TWI824586B - 顯影劑組成物、圖案形成方法及半導體裝置的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本揭露提供顯影劑組成物以及使用所述顯影劑組成物的圖案形成方法及半導體裝置的製造方法。所述顯影劑組成物由N,N-二乙基甲醯胺組成或包括N,N-二乙基甲醯胺。
Description
本發明是有關於一種顯影劑組成物、一種圖案形成方法及一種半導體裝置的製造方法，且特別是有關於由N,N-二乙基甲醯胺組成或包括N,N-二乙基甲醯胺的顯影劑組成物及使用所述顯影劑組成物的圖案形成方法與半導體裝置的製造方法。
隨著近年來半導體技術的提升，積體電路上置入的電晶體數量增加，微縮晶片的技術須不斷被突破，細微圖案的製作方法成為重要關鍵。
製作細微圖案所使用的顯影液經常使用化學溶劑，而隨著晶片需求增加，這些化學溶劑的使用量對於環境帶來的影響已難以忽視。
因此，在維持良好顯影表現的前提下，如何提高顯影劑的環境友善度、提高顯影速率並降低膜損失率為目前本領域的技術人員所欲解決的問題。
有鑑於此，本發明提供一種顯影劑組成物、圖案形成方法及半導體裝置的製造方法，其中顯影速率可有效地提升，從而減少破膜時間，同時降低膜損失率而在曝光區與非曝光區有良好的顯影對比，有效保留浮凸圖案，並且對環境友善。
本發明提供一種顯影劑組成物，由N,N-二乙基甲醯胺組成。
本發明提供一種顯影劑組成物，包括：N,N-二乙基甲醯胺；及下述式（1）所示的環酮化合物：
式（1）
式（1）中，n為1至4的整數，
其中以所述顯影劑組成物的總重量計，N,N-二乙基甲醯胺的含量為35重量百分比或大於35重量百分比且所述顯影劑組成物的pH介於5至9的範圍。
在本發明的一實施例中，上述的顯影劑組成物實質上不包含水。
本發明提供一種顯影劑組成物，由N,N-二乙基甲醯胺及下述式（1）所示的環酮化合物組成：
式（1）
式（1）中，n為1至4的整數，
其中以所述顯影劑組成物的總重量計，N,N-二乙基甲醯胺的含量為35重量百分比或大於35重量百分比且所述顯影劑組成物的pH介於5至9的範圍。
在本發明的一實施例中，上述的顯影劑組成物的顯影速率為0.6μm/s以上。
在本發明的一實施例中，其中使用所述顯影劑組成物顯影後的膜的膜損失率為20%或小於20%。
在本發明的一實施例中，其中N,N-二乙基甲醯胺的含量為55重量百分比或大於55重量百分比。
在本發明的一實施例中，其中N,N-二乙基甲醯胺的含量為85重量百分比或大於85重量百分比。
本發明提供一種圖案形成方法，包括：使用感光性樹脂組成物於基材上形成光阻膜；對所述光阻膜進行曝光；以及利用如上所述的顯影劑組成物對所述光阻膜進行顯影，以在所述基材上形成光阻圖案。
在本發明的一實施例中，上述的感光性樹脂組成物包含具有由下式（2）所示結構單元的聚醯亞胺前驅物：
式（2）
式（2）中，X表示4價的有機基，Y表示2價的有機基，R
1及R
2各自獨立地表示氫或者1價的有機基。
在本發明的一實施例中，X選自由以下取代基組成的群組：
其中R
3各自獨立地表示氫、含1~10個碳原子之烷基、含2~10個碳原子之烯基或含2~10個碳原子之炔基，且
*為鍵接點。
在本發明的一實施例中，Y選自由以下取代基組成的群組：
其中R
3各自獨立地表示氫、含1~10個碳原子之烷基、含2~10個碳原子之烯基或含2~10個碳原子之炔基，且
*為鍵接點。
在本發明的一實施例中，R
1及R
2中的至少一者由下式（3）所示：
式（3）
其中R
4、R
5、R
6各自獨立地為氫或含1~3個碳原子的烷基，
Z為二價有機基，且
*為鍵接點。
