TWI398730B - 負光阻組成物及其用以形成圖案之方法 - Google Patents
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Description
本發明關於一種通常適合用於如VLSI或高容量微晶片之製造的超微影術或其他光製造方法之負光阻組成物,及一種使用此組成物形成圖案之方法。更特別地,本發明關於一種藉由使用電子束或X-射線形成高解析度圖案之負光阻組成物,及一種其用以形成圖案之方法。即本發明關於一種用於使用其上具有指定底膜之基板的方法之負光阻組成物。
在製造半導體裝置(如IC及LSI)之方法中,習知上已實行使用光阻組成物之微影術精密處理。近來積體電路之整合程度越來越高,而且需要形成次微米或四分之一微米範圍之超細圖案。為了符合此要求,曝光波長亦趨於變短,例如由g線至i線或進一步至KrF準分子雷射光。目前除了準分子雷射光,正進行使用電子束或X-射線之微影術之發展。
具體而言,電子束微影術被定位成下一代或再下一代圖案形成技術,而且其需要確保高敏感度及高解析度之負光阻。
又電子束微影術因其高解析度性質而廣泛地用於半導體曝光用光罩之製備。製備光罩之方法如下。將主要包括遮蔽材料(如鉻)之遮蔽層提供於透明基板(如玻璃基板)上而製備遮蔽基板,及將光阻層形成於其上且在遮蔽層
上選擇性地曝光形成光阻圖案。繼而使用光阻圖案作為光罩以將圖案轉移至遮蔽層而蝕刻未形成圖案之遮蔽層部分,藉此可得到包括其上提供預定圖案之遮蔽層的透明基板之光罩。
在使用電子束之處理(其為與區塊曝光不同之系統)中,提高敏感度對縮短處理時間非常重要,但是在用於電子束之負光阻的情形,在尋求較高之敏感度時,除了解析度降低及圖案外形退化,線邊緣粗度亦惡化,而且強烈地需要同時滿足這些性質之光阻。在此使用之線邊緣粗度表示圖案與基板間界面處之光阻邊緣由於光阻特性而在垂直線方向之方向不規則地波動,及在自正上方觀看圖案時,邊緣產生不均勻外觀。此不均勻性因使用光阻作為光罩之蝕刻步驟而轉移,及損及尺寸精確度。特別是在0.25微米或更小之超細區域中,線邊緣粗度為欲解決之重要問題。
亦已知在光罩製備用遮蔽層上形成光阻圖案時,其發生圖案外形之退化。特別是在使用負光阻時,其由於基板界面處之磨損而發生圖案瓦解,產生解析力顯著地退化之課題,而且其成問題。
高敏感度對高解析度、良好圖案外形及良好線邊緣粗度為交換關係,而且如何同時滿足這些性質非常重要。
關於適合用於利用電子束或X-射線微影術之光阻,關於高敏感,其主要使用利用酸催化反應之化學放大型光阻,及在負光阻之情形,其有效地使用主要包括鹼溶性樹脂、交聯劑、產酸劑、與添加劑之化學放大型光阻組成物。
迄今已進行各種研究以增強化學放大型負光阻之性能。對添加劑(特別是銨鹽型)已進行以下研究。例如JP-A-4-51243號專利揭示四烷基銨鹽與酚醛樹脂之組合,JP-A-8-110638號專利揭示氫氧化四烷基銨,及JP-A-11-149159號專利揭示四烷基銨鹽與側鏈中具有羧酸之聚合物的組合。
然而藉這些習知已知化合物之任何組合無法同時全部滿足超細區域之高敏感度、高解析度、良好圖案外形、良好線邊緣粗度、及良好真空PED特性。
又JP-A-10-186660號專利研究有機羧酸之用法,但是並未敘述使用指定樹脂與指定銨鹽。此外JP-A-2003-295439號專利敘述銨鹽之用法,但是無有機羧酸之用法。此外這些專利公告均有關改良線邊緣粗度而產生磨損較小之良好圖案外形,其為本發明之效果。
本發明之一個目的為在半導體裝置或光罩之精密處理解決增強性能之技術的問題,及提供一種在其中使用電子束或X-射線之半導體裝置或光罩之精密處理中,同時全部滿足高敏感度、高解析度、良好圖案外形、良好線邊緣粗度、及良好真空PED特性之負光阻組成物,及一種使用此組成物形成圖案之方法。
深入研究之結果,本發明人已發現,本發明之目的可藉一種使用具指定結構之鹼溶性樹脂、交聯劑、產酸劑、具指定結構之銨鹽、及有機羧酸的負光阻組成物來達成。
即本發明如下。
(1)一種負光阻組成物,其包括:(A)含由式(1)表示之重複單元的鹼溶性聚合物;(B)在酸之作用下可與鹼溶性聚合物(A)交聯之交聯劑;(C)在以光化射線或輻射照射時可產生酸之化合物;(D)由式(2)表示之四級銨鹽;及(E)有機羧酸:
其中A表示氫原子、烷基、鹵素原子、或氰基;R1
與R2
各獨立地表示氫原子、鹵素原子、烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、或烷基羰氧基;及n表示1至3之整數;
其中R3
至R6
各獨立地表示烷基、烯基、芳基、或芳烷基;
B-
表示OH-
基、鹵素原子、R7
-CO2 -
基、或R7
-SO3 -
基;及R7
表示烷基、烯基、芳基、或芳烷基。
(2)如以上(1)所述之負光阻組成物,其中交聯劑(B)為在其分子內具有二或更多個苯環且不含氮原子之酚化合物。
(3)一種形成圖案之方法,其包括:由以上(1)或(2)所述之負光阻組成物形成光阻膜;及將光阻膜曝光及顯影。
此外以下敘述本發明之較佳具體實施例。
(4)如以上(1)或(2)所述之負光阻組成物,其中鹼溶性聚合物(A)進一步包括至少一種選自由式(3)、(4)及(5)所表示之重複單元的重複單元:
表示任何選自以下結構之基:
其中A具有如式(1)中A之相同意義;X表示單鍵、-COO-基、-O-基、或-CON(R16
)-基;R16
表示氫原子或烷基;R11
至R15
各獨立地具有如式(1)中R1
之相同意義;R101
至R106
各獨立地表示羥基、鹵素原子、烷基、烷氧基、烷基羰氧基、烷基磺醯氧基、烯基、芳基、芳烷基、或羧基;及a至f各獨立地表示0至3之整數。
(5)如以上(1)、(2)及(4)所述之負光阻組成物,其中交聯劑(B)之分子量為1,200或更小,在其分子內含3至5個苯環,及具有總共二或更多個羥基甲基或烷氧基甲基之酚衍生物,二或更多個羥基甲基或烷氧基甲基係以濃縮方式或分散於苯環間而鍵結至少任一苯環。
(6)如以上(1)、(2)、(4)、及(5)所述之負光阻組成物,其中有機羧酸(E)係選自飽和或不飽和脂族羧酸、脂環羧酸、氧基羧酸、烷氧基羧酸、酮基羧酸、與芳族羧酸至少之一。
(7)如以上(6)所述之負光阻組成物,其中有機羧酸(E)係選自苯甲酸、1-羥基-2-萘甲酸與2-羥基-3-萘甲酸至少之一。
以下詳述本發明之負光阻組成物。
附帶地,在未指定經取代或未取代而表示基(原子基)時,此基包括無取代基之基及具有取代基之基。例如「烷基」包括不僅無取代基之烷基(未取代烷基),亦及具有取代基之烷基(經取代烷基)。
用於本發明之鹼溶性聚合物含由式(1)表示之重複單元作為重要成分。
在式(1)中,作為A之烷基較佳為碳數為1至3之烷基。作為A之鹵素原子的實例包括Cl、Br與F。
A較佳為氫原子或碳數為1至3之烷基(例如甲基、乙基),更佳為氫原子或甲基。
作為R1
與R2
之鹵素原子的實例包括Cl、Br、F、與I。
作為R1
與R2
之烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、烷基羰氧基、或烷基磺醯氧基可具有取代基。R1
與R2
亦可共同形成環。
R1
與R2
各獨立地較佳為碳數為1至8之線形或分支烷基(其可具有取代基)、碳數為1至8之烯基(其可具有取代基)、碳數為5至10之環烷基(其可具有取代基)、碳
數為6至15之芳基(其可具有取代基)、碳數為7至16之芳烷基(其可具有取代基)、碳數為1至8之烷氧基(其可具有取代基)、或碳數為1至8之烷基羰氧基(其可具有取代基)。
取代基之實例包括烷基(例如甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、第三丁基、己基)、芳基(例如苯基、萘基)、芳烷基、羥基、烷氧基(例如甲氧基、乙氧基、丁氧基、辛氧基、十二碳氧基)、醯基(例如乙醯基、丙醯基、苯甲醯基)、及側氧基。
R1
與R2
各獨立地更佳為氫原子、鹵素原子、碳數為1至4之烷基(其可具有取代基)、碳數為1至4之烷氧基(其可具有取代基)、或碳數為1至4之烷基羰氧基(其可具有取代基),仍更佳為氫原子、氯原子、溴原子、碘原子、碳數為1至3之烷基(例如甲基、乙基、丙基、異丙基)、或碳數為1至3之烷氧基(例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基)。
作為用於本發明之成分(A)的聚合物可具有至少一種由式(3)至(5)表示之重複單元、及由式(1)表示之重複單元。
在式(3)至(5)中,A具有如式(1)中A之相同意義,X表示單鍵、-COO-基、-O-基、或-CON(R16
)-基,R16
表示氫原子或碳數為1至3之烷基(例如甲基、乙基、丙基)。X較佳為單鍵、-COO-或-CON(R16
)-,更佳為-COO-基。
R11
至R15
各獨立地具有如式(1)中R1
之相同意義。
R101
至R106
各獨立地表示羥基、鹵素原子(Cl、Br、F、I)、碳數為1至8之線形或分支烷基(其可具有取代基)、碳數為1至8之線形或分支烷氧基(其可具有取代基)、碳數為1至8之線形或分支烷基羰氧基(其可具有取代基)、碳數為1至8之線形或分支烷基磺醯氧基(其可具有取代基)、碳數為1至8之烯基(其可具有取代基)、碳數為7至15之芳基(其可具有取代基)、碳數為7至16之芳烷基(其可具有取代基)、或羧基。
其取代基之實例係與式(1)中R1
之取代基相同。
R101
至R106
各獨立地較佳為氫原子、鹵素原子、碳數為1至4之烷基、碳數為1至4之烷氧基(其可具有取代基)、或碳數為1至4之烷基羰氧基(其可具有取代基),更佳為氫原子、氯原子、溴原子、碘原子、碳數為1至3之烷基(例如甲基、乙基、丙基、異丙基)、碳數為1至3之烷氧基(例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基)、或碳數為1至3之烷基碳基羰氧基(例如乙醯基、丙醯基)。
a至f各獨立地表示0至3之整數。
作為用於本發明之成分(A)的聚合物可為任何僅具有一種由式(1)表示之重複單元的樹脂、具有二或更多種各由式(1)表示之重複單元的樹脂、及具有由式(1)表示之重複單元與至少一種選自由式(3)至(5)表示之重複單元的重複單元之樹脂,而且亦可將可控制膜形成性質或鹼溶解度之其他可聚合單體聚合於其中。
