TWI612388B - 光阻之下層組成物及使用其形成圖案之方法 - Google Patents

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Abstract

揭示具有優異的熱安定性、耐蝕刻性、間隙填補性及防空孔性之光阻之下層組成物,及使用其形成圖案之方法。光阻之下層組成物包含:具有下式1之重複單位的含芳香環聚合物;下式4之化合物;及有機溶劑。
於式1中,R1為含5至20個碳原子之單環或多環芳香烴基,R2及R3獨立地為含4至14個碳原子之單環或多環芳香烴基,a為1至3之整數,及b為0至2之整數。
於式4中,n為1至250之整數。

Description

光阻之下層組成物及使用其形成圖案之方法
本發明係有關於光阻之下層組成物及使用其形成圖案之方法,及更明確言之,係有關於具有優異的熱安定性、耐蝕刻性、間隙填補性及防空孔性之光阻之下層組成物,及使用其形成圖案之方法。
近來,隨著大型積體電路(LSI)之集積程度的增加,半導體電路圖案之尺寸變小。於習知利用曝光之微影技術中,光阻或電路圖案的解析度縮小至接近該所使用的光波長所能達成的特有解析度。作為用以形成光阻圖案之用於微影技術的習知光源,廣泛地使用運用汞燈的g線(436奈米)光源及i線(365奈米)光源。近來,短波長光源諸如KrF準分子雷射(248奈米)及ArF準分子雷射(193奈米)用於微影技術用以縮小光阻圖案之尺寸。
又,隨著光阻圖案之尺寸的縮小,光阻層之厚度及光阻圖案之厚度須縮小以防止光阻圖案的塌陷。但難以藉使用具有縮小厚度的光阻圖案來適當地蝕刻一層(欲蝕刻的基板)。因此,在該光阻層與該欲蝕刻的基板間形成具有高耐蝕刻性的無機層或有機層,及此種層稱作「(光阻)下層」或「硬式光罩」。於該基板蝕刻過程中,該下層首先藉使用光阻圖案作為光罩而經蝕刻及圖案化,及 然後該基板其次藉使用下層圖案作為光罩而經蝕刻及圖案化。此種蝕刻處理習知稱作「(光阻)下層處理」。用在下層處理的無機下層可由氮化矽、氧氮化矽、多晶矽、氮化鈦、非晶形碳等組成,及典型地係藉化學氣相沈積(CVD)方法製成。藉化學氣相沈積(CVD)方法製成的下層具有優異的蝕刻選擇性及耐蝕刻性,但具有高器材成本、顆粒控制困難等缺點。因此替代藉沈積法製成無機下層,研究且發展可藉旋塗法製成的有機下層。
含有機下層的多層光阻典型地具有雙層結構(雙層光阻技術)或三層結構(三層光阻技術)。於雙層光阻技術中,上層為光阻層,於其中可形成圖案;及下層(光阻下層)係使用烴化合物製成,該烴化合物可使用氧氣蝕刻。該光阻下層須作為蝕刻下方基板的硬式光罩,故該光阻下層須具有高耐蝕刻性。此外,為了用於氧氣蝕刻處理,該光阻下層須只藉由烴化合物製成而不含矽原子。又,於其上被覆有該光阻下層的晶圓可為具有平坦表面的晶圓,及也可為其上形成電路圖案的晶圓。因形成於晶圓上的圖案之線寬度及高度具有約數十至數百奈米之尺寸,故被覆於該圖案上的光阻下層物質須具有良好間隙填補性,以便有效地且完全地填補在具有高差的圖案間。除了耐蝕刻性及間隙填補性之外,該光阻下層需要作為抗反射層用以控制於上覆光阻層中的駐波,及避免當使用KrF或ArF光源時的圖案塌陷。特別,需要控制從下層至上覆光阻層的光反射小於1%。
於三層光阻技術中,無機硬式光罩中間層(亦即由無機物質組成的第二下層)進一步設在該上層(亦即光阻層)與光阻下層(亦即由烴化合物組成的第一下層)間。該第二下層可為於高溫下 藉化學氣相沈積(CVD)方法所製備的氧化矽層、氮化矽層、或氧氮化矽(SiON)層。較佳地,該第二下層可為SiON層,其也可有效作為抗反射層。該第二下層之厚度為5至200奈米,較佳地10至100奈米。為了在該第一下層上形成該第二下層(特別為SiON層),基板須加熱至高達240至500℃。因此,該光阻下層(亦即第一下層)須具有於240至500℃之溫度的熱安定性。若該光阻下層不具有於高溫(例如超過400℃)之熱安定性,則在無機硬式光罩中間層(亦即第二下層)形成期間,該光阻下層可能分解且可能污染設備。
