JP3759456B2 - 化学蒸着により蒸着される反射防止有機ポリマーコーティング - Google Patents
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Description
関連する出願
本願は、引用することで本明細書の一部をなす2000年2月22日に出願された米国特許出願第09/511,421号の一部継続出願である。
【0002】
発明の分野
本発明は、概してシリコンおよび誘電材料上に反射防止コーティング(ARC)を作製する方法、および該方法で得られる集積回路プレカーサ構造に関する。より具体的には、本発明の方法は、高いひずみエネルギーを有するある量の反射防止化合物を与える工程と、該化合物を気化させる工程を含む。得られた気化体は、その後熱分解されて、安定なジラジカルを形成し、その後基板の面上で重合させる。形成させたARC層にはフォトレジスト層が適用され、残りのマイクロフォトリソグラフィック工程が実施される。
【0003】
従来技術の説明
集積回路の製造者は、収率を向上させ、ユニットケース(unit case)を減少させ、オンチップ計算能力(on−tip computing power)を向上させるため、絶えずシリコンウェハサイズの最大化と、デバイス構造の大きさの最小化を試みている。最新の遠紫外線(DUV)マイクロリソグラフィック方法の出現で、シリコンチップ上のデバイス構造の大きさは、現在サブミクロンの域に達している。しかし、フォトレジスト照射時に、基板の反射率が1%未満にまで減少し、これらサブミクロン構造での大きさの調節を維持することが重要となる。そのためフォトレジストDUV照射時に半導体基板で通常発生する反射を減少させる目的でフォトレジスト層の下側に適用される反射防止コーティング(ARC)成分が、光吸収作用をもった有機ポリマーで製造されている。これらの有機系ARCは一般にスピンコーティングと呼ばれる方法で半導体基板に適用される。スピンコートされたARC層は、優れた反射制御を行うが、その均一性の欠如、欠陥、等角性に対する阻害およびスピンコーティング方法に固有の非効率性により、その性能は制限される。産業界で8インチ、さらには12インチの半導体基板に適用するようになったことで、スピンコーティング方法に固有の非効率性がいっそう増大している。
【0004】
現在のARCを適用する方法の他の問題は、ウェハに沿ったコーティングの均一性が不十分な点である。形成された層は、一般に基板の中央部に比べて端部の層の厚さが大きく、層の均一性に欠けている。
【0005】
スピンコートされたARC層は、また高い等角性を有する層(すなわち基板および構造を個々の特徴を均一にコートする層)を形成よりもむしろ、コート面を平坦化したり、またはコート面の微細構造を不均一にする傾向がある。例えば、1000Åの公称層厚を有するARCで、0.25μmの高さを有する突起構造をスピンコートした場合、突起頂部上の層厚は350Åしかなく、一方突起構造の間の谷部の層厚は1800Åもあることが確認される場合もある。
【0006】
平坦化がこのような超微細構造で発生した場合、構造頂部のARC層は薄すぎて、構造に所望の反射制御を与えることができない。同時に、谷部では層が厚すぎて、続いて実施するプラズマエッチング時に効率的に層を除去することができない。すなわち、プラズマエッチングにより、谷部からARC析出物を除去する工程で、レジスト構造の側壁部が侵食され、構造の形状および/または大きさに、微細ではあるが、有意な変化を生じさせる。さらにレジスト厚および端部の鋭さ(acuity)が失われ、続いて実施するエッチング手順で鋭さが失われたレジストパターンが基板に転写されることで、イメージまたは構造パターンが一致しなくなる可能性がある。
【0007】
このような超薄層のARC層のスピンコーティングが動的環境で、超高速で実施されることで他の問題も発生する可能性がある。すなわち、それに伴った面微細構造における急速な、若しくは不均一な溶媒の蒸発、動的表面張力および液−波面相互作用の結果として起るピンホール、ボイド、条痕(striation)、バブル、局所的な接着不良、中心部と端部での厚さのばらつき、および他の欠陥が生じ得る。それらによって生じる欠陥は、より大きなウェハ(例えば8〜12インチ)で、および超微細構造(0.25μ以下)をパターンづけする際に許容できない。
したがって、スピンコーティングに固有の欠点を克服して、様々な基板上にARCを蒸着する改善された方法への需要が存在している。
【0008】
[発明の要約]
本発明は、該してシリコンおよび誘電材料または回路製造工程時に使用する他の物質(例えばAl,W,WSi,GaAs,SiGe,Ta,TaN,および他の反射作用をもった面)に反射防止コーティングを適用するための改善された方法を与えることにより、これらの問題を解決する。
より詳細には、本発明の方法は、化学蒸着法(CVD)により、基板の面上の層に反射防止化合物を蒸着させることを含む。反射防止層には、その後好ましくはフォトレジスト層が適用され、プレカーサー構造が作製される。プレカーサー構造には、その後回路製造方法の残りの工程が実施される(すなわちフォトレジスト層にマスクを適用し、該フォトレジスト層に所望の波長の放射線を照射し、該フォトレジスト層を現像し、エッチングする)。
【0009】
1つの態様において、反射防止化合物は、結合基を介して結合する2つの環状部分を含み。結合基は、1つの環状部分の1位と結合し(環員と直接、または環と結合する官能基と)、さらに他の1つの環状部分の1位と結合する。好ましくは、2つの環状部分は、1以上の結合基で結合しており、より好ましくは2つの選択された部分は、2つの結合基で結合し、第2の結合基はそれぞれ、各環状部分の2位、3位等と結合する。