此可聚合單體之實例包括但不限於苯乙烯、經烷基取代苯乙烯、經烷氧基取代苯乙烯、O-烷氧化苯乙烯、O-醯基苯乙烯、氫化羥基苯乙烯、順丁烯二酸酐、丙烯酸衍生物(例如丙烯酸、丙烯酸酯)、甲基丙烯酸衍生物(例如甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯)、N-取代順丁烯二醯亞胺、丙烯腈、及甲基丙烯腈。
由式(1)表示之重複單元在作為用於本發明之成分(A)的聚合物中之含量通常為50至100莫耳%,較佳為70至100莫耳%。
在作為成分(A)之聚合物中,由式(1)表示之重複單元與由式(3)至(5)表示之重複單元間的比例按莫耳比例換算較佳為100/0至50/50,更佳為100/0至60/40,仍更佳為100/0至70/30。
作為成分(A)之聚合物的分子量按重量平均分子量換算較佳為1,000至200,000,更佳為2,000至50,000。
作為成分(A)之聚合物的分子量分布(Mw/Mn)較佳為1.0至2.0,更佳為1.0至1.35。
作為成分(A)之聚合物的加入量按組成物之總固體含量計為30至95質量%,較佳為40至90質量%,更佳為50至80質量%。(在本說明書中,質量比例等於重量比例。)
在此聚合物之分子量及分子量分布係定義為藉GPC測量之聚苯乙烯還原值。
作為成分(A)之聚合物可藉已知之自由基聚合方法或
陰離子性聚合方法合成。例如在自由基聚合方法中,其將乙烯基單體溶於合適之有機溶劑,及使用過氧化物(例如過氧化苯甲醯基)、腈化合物(例如偶氮貳異丁腈)、或氧化還原化合物(例如過氧化異丙苯鐵鹽)作為引發劑而使反應在室溫或在加熱下進行,藉此可得聚合物。在陰離子性聚合方法中,其將乙烯基單體溶於合適之有機溶劑,及使用金屬化合物(例如丁基鋰)作為引發劑而通常使反應在冷卻下進行,藉此可得聚合物。
以下敘述作為用於本發明之成分(A)的鹼溶性聚合物之指定實例,但是本發明不受其限制。
在以上之指定實例中,n表示正整數,及x、y與z表示組成物之莫耳比例。在樹脂包括兩種成分之情形,莫耳比例為x=10至95及y=5至90,較佳為x=40至90及y=10至60,而且在樹脂包括三種成分之情形,莫耳比例為x=10至90、y=5至85及z=5至85,較佳為x=40至80、y=10至50及z=10至50。
這些聚合物之一可單獨使用,或者其二或更多種可組合使用。
在本發明中,在酸之作用下可交聯之交聯劑(以下有時稱為「酸交聯劑」或簡稱為「交聯劑」)係與鹼溶性聚合物一起使用。已知之酸交聯劑在此可有效地使用。
酸交聯劑較佳為一種具有二或更多個羥基甲基、烷氧基甲基、醯氧基甲基、或烷氧基甲基醚之化合物或樹脂、或環氧基化合物。
其更佳實例包括烷氧基甲基化或醯氧基甲基化三聚氰胺化合物或樹脂、烷氧基甲基化或醯氧基甲基化脲化合物或樹脂、羥基甲基化或烷氧基甲基化酚化合物或樹脂、與烷氧基甲基化-醚化酚化合物或樹脂。
成分(B)仍更佳為分子量為1,200或更小,在分子內含3至5個苯環,而且具有總共2或更多個羥基甲基或烷氧基甲基之酚衍生物,其中羥基甲基或烷氧基甲基係以濃縮方式鍵結至少任一苯環或分布於苯環間。使用此酚衍生物可更為明顯地產生本發明之效果。
鍵結苯環之烷氧基甲基較佳為碳數為6或更小之烷氧基甲基,特別是甲氧基甲基、乙氧基甲基、正丙氧基甲基、異丙氧基甲基、正丁氧基甲基、異丁氧基甲基、第二丁氧基甲基、或第三丁氧基甲基。亦較佳為經烷氧基取代烷氧基,如2-甲氧基乙氧基與2-甲氧基-1-丙氧基。
交聯劑(B)較佳為一種在分子內具有二或更多個苯環且不含氮原子之酚化合物。
這些酚衍生物中,以下敘述特佳化合物。
具有烷氧基甲基之酚衍生物可藉由在酸觸媒存在下反應具有羥基甲基之對應酚衍生物與醇而得。此時為了防止樹脂化或膠化,反應較佳為在100∘C或更低之溫度實行。特別地,此酚衍生物可藉例如EP-A-632003號專利敘述之方法合成。
關於儲存安定性,如此合成之具有羥基甲基或烷氧基甲基的酚衍生物較佳,但是關於儲存安定性特佳為具有烷氧基甲基之酚衍生物。
這些具有總共二或更多種羥基甲基或烷氧基甲基以濃縮方式鍵結至少任一苯環或分布於苯環間之酚衍生物之一可單獨使用,或者其二或更多種可組合使用。
交聯劑之較佳實例進一步包括(i)具有N-羥基甲基、N-烷氧基甲基或N-醯氧基甲基之化合物,及(ii)環氧基,其敘述於下。
(i)具有N-羥基甲基、N-烷氧基甲基或N-醯氧基甲基之化合物的實例包括EP-A-0133216號專利及德國專利第3,634,671與3,711,264號揭示之單體、寡聚物-三聚氰胺-甲醛縮合物、與脲-甲醛縮合物,及EP-A-0212482號專利揭示之經烷氧基取代化合物與苯并胍胺-甲醛縮合物。
更佳實例包括具有至少2個自由N-羥基甲基、N-烷氧
基甲基或N-醯氧基甲基之三聚氰胺-甲醛衍生物,仍更佳為N-烷氧基甲基衍生物。
(ii)環氧基化合物包括含一或更多個環氧基之單體、二聚物、寡聚物、或聚合物形式環氧基化合物。其實例包括聯酚A與表氯醇之反應產物、低分子量酚-甲醛樹脂與表氯醇之反應產物。其他實例包括美國專利第4,026,705號及英國專利第1,539,192號所述及使用之環氧樹脂。
交聯劑較佳為以3至65質量%,更佳為5至50質量%之量加入。在交聯劑之加入量為3至65質量%時,其可防止殘餘膜比例及解析力之降低,同時在儲存期間可維持光阻溶液之良好安定性。
在本發明中,一種交聯劑可單獨使用,或者二或更多種交聯劑可組合使用。