因此,本發明之一目的係提供一種光阻之下層組成物其可形成於高溫下(例如超過400℃)具有熱安定性及耐蝕刻性的光阻下層,及使用其形成圖案之方法。
本發明之另一目的係提供一種光阻之下層組成物其具有優異的間隙填補性,及使用其以形成圖案之方法。
為了達成此等目的,本發明提供一種光阻之下層組成物其包含:具有下式1之重複單位的含芳香環聚合物;下式4之化合物;及有機溶劑。
Figure TWI612388BD00001
於式1中,R1為含5至20個碳原子之單環或多環芳香烴基,R2及 R3獨立地為含4至14個碳原子之單環或多環芳香烴基,a為1至3之整數,及b為0至2之整數。
Figure TWI612388BD00002
於式4中,n為1至250之整數,較佳為2至150之整數,尤佳為10至100之整數。
本發明也提供一種使用光阻之下層組成物以形成圖案之方法,包含下列步驟:使用光阻之下層組成物在一欲蝕刻的基板上形成一光阻下層;在該光阻下層上形成一光阻層;藉由將該光阻層曝光於一預定圖案之光而於該光阻層上形成一光阻圖案;藉由按照該圖案選擇性地去除該光阻層及該光阻下層而使該基板按照該圖案暴露;及蝕刻該基板之暴露區。
藉由本發明形成的光阻下層於高溫下(例如超過400℃)具有優異的熱安定性,此點乃形成硬式光罩所要求者,及當被覆在具有高差的圖案上時,具有優異的間隙填補性。由於優異的間隙填補性,本發明之光阻下層具有較少空孔,且形成平坦表面,及作為有機抗反射層。又,本發明之光阻下層具有優異的耐蝕刻性,及於藉乾蝕刻法形成圖案時作為保護層(硬式光罩)。
圖1及2分別為場發射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)照片顯示於比較例4-1中形成的光阻下層及於實施例4-10中形成的光阻 下層。
藉由參照後文詳細說明部分將更為明瞭本發明及其許多伴隨之優點。
依據本發明之光阻之下層組成物係用以藉由一方法諸如旋塗法(碳上旋塗法)而形成下層於基板諸如矽晶圓上。該光阻之下層組成物包括具有下式1之重複單位的含芳香環聚合物;下式4之化合物;及有機溶劑。
Figure TWI612388BD00003
於式1中,R1為含5至20個碳原子之單環或多環芳香烴基。例如R1環可為芳香環諸如苯環、萘環、聯苯環、蒽環、菲環、聯三苯環、芘環、聯萘環等。R2及R3獨立地為含4至14個碳原子之單環或多環芳香烴基。例如R2及/或R3環可為芳香環諸如苯環、萘環、及蒽環。「a」為取代於R1上之羥基(-OH)數目,及「a」為1至3之整數。及「b」為0至2之整數。又,若有所需,R1、R2及R3可經以鹵原子、羥基、硝基、氰基、胺基、含1至6個碳原子之低碳烷基等進一步取代。
具有式1之重複單位的含芳香環聚合物於其聚合物主鏈不含乙烯基(-CH2-)。含芳香環聚合物之典型實施例包括具有下式1a至1m之重複單位的聚合物。
[式1a]
Figure TWI612388BD00004
Figure TWI612388BD00005
Figure TWI612388BD00006
Figure TWI612388BD00007
Figure TWI612388BD00008
Figure TWI612388BD00009
[式1g]
Figure TWI612388BD00010
Figure TWI612388BD00011
Figure TWI612388BD00012
Figure TWI612388BD00013
Figure TWI612388BD00014
Figure TWI612388BD00015
[式1m]
Figure TWI612388BD00016
