TW201736974A - 阻劑底層膜形成用組成物及阻劑圖型之形成方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供一種用於形成阻劑底層膜之組成物,其可維持光學常數之同時,期望可做光學常數之微調整,並且顯示出乾式蝕刻速度之相對於阻劑膜之選擇比為更大,在如ArF準分子雷射(波長約193nm)般的短波長下的k值為更低,且n值為更高之值。一種微影用阻劑底層膜形成組成物,其係包含:包含下述式(1)所表示之重複單位構造之共聚物、及溶劑。□〔上述式中,X1為下述式(11)、式(12)或式(13),□(上述式中,R1至R4各自獨立表示為氫原子、烷基、烯基、苄基或苯基,前述苯基可被選自由烷基、鹵素原子、烷氧基、硝基、氰基及烷硫基所成之群之至少1個的基所取代,又,R1與R2、R3與R4可相互鍵結而形成環,R5表示為被醚氧原子中斷之烷基,A1~A6分別獨立表示為氫原子、甲基或乙基,Q1表示為2價的有機基〕。
Description
本發明為關於一種用於形成阻劑底層膜之組成物,該阻劑底層膜係設置在基板與其上所形成的阻劑膜(阻劑層)之間,且適合於使用液浸曝光裝置之微影步驟。將阻劑膜進行曝光時,以阻劑底層膜來抑制反射波對該阻劑膜帶來的影響之情形時,可將該阻劑底層膜稱為防反射膜。
阻劑底層膜係被要求藉由塗布溶液狀的阻劑底層膜形成用組成物、使其硬化,從而可容易進行成膜。因此該組成物必須是,藉由加熱等而可容易硬化之同時並包含對於指定的溶劑之溶解性為高的化合物(聚合物)。
進而,在阻劑底層膜上所形成的阻劑圖型,與基板呈垂直方向的斷面形狀係期望為矩形(無所謂的下切(undercut)、拖曳等的筆直的底部形狀)。例如若阻劑圖型成為下切形狀或拖曳形狀時,則將產生阻劑圖型的倒塌、於微影步驟時無法將被加工物(基板、絕緣膜等)加工成所期望的形狀或尺寸之類的問題。
又,對於阻劑底層膜係要求著乾式蝕刻速度大於上層的阻劑膜,即,乾式蝕刻速度之選擇比為大。
近年,研討了在半導體裝置之製造中,採以使用液浸曝光裝置之微影步驟。此情形時認為,液浸曝光裝置的投影透鏡的開口數(NA)越大時,為了控制入射波的反射,k值(衰減係數或吸光係數)越高的阻劑底層膜為不宜,相反地,k值為低者反而有效。藉由在聚合物的支鏈導入芳香族化合物來使吸收波長位移,從而可降低在特定波長下的k值。例如萘,雖然可降低在波長193nm下的k值,但是存在著:「在波長193nm下的k值低的阻劑底層膜,在同波長下的折射率(n值)亦低」之問題。
下述專利文獻1中揭示著一種防反射膜形成組成物,其係包含以指定比例來含有硫原子的聚合物。又,下述專利文獻2中揭示著一種微影用防反射膜形成組成物,其係包含藉由具有2個縮水甘油基的環氧化合物與具有2個硫醇基的含氮芳香族化合物之聚加成反應而得到的反應生成物。
[專利文獻1]WO2005/088398號公報
[專利文獻2]WO2006/040918號公報
然而,由於光阻劑的薄膜化而要求著一種用於形成具有高蝕刻速率的阻劑底層膜之組成物,其n值為高、且k值為低,就反射率控制之觀點而言,可適用在薄膜者。
因此,本發明之目的係提供一種用於形成阻劑底層膜之組成物,其可維持光學常數之同時,期望可做光學常數之微調整,並且顯示出乾式蝕刻速度之相對於阻劑膜之選擇比為更大,在如ArF準分子雷射(波長約193nm)般的短波長下的k值為更低,且n值為更高之值。又,本發明之目的係提供一種用於形成阻劑底層膜之組成物,其係在阻劑底層膜上所形成的阻劑圖型將可成為如上述般所期望的形狀。
本申請案發明係包含以下之內容。
[1].一種微影用阻劑底層膜形成組成物,其係包含:包含下述式(1)所表示之重複單位構造之共聚物、及溶劑,
〔上述式中,X1為下述式(11)、式(12)或式(13),
(上述式中,R1至R4各自獨立表示為氫原子、碳原子數1至6之烷基、碳原子數3至6之烯基、苄基或苯基,前述苯基可被選自由碳原子數1至6之烷基、鹵素原子、碳原子數1至6之烷氧基、硝基、氰基及碳原子數1至6之烷硫基所成之群之至少1個的基所取代,又,R1與R2、R3與R4可相互鍵結而形成碳原子數3至6之環,R5表示為被醚氧原子中斷之烷基,A1~A6分別獨立表示為氫原子、甲基或乙基,Q1表示為2價的有機基〕。
[2].如前述[1]之組成物,其中,上述R5表示為下述式(14),
〔式中,l≧1、m≧1、l+m+n為1~7之整數)〕。
[3].如前述[1]或[2]之組成物,其中,上述Q1為碳原子數1至6之伸烷基之至少1個的-CH2-被-S-所取代之基。
[4].如前述[1]~[3]中任一項之組成物,其中,前述共聚物包含下述式(2)所表示之重複單位構造,
〔上述式中,X1與前述[1]記載之定義為相同,X2為下述式(11)、式(12)或式(15),
(上述式中,R1至R4各自獨立表示為氫原子、碳原子數1至6之烷基、碳原子數3至6之烯基、苄基或苯基,前述苯基可被選自由碳原子數1至6之烷基、鹵素原子、碳原子數1至6之烷氧基、硝基、氰基及碳原子數1至6之烷硫基所成之群之至少1個的基所取代,又,R1與R2、R3與R4可相互鍵結而形成碳原子數3至6之環,R51表示為碳原子數3至6之烯基,A1~A9分別獨立表示為氫
