TWI490648B - 化學增幅型光阻組成物及形成光阻圖案的方法 - Google Patents
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Description
本發明有關一種化學增幅型光阻組成物(下文可簡稱為「光阻組成物」),其可用於形成用在半導體微製程、液晶顯示器製造、及熱寫頭(thermal head)之電路基板製造等,以及其他光加工製程的光阻圖案。此外,本發明有關藉由使用該光阻組成物形成光阻圖案之方法。
在半導體微製程中,光阻圖案係藉由包括以下步驟之方法形成:(1)藉由將光阻組成物塗覆在基板上,且移除其中溶劑而形成光阻膜;(2)預烘焙該光阻膜;(3)令該經預烘焙之光阻膜曝光;(4)對該經曝光之光阻膜進行曝光後烘焙;及(5)藉由使用液態顯影劑,令該已進行曝光後烘焙之光阻膜顯影以形成光阻圖案。例如,在日本專利早期公開公報第2006-257078號中,描述一種包含重量平均分子量為約9200之共聚物的化學增幅型光阻組成物。在下文中,「重量平均分子量」可簡稱為「Mw」。
發明之概要說明
本發明係有關下列者:
[1]一種化學增幅型光阻組成物,其包含:樹脂(A),及酸產生劑(B),其中
該樹脂(A)含有共聚物(A1),該共聚物(A1)係藉由聚合至少下列者而得:具有C5-20脂環烴基之(甲基)丙烯酸系單體(a1),其藉由酸之作用而變得可溶於鹼水溶液;具有含羥基之金剛烷基的(甲基)丙烯酸系單體(a2);及具有內酯環之(甲基)丙烯酸系單體(a3);該共聚物(A1)的重量平均分子量為2500或更高且為5000或更低,且該共聚物(A1)的含量以100質量份之該樹脂(A)計為不低於50質量份。
[2]如[1]之化學增幅型光阻組成物,其中該樹脂(A)含有共聚物(A1)另一他聚合物(A2),且該另一聚合物(A2)之重量平均分子量為高於5000且為20000或更低。
[3]如[1]或[2]之化學增幅型光阻組成物,其中該單體(a1)係選自由式(a1-1)與(a1-2)所表示之化合物所組成的群組中之至少一者:
其中La1與La2各獨立表示氧原子(-O-)、羰基(-CO-)、直鏈或支鏈C1-17烷二基、或其組合,Ra1與Ra3各獨
立表示氫原子或甲基,Ra2與Ra4各獨立表示直鏈或支鏈C1-8脂族烴基、或C3-10脂環烴基,m1表示0至14之整數,n1表示0至10之整數。當m1或n1為0時,其分別意指不存在甲基。
[4]如[3]之化學增幅型光阻組成物,其中該(甲基)丙烯酸系單體(a1)係選自由以下所組成之群組中的至少一者:(甲基)丙烯酸2-甲基-2-金剛烷酯、(甲基)丙烯酸2-乙基-2-金剛烷酯、(甲基)丙烯酸2-異丙基-2-金剛烷酯、及(甲基)丙烯酸1-乙基-1-環己酯。
[5]如[1]至[4]中任一項之化學增幅型光阻組成物,其中該(甲基)丙烯酸系單體(a2)係選自由以下所組成之群組中的至少一者:(甲基)丙烯酸3-羥基-1-金剛烷酯及(甲基)丙烯酸3,5-二羥基-1-金剛烷酯。
[6]如[1]至[5]中任一項之化學增幅型光阻組成物,其中該(甲基)丙烯酸系單體(a3)係選自由式(a3-1)與(a3-2)所表示之化合物所組成的群組中之至少一者:
其中La4與La5各獨立表示氧原子(-O-)、羰基(-CO-)、直鏈或支鏈C1-17烷二基、或其組合,Ra12與Ra14各獨
立表示氫原子或甲基,Ra13各獨立表示C1-4脂族烴基,p1表示0至5之整數,Ra15各獨立表示羧基、氰基、或C1-4脂族烴基,q1表示0至3之整數,且當p1表示0時,其意指Ra13不存在,當q1表示0時,其意指Ra15不存在,當p1為2或更大時,複數個Ra13彼此相同或不同,當q1為2或更大時,複數個Ra15彼此相同或不同。
[7]如[1]至[6]中任一項之化學增幅型光阻組成物,其中該酸產生劑(B)係式(B1)所表示之鹽:
其中Q1與Q2各獨立表示氟原子或C1-6全氟烷基,Lb1表示單鍵、氧原子(-O-)、羰基(-CO-)、直鏈或支鏈C1-17烷二基、或選自由氧原子、羰基、及直鏈或支鏈C1-17烷二基所組成之群組中的至少二者之組合,Y表示具有一或更多個取代基或無取代基之C3-36脂環烴基,或該C3-36脂環烴基中所含之一或更多個亞甲基可被氧原子或羰基置換,且Z+表示有機陽離子。
[8]如[7]之化學增幅型光阻組成物,其中Z+為芳基鋶陽離子。
[9]如[7]或[8]之化學增幅型光阻組成物,其中式(B1)中之Y為具有取代基或無取代基之金剛烷基,或具有取代基或無取代基之側氧金剛烷基。
[10]如[1]至[9]中任一項之化學增幅型光阻組成物,其中該酸產生劑(B)之含量以100質量份之該樹脂(A)計為
1至20質量份。
[11]如[1]至[10]中任一項之化學增幅型光阻組成物,其中該光阻組成物另外包含含氮鹼性化合物(C)。
[12]如[1]至[11]中任一項之化學增幅型光阻組成物,其中該含氮鹼性化合物(C)為二異丙苯胺。
[13]一種製造光阻圖案之方法,其包括:藉由將[1]至[12]中任一項之之化學增幅型光阻組成物施加於基板而形成光阻膜;預烘焙該光阻膜;令該經預烘焙之光阻膜曝光;對該經曝光之光阻膜進行曝光後烘焙;及藉由使用鹼性顯影劑,令該已進行曝光後烘焙之光阻膜顯影以形成光阻圖案。
[14]如[13]之製造光阻圖案的方法,該曝光係經由用於形成接觸孔的遮罩來進行。
「藉由酸之作用而變得可溶於鹼水溶液」意指「在與酸接觸之前不溶或難溶於鹼水溶液,但在與酸接觸之後變得可溶於鹼水溶液」。
下文中,前述三種單體分別可簡稱為「單體(a1)」」「單體(a2)」,及「單體(a3)」。在本發明之說明中,「(甲基)丙烯酸系單體」係具有「CH2=CH-CO-」或「CH2=C(CH3)-CO-」結構之單體的通稱。同樣地,「(甲基)丙烯酸酯」係「丙烯酸酯與甲基丙烯酸酯」之通稱,且「(甲基)丙烯酸」係「丙烯酸與甲基丙烯酸」之通稱。
在下列說明中,例如,以式(a1-1)所表示之化合物可簡稱為「化合物(a1-1)」或「單體(a1-1)」。以其他化學式所表示之化合物可以類似方式縮寫。此外,在本發明之說明中,以化學式所表示之化合物包括其立體異構物。
在本發明之說明中,「Cx-y」表示碳原子之數目可為範圍從x至y之任何數。
使用本發明之光阻組成物能提供具有優異CDU(臨界尺寸均勻性)及聚焦界限的光阻圖案。
發明之詳細說明
本發明之光阻組成物包含樹脂(A)及酸產生劑(B)。該光阻組成物的樹脂(A)及酸產生劑(B)各可使用一種組成成分或二或更多種組成成分。以下茲將說明該光阻組成物之每一組分。
<樹脂(A)>
該光阻組成物含有以100質量份之該光阻組成物的固態內容物計為80質量份或更高之樹脂(A)。此處,「固態內容物」意指除溶劑外之該光阻組成物的總數量,茲於下文說明。該光阻組成物之固態內容物的數量以及該樹脂(A)相對於該光阻組成物之含量比係藉由習知之分析工具諸如液體層析術或氣體層析術予以測定。
樹脂(A)係含有共聚物(A1)的樹脂,該共聚物(A1)係藉由聚合下列者而獲得:具有C5-20脂環烴基之(甲基)丙
烯酸系單體(a1),其藉由酸之作用而變得可溶於鹼水溶液;具有含羥基之金剛烷基的(甲基)丙烯酸系單體(a2);及具有內酯環之(甲基)丙烯酸系單體(a3),且該共聚物(A1)之重量平均分子量為2500或更高且為5000或更低。該共聚物(A1)的數量以100質量份之該樹脂(A)計為50質量份或更高,且較佳為70質量份或更高。更佳情況係,該樹脂(A)係僅由共聚物(A1)形成。
本案發明人已發現使用共聚物(A1)使得能提供CDU均勻性及聚焦界限優異之光阻圖案。由於當共聚物之分子量已降低時,在預烘焙時光阻膜的機械強度並未比先前技術中大幅提高,且在曝光後烘焙促進活性物質(H+)之擴散及酸觸媒反應,使得因酸的作用而變成鹼溶性的樹脂在液態顯影劑(鹼性水溶液)中之溶解性增強,故一般認為已獲致本發明之效果。另一方面,具有過低Mw的共聚物(A1)導致CDU及DOE惡化。因此,在本發明中,共聚物(A1)的Mw係界定在2500至5000。其Mw較佳為2900或更高(更佳為3000或更高),且較佳為4900或更低(更佳為4800或更低)。