除了酚衍生物之外,例如在使用以上(i)及(ii)之其他交聯劑的情形,酚衍生物與其他交聯劑間之比例按莫耳比例換算為100/0至20/80,較佳為90/10至40/60,更佳為80/20至50/50。
本發明之負光阻組成物包括一種在以光化射線或輻射照射時可產生酸之化合物(以下有時稱為「產酸劑」)。
可使用之產酸劑可適當地選自光陽離子聚合用光引發劑、光自由基聚合用光引發劑、著色物質用光脫色劑、光變色劑、已知在以光化射線或輻射照射時產生酸且用於微
光阻等之化合物、及其混合物。
其實例包括重氮鹽、鏻鹽、鋶鹽、錪鹽、醯亞胺磺酸鹽、肟磺酸鹽、重氮二碸、二碸、與鄰硝基苄基磺酸鹽。
亦可使用一種其中將在以光化射線或輻射照射時可產生酸之基或化合物引入聚合物之主或側鏈中的化合物,如美國專利第3,849,137號、德國專利第3,914,407號JP-A-63-26653、JP-A-55-164824、JP-A-62-69263、JP-A-63-146038、JP-A-63-163452、JP-A-62-153853、及JP-A-63-146029號專利所述之化合物。
此外亦可使用敘述於例如美國專利第3,779,778號及歐洲專利第126,712號之因光之效果可產生酸之化合物。
在以光化射線或輻射照射時可分解而產生酸之化合物中較佳為由下式(ZI)、(ZII)及(ZIII)表示之化合物。
在式(ZI)中,R201
、R202
與R203
各獨立地表示有機基。
X-
表示非親核性陰離子,而且其較佳實例包括磺酸陰離子、羧酸陰離子、貳(烷基磺醯基)醯胺陰離子、参(烷基磺醯基)次甲基陰離子、BF4 -
、PF6 -
、與SbF6 -
。陰離子較佳為含碳原子之有機陰離子。
較佳之有機陰離子包括由下式(AN1)至(AN4)表示之有機陰離子:
在式(AN1)及(AN2)中,Rc1
表示有機基。
Rc1
中之有機基包括碳數為1至30之有機基,而且較佳為烷基或芳基(其可經取代)、或其中將多個此基經單鍵或鍵聯基(如-O-、-CO2
-、-S-、-SO3
-、與-SO2
N(Rd1
)-)連接之基。
Rd1
表示氫原子或烷基,而且可與Rd1
鍵結之烷基或芳基一起形成環結構。
Rcl
之有機基更佳為在1-位置處經氟原子或氟烷基取代之烷基、或經氟原子或氟烷基取代之苯基。因具有氟原子或氟烷基,在以光照射時產生之酸的酸性增加且增強敏感度。在Rc1
具有5個或更多碳原子時,至少一個碳原子較佳為使得保留一部分氫原子而非全部氫原子均被氟原子取代,而且更佳為氫原子之數量大於氟原子之數量。無碳數為5或更大之全氟烷基可降低對生態之毒性。
Rc1
之最佳具體實施例為由下式表示之基。
Rc
7
-AX-Rc
6
-
在式中,Rc6
表示碳數為4或更小,較佳為2至4,更更佳為2至3之全氟烷基,或經1至4個氟原子及/或1至3個氟烷基取代之伸苯基。
Ax表示單鍵或二價鍵聯基(較佳為-O-、-CO2
-、-S-、-SO3
-、或-SO2
N(Rd1
)-)。Rd1
表示氫原子或烷基,而且
可組合Rc7
形成環結構。
Rc7
表示氫原子、氟原子、線形或分支烷基(其可經取代)、單環或多環環烷基(其可經取代)、或芳基(其可經取代)。各可經取代之烷基、環烷基與芳基較佳為不含氟原子作為取代基。
在式(AN3)及(AN4)中,Rc3
、Rc4
與Rc5
各獨立地表示有機基。
式(AN3)及(AN4)中Rc3
、Rc4
與Rc5
之較佳有機基係與Rc1
中之較佳有機基相同。
Rc3
與Rc4
可組合形成環。
組合Rc3
與Rc4
形成之基包括伸烷基與伸芳基,而且較佳為碳數為2至4之全氟伸烷基。在組合Rc3
與Rc4
形成環時,在以光照射時產生之酸的酸性增加且因為敏感度增強而較佳。
在式(ZI)中作為R201
、R202
與R203
之有機酸的碳數通常為1至30,較佳為1至20。
R201
至R203
之二員可組合形成環結構,而且此環可含氧原子、硫原子、酯鍵、醯胺鍵、或羰基。
組合R201
至R203
之二員形成之基的實例包括伸烷基(例如伸丁基、伸戊基)。
作為R201
、R202
與R203
之有機基的指定實例包括後述化合物(ZI-1)、(ZI-2)及(ZI-3)中之對應基。
此化合物可為一種具有多個由式(ZI)表示之結構的化合物。例如此化合物可為一種具有其中將由式(ZI)表示之
化合物中R201
至R203
至少之一鍵結至另一個由式(ZI)表示之化合物中R201
至R203
至少之一的結構之化合物。
成分(ZI)更佳為下述化合物(ZI-1)、(ZI-2)或(ZI-3)。
化合物(ZI-1)為一種其中式(ZI)中R201
至R203
至少之一為芳基之芳基鋶化合物,即一種具有芳基鋶作為陽離子之化合物。
在芳基鋶化合物中,R201
至R203
均可為芳基,或者R201
至R203
之一部分可為芳基,其餘為烷基或環烷基。
芳基鋶化合物之實例包括三芳基鋶化合物、二芳基烷基鋶化合物、芳基二烷基鋶化合物、二芳基環烷基鋶化合物、與芳基二環烷基鋶化合物。
芳基鋶化合物中之芳基較佳為芳基,如苯基與萘基,或雜芳基,如吲哚殘基與吡咯殘基,更佳為苯基或吲哚殘基。在其中芳基鋶化合物具有二或更多個芳基之情形,這些二或更多個芳基可為相同或不同。
存在(如果需要)於芳基鋶化合物中之烷基較佳為碳數為1至15之線形或分支烷基,而且其實例包括甲基、乙基、丙基、正丁基、第二丁基、與第三丁基。