如下反應圖1所示含芳香環聚合物之製法,例如係經由於溶劑及於酸催化劑存在下(藉由加熱)讓下式2單體(具有酮基之環狀化合物)與下式3之單體(酚衍生物)反應。更明確言之,含芳香環聚合物可根據如下之製備例製備。
Figure TWI612388BD00017
於反應圖1中,R1、R2、R3、a及b係如式1定義。
式2單體之典型實施例包括
Figure TWI612388BD00018
Figure TWI612388BD00019
Figure TWI612388BD00020
等。及式3單體之典型實施例包括
Figure TWI612388BD00021
Figure TWI612388BD00022
等。
於含芳香環聚合物之製備(反應圖1)中,相對於式2單體量,以莫耳比計,式3單體之含量為0.5至4倍,較佳為1至2倍,尤佳為1至1.2倍。當相對於式2單體之含量以莫耳比計,式3單體之含量係大於4倍時,具有羥基之酚衍生物(式3單體)之比例過高,聚合物無法適當形成。相對於式2單體之含量以莫耳比計,式3單體之含量小於0.5倍時,聚合物產率減低,原因在於高比例之含酮基之環狀聚合物(式2單體)。又,具有式1重複單位之含芳香環聚合物於其它重複單位不會劣化聚合物功能之情況下,也包括小量(例如小於10莫耳%)其它重複單位。
用於含芳香環聚合物之製備的酸催化劑可為習知酸催化劑,例如可為硫酸、鹽酸、磷酸,及有機酸諸如對甲苯磺酸、甲基磺酸、草酸、乙酸、其混合物等。相對於100份莫耳比之式2單體,酸催化劑之含量為5至100份莫耳比,較佳為10至50份莫耳比,尤佳為10至20份莫耳比。當相對於100份莫耳比式2單體,酸催化劑之含量小於5份莫耳比時,反應速率可能減慢及反應時間可能延長。當相對於100份莫耳比之式2單體酸催化劑的含量大於100份莫耳比時,藉由使用過量的酸,於反應完成後的中和處理中須使用過量的氫氧化鈉,及因此之故,需要耗用大量的中和時間。至於可用 於含芳香環聚合物的製備的溶劑,可使用溶解反應物(例如單體)之習知有機溶劑而無任何限制。較佳有機溶劑包括甲苯、二甲苯、1,2,3,4-四氫萘(THN)等。
使用酸催化劑,巰基硫醇衍生物可進一步用於製備含芳香環聚合物。巰基硫醇衍生物用作為催化劑,其可減低聚合反應之活化能且可加速聚合反應,即便酚衍生物與含酮基之環狀化合物間有立體阻礙亦復如此。巰基硫醇衍生物之實施例包括2-巰基乙醇、2-巰基丙醇、3-巰基丙醇、4-巰基丁醇、其混合物等。當使用巰基硫醇衍生物時,相對於100份莫耳比之酸催化劑,巰基硫醇衍生物之含量為50至100份莫耳比,較佳為60至90份莫耳比。當相對於100份莫耳比之酸催化劑巰基硫醇衍生物的含量小於50份莫耳比時,聚合物之合成可能無法順利進行;而當相對於100份莫耳比之酸催化劑巰基硫醇衍生物的含量大於100份莫耳比時,無法獲得反應速率或產率上的額外優點。
具有式1重複單位之含芳香環聚合物的重量平均分子量(Mw)例如為200至50,000,較佳為400至10,000,尤佳為500至8,000。當含芳香環聚合物之重量平均分子量係小於200時,無法適當形成光阻下層,及當含芳香環聚合物之重量平均分子量大於50,000時,聚合物可能不溶解於溶劑,及無法適當製備光阻下層組成。
Figure TWI612388BD00023
於式4中,n為1至250之整數,較佳為2至150之整數,尤佳為10至100之整數。式4化合物之重量平均分子量例如為200至30,000,較佳為300至20,000,尤佳為500至10,000。當式4化合物之重量平均分子量過小時,於塗覆期間塗覆表面可能出錯,或於高溫加熱期間釋氣的生成可能增加。及當式4化合物之重量平均分子量過高時,化合物可能無法溶解於溶劑,可能生成下層之高度差。
於旋塗(於碳上旋塗)光阻下層組成物至基板諸如矽晶圓上時,式4化合物用作為添加劑(均勻劑)用以改良組成物之填隙性質。式4化合物(添加劑)可為單一化合物或為聚合物,較佳為聚合物。市售式4化合物之實施例包括以酚醛清漆樹脂為主的聚合物諸如MER系列(日本,明和公司(MEIWA Co.,Ltd.))。
