TWI422978B - 光阻下層膜形成組成物及光阻圖型之形成方法 - Google Patents

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Description

光阻下層膜形成組成物及光阻圖型之形成方法
本發明係關於一種在製造半導體裝置之過程之微影術步驟中，為得到所期望形狀之光咀圖型起見，用以在基板及其上所形成之光阻膜間可形成光阻下層膜之有用之組成物。在將光阻膜進行曝光時，如可將反射波對於該膜之影響由光阻下層膜加以抑制時，其光阻下層膜即可稱為防反射膜。
用以形成在微影術步驟中所使用之防反射膜之組成物，已為人所知悉(專利文獻1至專利文獻4參照)。在專利文獻1中，揭示了將含苯核之乙烯基單體，例如一種組成物，其係包含具有由苯乙烯所衍生之構造單位及(甲基)丙烯基醯胺衍生物衍生之構造單位之共聚物。該組成物，特別係用於以ArF準分子雷射作為光源之微影術步驟中。
專利文獻2，揭示了一種用以形成防反射膜之組成物，其包含之共聚物係具有含蒽核之(甲基)丙烯酸酯單體所衍生之構造單位，而非上述含苯核之乙烯基單體所衍生之構造單位。
專利文獻3，揭示了一種用以形成防反射膜之組成物，其係使用烷氧基烷基三聚氰胺或烷氧基烷基苯并鳥糞胺所形成之聚合物，且其含有之聚合物係具有介由結合於氮原子之-CH2 -、-CH2 OCH2 -等之交聯基而彼此連結之構造單位。
專利文獻4中，揭示了一種用以形成防反射膜之組成物，其含有之聚合物係藉由：至少1個甘脲化合物及含有至少1個羥基及/或酸之至少1個化合物，進行反應而製得者。
然而，在專利文獻1及專利文獻2中，並未記載一種聚合物，其係以含有芳香環之構造及含有氮原子之構造之至少一者作為主鏈者。而在專利文獻3及專利文獻4中所揭示之聚合物，則被認係非線狀聚合物。
專利文獻1：特開2000-313779號公報
專利文獻2：特開2001-027810號公報
專利文獻3：特表2003-531252號公報
專利文獻4：國際公開第2006/030320號手冊
光阻下層膜，係被希望藉由塗佈溶液狀之光阻下層膜形成組成物，並使之硬化，即可容易地成膜。因此，該組成物在藉由加熱等而容易硬化之同時，一定要含有對於所定溶劑之溶解性為高之化合物(聚合物)。相反地，由前述組成物所得到之光阻下層膜，則被希望對於光阻溶劑為不溶。
進而，光阻下層膜，被要求相較於光阻圖型而言，其乾蝕刻速度須更大(乾蝕刻速度之選擇比要大)。然而，在專利文獻1及專利文獻2中所記載之含有丙烯基系樹脂之組成物所形成之光阻下層膜，其在乾蝕刻速度上未必可獲得滿足。考慮係構成丙烯基系樹脂之主鏈之碳與碳之鍵結(C-C鍵結)，相較於碳與氧之鍵結(C-O鍵結)而言，因乾蝕刻所導致其不容易斷裂所致。
本發明之目的，係提供一種組成物，其乾蝕刻速度之選擇比大，在例如ArF準分子雷射(波長約193nm)等短波長下之k值及折射率n能顯示所期望之值，進而能形成具有溶劑耐性之光阻下層膜。此外，本發明之目的，並提供一種組成物，其光阻下層膜上之光阻圖型能成為所期望之形狀，而形成光阻下層膜。
本發明之第一態樣，係一種微影術用光阻下層膜形成組成物，其特徵為包含：在主鏈上具有含有芳香環之構造及含有氮原子之構造之至少一者之線狀聚合物及溶劑；且該芳香環或該氮原子有至少一個烷氧基烷基或羥基烷基為直接連接者。所謂線狀聚合物，未必指直線形狀之聚合物。除線狀聚合物之外，亦可為二次元聚合物。
本發明之光阻下層膜形成組成物，其中係於該線狀聚合物之主鏈上具有下式(1)、(2)或(3)所示之構造，
(式中，m1 為1至4之整數，n1 為0至3之整數，m1 +n1 為滿足1≦(m1 +n1 )≦4之關係，m2 為1至6之整數，m3 為1至8之整數，各Y係各自獨立地為碳原子數1至10之烷基或氫原子)。
本發明之光阻下層膜形成組成物，其中係於該線狀聚合物之主鏈上，將前式(1)、(2)或(3)所示之構造，改為具有下式(4)所示之構造，
(式中，各m1 係各自獨立地為1至4之整數，各n1 係各自獨立地為0至3之整數，m1 +n1 為滿足1≦(m1 +n1 )≦4之關係，各Y係各自獨立地為碳原子數1至10之烷基或氫原子)。除前式(1)、(2)或(3)所示之構造外，其亦可具有前式(4)所示之構造。
