TWI535739B - 樹脂及光阻組成物 - Google Patents

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Description

樹脂及光阻組成物
本發明係有關於一種樹脂以及光阻組成物,且更明確地關於一種用於半導體微製程中的樹脂以及包含此樹脂之光阻組成物。
用於利用微影技術的半導體微製程中之光阻組成物係包含有樹脂。
近來,一種已被提出的化學放大型光阻組成物,其由下列各者所組成:樹脂,該樹脂係以由2乙基-2-金剛烷基甲基丙烯酸酯、3-羥基-1-金剛烷基甲基丙烯酸酯以及α-甲基丙烯醯氧基-γ-丁內酯以莫耳比50:25:25行聚合反應製備而成;酸產生劑,係由下列各者組成:1-((3-羥基金剛烷基)甲氧基羰基)-二氟甲磺酸三苯基鋶;由2,6-二異丙基苯胺所構成之淬冷劑;以及溶劑。(例如,JP-A-2006-257078)。
此外,另一種光阻組成物也被提出,其由下列各者所組成:樹脂,該樹脂由單體A、單體J以及單體G以莫耳比52.6:15.8:31.6行聚合反應製備而成;以及酸產生劑,係由式(Y1)表示之化合物所構成(例如,JP-A-2009-62491)。
本發明之目的在於提供一種化學放大型光阻組成物,其提供了較佳之線邊緣粗糙度(LER),以及較佳之光罩誤差因子(MEF)。
本發明提供下述<1>至<15>發明。
<1>一種樹脂,包含衍生自式(aa)所表示之結構單元
其中,T表示C4至C36脂環烴基,該脂環烴基中所含的氫原子可由鹵素原子、羥基、視需要地由鹵素原子或羥基取代之C1至C12烷基、C1至C12烷氧基、C6至C12芳基、C7至C12芳烷基、脫水甘油氧基、C2至C4醯基、烷氧羰基、烷醯氧烷基或氰基代替,且該脂環烴基中所含的-CH2-由至少一-SO2-代替又可由-CO-、-O-、-S-、-SO2-或-N(Rc)-代替;Rc表示氫原子或C1至C6烷基;R1表示氫原子、鹵素原子,或可具有視需要地鹵素原子之C1至C6烷基;以及Z1表示視需要地經取代之C1至C17飽和烴基,而且該飽和烴基中所含的-CH2-可由-CO-、-O-、-S-或-N(Rc)-代替。
<2>如<1>之樹脂,其中,T為由式(T1)表示之基團
其中,該環中所含的氫原子可由鹵素原子、羥基、視需要地由鹵素原子或羥基取代之C1至C12烷基、C1至C12烷氧基、C6至C12芳基、C7至C12芳烷基、脫水甘油氧基、C2至C4醯基、烷氧羰基、烷醯氧烷基或氰基代替,而且該環中所含的-CH2-由至少一-SO2-代替又可由-CO-、-O-、-S-、-SO2-或-N(Rc)-代替;Rc表示相同於前述所定義的意義;*表示連接氧原子之鍵;T1表示-O-或-CH2-。
<3>如<1>或<2>之樹脂,其中,T為由式(T2)表示之基團
其中,該環中所含的氫原子可由鹵素原子、羥基、視需要地由鹵素原子或羥基取代之C1至C12烷基、C1至C12烷氧基、C6至C12芳基、C7至C12芳烷基、脫水甘油氧基、C2至C4醯基、烷氧羰基、烷醯氧烷基或氰基代替,而且該環中所含的-CH2-可由-CO-、-O-、-S-、-SO2-或-N(Rc)-代替;Rc及*表示相同於前述所定義的意義。
<4>如<1>至<3>之任一種樹脂,其中,Z1為-O-CH2-。
<5>如<1>至<4>之任一種樹脂,復包含酸不穩定基團,該樹脂係不溶或難溶於鹼性水溶液,而且與酸作用後能溶於鹼性水溶液。
<6>如<1>至<5>之任一種樹脂,復包含衍生自具有降冰片烯內酯結構的化合物之結構單元。
<7>如<6>之樹脂,其中,該具有降冰片烯內酯結構之化合物係由式(bb)表示
其中,R1表示氫原子、鹵素原子,或可具有視需要地鹵素原子之C1至C6烷基;Z2表示視需要地經取代之C1至C17飽和烴基,且該飽和烴基中所含的-CH2-可由-CO-、-O-、-S-或-SO2-代替;以及Rc表示相同於前述所定義的意義。
<8>如<1>至<7>之任一種樹脂,復包含衍生自具有由至少兩個羥基取代之金剛烷基的化合物之結構單元。
<9>如<8>之樹脂,其中,該具有由至少兩個羥基取代之金剛烷基的化合物係由式(cc)表示
其中,R1表示氫原子、鹵素原子,或可具有視需要地鹵素原子之C1至C6烷基;Z2表示視需要地經取代之C1至C17飽和烴基,且該飽和烴基中所含的-CH2-可由-CO-、-O-、-S-或-SO2-代替;以及Rc表示相同於前述所定義的意義R2及R3獨立地表示氫原子、甲基或羥基;R4各自獨立地為C1至C6烷基;n為0至10之整數。
<10>一種光阻組成物,包含<1>至<9>之任一種樹脂,以及酸產生劑。
<11>如<10>之光阻組成物,其中,該酸產生劑係由式(I)作為活性成分之鹽
其中,Q1及Q2獨立地表示氟原子或C6至C12全氟烷基;X1表示單鍵或視需要地經取代之C1至C17飽和烴基,該飽和烴基所含的-CH2-可由-O-或-CO-代替;Y1表示直鏈或支鏈C1至C36脂肪烴基、C3至C36脂環烴基或C6至C36芳香烴基,而且該脂肪烴基、脂環烴基以及芳香烴基係可被取代的,條件為取代基不具有氟原子,而且該脂肪烴基及環脂烴基所含的-CH2-可由-CO-、-O-、-S-、-SO2-或-N(Rc)-代替;Rc表示相同於前述所定義的意義;Z+表示有機抗衡陽離子(counter cation)。
<12>如<10>或<11>之光阻組成物,其中,該酸產生劑係包括由作為活性成分之-O-SO2-表示的二價基團之化合物。
<13>如<10>至<12>之任一種光阻組成物,其中,Y1為C4至C36脂環烴基,該脂環烴基中所含的氫原子可由鹵素原子、羥基、C1至C12烷基、C1至C12烷氧基、C6至C12芳基、C7至C12芳烷基、脫水甘油氧基或C2至C4醯基代替,且脂環烴基中所含的-CH2-由至少一-SO2-代替又可由-CO-、-O-、-S-、-SO2-或-N(Rc)-代替;Rc表示氫原子或C1至C6烷基。
<14>如<10>至<13>之任一種光阻組成物,更包含鹼性化合物。
<15>一種形成圖案之方法,包含步驟:(1)將申請專利範圍第10項所述之光阻組成物施用於基板上;(2)從該施用之組成物中移除溶劑以形成一組成物層;(3)用曝光裝置曝光該組成物層;(4)加熱該曝光過之組成物層;以及(5)用顯影設備顯影該加熱過之組成物層。
如本發明之樹脂及光阻組成物,其能達到長久的安定性維持、高解析度、良好的形狀、線邊緣粗糙度(LER)、抗圖案崩塌能力、微圖案中寬的DOF及/或光罩誤差因子(MEF),尤其是改善了線邊緣粗糙度與光罩誤差因子。
本發明之樹脂具有衍生自式(aa)所表示之結構單元。