本發明之光阻組成物可含有與共聚物(A1)不同之其他聚合物(A2),且該其他聚合物(A2)之數量以100質量份之該樹脂(A)計為50質量份或更低(較佳為30質量份或更低)。該與共聚物(A1)不同之其他聚合物(A2)可為同元聚合物或共聚物。該與共聚物(A1)不同之其他聚合物(A2)的實例包括不含任何從單體(a1)、單體(a2)及單體(a3)每一
者衍生之結構單元的共聚物;不含所有該等結構單元之共聚物,及同元聚合物。此外,該與共聚物(A1)不同之其他聚合物(A2)之實例亦包括含有從單體(a1)、單體(a2)及單體(a3)每一者衍生之結構單元且Mw不包括在共聚物(A1)之Mw範圍內的共聚物。
該與共聚物(A1)不同之其他聚合物(A2)的Mw較佳係大於5000(更佳為8000或更高),且較佳係不大於20000(更佳為不大於12000)。
共聚物(A1)含有從單體(a1)、單體(a2)及單體(a3)每一者衍生之結構單元的共聚物。該單體(a1)藉由酸之作用而變得可溶於鹼水溶液。因此,必須有單體(a1)以使得本發明之光阻組成物成為化學增幅正型光阻組成物。當分別具有羥基之單體(a2)及具有內酯環之單體(a3)與單體(a1)一起使用時,進一步加強於鹼性顯影劑中之溶解性,因此改善光阻膜對基板之黏著性。茲將依序分別說明單體(a1)、單體(a2)及單體(a3)。
<單體(a1)>
(a1)之脂環烴基可為飽和或不飽和,且可為單環或多環。單環脂環烴基之實例包括環烷基(例如,環丙基、環丁基、環戊基、環己基、環庚基、環辛基、環壬基,及環癸基),以及環烯基(例如環戊烯基、環己烯基、環庚烯基,及環辛烯基)。多環脂環烴基之實例包括藉由氫化縮合芳族烴基(例如氫萘基)所獲得之基;以及橋聯環烴基。
該橋聯環烴基之實例包括1-金剛烷基、2-金剛烷基、異莰基、1-降莰基,及2-降莰基。該橋聯環烴基可具有不飽和鍵作為降莰烯基(例如,降莰-5-烯-2-基)。此外,如以下所示,該脂環烴基之實例亦包括藉由縮合橋聯環(例如,降莰烷環)與單環(例如環庚烷環及環己烷環)或多環(例如十氫萘環)所獲得之基;以及藉由橋聯環彼此縮合所獲得之基。其中,以環己基及2-金剛烷基為佳。
單體(a1)較佳為具有鍵合位置係三級碳原子(橋聯環烴基之橋頭碳原子以外者)之單體,且更佳為以下所表示之化合物(a1-1)或化合物(a1-2);
可使用化合物(a1-1)及(a1-2)中之一種,或二或更多種。
式(a1-1)與(a1-2)中,La1與La2各獨立表示氧原子(
-O-)、羰基(-CO-)、直鏈或支鏈C1-17烷二基,或其組合。
當La1與La2各獨立表示包括氧原子、C1-17烷二基及/或類似者之組合時,其主鏈中之原子的數目較佳為17或更少。當金剛烷基或環己基係以Ad表示以便標示鍵合方向時,各表示一組合之La1與La2的實例包括-O-C1-16烷二基-Ad、-C1-16烷二基-O-Ad、-Ck1烷二基-O-Cj1烷二基-Ad(其中1k1,1j1,且k1+j116,下文適用同一條件);-CO-C1-16烷二基-Ad、-C1-16烷二基-CO-Ad、-Ck1烷二基-CO-Cj1烷二基-Ad;-CO-O-Ad、-CO-O-C1-15烷二基-Ad、-C1-15烷二基-CO-O-Ad、Ci1烷二基-CO-O-Ch1烷二基-Ad(其中1i1,1h1,且i1+h115,下文適用同一條件);-O-CO-Ad、-O-CO-C1-15烷二基-Ad、-C1-15烷二基-O-CO-Ad、-Ci1烷二基-O-CO-Ch1烷二基-Ad;以及-CO-O-C1-14烷二基-O-Ad、及-CO-O-C1-13烷二基-CO-O-Ad。
較佳情況係La1與La2各獨立為-O-Ad、-O-(CH2)g1-CO-O-Ad。當使用上述之La1與La2時,化合物(a1-1)及化合物(a1-2)各獨立對應於具有金剛烷基之三級碳原子或環己基係鍵合於羰氧基(-CO-O-)之氧原子的結構之酯,即,對應於具有三級醇殘基之酯。含有具有三級醇殘基之酯作為結構單元的共聚物容易因酸產生劑所產生之酸的催化作用而解理,且增強該共聚物於鹼性顯影劑(鹼水溶液)中之溶解性。因此,以含有具有三級醇殘基之
酯作為結構單元的共聚物為佳。
Ra1與Ra3各獨立表示氫原子或甲基,且較佳為甲基。
Ra2與Ra4各獨立表示直鏈或支鏈脂族烴基,或脂環烴基,且較佳為直鏈或支鏈脂族烴基。Ra2與Ra4各者之脂族烴基中的碳原子數目較佳為6或更少。Ra2與Ra4各者之脂環烴基中的碳原子數目較佳為8或更少,更佳為6或更少。該直鏈或支鏈脂族烴基之實例較佳包括甲基、乙基、1-甲基-乙基(異丙基)、1,1-二甲基乙基(第三丁基)、2,2-二甲基乙基、丙基、1-甲基-丙基、2,2-二甲基丙基、1-乙基-丙基、丁基、1-甲基-丁基、2-甲基-丁基、3-甲基-丁基、1-丙基-丁基、戊基、1-甲基-戊基、己基、1,4-二甲基己基、庚基、1-甲基-庚基,及辛基。該脂環烴基之實例較佳包括環庚基、甲基環庚基、環己基、甲基環己基、二甲基環己基、降莰基、及甲基降莰基。
「m1」表示0至14之整數,較佳為0至3之整數,且更佳為0或1。「n1」表示0至10之整數,較佳為0至3之整數,且更佳為0或1。
具有金剛烷環之單體(a1-1)的實例如下:
其中,以(甲基)丙烯酸2-甲基-2-金剛烷酯、(甲基)丙烯酸2-乙基-2-金剛烷酯,及(甲基)丙烯酸2-異丙基-2-金剛烷酯為佳,且以甲基丙烯酸酯類型更佳。
具有環己烷環之單體(a1-2)的實例如下:
其中,(甲基)丙烯酸1-乙基-1-環己酯為佳,且以甲基丙烯酸1-乙基-1-環己酯更佳。
從共聚物(A1)中之單體(a1)衍生的結構單元之含量比以該共聚物(A1)之總結構單元計通常為10至95莫耳%,較佳為15至90莫耳%,且更佳為20至85莫耳%。
<單體(a2)>
雖然單體(a2)的金剛烷環上可具有含羥基取代基,諸如羥甲基(-CH2OH),但該單體(a2)的金剛烷環上較佳係具有羥基(-OH)。羥基之數目可為一,或可為2或更多。
該羥基金剛烷基型單體(a2)較佳為如下所表示之化合物(a2-1),且可使用一或更多種該化合物(a2-1)。
在式(a2-1)中,La3表示氧原子(-O-)、羰基(-CO-)、直鏈或支鏈C1-17烷二基、或其組合。Ra8表示氫原子或甲基。Ra9與Ra10各獨立表示氫原子、甲基、或羥基。
「o1」表示0至10之整數。當o1為0時,其意指不存在
對應之甲基。
La3之實例與La1與La2之實例相同。Ra8之實例與Ra1之實例相同。Ra9較佳為氫原子。Ra10較佳為氫原子或羥基。「o1」較佳為0至3之整數,且更佳係表示0或1。
單體(a2-1)之實例如下:
其中,以(甲基)丙烯酸3-羥基-1-金剛烷酯、(甲基)丙烯酸3,5-二羥基-1-金剛烷酯、及(甲基)丙烯酸1-(3,5-二羥基-1-金剛烷基氧羰基)酯為佳,且以(甲基)丙烯酸3-羥基-1-金剛烷酯及(甲基)丙烯酸3,5-二羥基-1-金剛烷酯更佳,且以甲基丙烯酸3-羥基-1-金剛烷酯及甲基丙烯酸3,5-二羥基-1-金剛烷酯更佳。
從共聚物(A1)中之單體(a2)衍生的結構單元之含量比以該共聚物(A1)之總結構單元計通常為3至40莫耳%,較佳為5至35莫耳%,且更佳為5至30莫耳%。
<單體(a3)>
單體(a3)中所含之內酯環的實例包括單環,諸如β-丙內酯環、γ-丁內酯環、及δ-戊內酯環;以及藉由縮合是為單環內酯環與其他環(諸如環己烷環)所得到之縮合環。該內酯環之較佳實例包括γ-丁內酯環以及γ-丁內酯環與如下所示之其他環縮合所獲得之縮合環:
該單體(a3)較佳為下示之化合物(a3-1)、化合物(a3-2)或化合物(a3-3),且可使用化合物(a3-1)、化合物(a3-2)、及化合物(a3-3)中之一或更多者。
式(a3-1)至(a3-3)中,La4至La6各獨立表示氧原子(-O-)、羰基(-CO-)、直鏈或支鏈C1-17烷二基、或其組合。Ra12、Ra14與Ra16各獨立表示氫原子或甲基。Ra13各獨立表示C1-4脂族烴基。「p1」表示0至5之整數。Ra15與Ra17各獨立表示羧基、氰基、或C1-4脂族烴基。
「q1」及「r1」各獨立表示0至3之整數。當p1、q1或r1為0時,其分別意指不存在Ra13、Ra15或Ra17。當p1、q1或r1不小於2時,其意指Ra13、Ra15或Ra17中有複數個分別可相同或彼此不同。
La4、La5與La6之實例與La1與La2之實例相同。Ra12、Ra14與Ra16之實例與Ra1之實例相同。Ra13較佳為甲基。較佳情況係,Ra15與Ra17各獨立為羧基、氰基、或甲基。較佳情況係,p1、q1及r1各獨立表示0至2。更佳情況係,p1、q1及r1各獨立為0或1。
含有γ-丁內酯環之該內酯型單體(a3-1)的實例如下:
具有縮合γ-丁內酯環與降莰烷環而獲得之縮合環的單體(a3-2)之實例如下:
具有縮合γ-丁內酯環與環己烷環而獲得之縮合環的單體(a3-3)之實例如下:
在上述內酯型單體(a3)當中,以(甲基)丙烯酸(5-側氧-4-氧雜三環[4.2.1.03,7]壬-2-酯、(甲基)丙烯酸四氫-2-側氧-3-呋喃酯、及(甲基)丙烯酸2-(5-側氧-4-氧雜三環[4.2.1.03,7]壬-2-氧基)-2-側氧乙酯為佳,且以甲基丙烯酸酯型單體更佳。
從共聚物(A1)中之單體(a3)衍生的結構單元之含量比以共聚物(A1)之總結構單元計通常為5至50莫耳%,較佳為10至45莫耳%,且更佳為15至40莫耳%。
<其他單體>
該共聚物(A1)可含有一或更多種衍生自其他單體的結構單元。該其他單體之實例包括如式(a4-1)所示之順丁烯二酸酐、如式(a4-2)所示之伊康酸酐、或如式(a4-3)所示在碳之間具有可聚合雙鍵的化合物,諸如降莰烯。具有可聚合雙鍵之化合物可經由自由基聚合而與共聚物結合。
在式(a4-3)中,Ra19與Ra20各獨立表示氫原子、可含有取代基(例如羥基)之C1-3脂族烴基、氰基、羧基、或烷氧基羰基(-COORa21)。當Ra19與Ra20各者為羧基時,Ra19與Ra20可彼此鍵合以形成羧酸酐。Ra21表示直鏈或支鏈C1-8脂族烴基或C4-36脂環烴基,且該脂環烴基之亞甲基可經氧原子或羧基取代。
Ra19與Ra20各者之實例包括甲基、乙基、丙基、羥甲基、2-羥乙基及-COORa21。Ra21之實例包括甲基、乙基、丙基、2-側氧-茂烷-3-基、及2-側氧-茂烷-4-基。
化合物(a4-3)之實例包括2-降莰烯、2-羥基-5-降莰烯、5-降莰烯-2-羧酸、5-降莰烯-2-羧酸甲酯、5-降莰烯-2-羧酸2-羥基-1-乙酯、5-降莰烯-2-甲醇、及5-降莰烯-2,3-二羧酸酐。
雖然具有對酸不穩定基(諸如含有鍵合於三級碳原子(橋聯環烴基之橋頭碳原子以外者)之氧基的烷氧基羰基-COORa21)的化合物(a4-3)(即,具有三級醇殘基之酯)具有大型降莰烯環結構,但該化合物(a4-3)容易因酸之作用而解理,且可改善共聚物之溶解性。該具有對酸不穩定基之化合物(a4-3)的實例包括5-降莰烯-2-羧酸第三丁酯、5-降莰烯-2-羧酸1-環己基-1-甲基乙酯、5-降莰烯-2-羧酸1-甲基環己酯、5-降莰烯-2-羧酸2-甲基-2-金剛烷酯、5-降莰烯-2-羧酸2-乙基-2-金剛烷酯、5-降莰烯-2-羧酸1-(4-甲基環己基)-1-甲基乙酯、5-降莰烯-2-羧酸1-(4-羥基環己基)-1-甲基乙酯、5-降莰烯-2-羧酸1-甲基-1-(4-側氧環己基)乙酯、及5-降莰烯-2-羧酸1-(1-金剛烷基)-1-甲基乙酯。
從共聚物(A1)中之該等其他單體衍生的結構單元之含量比以該共聚物(A1)之總結構單元計通常為2至40莫耳%,較佳為3至30莫耳%,且更佳為5至20莫耳%。
<酸產生劑(B)>
該光阻組成物含有該酸產生劑(B)(較佳情況係,光酸產生劑),其量以100質量份之該樹脂(A)計較佳為1質量份或更高(更佳為3質量份或更高),且以100質量份之該樹脂(A)計較佳為20質量份或更低(更佳為15質量份或更低,又更佳為10質量份或更低)。
該酸產生劑分類為非離子型產生劑(例如,有機鹵化物、磺酸酯、及碸),及離子型產生劑,且較佳係使用離子型產生劑。該離子型產生劑含有無機陰離子(例如BF4 -、PF6 -、AsF6 -、及SbF6 -)、或有機陰離子(例如,磺酸根陰離子,及雙磺醯胺陰離子)。其中,以含有磺酸根陰離子之離子型產生劑為佳。該酸產生劑(B)較佳為以式(B1)所表示之磺酸鹽:
在式(B1)中,Q1與Q2各獨立表示氟原子或C1-6全氟烷基。該C1-6全氟烷基之實例包括全氟甲基、全氟乙基、全氟正丙基、全氟異丙基、全氟丁基、全氟第二丁基、全氟第三丁基、全氟戊基、及全氟己基。其中,以全氟甲基與氟原子為佳,且以氟原子更佳。
在式(B1)中,Y表示可具有一或更多個取代基之C3-36脂環烴基。該脂環烴基中所含之一或更多個亞甲基可被氧原子或羰基置換。該脂環烴基之實例包括與樹脂(A)之單體實例相同者。其中,以可具有一或更多個取代基之金剛
烷基及可具有一或更多個取代基之側氧金剛烷基為佳。
Y之取代基的實例包括鹵素原子、羥基、直鏈或支鏈C1-12脂族烴基、C3-12脂環烴基、含羥基之C1-12脂族烴基、C1-12烷氧基、C6-20芳族烴基、C7-21芳烷基、C2-4醯基、縮水甘油氧基、及-(CH2)m2-O-CO-Rb1基(其中Rb1表示直鏈或支鏈C1-12脂族烴基、C3-16脂環烴基、或C6-20芳族烴基,m2表示0至4之整數,且當m2為0時,其意指不含亞甲基)。該鹵素原子之實例包括氟原子、氯原子、溴原子,及碘原子。該直鏈或支鏈脂族烴基及該脂環烴基之實例包括與樹脂(A)之實例相同者。該含羥基之脂族烴基為例如羥甲基。該烷氧基之實例包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基、及丁氧基。芳族烴基之實例包括苯基、萘基、蒽基、對甲苯基、對第三丁苯基、及對金剛烷苯基。該芳烷基之實例包括苯甲基、苯乙基、苯丙基、三苯甲基、萘甲基、及萘乙基。該醯基之實例包括乙醯基、丙醯基、及丁醯基。當含有複數個取代基時,該複數個取代基可彼此相同或不同。
該脂環烴基之實例包括式(W1)至(W24)所表示之脂環烴基:
其中,以式(W11)(其具有金剛烷環)、式(W14)(其具有2-側氧金剛烷環)、式(W15)(其具有γ-丁內酯環)及式(W19)(其具有藉由縮合γ-丁內酯環與降莰烷環而獲得之縮合環)所表示之脂環烴基為佳,且以式(W11)及(W14)所表示之脂環烴基更佳。
該具有脂族烴基之脂環烴基的實例如下:
該具有芳族烴基之脂環烴基的實例如下:
該具有-(CH2)m2-O-CO-Rb1基之脂環烴基的實例如下:
該具有羥基或含羥基之脂族烴基的脂環烴基之實例如下:
在式(B1)中,Lb1表示單鍵、氧原子(-O-)、羰基(-CO-)、直鏈或支鏈C1-17烷二基(較佳為直鏈或支鏈C1-4烷二基),或選自由氧原子、羰基及C1-17烷二基所組成之群組中的二或更多個成員之組合。
Lb1之烷二基的實例包括亞甲基、伸乙基、丙-1,3-二基、丙-1,2-二基、丁-1,4-二基、丁-1,3-二基、戊-1,5-二基、己-1,6-二基、庚-1,7-二基、辛-1,8-二基、壬-1,9-二基、癸-1,10-二基、十一烷-1,11-二基、十二烷-1,12-二基、十三烷-1,13-二基、十四烷-1,14-二基、十五烷-1,15-二基、十六烷-1,16-二基、及十七烷-1,17-二基。