【0010】
光減衰作用をもった化合物は、高いひずみエネルギーを有し、エネルギー照射時(熱、UV光等)に安定なジラジカルに開裂する。したがって、光減衰作用をもった化合物のひずみエネルギーは、少なくとも約10kcal/molであり、好ましくは約20kcal/molであり、より好ましくは約30〜50kcal/molである。
【0011】
環状部分の少なくとも1つは、芳香族またはヘテロ環であることが好ましい。好ましい芳香族部分は、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナトレンおよびピレンからなる群から選択される。好ましいヘテロ環部分は、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、チアゾール、イソチアゾール、オキサゾール、イソオキサゾール、チオフェン、フランおよびピロールからなる群から選択される。
【0012】
式Iは、好ましい光減衰作用をもった化合物の構造を模式的に表している。
【化5】
式中、Rは、結合基であり、Rは好ましくは独立して、アルキル基(好ましくは少なくとも炭素数2のアルキル基、より好ましくは炭素数2〜4のアルキル基)からなる群から選択され、Xは、各々水素、ハロゲン、置換された、もしくは無置換のフェニル基、置換された、もしくは無置換のアルキル基(好ましくは炭素数1〜8のアルキル基)、ニトロ基、置換された、もしくは無置換のアミノ基、アセトアミド基、置換された、もしくは無置換の環式基、置換された、もしくは無置換のヘテロ環基、およびCOR1 からなる群から選択され、前記R1 は、水素、置換された、もしくは無置換のフェニル基、置換された、もしくは無置換のアルキル基(好ましくは炭素数1〜8のアルキル基)、シンナモイル基、ナフトイル基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、フロイル基およびチオフェンカルボニル基からなる群から選択される。
【0013】
最も好ましいRは、エチル基、プロピル基またはブチル基である。最も好ましいXは、フェニル基、メチルフェニル基、メトキシフェニル基、ニトロキシフェニル基、シンナモイル基、ナフトイル基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、フロイル基およびチオフェンカルボニル基からなる群から選択される。
【0014】
1つの態様において、光減衰作用をもった化合物は、触媒(過酸化ベンゾイルまたはセチルトリメチルアンモニウムブロマイドのような)および溶剤(四塩化炭素のような)の存在下で、少なくとも2つの環状化合物をハロゲン化剤(例えば臭素化剤または塩素化剤のような)と反応させることで形成する。ハロゲン化された環状化合物は、その後“架橋作用をする”化合物(ヨウ化ナトリウムのような)と反応し、結合基を介して結合する2つの環状部分を含んだ反射防止化合物を形成する。該化合物において、結合基は、1つの環状部分の1位と結合し、かつ別の1つの環状部分の1位と結合する。別の1つの態様において、反応の際に環状化合物と反応可能なアルキル供与性の化合物(例えばパラホルムアルデヒド)をも存在させ、該環状化合物それぞれに炭素数1またはそれ以上のアルキル基を付加する。
【0015】
別の1つの態様において、光減衰作用をもった化合物は、1,4−ジキシリレンである。さらに別の1つの態様において、反射防止化合物は、2〜4個のハロゲン原子(塩素原子等)が結合した1,4−ジキシリレン、または少なくとも1つの官能基が結合したキシレン類を含み、これらの官能基はCVD処理時に容易に開裂する。式IIは、この態様のモノマーを模式的に表す。
【化6】
式中、Xは各々独立して下記からなる群から選択される。
【化7】
式中、R2 は、独立してハロゲン、アルキル基(好ましくは炭素数1〜4のアルキル基)からなる群から選択され、“*”はCH2 基に結合し、続いて式IIで示すようにベンゼン環に結合する原子を表す。
【0016】
反射防止化合物を化学蒸着させる工程は、化合物に十分な温度と圧力を加えて、固体の化合物を昇華させ、気化体にする工程を含む。この工程は、ベース圧力約2〜50mTorr、より好ましくは約5〜25mTorrで、化合物を約35〜250℃の温度、より好ましくは約60〜150℃に工程全体にわたって加熱することで達成される。さらにより好ましくは、この加熱工程は、約5分ごとに温度を約10℃上昇させ、次に約5分間特定の温度で保持する温度勾配で実施することで達成される。温度が環状部分の融点に近づいた際(例えば融点から約2度以内)、その温度で約4〜6分間保持した後に、約5分間で約5℃上昇させる。
【0017】
その後、得られた気化体の光減衰作用をもった化合物を開裂させる。好ましくは、この開裂工程は、光減衰作用をもった化合物を約580〜1000℃の温度、より好ましくは約900〜960℃の温度に加熱して、該化合物を熱分解させることで達成される。光減衰作用をもった化合物は、各々結合基の2つの炭素原子間の結合が開裂し、安定なジラジカルを生じる。
【0018】
最後に、開裂させた化合物もしくはジラジカルを基板の面上で重合させる。この重合は、好ましくは光減衰作用をもった化合物を吸着させると同時に、基板の面で該化合物の重合が開始する所望の基板の存在下で、大気温度の蒸着室内に開裂させた化合物を導入することで達成される。この工程は、好ましくは約20〜25℃の温度で、基板を設置した回転棚を、好ましくは約2〜10rpm、より好ましくは約2〜5rpmの速度で回転させることで達成される。