本發明提供一種半導體裝置的製造方法，包括：使用感光性樹脂組成物於基材上形成光阻膜；將光罩置於所述光阻膜上方使所述光阻膜未被所述光罩遮蔽的部分曝光；利用如上所述的顯影劑組成物對所述光阻膜進行顯影，以在所述基材上形成浮凸的光阻圖案；以及加熱所述光阻圖案以使所述光阻圖案硬化。
在本發明的一實施例中，半導體裝置的製造方法更包括在使所述光阻膜未被所述光罩遮蔽的部分曝光後，烘烤所述光阻膜。
在本發明的一實施例中，其中對所述光阻膜進行顯影的方法包括噴霧式顯影（Spray Development）或水坑式顯影（Puddle Development）。
在本發明的一實施例中，半導體裝置的製造方法更包括在使所述光阻膜顯影後，加熱所述光阻圖案以使所述光阻圖案流平。
基於上述，本發明提供包括N,N-二乙基甲醯胺或由N,N-二乙基甲醯胺組成的顯影劑組成物，使用上述顯影劑組成物的圖案形成方法及半導體裝置的製造方法，其中顯影速率可有效地提升並減少破膜時間，同時具有低膜損失率，並且對環境友善。
以下，對本發明的例示實施例詳細地進行說明。本發明並不限定於例示實施例，可於其主旨之範圍內進行各種變化而實施。於本說明書中，各數值範圍之上限值及下限值可任意進行組合。
＜ 顯影劑組成物 ＞
在例示實施例中，顯影劑組成物由N,N-二乙基甲醯胺組成。換句話說，本實施例的顯影劑組成物僅包括N,N-二乙基甲醯胺此單一組分而無其他組分。本發明的發明人驚訝地發現單獨使用N,N-二乙基甲醯胺作為顯影劑組成物對感光性樹脂形成的膜進行顯影時，顯影速率明顯提升、圖案開始顯現之顯影時間（破膜時間）縮短，且有較低之膜損失率。
在本說明書中，顯影速率是使用顯影劑組成物對感光性樹脂形成的膜的未曝光部分進行顯影並根據下式計算得到的數值：
顯影速率 = 未曝光部分顯影前後的厚度差異/ 顯影時間。
在例示實施例中，由N,N-二乙基甲醯胺組成的顯影劑組成物的顯影速率可為0.6μm/s或大於0.6μm/s，例如0.7μm/s或大於0.7μm/s、0.8μm/s或大於0.8μm/s、0.9μm/s或大於0.9μm/s、1.0μm/s或大於1.0μm/s、1.1μm/s或大於1.1μm/s、1.2μm/s或大於1.2μm/s、1.3μm/s或大於1.3μm/s、1.4μm/s或大於1.4μm/s、1.5μm/s或大於1.5μm/s。
在本說明書中，膜損失率是使用顯影劑組成物對感光性樹脂形成的膜的曝光部分進行顯影並根據下式計算得到性質：
膜損失率 = 曝光部分顯影前後的厚度差異 / 曝光部分顯影前的厚度*100%。
在例示實施例中，由N,N-二乙基甲醯胺組成的顯影劑組成物的膜損失率可為25%或小於25%、20%或小於20%、19%或小於19%、18%或小於18%、17%或小於17%、16%或小於16%、15%或小於15%、14%或小於14%、13%或小於13%、12%或小於12%、11%或小於11%、10%或小於10%、9%或小於9%、8%或小於8%、7%或小於7%、6%或小於6%、5%或小於5%、4%或小於4%、3%或小於3%、2%或小於2%、1%或小於1%。較佳地，由N,N-二乙基甲醯胺組成的顯影劑組成物的膜損失率可為20%或小於20%。更佳地，由N,N-二乙基甲醯胺組成的顯影劑組成物的膜損失率可為15%或小於15%。最佳地，由N,N-二乙基甲醯胺組成的顯影劑組成物的膜損失率由於顯影膜厚的差異在量測誤差範圍(±0.1μm)內而可為0%。
在例示實施例中，顯影劑組成物包括N,N-二乙基甲醯胺及下述式（1）所示的環酮化合物：
式（1）
式（1）中，n為1至4的整數，例如1、2、3或4。
在例示實施例中，顯影劑組成物的pH介於5至9的範圍，例如pH5或大於pH5、pH6或大於pH6、pH8或小於pH8或者pH9或小於pH9。由於本發明的顯影劑組成物的pH介於5至9的範圍，因此相較於傳統使用的強鹼顯影劑，對於環境更加友善。