Lb1之烷二基可含有直鏈或支鏈脂族烴基或脂環烴基
(較佳為直鏈或支鏈C1-4脂族烴基)作為其側鏈。該烷二基之側鏈的實例包括甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、第二丁基、第三丁基、戊基、己基、庚基、辛基、2-乙基己基、壬基、癸基、十一基、及十二基。
Lb1可為選自由氧原子、羰基、及C1-17烷二基所組成之群組中的二或更多種組成成分之組合。該組合的實例與La1與La2所述者相同。
Lb1較佳為如下式(b1-1)至(b1-4)所指示之鍵聯位置的任一者。式(b1-1)至(b1-4)各含有Y以便指示鍵合方向。
在式(b1-1)至(b1-4)中,Lb2表示單鍵,或直鏈或支鏈C1-15烷二基、Lb3表示單鍵、直鏈或支鏈C1-15烷二基,或氧原子與直鏈或支鏈C1-15烷二基之組合,且Lb4至Lb7各獨立表示直鏈或支鏈C1-15烷二基。Lb2至Lb7各者所表示之烷二基中的碳原子數目較佳為1至6,且更佳為1至4,甚至更佳為1或2。其中,以鍵聯部分(b1-1)為佳,且以Lb2為單鍵或亞甲基之鍵聯部分(b1-1)更佳。
在各具有鍵聯部分(b1-1)之磺酸根陰離子當中,以式(b1-1-1)至(b1-1-9)所表示之陰離子為佳。
在式(b1-1-1)至(b1-1-9)中,Q1、Q2與Lb2與前述者相同。Rb4與Rb5各獨立表示C1-4脂族烴基(較佳為甲基)。
其次,茲將描述磺酸根陰離子之特定實例。首先,含有鍵聯部分(b1-1)與不具取代基之脂環烴基的磺酸根陰離子之實例,以及含有鍵聯部分(b1-1)與具有脂族烴基作為取代基之脂環烴基的磺酸根陰離子之實例係如下所示:
含有鍵聯部分(b1-1)與具有-(CH2)m2-O-CO-Rb1基作為取代基之脂環烴基的磺酸根陰離子之實例係如以下所示:
含有鍵聯部分(b1-1)與具有芳族烴基或芳烷基作為取代基之脂環烴基的磺酸根陰離子之實例係如下:
含有鍵聯部分(b1-1)與具有羥基或含羥基之脂族烴基作為取代基的脂環烴基之磺酸根陰離子的實例係如下:
含有鍵聯部分(b1-1)與環醚部分的磺酸根陰離子之實
例係如下:
以下茲顯示含有鍵聯部分(b1-1)與內酯環之磺酸根陰離子的實例。
含有鍵聯部分(b1-1)與具有側氧基之脂環烴基的磺酸根陰離子之實例係如下:
含有鍵聯部分(b1-2)與不具取代基之脂環烴基的磺酸根陰離子之實例,以及含有鍵聯部分(b1-2)與具有脂族烴基作為取代基之脂環烴基的磺酸根陰離子之實例係如下:
含有鍵聯部分(b1-2)與具有-(CH2)m2-O-CO-Rb1基作為取代基之脂環烴基的磺酸根陰離子之實例如下:
含有鍵聯部分(b1-2)與具有羥基或含羥基之脂族烴基作為取代基的脂環烴基之磺酸根陰離子的實例係如下:
含有鍵聯部分(b1-2)與內酯環的磺酸根陰離子之實例係如下:
含有鍵聯部分(b1-2)與具有側氧基之脂環烴基的磺酸根陰離子之實例係如下:
含有鍵聯部分(b1-2)與具有芳族烴基作為取代基之脂環烴基的磺酸根陰離子之實例如下:
含有鍵聯部分(b1-3)與不具取代基之脂環烴基的磺酸根陰離子之實例,以及含有鍵聯部分(b1-3)與具有脂族烴基作為取代基之脂環烴基的磺酸根陰離子之實例係如下:
含有鍵聯部分(b1-3)與具有烷氧基作為取代基之脂環烴基的磺酸根陰離子之實例係如下:
含有鍵聯部分(b1-3)與具有羥基或含羥基之脂族烴基作為取代基的脂環烴基之磺酸根陰離子的實例如下:
含有鍵聯部分(b1-3)與具有側氧基之脂環烴基的磺酸根陰離子之實例如下:
含有鍵聯部分(b1-4)與具有脂族烴基作為取代基之脂環烴基的磺酸根陰離子之實例如下:
含有鍵聯部分(b1-4)與具有烷氧基作為取代基之脂環烴基的磺酸根陰離子之實例如下:
含有鍵聯部分(b1-4)與具有羥基或含羥基之脂族烴基作為取代基的脂環烴基之磺酸根陰離子的實例係如下:
含有鍵聯部分(b1-4)與具有側氧基之脂環烴基的磺酸根陰離子之實例係如下:
其中,較佳之含鍵聯部分(b1-1)的磺酸根陰離子包括下列者:
其次,茲說明酸產生劑(B)中所含之陽離子。酸產生劑中所含之陽離子包括鎓陽離子,諸如鋶陽離子、碘鎓陽離子、銨陽離子、苯並噻唑鎓陽離子,及鏻陽離子。其中,以鋶陽離子與碘鎓陽離子為佳,以芳基鋶陽離子更佳。
在式(B1)中,Z+較佳係以式(b2-1)至(b2-4)所表示之陽離子中之任一者:
在式(b2-1)中,Rb6至Rb8各獨立表示直鏈或支鏈C1-30脂族烴基、C3-30脂環烴基、或C6-20芳族烴基。該脂族烴基或該芳族烴基可具有取代基,諸如羥基、直鏈或支鏈C1-12烷氧基等等。此外,該芳族烴基可具有取代基,諸如直鏈或支鏈C1-12脂族烴基、C4-36脂環烴基等等。
在式(b2-2)中,Rb9與Rb10各獨立表示羥基、直鏈或支鏈C1-12脂族烴基或直鏈或支鏈C1-12烷氧基。「o2」與「p2」各獨立表示0或1。當o2為0時,其意指不存在Rb9。當p2為0時,其意指不存在Rb10。
在式(b2-3)中,Rb11與Rb12各獨立表示直鏈或支鏈C1-12脂族烴基、或C3-36(較佳為C4-12)脂環烴基。Rb13表示氫原子、直鏈或支鏈C1-12脂族烴基、C4-36脂環烴基、
或C6-20芳族烴基,且較佳為氫原子。Rb14表示直鏈或支鏈C1-12脂族烴基、C3-12脂環烴基、或C6-20芳族烴基。以Rb13或Rb14表示之芳族烴基可具有取代基,諸如直鏈或支鏈C1-12脂族烴基、C3-12脂環烴基、羥基、直鏈或支鏈C1-12烷氧基等等。此外,Rb11與Rb12可彼此鍵合,且Rb13與Rb14可彼此鍵合,以使得形成三員至十二員環(較佳為三員至六員環),且該等環中任一者之亞甲基可經氧原子(-O-)、硫原子(-S-)、或羰基(-CO-)取代。
在式(b2-4)中,Rb15至Rb20各獨立表示羥基、直鏈或支鏈C1-12脂族烴基、或直鏈或支鏈C1-12烷氧基。Lb8表示硫原子或氧原子。「q2」至「v2」各獨立表示0至2之整數,且w2表示0或1。當q2至w2中之任一者為0時,其意指不存在對應之取代基。當q2至v2中之任一者為2時,Rb15至Rb20中之複數者分別可彼此相同或不同。
其次,茲說明式(b2-1)至(b2-4)中所含之取代基。該脂族烴基與芳族烴基係例如與上述者相同。該脂族烴基之較佳實例包括甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第三丁基、正庚基、正己基、及正辛基。該芳族烴基之較佳實例包括苯基、4-甲苯基、4-乙苯基、4-第三丁苯基、4-環己基苯基、4-甲氧苯基、及聯苯基。該烷氧基之實例包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基、丁氧基、第二丁氧基、第三丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、2-乙基己氧基、壬氧基、癸氧基、十一氧基、及十二氧
基。由Rb11與Rb12所形成之環的實例包括硫雜環戊烷-1-鎓環(四氫噻吩鎓環)、四氫噻喃-1-鎓環、及1,4-氧雜噻喃-4-鎓環。由Rb13與Rb14所形成之環的實例包括側氧環庚烷環、側氧環己烷環、側氧降莰烷環、及側氧金剛烷環。
在陽離子(b2-1)至(b2-4)當中,以陽離子(b2-1)為佳,且以下式(b2-1-1)所表示之陽離子更佳,且以三苯基鋶陽離子(以式(b2-1-1)所表示,其中符合x2=y2=z2=0)更佳。
在式(b2-1-1)中,Rb21至Rb23各獨立表示羥基、直鏈或支鏈C1-12脂族烴基、或直鏈或支鏈C1-12烷氧基。「x2」至「z2」各獨立表示0或1。當x2至z2中之任一者為0時,其意指不存在對應之取代基。