本發明有用之有機溶劑可為能夠溶解具有式1重複單位之含芳香環聚合物及式4聚合物之習知有機溶劑。有機溶劑之實施例包括丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇甲醚(PGME)、環己酮(CH)、乳酸乙酯(EL)、γ-丁內酯(GBL)、其混合物等。
於本發明之下層組成物中,具有式1重複單位之含芳香環聚合物的含量為1至25wt%,較佳為3至20wt%,尤佳為4至16wt%。當含芳香環聚合物之含量低於1wt%時,無法適當形成下層。當含芳香環聚合物之含量大於25wt%時,下層可能出錯或不均勻。又相對於100份重量比具有式1重複單位之含芳香環聚合物,式4化合物之含量為30至150份重量比,較佳為50至140份重量比,尤佳為70至110份重量比。當式4化合物之含量相對於100份重量比含芳香環聚合物係小於30份重量比時,當圖案上的下層組成物具有高度差時,下層組成物之填隙性質劣化,於下層可能形成空孔,可能產生 下層的高度差。及,相對於100份重量比含芳香環聚合物,當式4化合物之含量大於150份重量比時,於高溫下光阻下層之熱安定性可能劣化,及耐蝕刻性可能劣化。有機溶劑之含量為固體成分之其餘部分諸如具有式1重複單位之含芳香環聚合物、式4化合物等。
又,若有所需,本發明之下層組成物可進一步包含添加劑,諸如交聯劑、界面活性劑、酸生成劑等。交聯劑係用來誘生交聯反應及硬化下層。習知交聯劑諸如三聚氰胺型或環氧型交聯劑可用作為交聯劑,及交聯劑之特定實施例可包括市售得自三菱化學公司(Mitsubishi Chemicals Co.,Ltd.)之MX-270®、MX-280®、或MX-390®;或2-{[4-(2-
Figure TWI612388BD00024
基甲氧基)苯氧基]甲基}
Figure TWI612388BD00025
。相對於100份重量比具有式1重複單位之含芳香環聚合物,交聯劑之含量可為1至20份重量比,較佳為3至15份重量比。當相對於100份重量比含芳香環聚合物交聯劑之含量係小於1份重量比時,交聯程度可能不足。及相對於100份重量比含芳香環聚合物交聯劑之含量大於20份重量比時,光阻之安定性可能劣化。
可添加酸生成劑以降低聚合物之交聯溫度及改良交聯程度。作為酸生成劑,可使用習知光酸生成劑或熱酸生成劑。若有所需,可使用酸作為酸生成劑。較佳可使用於高溫下具有優異催化效率之熱酸生成劑而非光酸生成劑。熱酸生成劑之特定實施例包括由金工業公司(King Industry Co.,Ltd.)製造的泰格(TAG®)系列。相對於100份重量比含芳香環聚合物,酸生成劑之含量為5份重量比或以下,較佳為1至4份重量比。當相對於100份重量比含芳香環聚合物酸生成劑之含量為大於5份重量比時,光阻安定性可能劣化。
界面活性劑係用來防止於光阻下層製造中因固體成分量增加所導致的塗覆出錯。界面活性劑之特定實施例包括由空氣產品公司(Air Product Co.,Ltd.)製造的蘇菲諾(SULFINOL®)系列或由迪克公司(DIC Co.,Ltd.)製造的F系列(例如F-410、F-444、F-477、R-08、或R-30)。相對於100份重量比之總下層組成物,界面活性劑之含量為0.1至1份重量比,較佳為0.2至0.8份重量比。當相對於100份重量比之總下層組成物界面活性劑的含量大於1份重量比時,下層可能出錯或不均勻。本發明之下層組成物可藉由習知方法摻混前述成分而製備。