在例示實施例中，以顯影劑組成物的總重量計，N,N-二乙基甲醯胺的含量可為35重量百分比或大於35重量百分比，較佳地，55重量百分比或大於55重量百分比，更佳地，85重量百分比或大於85重量百分比。舉例而言，以顯影劑組成物的總重量計，N,N-二乙基甲醯胺的含量可為60重量百分比或大於60重量百分比、70重量百分比或大於70重量百分比、80重量百分比或大於80重量百分比。
在例示實施例中，以顯影劑組成物的總重量計，由式（1）所示的環酮化合物的含量可為65重量百分比或小於65重量百分比，較佳地，45重量百分比或小於45重量百分比，更佳地，15重量百分比或小於15重量百分比。舉例而言，以顯影劑組成物的總重量計，由式（1）所示的環酮化合物的含量可為60重量百分比或小於60重量百分比、50重量百分比或小於50重量百分比、40重量百分比或小於40重量百分比、30重量百分比或小於30重量百分比、20重量百分比或小於20重量百分比、10重量百分比或小於10重量百分比。
在例示實施例中，顯影劑組成物可僅由N,N二乙基甲醯胺及式（1）所示的環酮化合物組成而不包含其他添加劑。
在例示實施例中，本發明的顯影劑可在不影響功效的情況下更包含其他添加劑。例示的添加劑包括，但不限於腐蝕抑制劑、介面活性劑、溶劑等。
在例示實施例中，顯影劑組成物可實質上不包含水。在本說明書中，「實質上不包含水」是指顯影劑組成物未額外添加水，但未特別排除顯影劑組成物的原料中所含的水分或環境中造成的水分。舉例來說，以顯影劑組成物的總重量計，水的含量可小於0.1重量百分比，例如0.01重量百分比。
本發明的顯影劑組成物通過同時包括N,N-二乙基甲醯胺與式（1）所示的環酮化合物而在進行顯影時，顯影速率明顯提升、圖案開始顯現之顯影時間（破膜時間）縮短，並有較低的膜損失率。
在例示實施例中，顯影劑組成物的顯影速率可為0.6μm/s或大於0.6μm/s，例如0.7μm/s或大於0.7μm/s、0.8μm/s或大於0.8μm/s、0.9μm/s或大於0.9μm/s、1.0μm/s或大於1.0μm/s、1.1μm/s或大於1.1μm/s、1.2μm/s或大於1.2μm/s、1.3μm/s或大於1.3μm/s、1.4μm/s或大於1.4μm/s、1.5μm/s或大於1.5μm/s。
在例示實施例中，顯影劑組成物的膜損失率可為25%或小於25%、20%或小於20%、19%或小於19%、18%或小於18%、17%或小於17%、16%或小於16%、15%或小於15%、14%或小於14%、13%或小於13%、12%或小於12%、11%或小於11%、10%或小於10%、9%或小於9%、8%或小於8%、7%或小於7%、6%或小於6%、5%或小於5%、4%或小於4%、3%或小於3%、2%或小於2%、1%或小於1%。較佳地，顯影劑組成物的膜損失率可為20%或小於20%。更佳地，顯影劑組成物的膜損失率可為15%或小於15%。
＜ 圖案形成方法與半導體裝置的製造方法 ＞
在例示實施例中提供一種用於製造半導體裝置的圖案形成方法，包括：使用感光性樹脂組成物於基材上形成光阻膜；對所述光阻膜進行曝光；以及利用本發明的顯影劑組成物對所述光阻膜進行顯影，以在所述基材上形成光阻圖案。
在例示實施例中，於基材上形成光阻膜的方法沒有特別的限制，例如以旋轉塗法、噴塗法、或滾輪塗佈法等的塗佈方法將感光性樹脂組成物施加於基材上。
在例示實施例中，基材沒有特別的限制，例如是玻璃基材、矽晶圓（wafer）基材、陶瓷基材、或石英基材。
在例示實施例中，感光性樹脂組成物可包含聚醯亞胺前驅物、光聚合起始劑及(甲基)丙烯酸酯類化合物。
聚醯亞胺前驅物
在例示實施例中，聚醯亞胺前驅物具有由下式（2）所示的結構單元：
式（2）