【0019】
上記したCVD工程を実施するのに使用する機器は、上記した温度を得ることができる限り、従来のいかなるCVD機器であってもよい。従来のCVD機器に必要な主な改造は、蒸着室を基板の特定の大きさ(例えば8インチウェハ)を収容できるように改造し、基板を約2rpmの速度で回転する機構(回転棚のような)を含めることである。
【0020】
得られたプレカーサー構造は、驚くほど欠陥フリー(defect free)の反射防止コーティング層を形成する。したがって、光学顕微鏡で観察した際に、反射防止層は、0.1欠陥/cm2 未満(すなわち8インチウェハ当たり欠陥が約30未満、好ましくは0.05欠陥/cm2 未満(すなわち8インチウェハ当たり欠陥が約15未満である。さらに、このような欠陥フリーの膜は、超微細構造(高さ約0.25μm未満)を有する6〜12インチの基板上で実現される。本明細書において、“欠陥”は、ピンホール、膜が面をコートしないディウェット問題(dwetting problems)、基板の表面に異物(foreign particles)が接触して、異物の周囲のコーティングが流動するいわゆる“コメット(comet)”を含む。
【0021】
本発明による反射防止層は、約300〜5000Åの層厚で形成することができ、約150〜500nmの波長の光(例えば365nmもしくはi線波長、435nmもしくはg線波長、248nmもしくは遠紫外波長、および193nm波長)、より好ましくは約190〜300nmの波長の光を含む重要な波長の光を吸収するように適応させることができる。したがって、反射防止層は、約150〜500nmの波長の光の少なくとも約90%、好ましくは少なくとも約95%吸収する。さらに、反射防止層は、上記した重要な波長で、少なくとも約0.1、好ましくは少なくとも約0.35、より好ましくは少なくとも約0.4のk値(複素屈折率の虚部)を有する。
【0022】
また、蒸着させた反射防止層は、続いて反射防止層に適用されるフォトレジストに使用される溶媒に実質的に溶解しない。すなわち、フォトレジスト溶媒と接触させた後の層の厚さの変化は、約10%未満、好ましくは約5%未満である。本発明書において、層の厚さの変化の割合は、下記式で定義される。
100・[溶媒接触前の厚さ−溶媒接触後の厚さ]/溶媒接触前の厚さ
【0023】
また、基板の表面に蒸着させた反射防止層は、トポグラフィ面(topographic surface:本明細書において、1,000Å以上の突起構造および/または約1,000〜15,000Åの深さのコンタクトもしくはバイアホールを有する面)上でさえ、高い等角性を有する。したがって、蒸着させた層は、少なくとも約85%、好ましくは少なくとも約95%、より好ましくは約100%の等角性を有する。等角性の割合は下記式で定義される。
100・[位置Aでの膜厚−位置Bでの膜厚]/位置Aでの膜厚
式中、“A”は対象物の形状(target feature)が突起形状である場合、対象物の形状の頂部面の中央部分であり、対象物の形状がコンタクトもしくはバイアホールの場合、対象物の形状の底部面の中央部分である。“B”は対象物の形状の端部と、対象物の形状から最も近くにある形状の端部との間の中間部分である。等角性の割合の定義で使用する場合において、“形状”および“対象物の形状”は、突起形状と、コンタクトもしくはバイアホールの両方である。また、この定義で使用する場合において、対象物の形状の端部は、対象物の形状が凸形状の場合、対象物の形状を形成する側壁の基底部であり、対象物の形状が凹形状の場合、コンタクトもしくはバイアホールの上端部である。
【0024】
最後に、上記した反射防止層の特徴に加えて、本発明は、多量の溶媒を使用する従来技術のスピンコーティング法に対して明確な利点を有する。すなわち、本発明の方法は、一般に特別な取り扱いが必要なスピンコーティング溶剤の使用を避けることができる。したがって、環境に悪影響を及ぼす溶剤廃棄物の量が最小限化される。
【0025】
[好ましい実施形態の詳細な説明]
実施例
以下の実施例は、本発明による好ましい方法を表す。但し、以下の実施例は説明をために与えたものであり、本発明の包括的な範囲を限定的に解釈するもとではない。
【0026】
実施例1:[2.2](1,4)−ナフタレノファンの合成
1,4−ジメチルナフタレノファン(12.5g,0.08mol)、N−ブロモスクシイミド(30.6g,0.17mol−臭化剤)および過酸化ベンゾイル(0.4g−触媒)の混合物を四塩化炭素(70ml)中で1時間攪拌しながら還流させた。反応混合物は室温まで冷却し。沈殿物をろ過し、四塩化炭素で洗浄した。この固形分を水中(500ml)で45分間攪拌させて懸濁液を作製し、その後ろ過、水による洗浄および乾燥を行った。酢酸エチルから再結晶させることで融点188℃の純粋な1,4−ビスブロモメチル(ナフタレン)を86%の収率で得た。
【0027】
次に、1,4−ビス(ブロモメチル)ナフタレンを、アセトン(250ml)にヨウ化ナトリウム(15g)を溶解させた還流溶液から24時間かけて抽出(ソックスレー)させた。溶媒は、ロータリーエバポレータで、反応混合物の全体積が約50mlになるまで蒸発させ、その後混合物は150mlの水に注いだ。白色に変色するまでチオ硫酸ナトリウムを加え、その後ろ過し、乾燥させた。ジクロロメタンから再結晶させて融点296〜300℃の純粋な[2.2](1,4)−ナフタレノファン(構造A参照)を収率61%で得た。1 H−NMR(CDCl3 )の測定結果は、δ2.99−3.02ppm(m,4H,CH2 )、3.72−3.74ppm(m,4H,CH2 )、7.39−7.42ppm(m,6H,芳香族)、7.71−7.74ppm(m,6H,芳香族)であった。C24H20に関する元素解析の計算値は、C−93.50、H−6.49であり、確認された値はC−93.24およびH−6.48であった。