本發明之光阻下層膜形成組成物，其中係於該線狀聚合物之主鏈上，將前式(1)、(2)、(3)或(4)所示之構造，改為具有下式(5)所示之構造，
(式中，各m1 係各自獨立地為1至4之整數，各n1 係各自獨立地為0至3之整數，m1 +n1 為滿足1≦(m1 +n1 )≦4之關係，各Y係各自獨立地為碳原子數1至10之烷基或氫原子，A1 及A2 係各自獨立地為氫原子、碳原子數1至4之烷基或-CF3 )。除前式(1)、(2)、(3)或(4)所示之構造外，其亦可具有前式(5)所示之構造。
本發明之光阻下層膜形成組成物，其中係於該線狀聚合物之主鏈上，將前式(1)、(2)、(3)、(4)或(5)所示之構造，改為具有下式(6)所示之構造，
(式中，R1 為碳原子數1至6之烷基、碳原子數1至6之烷氧基、碳原子數3至6之鏈烯基、鹵原子、硝基、氰基、羥基、碳原子數1至6之烷基硫代基或-CH2 -O-Y所示之取代基，各Y係各自獨立地為碳原子數1至10之烷基或氫原子)。除前式(1)、(2)、(3)、(4)或(5)所示之構造外，其亦可具有前式(6)所示之構造。
該線狀聚合物係具有下式(7)、(8)、(9)、(10)、(11)或(12)所示之構造，
{式中，各s係各自獨立地表示3至1000之重複單位之數，各m1 係各自獨立地表示1至4之整數，各n1 係各自獨立地表示0至3之整數，m1 +n1 為滿足1≦(m1 +n1 )≦4之關係，m2 為1至6之整數，m3 為1至8之整數，A1 及A2 係各自獨立地表示氫原子、碳原子數1至4之烷基或-CF3 ，R1 為碳原子數1至6之烷基、碳原子數1至6之烷氧基、碳原子數3至6之鏈烯基、鹵原子、硝基、氰基、羥基、碳原子數1至6之烷基硫代基或-CH2 -O-Y所示之取代基，各Y係各自獨立地為碳原子數1至10之烷基或氫原子，各Q係各自獨立地表示下式(13)、(14)、(15)、(16)、(17)或(18)所示之構造，
[上述式中，R2 、R3 、R4 及R5 係各自獨立地表示碳原子數1至6之烷基、碳原子數1至6之烷氧基、碳原子數3至6之鏈烯基、鹵原子、硝基、氰基、羥基或碳原子數1至6之烷基硫代基，t1 為0至4之整數，t2 為0至10之整數，t3 為0至6之整數，t4 為0至8之整數，k為1至10之整數，X1 係下式(19)、(20)或(21)所示之構造，
(上述式中，R6 、R7 、R8 、R9 及R10 係各自獨立地表示氫原子、碳原子數1至6之烷基、碳原子數3至6之鏈烯基、苄基或苯基，該苯基亦可為以選自碳原子數1至6之烷基、鹵原子、碳原子數1至6之烷氧基、硝基、氰基、羥基、及碳原子數1至6之烷基硫代基所成群之基進行取代者，此外，R6 及R7 以及R8 及R9 亦可為互相結合而形成碳原子數3至6之環)]}。
該線狀聚合物係具有該式(10)所示之構造{式中，s係3至1000之重複單位之數，各m1 係各自獨立地表示1至4之整數，各n1 係各自獨立地表示0至3之整數，m1 +n1 為滿足1≦(m1 +n1 )≦4之關係，各Y係各自獨立地為碳原子數1至10之烷基或氫原子，Q係表示該式(18)[式中，X1 係前式(21)(式中，R10 係氫原子、碳原子數1至6之烷基、碳原子數3至6之鏈烯基、苄基或苯基，該苯基亦可為以選自碳原子數1至6之烷基、鹵原子、碳原子數1至6之烷氧基、硝基、氰基、羥基、及碳原子數1至6之烷基硫代基所成群之基進行取代者)]}，以及下式(22)所示之構造，
{上式中，各Q係各自獨立地為前式(18)[式中，X1 係前式(21)(式中，R10 係氫原子、碳原子數1至6之烷基、碳原子數3至6之鏈烯基、苄基或苯基，該苯基亦可為以選自碳原子數1至6之烷基、鹵原子、碳原子數1至6之烷氧基、硝基、氰基、羥基、及碳原子數1至6之烷基硫代基所成群之基進行取代者)]}。
本說明書中所記載之烷氧基烷基、羥基烷基、烷基、鏈烯基、烷氧基及烷基硫代基，其並無限定為直鏈狀，亦可為分枝構造或環狀構造。鹵原子，例如有氟原子、氧原子、溴原子、碘原子。