原子、甲基或乙基〕。
[5].如前述[1]~[4]中任一項之組成物,其中,進而包含交聯性化合物及磺酸化合物。
[6].如前述[1]~[5]中任一項之組成物,其中,進而包含界面活性劑。
[7].一種使用於半導體裝置之製造的阻劑圖型之形成方法,其係包含:將前述[1]~[6]中任一項之微影用阻劑底層膜形成組成物塗布在半導體基板上並進行烘烤從而形成阻劑底層膜之步驟、在前述阻劑底層膜上塗布阻劑並進行烘烤從而形成阻劑膜之步驟、將被前述阻劑底層膜與前述阻劑膜所被覆的半導體基板進行曝光之步驟、將曝光後之前述阻劑膜進行顯影之步驟。
[8].一種半導體裝置之製造方法,其係包含:將前述[1]~[6]中任一項之微影用阻劑底層膜形成組成物塗布在半導體基板上並進行烘烤從而形成阻劑底層膜之步驟。
[9].一種共聚物,其係藉由將至少包含下述式(4)及式(5)所表示之化合物的單體混合物進行聚合而得到,
〔上述式(4)及(5)中,R5表示為氫原子、碳原子數1至6之烷基、碳原子數3至6之烯基、被醚氧原子中斷之碳原子數3至8之烷基、苄基或苯基,R6及R7表示為反應性基,Q2表示為碳原子數1至6之伸烷基之至少1個的-CH2-被-S-所取代之基〕。
[10].一種共聚物之製造方法,其係包含:將至少包含下述式(4)及式(5)之化合物的單體混合物進行聚合之步驟,
〔上述式(4)及(5)中,R5表示為氫原子、碳原子數1至6之烷基、碳原子數3至6之烯基、被醚氧原子中斷之碳原子數3至8之烷基、苄基或苯基,R6及R7表示為反應性基,Q2表示為碳原子數1至6之伸烷基之至少1個的-CH2-被-S-所取代之基〕。
本發明之微影用阻劑底層膜形成組成物係包含:包含特定的重複單位構造之共聚物及溶劑,且在波長
193nm下顯示出所謂高的n值與低的k值之有利特性為特徵。由如此般的組成物所形成的阻劑底層膜,在採用液浸曝光裝置並使用ArF準分子雷射等的短波長的照射光之微影步驟中,防反射光效果為高、且可得到經調整成適合之值的k值。然後,在該阻劑底層膜上,可形成良好形狀之阻劑圖型而不會引起與阻劑膜之混雜(intermixing)。進而,在作為乾式蝕刻氣體以使用CF4、或O2/N2的混合氣體之條件下,可在遠小於阻劑圖型的短時間內來除去該阻劑底層膜。
[圖1](A)、(B)、(C)、(D)及(E)係分別使用實施例1、4、5、6及7的微影用阻劑底層膜形成組成物,拍攝該等最後在基板上所形成的光阻劑圖型的斷面之SEM像。
本發明相關之共聚物,其係藉由將至少包含下述式(4)及式(5)所表示之化合物的單體混合物進行聚合而得到的共聚物。
〔上述式(4)及(5)中,R5表示為氫原子、碳原子數1至6之烷基、碳原子數3至6之烯基、被醚氧原子中斷之碳原子數3至8之烷基、苄基或苯基,R6及R7表示為反應性基,Q2表示為碳原子數1至6之伸烷基之至少1個的-CH2-被-S-所取代之基〕。
尚,本發明中所謂的共聚物,並不是被限定於高分子化合物之共聚物,因此,排除單體但不排除低聚物。
又,上述式(4)及(5)所表示之化合物係可分別使用各一種,但一方或雙方為使用二種以上亦可。
上述式(4)中R5較佳為被醚氧原子中斷之碳原子數3至8之烷基,又較佳為下述式(14)所表示之基。
〔式中,l≧1、m≧1、l+m+n為1~7之整數)〕。若
舉出幾個較佳的具體例時有:-CH2-O-CH2-CH2-O-CH3、-CH2-O-CH2-CH2-O-C2H5、-CH2-O-CH2-CH2-O-C3H7、-CH2-O-CH2-CH2-O-C4H9、-CH2-O-CH2-CH2-O-C5H11、-CH2-CH2-O-CH2-O-CH3、-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-CH3、-CH2-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-CH3、-CH2-CH2-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-CH3、-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-CH3等。
最佳為R5為-CH2-O-CH2-CH2-O-CH3。
上述式(4)中R6及R7可舉出含有羥基、羧基或環氧基的基,但較佳為含有環氧基的基,又較佳為縮水甘油基。
上述式(5)的Q2中,取代-CH2-的-S-的數目並無特別限定,但可設為例如1個或2個。Q2較佳為-CH2-S-CH2-、-CH2-S-CH2-S-CH2-、或-CH2-CH2-S-S-CH2-CH2-,又佳為-CH2-S-CH2-或-CH2-S-CH2-S-CH2-。
將反應性基之R6及R7進行活性化之觸媒的種類及使用量係可適當選擇。
R6及R7為含有環氧基的基,例如縮水甘油基之情形時,觸媒係可使環氧基進行活性化之觸媒。作為可使環氧
基進行活性化之觸媒可示例如乙基三苯基溴化鏻之類的第4級鏻鹽、苄基三乙基氯化銨之類的第4級銨鹽。觸媒的使用量亦可適當選擇,但相對於原料單體之上述式(4)及(5)所表示之化合物之合計質量,可從例如0.1質量%至10質量%的範圍內適量選擇來使用。