其中,T表示C4至C36脂環烴基,該脂環烴基中包含的氫原子可由鹵素原子、羥基、由視需要地鹵素原子或羥基取代之C1至C12烷基、C1至C12烷氧基、C6至C12芳基、C7至C12芳烷基、脫水甘油氧基、C2至C4醯基、烷氧羰基、烷醯氧烷基或氰基代替,而且脂環烴基中包含的-CH2-由至少一-SO2-代替又可由-CO-、-O-、-S-、-SO2-或-N(Rc)-代替;Rc表示氫原子或C1至C6烷基;R1表示氫原子、鹵素原子,或具有視需要地鹵素原子之C1至C6烷基;Z1表示視需要具有取代基之C1至C17飽和烴基,而且該飽和烴基中包含的-CH2-可由-CO-、-O-、-S-或-N(Rc)-代替。
在本說明書中,脂環烴基的實例包括環烷基,如環丙基、環丁基、環戊基、環己基、環庚基、環辛基、環壬基、環癸基、冰片基、1-金剛烷基、2-金剛烷基以及異冰片基。
鹵素原子的實例包括氟、氯、溴或碘。
烷基的實例包括甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、第三丁基、正戊基、正己基、庚基、2-乙基己基、辛基、壬基、癸基、十一烷基,以及十二烷基。
烷氧基的實例包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、第二丁氧基、第三丁氧基、正戊氧基、正己氧基、庚氧基、辛氧基、2-乙氧基己氧基、壬氧基、癸氧基、十一烷氧基,以及十二烷氧基。
芳基的實例包括苯基、萘基、蒽基(anthranyl)、對-甲苯基、對-第三丁苯基、對-金剛苯基(p-adamantylphenyl)、甲苯基、二甲苯基、異丙苯基、三甲苯基、聯苯基、蒽基(anthryl)、菲基、2,6-二乙基苯基,以及2-甲基-6-乙基苯基。
芳烷基的實例包括苯甲基、苯乙基、苯丙基、三苯甲基、萘甲基以及萘乙基。
醯基的實例包括乙醯基、丙醯基以及丁醯基。
烷氧羰基的實例包括烷氧基與羰基鍵結之基團,如甲氧羰基以及乙氧羰基。
烷醯氧烷基的實例包括乙醯氧甲基、丙醯氧甲基、丁醯氧甲基、乙醯氧乙基、丙醯氧乙基、丁醯氧乙基、乙醯氧丙基、丙醯氧丙基以及丁醯氧丙基。
飽和烴基的實例包括直或支鏈之伸烷基。該伸烷基的實例包括亞甲基、二亞甲基、三亞甲基、四亞甲基、五亞甲基、六亞甲基、七亞甲基、八亞甲基、九亞甲基、十亞甲基、十一亞甲基、十二亞甲基、十三亞甲基、十四亞甲基、十五亞甲基、十六亞甲基、十七亞甲基、伸乙基、伸丙基、伸異乙基、第二伸丁基、第三伸丁基以及亞丙基。
再者,本說明書之化學結構式中,除非另有明述,實例中取代基所選用的碳數目,可適用於所有具有相同取代基的化學結構式中。除非另有明述,該等包括任何的直鏈、支鏈或環,再者直鏈、支鏈或環結構亦可結合於同一基團中。
名詞“(甲基)丙烯酸”、“(甲基)丙烯酸酯”、“(甲基)丙烯醯基”分別表示包括“CH2=CH-CO-”或“CH2=C(CH3)-CO-”結構之化合物或基團。
式(aa)表示的化合物中,T合適地為式(T0)表示之基團,尤其是,較佳地為式(T0a)表示之基團。
再者,T以式(T1)表示之基團為佳,更佳為式(T1a)表示之基團。
又,T以式(T2)表示之基團為更佳,尤其是,再更佳為式(T2a)表示之基團。
其中,環中包含的氫原子可由鹵素原子、羥基、視需要地由鹵素原子或羥基取代之C1至C12烷基、C1至C12烷氧基、C6至C12芳基、C7至C12芳烷基、脫水甘油氧基、C2至C4醯基、烷氧羰基、烷醯氧烷基或氰基代替,而且該環中包含的-CH2-由至少一-SO2-代替,又可由-CO-、-O-、-S-、-SO2-或-N(Rc)-代替;Rc表示相同於前述所定義的意義;*表示連接氧原子之鍵;T1表示氧原子或亞甲基。
R1較佳為氫原子或甲基。
Z1中包含的-CH2-,較佳者,被-O-、-CO-、-S-或-N(Rc)-代替。Rc較佳為氫原子。
實例包括-O-X11-、-X11-O-、-X11-CO-O-、-X11-O-CO-、-X11-O-X12-、-NH-X11-、-X11-NH-。其較佳為-O-X11-、-X11-O-、-X11-CO-O-、-NH-X11-及-X11-NH-,而且更佳為-O-X11-及-NH-X11-。尤其是,對Z1-來說,其更佳為-O-CH2-。
於此,X11及X12獨立地表示單鍵,或直或支鏈C1至C15伸烷基。如果該基團代替C1至C15伸烷基中包含的亞甲基,構成上述主鏈的適合碳原子數為1至17,較佳為1至10,而且更佳為1至5。
T的具體實例包括下列。*表示與氧鍵結的位置。
除了上述所示實例的基團以外,更甚者,如下列化合物所示者,T可由鹵素原子、羥基、視需要地由鹵素原子或羥基取代之C1至C12烷基、C1至C12烷氧基、C6至C12芳基、C7至C12芳烷基、脫水甘油氧基、C2至C4醯基、烷氧羰基、烷醯氧烷基或氰基代替。
式(aa)表示之化合物的實例包括下列。
上述式(aa)所示之化合物可以習知方法製造。
相對於構成樹脂的全部結構單元,衍生自式(aa)表示之化合物的結構單元在樹脂中的含量為2至40mol%,較佳為3至35mol%,而且更佳為5至30mol%。
除了衍生自式(aa)表示之化合物的結構單元外,較佳地,樹脂(B)含有衍生自具有降冰片烯內酯結構之化合物的結構單元。
具有降冰片烯內酯結構之化合物的實例包含自式(bb)所示之化合物。
其中,R1表示相同於前述所定義的意義;Z2表示視需要經取代之C1至C17飽和烴基,而且該飽和烴基中所含的-CH2-可由-CO-、-O-、-S-或-SO2-代替X表示-CH2-、-O-或-S-;以及R1以氫原子或甲基為佳。
式(bb)所示之化合物的實例包含下列者。
相對於構成樹脂的全部結構單元,通常衍生自式(bb)表示之化合物的結構單元在樹脂中的含量為5至50mol%,較佳為10至45mol%,而且更佳為15至40mol%。
較佳者,該樹脂更包括衍生自具有由至少一羥基取代之金剛烷基的化合物之結構單元。
該具有由至少一羥基取代之金剛烷基的化合物的實例係由式(cc)表示。
其中,R1及Z2表示與前述定義相同的意思;R2及R3獨立地表示氫原子、甲基或羥基;R4獨立地為各自存在的C1至C6烷基;n為0至10之整數。
R1表示氫原子或甲基。
式(cc)表示之化合物較佳為衍生自具有由至少兩個羥基取代之金剛烷基的化合物,其中,R2或R3由羥基取代。
式(cc)表示之化合物的實例包括下列。
相對於構成樹脂的全部結構單元,衍生自式(cc)表示之化合物的結構單元在樹脂中的含量為3至40mol%,較佳為5至35mol%,而且更佳為5至30mol%。
較佳者,該樹脂更具有酸不穩定基團,且不溶或難溶於鹼性水溶液,而且與酸作用後能溶於鹼性水溶液。
酸不穩定基團的實例包括具有烷基酯之基團,其中,鄰接於氧原子的碳原子為四級碳原子、具有羧酸酯之基團,如脂環族酯、內酯基,其中,鄰接於氧原子的碳原子為四級碳原子。
“四級碳原子”意思指碳原子未鍵結於氫原子,而鍵結於四個氫原子以外的取代基。關於酸不穩定基團,較佳者為四級碳原子中鄰接於醚鍵之氧原子的碳原子係鍵結於三個碳原子。