本發明之光阻下層膜形成組成物中所含之溶劑，例如可為選自丙二醇單甲基醚(PGME)、丙二醇單甲基醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇單丙基醚、甲乙酮、乳酸乙酯、環己酮、γ-丁內酯、N-甲基吡咯烷酮中，至少一種而成者。
除去上述溶劑之組成物成分係定義為固態成分，惟該固態成分係包含聚合物，及，如有需要時添加之添加物。如有分子量較線狀聚合物為低之固體添加物存在時，因為會造成在熱硬化所致之光阻下層膜形成時所發生之昇華物之原因，所以該添加物之量應控制在最小之限度。如不含添加物時，固態成分中之線狀聚合物之比例，可作為100質量%。在本發明之光阻下層膜形成組成物中所含之固態成分之比例，相對於該光阻下層膜形成組成物而言，例如可為0.1質量%以上30質量%以下者。此外，固態成分中之線狀聚合物，亦可含有非主成分之添加物(例如交聯劑)。
本發明之光阻下層膜形成組成物，亦可進一步含有交聯劑作為添加物。所添加之交聯劑，例如可為結合有羥甲基或烷氧基甲基之具有2至4個氮原子之含氮化合物，其比例相對於本發明之組成物中之聚合物而言，例如可為0質量%以上70質量%以下。所謂0質量%，係指不含該添加物之意。交聯劑之具體例子，有六甲氧基甲基三聚氰胺、四甲氧基甲基苯并鳥糞胺、1,3,4,6-四(甲氧基甲基)甘脲、1,3,4,6-四(丁氧基甲基)甘脲、1,3,4,6-四(羥基甲基)甘脲、1,3-雙(羥基甲基)尿素、1,1,3,3-四(丁氧基甲基)尿素及1,1,3,3-四(甲氧基甲基)尿素。
本發明之光阻下層膜形成組成物，亦可進一步含有具有酸性之化合物及/或熱酸發生劑作為添加物。具有酸性之化合物及/或熱酸發生劑，係具有促進交聯反應之作用。具有酸性之化合物，例如磺酸化合物，其具體例子有p-苯酚磺酸、p-甲苯磺酸、三氟甲烷磺酸、吡啶鎓-p-甲烷磺酸、樟腦磺酸、5-磺基水楊酸、4-氯苯磺酸、4-羥基苯磺酸、苯二磺酸、1-萘磺酸及吡啶鎓-1-萘磺酸。熱酸發生劑，其具體例子有4-乙酸基苯基二甲基鎏六氟砷酸鹽、苄基-4-羥基苯基甲基鎏六氟銻酸鹽、4-乙酸基苯基苄基甲基鎏六氟銻酸鹽、二苄基-4-羥基苯基鎏六氟銻酸鹽、4-乙酸基苯基苄基鎏六氟銻酸鹽、3-苄基苯并噻唑鹽鎏六氟銻酸鹽、2,4,4,6-四溴環己二烯酮、苯偶因甲苯磺酸鹽、2-硝基苄基甲苯磺酸鹽。具有酸性之化合物及/或熱酸發生劑之比例，相對於本發明之組成物中之聚合物而言，例如係0質量%以上20質量%以下。熱酸發生劑，可作為光酸發生劑而作用之化合物，亦可將熱酸發生劑改成光酸發生劑而作為添加物使用。
本發明之光阻下層膜形成組成物，亦可進一步含有作為添加物之界面活性劑。界面活性劑，係用以提升對於基板之塗佈性之添加物。可使用非離子系界面活性劑、氟系界面活性劑等習知之界面活性劑，其比例，相對於本發明之組成物中之聚合物而言，例如係0質量%以上10質量%以下。
本發明之光阻下層膜形成組成物，亦可進一步含有作為添加物之雙酚S。雙酚S，係具有在光阻下層膜上所形成光阻圖型，可得到所期望之形狀之效果。具體而言，光阻圖型，其在基板的垂直方向上之斷面形狀，係不容易成為錐狀，而容易成為矩形狀。雙酚S之比例，相對於本發明之組成物中之聚合物而言，例如係0質量%以上10質量%以下。
本發明之第2態樣，係一種半導體裝置之製造上使用之光阻圖型之形成方法，該製造係包含：將本發明之微影術用光阻下層膜形成組成物在半導體基板上進行塗佈、加熱，而形成光阻下層膜之步驟；在該光阻下層膜上形成光阻層之步驟；將利用該光阻下層膜及該光阻層所被覆之半導體基板進行曝光之步驟：以及，在曝光後將光阻層進行顯像之步驟。
在本發明之第2態樣中所進行之曝光，係使用ArF準分子雷射。惟亦可使用EUV(波長13.5nm)或電子射線而取代ArF準分子雷射。「EUV」係極遠紫外線之簡稱。用以形成光阻層之光阻，可為正型、負型之任一者，並使用會對於ArF準分子雷射、EUV、或電子射線感光之化學增幅型光阻。