式（2）中，X表示4價的有機基，Y表示2價的有機基，R
1及R
2各自獨立地表示氫或者1價的有機基。
在例示實施例中，X選自由以下取代基組成的群組：
其中R
3各自獨立地表示氫、含1~10個碳原子之烷基、含2~10個碳原子之烯基或含2~10個碳原子之炔基，且
*為鍵接點。
在例示實施例中，Y選自由以下取代基所組成的群組：
其中R
3各自獨立地表示氫、含1~10個碳原子之烷基、含2~10個碳原子之烯基或含2~10個碳原子之炔基，且
*為鍵接點。
作為式（2）中的R
1及R
2的一價有機基，可列舉含1-20個碳原子的烷基、含2-20個碳原子的烯基，亦可含有酯鍵、醚鍵、羰鍵、醯胺鍵、胺基甲酸酯鍵等鍵。另外，一價有機基可具有取代基，作為取代基，可列舉鹵素原子、羥基、烷氧基等。
在例示實施例中，R
1及R
2中的至少一者由下式（3）所示：
式（3）
其中R
4、R
5、R
6各自獨立地為氫或含1~3個碳原子的烷基，
Z為二價有機基，且
*為鍵接點。
作為式（3）中的Z的二價有機基，可列舉伸烷基或伸芳基，例如但不限於伸甲基、伸乙基或伸丙基。另外，上述二價有機基中的一或多個-CH
2-可經-O-或-COO-置換。
在本說明書中，烷基可例如為但不限於甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、第二丁基、第三丁基或戊基。
在本說明書中，烯基可例如為但不限於乙烯基、丙烯基、異丙烯基、丁烯基或戊烯基。
在本說明書中，炔基可例如為但不限於乙炔基、丙炔基、丁炔基或戊炔基。
光聚合起始劑
在例示實施例中，光聚合起始劑沒有特別限制。適用的光聚合起始劑例如可列舉為：1-苯基-1,2-丙二酮-2-(鄰苯甲醯基)肟、1-苯基-1,2-丁二酮-2-(鄰甲氧基羰基)肟、1-苯基-1,2-丙二酮-2-(鄰甲氧基羰基)肟、1-苯基-1,2-丙二酮-2-(鄰乙氧基羰基)肟、1-苯基-3-乙氧基丙三酮-2-(鄰苯甲醯基)肟、1,3二苯基丙三酮-2-(鄰乙氧基羰基)肟、Irgacure OXE03（巴斯夫日本有限公司）、TR-PBG3057（常州強力電子新材料股份有限公司製造，商品名）、TR-PBG3009（常州強力電子新材料股份有限公司製造，商品名）、TR-PBG363（常州強力電子新材料股份有限公司製造，商品名）、TR-PBG314（常州強力電子新材料股份有限公司製造，商品名）、TR-PBG326（常州強力電子新材料股份有限公司製造，商品名）、TR-PBG346（常州強力電子新材料股份有限公司製造，商品名）、TR-PBG358（常州強力電子新材料股份有限公司製造，商品名）等肟類。但本發明不以此為限。
光聚合起始劑可單獨使用，也可同時使用二種以上。
在本發明的感光性樹脂組合物中，以100質量份聚醯亞胺前驅物計，可包含0.1至20質量份的光聚合起始劑，較佳包含0.5至10質量份的光聚合起始劑。
( 甲基 ) 丙烯酸酯類化合物
在本說明書中，以「(甲基)丙烯酸酯」表示「丙烯酸酯」及/或「甲基丙烯酸酯」。
在本發明的感光性樹脂組合物中，適用的(甲基)丙烯酸酯類化合物沒有特別限制，只要為含有(甲基)丙烯酸酯結構的小分子化合物即可。例如可列舉為壬基苯基卡必醇丙烯酸酯、丙烯酸2-羥基-3-苯氧基丙酯、2-乙基己基卡必醇丙烯酸酯、丙烯酸2-羥基乙酯、1,6-己二醇(甲基)丙烯酸酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、3-甲基戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、新戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、新戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二新戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二新戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、二新戊四醇五(甲基)丙烯酸酯等。