若能將-COOR之R酯描述成具有羧酸酯的基團(基團為酸不穩定基團的一種),並且能將“-COOC(CH3)3”簡稱為“第三丁酯”,則實例包括烷酯基團,其中,鄰接於氧原子的碳原子為四級碳原子,如第三丁酯基;縮醛型酯基,如甲氧基甲酯、乙氧基甲酯、1-乙氧基乙酯、1-異丁氧基乙酯、1-異丙氧基乙酯、1-乙氧基丙氧酯(1-ethoxypropoxy)、1-(2-甲氧基乙氧基)乙酯、1-(2-乙醯氧基乙氧基)乙酯、1-[2-(1-金剛烷氧基)乙氧基]乙酯、1-[2-(1-金剛烷羰基氧基)乙氧基]乙酯、四氫-2-呋喃酯及四氫-2-哌喃酯基團;脂環族酯基,其中,鄰接於氧原子的碳原子為四級碳原子,如異冰片酯、1-烷基環烷酯、2-烷基-2-金剛烷酯及1-(1-金剛烷基)-1-烷基烷酯基團。
具有羧酸酯基團的實例包括具有(甲基)丙烯酸、降冰片烯羧酸(norbornene carboxylic acid)、三環癸烯羧酸或四環癸烯羧酸之酯之基團。
本發明之樹脂的製備可以藉由導入單體或具有酸不穩定基團及烯性雙鍵之多個單體的加成聚合反應獲得。
於如酸不穩定基團的眾單體中,較佳為那些具有巨型基團者,如脂環族結構(例如2-烷基-2-金剛烷基及1-(1-金剛烷基)-1-烷基烷基),其係因為此製得的樹脂容易得到優異的解析度。
此等含有巨型基團之單體的實例包括 2-烷基-2-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯、1-(1-金剛烷基)-1-烷基烷基(甲基)丙烯酸酯、2-烷基-2-金剛烷基5-降冰片烯-2-羧酸酯、1-(1-金剛烷基)-1-烷基烷基5-降冰片烯-2-羧酸酯、2-烷基-2-金剛烷基α-氯丙烯酸酯及1-(1-金剛烷基)-1-烷基烷基 α-氯丙烯酸酯。
尤其是,使用2-烷基-2-金剛烷(甲基)丙烯酸酯或2-烷基-2-金剛烷基 α-氯丙烯酸酯作為單體時,容易獲得具有優異解析度的光阻組成物。
2-烷基-2-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯的具體實例包括2-甲基-2-金剛烷基丙烯酸酯、2-甲基-2-金剛烷基甲基丙烯酸酯、2-乙基-2-金剛烷基丙烯酸酯、2-乙基-2-金剛烷基甲基丙烯酸酯、2-正丁基-2-金剛烷基丙烯酸酯、2-正丁基-2-金剛烷基甲基丙烯酸酯。2-烷基-2-金剛烷基 α-氯(甲基)丙烯酸酯的實例包括2-甲基-2-金剛烷基 α-氯丙烯酸酯,以及2-乙基-2-金剛烷基 α-氯丙烯酸酯。
在這些之中,因為容易獲得具有優異靈敏度及耐熱性的光阻組成物,2-乙基-2-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯或 2-異丙基-2-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯為較佳者。
通常,可藉由2-烷基-2-金剛烷醇或其金屬鹽與丙烯酸鹵化物或甲基丙烯酸鹵化物反應製造 2-烷基-2-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯。
再者,上述單體以外之具有酸不穩定基團之單體的實例包括單體(g),其具有式(g)所示之不穩定的縮醛基團。
其中,R10表示氫原子,鹵素原子,或具有視需要地鹵素原子之C1至C6烷基;R11獨立地為各自存在的鹵素原子、羥基、C1至C6烷基、C1至C6烷氧基、C2至C4醯基、C2至C4醯氧基、丙烯醯基或甲基丙烯醯基;1a表示0至4之整數;R12及R13獨立地表示氫原子或C1至C12烴基;Xa2表示單鍵或視需要地經取代之C1至C17飽和烴基,而且飽和烴基包含的-CH2-可由-CO-、-O-、-S-或-N(Rc)-代替;Rc表示氫原子或C1至C6烷基;Ya3表示C1至C12脂肪烴基、C3至C18飽和環烴或C6至C18芳香烴基,而且脂肪烴基、飽和環烴及芳香烴基可視需要地具有取代基。
可具有鹵素原子之烷基的實例包括全氟甲基、全氟乙基、全氟丙基、全氟異丙基、全氟丁基、全氟第二丁基、全氟第三丁基、全氟戊基以及全氟己基。
Q1及Q2較佳為獨立地表示的全氟甲基或氟原子,而且更佳為氟原子。
烷基及烷氧基較佳為具有1至4個碳原子之基團,更佳為1至2個碳原子,再更佳者為1個碳原子。
醯氧基的實例包括乙醯氧基、丙醯氧基以及丁醯氧基。
烴基包括脂肪烴基、脂環烴基、芳香烴基或其組合。在這些之中,較佳者為烷基,如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、第三丁基、戊基、己基、庚基、2-乙基己基;以及脂環烴基,如環己基、金剛烷基、2-烷基-2-金剛烷基、1-(1-金剛烷基)1-烷基以及異冰片基(isobornyl)。
飽和環烴基可以是單環或多環。單環飽和烴的實例包括環烷基,如環丙基、環丁基、環戊基、環己基、甲基環己基、二甲基環己基、環庚基、甲基環庚基、環辛基、環壬基、環癸基。多環飽和烴基包括經由氫化濃縮的芳香烴基獲得之基團,如氫萘(hydronaphthyl);橋接環烴基,如1-金剛烷基、2-金剛烷基、降冰片基、甲基降冰片基以及異冰片基。再者,如下列所示,包括於橋接在飽和環烴基中之環,如稠合於單環(如環庚烷環及環己烷環)之降冰片烷或多環(如十氫萘(decahydronaphthyl)),具其他稠合於另一環之橋接環的基團。
取代基Ya3的實例包括鹵素原子、羥基、C1至C12烷基、C1至C12烷氧基、C6至C12芳基、C7至C12芳烷基、脫水甘油氧基、C2至C4醯基以及氰基。
單體(g)的實例包括下列。
相對於構成樹脂的全部結構單元,衍生自具有酸不穩定基團單體的結構單元在樹脂中的含量通常為10至95mol%,較佳為15至90mol%,而且更佳為約20至85mol%。
除了衍生自式(aa)表示的結構單元及具有酸不穩定基團之化合物以外,本發明中用的樹脂可包括衍生自酸穩定單體之結構單元。於此,衍生自酸穩定單體的結構意思為不被下述酸產生劑***之結構。
相對於構成樹脂的全部結構單元,衍生自具有酸穩定基團單體的結構單元在樹脂中的含量通常為5至90mol%,較佳為10至85mol%,而且更佳為15至80mol%。
具體實例包括衍生自具有自由羧基的單體之結構單元,如丙烯酸及甲基丙烯酸;衍生自脂肪族不飽和二羧酸酐之結構單元,如馬來酸酐以及衣康酸酐;衍生自2-降冰片烯之結構單元;衍生自(甲基)丙烯腈之結構單元;衍生自(甲基)丙烯酸酯之結構單元,其中,鄰接於氧原子的碳原子為二級或三級碳原子,如烷基酯或1-金剛烷酯;衍生自苯乙烯單體之結構單元,如對-或間-羥基苯乙烯;衍生自具有可被烷基取代之內酯環之(甲基)丙烯醯氧基-γ-丁內酯之結構單元。儘管鄰接於氧原子的碳原子為四級碳原子,1-金剛烷酯仍為酸穩定基團,而且1-金剛烷酯可被至少一羥基取代。