在本發明之第2態樣中所使用之半導體基板，代表者為矽晶圓，惟亦可使用SOI(Silicon on Insulator)基板、或砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、磷化鎵(GaP)等之化合物半導體晶圓。在前述半導體基板上，亦可形成被加工膜，例如結晶性矽膜、非晶質矽膜或氧化矽膜、含氮氧化矽膜(SiON膜)、含碳氧化矽膜(SiOC膜)、含氟氧化矽膜(SiOF膜)等之絕緣膜。此時，光阻下層膜可形成於被加工膜上。
本發明之光阻下層膜形成組成物中所含之聚合物，係線狀聚合物而非三次元構造之故，其對於溶劑之溶解性很優良。而且，此線狀聚合物每1個重複單位具有至少1個烷氧基烷基或羥基烷基，且該烷氧基烷基或羥基烷基含有交聯點，因此，即使不使用交聯劑，亦可藉由加熱等使其自行交聯而硬化。硬化後，由於前述聚合物會成為三次元構造之故，其對於溶劑之耐溶解性會提高。
由本發明之光阻下層膜形成組成物所形成之光阻下層膜，可於其上形成所期望形狀(在基板的垂直方向上之斷面為矩形形狀)之光阻圖型。
 實施發明之最佳型態
本發明之光阻下層膜形成組成物中所含之線狀聚合物，係具有2個環氧基之第1化合物、及具有2處環氧基反應點(例如OH基)及至少1個烷氧基烷基或羥基烷基之第2化合物，進行反應之生成物。第1化合物之環氧基係與第2化合物之環氧基反應點進行反應，而得到線狀聚合物。該線狀聚合物，每1個重複單位係具有例如1個以上4個以下之烷氧基烷基或羥基烷基。烷氧基烷基，例如係以烷氧基甲基，其基於自我交聯性之觀點而較佳；而羥基烷基，則例如羥基甲基，其基於自我交聯性之觀點而較佳。
本發明之光阻下層膜形成組成物中所含之線狀聚合物，其亦可為除了前述第1化合物及前述第2化合物之外，再使用與前述第1化合物進行反應、線狀聚合物所得到之第3化合物，而由此等3種化合物所成之反應生成物。
具有2個環氧基之第1化合物，其具體例子係如下所述，惟未必限於下述例子之範圍。
進一步，具有2處環氧基反應點及至少1個烷氧基烷基或羥基烷基之第2化合物，其具體例子係如下所述，惟未必限於下述例子之範圍。式(34)、式(35)、式(37)、式(39)及式(41)中、〝Me〞表示甲基。
以下，茲就本發明具體地加以說明。惟本發明並不限於下述合成例及實施例之範圍。
本說明書所示之聚合物之平均分子量，係以凝膠滲透色層分析法(以下，簡稱為GPC)所進行之測定結果。測定係使用TOSOH(股)製之GPC裝置，其測定條件等係如以下所示。
GPC管柱：Shodex(註冊商標)‧Asahipak(註冊商標)(昭和電工(股)製)
管柱溫度：40℃
溶劑：N,N-二甲基甲醯胺(DMF)
流量：0.6ml/min
標準試料：聚苯乙烯(TOSOH(股)製)
實施例 <合成例1>
將前式(23)所示之單烯丙基二環氧丙基異三聚氰酸(四國化成工業(股)製)4.0g、前式(33)所示之5,5'-[2,2,2-三氟-1-(三氟甲基)亞乙基]雙[2-羥基-1,3-苯二甲醇](本州化學工業(股)製，商品名稱TML-BPAF-MF)6.6g、及作為觸媒之第4級鏻鹽之三苯基單乙基溴化鏻0.3g，加入丙二醇單甲基醚25.3g內使其溶解後，將反應液加溫至120℃，並於氮氣環境下攪拌4小時。所得到之反應生成物以丙二醇單甲基醚18.1g稀釋之清漆溶液進行GPC分析時，得知其以標準聚苯乙烯換算之重量平均分子量約為39300。
<合成例2>
將前式(23)所示之單烯丙基二環氧丙基異三聚氰酸(四國化成工業(股)製)4.0g、前式(34)所示之3,3',5,5'-四(甲氧基甲基)-[1,1'-聯苯基]-4,4'-二醇(本州化學工業(股)製，商品名稱TMOM-BP)5.2g、及作為觸媒之三苯基單乙基溴化鏻0.3g，加入丙二醇單甲基醚22.1g內使其溶解後，將反應液加溫至120℃，並於氮氣環境下攪拌4小時。所得到之反應生成物以丙二醇單甲基醚15.8g稀釋之清漆溶液進行GPC分析時，得知其以標準聚苯乙烯換算之重量平均分子量約為5800。
<合成例3>