此外,在式(b2-1-1)中,Rb21至Rb23可各獨立表示C4-36脂環烴基。該脂環烴基較佳為金剛烷基或異莰基。此外,該脂環烴基上之至少一個氫原子可被鹵素原子、羥基、直鏈或支鏈C1-12脂族烴基、直鏈或支鏈C1-12烷氧基、C6-12芳基、C7-12芳烷基、縮水甘油氧基、或C2-4醯基取代。
其次,茲說明酸產生劑(B)中所含之陽離子的特定實例。首先,陽離子(b2-1-1)之特定實例如下:
陽離子(b2-2)之特定實例如下:
陽離子(b2-3)之特定實例如下:
陽離子(b2-4)之特定實例如下:
該酸產生劑(B1)之實例包括該磺酸根陰離子與上述有機陽離子之組合。雖然可使用上述陰離子與陽離子之任一
組合,但以陰離子(b1-1-1)至(b1-1-9)與陽離子(b2-1-1)之任一組合以及陰離子(b1-1-3)至(b1-1-5)與陽離子(b2-3)之任一組合為佳。
該酸產生劑(B1)較佳為式(B1-1)至(B1-16)中所表示之任一者。
其中,以各含有三苯基鋶陽離子之酸產生劑(B1-1)、(B1-2)、(B1-6)、(B1-11)、(B1-12)、(B1-13)及(B1-14)更佳。
該酸產生劑(B1)可藉由例如將磺酸鹽(b3-1)之陽離子Ma +與鹽(b3-2)之陽離子Z+交換而製造,如下式所表示:
其中Ma +表示Li+、Na+、K+或Ag+,且An-表示F-、Cl-、Br-、I-、BF4 -、AsF6 -、SbF6 -、PF6 -或ClO4 -。
通常,該陽離子交換反應可在惰性溶劑(諸如乙腈、水、甲醇、氯仿或二氯甲烷)中於約0℃至約150℃(較佳為約0℃至約100℃)之溫度進行。通常,欲使用之鹽(b3-2)的量以1莫耳之該鹽(b3-1)計為約0.5莫耳至2莫耳。所獲得之酸產生劑(B1)可經由水洗、再結晶等而予以純化。
為該陽離子交換反應之起始材料的磺酸鹽(b3-1)可經由各種反應途徑製造。例如,經由介於具有羧基的磺酸鹽(b4-1)與醇(b4-2)之間的酯化反應製造具有鍵聯部分(b1-1)之磺酸鹽(b3-1-1),其係如下式所表示:
其中與前文所示相同之符號具有與前文所述之相同對應意義。
此外,磺酸鹽(b3-1-1)亦藉由以MbOH水解經由介於具有羧基之磺醯氟(b4-3)與醇(b4-2)之間的酯化反應而獲得的磺醯氟而製造,其係如下式所示:
其中Mb表示鹼金屬,諸如Li、Na及K,且Mb較佳表示Li或Na。與前文所示相同之符號具有與前文所述之相同對應意義。
通常,欲使用之磺酸鹽(b4-1)或磺醯氟(b4-3)的量以1莫耳之該醇(b4-2)計為約0.2莫耳至3莫耳,且較佳為約0.5莫耳至2莫耳。
通常,該酯化反應可於非質子性溶劑(諸如二氯乙烷、甲苯、乙苯、一氯苯、乙腈及N,N-二甲基甲醯胺)中且於20℃至約200℃(較佳為約50℃至約150℃)之溫度攪拌時進行。
該酯化反應中,可使用酸觸媒。該酸觸媒之實例包括有機酸,諸如對甲苯磺酸;及無機酸,諸如硫酸。雖然可使用過量之該酸觸媒,但通常欲使用之該酸觸媒的量以1莫耳具有羧基之化合物(羧酸)計較佳為約0.001莫耳至5莫耳。
於進行脫水的同時,可使用Dean-Stark設備等進行該酯化反應以便縮短反應時間。此外,該酯化反應中可使用脫水劑。該脫水劑之實例包括二環己基碳二醯亞胺、1-烷基-2-鹵代吡啶鎓鹽、1,1'-羰基二咪唑、雙(2-側氧-3-噁
唑啶基)膦醯氯、1-乙基-3-(3-二甲基胺基丙基)碳二醯亞胺鹽酸鹽、碳酸二-2-吡啶、硫羰基碳酸二-2-吡啶、及於4-(二甲胺基)吡啶之存在下的6-甲基-2-硝基苯甲酸酐。雖然可使用過量之該脫水劑,但通常欲使用之脫水劑的量以1莫耳之羧酸計較佳為約0.5莫耳至5莫耳,且較佳為約1莫耳至3莫耳。
具有鍵聯部分(b1-2)之磺酸鹽係以與具有鍵聯部分(b1-1)之磺酸鹽(b3-1-1)相同的方式製造。
例如,具有鍵聯部分(b1-3)之磺酸鹽(b3-1-3)係如下式所示經由介於具有羥基之磺酸鹽(b4-4)與羧酸(b4-5)或醯基鹵(b4-6)其中一者之間的酯化反應製造,其係如下式所表示:
其中X1表示鹵素。與前文所示相同之符號具有與前文所述之相同對應意義。
此外,該磺酸鹽(b3-1-3)亦藉由以MbOH水解經由介於具有羥基之磺醯氟(b4-7)與羧酸(b4-5)或醯基鹵(b4-6)其中一者之間的酯化反應所獲得之磺醯氟而製造,其係如下式所示:
其中與前文所示相同之符號具有與前文所述之相同對應意義。
通常,欲使用之磺酸鹽(b4-4)或磺醯氟(b4-7)的量以1莫耳之該羧酸(b4-5)或醯基鹵(b4-6)其中之一計為約0.5莫耳至3莫耳,且較佳為約1莫耳至2莫耳。該反應的其他條件係與前述之酯化反應相同。在使用醯基鹵(b4-6)之酯化反應中,可使用脫氧劑。該脫氧劑之實例包括有機鹼,諸如三乙胺及吡啶;以及無機鹼,諸如氫氧化鈉及碳酸鉀。雖然可使用過量之該脫氧劑,但通常欲使用之脫氧劑的量以1莫耳之醯基鹵(b4-6)計較佳為約0.001莫耳至5莫耳,且較佳為約1莫耳至3莫耳。
該醯基鹵(b4-6)係經由介於羧酸(b4-5)與化合物(諸如亞硫醯氯、亞硫醯溴、三氯化磷、五氯化磷、或三溴化磷)之間的反應而合成。通常,該醯基鹵之合成反應可於非質子性溶劑(諸如二氯乙烷、甲苯、乙苯、一氯苯及N,N-二甲基甲醯胺)中且於20℃至約200℃(較佳為約50℃至約150℃)之溫度攪拌時進行。該醯基鹵之合成反應中,可使用胺化合物作為觸媒。
例如,具有鍵聯部分(b1-4)之磺酸鹽(b3-1-4)可經由
介於具有羥基的磺酸鹽(b4-8)與醇(b4-9)或具有消去基X2的化合物(b4-10)其中一者之間的醚化反應而製造,其係如下式所示:
其中X2表示氯原子、溴原子、碘原子、甲磺醯氧基、甲苯磺醯氧基、或三氟甲磺醯氧基。與前文所示相同之符號具有與前文所述之相同對應意義。
此外,該磺酸鹽(b3-1-4)亦可藉由以MbOH水解經由介於具有羥基之磺醯氟(b4-11)與醇(b4-9)或含消去基之化合物(b4-10)其中一者之間的醚化反應所獲得之磺醯氟而製造,其係如下式所示:
其中與前文所示相同之符號具有與前文所述之相同對應意義。
通常,欲使用之磺酸鹽(b4-8)或磺醯氟(b4-11)的量以1莫耳之該醇(b4-9)或含消去基之化合物(b4-10)其中之一計為約0.5莫耳至3莫耳,且較佳為約1莫耳至2莫耳。
通常,該醚化反應係於非質子性溶劑(諸如二氯乙烷、甲苯、乙苯、一氯苯、乙腈及N,N-二甲基甲醯胺)中且於20℃至約200℃(較佳為約50℃至約150℃)之溫度攪拌時進行。
該醚化反應中,可使用酸觸媒。該酸觸媒之實例包括有機酸,諸如對甲苯磺酸;及無機酸,諸如硫酸。雖然可使用過量之該酸觸媒,但通常欲使用之酸觸媒的量以1莫耳之該醇(b4-9)或含消去基之化合物(b4-10)其中之一計為約0.001莫耳至5莫耳。
於進行脫水的同時,可使用Dean-Stark設備等進行該醚化反應以便縮短反應時間。此外,該醚化反應中可使用脫水劑。該脫水劑之實例包括1,1'-羰基二咪唑及N,N'-二環己基碳二醯亞胺。雖然可使用過量之該脫水劑,但通常欲使用之脫水劑的量以1莫耳之該醇(b4-9)或含消去基之化合物(b4-10)其中之一計為約0.5莫耳至5莫耳,且較佳為約1莫耳至3莫耳。
於使用含消去基之化合物(b4-10)的醚化反應中,可使用脫氧劑。該脫氧劑之實例包括有機鹼,諸如三乙胺及吡啶;以及無機鹼,諸如氫氧化鈉及碳酸鉀。雖然可使用過量之該脫氧劑,但通常欲使用之脫氧劑的量以1莫耳之該含消去基之化合物(b4-10)計為約0.001莫耳至5莫耳,且較佳為約1莫耳至3莫耳。
該含消去基之化合物(b4-10)可經由介於醇(b4-9)與亞硫醯氯、亞硫醯溴、三氯化磷、五氯化磷、三溴化磷、甲
磺醯氯、三氟甲磺醯酐等之間的反應而合成。通常,該合成反應可於非質子性溶劑(諸如二氯乙烷、甲苯、乙苯、一氯苯及N,N-二甲基甲醯胺)中且於-70℃至約200℃(較佳為約-50℃至約150℃)之溫度攪拌時進行。該合成反應中,可使用脫氧劑。該脫氧劑之實例包括有機鹼,諸如三乙胺及吡啶;以及無機鹼,諸如氫氧化鈉及碳酸鉀。雖然該合成反應中可使用過量之該脫氧劑,但通常欲使用之脫氧劑的量以1莫耳之該醇(b4-9)計為約0.001莫耳至5莫耳,且較佳為約1莫耳至3莫耳。