溶媒的種類及使用量亦可適當選擇。若舉出一例時,有乙氧基乙醇、甲氧基乙醇、1-甲氧基-2-丙醇、丙二醇單甲基醚、二噁烷等。
依適當的莫耳比,將上述式(4)所表示之化合物的一種或二種以上,與上述式(5)所表示之化合物的一種或二種以上,溶解在適當的溶劑中,並在可使反應基R6及R7進行活性化之觸媒的存在下,使其進行共聚合。
較佳為用上述式(4)所表示之化合物的一種或二種,與上述式(5)所表示之化合物的一種或二種,使其進行共聚合之情形,更佳為用上述式(4)所表示之化合物的一種或二種,與上述式(5)所表示之化合物之一種,使其進行共聚合之情形。
於上述式(4)所表示之化合物,與上述式(5)所表示之化合物之反應時,裝入莫耳比為式(4):式(5)=85:115~115:85,較佳為90:110~110:90。
上述式(4)之化合物為二種之情形時,1個之化合物(4-1)的R5係以被醚氧原子中斷之碳原子數3至8之烷基為較佳,R5係以-CH2-O-CH2-CH2-O-CH3為更佳。
另1個之化合物(4-2)的R5係以碳原子數3至6之烯基為較佳,以烯丙基為更佳。
於上述(4-1)與(4-2)之反應時,裝入莫耳比係以(4-1):(4-2)=100:25~100:80為較佳。
使其聚合反應的溫度及時間係可適當選擇,但較佳為80℃~160℃、2小時~50小時的範圍內。
藉由以上之方式所得到之本發明相關之共聚物,係包含下述式(1)所表示之重複單位構造,
〔上述式中,X1為下述式(11)、式(12)、或式(13):
(上述式中,R1至R4各自獨立表示為氫原子、碳原子數1至6之烷基、碳原子數3至6之烯基、苄基或苯基,前述苯基可被選自由碳原子數1至6之烷基、鹵素原子、碳原子數1至6之烷氧基、硝基、氰基及碳原子數1至6之烷硫基所成之群之至少1個的基所取代,又,R1與R2、R3與R4可相互鍵結而形成碳原子數3至6之環,R5表示為被醚氧原子中斷之烷基,A1~A6分別獨立表示為氫原子、甲基或乙基,Q1表示為2價的有機基〕;任意選擇包含下述式(2)所表示之重複單位構造,
〔上述式中,X1與請求項1記載之定義為相同,X2為下述式(11)、式(12)、或式(15):
(上述式中,R1至R4各自獨立表示為氫原子、碳原子數1至6之烷基、碳原子數3至6之烯基、苄基或苯基,前述苯基可被選自由碳原子數1至6之烷基、鹵素原子、碳原子數1至6之烷氧基、硝基、氰基及碳原子數1至6之烷硫基所成之群之至少1個的基所取代,又,R1與R2、R3與R4可相互鍵結而形成碳原子數3至6之環,R51表示為碳原子數3至6之烯基,A1~A9分別獨立表示為氫原子、甲基或乙基〕。
式(1)中,X1係以式(13)所表示者為較佳,R5係以上述項目1.1記載之構造為較佳,A1~A6係以氫原子為較佳。
式(2)中,X1係以式(13)所表示者為較佳,R5係以上述項目1.1記載之構造為較佳,X2係以式(15)所表示者為較佳,R51係以烯丙基為較佳,A1~A9係以氫原子為較佳。
式(1)及式(2)所表示之共聚物利用GPC(Gel Permeation Chromatography、凝膠滲透色譜法)法所測定的重量平均分子量,係依所使用的塗布溶劑、溶液黏度等有所變動,但以聚苯乙烯換算例如為800~50000,較佳為900~8000。
重複單位構造之鍵結方式無法嚴格地規定,但可推測包含很多例如下述般的構造。
(21)式中,n表示為1~3之整數,R表示為碳原子數1至6之伸烷基之至少1個的-CH2-被-S-所取代之基,但較佳為n為1,R為碳原子數1~3的伸烷基的1個或2個的-CH2-被-S-所取代之基。
包含上述式(2)所表示之重複單位構造之情形時,可推測包含例如下述般的構造。
(22)式中,n表示為1~3之整數,R表示為碳原子數1至6之伸烷基之至少1個的-CH2-被-S-所取代之基,但較佳為n為1,R為碳原子數1~3的伸烷基之1
個或2個的-CH2-被-S-所取代之基。
在依如以上之方式所得到之共聚物中,若添加添加劑並能溶解在適當的溶劑中,可得到本發明相關之微影用阻劑底層膜形成組成物。
從上述所得到之共聚物溶液中離析共聚物後,亦可使用於微影用阻劑底層膜形成組成物之調製,亦可將上述所得到之共聚物溶液直接使用於微影用阻劑底層膜形成組成物中。
本發明之微影用阻劑底層膜形成組成物係進而可包含交聯性化合物及磺酸化合物。相對於本發明之微影用阻劑底層膜形成組成物中所包含的共聚物,磺酸化合物的比例係例如0.1質量%以上13質量%以下,較佳為0.5質量%以上5質量%以下。交聯性化合物係也被稱為交聯劑,例如具有2~4個被羥甲基或烷氧基甲基取代的氮原子之含氮化合物。相對於本發明之微影用阻劑底層膜形成組成物中所包含之共聚物,交聯性化合物的比例係例如5質量%以上50質量%以下。
作為上述磺酸化合物之較佳的具體例,可舉
出p-甲苯磺酸、三氟甲磺酸、吡啶鎓-p-甲苯磺酸、樟腦磺酸、5-磺柳酸、4-氯苯磺酸、4-羥基苯磺酸、苯二磺酸、1-萘磺酸、吡啶鎓-1-萘磺酸等。