將前式(23)所示之單烯丙基二環氧丙基異三聚氰酸(四國化成工業(股)製)5.0g、前式(40)所示之3,5-二羥基苄基醇(東京化成工業(股)製)2.6g、及作為觸媒之三苯基單乙基溴化鏻0.3g，加入丙二醇單甲基醚18.4g內使其溶解後，將反應液加溫至120℃，並於氮氣環境下攪拌4小時。所得到之反應生成物以丙二醇單甲基醚13.2g稀釋之清漆溶液進行GPC分析時，得知其以標準聚苯乙烯換算之重量平均分子量約為7800。
<合成例4>
將前式(27)所示之1,2-環己烷二羧酸二環氧丙基酯(阪本藥品工業(股)製)4.0g、前式(33)所示之5,5'-[2,2,2-三氟-1-(三氟甲基)亞乙基]雙[2-羥基-1,3-苯二甲醇](本州化學工業(股)製，商品名稱TML-BPAF-MF)6.0g、及作為觸媒之三苯基單乙基溴化鏻0.2g，加入丙二醇單甲基醚23.9g內使其溶解後，將反應液加溫至120℃，並於氮氣環境下攪拌4小時。所得到之反應生成物以丙二醇單甲基醚17.1g稀釋之清漆溶液進行GPC分析時，得知其以標準聚苯乙烯換算之重量平均分子量約為30600。
合成例5
將前式(27)所示之1,2-環己烷二羧酸二環氧丙基酯(阪本藥品工業(股)製)4.5g、前式(34)所示之3,3',5,5'-四(甲氧基甲基)-[1,1'-聯苯基]-4,4'-二醇(本州化學工業(股)製，商品名稱TMOM-BP)5.4g、及作為觸媒之三苯基單乙基溴化鏻0.3g，加入丙二醇單甲基醚23.6g內使其溶解後，將反應液加溫至120℃，並於氮氣環境下攪拌4小時。所得到之反應生成物以丙二醇單甲基醚16.9g稀釋之清漆溶液進行GPC分析時，得知其以標準聚苯乙烯換算之重量平均分子量約為3700。
<合成例6>
將前式(27)所示之1,2-環己烷二羧酸二環氧丙基酯(阪本藥品工業(股)製)7.0g、前式(40)所示之3,5-二羥基苄基醇(東京化成工業(股)製)3.2g、及作為觸媒之三苯基單乙基溴化鏻0.4g，加入丙二醇單甲基醚24.8g內使其溶解後，將反應液加溫至120℃，並於氮氣環境下攪拌4小時。所得到之反應生成物以丙二醇單甲基醚17.8g稀釋之清漆溶液進行GPC分析時，得知其以標準聚苯乙烯換算之重量平均分子量約為2800。
<合成例7>
將前式(23)所示之單烯丙基二環氧丙基異三聚氰酸(四國化成工業(股)製)5.0g、酞酸3.0g、及作為觸媒之第4級銨鹽之單苯基三乙基銨氯化物0.2g溶解於丙二醇單甲基醚19.1g後，將反應液加溫至120℃，於氮氣環境下攪拌24小時。將所得到之反應生成物進行GPC分析時，其以標準聚苯乙烯換算之重量平均分子量為8900。本合成例，不使用前述第2之化合物，即不使用具有2處之環氧反應點及至少一個之烷氧基烷基或羥基烷基之化合物一事上，與本說明書之其他合成例相異。
<合成例8>
將前式(23)所示之單烯丙基二環氧丙基異三聚氰酸(四國化成工業(股)製)60.0g、下式(42)所示之單烯丙基三聚異氰酸(四國化成工業(股)製)31.15g、前式(34)所示之3,3',5,5'-四(甲氧基甲基)-[1,1'-聯苯基]-4,4'-二醇(本州化學工業(股)製，商品名稱TMOM-BP)11.78g、及作為觸媒之第4級銨鹽之單苯基三乙基溴化銨2.47g，加入丙二醇單甲基醚158.09g內使其溶解後，將反應液加溫至120℃，並於氮氣環境下攪拌4小時。所得到之反應生成物以丙二醇單甲基醚263.48g稀釋之清漆溶液進行GPC分析時，得知其以標準聚苯乙烯換算之重量平均分子量約為7700。
本合成例所得到之反應生成物，其除了符合前式(10)之下式(10')所示單位構造以外，並具有下式(43)所示之單位構造。
<實施例1>
在含有本說明書合成例1所得到之聚合物2g之溶液10g中，加入5-磺基水楊酸0.05g、丙二醇單甲基醚23g、及丙二醇單甲基醚乙酸酯31g，而作成溶液。其後，使用孔徑0.10μm之聚乙烯製微過濾器進行過濾，進而使用孔徑0.05μm之聚乙烯製微過濾器進行過濾，而調製成光阻下層膜形成組成物(溶液)。
<實施例2>
除了將本說明書合成例1所得到之聚合物改成合成例2所得到之聚合物以外，其餘與實施例1進行相同之處理。
<實施例3>
除了將本說明書合成例1所得到之聚合物改成合成例3所得到之聚合物以外，其餘與實施例1進行相同之處理。