酸穩定單體的具體實例包括3-羥基-1-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯、3,5二羥基-1-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯、α-(甲基)丙烯醯氧基-γ-丁內酯、β-(甲基)丙烯醯氧基-γ-丁內酯、具有式(b2)表示的結構單元之單體、分子中具有烯性雙鍵之脂環族化合物,如羥基苯乙烯或降冰片烯、脂肪族不飽和二羧酸酐,如馬來酸酐以及衣康酸酐。
在這些之中,因為光阻與基板間的黏著性及光阻的解析度容易提升,較佳之光阻係得自於具有任何衍生自如對-或間-羥基苯乙烯之結構單元之苯乙烯單體、衍生自3-羥基-1-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯之結構單元、衍生自3,5二羥基-1-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯之結構單元、式(a)表示之結構單元、式(b1)表示之結構單元以及式(b2)表示之結構單元之樹脂。
其中,L1至L2獨立地表示氧原子、羰基、直或支鏈C1至C17烷二基或其組合;Rc表示氫原子或C1至C6脂環烴基;R2至R4獨立地表示氫原子或甲基;R5獨立地為各自存在的C1至C4脂環烴基;R6及R7獨立地為各自存在的羧基、氰基或C1至C4脂環烴基;q表示0至5之整數;以及s及t獨立地表示0至3之整數。
直鏈烷二基的實例包括亞甲基、伸乙基、丙烷-1,3-二基、丙烷-1,2-二基、丁烷-1,4-二基、戊烷-1,5-二基、己烷-1,6-二基、庚烷-1,7-二基、辛烷-1,8-二基、壬烷-1,9-二基、癸烷-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,以及十七烷-1,17-二基。
支鏈烷二基的實例該基團之中有鍵結至C1至C4烷基(如甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、第二丁基、第三丁基)之側鏈的直鏈烷二基的基團,例如:1-甲基-1,3-伸丙基、2-甲基-1,3-伸丙基、2-甲基-1,2-伸丙基、1-甲基-1,4-伸丁基以及2-甲基-1,4-伸丁基。
舉例來說,如3-羥基-1-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯以及3,5二羥基-1-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯之單體可以藉由對應的羥基金剛烷與(甲基)丙烯酸或其鹵化物反應製得,而且它們也能由商業途徑取得。
再者,如(甲基)丙烯醯氧基-γ-丁內酯可以藉由(甲基)丙烯酸與對應的α-或β-溴-γ-丁內酯(其中的內酯環可由烷基取代)反應製得,或(甲基)丙烯酸與對應的α-或β-羥基-γ-丁內酯(其中的內酯環可由烷基取代)反應製得。
具有式(b1)及(b2)表示之結構單元之單體的實例包括下列之具有羥基之脂環族內酯的(甲基)丙烯酸酯,以及其混合物。該等酯,舉例來說,可藉由(甲基)丙烯酸與對應的具羥基之脂環族內酯反應製得(見JP 2000-26446 A)。
(甲基)丙烯醯氧基-γ-丁內酯的實例包括α-(甲基)丙烯醯氧基-γ-丁內酯、α-(甲基)丙烯醯氧基-β、β-二甲基丙烯醯氧基-γ-丁內酯、α-(甲基)丙烯醯氧基-α-甲基-γ-丁內酯、β-(甲基)丙烯醯氧基-γ-丁內酯,以及β-甲基丙烯醯氧基-α-甲基-γ-丁內酯。
相對於構成樹脂的全部結構單元,式(a)表示之結構單元、式(b1)表示之結構單元以及式(b2)表示之結構單元在樹脂中的含量通常為5至50mol%,較佳為10至45mol%,而且更佳為15至40mol%。
使用KrF微影製程與EUV微影製程時,尤其是在用衍生自苯乙烯單體結構單元(如對-或間-羥基苯乙烯)作為樹脂之結構單元的情形下,能獲得具有足夠透明度(transparency)的光阻組成物。此等共聚合樹脂可藉由對應之(甲基)丙烯酸酯單體與乙醯氧基苯乙烯行自由基聚合反應,接著用酸除去它們的乙醯氧基而獲得。
提供衍生自複數苯乙烯基單體之結構單元的單體的具體實例包括下列。
在這些單體中,4-羥基苯乙烯或4-羥基-α-甲基苯乙烯為特別較佳者。
相對於構成樹脂的全部結構單元,衍生自苯乙烯單體之結構單元在樹脂中的含量通常為5至90mol%,較佳為10至85mol%,而且更佳為15至80mol%。
因為脂環族基團直接出現在它的主鏈上,包含衍生自2-降冰片烯結構單元之樹脂表現出堅固的結構,並表現出優異的抗乾蝕刻特性。衍生自2-降冰片烯的結構單元能藉由脂肪族不飽和二羧酸酐(如馬來酸酐以及衣康酸酐)與對應的2-降冰片烯添加在一起行自由基聚合反應而導入主鏈中。藉此,打開降冰片烯雙鍵形成的結構單元可以由式(c)表示,打開馬來酸酐以及衣康酸酐雙鍵形成的結構單元可以分別由式(d)與(e)表示。
其中,式(c)中的R5與R6獨立地表示氫原子、C1至C3烷基、羧基、氰基或-COOU,其中,U表示醇類殘基,或者R5及R6一起鍵結形成由-C(=O)OC(=O)-表示之羧酸酐殘基。
當R5與R6形成-COOU基團時,其為羧基形成的酯類,而且對應U的醇類殘基的實例包括視需要經取代之C1至C8烷基與2-酮基氧雜環戊-3-或-4-基。烷基可由羥基以及脂環烴基殘基團取代。
當R5與R6為烷基時,其具體實例包括甲基、乙基以及丙基,此外有羥基鍵結於其上的烷基之具體實例包括羥基甲基以及2-羥基乙基。
提供由式(c)表示降冰片烯結構之酸穩定結構單元之單體的具體實例包括下列化合物;2-降冰片烯、2-羥基-5-降冰片烯、5-降冰片烯-2-羧酸、5-降冰片烯-2-羧酸甲酯、5-降冰片烯-2-羧酸2-羥基-1-乙酯、5-降冰片烯-2-甲醇,以及5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐。
只要式(c)中-COOU的U為酸不穩定基團的話,如脂肪酯中鍵結於羧基的氧側之碳原子為四級碳原子,該結構單元就會具有酸不穩定基團,儘管已具有降冰片烯結構。
具有降冰片烯結構與酸不穩定基團之單體的具體實例包括5-降冰片烯-2-羧酸第三丁酯、5-降冰片烯-2-羧酸1-環己基-1甲基乙酯、5-降冰片烯-2-羧酸1甲基環己酯、5-降冰片烯-2-羧酸2甲基-2金剛烷酯、5-降冰片烯-2-羧酸2-乙基-2-金剛烷酯、5-降冰片烯-2-羧酸1-(4-甲基環己基)-1-甲基乙酯、5-降冰片烯-2-羧酸1-(4-羥基環己基)-1-甲基乙酯、5-降冰片烯-2-羧酸1-甲基-1-(4-氧代環己基)乙酯,以及5-降冰片烯-2-羧酸1-(1-金剛烷基)-1-甲基乙酯。