【化8】
【0028】
実施例2:4位で置換された[2.2](1,4)−ナフタレノファンの合成
微粉末状の無水塩化アルミニウム(0.004mol)をジクロロメタン(100ml)に溶解させた混合物を攪拌し、続いて対応するアリール酸クロライドまたはヘテロアリール酸クロライドを30分間かけて徐々に添加した。次に、[2.2](1,4)−ナフタレノファン(0.003mol)を徐々に添加した。反応混合物を攪拌しながら5〜9時間還流させた。有機層を希水酸化ナトリウム溶液で洗浄して、その後水で洗浄して、無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。最後に有機層をロータリーエバポレータで蒸発させて純粋な4位で置換された[2.2](1,4)−ナフタレノファン(構造B参照)を収率63〜89%で分離した。化合物の各構造をIR、NMRおよび元素分析により確認した。
【化9】
式中、RはC6 H5 ,4−Me−C6 H4 ,4−NO2 −C6 H4 ,シンナモイル基,1−ナフトイル基,2−ナフトイル基,アクリロイル基,メタアクリロイル基,2−フロイル基または2−チオフェンカルボニル基である。
【0029】
実施例3:[2.2](2,6)−ナフタレノファンの合成
2,6−ジメチルナフタレン(12.5g,0.08mol)、N−ブロモスクシイミド(30.6g,0.17mol)および過酸化ベンゾイル(0.4g)を四塩化炭素(70ml)に溶解させた混合物を攪拌しながら1時間還流させた。反応混合物を室温まで冷却し、沈殿物をろ過し、四塩化炭素で洗浄した。この固形分に水(500ml)を加えて45分間攪拌して懸濁液を作製し、続いてろ過、水による洗浄、および乾燥を実施した。酢酸エチルから再結晶させることで純粋な2,6−ビス(ブロモメチル)ナフタレンを得た。
【0030】
次に、2,6−ビス(ブロモメチル)ナフタレンを、アセトン(250ml)にヨウ化ナトリウム(15g)を溶解させた還流溶液から24時間かけて抽出(ソックスレー)させた。ロータリーエバポレータを用いて、反応混合物の全体積が約50mlになるまで溶媒を蒸発させて、混合物を150mlの水に注いだ。白色に変色するまでチオ硫酸ナトリウムを加えて、その後、ろ過、乾燥を実施した。ジクロロメタンから再結晶させて、融点150〜152℃の純粋な[2.2](2,6)−ナフタレノファン(構造C参照)を78%の収率で得た。1 H−NMR(CDCl3 )の測定値は、δ4.61−4.65ppm(m,8H,CH2 ),7.46−7.49ppm(m,6H,芳香族),7.72−7.78ppm(m,6H,芳香族)であった。C24H20についての元素分析の計算値は、C−93.50およびH−6.49であり、確認された値はC−93.11およびH−6.41であった。
【化10】
【0031】
実施例4:[2.2](9,10)−アントラセノファンの合成
アントラセン(0.1mol)、パラホルムアルデヒド(0.1mol)、セチルトリメリルアンモニウムブロマイド(0.4g)および氷酢酸(25ml)を室温で攪拌させた。次に、反応混合物に60mlのHBr水溶液(HBrガス47%含有)を1時間かけて徐々に添加した。反応混合物は、攪拌しながら80℃まで5時間かけて加熱し、冷却し、ろ過し、水洗し、その後乾燥させた。トルエンから再結晶させることで融点201℃の純粋な9,10−ビス(ブロモメチル)アントラセンを収率93%で得た。
【0032】
次に、9,10−ビス(ブロモメチル)ナフタレンをアセトン(250ml)にヨウ化ナトリウム(15g)を溶解させた還流溶液から24時間かけて抽出(ソックスレー)した。ロータリーエバポレータで溶媒を蒸発させて粗生成物を分離した。クロロホルムから再結晶させることで融点275℃の純粋な[2.2](9,10)−アントラセノファン(構造D参照)を収率97%で得た。1 H−NMR(CDCl3 )の測定値は、δ2.94ppm(s,8H,CH2 ),6.90−6.92(q,8H,芳香族),7.12−7.26(q,8H,芳香族)。C32H24についての元素分析の計算値は、C−94.11およびH−5.88であり、確認値はC−94.79およびH−5.43であった。
【化11】
【0033】
実施例5:4位で置換された[2.2](9,10)−アントラセノファンの合成
微粉末状の無水塩化ナトリウム(0.004mol)をジクロロメタン(100ml)中で攪拌させ、続いて対応するアリール酸クロライドまたはヘテロアリール酸クロライド(0.0037mol)を30分間かけて徐々に添加した。次に、[2.2](9,10)−アントラセノファン(0.003mol)を徐々に添加した。反応混合物を攪拌しながら5〜9時間還流させた。混合物は、その後室温まで冷却し、氷冷水および濃塩酸(20ml)を注いだ。混合物を分液漏斗に注いで、有機層を希水酸化ナトリウム溶液で洗浄し、その後水洗した。最後に無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。有機層はロータリーエバポレータにより、蒸発させて純粋な4位で置換された[2.2](9,10)−アントラセノファン(構造E参照)を59〜84%の収率で得た。化合物の各構造は、IR、NMRおよび元素分析で確認した。
【化12】
式中。Rは、C6 H5 、4−Me−C6 H5 、4−MeO−C6 H5 、4−NO2 −C6 H4 、シンナモイル基、1−ナフトイル基、2−ナフトイル基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、2−フロイル基、2−チオフェンカルボニル基である。