<實施例4>
除了將本說明書合成例1所得到之聚合物改成合成例4所得到之聚合物以外，其餘與實施例1進行相同之處理。
<實施例5>
除了將本說明書合成例1所得到之聚合物改成合成例5所得到之聚合物以外，其餘與實施例1進行相同之處理。
<實施例6>
除了將本說明書合成例1所得到之聚合物改成合成例6所得到之聚合物以外，其餘與實施例1進行相同之處理。
<實施例7>
除了將本說明書合成例1所得到之聚合物改成合成例8所得到之聚合物以外，其餘與實施例1進行相同之處理。
<實施例8>
在含有本說明書合成例8所得到之聚合物0.271g之溶液1.589g中，加入丙二醇單甲基醚25.358、丙二醇單甲基醚乙酸酯2.964g、四甲氧基甲基甘脲(日本科學工業(股)，商品名稱：POWERLINK(註冊商標)1174)0.068g、p-苯酚磺酸(東京化成工業(股))0.007g、及界面活性劑(DIC(股)，商品名稱：MEGAFACE R-30)0.005g、雙酚S(東京化成工業(股))0.009g，並作成溶液。其後，使用孔徑0.10μm之聚乙烯製微過濾器進行過濾，而調製成光咀下層膜形成組成物。
<比較例1>
除了將本說明書合成例1所得到之聚合物改成合成例7所得到之聚合物以外，其餘與實施例1進行相同之處理。
(對於光咀溶劑之溶離試驗)
將本說明書之實施例1至實施例8及比較例1所調製之光阻下層膜形成組成物，各自以旋轉塗佈器塗佈於矽晶圓上。並於加熱盤上，以205℃加熱1分鐘，而形成光阻下層膜。將該光阻下層膜浸漬於光阻所使用之溶劑(乳酸乙酯)中，再對該溶劑進行溶解與否之確認試驗。其評價之結果示於表1中。
(光學係數之試驗)
將本說明書之實施例1至實施例8及比較例1所調製之光阻下層膜形成組成物，各自以旋轉塗佈器塗佈於矽晶圓上。並於加熱盤上，以240℃加熱1分鐘，而形成光阻下層膜(膜厚度0.06μm)。接著，將此等之光咀下層膜使用橢圓分光儀(J.A.Woollam公司製，VUV-VASE VU-302)，測定其波長193nm下之折射率(n值)及衰減係數(k值)。其評價之結果示於表2中。
(乾蝕刻速度之測定)
將本說明書之實施例1至實施例8及比較例1所調製之光阻下層膜形成組成物，各自以旋轉塗佈器塗佈於矽晶圓上。並於加熱盤上，以205℃加熱1分鐘，而形成光阻下層膜。接著，使用日本科學工業(股)製之RIE系統ES401，並於使用CF4 作為乾蝕刻氣體之條件下，測定其乾蝕刻速度(每單位時間之膜厚度減少量)。
此外，將光咀溶液(住友化學(股)製，商品名稱PAR710)同樣地使用旋轉塗佈器塗佈於矽晶圓上，再於加熱盤上以90℃加熱1分鐘，形成光阻層。接著，使用日本科學工業(股)製之RIE系統ES401，並於使用CF4 作為乾蝕刻氣體之條件下，測定其乾蝕刻速度。
將由上述實施例1至實施例8及比較例1所調製之光阻下層膜形成組成物所得到之光阻下層膜，以及住友化學(股)製之光阻PAR710，就此二者之乾蝕刻速度進行比較，表2中，係將光阻PAR710之乾蝕刻速度作為1.00時，而由各實施例及比較例之光阻下層膜形成組成物所得到之光阻下層膜之乾蝕刻速度，則以「選擇比」表示之。
由表2所示之結果可知，以本發明之光阻下層膜形成組成物所得到之光阻下層膜，其對於波長193nm之光係具有十分有效之折射率及衰減係數。在實施例7及實施例8中，可得到高度之n值(約2.0)。再者，由本發明之光阻下層膜形成組成物所得到之光阻下層膜，其對於光阻係具有大的乾蝕刻速度之選擇比。因此，在光阻下層膜之乾蝕刻進行除去時所需要之時間，就可以被縮短，從而，伴隨著光阻下層膜之乾蝕刻進行除去時，所發生之光阻層膜厚度之減少的不理想狀況，就可以被抑制。
此外，表1所示之結果，可得知僅由本說明書之比較例1所調製之組成物得到之光阻下層膜，係不具有溶劑耐性者。亦即，該光阻下層膜，因為與光阻溶劑產生混合，所以比較例1所調製之組成物明顯地不適用於光阻下層膜形成組成物。
(光阻圖型形狀之評價)