相對於構成樹脂的全部結構單元,式(c)、(d)及(e)表示之結構單元表示之結構單元在樹脂中的含量通常為2至40mol%,較佳為3至30mol%,而且更佳為5至20mol%。
再者,酸穩定基團可包含如式(dd)所示的結構單元及含氟原子的結構單元。
其中,R9表示氫原子、甲基或三氟甲基;AR表示直鏈、支鏈或C1至C30環烴基,而且烴基中包含的至少一或更多氫原子由氟原子代替,烴基中包含的-CH2-可由-O--S-,或-N(Rc)-代替,烴基中包含的氫原子可由羥基或直或支鏈C1至C6脂肪烴基代替;Rc表示與上述定義相同的意思。
式(dd)表示之結構單元的具體實例包括下列單體。
相對於構成樹脂的全部結構單元,式(dd)表示之結構單元在樹脂中的含量通常為1至30mol%,較佳為2至20mol%,而且更佳為3至10mol%。
當衍生自2-烷基-2-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯、1-(1-金剛烷基)-1-烷基烷基(甲基)丙烯酸酯或1-(2-烷基-2-金剛烷氧基羰基)烷基(甲基)丙烯酸酯的結構單元被包含於衍生自具酸不穩定基團的單體之結構單元,調整含量至約15 mol%或更多(相對於構成樹脂的全部結構單元)將會產生堅固的結構,此係因為樹脂具有脂環族基團,該脂環族基團有益於所得之光阻對抵抗乾蝕刻方面的能力。
使用具有烯性雙鍵之脂肪族化合物或脂肪不飽和二羧酸酐作為單體時,從加成聚合反應不容易進行的觀點來看,係以使用過量之單體為佳。
使用的單體可以為烯性雙鍵的部份相同但酸不穩定基團不同的單體組合、酸不穩定基團相同但烯性雙鍵的部份不同的單體組合,以及酸不穩定基團不同且烯性雙鍵的部份不同的單體組合。
樹脂的重量平均分子量較佳為2500至100,000,更佳為2700至50000,再更佳為3000至40000。
本發明之光阻組成物更包括添加至上述樹脂之酸產生劑。
該酸產生劑沒有限制,可以使用本領域已知的酸產生劑。酸產生劑的實例包括作為活性成分之式(I)表示之鹽。
其中,Q1以及Q2獨立地表示氟原子或C1至C6全氟烷基;X1表示單鍵或視需要經取代之C1至C17飽和烴基、飽和烴基中包含的-CH2-可由-O-或-CO-代替;Y1表示直或支鏈C1至C36脂肪烴基、C3至C36脂環烴基或C6至C36芳香烴基,而且脂肪烴基、脂環烴基以及芳香烴基為可被取代的,條件是該取代基不具有氟原子;Z+表示有機抗衡陽離子。
全氟烷基的實例包括全氟甲基、全氟乙基、全氟正丙基、全氟異丙基、全氟正丁基、全氟第二丁基、全氟第三丁基、全氟正戊基以及全氟正己基。在這些之中,全氟甲基為較佳者。
C1至C17飽和烴基的實例包括含C1至C17伸烷基或環伸烷基(cycloalkylene)之二價基團。
該伸烷基的實例包括亞甲基、二亞甲基、三亞甲基、四亞甲基、五亞甲基、六亞甲基、七亞甲基、八亞甲基、九亞甲基、十亞甲基、十一亞甲基、十二亞甲基、十三亞甲基、十四亞甲基、十五亞甲基、十六亞甲基、十七亞甲基、伸乙基、伸丙基、伸異乙基、第二伸丁基以及第三伸丁基。
含環伸烷基之二價基團的實例包括由式(X1-A)至式(X1-C)表示之基團。
其中,X1A及X1B獨立地表示為可經取代之C1至C6伸烷基,條件是由式(X1-A)至示(X1-C)表示的基團具有C1至C17
直或支鏈脂肪烴基的實例包括烷基。
芳香烴基的實例包括芳基。
對作為活性成份之式(I)表示之鹽的陰離子而言,Q1及Q2獨立地較佳為氟原子或-CF3,且以氟原子為更佳者。
C1至C17飽和烴基中包含的-CH2-可由-O-、-S-,或-CO-代替。
X1的實例包括下列基團。
X1的實例合適地為-X10-O-、-X10-CO-O-、-X10-O-CO-、-X10-O-X11-、-CO-O-X10-、-CO-O-X10-CO-O-、-X10-O-CO-、-X10-O-X11-以及-CO-O-(X11-O)y-X10-。在這些之中,較佳為-CO-O-X10-、-CO-O-X10-CO-O-以及-CO-O-(X11-O)y-X10-。條件是X10及X11獨立地表示單鍵,或直或支鏈C1至C16伸烷基。Y表示0至2之整數。
Y1合適地為可被取代之C4至C36脂環烴基。
Y1之視需要經取代之脂肪烴基、脂環烴基以及芳香烴基的實例包括至少一選自鹵素原子(氟原子以外)、羥機、直或支鏈C1至C12脂肪烴基、C1至C12烷氧基、C6至C20芳香烴基、C7至C21芳烷基、脫水甘油氧基以及C2至C4醯基。
式(I)表示之鹽之陰離子的實例包括下列式(IA)、(IB)、(IC)及(ID)表示之陰離子。在這些之中,式(IA)與式(IB)表示的陰離子為適合者。
其中,Q1、Q2、Y1、X10、X11及X12表示與前述定義相同的意思。
Y1較佳為式(Y1)表示之基團。
其中,環W’表示C3至C36脂環烴基,脂環烴基中包含的-CH2-可由-CO-、-O-、-S-、-SO2-或-N(Rc)-代替;Rc表示氫原子或C1至C6烷基;Rb獨立地為各自存在的鹵素原子、直或支鏈C1至C12脂肪烴基、C6至C20芳香烴基、C7至C21芳烷基、脫水甘油基或C2至C4醯基;x表示0至8之整數;以及,Ra表示氫原子或直或支鏈C1至C6烴基,或者,可與環W’中包含的碳原子鍵結形成環。
Rb在式(Y1)中,可以是鹵素原子,而且較佳為氟原子以外的原子。
X較佳為0至6之整數,而且更佳為0至4之整數。
環W’的實例包括式(W1)至式(W50)表示之基團。在這些之中,較佳者為式(W1)至式(W19),而且更佳者為式(W12)、(W15)、(W16)及(W19)。
Y1基團的實例更包括;環W’中包含的氫原子未被代替或僅被烴基代替之基團,條件為環W’中包含的-CH2-基團可以由-O-代替;環W’中包含的氫原子由羥基或含羥基基團代替之基團,條件為凡是含內酯結構者被排除在外;具有內酯結構之基團,該基團中環W’中包含的兩相鄰-CH2-基團由-O-及-CO-基團代替;具有酮結構之基團,該基團中環W’中包含的-CH2-基團之一被-CO-代替;環W’中包含的氫原子由芳香烴基或含芳香環之基團代替之基團;以及一具有醚結構之基團,該基團中環W’中包含的-CH2-基團由-O-代替;Y1中環W’中包含的氫原子未被代替或僅被烴基代替(環W’中包含的-CH2-基團可以由-O-代替的條件下),的實例包括下列基團。
Y1中環W’中包含的氫原子被羥基或含羥基基團代替(含內酯基者除外的條件下),的實例包括下列基團。
具有內酯結構之Y1中環W’中包含的兩相鄰-CH2-基團由-O-及-CO-基團代替的實例包括下列基團。
具有酮結構之Y1中環W’中包含的-CH2-基團之一被-CO-基團代替的實例包括下列基團。
Y1中環W’中包含的氫原子由芳香烴基或含芳香環之基團代替的實例包括下列基團。
