜 에테르, 및 이들의 혼합물이 있다. 가장 바람직한 가교제로는 글리코우릴, 멜라민, 트리메틸올프로판 트리비닐에테르, 및 트리메틸올프로판 트리글리시딜에테르로 구성되는 군에서 선택되는 것들이 있다.
상기 가교제는 100 중량%로 취한 상기 조성물의 전체 중량을 기준으로 바람직하게는 약 2 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 약 2 내지 10 중량%의 수준으로 상기 조성물에 존재하게 된다. 따라서, 본 발명의 조성물은 약 80 내지 250 ℃, 더욱 바람직하게는 약 115 내지 205 ℃의 온도에서 가교된다.
또한, 기타 다수의 임의적인 성분들이 상기 조성물에 포함될 수 있음을 알 수 있다. 이러한 임의적인 성분의 대표적인 예로는 계면활성제, 접착 촉진제, 및 저분자량 중합체가 있다.
본 발명의 조성물을 기판(예, Si, Al, W, WSi, GaAs, SiGe, Ta 및 TaN 웨이퍼)에 도포하는 방법은 스핀 코팅을 포함한 어떤 통상적인 방법에 따라 상기 다량의 조성물을 상기 기판 표면(2차원 표면 또는 비아 또는 홀이 형성된 것)에 도포하는 것을 포함한다. 다음에, 상기 층은 최소한 상기 조성물의 가교 온도(예, 115 내지 205 ℃)까지 가열됨으로써, 약 200 내지 10,000 Å(타원해석기를 이용한 5회 측정의 평균)의 두께를 갖는 층을 경화한다. 다음에, 포토레지스트가 상기 경화된 재료에 도포된 다음, 노광, 현상 및 식각된다. 본 발명에서는 193 nm 포토레지스 트가 이용될 수 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 반사 방지 코팅 조성물은 높은 식각률을 갖는다. 따라서, HBr/O2 (60/40)이 에쳔드로서 사용되고 DUV 포토레지스트가 사용되는 경우, 상기 경화된 반사방지 코팅층은 약 1.0 이상, 바람직하게는 약 1.2 이상의 레지스트 식각 선택성(즉, 포토래지스트 식각비로 나눈 반사방지 코팅층의 식각률)을 갖는다. 그 밖에, 193 nm에서 본 발명의 반사방지 코팅층은 약 0.20 이상, 바람직하게는 약 0.25 이상의 k값(즉, 복굴절률의 허성분)을 갖는다. 즉, 본 발명의 조성물로부터 형성되고 약 300 Å의 두께를 갖는 경화층은 약 193 nm의 파장에서 약 95% 이상, 바람직하게는 약 98% 이상의 광을 흡수한다. 또한, 본 발명의 반사방지 코팅 조성물은 대표적인 포토레지스트 용매(예, 에틸 락테이트)에서 실질적으로 불용성이다. 후술하는 바와 같이 스트리핑 테스트에서 측정하는 때, 본 발명의 반사방지 코팅층은 약 5% 미만, 바람직하게는 1% 미만의 스트리핑율(percent stripping)을 가지게 된다. 후술하는 바와 같이 층간 테스트(interlayer test)에서 측정하는 때, 상기 반사방지 코팅층은 약 5% 미만, 바람직하게는 약 1% 미만의 결과를 나타낸다. 끝으로, 상기 코팅 조성물은 193 nm 포토레지스트에서 약 0.1 ㎛의 해상도를 얻는데 사용할 수 있다.
도 1은 실시예 1의 파트 1에서 설명한 바와 같이 반사방지 코팅 조성물이 코팅된 각각의 실리콘 웨이퍼의 단면을 보여주는 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 2는 상업적으로 이용가능한 포토레지스트가 사용된 실시예 2의 파트 2에서 설명한 바와 같이 반사방지 코팅 조성물이 코팅된 각각의 실리콘 웨이퍼의 단면을 보여주는 SEM 사진이다.
도 3은 상업적으로 이용가능한 또 다른 포토레지스트가 사용되었다는 것을 제외하고 도 2의 것과 유사한 SEM 사진이다.
도 4는 상업적으로 이용가능한 또 다른 포토레지스트가 사용되었다는 것을 제외하고 도 2 및 도 3의 것과 유사한 SEM 사진이다.