【0034】
実施例6:特性
第1部
化合物の2つの主要群を、反射防止コーティング層の潜在的発色団として研究した。この2つの群は、[2.2](1,4)−ナフタレノファン類および[2.2](9,10)−アントラセノファン類である。[2.2](1,4)−ナフタレノファンを用いて実施例1により作製した反射防止コーティングは、6インチもしくは8インチのフラットシリコンウェハ、トポグラフィーウェハ、石英スライド、アルミニウム基板、タンタル(Ta)基板および窒化タンタル(TaN)基板上にCVD重合させた。
【0035】
平坦なシリコンウェハ上の25点で、楕円偏光法により各サンプルの膜厚を光学的に測定し、平均膜厚を評価した。膜は、ピンホール、ボイドまたは異物のない1000Åの好ましい厚さを有する均一なコートを生成した。膜は、種々の基板上で98%超の等角性を示した。膜厚の均一性に関するデータを表1に表した。
【表1】
【0036】
また、蒸着させた反射防止層は、一般的なフォトレジスト溶媒に実質的に溶解しなかった。評価した溶媒は、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を含む。乳酸エチルおよびPGMEAのいずれについても膜厚の損失は見られなかった。ストリッピングデータを表2に示した。
【表2】
【0037】
膜がフォトレジストに対して化学的に不活性な状態を保持する能力を、UV−6フォトレジスト(Shipley Company,Inc.製造)を用いて試験した。反射防止コーティング層上にフォトレジストをコートし、照射を行い、その後LDD26W現像液(Shipley Company,Inc.製造)を用いて現像した。フォトリソグラフィー時に、UV−6フォトレジストを用いて優れた特性が得られた。
【0038】
図1は、[2.2](1,4)−ナフタレノファンを用いて、実施例1により石英スライド上に蒸着させた膜の紫外−可視スペクトルを示すグラフである。λmax が233nmであることは、[2.2](1,4)−ナフタレノファン系の反射防止膜が遠紫外線(248nm)適用に有用であることを証明している。光学濃度は、248nmにおいて6.46/μmであった。
【0039】
光学定数(optical constants)をVASE分析により測定した。屈折率の実数部分(n)および虚数部分(k)の平均値を測定した。屈折率の実数部分および虚数部分の値は、248nmにおいてそれぞれn=2.29およびk=0.29であった。光学定数から計算した光学濃度は、248nmにおいて6.46/μmであった。図2は、この膜の反射率曲線を示すグラフである。ストリッピングデータを表2に示した。第1の極小膜厚は775Åであり、第2の極小膜厚は1300Åであった。
【0040】
また、膜等角性は、2000Åトポグラフィーウェハ上に実施例1で作製した[2.2](1,4)−ナフタレノファンを蒸着させて試験した。SEM写真の調査から、高さ2000Åのトポグラフィーを有する基板において、膜はほぼ98%の等角性を有していた。図3は、2000Åのトポグラフィー上の厚さ850Åの[2.2](1,4)−ナフタレノファン膜の等角性を示している。
【0041】
シリコンウェハ上に[2.2](1,4)−ナフタレノファンのコーティングを蒸着させて厚さ930Åの膜を作製し、続いてBARC上でUV−6フォトレジストでパターン付けして、LDD26Wを用いて現像した。ウェハは、その後、横に切断して(cross−sectioned)、レジストの形状をSEMを用いて調査した。図4は、膜厚930Åの[2.2](1,4)−ナフタレノファン系反射防止有機コーティングに、UV−6フォトレジストを用いた場合の優れたレジストプロフィール横断面(resist profile cross−section)を示したSEM写真である。レジストプロフィールは、100nmの高密度ライン(dense lines)および90nmの遮断ライン(isolated lines)と同程度の大きさであった。
【0042】
第2部
[2.2](9,10)−アントラセノファンを用いて実施例4に示した手順で反射防止コーティング層を作製した。この層は、6インチもしくは8インチのフラットシリコンウェハ、トポグラフィーウェハ、石英スライド、アルミニウム基板、タンタル(Ta)基板および窒化タンタル(TaN)基板上でCVD重合させた。
【0043】
平坦なシリコンウェハ上の25点で、楕円偏光法により各サンプルの膜厚を光学的に測定し、平均膜厚を評価した。膜は、ピンホール、ボイドまたは異物のない1000Åの好ましい厚さを有する均一なコートを生成した。膜は、種々の基板上で94%超の等角性を示した。膜厚の均一性に関するデータを表3に表した。
【表3】
【0044】
また、蒸着させた反射防止層は、一般的なフォトレジスト溶媒に実質的に溶解しなかった。評価された溶媒は、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を含む。乳酸エチルおよびPGMEAのいずれについても膜厚の損失は目標値の50Å以内(20%未満)でった。このストリッピングデータを表4に示した。
【表4】
【0045】
膜がフォトレジストに対して化学的に不活性な状態を保持する能力を、UV−6フォトレジストを用いて試験した。反射防止コーティング層上にフォトレジストをコートし、照射を行い、その後LDD26W現像液を用いて現像した。フォトリソグラフィー時に、UV−6フォトレジストを用いて優れた特性が得られた。実施例4に示す手順で作製した反射防止コーティングは、シリコン、アルミニウム、タンタル、窒化タンタル基板に対して優れた接着性を示した。