作為上述交聯性化合物(交聯劑)之較佳的具體例,可舉出六甲氧甲基三聚氰胺、四甲氧基甲基甘脲、四甲氧基甲基苯并胍胺、1,3,4,6-肆(甲氧基甲基)甘脲、1,3,4,6-肆(丁氧基甲基)甘脲、1,3,4,6-肆(羥基甲基)甘脲、1,3-雙(羥基甲基)脲、1,1,3,3-肆(丁氧基甲基)脲及1,1,3,3-肆(甲氧基甲基)脲等,又較佳為四甲氧基甲基甘脲。
磺酸化合物係作為交聯促進劑發揮作用,同時例如4-羥基苯磺酸(也稱為p-酚磺酸)係抑制與基板呈垂直方向的阻劑圖型斷面成為基腳形狀,為賦予成為所期望的形狀(大致矩形)之添加物。
本發明之微影用阻劑底層膜形成組成物係亦可包含苯酚衍生物。與4-羥基苯磺酸為相同地,苯酚衍生物係抑制與基板呈垂直方向的阻劑圖型斷面成為基腳形狀,為賦予成為所期望的形狀(大致矩形)之添加物。作為苯酚衍生物之具體例,可舉出4-甲基磺醯苯酚、雙酚S、雙酚AF、4-氰基苯酚、3,4,5-三氟苯酚、4-羥基三氟甲基苯、2,3,5,6-四氟-4-(三氟甲基)苯酚、2,6-二氯-4-(甲基磺醯)苯酚等。相對於本發明之微影用阻劑底層膜形成組成物中所包含之共聚物,苯酚衍生物的比例係例如0.1質量%以上20質量%以下。
本發明之微影用阻劑底層膜形成組成物中亦可包含界面活性劑。界面活性劑係用於提高對基板之塗布性之添加物。可使用如非離子系界面活性劑、氟系界面活性劑般的周知的界面活性劑,相對於本發明之阻劑底層膜形成組成物中所包含之共聚物,可以例如0.1質量%以上5質量%以下的比例來添加。
本發明之微影用阻劑底層膜形成組成物中,若將除去溶劑的成分定義為固形分時,則固形分中包含共聚物及因應所需而添加之如前述般的各種添加物。
作為本發明之微影用阻劑底層膜形成組成物中所包含之溶劑之具體例,可舉出丙二醇單甲基醚(PGME)、丙二醇單甲基醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇單丙基醚、甲基乙基酮、乳酸乙酯、環己酮、γ-丁內酯、N-甲基吡咯啶酮、2-羥基異丁酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯,選自該等之溶劑中之2種以上的混合物等。
相對於本發明之阻劑底層膜形成組成物,溶劑的比例係例如90質量%以上99.9質量%以下。
本發明相關之微影用阻劑底層膜形成組成物,係可依據常法藉由塗布在半導體基板上,並進行烘烤從而形成阻劑底層膜。
半導體基板代表性的為矽晶圓,但亦可使用SOI(Silicon on Insulator)基板、或砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、磷化鎵(GaP)等的化合物半導體晶圓。也可使用形成有氧化矽膜、含有氮的氧化矽膜(SiON膜)、含有碳的氧化矽膜(SiOC膜)等的絕緣膜的半導體基板,此情形時,在該絕緣膜上塗布本發明相關之微影用阻劑底層膜形成組成物。
本發明相關之微影用阻劑底層膜形成組成物之塗布,係可依慣用的方法來進行,可藉由例如旋轉器、塗布機等的適當的塗布方法來進行塗布。
藉由將所得到之塗布膜進行烘烤,從而可形成微影用阻劑底層膜。作為烘烤條件係可從烘烤溫度80~500℃、或80℃~250℃、烘烤時間0.3至60分鐘之中來適當選擇。較佳為烘烤溫度150℃~500℃、烘烤時間0.5~2分鐘。於此,作為所形成的底層膜的膜厚係例如10~1000nm、或20~500nm、或50~300nm、或100~200nm、或10~100nm。
本發明相關之微影用阻劑底層膜形成組成物,係可適用於在半導體裝置之製造過程中之微影步驟。該微影步驟係包含:將本發明相關之微影用阻劑底層膜形成組成物塗布在半導體基板上並進行烘烤從而形成阻劑底層膜之步驟(參考上述項目3)、在前述阻劑底層膜上塗布阻劑並進行烘烤從而形成阻劑膜之步驟、將被前述阻劑底層膜與前述阻劑膜所被覆的半導體基板進行曝光之步驟、與將曝光後之前述阻劑膜進行顯影之步驟,而在前述阻劑底層膜上形成阻劑圖型。
在上述所得到之阻劑底層膜之上形成例如光阻劑膜。光阻劑膜之形成係可藉由周知的方法來進行,即,藉由對底層膜上塗布及燒成光阻劑組成物溶液來進行。
本發明中,可在基板上將有機底層膜進行成膜後,在其上將本發明之微影用阻劑底層膜進行成膜,並進而在其上形成光阻劑膜。藉此,即使是為了微細的圖型加工而使光阻劑膜的圖型寬度變窄、為了防止圖型倒塌而被覆較薄的光阻劑膜之情形時,亦可藉由選擇適當的蝕刻氣體來進行基板之加工。例如能夠將相對於光阻劑成為充分快的蝕刻速度之氟系氣體作為蝕刻氣體來進行本發明之阻劑底層膜之加工,又,能夠將相對於本發明之阻劑底層膜成為充分地快的蝕刻速度之氧系氣體作為蝕刻氣體來進
行有機底層膜之加工,進而能夠將相對於有機底層膜成為充分快的蝕刻速度之氟系氣體作為蝕刻氣體來進行基板之加工。