하기 실시예는 본 발명에 따른 바람직한 방법을 설명한다. 그러나, 이러한 실시예는 예시의 목적으로 제시되는 것으로서, 그 어느것도 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
실시예 1
1. 가교제를 함유하지 않는 반사방지 코팅 조성물
에폭시 크레졸 노볼락 수지(Dow Chemical Company로부터 입수가능한 ECN 1299)를 에틸 락테이트:PGMEA의 75:25 용매 용액에 용해시켜 약 20 중량%의 고형분을 갖는 반응혼합물을 얻었다. 상기 반응 혼합물에 등몰량의 트리멜리트산 무수물(Aldrich Chemical Company로부터 입수함)을 첨가하였다. 상기 혼합물에 벤질 트리에틸암모늄 클로라이드(BTEAC)를 상기 에폭시 크레졸 노볼락 수지의 중량을 기준으로 2 중량%의 양으로 첨가하고, 그 반응 혼합물을 질소 분위기하에서 2 시간동안 오일 중탕속에서 120 ℃까지 가열하였다. 다음에, 상기 반응 혼합물을 냉각한 다 음, 205 ℃의 온도에서 가교시키기 위한 촉매로서 p-톨루엔설폰산(p-TSA)를 첨가하여 반사방지 코팅 조성물(약 5 중량%의 고형분)로 제형화했다. 하기 표 1 및 2는 모액 및 반사방지 코팅 조성물의 각 제형을 나타낸다.
모액a
성분 양
에폭시 크레졸 노볼락 수지 10g (0.056 mole)
트리멜리트산 무수물 10.76g (0.056 mole)
에틸 락테이트:PGMEA 혼합물b 100g
a: 2중량%의 중합체
b: 75:25
반사방지 조성물
성분 양
모액a 60g
p-TSA 0.5g
에틸 락테이트:PGMEA 혼합물 159.5g
a: 약 10.63g의 중합체 고형분 함유
b: 75:25(5 중량% 고형분을 얻기 위함)
I. 특성 평가
하기 반응식 1은 상기 중합체의 제형화동안에 일어나는 반응을 나타낸다.
Figure 112004034300750-pct00006
상기 반사 방지 코팅 조성물의 특성을 평가하였다. 우선, 상기 조성물을 2500 rpm으로 60 초간 스핀 코팅하여 용매를 제거한 다음, 205 ℃로 60초간 베이킹하여 열경화 중합체막을 형성했다. 상기 막의 두께를 Woolam 타원해석기를 이용하여 측정했다.
a) 스트리핑 테스트
상기 가교된 막이 대표적인 포토레지스트 용매에서 실질적으로 불용성인 지를 확인하기 위하여, 상기 조성물을 스트리핑 테스트하였다. 이러한 테스트에서, 상기 조성물을 전술한 바와 같이 실리콘 웨이퍼상에 스핀 코팅하고 베이킹하였다. 다음에, 상기 막의 두께를 타원해석법을 이용하여 5개 지점에서 측정하여 상기 막의 초기 평균 두께를 측정한 다음, 상기 막을 에틸 락테이트 또는 PGMEA의 퍼들(puddle)에 30초간 노출시켰다. 30초후, 상기 웨이퍼를 2500 내지 5000 rpm으로 스피닝하여 상기 막을 건조시킨 다음, 120 ℃에서 베이킹하여 어떤 잔류 용매를 제거하였다. 상기 막의 두께를 5개 지점에서 다시 측정하여 상기 막의 최종 평균 두께를 측정하였다. 스트리핑의 양은 상기 막의 초기 평균 두께와 최종 평균 두께 사이의 차이다. 스트리핑률은 다음 식과 같다:
스트리핑% =(스트리핑량/막의 초기 평균 두께) X `100
b) 층간 테스트
상기 반사방지 코팅 조성물과 포토레지스트층 사이의 상호작용을 평가하기 위하여 하기의 테스트를 수행했다. 전술한 바와 같이 본 발명의 조성물을 실리콘 웨이퍼에 코팅했다. 상기 스트리핑 테스트에서 설명한 바와 같이 막의 초기 평균 두께를 측정한 다음, 193 nm 화학 증폭 포토레지스트((1)ARCH GARS7120 Chemicals; 고리형 올레핀 말레산 무수물계 포토레지스트가 표 2 내지 표 4 및 표 6에서 나타낸 조성물에 사용되었음; (2) Sumitomo의 AX4838A-25 시리즈의 포토레지스트가 표 7에서 나타낸 조성물에 사용되었음)를 1500 내지 2500 rpm으로 60초간 상기 막에 스핀 코팅한 다음, 130 ℃로 60초간 베이킹하였다. 