具有醚結構之Y1中環W’中包含的-CH2-由-O-代替的實例包括下列基團。
Y1中環W’中包含的-CH2-之一由-SO2-代替的實例包括下列基團。
Y1,其中環W’中包含的-CH2-之一被-O-代替’而一-CH2-基團被-SO2-代替的實例包括下列基團。
Y1中環W’中包含的兩個-CH2-基團被-O-代替,而另一-CH2-基團被-SO2-代替的實例包括下列基團。
Y1中環W’中包含的-CH2-基團之一被-N(Rc)-代替的實例包括下列基團。
在這些之中,Y1更佳為式(Y2)或(Y3)表示之基團。
其中,該環中的氫原子可以由鹵素原子(氟原子除外)、羥基、C1至C12烷基、C1至C12烷氧基、C6至C12芳基、C7至C12芳烷基、脫水甘油氧基以及C2至C4醯基代替,而且該環中包含的-CH2-可以由-CO-、-O-、-S-、-SO2-,或-N(Rc)-基團代替;以及*表示與X1間之鍵。
在式(IA)中,陰離子中的環W’中包含之氫原子僅被烴基代替(前提為烴基中包含的-CH2-可被-O-代替),的實例包括下列陰離子。
在式(IA)中,陰離子中的環W’中包含之氫原子被烴基取或含羥基基團代替(前提為那些含內酯結構者被排除在外),的實例包括下列陰離子。
在式(IA)中,具有內酯結構之陰離子中環W’中包含的兩相鄰-CH2-基團由-O-及-CO-基團代替的實例包括下列陰離子。
在式(IA)中,具有酮結構之陰離子中環W’中包含的-CH2-基團被-CO-基團代替的實例包括下列陰離子。
在式(IB)中,陰離子中環W’中包含的氫原子由芳香烴基或含芳香環之基團代替的實例包括下列陰離子。
在式(IA)中,具有酯結構之陰離子中環W’中包含的-CH2-由-O-代替的實例包括下列陰離子。
再者,式(IA)表示之陰離子包括下列陰離子。
在式(IB)中,陰離子中環W’中包含的氫原子未被代替或僅被烴基代替(環W’中包含的-CH2-可以由-O-代替),的實例包括下列陰離子。
在式(IB)中,陰離子中環W’中包含的氫原子被羥基或含羥基基團代替的實例包括下列陰離子。
在式(IB)中,具有內酯結構之陰離子中環W’中包含的兩相鄰-CH2-基團由-O-及-CO-基團代替的實例包括下列陰離子。
在式(IB)中,具有酮結構之陰離子中環W’中包含的-CH2-被-CO-基團代替的實例包括下列陰離子。
在式(IB)中,陰離子中環W’中包含的氫原子由芳香烴基代替的實例包括下列陰離子。
再者,式(IB)表示之陰離子包括下列陰離子。
在式(IC)中,陰離子中環W’中包含的氫原子未被代替或僅被烴基代替(環W’中包含的-CH2-可以由-O-代替),的實例包括下列陰離子。
在式(IC)中,陰離子中環W’中包含的氫原子被烴基取或含羥基基團代替的實例包括下列陰離子。
在式(IC)中,具有酮結構之陰離子中環W’中包含的-CH2-之一被-CO-基團代替的實例包括下列陰離子。
再者,式(IC)表示之陰離子包括下列陰離子。
在式(ID)中,陰離子中環W’中包含的氫原子未被代替或僅被烴基代替(環W’中包含的-CH2-可以由-O-代替),的實例包括下列陰離子。
在式(ID)中,陰離子中環W’中包含的氫原子被羥基或含羥基基團代替的實例包括下列陰離子。
在式(ID)中,具有酮結構之陰離子,其中環W’中包含的-CH2-之一被-CO-基團代替的實例包括下列基團。
再者,式(ID)表示之陰離子包括下列陰離子。
式(I)表示之鹽中Z+的實例包括式(IXa)、式(IXb)、 式(IXc)以及式(IXd)表示的陽離子。
其中,式(IXz)中的Pa、Pb及Pc獨立地表示直或支鏈C1至C30烷基、C3至C30脂環烴基或C6至C20芳香烴基,當Pa、Pb及Pc任一者為烷基時,烷基中包含的氫原子可由羥基、直或支鏈C1至C12烷基、C1至C12烷氧基或C3至C12飽和脂環烴基代替;此外,當Pa、Pb及Pc任一者為脂環烴基或芳香烴基時,脂環烴基中包含的氫原子或芳香烴基可由鹵素原子、羥基、直或支鏈C1至C12烷基、直或支鏈C1至C12烷氧基、C6至C12醯基、C7至C12芳烷基、脫水甘油氧基以及C2至C4氰基代替;式(IXb)中的P4及P5獨立地表示氫原子、羥基、直或支鏈C1至C12烷基或C1至C12烷氧基;式(IXc)中的P6及P7獨立地表示直或支鏈C1至C12烷基或C3至C12環烷基,或者,P6及P7可鍵結至C3至C12環;P8表示氫原子;P9表示直或支鏈C1至C12烷基或視需要地由C3至C12環 烷基取代之C6至C20芳香環基,或者,P8及P9可鍵結至C3至C12環;式(IXd)中的P10至P21獨立地表示氫原子、羥基、C1至C12烷基或C1至C12烷氧基;E表示硫原子或氧原子;以及m表示0或1。
烷基、脂環烴基、烷氧基、環烴基、環烷基、芳香烴基的實例包括與上述定義相同的意思。
在這些式(IXz)表示的陽離子中,式(IXa)表示的陽離子為較佳者。
其中,P1至P3獨立地表示氫原子、羥基、鹵素原子、直或支鏈C1至C12烷基、直或支鏈C1至C12烷氧基或C4至C36脂環烴基,而且脂環烴基中包含的氫原子可由鹵素原子、羥基、直或支鏈C1至C12烷基、直或支鏈C1至C12烷氧基、C6至C12醯基、C7至C12芳烷基、脫水甘油氧基以及C2至C4氰基代替。
尤其是,脂環烴基合適地為含金剛烷基結構或異冰片基結構(isobornyl structure)之基團,而且較佳者為2-烷基-2-金剛烷基、1-(1-金剛烷基)-1-烷基以及異冰片基。
式(IXa)表示之陽離子的具體實例包括下列陽離子。
在式(IXa)表示的陽離子之中,因為容易製備,式(IXe)表示的陽離子為較佳者。
其中,P22、P23及P24獨立地表示氫原子、羥基、鹵素原子、直或支鏈C1至C12烷基或直或支鏈C1至C12烷氧基。
式(IXb)表示的陽離子之具體實例包括下列陽離子。
式(IXc)表示的陽離子之具體實例包括下列陽離子。
式(IXd)表示的陽離子之具體實例包括下列陽離子。
在這些之中,Z+較佳為芳基(arylsulfonium)陽離子。
上述陽離子與陽離子之間可根據需要而組合。
式(I)表示之鹽的實例包括式(Xa)至式(Xi)表示之化合物。
其中,P25、P26及P27獨立地表示氫原子、直或支鏈C1至C4脂肪烴基或C4至C36脂環烴基;P28及P29獨立地表示直或支鏈C1至C12脂肪烴基或C4至C36脂環烴基,或者P28及P29可鍵結在一起而形成含S+之C2至C6環;P30表示直或支鏈C1至C12脂肪烴基、C4至C36脂環烴基或視需要經取代之C6至C20芳香烴基,或者,P30及P31可鍵結在一起而形成C3至C12環,而且該環中包含的-CH2-可由-CO-、-O-、-S-、-SO2-或-N(Rc)-代替;Q1、Q2及Rc與前述定義的意思相同;以及X13表示單鍵或-CH2-基團。