<含氮鹼性化合物(C)>
可將含氮鹼性化合物(C)添加於本發明之光阻組成物中作為猝滅劑。例如,藉由使用該含氮鹼性化合物(C)可減少因後曝光延遲而發生之酸鈍化所造成的光阻膜性能惡化。當使用該含氮鹼性化合物(C)時,該含氮鹼性化合物(C)之量以100質量份之該樹脂(A)計較佳為0.01質量份或更高(更佳為0.05質量份或更高,且更佳為0.1質量份或更高),且以100質量份之該樹脂(A)計較佳為5質量份或更低(更佳為3質量份或更低,且更佳為2質量份或更低)。
該含氮鹼性化合物(C)之實例包括胺與氫氧化銨。該胺可為脂族胺或芳族胺。可使用一級胺、二級胺或三級胺中之任一者作為該脂族胺。該芳族胺可為胺,諸如胺基係鍵合於芳環之苯胺,或是雜芳族胺,諸如吡啶。該含氮鹼
性化合物(C)較佳為下式(C1)中所顯示之芳族胺,且以式(C1-1)中所示之苯胺特佳。
在式(C1)中,Arc1表示C6-20芳族烴基。Rc1與Rc2各獨立表示氫原子、直鏈或支鏈C1-6脂族烴基、C5-10脂環烴基、或C6-20芳族烴基。該脂族烴基及芳族烴基可各獨立經羥基、胺基、或直鏈或支鏈C1-6烷氧基取代。此外,該脂族烴基可經C6-20芳族烴基取代,且該芳族烴基可經直鏈或支鏈C1-6脂族烴基、或C5-10脂環烴基取代。此外,該烷氧基可經羥基、胺基、或直鏈或支鏈C1-6烷氧基取代,且該胺基可經C1-4脂族烴基取代。
在式(C1-1)中,Rc1與Rc2係與前文所述相同。Rc3表示直鏈或支鏈C1-6脂族烴基、C5-10脂環烴基、直鏈或支鏈C1-6烷氧基、或C6-20芳族烴基。該脂族烴基、該烷氧基、及該芳族烴基可各獨立具有如式(C1)所述之取代基。式(C1-1)中之「m3」表示0至3之整數。當m3為0時,其意指不存在Rc3。當「m3」不小於2時,複數個Rc3可彼此相同或不同。
芳族胺(C1)之實例包括1-萘胺及2-萘胺。苯胺(C1-1)之實例包括苯胺、二丙異苯胺、2-、3-或4-甲苯胺、4-硝基苯胺、N-甲苯胺、N,N-二甲苯胺、及二苯胺。其中,以二異丙苯胺(特別是2,6-二異丙苯胺)為佳。
以下式(C2)所示之氫氧化四級銨作為該含氮鹼性化合物(C)亦較佳。
在式(C2)中,Rc4至Rc6各獨立表示氫原子、直鏈或支鏈C1-6脂族烴基、C5-10脂環烴基、或C6-20芳族烴基。
Rc7表示直鏈或支鏈C1-6脂族烴基、或C5-10脂環烴基。該脂族烴基及該芳族烴基可各獨立具有如式(C1)所述之取代基。
該氫氧化四級銨(C2)之實例包括氫氧化四甲銨、氫氧化四異丙銨、氫氧化四丁銨、氫氧化四己銨(例如,氫氧化四正己銨)、氫氧化四辛銨(例如氫氧化四正辛銨)、氫氧化苯基三甲銨、氫氧化3-(三氟甲基)苯基三甲銨及膽鹼。其中,以氫氧化四甲銨、氫氧化四丁銨、氫氧化四己銨、氫氧化四辛銨、氫氧化苯基三甲銨、及氫氧化3-(三氟甲基)苯基三甲銨為佳。
該含氮鹼性化合物(C)之其他實例包括如式(C3)至(C11)中所示之化合物。
在式(C3)中,Rc8表示直鏈或支鏈C1-6脂族烴基、或C5-10脂環烴基。Rc9與Rc10各獨立表示氫原子、直鏈或支鏈C1-6脂族烴基、或C5-10脂環烴基。在式(C4)至(C8)中,各鍵合至氮原子之Rc11至Rc11、Rc16至Rc19與Rc22各獨立表示氫原子、直鏈或支鏈C1-6脂族烴基、C5-10脂環烴基、或C6-20芳族烴基。在式(C6)中,Rc15表示直鏈或支鏈C1-6脂族烴基、C3-6脂環烴基、或C2-6烷醯基,且n3表示0至8之整數。當n3為0時,其意指不存在Rc15。當n3不小於2時,複數個Rc15可彼此相同或不同。在式(C8)中,鍵合至芳族碳之Rc23表示氫原子、直鏈或支鏈C1-6脂族烴基、C5-10脂環烴基、直鏈或支鏈C1-6烷氧基、或C6-20芳族烴基。在式(C7)及式(C9)至(C11)
中,各鍵合至芳族碳之Rc20、Rc21、及Rc24至Rc28各獨立表示直鏈或支鏈C1-6脂族烴基、C5-10脂環烴基、直鏈或支鏈C1-6烷氧基、或C6-20芳族烴基,且o3至u3各獨立表示0至3之整數。當o3至u3中任一者為0時,其意指不存在對應之取代基。當o3至u3中任一者不小於2時,其意指複數個Rc20至Rc28分別可彼此相同或不同。在式(C7)與(C10)中,Lc1與Lc2各獨立表示C2-6伸烷基、羰基(-CO-)、-N(Rc29)-、硫基(-S-)、二硫基(-S-S-)、或其組合。Rc29表示氫原子、或直鏈或支鏈C1-6脂族烴基。此外,在式(C3)至(C11)中,該脂族烴基、該烷氧基、及該芳族烴基可各獨立具有如式(C1)所述之取代基。
化合物(C3)之實例包括己胺、庚胺、辛胺、壬胺、癸胺、二丁胺、二戊胺、二己胺、二庚胺、二辛胺、二壬胺、二癸胺、三乙胺、三甲胺、三丙胺、三丁胺、三戊胺、三己胺、三庚胺、三辛胺、三壬胺、三癸胺、甲基二丁胺、甲基二戊胺、甲基二己胺、甲基二環己胺、甲基二庚胺、甲基二辛胺、甲基二壬胺、甲基二癸胺、乙基二丁胺、乙基二戊胺、乙基二己胺、乙基二庚胺、乙基二辛胺、乙基二壬胺、乙基二癸胺、二環己基甲胺、三[2-(2-甲氧基乙氧基)乙基]胺、三異丙醇胺、乙二胺、丁二胺、己二胺、4,4'-二胺基-1,2-二苯乙烷、4,4'-二胺基-3,3'-二甲基二苯甲烷、及4,4'-二胺基-3,3'-二乙基二苯甲烷。
化合物(C4)為例如哌嗪。化合物(C5)為例如嗎啉。化合物(C6)之實例包括哌啶以及具有如日本專利早期公開公
報第11-52575號所揭示之哌啶骨架的受阻胺化合物。化合物(C7)為例如2,2'-亞甲基雙苯胺。
化合物(C8)之實例包括咪唑及4-甲基咪唑。化合物(C9)之實例包括吡啶及4-甲基吡啶等。化合物(C10)之實例包括1,2-二(2-吡啶基)乙烷、1,2-二(4-吡啶基)乙烷、1,3-二(4-吡啶基)丙烷、1,2-二(4-吡啶氧基)乙烷、二(2-吡啶基)酮、硫化4,4'-二吡啶基、二硫化4,4'-二吡啶基、2,2'-二吡啶基胺、及2,2'-二皮考基胺。化合物(C11)為例如雙吡啶。
<溶劑(D)>
溶劑(D)之實例包括例如乙二醇醚酯,諸如乙酸乙賽璐蘇、乙酸甲賽璐蘇、及丙二醇一甲醚乙酸酯;酯,諸如乳酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、及丙酮酸乙酯;及酮,諸如丙酮、甲基異丁酮、2-庚酮、及環己酮;環酯,諸如γ-丁內酯;及丙二醇一甲醚。
通常,溶劑(D)在整體光阻組成物中之含量為50質量%或更高(較佳為70質量%或更高,且更佳為90質量%或更高),且為99質量%或更低(較佳為97質量%或更低)。
<任選之組分(E)>
光阻組成物可視需要含有任何任選組分(E)。該任選組分(E)不侷限於任何特定組分。可使用本技術領域中習知之添加劑,諸如敏化劑、溶解抑制劑、界面活性劑、安
定劑、及染料。
<製造光阻圖案之方法>
本發明之製造方法包括塗覆步驟1、預烘焙步驟2、曝光步驟3、曝光後烘焙步驟4、及顯影步驟5。下文,茲分別依序說明該等步驟。
<塗覆步驟1>
在將該光阻組成物塗覆於基板之前,該光阻組成物之各組分較佳為先在溶劑中彼此摻合,然後經由細孔大小為約0.2μm或更小之過濾器予以過濾。該過濾作用改善經塗覆膜(光阻膜)的均勻性。
塗覆該光阻組成物之基板可視需要根據用途而予以選擇。例如,可舉出形成有感測器、電路、電晶體等之矽晶圓與石英晶圓為該基板之實例。
施加該光阻組成物以在該基板上形成塗覆膜的方法並不侷限於任何特定方法。可視需要使用標準塗覆方法,諸如旋塗法。
<預烘焙步驟2>
經過預烘焙,可增強光阻膜的機械強度,且可調整經曝光光阻膜中之活性物質(例如H+)的擴散程度。該預烘焙溫度TPB為例如約50℃至約200℃。