(甲基)丙烯酸酯類化合物可單獨使用，也可同時使用二種以上。
在本發明的感光性樹脂組合物中，以100質量份聚醯亞胺前驅物計，可包含0.1至30質量份的(甲基)丙烯酸酯類化合物，較佳包含5至20質量份的(甲基)丙烯酸酯類化合物。
除聚醯亞胺前驅物、光聚合起始劑及(甲基)丙烯酸酯類化合物外，本發明的感光性樹脂組合物亦可包括其他成分，例如，增感劑、光聚合性不飽和單體、熱聚合抑制劑等。
在例示實施例中，光阻膜為由感光性樹脂組合物形成的負型光阻。
對光阻膜進行曝光的具體步驟包括將具有圖案的光罩置於所述光阻膜上方使光源發出的光通過光罩以對光阻膜中未被光罩遮蔽的部分進行曝光。
曝光的波長可為汞燈產生的g-line（436奈米）、汞燈產生的h-line（405奈米）、汞燈產生的i-line（365奈米）、KrF準分子雷射光（248奈米）、ArF準分子雷射光（193奈米）、F2準分子雷射光（157奈米）、或X-射線。
曝光的劑量可為1毫焦耳/平方公分至520毫焦耳/平方公分。較佳地，曝光的劑量可為280毫焦耳/平方公分至520毫焦耳/平方公分。更佳地，曝光的劑量可為320毫焦耳/平方公分至500毫焦耳/平方公分。
在使光阻膜未被光罩遮蔽的部分曝光後，可進一步烘烤光阻膜後再使用顯影劑組成物對光阻膜進行顯影。
使用顯影劑組成物對光阻膜進行顯影的方法沒有特別限制，例如可使用噴霧式顯影（Spray Development）及/或水坑式顯影（Puddle Development）法進行顯影。
在示例實施例中，光阻膜為負型光阻。因此，光阻膜經曝光之後，光阻膜的未經曝光的部分將在顯影時溶解於顯影液，因此顯影後在基材上形成浮凸的光阻圖案。
在形成光阻圖案之後，可進一步加熱光阻圖案以使光阻圖案硬化。
在形成光阻圖案之後，也可進一步進行清洗步驟以去除黏附在基材與光阻圖案上的顯影液。
在使光阻膜顯影後，也可加熱光阻圖案以使光阻圖案流平。
下文將列舉實驗例以更具體地描述本發明。雖然描述了以下實驗例，但是在不逾越本發明範疇之前提下，可適當地改變所用材料、其量及比率、處理細節以及處理流程等等。因此，不應根據下文所述的實驗例對本發明作出限制性的解釋。
＜ 顯影劑組成物的製備及評價結果 ＞ a. 製備顯影劑組成物 1-9
以機械攪拌器將300克的環戊酮（CPO）與200克的N,N-二乙基甲醯胺混合後，即可獲得顯影劑組成物1。顯影劑組成物2-9以與顯影劑組成物1相同的製備方式根據表1中所示的比例製備。
表1
CPO：環戊酮
DEF：N,N-二乙基甲醯胺
NMP：N-甲基-2-吡咯烷酮
b. 製備聚醯亞胺前驅物 b-1 製備聚醯亞胺前驅物 1
| 顯影劑組成物 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| CPO （克） | 300 | 250 | 150 | 100 | 50 | 0 | 500 | 350 | - |
| DEF （克） | 200 | 250 | 350 | 400 | 450 | 500 | 0 | 150 | - |
| NMP（克） | - | - | - | - | - | - | - | - | 500 |