P28及P29鍵結在一起而形成的環之實例包括四氫噻吩鎓(tetrahydrothiophenium)基團。
P30及P31鍵結在一起而形成的環之實例包括上述式(W13)至式(W15)表示之基團。
在上述的眾組合中,其實例包括下列的鹽。
當陽離子Z+時,式(I)表示之鹽可根據下述製造方法製得時。再者,除非另有特別敘明,下列表現出酸產生劑的製造方法之各式中的取代基,其定義具有與前述定義相同的意思。
舉例來說,可據以反應方法製得酸產生劑,其中,式(1)表示之鹽與式(3)表示之鎓鹽(onium salt)在惰性溶劑(如乙腈、水、乙醇、氯仿以及二氯甲烷)中,或非質子溶劑中0℃至150℃(較佳為0℃至100℃)溫度範圍下藉由攪拌進行反應。
非質子溶劑的實例包括二氯乙烷、甲苯、乙苯、一氯代苯(monochlorobenzene)、乙腈以及N,N-二甲基甲醯胺。
其中,M+表示Li+、Na+、K+或Ag+;以及Z1-表示F-、Cl-、Br-、I-、BF4 -、AsF6 -、SbF6 -、PF6 -或ClO4 -
式(3)鎓鹽的使用量通常為每1mole式(1)表示的鹽對0.5至2 moles的式(3)鎓鹽。該鹽由再結晶還原或由水洗滌而純化(purified)。
在式(1)表示的眾鹽之中,具有上述式(IA)中表示的陰離子之鹽可由式(4)表示之醇與式(5)表示之羧酸行酯化反應獲得。
用於酯化反應之式(5)表示之羧酸的量通常為每1 mole式(4)表示之醇對0.2至3 moles式(5)表示之羧酸,而且較佳的範圍為0.5至2 moles。用於酯化反應之酸催化劑的量可為催化量(catalytic amount),而且可為與溶劑的量對應之量,範圍通常介於0.001至5 moles。
此外,在式(1)表示的眾鹽之中,具有上述式(IA)中表示的陰離子之鹽的製備可藉由引發式(6)表示之醇與式(7)表示之羧酸間的酯化反應,接著與MOH表示的鹼金屬氫氧化物水解達成。
MOH的實例包括氫氧化鋰、氫氧化鈉及氫氧化鉀,而且較佳的實例包括氫氧化鋰及氫氧化鈉。
上述酯化反應通常在與前述相同的非質子溶劑中、溫度範圍20至200℃(較佳為50至150℃)下攪拌進行。
在酯化反應中,如對甲苯磺酸(p-toluenesulfonic acid)之有機酸或如硫酸之無機酸通常可添加作為酸催化劑。
再者,上述酯化反應中可使用脫水劑。
脫水劑的實例包括二環己基碳二亞胺(dicyclohexylcarbodiimide)、1-烷基-2-鹵化吡啶鎓鹽(1-alkyl-2-halopyridinium salt)、1,1-羰基二咪唑、雙(2-氧代-3-噁唑啶基)膦醯氯(bis(2-oxo-3-oxazolidinyl)phosphinic chloride)、1-乙基-3-(3-二甲基胺基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride)、碳酸二-2-吡啶酯、硫代碳酸二-2-吡啶酯、6-甲基-2-硝基苯甲酸酐中有4-(二甲基胺基)吡啶存在者。
用酸催化劑進行酯化反應時,要分離水時使用Dean-Stark裝置或其他類似者為較佳者,此係因為容易縮短反應時間的緣故。
關於上述反應,相同的方法可應用於製造具有式(IB)表示之陰離子的鹽。
再者,具有上述式(IC)中表示的陰離子之鹽可由式(9)表示之醇與式(8)表示之羧酸行酯化反應獲得。
式(9)表示之醇用於酯化反應的量通常為每1mole式(8)表示之羧酸對0.5至3 moles式(9)表示之醇,而且較佳的範圍為1至2 moles。酯化反應中的酸催化劑用量可為催化劑的量,也可以是與溶劑量對應之量,範圍通常介於每1mole式(8)表示之羧酸對0.001至5 moles之酸催化劑。酯化反應中脫水劑的量通常為每1mole式(8)表示之羧酸對0.5至5moles脫水劑,較佳為1至3moles。
在式(8)表示之羧酸與式(9)表示之醇的酯化反應中,也可以先將式(8)表示之羧酸先轉化成酸鹵化物(acid halide),然後再與式(9)表示之醇進行反應。
用以轉化成酸鹵化物之反應劑的實例包括亞硫醯氯、亞硫醯溴、三氯化磷、五氯化磷及三溴化磷。
酸鹵化物轉化反應用的溶劑之實例包括與前述所用相同的非質子溶劑。該反應合適地在溫度範圍20至200℃下攪拌進行,而且較佳為溫度範圍50至150℃。
在上述反應中,可添加胺化合物作為催化劑。
得到的酸鹵化物可用於與(9)表示之醇在惰性溶劑(如非質子溶劑)中的反應,以獲得具有式(IC)中表示的陰離子之鹽。該反應較佳地在溫度範圍20至200℃下進行,而且更佳為溫度範圍50至150℃。使用酸捕捉劑(acid trapping agent)為合適的。
酸捕捉劑的實例包括有機鹼如三乙胺及吡啶,或無機鹼如氫氧化鈉、碳酸鉀以及氫化鈉。
酸捕捉劑的量也能對應溶劑的量,通常為每1 mole鹵化物對0.001至5 moles酸捕捉劑,並且較佳為1至3 moles。
再者,關於具有上述(IC)表示之陰離子之鹽的製造方法,在式(10)表示之羧酸與式(11)表示之醇的酯化反應之後,還有用鹼金屬氫氧化物(由MOH表示,M+表示與前述相同的意思)獲得水解鹽的步驟。
式(10)表示之羧酸與式(11)表示之醇的酯化反應,通常在與前述定義相同的非質子溶劑中、溫度範圍20至200℃(較佳為50至150℃)下藉由攪拌進行。
酯化反應中,通常會添加與前述相同的酸催化劑。
與前述相同的脫水劑也能加入本酯化反應中。
具有上述(ID)表示之陰離子之鹽的製造方法的實例包括式(12)表示之醇與式(13)表示之醇的一級脫水縮合反應(first dehydration-condensation)。
此外,具有上述(ID)表示之陰離子之鹽的製造方法中,在式(15)表示之醇與式(14)表示之醇的酯化反應之後,還有用鹼金屬氫氧化物(由MOH表示)獲得水解鹽的步驟。
式(14)表示之醇與式(15)表示之醇的酯化反應通常可在非質子溶劑中、溫度範圍20至200℃(較佳為50至150℃)下攪拌進行。
在上述反應中,通常會使用酸催化劑。
更甚者,在上述反應中,還可添加前述之脫水劑。
使用酸催化劑進行酯化反應時,分離水的時候使用Dean-Stark裝置或其他類似者為較佳者,此係因為容易縮短反應時間的緣故。
酯化反應中式(14)表示之醇的使用量通常為每1mole式(15)表示之醇對0.5至3 mokes式(14)表示之醇,而且較佳的範圍為1至2 moles。關於酯化反應中的酸催化劑,酸催化劑的量可對應溶劑的量,範圍通常介於每1mole式(15)表示之醇對0.001至5 moles酸催化劑。在酯化反應中脫水劑的範圍介於每1mole式(15)表示之醇對0.5至5 moles脫水劑,較佳者範圍介面1至3moles。