【0046】
図5は、[2.2](9,10)−アントラセノファンを用いて、実施例4により石英スライド上に蒸着させた膜の紫外−可視スペクトルを示すグラフである。λmax が267nmであることは、[2.2](9,10)−アントラセノファン系の反射防止膜が遠紫外線(248nm)適用に有用であることを証明している。光学濃度は、248nmにおいて5.80/μmであった。
【0047】
光学定数(optical constants)をVASE分析により測定した。屈折率の実数部分(n)および虚数部分(k)の値は、248nmにおいてそれぞれn=1.55およびk=0.36であった。光学定数から計算した光学濃度は、248nmにおいて6.46/μmであった。図6は、この膜の反射率曲線を示すグラフである。第1の極小膜厚は570Åであり、第2の極小膜厚は1300Åであった。
【0048】
また、膜等角性は、2000Åトポグラフィーウェハ上に[2.2](9,10)−アントラファン(実施例4に示した手順で作製した)を蒸着させて試験した。SEM写真の調査から、高さ2000Åのトポグラフィーを有する基板において、膜はほぼ100%の等角性を有していた。図7は、2000Åのトポグラフィー上の厚さ815Åの[2.2](9,10)−アントラセノファン膜の等角性を示している。
【0049】
シリコンウェハ上に[2.2](9,10)−アントラセノファンのコーティングを蒸着させて厚さ900Åの膜を作製し、続いてBARC上でUV−6フォトレジストでパターン付けして、LDD26Wを用いて現像した。ウェハは、その後、横に切断して(cross−sectioned)、レジストの形状をSEMを用いて調査した。図8は、膜厚900Åの[2.2](9,10)−アントラセノファン系反射防止有機コーティングに、UV−6フォトレジストを用いた場合の優れたレジストプロフィール横断面(resist profile cross−section)を示したSEM写真である。レジストプロフィールは、170nmの高密度ライン(dense lines)と同程度の大きさであった。
【0050】
結論として、本発明によれば、複数の反射防止コーティング化合物を作製することができ、化学蒸着法により基板に適用することができる。これらの化合物は、[2.2](1,4)−ナフタレノファン,4−ブロモ−[2.2](1,4)−ナフタレノファン,4−クロロ−[2.2](1,4)−ナフタレノファン,4−フルオロ−[2.2](1,4)−ナフタレノファン,4−ニトロ−[2.2](1,4)−ナフタレノファン,4−アミノ−[2.2](1,4)−ナフタレノファン,4−アセトアミド−[2.2](1,4)−ナフタレノファン,4−(1−ナフチルカルボニル)−[2.2](1,4)−ナフタレノファン,4−(2−ナフチルカルボニル)−[2.2](1,4)−ナフタレノファン,4−(フェニルカルボニル)−[2.2](1,4)−ナフタレノファン,4−(4’−メチル−フェニルカルボニル)−[2.2](1,4)−ナフタレノファン,4−(4’−メトキシ−フェニルカルボニル)−[2.2](1,4)−ナフタレノファン,4−(4’−ニトロフェニルカルボニル)−[2.2](1,4)−ナフタレノファン,4−(シンナミルカルボニル)−[2.2](1,4)−ナフタレノファン,4−(アクリルカルボニル)−[2.2](1,4)−ナフタレノファン,4−(メタクリルカルボニル)−[2.2](1,4)−ナフタレノファン,4−(2’−フリルカルボニル)−[2.2](1,4)−ナフタレノファンおよび4−(2’−チエニルカルボニル)−[2.2](1,4)−ナフタレノファンのような[2.2](1,4)−ナフタレノファン誘導体;[2.2](2,6)−ナフタレノファンおよびその一置換誘導体;[2.2](9,10)−アントラセノファンおよび4−ブロモ−[2.2](9,10)−アントラセノファン,4−クロロ−[2.2](9,10)−アントラセノファン,4−フルオロ−[2.2](9,10)−アントラセノファン,4−ニトロ−[2.2](9,10)−アントラセノファン,4−アミノ−[2.2](9,10)−アントラセノファン,4−アセトアミド−[2.2](9,10)−アントラセノファン,4−(1−ナフチルカルボニル)−[2.2](9,10)−アントラセノファン,4−(2−ナフチルカルボニル)−[2.2](9,10)−アントラセノファン,4−(フェニルカルボニル)−[2.2](9,10)−アントラセノファン,4−(4’−メチル−フェニルカルボニル)−[2.2](9,10)−アントラセノファン,4−(4’−メトキシ−フェニルカルボニル)−[2.2](9,10)−アントラセノファン,4−(4’−ニトロ−フェニルカルボニル)−[2.2](9,10)−アントラセノファン,4−(アクリルカルボニル)−[2.2](9,10)−アントラセノファン,4−(メタクリルカルボニル)−[2.2](9,10)−アントラセノファン,4−(2’−フリルカルボニル)−[2.2](9,10)−アントラセノファンおよび4−(2’−チエニルカルボニル)−[2.2](9,10)−アントラセノファンのようなその誘導体。
【図面の簡単な説明】
【図1】 石英スライド上に蒸着させた[2.2](1,4)−ナフタレノファン(naphthalenophane)膜の紫外−可視(UV−Vis)スペクトルを示すグラフである。
【図2】 種々の基板上の[2.2](1,4)−ナフタレノファンの反射率曲線を示すグラフである。
【図3】 2000Åのトポグラフィ上の厚さ850Åの[2.2](1,4)−ナフタレノファン膜の膜等角性を示す走査電子顕微鏡(SEM)写真である。