將11.99克的均苯四甲酸酐（PMDA）置於反應瓶中，加入28.63克的甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）、18.27克吡啶、0.13克對苯二酚單甲醚（MEHQ），以γ-丁內酯（gamma-Butyrolactone，GBL）作為溶劑配製成重量百分濃度 30% 的溶液，在通氧氣狀況下，加熱至60 ℃反應4小時。反應結束後降溫至-15 ℃，緩慢滴入14.72克亞硫醯氯，反應2小時。另將12.42克的4,4’-二氨基-2,2’二甲基聯苯與138.09克的NMP混合，通入乾燥氮氣，將酸酐溶液以幫浦加至二胺溶液中，控溫於-5°C至0°C之間。反應約兩小時後，通入約2.38克的甲基馬來酸酐（m-MAH），常溫攪拌反應至隔夜，之後過濾沉澱物以得到聚醯亞胺前驅物1之反應液。
b-2 製備聚醯亞胺前驅物 2
將17.06克的4,4’-氧雙鄰苯二甲酸酐（ODPA）置於反應瓶中，加入28.63克的甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）、18.27克吡啶、0.13克對苯二酚單甲醚（MEHQ），以γ-丁內酯（gamma-Butyrolactone，GBL）作為溶劑配製成重量百分濃度30%的溶液，在通氧氣狀況下，加熱至60℃反應4小時。反應結束後降溫至5-10℃，緩慢滴入13.8克 N,N'-二異丙基碳二亞胺（DIC），反應10分鐘。另將11.71克的4,4’-二氨基二苯醚（ODA）與GBL混合，滴入酸酐溶液，反應12小時後，通入約2.38克的馬來酸酐，攪拌1小時以終止反應，之後過濾沉澱物以得到聚醯亞胺前驅物2之反應液。
c. 製備感光性樹脂組合物 c-1. 製備感光性樹脂組合物 1
將100質量份的如上製備的聚醯亞胺前驅物1、20質量份的三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯以及3質量份的Irgacure OXE03（巴斯夫日本有限公司）進行混合，而得到感光性樹脂組成物1。
c-2. 製備感光性樹脂組合物 2
將100質量份的如上製備的聚醯亞胺前驅物2、20質量份的三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯以及3質量份的Irgacure OXE03進行混合，而得到感光性樹脂組成物2。
d. 評價方式 1. 顯影速率 1.1 對於感光性樹脂組合物 1 的顯影速率
以旋轉塗佈法將如上製備的感光性樹脂組合物1塗佈於矽基材上，以形成厚度約18μm的塗膜。將塗膜在室溫靜置10分鐘後，將塗膜置於加熱板上，在100℃的條件下烘烤5分鐘至塗膜表面定型，以形成用於評價顯影速率的膜。在膜形成後，首先量測初始膜厚。接著以如上製備的顯影劑組成物1-9使膜顯影10秒，再以含有0.55%CPO之丙二醇甲醚醋酸酯（PGMEA）清洗15秒後，以氣槍乾燥，量測最終膜厚。根據膜厚變化量，根據以下公式計算出顯影速率：
顯影速率 = （初始膜厚-最終膜厚）/ 顯影時間。
顯影速率結果如表2所示，其中顯影速率的評價標準如下：
A：顯影速率＞1.2μm/s；
B：顯影速率為0.6μm/s ~1.2μm/s；
C：顯影速率＜0.6μm/s
1.2 對於感光性樹脂組合物 2 的顯影速率
以旋轉塗佈法將如上製備的感光性樹脂組合物2塗佈於矽基板上，以形成厚度約30μm的塗膜，接著置於加熱板上，在100℃的條件下烘烤10分鐘至塗膜表面定型，以形成用於評價顯影速率的膜。在膜形成後，首先量測初始膜厚。接著以如上製備的顯影劑組成物1、顯影劑組成物3、顯影劑組成物6、顯影劑組成物7、顯影劑組成物9使膜經歷10秒的顯影時間，再以含有0.55%CPO之丙二醇甲醚醋酸酯（PGMEA）清洗15秒後，以氣槍乾燥，量測最終膜厚。感光性樹脂組合物2的顯影速率的計算方式與評價標準與感光性樹脂組合物1相同。顯影速率結果顯示於表2。