存在(如果需要)於芳基鋶化合物中之環烷基較佳為碳數為3至15之環烷基,而且其實例包括環丙基、環丁基與環己基。
R201
至R203
之芳基、烷基與環烷基各可具有烷基(例如碳數為1至15之烷基)、環烷基(例如碳數為3至15之環烷基)、芳基(例如碳數為6至14之芳基)、烷氧基
(例如碳數為1至15之烷氧基)、鹵素原子、羥基、或苯硫基,作為取代基。取代基較佳為碳數為1至12之線形或分支烷基、碳數為3至12之環烷基、或碳數為1至12之線形、分支或環形烷氧基,更佳為碳數為1至4之烷基、或碳數為1至4之烷氧基。取代基可取代R201
至R203
三員之一,或者可取代三員全部。在R201
至R203
為芳基之情形,取代基較佳為在芳基之對位置處取代。
以下敘述化合物(ZI-2)。
化合物(ZI-2)為一種其中式(ZI)中R201
至R203
各獨立地表示無芳環有機基之化合物。在此使用之芳環包括含雜原子芳環。
作為R201
至R203
之無芳環有機基通常碳數為1至30,較佳為1至20。
R201
至R203
各獨立地較佳為烷基、環烷基、烯丙基、或乙烯基,更佳為線形、分支或環形2-氧烷基、或烷氧基羰基甲基,仍更佳為線形或分支2-氧烷基。
作為R201
至R203
之烷基可為線形或分支,而且較佳為碳數為1至10之線形或分支烷基(例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基)。作為R201
至R203
之烷基更佳為線形或分支2-氧烷基、或烷氧基甲基。
作為R201
至R203
之環烷基較佳為碳數為3至10之環烷基(例如環戊基、環己基、降莰烷基)。
作為R201
至R203
之環烷基更佳為環形2-氧烷基。
作為R201
至R203
之2-氧烷基可為線形、分支或環形
,而且較佳為在上述烷基或環烷基之2-位置處具有>C=O之基。
作為R201
至R203
之烷氧基羰基甲基中之烷氧基較佳為碳數為1至5之烷氧基(例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基)。
R201
至R203
各可進一步經鹵素原子、烷氧基(例如碳數為1至5之烷氧基)、羥基、氰基、或硝基取代。
化合物(ZI-3)為由下式(ZI-3)表示之化合物,而且其為具有苯醯基鋶鹽結構之化合物。
在式(ZI-3)中,R1
c至R5
c各獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、烷氧基、或鹵素原子。
R6
c與R7
c各獨立地表示氫原子、烷基或環烷基。
Rx與Ry各獨立地表示烷基、環烷基、烯丙基、或乙烯基。
R1
c至R7
c任二或更多員、或Rx與Ry對可彼此組合形成環結構,而且環結構可含氧原子、硫原子、酯鍵、或醯胺鍵。因組合R1
c至R7
c任二或更多員、或Rx與Ry對而形成之基的實例包括伸丁基與伸戊基。
X-
表示非親核性陰離子,而且其實例係與式(ZI)中x-
之非親核性陰離子相同。
作為R1
c至R7
c之烷基可為線形或分支,例如碳數為1
至20之線形或分支烷基,較佳為碳數為1至12之線形或分支烷基(例如甲基、乙基、線形或分支丙基、線形或分支丁基、與線形或分支戊基)。
作為R1
c至R7
c之環烷基較佳為碳數為3至8之環烷基(例如環戊基、環己基)。
作為R1
c至R5
c之烷氧基可為線形、分支或環形,例如碳數為1至10之烷氧基,較佳為碳數為1至5之線形或分支烷氧基(例如甲氧基、乙氧基、線形或分支丙氧基、線形或分支丁氧基、或線形或分支戊氧基)、或碳數為3至8之環形烷氧基(例如環戊氧基、環己氧基)。
其較佳為其中R1
c至R5
c任一為線形或分支烷基、環烷基、或線形、分支或環形烷氧基之化合物,而且更佳為其中R1
c至R5
c之碳數和為2至15之化合物。藉此構成更為增強溶劑溶解度且抑制儲存期間之顆粒產生。
作為Rx與Ry之烷基係與作為R1
c至R7
c之烷基相同。作為Rx與Ry之烷基較佳為線形或分支2-氧烷基、或烷氧基羰基甲基。
線形、分支或環形2-氧烷基包括在作為R1
c至R7
c之烷基或環烷基的2-位置處具有>C=O之基。
烷氧基羰基甲基中之烷氧基係與作為R1
c至R5
c之烷氧基相同。
Rx與Ry各較佳為碳數為4或更大,更佳為6或更大,仍更佳為8或更大之烷基。
在式(ZII)及(ZIII)中,R204
至R207
各獨立地表示芳基
(其可具有取代基)、烷基(其可具有取代基)、或環烷基(其可具有取代基)。
R204
至R207
之芳基較佳為苯基或萘基,更佳為苯基。
R204
至R207
之烷基可為線形或分支,而且較佳為碳數為1至10之線形或分支烷基(例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基)。
R204
至R207
之環烷基較佳為碳數為3至10之環烷基(例如環戊基、環己基、降莰烷基)。
R204
至R207
各可具有之取代基的實例包括烷基(例如碳數為1至15之烷基)、環烷基(例如碳數為3至15之環烷基)、芳基(例如碳數為6至15之芳基)、烷氧基(例如碳數為1至15之烷氧基)、鹵素原子、羥基、與苯硫基。
X-
表示非親核性陰離子,而且與式(ZI)中X-