本發明也提供一種使用下層組成物形成光阻之方法。更特別地,形成圖案之方法包含下列步驟:(a)在一欲蝕刻的基板上使用光阻之下層組成物以形成一光阻下層(例如於其上形成鋁層的矽晶圓);(b)在該光阻下層上形成一光阻層;(c)藉由將該光阻層曝光於一預定圖案之光而於該光阻層上形成一光阻圖案;(d)藉由按照該圖案選擇性地去除該光阻層及該光阻下層而使該基板按照該圖案暴露;及(e)蝕刻該基板之暴露區。又,若有所需,於步驟(b)之前,可進一步進行形成習知的含矽光阻下層(例如無機下層)及/或底部抗反射塗覆(BARC)層之步驟。
形成光阻下層之步驟可如下進行:施用(例如旋塗)本發明之下層組成物至基板上達40至600奈米厚度;及於240至400℃,較佳350至400℃加熱50至180秒。如此所形成的光阻下層具有40至550奈米厚度。當加熱溫度低於240℃時,因交聯度降低,故下層之耐蝕刻性可能劣化。當加熱溫度高於400℃時,可能因聚合物之熱分解而污染設備。光阻層之圖案形成可藉由使用習知的鹼性 溶液諸如TMAH顯影劑顯影曝光光阻層來進行。光阻下層之去除例如可使用CHF3/CF4氣體混合物藉由乾蝕刻進行。及基板可使用Cl2或HBr氣體藉由電漿蝕刻以進行蝕刻。於本發明中,光阻下層之厚度、加熱溫度及時間、及蝕刻方法並不限於前述條件,反而可根據製程條件而改變。
本發明之光阻下層包括具有芳香環之聚合物,因此最小化光反射,及也可作為有機底部抗反射塗覆層。此外,光阻下層完全填補圖案間之間隙,藉此形成平坦表面。又,本發明之光阻下層係作為在乾蝕刻製程期間的保護層(硬式光罩)。
後文將提供較佳實施例以供更徹底瞭解本發明。下列實施例僅用於例示本發明,本發明並非受下列實施例所限。
[製造例1]具有式1a重複單位之聚合物的製備
9-芴酮(18克(g),0.1莫耳(mol))及1,2,3,4-四氫萘(THN,100毫升(mL))作為溶劑並添加至三頸圓底250毫升瓶內,瓶內架設回流冷凝器,及於其中添加1-萘酚(15.8g,0.11mol)。於燒瓶溫度升高至130℃後,添加3-巰基丙醇(3.2g,0.03mol)至反應器(燒瓶),及緩慢添加18N硫酸(3.4g)。於硫酸添加後,於150℃進行反應18小時。反應完成後,將反應器冷卻至室溫,及添加2N氫氧化鈉(NaOH)於反應器以控制反應溶液之pH。於調整反應溶液之pH至7後,去除反應器之水層。再度,升高反應器溫度至90℃,及使用熱水洗滌反應溶液三次。洗滌後,反應物溫度再度冷卻至室溫,反應物緩慢滴至甲醇(1升(L))中以便沈澱聚合物並呈粉末形式。於沈澱聚合物之後,經沈澱的聚合物於真空烤爐內在60℃下乾燥6小時以獲得具有式1a重複單位之聚合物(20.7g,產率:61%)。所得聚合物 之重量平均分子量(Mw)及聚合分散度(PD)係使用凝膠滲透層析術(GPC)測量(Mw=2,860,PD=3.21)。
[製造例2]具有式1b重複單位之聚合物的製備
除了使用1,5-二氫萘(17.6g,0.11mol)替代1-萘酚(15.8g,0.11mol)之外,以與製造例1之相同方式獲得具有式1b重複單位之聚合物(24.2g)(產率:61%,Mw=3,420,PD=3.61)。
[製造例3]具有式1c重複單位之聚合物的製備
除了使用1,6-二羥基萘(17.6g,0.11mol)替代1-萘酚之外,以與製造例1之相同方式獲得具有式1c重複單位之聚合物(25.7g)(產率:72%,Mw=3,110,PD=4.26)。
[製造例4]具有式1d重複單位之聚合物的製備
除了使用2,6-二氫萘(17.6g,0.11mol)替代1-萘酚之外,以與製造例1之相同方式獲得具有式1d重複單位之聚合物(24.9g)(產率:70%,Mw=4,280,PD=5.11)。
[製造例5]具有式1e重複單位之聚合物的製備
除了使用9-羥基蒽(21.3g,0.11mol)替代1-萘酚之外,以與製造例1之相同方式獲得具有式1e重複單位之聚合物(17.7g)(產率:45%,Mw=1,990,PD=2.26)。
[製造例6]具有式1f重複單位之聚合物的製備