作為在本發明之阻劑底層膜之上所形成的膜之光阻劑,只要是對曝光所使用的光可進行感光者即可,並無特別限定。負型光阻劑及正型光阻劑皆可使用。例如有:由酚醛樹脂與1,2-鄰萘醌二疊氮磺酸酯所成之正型光阻劑;由具有藉由酸進行分解而使鹼溶解速度上昇的基的黏合劑、與光酸產生劑所成之化學增幅型光阻劑;由藉由酸進行分解而使光阻劑的鹼溶解速度上昇的低分子化合物、鹼溶性黏合劑、與光酸產生劑所成之化學增幅型光阻劑;由具有藉由酸進行分解而使鹼溶解速度上昇的基的黏合劑、藉由酸進行分解而使光阻劑的鹼溶解速度上昇的低分子化合物、與光酸產生劑所成之化學增幅型光阻劑等。可舉出例如Shipley公司製商品名APEX-E、住友化學工業(股)製商品名PAR710、及信越化學工業(股)製商品名SEPR430等。又,可舉出如例如Proc.SPIE,Vol.3999,330-334(2000)、Proc.SPIE,Vol.3999,357-364(2000)、或Proc.SPIE,Vol.3999,365-374(2000)所記載般的含氟原子聚合物系光阻劑。
接著,可通過指定的遮罩來進行曝光。曝光係以作為光源之ArF準分子雷射為較佳,但亦可使用EUV(波長
13.5nm)或電子束來替代ArF準分子雷射。“EUV”係極端紫外線之簡稱。用於形成阻劑膜的阻劑可為正型、負型皆可。以ArF準分子雷射為較佳,但亦可使用對EUV或電子束感光的化學增幅型阻劑。曝光後,因應所需,亦可進行曝光後加熱(post exposure bake)。曝光後加熱係可以從加熱溫度70℃~150℃、加熱時間0.3~10分鐘中來適當選擇之條件下來進行。
接著,藉由顯影液可來進行顯影。藉此,若使用例如正型光阻劑之情形時,經曝光的部分之光阻劑膜被除去,形成光阻劑圖型。
作為顯影液,可舉出氫氧化鉀、氫氧化鈉等的鹼金屬氫氧化物之水溶液、氫氧化四甲基銨、氫氧化四乙基銨、膽鹼等的氫氧化四級銨之水溶液、乙醇胺、丙基胺、乙二胺等的胺水溶液等之鹼性水溶液作為例子。進而,在該等之顯影液中亦可加入界面活性劑等。作為顯影之條件,係可從溫度5~50℃、時間10至600秒鐘中來適當選擇。
然後,將以如此般之方式形成有圖型的光阻劑膜(上層)作為保護膜,除去一部分本發明之阻劑底層膜(中間層)來進行圖型化,接著將由圖型化後的光阻劑膜(上
層)及本發明之阻劑底層膜(中間層)所成之膜作為保護膜,除去一部分無機底層膜(下層)來進行圖型化。最後將圖型化後的本發明之阻劑底層膜(中間層)及無機底層膜(下層)作為保護膜,來進行半導體基板之加工。
在無機底層膜(下層)之下,亦有進而形成有機底層膜(非晶碳膜、有機硬式遮罩、旋塗碳膜等)來進行半導體基板之加工之情形。
光阻劑膜經圖型化後,首先藉由乾式蝕刻,將光阻劑膜被除去的部分的本發明之阻劑底層膜(中間層)除去,使無機底層膜(下層)露出。於本發明之阻劑底層膜之乾式蝕刻中,可使用四氟甲烷(CF4)、全氟環丁烷(C4F8)、全氟丙烷(C3F8)、三氟甲烷、一氧化碳、氬、氧、氮、六氟化硫、二氟甲烷、三氟化氮及三氟化氯、氯、三氯化硼及二氯化硼等的氣體。於阻劑底層膜之乾式蝕刻中,以使用鹵系氣體為較佳,藉由氟系氣體為又較佳,作為氟系氣體,可舉出例如四氟甲烷(CF4)、全氟環丁烷(C4F8)、全氟丙烷(C3F8)、三氟甲烷、及二氟甲烷(CH2F2)等。
之後,將由圖型化後的光阻劑膜及本發明之阻劑底層膜所成之膜作為保護膜並進行無機底層膜之一部分之去除。無機底層膜(下層)係以藉由經氟系氣體之乾式蝕刻來進行為較佳。
最後,進行半導體基板之加工。半導體基板之加工係以藉由經氟系氣體之乾式蝕刻來進行為較佳。作為氟系氣體,可舉出例如四氟甲烷(CF4)、全氟環丁烷(C4F8)、全氟丙烷(C3F8)、三氟甲烷、及二氟甲烷(CH2F2)等。
以下參考實施例且更詳細地說明本發明,但本發明並非被限定於下述之實施方式中。
本說明書之下述合成例表示的重量平均分子量係藉由凝膠滲透層析法(以下簡稱為GPC)之測定結果。測定係使用Tosoh(股)製GPC裝置,測定條件等係如以下般。
GPC管柱:Shodex〔註冊商標〕‧Asahipak〔註冊商標〕(昭和電工(股))
管柱溫度:40℃
溶媒:N,N-二甲基甲醯胺(DMF)
流量:0.6ml/min
標準試樣:聚苯乙烯(Tosoh(股))
以下之例子中使用的主要的化合物之構造係如下述式般。
單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸
單烯丙基二縮水甘油基異氰脲酸
單烯丙基異氰脲酸酯
3,3’-二硫代二丙酸
2,2’-硫代二乙醇酸
亞甲基雙(硫代乙醇酸)
將單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸(四國化成工業(股))6g、3,3’-二硫代二丙酸(堺化學工業(股)、商品名:DTDPA)3.49g((單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸):DTDPA=100:100(莫耳比))、及作為觸媒之乙基三苯基溴化鏻(東京化成工業(股))0.31g,加入在丙二醇單甲基醚39g中,並在反應容器中使其溶解。將其反應容器進行氮取代後,以105℃下使其反應24小時,可得到聚合物溶液。進行
所得到之聚合物溶液之GPC分析時,聚合物之重量平均分子量藉由標準聚苯乙烯換算為5600。