상기 포토레지스트를 193 nm의 빛에 3초 내지 10초간 노광한 다음, 130 ℃로 60초간 후노광 베이킹(post-exposure bake)하였다. 다음에, 상기 포토레지스트를 상업적으로 이용가능한 현상제((1) Shipley로부터 입수가능한 MF319가 상기 ARCH 포토레지스트에 사용되었고, (2) Moses Lake Industries로부터 입수가능한 PD523AD가 상기 Sumitomo 포토레지스트에 대하여 사용되었음)를 이용하여 현상한 다음 탈이온수로 세정하였다. 상기 막의 최종 평균 두께를 상기 스트리핑 테스트에서 설명한 바와 같이 측정하였다. 상기 반사방지 코팅층과 포토레지스트층 사이의 상호혼합(intermixing)의 양은 상기 막의 초기 평균 두께와 최종 평균 두께 사이의 차이를 나타낸다. 상호혼합률(percent intermixing)은 다음 식과 같다:
층간혼합률(%)=(상호혼합량/막의 초기평균두께) X 100
c) 비아 충진(via fill) 성능
상기 조성물을 비아 웨이퍼의 작은 조각들에 도포함으로써 상기 조성물의 비아 충진 특성을 평가했다. 상기 비아는 직경이 0.20 ㎛ 이고 각 깊이가 7000 내지 10,000 Å 이었다. 상기 조성물을 상기 칩상에 400 rpm으로 20초간, 800 rpm으로 20초간, 2000 rpm으로 20초간 스핀코팅하였다. 상기 칩을 205 ℃로 60초간 베이킹한 다음, 단면을 노출시키고 주사전자 현미경으로 관찰하였다.
II. 결과
전술한 바와 같이 테스트하는 때, 이 실시예의 파트 1의 조성물은 15 Å의 스트리핑 테스트 결과 및 18 Å의 층간 테스트 결과를 나타냈다. 또한, 상기 조성물은 포토레지스트를 패턴화하기 위한 193 nm 노광 장치를 이용하여 193 nm 포토레지스트와의 리소그래피 양립성에 대하여 평가한 결과, 상기 조성물은 레지스트와 우수한 양립성을 나타냈다. 또한, 상기 조성물은 포토레지스트 프로필상에서 푸팅(footing) 또는 언더커팅(undercutting)을 전혀 나타내지 않았으며, 상기 포토레지스트는 반사성 노칭 또는 정지파를 전혀 나타내지 않으므로, 상기 조성물이 우수한 반사성 제어 능력을 갖는다는 것을 알 수 있다. 상기 시료의 SEM 사진이 도 1에서 도시되어 있다[(1) PAR710; SB: 130 ℃/60초; PEB: 130℃/60초; 두께: 3300Å; ASML PAS 5500/950 스캐너; 환상 조명; 마스크 TM99LF; 현상 OPD5262/60초; 노광 8.3 mJ; 및 (2) 반사방지 코팅층 두께: 1051 Å; 200SS rpm; 및 베이킹: 205 ℃/60초].
2. POWDERLINK® 가교제를 갖는 반사방지 조성물
가교제(POWDERLINK® 1174)를 첨가하였고 반사방지 코팅 조성물의 성분들의 양이 다음 표 3에서 도시된 바와 같다는 것을 제외하고 실시예 1의 파트 1의 과정을 반복하였다.
반사방지 조성물
성분 양
모액a 60g
p-TSA 0.106g
에틸 락테이트:PGMEA 혼합물b 195g
POWDERLINK®1174c 2.12g
a: 약 10.63g의 중합체 고형분을 함유함
b: 75:25(5 중량%의 중합체 고형분을 얻기위함)
c: 20 중량%의 모액 고형분(Cytec Industries로부터 입수)
상기 조성물을 실시예 1의 파트 1에서 설명한 바와 같이 웨이퍼에 도포하여 1070 Å의 공칭 두께를 갖는 경화막을 형성했다. 스트리핑 테스트 결과 0 Å이었고 층간 테스트 결과는 5 Å이었다.
3. 가교제를 갖는 반사방지 코팅 조성물
가교제(트리메틸올프로판 트리글리시딜에테르)를 첨가하고 반사방지 코팅 조성물의 성분의 양이 하기 표 4와 같다는 것을 제외하고 실시예 1의 파트 1의 과정을 반복하였다.