之非親核性陰離子相同。
在以光化射線或輻射照射時可產生酸之化合物中,較佳化合物進一步包括由下式(ZIV)、(ZV)及(ZVI)表示之化合物:
在式(ZIV)至(ZVI)中,Ar3
與Ar4
各獨立地表示經取代或未取代芳基。
R208
表示經取代或未取代烷基、經取代或未取代環烷
基、或經取代或未取代芳基。
R209
與R210
各表示經取代或未取代烷基、經取代或未取代環烷基、經取代或未取代芳基、或電子吸引基。R209
較佳為經取代或未取代芳基,及R210
較佳為電子吸引基,更佳為氰基或氟烷基。
A表示經取代或未取代伸烷基、經取代或未取代伸烯基、或經取代或未取代伸芳基。
在以光化射線或輻射照射時可產生酸之化合物中較佳為由式(ZI)至(ZIII)表示之化合物,更佳為由式(ZI)及(ZII)表示之化合物,而且仍更佳為由式(ZI-1)至(ZI-3)表示之化合物。
此外其較佳為在以光化射線或輻射照射時可產生由下式(AC1)至(AC3)任一表示之酸的化合物。
即較佳產酸劑為一種其中在式(ZI)之結構中,X-
為選自式(AN1)、(AN3)及(AN4)之陰離子的化合物,而且更佳化合物為一種其中X-
為選自式(AN3)及(AN4)之陰離子的化合物。
以下敘述在以光化射線或輻射照射時可產生酸之化合物中的特佳實例。
這些產酸劑之一可單獨使用,或者其二或更多種可組合使用。在組合使用二或更多種之情形,其較佳為組合可產生二或更多種原子總數(氫原子除外)相差2或更大之有機酸的化合物。
組成物中產酸劑之含量按負光阻組成物之總固體含量計較佳為0.1至20質量%,更佳為0.5至10質量%,仍更佳為1至7質量%。
作為式(2)中R3
至R6
之烷基、烯基、芳基、與芳烷基各可具有取代基。又R3
至R6
之二或更多個基可組合形成脂環或芳環。
R3
至R6
各較佳為碳數為1至30之線形或分支烷基、碳數為1至30之線形或分支烯基、碳數為6至18之線形或分支芳基、碳數為7至18之線形或分支芳烷基、或包括這些基之組合之基。
這些基各可具有取代基,而且取代基之實例包括式(1)中R1
之取代基、及羥基。此外這些基之中各可具有鍵聯基,如醚基、酯基與醯胺基。
R3
至R6
各更佳為碳數為1至25之線形或分支烷基、或碳數為1至25之線形或分支烯基,仍更佳為碳數為1至20之線形或分支烷基。
在作為B-
之R7
-CO2 -
基與R7
-SO3 -
基中,R7
較佳為表示碳數為1至8之線形或分支烷基、碳數為1至8之線形或分支烯基、碳數為6至18之線形或分支芳基、或碳數為7
至18之線形或分支芳烷基。
B-
較佳為OH-
基、鹵素原子(例如氯、溴、碘、氟)、或R7
-CO2 -
基(其中R7
較佳為碳數為1至12,更佳為1至6之烷基),更佳為OH-
基、鹵素原子(例如氯、溴、碘、氟)、或R7
-CO2 -
基(其中R7
較佳為碳數為1至4之烷基)。
以下敘述成分(D)之指定較佳實例,但是本發明不受其限制。
用於本發明之成分(D)的含量按負光阻組成物之總固體含量計較佳為0.01至10質量%,更佳為0.03至5質量%,仍更佳為0.05至3質量%。
在本發明中,作為成分(D)之四級銨鹽之一可單獨使用,或者其二或更多種可混合及使用。
作為成分(E)之有機羧酸化合物並未特別地限制,而且
例如飽和或不飽和脂族羧酸、脂環羧酸、氧基羧酸、烷氧基羧酸、酮基羧酸、與芳族羧酸均可使用。其實例包括單價或多價脂族羧酸,如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、與己二酸,脂環羧酸,如1,1-環己烷二羧酸、1,2-環己烷二羧酸、1,3-環己烷二羧酸、1,4-環己烷二羧酸、與1,1-環己基二乙酸,不飽和脂族羧酸,如丙烯酸、巴豆酸、異巴豆酸、3-丁烯酸、甲基丙烯酸、4-戊烯酸、丙炔酸、2-丁烯酸、順丁烯二酸、反丁烯二酸、與乙炔羧酸,氧基羧酸,如氧基乙酸,烷氧基羧酸,如甲氧基乙酸與乙氧基乙酸,酮基羧酸,如丙酮酸、苯甲酸、對羥基苯甲酸、鄰羥基苯甲酸、2-羥基-3-硝基苯甲酸、3,5-二硝基苯甲酸、2-硝基苯甲酸、2,4-二硝基苯甲酸、2,5-二硝基苯甲酸、2,6-二硝基苯甲酸、3,5-二硝基苯甲酸、2-乙烯基苯甲酸、4-乙烯基苯甲酸、酞酸、對酞酸、異酞酸、2-萘甲酸、1-羥基-2-萘甲酸、與2-羥基-3-萘甲酸。在本發明中,在真空使用電子束形成圖案時,有機羧酸可自光阻膜表面蒸發而污染成像室,因此較佳化合物為具有芳族之有機羧酸。其中更佳為例如苯甲酸、1-羥基-2-萘甲酸與2-羥基-3-萘甲酸。
這些有機羧酸之一可單獨使用,或者其二或更多種可組合使用。
有機羥酸(E)之摻合量為每100質量份之鹼溶性聚合物(A)較佳為0.01至10質量份,更佳為0.01至5質量份,仍更佳為0.01至3質量份。
又作為成分(D)之四級銨鹽與作為成分(E)之有機羧酸間的摻合比例較佳為(D)/(E)=5至95/95至5(質量比),更佳為(D)/(E)=10至90/90至10(質量比)。
如果需要,則本發明之負光阻組成物可進一步含已知化合物,如含氮有機鹼性化合物、染料、界面活性劑、可光解鹼性化合物、與光產鹼劑。這些化合物之實例包括JP-A-2002-6500號專利所述之各化合物。
又用於本發明負光阻組成物之溶劑的實例包括類似地敘述於JP-A-2002-6500號專利之溶劑。