將單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸(四國化成工業(股))6g、3,3’-二硫代二丙酸(堺化學工業(股)、商品名:DTDPA)3.66g((單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸):DTDPA=100:105(莫耳比))、及作為觸媒之乙基三苯基溴化鏻(東京化成工業(股))0.31g,加入在丙二醇單甲基醚40g中,並在反應容器中使其溶解。將其反應容器進行氮取代後,以105℃下使其反應24小時,可得到聚合物溶液。進行所得到之聚合物溶液之GPC分析時,聚合物之重量平均分子量藉由標準聚苯乙烯換算為3800。
將單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸(四國化成工業(股))6g、亞甲基雙(硫代乙醇酸)(東京化成工業(股))3.42g((單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸):(亞甲基雙(硫代乙醇酸))=100:105(莫耳比))及作為觸媒之乙基三苯基溴化鏻(東京化成工業(股))0.31g,加入在丙二醇單甲基醚39g中,並在反應容器中使其溶解。將其反應容器進行氮取代後,以105℃下使其反應24小時,可得到聚
合物溶液。進行所得到之聚合物溶液之GPC分析時,聚合物之重量平均分子量藉由標準聚苯乙烯換算為5700。
將單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸(四國化成工業(股))6.5g、2,2’-硫代二乙醇酸(東京化成工業(股))2.70g((單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸):(2,2’-硫代二乙醇酸)=100:100(莫耳比))、及作為觸媒之乙基三苯基溴化鏻(東京化成工業(股))0.33g,加入在丙二醇單甲基醚38g中,並在反應容器中使其溶解。將其反應容器進行氮取代後,以105℃下使其反應24小時,可得到聚合物溶液。進行所得到之聚合物溶液之GPC分析時,聚合物之重量平均分子量藉由標準聚苯乙烯換算為4100。
將單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸(四國化成工業(股))6.5g、單烯丙基異氰脲酸酯1.52g、2,2’-硫代二乙醇酸(東京化成工業(股))1.35g((單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸):(單烯丙基異氰脲酸酯):(2,2’-硫代二乙醇酸)=100:50:50(莫耳比))、及作為觸媒之乙基三苯基溴化鏻(東京化成工業(股))0.33g,加入在丙二醇單甲基醚39g中,並在反應容器中使其溶解。將其反應容
器進行氮取代後,以105℃下使其反應24小時,可得到聚合物溶液。進行所得到之聚合物溶液之GPC分析時,聚合物之重量平均分子量藉由標準聚苯乙烯換算為5000。
將單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸(四國化成工業(股))6.5g、單烯丙基異氰脲酸酯0.76g、2,2’-硫代二乙醇酸(東京化成工業(股))2.02g((單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸):(單烯丙基異氰脲酸酯):(2,2’-硫代二乙醇酸)=100:25:75(莫耳比))、及作為觸媒之乙基三苯基溴化鏻(東京化成工業(股))0.33g,加入在丙二醇單甲基醚38g中,並在反應容器中使其溶解。將其反應容器進行氮取代後,以105℃下使其反應24小時,可得到聚合物溶液。進行所得到之聚合物溶液之GPC分析時,聚合物之重量平均分子量藉由標準聚苯乙烯換算為3900。
將單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸(四國化成工業(股))5.5g、單烯丙基異氰脲酸酯1.92g、2,2’-硫代二乙醇酸(東京化成工業(股))0.57g((單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲
酸):(單烯丙基異氰脲酸酯):(2,2’-硫代二乙醇酸)=100:75:25(莫耳比))、及作為觸媒之乙基三苯基溴化鏻(東京化成工業(股))0.28g,加入在丙二醇單甲基醚33g中,並在反應容器中使其溶解。將其反應容器進行氮取代後,以105℃下使其反應24小時,可得到聚合物溶液。進行所得到之聚合物溶液之GPC分析時,聚合物之重量平均分子量藉由標準聚苯乙烯換算為6800。
將單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸(四國化成工業(股))6.5g、單烯丙基異氰脲酸酯1.31g、2,2’-硫代二乙醇酸(東京化成工業(股))1.42g((單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸):(單烯丙基異氰脲酸酯):(2,2’-硫代二乙醇酸)=100:45:55(莫耳比))、及作為觸媒之乙基三苯基溴化鏻(東京化成工業(股))0.32g,加入在丙二醇單甲基醚38g中,並在反應容器中使其溶解。將其反應容器進行氮取代後,以105℃下使其反應24小時,可得到聚合物溶液。進行所得到之聚合物溶液之GPC分析時,聚合物之重量平均分子量藉由標準聚苯乙烯換算為5500。