除了使用9-菲酚(21.3g,0.11mol)替代1-萘酚之外,以與製造例1之相同方式獲得具有式1f重複單位之聚合物(18.9g)(產率:48%,Mw=2,150,PD=2.83)。
[製造例7]具有式1g重複單位之聚合物的製備
除了使用1,8,9-三羥基萘(24.8g,0.11mol)替代1-萘酚 之外,以與製造例1之相同方式獲得具有式1g重複單位之聚合物(26.2g)(產率:61%,Mw=4,650,PD=4.54)。
[製造例8]具有式1h重複單位之聚合物的製備
除了使用1-芘酚(25.6g,0.11mol)替代1-萘酚之外,以與製造例1之相同方式獲得具有式1h重複單位之聚合物(16.8g)(產率:38%,Mw=1,610,PD=2.18)。
[製造例9]具有式1i重複單位之聚合物的製備
除了使用1,1’-聯-2-萘酚(31.4g,0.11mol)替代1-萘酚之外,以與製造例1之相同方式獲得具有式1i重複單位之聚合物(27.2g)(產率:55%,Mw=2,480,PD=2.86)。
[製造例10]具有式1j重複單位之聚合物的製備
除了使用苯并[b]芴-11-酮(23.0g,0.1mol)替代9-芴酮,及使用1,6-二羥基萘(17.6g,0.11mol)替代1-萘酚之外,以與製造例1之相同方式獲得具有式1j重複單位之聚合物(21.5g)(產率:53%,Mw=2,650,PD=3.42)。
[製造例11]具有式1k重複單位之聚合物的製備
除了使用二苯并[b,h]芴-12-酮(28.0g,0.1mol)替代9-芴酮,及使用1,6-二羥基萘(17.6g,0.11mol)替代1-萘酚之外,以與製造例1之相同方式獲得具有式1k重複單位之聚合物(23.7g)(產率:52%,Mw=1,810,PD=4.88)。
[製造例12]具有式1l重複單位之聚合物的製備
除了使用10H-蒽-9-酮(19.4g,0.1mol)替代9-芴酮,及使用1,6-二羥基萘(17.6g,0.11mol)替代1-萘酚之外,以與製造例1之相同方式獲得具有式1l重複單位之聚合物(23.0g)(產率:62%, Mw=3,860,PD=2.65)。
[製造例13]具有式1m重複單位之聚合物的製備
除了使用13H-二苯并萘-6-酮(29.4g,0.1mol)替代9-芴酮,及使用1,6-二羥基萘(17.6g,0.11mol)替代1-萘酚之外,以與製造例1之相同方式獲得具有式1m重複單位之聚合物(19.8g)(產率:42%,Mw=2,940,PD=2.91)。
[製造例14]具有式5重複單位之聚合物的製備
於雙酚氟(100g)添加於使用氮氣回流的250mL-燒瓶後,將37%甲醛水溶液(35mL)及無水草酸(3g)添加至其中,反應器(燒瓶)溫度升高至100℃,接著進行反應20小時。反應完成後,經由使用甲基異丁基甲酮(MIBK,300mL)來溶解產物,及藉由去離子水洗滌去除酸催化劑(草酸)。於去除酸催化劑後,藉由減壓去除甲基異丁基甲酮,乾燥產物獲得具有式5重複單位之聚合物(62g)。然後使用凝膠滲透層析術(GPC),並使用聚苯乙烯作為標準物質,就重量平均分子量(Mw)及聚合分散度(PD)測量如此合成之聚合物。(Mw=7,410,PD=4.53)。
Figure TWI612388BD00026
[實驗例1-1至1-13及參考例1-1至1-2]
測量聚合物之熱安定性
為了測量於製造例1至13製備的含芳香環聚合物之熱安定性,於製造例14中所製備的具有式5重複單位之聚合物,及具 有下式6重複單位之聚合物(其中,m為0至3之整數,Mw=7,410,PD=4.53,間/對反應率(m:p=6:4),使用熱重分析儀(TGA,德州儀器公司(TA Co.,Ltd.))測量於400℃之質量損失量(重量%)。結果顯示於下表1。
Figure TWI612388BD00027
Figure TWI612388BD00028