溶劑之較佳實例包括乙二醇一甲醚乙酸酯、環己酮、2-庚酮、丙二醇一甲醚、丙二醇一甲醚乙酸酯、丙二醇一甲醚丙酸酯、丙二醇一乙醚乙酸酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、β-甲氧基異丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、甲基異丁基酮、乙酸乙酯、乙酸異戊酯、乳酸乙酯、甲苯、二甲苯、乙酸環己酯、二丙酮醇、N-甲基吡咯啶酮、N,N-二甲基甲醯胺、γ-丁內酯、N,N-二甲基乙醯胺、碳酸伸丙酯、與碳酸伸乙酯。這些溶劑之一可單獨使用,或者一些可組合使用。
光阻組成物之固體材料較佳為以1至40質量%,更佳為1至30質量%,仍更佳為3至20質量%之固體材料濃度溶於上述溶劑。
本發明之負光阻組成物係塗覆在基板上形成薄膜。此塗膜之厚度較佳為0.05至4.0微米。
如果需要,則本發明可使用市售無機或有機抗反射膜
。此外抗反射膜可藉由將其塗覆在光阻上層而使用。至於此抗反射膜,其可使用JP-A-2002-6500號專利所述之抗反射膜。
以下敘述本發明之負光阻組成物的使用模式。
例如在精密積體電路之製造中,在光阻膜上形成圖案之步驟包括將本發明之負光阻組成物直接塗覆在基板(例如矽/二氧化矽膜、玻璃基板、金屬基板、氮化矽基板、氮化鈦基板、或氧化鉻基板)上,或者在藉由事先塗覆在基板上而提供之抗反射膜上以來自光源之輻射或光化射線直接或經光罩照射塗膜,而且將光阻膜加熱、顯影、清洗、及乾燥,藉此可形成良好之光阻圖案。在本發明中,基板較佳為矽(裸矽)以外之基板,更佳為其表面上提供金屬沉積膜或含金屬膜之基板,仍更佳為其表面上提供Cr、MO、MoSi、TaSi、或其氧化物或氮化物之蒸氣沉積膜、或含Cr、·Mo、MoSi、TaSi、或其氧化物或氮化物之膜的基板,又更佳為其表面上提供Cr、MoSi、TaSi、或其氧化物或氮化物之膜的基板。
光源較佳為發射波長150至250奈米之光(特別是KrF準分子雷射(248奈米)、ArF準分子雷射(193奈米)、或F2
準分子雷射(157奈米))、電子束或X-射線的光源。本發明中最佳為使用發射電子束或X-射線之曝光光源。
用於本發明之負光阻組成物的顯影劑可為已知顯影劑而且其實例包括JP-A-2002-6500號專利所述之顯影劑。
以下參考實例詳述本發明,但是本發明不應視為受其限制。
(1)鹼溶性聚合物(成分A)
合成例1(樹脂(29)之合成):
將4-乙醯氧基苯乙烯(3.9克(0.024莫耳))與0.8克(0.006莫耳)之4-甲氧基苯乙烯溶於30毫升之1-甲氧基-2-丙醇,及在氮流中攪拌下在70∘C經2小時對其加入70毫升含50毫克之2,2’-偶氮貳(2,4-二甲基戊腈)(V-65,商標名,Wako Pure Chemical Industries,Ltd.製造)作為聚合引發劑、9.1克(0.056莫耳)之4-乙醯氧基苯乙烯、與1.9克(0.014莫耳)之4-甲氧基苯乙烯的1-甲氧基-2-丙醇溶液。在2小時後加入50毫克之引發劑,而且將反應進一步進行2小時。然後將溫度升至90∘C,及將攪拌持續1小時。將所得反應溶液冷卻,然後以劇烈攪拌倒入1公升之離子交換水中而沉澱白色樹脂。將所得樹脂乾燥然後溶於100毫升之甲醇,及在加入25%氫氧化四甲銨以水解樹脂中之乙醯氧基後,將所得溶液以氫氯酸水溶液中和而沉澱白色樹脂。將此樹脂以離子交換水清洗且在低壓下乾燥而得11.6克之本發明樹脂(29)。藉GPC測量所得樹脂之分子量且發現具有9,200之重量平均分子量(Mw,按聚苯乙烯換算)及2.0之分散性(Mw/Mn)。
以相同方式合成作為用於本發明之成分(A)的聚合物。(2)交聯劑(成分B)之合成
(HM-1)之合成:
將1-[α-甲基-α-(4-羥基苯基)乙基]-4-〔α,α-貳(4-羥基苯基)乙基]苯(Honshu Chemical IndustryC o.,Ltd.製造之Trisp-PA)(20克)加入10%氫氧化鉀水溶液且攪拌溶解,及在攪拌此溶液時在室溫經1小時對其逐漸加入60毫升之37%甲醛水溶液。在室溫進一步攪拌6小時後,將溶液倒入稀硫酸水溶液中,而且藉過濾收集形成之沉澱,以水完全清洗,然後由30毫升之甲醇再結晶而得到20克具有下示結構之含羥基甲基酚衍生物[HM-1]白色粉末。純度為92%(如液態層析方法所測定)。
(MM-1)之合成:
將以上合成例得到之含羥基甲基酚衍生物[HM-1](20克)加入1公升之甲醇且在加熱下攪拌溶解。繼而將1毫升之濃硫酸加入所得溶液,及將混合物在加熱下回流12小時。在反應結束後將反應溶液冷卻,及對其加入2克之碳酸鉀。將此混合物充分地濃縮,及對其加入300毫升之乙酸乙酯。將所得溶液以水清洗,然後濃縮至乾而得到22克具有下示結構之含甲氧基甲基酚衍生物[MM-1]白色固體。其純度為90%(如液態層析方法所測定)。
此外以相同方式合成下示酚衍生物。
[實例1]
(1)負光阻塗覆溶液之製備及塗覆
(負光阻塗覆溶液之組成物)
將以上塗覆溶液溶於9.0克之丙二醇一甲醚乙酸酯,及對其加入0.001克PF6320(OMNOVA製造,以下簡稱為W-l”)作為界面活性劑且溶解。將所得溶液經孔度為0.1微米之薄膜過濾器微過濾而得光阻溶液。