반사방지 조성물
성분 양
모액a 60g
p-TSA 0.106g
에틸 락테이트:PGMEA 혼합물b 195g
트리메틸올프로판 트리글리시딜에테르c 2.12g
a: 약 10.63g의 중합체 고형분을 함유함
b: 75:25(5 중량%의 중합체 고형분을 얻기위함)
c: 20 중량%의 모액 고형분
상기 조성물을 실시예 1의 파트 1에서 설명한 바와 같이 웨이퍼에 도포하여 1060 Å의 공칭 두께를 갖는 경화막을 형성했다. 스트리핑 테스트 결과 10 Å이었고 층간 테스트 결과는 20 Å이었다.
실시예 2
1. 트리비닐에테르 가교제를 갖는 반사방지 코팅조성물
에폭시 크레졸 노볼락 수지(ECN 1299)를 에틸 락테이트:PGMEA의 75:25 용매 용액에 용해시켜 약 20 중량%의 고형분을 갖는 반응 혼합물을 얻었다. 상기 반응 혼합물에 등몰량의 4-히드록시벤조산을 첨가하였다. 상기 혼합물에 BTEAC를 상기 에폭시 크레졸 노볼락 수지의 중량을 기준으로 2 중량%의 양으로 첨가하고, 그 반응 혼합물을 질소 분위기하에서 24 시간동안 오일 중탕속에서 120 ℃까지 가열하였다. 다음에, 상기 반응 혼합물을 냉각한 다음, 205 ℃의 온도에서 가교시키기 위한 촉매로서 p-TSA 및 트리메틸올프로판 트리비닐에테르(Aldrich Chemical Company 로부터 입수한 가교제)를 첨가하여 반사방지 코팅 조성물(약 5 중량%의 고형분)로 제형화했다. 하기 표 5 및 표 6은 모액 및 반사방지 코팅 조성물의 각 제형을 나타낸다.
모액a
성분 양
에폭시 크레졸 노볼락 수지 10g(0.056 mole)
4-히드록시벤조산 7.73g(0.056 mole)
에틸 락테이트:PGMEA 혼합물b 100g
a: 2중량%의 중합체
b: 75:25
반사방지 조성물
성분 양
모액 47g
트리메틸올프로판 트리비닐에테르 4.5g
p-TSA 0.45g
에틸락테이트:PGMEA 혼합물a 233g
a: 75:25(5 중량% 고형분을 얻기위함)
하기 반응식 2는 상기 중합체의 제형화동안에 일어나는 반응을 나타낸다.
Figure 112004034300750-pct00007
본 발명의 조성물 외에도 이러한 조성물로 형성한 막의 특성을 실시예 1에서 설명한 바와 같이 분석하였다. 상기 조성물의 공칭 막 두께는 570 Å이고, 스트리핑 테스트 결과는 2.5 Å이었다. 또한, 층간 테스트 결과는 13 Å이었다.
2. POWDERLINK® 가교제를 갖는 반사방지 코팅 조성물
가교제를 첨가하고 반사방지 코팅 조성물의 성분의 양이 하기 표 7과 같다는 것을 제외하고 실시예 1의 파트 1에서 설명한 과정을 반복하였다.
반사방지 조성물
성분 양
모액 60g
p-TSA 0.21g
Bisphenol S 0.37g
PGME:PGMEA 혼합물 802g
POWDERLINK®1174 3.0g
상기 조성물을 실시예 2의 파트 1에서 설명한 바와 같이 웨이퍼에 도포하여 390 Å의 공칭 두께를 갖는 경화막을 형성했다. 스트리핑 테스트 결과는 3.5 Å이고, 층간 테스트 결과는 13 Å이었다. 상기 시료의 SEM 사진이 도 2-4에서 도시되 어 있다. 도 2는 AR237J(JSR Microelectronics로부터 입수함)이 포토레지스트로 사용되고 하기의 파라미터가 사용된 시료(110 nm, 1:1.4 L/S)를 도시한다: (1) 레지스트: 자동 분배; SB: 130 ℃/90초; 두께: 330 nm; 노광 장치: ASML 5500/900; NA 0.63, U 0.87/0.57; 환형 조명; 마스크: TM99LF; E 16.5 + 0.5 mJ/cm2; F 0.0+0.1; FEM E17 x F17; PEB; 125 ℃/90초; 현상: OPD262-LD 30초; 및 (2) 반사방지 코팅: 2700 rpm/60초; 베이킹: 205 ℃/90초; 및 두께: 388 Å.