[實施例1-1至1-9及比較例1-1至1-17]光阻下層組成物的製備。
為了製備光阻下層組成物,以下表2顯示之用量使用製造例1至14合成之聚合物(具有式1a至1m及式5重複單位之聚合物)、具有式6重複單位之聚合物、式4化合物(均勻劑,MER系列(日本,明和公司))及交聯劑(四甲氧基甲基甘脲,MX-270)。又,對甲 苯磺酸吡啶鎓(0.1g)作為催化劑及界面活性劑(0.04g,R-08,迪克公司製造(DIC Co.,Ltd.))添加至各成分內。及各成分溶解於丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA,60g)及環己酮(CH,29g)之混合溶劑後,使用0.45微米尺規的微過濾器過濾,所製備之光阻下層組成物用於利用多層光阻之微影製程。
Figure TWI612388BD00029
[實例2-1至2-9及比較例2-1至2-17]光阻下層的製備及光學性質的評估
實施例1-1至1-9及比較例1-1至1-17製備的各種下層組成物藉旋塗法施用至矽晶圓上及使用熱板於240℃烤乾(加熱)1分鐘而製備具有200奈米厚度之光阻下層。使用分光橢圓計(杰艾烏蘭公司(J.A.Woolam Co.,Inc)製造)測量光阻下層於248奈米及193奈米波長之折射率(n值)及光吸收係數(k值),及結果顯示於下表3。又,晶圓分別浸漬於乳酸乙酯(EL)、丙二醇甲醚(PGME)、丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)及環己酮(CH)歷時1分鐘,然後測量已浸泡的晶圓厚度,顯示全部光阻下層皆未被習知溶劑溶解且無厚度變化。
Figure TWI612388BD00030
[實施例3-1至3-9及比較例3-1至3-17]光阻下層的製備及蝕刻率的評估
為了測量乾蝕刻率(使用以CF4/CHF3為主的混合氣體之蝕刻率),於實施例1-1至1-9及比較例1-1至1-17製備的各種下層組成物施用於厚度300奈米之矽晶圓上之後,各下層於240℃及400℃烤乾(加熱)1分鐘以製備光阻下層。及,於其上形成光阻下層之該晶圓使用蝕刻設備(TCP9400SE,蘭研究公司(Lam Research Co.,Inc.)製造)於CF4/CHF3氣體條件中蝕刻。從蝕刻之前及之後之光阻下層的厚度測量蝕刻率(埃/秒),結果顯示於下表4。
Figure TWI612388BD00031
[實施例4-1至4-9及比較例4-1至4-17]光阻下層的製備及填隙性質的評估
製備於其上形成圖案之晶圓(線寬度:150奈米,間寬度:60奈米,線高度:220奈米)。於實施例1-1至1-9及比較例1-1至1-17製備的各種光阻下層組成物藉旋塗法以250奈米厚度施用於晶圓上之後,使用熱板於400℃烤乾(加熱)下層組成物歷時1分鐘而製備光阻下層。使用FE-SEM(場發射掃描電子顯微鏡,S-4300,日立公司(Hitachi co.,Ltd.))觀察光阻下層之輪廓。當在線部分之光阻下層之高度與在間部分之光阻下層之高度間的高度差小於3奈米時,判斷為「極佳」,當高度差為3至10奈米時判斷為「良好」,當高度差大於10奈米時,判斷為「不良」,及結果顯示於下表5。又,比較例4-1及實施例4-10製備之光阻下層圖案的FE-SEM照片分別顯示於圖1及圖2。如圖1所示,比較例4-1製備之光阻下層具有不均勻表面。
Figure TWI612388BD00032
本發明係有關於具有改良之熱安定性、填隙性質、光學性質及耐蝕刻性之用於製備光阻下層的聚合物。習知光阻下層在低於250℃下具有熱安定性,但於高於400℃之高溫,習知光阻下層不具有所要求的熱安定性。於本發明中,藉由使用具有式1重複單位之聚合物可改良在高於400℃之高溫下的熱安定性。又,於本發明中,藉由使用式2之酚醛清漆樹脂或苯乙烯衍生物樹脂作為添加劑,光阻下層之填隙性質及均勻度(平坦度)改良。