<曝光步驟3>
該經預烘焙之光阻膜係使用對應於所希望圖案(例如接觸孔)的遮罩予以曝光。該曝光可為乾式曝光或浸沒式曝光。使用例如縮小投影曝光設備作為曝光設備。可使用各種光源作為曝光光源,且該曝光光源之實例包括:用於發出紫外線雷射光之光源,諸如KrF準分子雷射(波長248nm)、ArF準分子雷射(波長193nm)、及F2雷射(波長157nm);及用於發出從固態雷射光源(諸如YAG或半導體雷射)經波長轉換之諧波遠紫外線雷射光或諧波真空紫外線雷射光的光源。該曝光量可視需要而根據欲使用之光阻組成物的組分之種類與含量而決定。
<曝光後烘焙步驟4>
進行該曝光後烘焙以促進活性物質(例如H+)之擴散以及該經曝光光阻膜中之活性物質的反應。通常,該曝光後烘焙溫度TPEB為約50℃至約200℃,較佳為約70℃至約150℃。
<顯影步驟5>
該顯影係利用顯影設備藉由使具有形成有光阻膜之基板與一般液態顯影劑接觸而進行。該液態顯影劑之實例包括鹼性水溶液(特別是,氫氧化四甲銨之水溶液、氫氧化(2-羥乙基)三甲銨(通常稱為膽鹼)之水溶液等)。可視需要將界面活性劑添加於該液態顯影劑。較佳情況係該光阻圖
案係藉由排出該液態顯影劑、水洗且去除該水而形成。
實施例
下文茲以實例方式更明確地說明本發明,該等實例不應視為本發明範圍之限制,且在前後文所述之要旨範圍內可進行各種修改,該等修改係包括在本發明之技術範圍內。
除非另外明確注明,否則下文中用於表示任一組分之含量與數量的「%」與「份」係以質量基準計。
Mw(分子量)係藉由凝膠滲透層析術(HLC-8120GPC型,管柱(三個管柱):TSKgel Multipore HXL-M,由TOSOH CORPORATION所製,洗提液:四氫呋喃)使用聚苯乙烯作為標準參考材料的實測值。詳細條件如下。
管柱:「TSKgel Multipore HXL-M」三個管柱及保護管柱(由TOSOH CORPORATION所製)
洗提液:四氫呋喃
流率:1.0mL/分鐘
偵檢器:RI偵檢器
管柱溫度:40℃
注入速率:100μL
分子量標準:標準聚苯乙烯(由TOSOH CORPORATION所製)
藉由NMR(GX-270型或EX-270型,由JEOL Ltd.所
製)及質譜測定法(LC:1100型,由AGILENT TECHNOLOGIES LTD.所製,MASS:LC/MSD型或LC/MSD TOF型,由AGILENT TECHNOLOGIES LTD.所製)測定化合物之結構。
1.樹脂(A)
使用如下所示之單體分別合成樹脂A-1至A-7,且將之用於實施例、比較實例及參考實例。表1分別顯示樹脂A-1至A-7之Mw,以及A-1至A-7各者之單體當中的莫耳比。
(1)樹脂A-1之合成
單體(a1-1-1)、單體(a1-2-1)、單體(a2-1-1)、及單體(a3-2-1)係以40:10:20:30之莫耳比予以摻合。將重量為所有單體總重之1.2倍的二噁烷添加於其中以獲得單體溶液。於該溶液中添加以所有單體的總量計分別為2.5莫耳%及7.5莫耳%之偶氮二異丁腈及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)作為起始劑,且將所得之混合物於80℃加熱約五小時。之後,藉由將該反應溶液倒入大量水與甲醇之混合物中以導致沉澱三次來進行純化作用。因此,獲得Mw為3182之共聚物,產率為56%。該共聚物具有與該等個別單體對應之結構單元,且係用作樹脂A-1。
(2)樹脂A-2之合成
單體(a1-1-1)、單體(a1-2-1)、單體(a2-1-1)、及單體(a3-2-1)係以40:10:20:30之莫耳比予以摻合。將重量為所有單體總重之1.2倍的二噁烷添加於其中以獲得單體
溶液。於該溶液中添加以所有單體的總量計分別為2莫耳%及6莫耳%之偶氮二異丁腈及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)作為起始劑,且將所得之混合物於73℃加熱約五小時。之後,藉由將該反應溶液倒入大量水與甲醇之混合物中以導致沉澱三次來進行純化作用。因此,獲得Mw為4884之共聚物,產率為72%。該共聚物具有與該等個別單體對應之結構單元,且係用作樹脂A-2。
(3)樹脂A-3之合成
單體(a1-1-1)、單體(a1-2-1)、單體(a2-1-1)、及單體(a3-2-1)係以40:10:20:30之莫耳比予以摻合。將重量為所有單體總重之1.2倍的二噁烷添加於其中以獲得單體溶液。於該溶液中添加以所有單體的總量計分別為1莫耳%及3莫耳%之偶氮二異丁腈及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)作為起始劑,且將所得之混合物於73℃加熱約五小時。之後,藉由將該反應溶液倒入大量甲醇中以導致沉澱三次來進行純化作用。因此,獲得Mw為8355之共聚物,產率為74%。該共聚物具有與該等個別單體對應之結構單元,且係用作樹脂A-3。
(4)樹脂A-4之合成
單體(a1-1-1)、單體(a1-2-1)、單體(a2-1-1)、及單體(a3-2-1)係以40:10:20:30之莫耳比予以摻合。將重量為所有單體總重之1.2倍的二噁烷添加於其中以獲得單體
溶液。於該溶液中添加以所有單體的總量計分別為0.7莫耳%及2.1莫耳%之偶氮二異丁腈及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)作為起始劑,且將所得之混合物於73℃加熱約五小時。之後,藉由將該反應溶液倒入大量水與甲醇之混合物中以導致沉澱三次來進行純化作用。因此,獲得Mw為10733之共聚物,產率為74%。該共聚物具有與該等個別單體對應之結構單元,且係用作樹脂A-4。
(5)樹脂A-5之合成
單體(a1-1-1)、單體(a1-2-1)、單體(a2-1-2)、及單體(a3-2-1)係以40:10:10:40之莫耳比予以摻合。將重量為所有單體總重之1.2倍的二噁烷添加於其中以獲得單體溶液。於該溶液中添加以所有單體的總量計分別為2.5莫耳%及7.5莫耳%之偶氮二異丁腈及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)作為起始劑,且將所得之混合物於77℃加熱約五小時。之後,藉由將該反應溶液倒入大量水與甲醇之混合物中以導致沉澱三次來進行純化作用。因此,獲得Mw為3891之共聚物,產率為59%。該共聚物具有與該等個別單體對應之結構單元,且係用作樹脂A-5。
(6)樹脂A-6之合成
單體(a1-1-2)、單體(a2-1-1)及單體(a3-1-1)係以50:25:25之莫耳比予以摻合。將重量為所有單體總重之1.5倍的二噁烷添加於其中以獲得單體溶液。於該溶液
中添加以所有單體的總量計分別為1莫耳%及3莫耳%之偶氮二異丁腈及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)作為起始劑,且將所得之混合物於80℃加熱約八小時。之後,藉由將該反應溶液倒入大量水與甲醇之混合物中以導致沉澱三次來進行純化作用。因此,獲得Mw為9200之共聚物,產率為60%。該共聚物具有與該等個別單體對應之結構單元,且係用作樹脂A-6。
(7)樹脂A-7之合成
單體(a1-1-2)、單體(a2-1-1)、單體(a3-1-1)、及單體(a3-2-1)係以40:10:20:30之莫耳比予以摻合。將重量為所有單體總重之1.5倍的二噁烷添加於其中以獲得單體溶液。於該溶液中添加以所有單體的總量計分別為2.2莫耳%及6.6莫耳%之偶氮二異丁腈及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)作為起始劑,且將之於73℃加熱約五小時。之後,藉由將該反應溶液倒入大量水與甲醇之混合物中以導致沉澱三次來進行純化作用。因此,獲得Mw為4180之共聚物,產率為72%。該共聚物具有與該等個別單體對應之結構單元,且係用作樹脂A-7。