도 3은 TArF 6063(TOK로부터 입수함)이 포토레지스트로 사용되고 하기의 파라미터가 사용된 시료(110 nm, 1:1 L/S)를 도시한다: (1) 레지스트: 수동 분배; SB: 130 ℃/90초; 두께: 350 nm; 노광 장치: ASML 5500/900; NA 0.63, U 0.87/0.57; 환형 조명; 마스크: TM99LF; E 13.0 + 0.3 mJ/cm2; F 0.0+0.1; FEM E17 x F17; PEB; 130 ℃/90초; 현상: OPD262-LD 60초; 및 (2) 반사방지 코팅: 1500 rpm/60초; 베이킹: 205 ℃/90초; 및 두께: 387 Å.
도 4는 PAR 718(Sumitomo로부터 입수함)이 포토레지스트로 사용되고 하기의 파라미터가 사용된 시료(110 nm, 1:1 L/S)를 도시한다: (1) 레지스트: 수동 분배; SB: 130 ℃/60초; 두께: 350 nm; 노광 장치: ASML 5500/900; NA 0.63, U 0.87/0.57; 환형 조명; 마스크: TM99LF; E 13.0 + 0.3 mJ/cm2; F 0.0+0.1; FEM E17 x F17; PEB; 130 ℃/60초; 현상: OPD262-LD 60초; 및 (2) 반사방지 코팅: 1500 rpm/60초; 베이킹: 205 ℃/90초; 및 두께: 388 Å.
결론
상기 실시예에서 제조한 각각의 반사방지 코팅 조성물은 기판상에서 우수한 코팅 품질을 나타냄으로써 기판에 대하여 우수한 접착력을 나타냈다. 또한, 상기 에폭시 고리를 개환하면, 발색단의 무수물 부분과 반응하여 열경화 가교물을 생성하는 히드록시 작용기가 얻어진다는 것을 확인하였다. 이러한 열경화 가교물이 존재하는 것은 상기 경화막이 극성 용매에 노출되는 때에 매우 작은 두께 손실을 나타냈다는 사실로 입증되었다. 상기 SEM 사진은 우수한 포토레지스트 프로필이 본 발명에 의해 얻어진다는 것을 보여주었다. 이로부터, 상기 조성물은 포토레지스트의 양호한 치수 제어를 얻는데 필요한 우수한 반사방지 특성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 상기 중합체의 히드록시 작용기는 발색단의 무수물 고리를 개환시킴으로써, 포토레지스트가 노출될 수 있는 어떠한 아민-함유 염기성 작용기의 중화를 돕는 -COOH 작용기가 제공되는 것으로 판단된다. 이로써, 본 발명의 조성물은 듀얼 다마신 또는 통상적인 리소그래피 공정에 유용하다는 것을 알 수 있다. 끝으로, 겨우 300 내지 400 Å의 두께에서, 상기 경화된 조성물은 193 nm에서 0% 반사율을 나타냈다. 상기 조성물은 초박막 반사방지 코팅 조성물이기 때문에, 상기 반사방지 코팅 조성물의 식각 동안의 포토레지스트 손실이 매우 최소화됨으로써(즉, 식각 바이어스가 최소화됨), 기판 식각 동안의 포토레지스트 패턴의 효과적이고 효율적인 전달이 가능하게 되어 더욱 우수한 포토리도그래피 성능이 확보될 수 있다.

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  37. 표면을 갖는 기판과;
    용매계에 분산된 비닐 에테르 가교제 및 중합체를 포함하는 조성물로 형성되어 있는 동시에, 상기 기판의 상기 표면에 인접하면서 경화되어 있는 반사방지층과;
    상기 반사방지층에 인접한 포토레지스트층;으로 이루어지며,
    상기 중합체는 다음 화학식(I)을 갖는 반복단량체를 포함하고,
    Figure 712010002520707-pct00024
    상기 화학식(I)에서,
    각각의 R은 -OH, -H, 알킬기로 구성되는 군에서 독립적으로 선택되고,
    상기 X는 방향족 또는 헤테로고리형 흡광 부분(heterocyclic light-absorbing moiety)이며,
    상기
    Figure 712010002520707-pct00025
    는
    폴리에스테르, 에폭시 노볼락, 폴리사카라이드, 폴리에테르, 폴리이미드, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 결합체.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 가교제는 트리메틸올프로판 트리비닐에테르인 것을 특징으로 하는 결합체.
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