Claims (8)

  1. 一種光阻之下層組成物,其包含:具有下式1之重複單位的含芳香環聚合物,
    Figure TWI612388BC00001
    於式1中,R1為苯環、萘環、聯苯環、蒽環、菲環、聯三苯環、或芘環,R2及R3獨立地為含4至14個碳原子之單環或多環芳香烴基,a為1至3之整數,及b為0至2之整數;下式4之化合物,
    Figure TWI612388BC00002
    於式4中,n為1至250之整數;及有機溶劑。
  2. 如申請專利範圍第1項之光阻之下層組成物,其中,該式1之重複單位係選自於由下式1a至1m之重複單位所組成之組群:
    Figure TWI612388BC00003
    [式1b]
    Figure TWI612388BC00004
    Figure TWI612388BC00005
    Figure TWI612388BC00006
    Figure TWI612388BC00007
    Figure TWI612388BC00008
    Figure TWI612388BC00009
    [式1h]
    Figure TWI612388BC00010
    Figure TWI612388BC00011
    Figure TWI612388BC00012
    Figure TWI612388BC00013
    Figure TWI612388BC00014
  3. 如申請專利範圍第1項之光阻之下層組成物,其中,該具有下式1之重複單位的含芳香環聚合物的重量平均分子量為200至50,000,及該式4化合物的重量平均分子量為200至30,000。
  4. 如申請專利範圍第1項之光阻之下層組成物,其中,該有機溶劑係選自由丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇甲醚(PGME)、環己酮(CH)、乳酸乙酯(EL)、γ-丁內酯(GBL)及其混合物所組成之組群。
  5. 如申請專利範圍第1項之光阻之下層組成物,其中,該具有式1之重複單位的含芳香環聚合物之含量為1至25wt%,及相對於100份重量比之該具有下式1之重複單位的含芳香環聚合物,式4化合物之含量為30至150份重量比,及其餘為有機溶劑。
  6. 一種使用光阻之下層組成物形成圖案之方法,該方法包含下列步驟:在一欲蝕刻的基板上使用光阻之下層組成物以形成一光阻下層;在該光阻下層上形成一光阻層;藉由將該光阻層曝光於一預定圖案之光而於該光阻層上形成一光阻圖案;藉由按照該圖案選擇性地去除該光阻層及該光阻下層而使該基板按照該圖案暴露;及蝕刻該基板之暴露區,其中該光阻之下層組成物包含:具有下式1之重複單位的含芳香環聚合物,
    Figure TWI612388BC00015
    於式1中,R1為苯環、萘環、聯苯環、蒽環、菲環、聯三苯環、或芘環,R2及R3獨立地為含4至14個碳原子之單環或多環芳香烴基,a為1至3之整數,及b為0至2之整數;下式4之化合物,[式4]
    Figure TWI612388BC00016
    於式4中,n為1至250之整數;及有機溶劑。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法,其中,該形成光阻下層之步驟係藉由下述進行:以40至600奈米厚度施用該下層組成物至一基板上;及於240至400℃加熱歷時50至180秒,及如此形成的光阻下層具有40至550奈米之厚度。
  8. 如申請專利範圍第6項之方法,其中,該光阻下層之去除係使用CHF3/CF4混合氣體藉由乾蝕刻進行。
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