將本說明書之實施例1至實施例3所調製之光阻下層膜形成組成物，以旋轉塗佈器塗佈於矽晶圓上。並於加熱盤上，以205℃加熱1分鐘，而形成膜厚度為50至80nm之光阻下層膜。再於該光阻下層膜上，以旋轉塗佈器將市售之正型光阻溶液(JSR(股)製，商品名稱AR2772JN)進行塗布，於加熱盤上，以130℃加熱90秒，而形成光阻膜(膜厚度0.25μm)。
接著，使用ASML公司製之PAS5500/1100掃瞄器(波長193nm，NA：0.75，σ：0.89/0.55(ANNULAR))，顯像後，光阻之線寬及其線間之寬皆為0.08μm，亦即0.08μm L/S(線寬度/間距)，此種線係以9條而設定成光罩，並經該光罩而進行曝光。其後，在加熱盤上以130℃進行90秒鐘之曝光後加熱，冷卻後以工業規格之60秒單槳葉式步驟，利用0.26規定之四甲基氫氧化銨水溶液作為顯像液，進行顯像。
將與所得到之光阻圖型之基板(矽晶圓)為垂直方向之橫斷面，以掃描型電子顯微鏡(SEM)進行觀察。其結果，所得到之光阻圖型之橫斷面形狀，可觀察到其不論何者皆為良好之直線(延伸的)底部拉引形狀，幾乎就是矩形狀。使用實施例1及實施例3之光阻下層膜形成組成物，再將以前述方法所得到之光阻圖型之橫斷面進行攝影後之SEM影像，各自顯示於圖1(A)及(B)中。
圖1：(A)係使用實施例1之光阻下層膜形成組成物，並以前述方法所得到之光阻圖型之橫斷面進行攝影後之SEM影像。(B)係使用實施例3之光阻下層膜形成組成物，並以前述方法所得到之光阻圖型之橫斷面進行攝影後之SEM影像。

Claims (12)

  1. 一種微影術用光阻下層膜形成組成物，其特徵為包含：在主鏈上具有含有芳香環之構造及含有氮原子之構造之至少一者之線狀聚合物及溶劑，且該芳香環或該氮原子有至少一個烷氧基烷基或羥基烷基為直接連接者；其中於該線狀聚合物之主鏈上具有下式(1)、(2)或(3)所示之構造， (式中，m1 為1至4之整數，n1 為0至3之整數，m1 +n1 為滿足1≦(m1 +n1 )≦4之關係，m2 為1至6之整數，m3 為1至8之整數，各Y係各自獨立地為碳原子數1至10之烷基或氫原子)。
  2. 一種微影術用光阻下層膜形成組成物，其特徵為包含：在主鏈上具有含有芳香環之構造及含有氮原子之構造之至少一者之線狀聚合物及溶劑，且該芳香環或該氮原子有至少一個烷氧基烷基或羥基烷基為直接連接者；其中於該線狀聚合物之主鏈上具有下式(4)所示之 構造， (式中，各m1 係各自獨立地為1至4之整數，各n1 係各自獨立地為0至3之整數，m1 +n1 為滿足1≦(m1 +n1 )≦4之關係，各Y係各自獨立地為碳原子數1至10之烷基或氫原子)。
  3. 一種微影術用光阻下層膜形成組成物，其特徵為包含：在主鏈上具有含有芳香環之構造及含有氮原子之構造之至少一者之線狀聚合物及溶劑，且該芳香環或該氮原子有至少一個烷氧基烷基或羥基烷基為直接連接者；其中於該線狀聚合物之主鏈上具有下式(5)所示之構造， (式中，各m1 係各自獨立地為1至4之整數，各n1 係各自獨立地為0至3之整數，m1 +n1 為滿足1≦(m1 +n1 )≦4之關係，各Y係各自獨立地為碳原子數1至10之烷基或氫原子，A1 及A2 係各自獨立地為氫原子、碳原子數1至4之烷基或-CF3 )。
  4. 一種微影術用光阻下層膜形成組成物，其特徵為包含：在主鏈上具有含有芳香環之構造及含有氮原子之構造之至少一者之線狀聚合物及溶劑，且該芳香環或該氮原子有至少一個烷氧基烷基或羥基烷基為直接連接者；其中於該線狀聚合物之主鏈上具有下式(6)所示之構造， (式中，R1 為碳原子數1至6之烷基、碳原子數1至6之烷氧基、碳原子數3至6之鏈烯基、鹵原子、硝基、氰基、羥基、碳原子數1至6之烷基硫代基或-CH2 -O-Y所示之取代基，各Y係各自獨立地為碳原子數1至10之烷基或氫原子)。