表2
| 感光性樹脂組合物1 | 感光性樹脂組合物2 | |||||||||||||
| 顯影劑組成物 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 1 | 3 | 6 | 7 | 9 |
| 顯影速率 | B | B | B | B | A | A | C | C | A | B | A | A | C | A |
根據顯影速率的評價結果可看出純N,N-二乙基甲醯胺（顯影劑組成物6）、N,N-二乙基甲醯胺的含量為35重量百分比以上的顯影劑組成物（顯影劑組成物1-5）以及純N-甲基-2-吡咯烷酮（顯影劑組成物9）對於兩種感光性樹脂組合物都具有良好的顯影速率。
2. 曝光量
以旋轉塗佈法將如上製備的感光性樹脂組合物1及感光性樹脂組合物2塗佈於矽基材上，以形成厚度約18μm的塗膜。將塗膜在室溫靜置10分鐘後，將塗膜置於加熱板上，在100℃的條件下烘烤5分鐘至塗膜表面定型，以形成用於評價曝光量的膜。接著以表3所示的曝光能量，以曝光機對膜進行曝光以形成直徑為100μm、高度約為18μm之浮凸圓柱。接著以如上製備的顯影劑組成物1、顯影劑組成物3、顯影劑組成物6、顯影劑組成物9以浸液法（Puddle）顯影操作兩循環，每循環各15秒後，再以噴灑法顯影15秒。最後以含有0.55%CPO之PGMEA清洗15秒後，以氣槍乾燥，觀察直徑為100μm，高度約為18μm之浮凸圓柱是否能留下，結果如表3，X表示無法留下，O表示可以留下。
表3
| 感光性樹脂組合物1 | 感光性樹脂組合物2 | |||||||
| 曝光量(mJ/cm 2)/ 顯影劑組成物 | 1 | 3 | 6 | 9 | 1 | 3 | 6 | 9 |
| 280 | O | O | O | X | O | O | O | X |
| 320 | O | O | O | X | O | O | O | X |
| 360 | O | O | O | X | O | O | O | X |
| 400 | O | O | O | X | O | O | O | X |
| 420 | O | O | O | X | O | O | O | X |
| 440 | O | O | O | X | O | O | O | X |
| 460 | O | O | O | X | O | O | O | X |
| 480 | O | O | O | X | O | O | O | X |
| 500 | O | O | O | X | O | O | O | X |
| 520 | O | O | O | X | O | O | O | X |
根據曝光量的評價結果可看出當曝光量在280mJ/cm
2-520mJ/cm
2的範圍下，顯影劑組成物1、3、6都可使浮凸圓柱留下。
3. 圖形完整度
量測以360mJ/cm
2、460mJ/cm
2的曝光量對膜進行曝光形成浮凸圓柱後，以如上製備的顯影劑組成物1、顯影劑組成物3、顯影劑組成物6、顯影劑組成物9顯影前、後的浮凸圓柱的厚度，並根據以下公式計算浮凸圓柱的膜損失率（Film loss）。
膜損失率 =浮凸圓柱的厚度差異/ 浮凸圓柱顯影前的厚度*100%
結果如表4所示。
表4
*顯影後膜厚在顯影前膜厚之量測誤差範圍(±0.1μm)內
| 感光性樹脂組合物1 | 感光性樹脂組合物2 | |||||||
| 曝光量/顯影劑組成物 | 1 | 3 | 6 | 9 | 1 | 3 | 6 | 9 |
| 360mJ/cm 2 | 14.0% | 14.0% | 0%* | 100% | 19.1% | 20.0% | 17.3% | 100% |