【図4】 市販のフォトレジストを用いた場合の膜厚930Åの[2.2](1,4)−ナフタレノファン系の反射防止有機コーティングのレジストプロフィール横断面(resist profile cross−section)を示すSEM写真である。
【図5】 石英スライド上に蒸着した[2.2](9,10)−アントラセノファン膜の紫外−可視スペクトルを示すグラフである。
【図6】 種々の基板上の[2.2](9,10)−アントラセノファンの反射率曲線を示すグラフである。
【図7】 2000Åのトポグラフィ上の厚さ360Åの[2.2](9,10)−アントラセノファン膜の膜等角性を示すSEM写真である。
【図8】 市販のフォトレジストを用いた場合の膜厚900Åの[2.2](9,10)−アントラセノファン系の反射防止有機コーティングのレジストプロフィール横断面(resist profile cross−section)を示すSEM写真である。
Claims (51)
- ある量の反射防止化合物と、該化合物が適用される面を有する基板とを与える工程と、
化学蒸着法により、前記基板の面上に前記反射防止化合物層を蒸着させる工程と、
前記反射防止化合物層上にフォトレジスト層を適用する工程と、を含み、
前記反射防止化合物は、下記式を有し、
前記R1 は、水素、置換された、もしくは無置換のフェニル基、置換された、もしくは無置換のアルキル基、シンナモイル基、ナフトイル基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、フロイル基およびチオフェンカルボニル基からなる群から選択され、
前記基板の面に蒸着させた反射防止化合物層は、150〜500nmの波長の光を、少なくとも90%吸収する、集積回路の製造時に使用されるプレカーサーを製造する方法。 - 前記基板は、シリコン,Al,W,WSi,GaAs,SiGe,TaおよびTaNの基板からなる群から選択される請求項1に記載の方法。
- 前記化学蒸着処理は、
(a)前記反射防止化合物に、十分な温度および圧力を加えて、該反射防止化合物を気化させる工程と、
(b)得られた気化させた反射防止化合物を開裂させる(cleaving)工程と、
(c)前記開裂させた化合物を、前記基板の面上に蒸着させる工程と、を含む請求項1に記載の方法。 - 前記(a)気化させる工程は、35〜160℃の温度、かつ2〜50mTorrの圧力で実施される請求項3に記載の方法。
- 前記(b)開裂させる工程は、各Rの原子のうち、2つの原子間の結合を切断させる工程を含む請求項3に記載の方法。
- 前記(b)開裂させる工程は、前記反射防止化合物を熱分解させる工程を含む請求項3に記載の方法。
- 前記熱分解させる工程は、前記反射防止化合物を、580℃〜700℃の温度に加熱する工程を含む請求項6に記載の方法。
- 前記(c)蒸着させる工程は、前記開裂させた化合物を、20〜25℃の温度にする工程を含む請求項3に記載の方法。
- 前記反射防止化合物層は、前記フォトレジスト層に使用される溶剤に対して実質的に溶解しない請求項1に記載の方法。
- さらに、前記フォトレジスト層の少なくとも一部に活性化放射線を照射する工程と、
前記放射線照射されたフォトレジスト層を現像させる工程と、
前記現像させたフォトレジスト層をエッチングする工程と、をさらに含む請求項1に記載の方法。 - 前記基板の面に蒸着させた反射防止化合物層は、150〜500nmの波長の光を照射した際に少なくとも0.1のk値を有する請求項1に記載の方法。
- 前記基板の面に蒸着させた反射防止化合物層は、少なくとも85%の等角性(comformality)を有する請求項1に記載の方法。
- 前記基板は、突起構造(raised features)と、コンタクトもしくはバイアホールを定義する構造と、を含み、前記蒸着させる工程は、前記突起構造および前記ホールを定義する構造上の層にある量の反射防止化合物を蒸着させる工程を含む請求項1に記載の方法。
- 面を有する基板と、
前記面上の反射防止化合物を含む層と、
前記反射防止化合物層上のフォトレジスト層と、を含み、
前記反射防止化合物の層は、化学蒸着法により前記面上に形成され、
前記反射防止化合物は、下記式を有するモノマー類から作製され、
前記基板の面に蒸着させた反射防止化合物層は、150〜500nmの波長の光を、少なくとも90%吸収する、集積回路の製造工程の途中で作製されるプレカーサー構造。 - 前記基板は、シリコン,Al,W,WSi,GaAs,SiGe,TaおよびTaNの基板からなる群から選択される請求項14に記載のプレカーサー構造。
- 前記基板の面上の反射防止化合物層は、300〜5000Åの厚さを有する請求項14に記載のプレカーサー構造。
- 前記反射防止化合物層は、前記フォトレジスト層に使用される溶剤に対して実質的に溶解しない請求項14に記載のプレカーサー構造。
- 前記反射防止化合物層は、150〜500nmの波長の光を照射した際に、少なくとも0.1のk値を有する請求項14に記載のプレカーサー構造。
- 前記反射防止化合物層は、少なくとも85%の等角性を有する請求項14に記載のプレカーサー構造。
- 前記基板は、突起構造と、コンタクトもしくはバイアホールを定義する構造と、を含み、前記反射防止化合物層は、前記突起構造および前記ホールを定義する構造の少なくとも一部の上に存在する請求項14に記載のプレカーサー構造。
- ある量の反射防止化合物と、該反射防止化合物が適用される面を有する基板とを与える工程と、
化学蒸着法により、前記基板の面上に前記反射防止化合物層を蒸着させる工程と、
前記反射防止化合物層にフォトレジスト層を適用して、回路プレカーサーを得る工程と、を含み、