  5. 一種微影術用光阻下層膜形成組成物，其特徵為包含：在主鏈上具有含有芳香環之構造及含有氮原子之構造之至少一者之線狀聚合物及溶劑，且該芳香環或該氮原子有至少一個烷氧基烷基或羥基烷基為直接連接者；其中該線狀聚合物係具有下式(7)、(8)、(9)、(10)、(11)或(12)所示之構造， {式中，各s係各自獨立地表示3至1000之重複單位之數，各m1 係各自獨立地表示1至4之整數，各n1 係各自獨立地表示0至3之整數，m1 +n1 為滿足1≦(m1 +n1 )≦4之關係，m2 為1至6之整數，m3 為1至8之整數，A1 及 A2 係各自獨立地表示氫原子、碳原子數1至4之烷基或-CF3 ，R1 為碳原子數1至6之烷基、碳原子數1至6之烷氧基、碳原子數3至6之鏈烯基、鹵原子、硝基、氰基、羥基、碳原子數1至6之烷基硫代基或-CH2 -O-Y所示之取代基，各Y係各自獨立地為碳原子數1至10之烷基或氫原子，各Q係各自獨立地表示下式(13)、(14)、(15)、(16)、(17)或(18)所示之構造， [上述式中，R2 、R3 、R4 及R5 係各自獨立地表示碳原子數1至6之烷基、碳原子數1至6之烷氧基、碳原子數3至6之鏈烯基、鹵原子、硝基、氰基、羥基或碳原子數1至6之烷基硫代基，t1 為0至4之整數，t2 為0至10之整數，t3 為0至6之整數，t4 為0至8之整數，k為1至10之整數，X1 係下式(19)、(20)或(21)所示之構造， (上述式中，R6 、R7 、R8 、R9 及R10 係各自獨立地表示氫原子、碳原子數1至6之烷基、碳原子數3至6之鏈烯基、苄基或苯基，該苯基亦可為以選自碳原子數1至6之烷基、鹵原子、碳原子數1至6之烷氧基、硝基、氰基、羥基、及碳原子數1至6之烷基硫代基所成群之基進行取代者，此外，R6 及R7 以及R8 及R9 亦可為互相結合而形成碳原子數3至6之環)]}。
  6. 如申請專利範圍第5項之微影術用光阻下層膜形成組成物，其中該線狀聚合物係具有該式(10)所示之構造{式中，s係3至1000之重複單位之數，各m1 係各自獨立地表示1至4之整數，各n1 係各自獨立地表示0至3之整數，m1 +n1 為滿足1≦(m1 +n1 )≦4之關係，各Y係各自獨立地為碳原子數1至10之烷基或氫原子，Q係表示該式(18)[式中，X1 係前式(21)(式中，R10 係氫原子、碳原子數1至6之烷基、碳原子數3至6之鏈烯基、苄基或苯基，該苯基亦可為以選自碳原子數1至6之烷基、鹵原子、碳原子數1至6之烷氧基、硝基、氰基、羥基、及碳原子數1至6之烷基硫代基所成群之基進行取代者)]}， 以及下式(22)所示之構造， {上式中，各Q係各自獨立地為前式(18)[式中，X1 係前式(21)(式中，R10 係氫原子、碳原子數1至6之烷基、碳原子數3至6之鏈烯基、苄基或苯基，該苯基亦可為以選自碳原子數1至6之烷基、鹵原子、碳原子數1至6之烷氧基、硝基、氰基、羥基、及碳原子數1至6之烷基硫代基所成群之基進行取代者)]}。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之微影術用光阻下層膜形成組成物，其中係進而含有交聯劑者。
  8. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之微影術用光阻下層膜形成組成物，其中係進而含有界面活性劑者。
  9. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之微影術用光阻下層膜形成組成物，其中係進而含有具有酸性之化合物及/或熱酸發生劑者。
  10. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之微影術用光阻下層膜形成組成物，其中係進而含有雙酚S者。
  11. 一種半導體裝置之製造上使用之光阻圖型之形成方法，其特徵係包含：將申請專利範圍第1至10項中任一項之微影術用光阻下層膜形成組成物塗佈於半導體基板 上、加熱、並形成光阻下層膜之步驟；於該光阻下層膜上形成光阻層之步驟；將該光阻下層膜及以該光阻層所被覆之半導體基板進行曝光之步驟；以及，在曝光後將光阻層進行顯像之步驟者。
  12. 如申請專利範圍第11項之光阻圖型之形成方法，其中係使用其表面已形成有被加工膜之半導體基板，且於該被加工膜上形成該光阻下層膜者。
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