2.酸產生劑(B1-2)之合成
在使用冰浴冷卻之下,將230份30質量%之氫氧化鈉水溶液滴入100份二氟(氟磺醯基)乙酸甲酯與150份之離子交換水的混合物中。將所形成之混合物在100℃回流
三小時,將之冷卻,且以88份濃縮氫氯酸予以中和。將所得之溶液濃縮以獲得164.4份二氟磺乙酸鈉(其含有無機鹽且純度為62.7%)。於1.9份所獲得之二氟磺乙酸鈉(純度為62.7%)與9.5份N,N-二甲基甲醯胺之混合物中添加1.0份1,1'-羰基二咪唑,且將所形成之混合物攪拌兩小時。將所獲得之溶液添加於藉由將0.2份氫化鈉添加於1.1份3-羥基-1-金鋼烷基甲醇與5.5份N,N-二甲基甲醯胺之混合物而獲得之溶液中,且將所得之混合物攪拌兩小時。將所形成之溶液攪拌15小時以獲得二氟磺乙酸3-羥基-1-金剛烷基甲酯的鈉鹽,其係以原狀態用於後續反應。
於所獲得之二氟磺乙酸3-羥基-1-金剛烷基甲酯的鈉鹽的溶液中添加17.2份氯仿及2.9份之14.8質量%的氯化三苯基鋶水溶液,且將該混合物攪拌15小時,然後從所得之溶液分離出有機層,且以6.5份氯仿對水層進行萃取。結合有機層,且以離子交換水予以清洗,並濃縮所獲得之有機層。在該濃縮溶液中添加5.0份第三丁基甲醚,將所得之混合物攪拌且過濾,獲得為白色固體之0.2份1-((3-羥基-1-金剛烷基)甲氧基羰基)二氟甲磺酸三苯基鋶(B1-2)。
3.實施例及比較實例
將表2中所示之每一組分混合、溶解及經由孔徑為0.2μm之氟樹脂過濾器過濾,以製備液態光阻組成物。
(附注)
酸產生劑(B)=
B1:酸產生劑(B1-2)
B2:九氟丁磺酸三苯基鋶
含氮鹼性化合物(C)=C1:2,6-二異丙異丙苯胺
溶劑(D):
(細節)丙二醇一甲醚乙酸酯:265份
2-庚酮:20.0份
丙二醇一甲醚:20.0份
γ-丁內酯:3.5份
每一片矽晶圓均經抗反射塗覆組成物(ARC-29;由Nissan Chemical Industries,Ltd.所製)塗覆,且係在205℃之條件下烘焙60秒,形成厚度為780Å之有機抗反射塗層。接著,以使乾燥膜之厚度為85nm之方式將光阻組成物旋塗在該有機抗反射塗層上。在直接熱板上以表2之TPB欄中所示溫度預烘焙各塗覆有該光阻組成物的矽晶圓60秒,以形成光阻膜。使用供形成接觸孔圖案(孔距:100nm/孔徑:72nm)用之遮罩,運用供浸沒式曝光用之ArF準分子分檔器(XT:1900Gi,由ASML所製,NA=1.35)對該等各形成有光阻膜的矽晶圓進行曝光,其中曝光量係逐步改變。
在曝光之後,在熱板上以表2之TPEB欄中所示之溫度對每一矽晶圓進行曝光後烘焙60秒。然後,使用2.38質量%之氫氧化四甲銨水溶液對每一矽晶圓進行水坑式顯
影(puddle development)60秒。
藉由掃描式電子顯微鏡觀察經由該顯影在矽晶圓上形成之接觸孔圖案,以評估在下述條件之下的CD均勻性與聚焦界限。結果示於表3。在每一光阻膜中,在使用孔徑為70nm之遮罩形成圖案的情況下,於圖案上形成直徑為55nm之孔的曝光量被視為有效敏感度。有效敏感度亦示於表3。
(1)CD均勻性(CDU)
對於藉由使用孔徑為70nm之遮罩在該有效敏感度之曝光量下於圖案上形成的每一孔測量孔徑24次,且將平均值視為該測量之孔的平均孔徑。在同一晶圓上的400個位置測量藉由使用孔徑為70nm之遮罩於該圖案上形成之平均孔徑,且使用該400個平均孔徑作為母體以獲得標準差。將1.80nm至2.00之標準差視為標準(標示為「S」)。當該標準差為1.70nm或更小時,該CDU評為優異(標示為「E」)、標準差大於1.70nm且小於1.80nm時,該CDU評為良好(標示為「G」),且當標準差大於2.00nm時,該CDU評為不良(標示為「P」)。
(2)聚焦界限(DOF)
維持孔徑52.2nm至57.7nm之有效敏感度的曝光量之聚焦範圍被視為DOF。0.16μm至0.20μm之DOF範圍係評為標準(標示為「S」,0.24μm或更大之DOF係評為
優異(標示為「E」)、大於0.20μm且小於0.24μm之DOF係評為良好(標示為「G」、及小於0.16μm之DOF係評為不良(標示為「P」)。
根據表2及3所示之結果,在使用Mw為2500至5000之共聚物的實施例1至8中,該CDU及DOF係評為優異。
本發明之光阻組成物提供具有增強CD均勻性(CDU)及提高聚焦界限(DOF)的光阻圖案,且適於工業用。本發明之光阻組成物適用於各種使用乾式曝光、浸沒式曝光、雙重成像等之石板印刷術(例如ArF及KrF準分子雷射石板印刷術、ArF浸沒式曝光石板印刷術,及EUV曝光石板印刷術)。
本申請案係根據2009年6月24日在日本特許廳申請之日本專利申請案第2009-150360號為基礎,且其全文內容係以引用的方式併入本文中。
Claims (11)
- 一種化學增幅型光阻組成物,其包含:樹脂(A),及酸產生劑(B),其中該樹脂(A)含有共聚物(A1)與另一聚合物(A2),該共聚物(A1)係藉由聚合至少下列者而得:具有C5-20脂環烴基之(甲基)丙烯酸系單體(a1),其藉由酸之作用而變得可溶於鹼水溶液;具有含羥基之金剛烷基的(甲基)丙烯酸系單體(a2);及具有內酯環之(甲基)丙烯酸系單體(a3);該共聚物(A1)的重量平均分子量為2500或更高且為5000或更低,且該另一聚合物(A2)之重量平均分子量為高於5000且為20000或更低,該共聚物(A1)的含量以100質量份之該樹脂(A)計為不低於50質量份且未達100質量份,該酸產生劑(B)係式(B1)所表示之鹽:
- 如申請專利範圍第1項之化學增幅型光阻組成物,其中該(甲基)丙烯酸系單體(a1)係選自由式(a1-1)與(a1-2)所表示之化合物所組成的群組中之至少一者:
- 如申請專利範圍第2項之化學增幅型光阻組成物,其中該(甲基)丙烯酸系單體(a1)係選自由以下所組成之群組中的至少一者:丙烯酸2-甲基-2-金剛烷酯、甲基丙烯酸2-甲基-2-金剛烷酯、丙烯酸2-乙基-2-金剛烷酯、甲基丙烯酸2-乙基-2-金剛烷酯、丙烯酸2-異丙基-2-金剛 烷酯、甲基丙烯酸2-異丙基-2-金剛烷酯、丙烯酸1-乙基-1-環己酯、及甲基丙烯酸1-乙基-1-環己酯。
- 如申請專利範圍第1項之化學增幅型光阻組成物,其中該(甲基)丙烯酸系單體(a2)係選自以下所組成之群組中的至少一者:丙烯酸3-羥基-1-金剛烷酯、甲基丙烯酸3-羥基-1-金剛烷酯、丙烯酸3,5-二羥基-1-金剛烷酯、及甲基丙烯酸3,5-二羥基-1-金剛烷酯。
- 如申請專利範圍第1項之化學增幅型光阻組成物,其中該(甲基)丙烯酸系單體(a3)係選自由式(a3-1)與(a3-2)所表示之化合物所組成的群組中之至少一者:
- 如申請專利範圍第1項之化學增幅型光阻組成物,其中Z+為芳基鋶陽離子。
- 如申請專利範圍第1項之化學增幅型光阻組成物,其中該酸產生劑(B)之含量以100質量份之該樹脂(A)計為1至20質量份。
- 如申請專利範圍第1項之化學增幅型光阻組成物,其另外包含含氮鹼性化合物(C)。
- 如申請專利範圍第8項之化學增幅型光阻組成物,其中該含氮鹼性化合物(C)為二異丙苯胺。
- 一種製造光阻圖案之方法,其包括:藉由將申請專利範圍第1至9項中任一項之化學增幅型光阻組成物施加於基板而形成光阻膜;預烘焙該光阻膜;令該經預烘焙之光阻膜曝光;對該經曝光之光阻膜進行曝光後烘焙;及藉由使用鹼性顯影劑,令該已進行曝光後烘焙之光阻膜顯影以形成光阻圖案。
- 如申請專利範圍第10項之形成光阻圖案的方法,其中該曝光係經由用於形成接觸孔的遮罩來進行。
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