前記反射防止化合物は、炭素数2〜4のアルキル2つで結合された2つの環状部分を含み、
前記環状部分は、独立してベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナトレン、ピレン、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、チアゾール、イソチアゾール、オキサゾール、イソオキサゾール、チオフェン、フランおよびピロールからなる群から選択される、集積回路の製造時に使用するプレカーサーを製造する方法。 - 前記化合物は、1,4−ジキシリレンである請求項21に記載の方法。
- 前記アルキル基は、エチル基である請求項21に記載の方法。
- 前記基板は、シリコン,Al,W,WSi,GaAs,SiGe,TaおよびTaNの基板からなる群から選択される請求項21に記載の方法。
- 前記化学蒸着工程は、
(a)前記化合物に十分な温度および圧力を加えて該化合物を気化させる工程と、
(b)得られた気化させた化合物を開裂させる工程と、
(c)前記開裂させた化合物を前記基板の面上に蒸着させる工程と、を含む請求項21に記載の方法。 - 前記(a)化合物を気化させる工程は、35〜160℃の温度、かつ2〜50mTorrの圧力で実施される請求項25に記載の方法。
- 前記(b)開裂させる工程は、前記アルキル基のうちの2つの炭素原子間の結合を切断させる工程を含む請求項25に記載の方法。
- 前記(b)開裂させる工程は、前記化合物を熱分解させる工程を含む請求項25に記載の方法。
- 前記熱分解させる工程は、前記化合物を580〜700℃の温度に加熱する工程を含む請求項28に記載の方法。
- 前記(c)蒸着させる工程は、前記開裂させた化合物を20〜25℃の温度にする工程を含む請求項25に記載の方法。
- 前記フォトレジスト層を適用する工程の実施後、前記基板の面上に適用された反射防止化合物層は、300〜5000Åの厚さを有する請求項21に記載の方法。
- 前記反射防止化合物層は、前記フォトレジスト層に使用される溶剤に実質的に溶解しない請求項21に記載の方法。
- 前記フォトレジスト層の少なくとも1部に活性化放射線を照射する工程と、
前記放射線照射されたフォトレジスト層を現像させる工程と、
前記現像させたフォトレジスト層をエッチングする工程と、をさらに含む請求項21に記載の方法。 - 前記基板の面上に蒸着させた反射防止化合物層は、150〜500nmの波長の光を少なくとも90%吸収する請求項21に記載の方法。
- 前記基板の面上に蒸着された反射防止化合物層は、150〜500nmの波長の光を照射した際に少なくとも0.1のk値を有する請求項21に記載の方法。
- 前記基板の面上に蒸着させた反射防止化合物層は、少なくとも85%の等角性を有する請求項21に記載の方法。
- 前記基板は、突起構造と、コンタクトもしくはバイアホールを定義する構造と、を含み、前記蒸着させる工程は、前記突起構造および前記ホールを定義する構造上の層にある量の前記反射防止化合物を蒸着させる工程を含む請求項21に記載の方法。
- 面を有する基板と、
前記面上の反射防止化合物を含む層と、
前記反射防止化合物層上のフォトレジスト層と、を含み、
前記反射防止化合物の層は、化学蒸着法により前記面上に形成され、
前記反射防止化合物は、炭素数2〜4のアルキル2つで結合された2つの環状部分を含み、前記環状部分はベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナトレン、ピレン、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、チアゾール、イソチアゾール、オキサゾール、イソオキサゾール、チオフェン、フランおよびピロールからなる群から選択される、集積回路の製造工程の途中で作製されるプレカーサー構造。 - 前記化合物は、1,4−ジキシリレンである請求項38に記載のプレカーサー構造。
- 前記アルキル基は、エチル基である請求項38に記載のプレカーサー構造。
- 前記基板は、シリコン、Al、W、WSi、GaAs、SiGe、TaおよびTaNの基板からなる群から選択される請求項38に記載のプレカーサー構造。
- 前記基板上の前記反射防止化合物層は、300〜5000Åの厚さを有する請求項38に記載のプレカーサー構造。
- 前記反射防止化合物層は、前記フォトレジスト層に使用される溶剤に実質的に溶解しない請求項38に記載のプレカーサー構造。
- 前記基板の面上に蒸着された反射防止化合物層は、150〜500nmの波長の光を少なくとも90%吸収する請求項38に記載のプレカーサー構造。
- 前記基板の面上に蒸着された反射防止化合物層は、150〜500nmの波長の光を照射した際に少なくとも0.1のk値を有する請求項38に記載のプレカーサー構造。
- 前記基板の面上に蒸着させた反射防止化合物層は、少なくとも85%の等角性を有する請求項38に記載のプレカーサー構造。
- 前記基板は、突起構造と、コンタクトもしくはバイアホールを定義する構造と、を含み、前記反射防止化合物層は、前記突起構造および前記ホールを定義する構造上に蒸着されている請求項46に記載のプレカーサー構造。
- 前記基板は、シリコン、Al、W、WSi、GaAs、SiGe、TaおよびTaNの基板からなる群から選択される請求項48に記載の方法。
- 前記基板は、シリコン、Al、W、WSi、GaAs、SiGe、TaおよびTaNの基板からなる群から選択される請求項49に記載のプレカーサー構造。
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