將單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸(四國化成工業(股))6.5g、單烯丙基異氰脲酸酯1.60g、2,2’-硫代二乙醇酸(東京化成工業(股))1.16g((單-2-甲氧基乙氧基甲基二縮水甘油基異氰脲酸):(單烯丙基異氰脲酸酯):(2,2’-硫代二乙醇酸)=100:55:45(莫耳比))、及作為觸媒之乙基三苯基溴化鏻(東京化成工業(股))0.32g,加入在丙二醇單甲基醚38g中,並在反應容器中使其溶解。將其反應容器進行氮取代後,以105℃下使其反應24小時,可得到聚合物溶液。進行所得到之聚合物溶液之GPC分析時,聚合物之重量平均分子量藉由標準聚苯乙烯換算為4500。
將單烯丙基二縮水甘油基異氰脲酸(四國化成工業(股)、商品名:MADGIC)5g、3,3’-二硫代二丙酸(堺化學工業(股)、商品名:DTDPA)3.74g(MADGIC:DTDPA=100:100(莫耳比))、及作為觸媒之乙基三苯基溴化鏻(東京化成工業(股))0.33g,加入在丙二醇單甲基醚36g中,並在反應容器中使其溶解。將其反應容器進行氮取代後,以105℃下使其反應24小時,可得到聚合物溶液。進行所得到之聚合物溶液之GPC分析時,聚合物之重量平均分子量藉由標準聚苯乙烯換算為9000。
在上述合成例1所得到之聚合物溶液1.25g中,混合四甲氧基甲基甘脲(日本Cytec Industries(股)製、商品名:POWDERLINK〔註冊商標〕1174)0.05g與4-羥基苯磺酸(東京化成工業(股))0.005g,加入丙二醇單甲基醚21.22g、丙二醇單甲基醚乙酸酯2.48g,並使其溶解來作為微影用阻劑底層膜形成組成物。
在上述合成例2所得到之聚合物溶液1.26g中,混合四甲氧基甲基甘脲(日本Cytec Industries(股)製、商品名:POWDERLINK〔註冊商標〕1174)0.05g與4-羥基苯磺酸(東京化成工業(股))0.005g,加入丙二醇單甲基醚21.22g、丙二醇單甲基醚乙酸酯2.48g,並使其溶解來作為微影用阻劑底層膜形成組成物。
在上述合成例3所得到之聚合物溶液1.20g中,混合四甲氧基甲基甘脲(日本Cytec Industries(股)製、商品名:POWDERLINK〔註冊商標〕1174)0.049g與4-羥基苯磺酸(東京化成工業(股))0.0049g,加入丙二醇單甲基醚21.27g、丙二醇單甲基醚乙酸酯2.48g,並使其溶解來作為微影用阻劑底層膜形成組成物。
在上述合成例4所得到之聚合物溶液1.24g中,混合四甲氧基甲基甘脲(日本Cytec Industries(股)製、商品名:POWDERLINK〔註冊商標〕1174)0.049g與4-羥基苯磺酸(東京化成工業(股))0.0049g,加入丙二醇單甲基醚21.23g、丙二醇單甲基醚乙酸酯2.48g,並使其溶解來作為微影用阻劑底層膜形成組成物。
在上述合成例5所得到之聚合物溶液1.14g中,混合四甲氧基甲基甘脲(日本Cytec Industries(股)製、商品名:POWDERLINK〔註冊商標〕1174)0.049g與4-羥基苯磺酸(東京化成工業(股))0.0049g,加入丙二醇單甲基醚21.33g、丙二醇單甲基醚乙酸酯2.48g,並使其溶解來作為微影用阻劑底層膜形成組成物。
在上述合成例6所得到之聚合物溶液1.17g中,混合四甲氧基甲基甘脲(日本Cytec Industries(股)製、商品名:POWDERLINK〔註冊商標〕1174)0.049g與4-羥基苯磺酸(東京化成工業(股))0.0049g,加入丙二醇單甲基醚21.30g、丙二醇單甲基醚乙酸酯2.48g,並使其溶解來作為微影用阻劑底層膜形成組成物。
在上述合成例7所得到之聚合物溶液1.07g中,混合四甲氧基甲基甘脲(日本Cytec Industries(股)製、商品名:POWDERLINK〔註冊商標〕1174)0.049g與4-羥基苯磺酸(東京化成工業(股))0.0049g,加入丙二醇單甲基醚21.40g、丙二醇單甲基醚乙酸酯2.48g,並使其溶解來作為微影用阻劑底層膜形成組成物。
在上述合成例8所得到之聚合物溶液1.22g中,混合四甲氧基甲基甘脲(日本Cytec Industries(股)製、商品名:POWDERLINK〔註冊商標〕1174)0.049g與4-羥基苯磺酸(東京化成工業(股))0.0049g,加入丙二醇單甲基醚21.25g、丙二醇單甲基醚乙酸酯2.48g,並使其溶解來作為微影用阻劑底層膜形成組成物。
在上述合成例9所得到之聚合物溶液1.26g中,混合四甲氧基甲基甘脲(日本Cytec Industries(股)製、商品名:POWDERLINK〔註冊商標〕1174)0.049g與4-羥基苯磺酸(東京化成工業(股))0.0049g,加入丙二醇單甲基醚21.21g、丙二醇單甲基醚乙酸酯2.48g,並使其溶解來作為微影用阻劑底層膜形成組成物。