使用Tokyo Electron Ltd.製造之旋塗器Mark8,將此光阻溶液塗覆在其上具有藉如光罩用遮蔽膜之相同處理蒸氣沉積之Cr氧化物的6吋矽晶圓上,及在110∘C加熱板上乾燥90秒而得厚0.3微米之光阻膜。
(2)負光阻圖案之製造
使用電子束成像裝置(Hitachi,Ltd.製造之HL750,加速電壓:50 KeV)使此光阻膜接受圖案照射。在照射後將光阻膜在120∘C加熱板上加熱90秒,浸於2.38質量%氫氧化四甲銨(TMAH)水溶液經60秒,以水清洗30秒,及乾燥。藉以下方法評估所得圖案之敏感度、解析力、圖案外形、及線邊緣粗度。
(2-1)敏感度
使用掃描電子顯微鏡(S-4300,Hitachi,Ltd.製造)觀察所得圖案之橫切面外形,及將解析0.15-微米線(線:間隙=1:1)所需之曝光劑量定義為敏感度。
(2-2)解析力
將產生以上定義之敏感度之曝光劑量的限制解析力(分離線與間隙且解析)定義為解析力。
(2-3)圖案外形
使用掃描電子顯微鏡(S-4300,Hitachi,Ltd.製造)觀察在產生以上定義之敏感度的照射劑量之0.15-微米線圖案之橫切面外形,而且按長方形、稍微磨損及磨損之三點尺度評比。
(2-4)線邊緣粗度
在產生以上敏感度之照射劑量,在0.15-微米線圖案之縱向方向的50微米區域中於任意30點測量線寬,而且以3σ評估其變動。
(2-5)真空PED特性
將晶圓固定在真空室中且以產生以上敏感度之照射劑量的電子束照射,及立刻或在照射後3小時將晶圓在120∘C烘烤(熱處理)90秒,然後如上所述顯影而得線圖案。
對於在電子束照射後立刻實行烘烤及顯影而得之0.15-微米線圖案、及在電子束照射後3小時實行烘烤及顯影而得之0.15-微米線圖案,經掃描電子顯微鏡(S-9220,Hitachi,Ltd.製造)測量線寬,而且將其間之差定義為真空PED特
性。
實例1之結果良好,即敏感度:6.0 μC/平方公分,解析力:0.11微米,圖案外形:長方形,線邊緣粗度:6.0奈米,及真空PED特性:2.0奈米。
以如實例1之相同方式實行光阻溶液之製備及負圖案之形成,除了使用以下表1所示之各成分。在表1中,使用二或更多種成分之比例為質量比。評估結果示於表2。
以如實例1之相同方式實行光阻溶液之製備及負圖案之形成,除了如表1所示,不使用作為成分(E)之有機羧酸。評估結果示於表2。
以如實例1之相同方式實行光阻溶液之製備及負圖案之形成,除了如表1所示,使用不具有式(1)之重複單元的酚醛樹脂作為成分(A)之樹脂。評估結果示於表2。
以如實例1之相同方式實行光阻溶液之製備及負圖案之形成,除了如表1所示,僅使用已知之含氮有機鹼性化合物但不使用作為成分(D)之四級銨鹽。評估結果示於表2。
以下敘述表中之簡寫。
(交聯劑)
用於表1之產酸劑如下。
C-1:九氟丁磺酸三苯基鋶
C-2:五氟苯磺酸三苯基鋶
C-3:2,4-二甲基苯磺酸三苯基鋶
C-4:五氟苯磺酸聯苯基-4-環己基苯基鋶
用於表1之產酸劑如下。
E-1:苯甲酸
E-2:2-萘甲酸
E-3:2-羥基-3-甲酸
E-4:鄰羥基苯甲酸
用於表1之其他成分如下(均由Tokyo Kasei Kogyo Co.,Ltd.製造)。
F-1:2,4,5-三苯基咪唑
F-2:4-二甲胺基吡啶
F-3:三苯胺
G-1:三甲銨鹽酸鹽
用於表1之溶劑如下。
S-1:丙二醇一甲醚乙酸酯
S-2:丙二醇一甲醚
用於表1之界面活性劑如下。
W-1:PF6320(OMNOVA製造)
W-2:Megafac F176(Dainippon Ink&Chemicals,Inc.製造)
由表2可知,本發明負光阻組成物關於敏感度、解析力、圖案外形、線邊緣粗度、及真空PED特性優良,而且確保良好之性能。
依照本發明可提供一種關於敏感度、解析力、圖案外形、線邊緣粗度、及真空PED特性優良之負光阻組成物,及一種使用此組成物形成圖案之方法。
本申請案中已請求外國優先權益之各外國專利申請案的全部揭示在此併入作為參考,如同全部敘述。
Claims (6)
- 一種負光阻組成物,其係包括:(A)含由式(1)表示之重複單元的鹼溶性聚合物;(B)在酸之作用下可與鹼溶性聚合物(A)交聯之交聯劑;(C)在以光化射線或輻射照射時可產生酸之化合物;(D)由式(2)表示之四級銨鹽;及(E)芳族羧酸:
- 如申請專利範圍第1項之負光阻組成物,其中交聯劑(B)為在其分子內具有二或更多個苯環且不含氮原子之酚化合物。
- 一種形成圖案之方法,其係包括:由如申請專利範圍第1項之負光阻組成物形成光阻膜;及將該光阻膜曝光及顯影。
- 如申請專利範圍第1項之負光阻組成物,其中鹼溶性聚合物(A)進一步包括至少一種選自由式(3)、(4)及(5)所表示之重複單元的重複單元:
- 如申請專利範圍第1項之負光阻組成物,其中交聯劑(B)為分子量1,200或更小之酚衍生物,在其分子內含3至5個苯環,及具有總共二或更多個羥基甲基或烷氧基甲基,該二或更多個羥基甲基或烷氧基甲基係以濃縮方式或分散於苯環間而鍵結至少任一苯環。
- 如申請專利範圍第1項之負光阻組成物,其中芳族羧酸(E)係選自苯甲酸、1-羥基-2-萘甲酸與2-羥基-3-萘甲酸至少之一。
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