| 460mJ/cm 2 | 6.7% | 8.6% | 3.7% | 100% | 17.0% | 15.4% | 16.0% | 100% |
從表4的結果可看出本發明的顯影劑組成物1、3、6的膜損失率都在20.0%以下。其中，純N,N-二乙基甲醯胺（顯影劑組成物9）對感光性樹脂組合物1顯影更是幾乎不存在膜損失率。因此使用根據顯影劑組成物1、3、6進行顯影可實現較高的圖形完整度。相較之下，純N-甲基-2-吡咯烷酮（顯影劑組成物9）雖然對於感光性樹脂組合物具有高顯影速率，但其膜損失率亦為100%，而無法有效地形成光阻圖案。
綜上所述，本發明為一種顯影劑組成物、圖案形成方法及半導體裝置的製造方法，其中顯影速率可有效地提升，從而減少破膜時間，同時降低膜損失率而有效保留光阻圖案，並且對環境友善。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
無
無
Claims (16)
- 一種顯影劑組成物，包括：N,N-二乙基甲醯胺；及下述式(1)所示的環酮化合物：
- 如請求項1所述的顯影劑組成物，其中所述顯影劑組成物實質上不包含水。
- 一種顯影劑組成物，所述顯影劑組成物由N,N二乙基甲醯胺及下述式(1)所示的環酮化合物組成：
- 如請求項1或請求項3所述的顯影劑組成物，其中所述顯影劑組成物的顯影速率為0.6μm/s以上。
- 如請求項1或請求項3所述的顯影劑組成物，其中使用所述顯影劑組成物顯影後的膜的膜損失率為20%或小於20%。
- 如請求項1或請求項3所述的顯影劑組成物，其中N,N-二乙基甲醯胺的含量為55重量百分比或大於55重量百分比。
- 如請求項1或請求項3所述的顯影劑組成物，其中N,N-二乙基甲醯胺的含量為85重量百分比或大於85重量百分比。
- 一種圖案形成方法，包括：使用感光性樹脂組成物於基材上形成光阻膜；對所述光阻膜進行曝光；以及利用如請求項1至7任一項所述的顯影劑組成物對所述光阻膜進行顯影，以在所述基材上形成光阻圖案。
- 如請求項8所述的圖案形成方法，其中所述感光性樹脂組成物包含具有由下式(2)所示結構單元的聚醯亞胺前驅物：
- 如請求項9所述的圖案形成方法，其中X選自由以下取代基組成的群組：
- 如請求項9所述的圖案形成方法，其中Y選自由以下取代基所組成的群組：
- 如請求項9所述的圖案形成方法，R1及R2中的至少一者由下式(3)所示：
- 一種半導體裝置的製造方法，包括：使用感光性樹脂組成物於基材上形成光阻膜；將光罩置於所述光阻膜上方使所述光阻膜未被所述光罩遮蔽的部分曝光；利用如請求項1至7任一項所述的顯影劑組成物對所述光阻膜進行顯影，以在所述基材上形成浮凸的光阻圖案；以及加熱所述光阻圖案以使所述光阻圖案硬化。
- 如請求項13所述的半導體裝置的製造方法，更包括在使所述光阻膜未被所述光罩遮蔽的部分曝光後，烘烤所述光阻膜。
- 如請求項13所述的半導體裝置的製造方法，其中對所述光阻膜進行顯影的方法包括噴霧式顯影(Spray Development)或水坑式顯影(Puddle Development)。
- 如請求項13所述的半導體裝置的製造方法，更包括在使所述光阻膜顯影後，加熱所述光阻圖案以使所述光阻圖案流平。
Priority Applications (1)
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| TW111123988A TWI824586B (zh) | 2022-06-28 | 2022-06-28 | 顯影劑組成物、圖案形成方法及半導體裝置的製造方法 |
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