在上述比較合成例1所得到之聚合物溶液1.15g中,混合四甲氧基甲基甘脲(日本Cytec Industries(股)製、商品名:POWDERLINK〔註冊商標〕1174)0.05g與4-羥基苯磺酸0.005g,加入丙二醇單甲基醚21.32g、丙二醇單甲基醚乙酸酯2.48g,並使其溶解來作為微影用阻劑底層膜形成組成物。
將實施例1~9及比較例1所調製的阻劑底層膜形成用組成物,分別藉由旋轉器以旋轉數1500rpm塗布至矽晶圓上。加熱板上以205℃下烘烤1分鐘來形成阻劑底層膜。使用分光橢圓測厚儀(J.A.Woollam公司製、VUV-VASE VU-302),測定該等的阻劑底層膜在波長193nm下的n值(折射率)及k值(衰減係數或吸光係數)。將其結果表示於表1。
將實施例1~9及比較例1所調製的阻劑底層膜形成用組成物,分別藉由旋轉器塗布至矽晶圓上。加熱板上以205℃下烘烤1分鐘來形成阻劑底層膜。然後,使用Samco(股)製RIE-10NR,在使用CF4、或O2/N2之混合氣體來作為乾式蝕刻氣體之條件下,測定乾式蝕刻速率(每單位時間的膜厚的減少量)。
進行由本說明書中記載的實施例1~9及比較例1所調製的阻劑底層膜形成用組成物所得到之阻劑底層膜的乾式蝕刻速度之比較。表2中,將由比較例1的阻劑底層膜形成用組成物所得到之阻劑底層膜的乾式蝕刻速度設為1.00時,將由各實施例的阻劑底層膜形成用組成物所得到之阻劑底層膜的乾式蝕刻速度以“選擇比”來表示。
由表1表示之結果可得知,由本發明之阻劑底層膜形成用組成物所得到之阻劑底層膜,對於波長193nm的光具有充分高的n值與低的k值。又,由表2表示的結果可得知,由本發明之阻劑底層膜形成用組成物所得到之阻劑底層膜,與由周知的阻劑底層膜形成用組成物所得到之阻劑底層膜相較下,具有較大的乾式蝕刻速度之選擇比。因此,可縮短藉由乾式蝕刻來除去阻劑底層膜時所需要的時間,且可抑制因藉由乾式蝕刻來除去阻劑底層膜時所伴隨的光阻劑膜的膜厚之減少之不良現象。
形成阻劑底層膜,並將在其上形成阻劑圖型之例子表示於下。將各實施例所調製的阻劑底層膜形成用組成物,藉由旋轉器以旋轉數1500rpm,塗布在矽晶圓上為形成有厚度0.05μm的SiON膜(含有氮的氧化矽膜)的基板上。之後在加熱板上進行烘烤(205℃、1分鐘),形成
與表1(光學常數之測定)相同膜厚的阻劑底層膜。在該阻劑底層膜之上,藉由旋轉器塗布市售的光阻劑溶液(住友化學(股)製、商品名:PAR855),並在加熱板上進行烘烤(105℃、1分鐘),形成光阻劑膜。
接著,使用掃描器((股)Nikon製、NSRS307E(波長193nm、NA:0.85)),通過被設定為於顯影後光阻劑的線寬及其光阻劑的線間的寬形成0.065μm(即0.065μmL/S)的圖型之光遮罩,來進行曝光。之後,在加熱板上以100℃下進行60秒鐘曝光後加熱(PEB),冷卻後,使用作為顯影液之0.26當量的氫氧化四乙基銨水溶液來進行顯影,形成阻劑圖型。
對於所得到之光阻劑圖型,利用掃描式電子顯微鏡(SEM)來觀察基板,即,與矽晶圓呈垂直方向的斷面。其結果可觀察到所得到之光阻劑圖型的斷面形狀皆為良好的直線的底部形狀、且幾乎呈矩形。拍攝使用比較例1、以及實施例1、4、5、6及7的阻劑底層膜形成組成物,最後在基板上所形成的光阻劑圖型的斷面之SEM像,分別表示在圖1(A)~(F)。
依據本發明可提供一種用於形成所期望的光學常數、且乾式蝕刻速度之相對於阻劑膜之選擇比為改善的阻劑底層膜之組成物。
Claims (10)
- 一種微影用阻劑底層膜形成組成物,其係包含:包含下述式(1)所表示之重複單位構造之共聚物、及溶劑,
- 如請求項1之組成物,其中,上述R5表示為下述式(14),
- 如請求項1或2之組成物,其中,上述Q1為碳原子數1至6之伸烷基之至少1個的-CH2-被-S-所取代之基。
- 如請求項1至請求項3中任一項之組成物,其中,前述共聚物包含下述式(2)所表示之重複單位構造,
- 如請求項1至請求項4中任一項之組成物,其中,進而包含交聯性化合物及磺酸化合物。
- 如請求項1至請求項5中任一項之組成物,其中,進而包含界面活性劑。
- 一種使用於半導體裝置之製造的阻劑圖型之形成方法,其係包含:將請求項1至請求項6中任一項之微影用阻劑底層膜形成組成物塗布在半導體基板上並進行烘烤從而形成阻劑底層膜之步驟、在前述阻劑底層膜上塗布阻劑並進行烘烤從而形成阻劑膜之步驟、將被前述阻劑底層膜與前述阻劑膜所被覆的半導體基板進行曝光之步驟、將曝光後之前述阻劑膜進行顯影之步驟。
- 一種半導體裝置之製造方法,其係包含:將請求項1至請求項6中任一項之微影用阻劑底層膜形成組成物塗布在半導體基板上並進行烘烤從而形成阻劑底層膜之步驟。
- 一種共聚物,其係藉由將至少包含下述式(4)及式(5)所表示之化合物的單體混合物進行聚合而得到,
- 一種共聚物之製造方法,其係包含:將至少包含下述式(4)及式(5)之化合物的單體混合物進行聚合之步驟,
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