關於式(16)表示之醇與式(17)表示之醇的反應,式(17)表示之醇可以轉化成式(18)表示之化合物,而且式(18)表示之化合物與式(16)表示之醇也能發生反應。
其中,L表示氯、溴、碘、甲磺醯氧基(mesyloxy)、對甲苯磺醯氧基(tosyloxy)或三氟甲烷磺醯氧基(trifluoromethanesulfonyloxy group)。
由式(17)表示之醇至式(18)表示之化合物的轉化,舉例來說,可以藉由式(17)表示之醇與亞硫醯氯(thionyl chloride)、亞硫醯溴(thionyl bromide)、三氯化磷、五氯化磷、三溴化磷、甲磺醯氯(mesyl chloride)、對甲苯磺磺醯氯(tosyl chloride)或三氟甲烷磺酸酐(trifluoromethanesulfonic acid)反應達成。
上述反應係在前述惰性溶劑中進行。此外,上述反應在溫度範圍-70至200℃下藉由攪拌進行,較佳為溫度範圍-50至150℃。再者,使用前述酸捕捉劑為恰當的。
鹼的使用量可對應於溶劑的量,通常為每1mole式(17)表示之醇對0.001至5 moles的鹼,較佳為1至3 moles。
藉由已得之式(18)表示之化合物在惰性溶劑中與式(16)表示之醇反應,可以獲得具有式(ID)表示之陰離子之鹽。該反應係在溫度範圍20至200℃(較佳為50至150℃)下藉由攪拌進行。
在上述反應中使用酸捕捉劑為適合的。
當使用酸捕捉劑時,它的量也可對應於溶劑的量,而且通常為每1mole式(18)表示之化合物對0.001至5moles,較佳為1至3moles。
在本發明之光阻組成物中,相對於每100重量份的樹脂(B),酸產生劑(A)的含量較佳為1至20重量份(parts by weight),更佳為1至15重量份。
在本發明之光阻組成物中,式(I)表示之鹽的酸產生劑會產生酸,係起因於曝光對樹脂中的酸不穩定基團產生催化作用,酸不穩定基團***而使得樹脂變得可溶於鹼性水溶液中。此等光阻組成物適合作為化學放大正型光阻組成物。
再者,除了式(I)表示之鹽以外,光陽離子聚合(photo-cationic polymerization)的光起始劑、光自由基聚合(photo-radical polymerization)的光起始劑、光脫色劑(photo-decolorizing agent)、光變色劑(photo-color changing agent)、習知因具活化光射線之幅射或微光阻用的幅射而產生酸之化合物,及其混合物皆適合選用作為本發明之光阻組成物的酸產生劑。
實例包括偶氮鹽(diazonium salt)、鏻鹽(phosphonium salt)、鋶鹽(sulfonium salt)、碘鎓鹽(iodonium salt)、亞胺磺酸酯(imidosulfonate)、肟磺酸鹽(oximesulfonate)、重氮二碸(diazodisulfone)、二碸(disulfone)、鄰硝基苯基磺酸鹽(o-nitrobenzenesulfonate)。
此外,關於可藉由照射活化光光線之幅射或導入聚合物主鏈或側鏈之幅射而產生酸之化合物或基團,可以使用US Patent 3849137、DE Patent 3914407、JP-S63-26653 A、JP-S55-164824 A、JP-S62-69263 A、JP-S63-146038 A、JP-S63-163452 A、JP-S62-153853 A,以及JP-S63-146029 A中所述的化合物。
再者,亦能使用US Patent 3779778以及EP 126712 A中述及可藉由光而產生酸的化合物。
本發明之光阻組成物中,相對於每100重量份的樹脂,酸產生劑的含量較佳為1至20重量份,更佳為1至15重量份。
當上述含酸產生劑及樹脂之組成物作為光阻組成物使用時,鹼性化合物可包含於其中。關於鹼性化合物,以含氮鹼性化合物為佳,胺及銨鹽更佳。鹼性化合物可添加作為淬冷劑來改善表現,以防止材料於曝光後靜置時遭受酸的失活(inactivation of acid)破壞。
鹼性化合物的實例包括下列眾式所表示者。
其中,R11、R12、R17、R18以及R19獨立地表示氫原子、C1至C6脂肪烴基、C5至C10脂環烴基或C6至C20芳香烴基,脂肪烴基中包含的氫原子、脂環烴基以及芳香烴基可由羥基、氨基或C1至C6烷氧基代替,氨基中包含的氫原子可由C1至C4脂肪烴基代替;R13至R15獨立地表示氫原子、直或支鏈C1至C6脂肪烴基、直或支鏈C1至C6烷氧基、C5至C10脂環烴基、C6至C20芳香烴基或硝基,脂肪烴基中包含的氫原子、烷氧基、脂環烴基以及芳香烴基可由羥基、氨基或直或支鏈C1至C6烷氧基代替,氨基中包含的氫原子可由直或支鏈C1至C4脂肪烴基代替,或者R13及R14可鍵結在一起形成芳香環;R16及R20表示直或支鏈C1至C6脂肪烴基或C5至C10脂環烴基,脂肪烴基以及脂環烴基中包含的氫原子可由羥基、氨基或直或支鏈C1至C6烷氧基代替,氨基中包含的氫原子可由直或支鏈C1至C4脂肪烴基代替;W表示C1至C6伸烷基、羰基、亞胺基、硫醚基(sulfide group)或二硫醚基(disulfide group)。
此等化合物的實例包括己胺、庚胺、辛胺、壬胺、癸胺、苯胺、2-、3-或4-甲基苯胺、4-硝基苯胺、二異丙基苯胺、1-或2-萘胺、伸乙二胺、四亞甲基二胺、六亞甲基二胺、4,4’-二胺基-1,2-二苯基乙烷、4,4’-二胺基-3,3’-二甲基二苯基甲烷、4,4’-二胺基-3,3’-二乙基二苯基甲烷、二丁基胺、二戊基胺、二己基胺、二庚基胺、二辛基胺、二壬基胺、二癸基胺、N-甲基苯胺、哌啶、二苯基胺、三乙基胺、三甲基胺、三丙基胺、三丁基胺、三戊基胺、三己基胺、三庚基胺、三辛基胺、三壬基胺、三癸基胺、甲基二丁基胺、甲基二戊基胺、甲基二己基胺、甲基二環己基胺、甲基二庚基胺、甲基二辛基胺、甲基二壬基胺、甲基二癸基胺、乙基二丁基胺、乙基二戊基胺、乙基二己基胺、乙基二庚基胺、乙基二辛基胺、乙基二壬基胺、乙基二癸基胺、二環己基甲基胺、三[2-(2-甲氧基乙氧基)乙基]胺、三異丙醇胺、N,N-二甲基苯胺、2,6-二異丙基苯胺、咪唑、吡啶、4-甲基吡啶、4-甲基咪唑、聯吡啶、2,2’-二吡啶基胺、二-2-吡啶基酮、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-雙(2-吡啶基)乙烯、1,2-雙(4-吡啶基)乙烯、1,2-雙(4-吡啶氧基)乙烷、4,4’-二吡啶基硫醚、4,4’-二吡啶基二硫醚、1,2-雙(4-吡啶基)乙烯、2,2’-二-甲基吡啶基胺(2,2’-dipicolylamine)、3,3’-二-甲基吡啶基胺、氫氧化四甲基銨、氫氧化四異丙基銨、氫氧化四丁基銨、氫氧化四正己基銨、氫氧化四正辛基銨、氫氧化苯基三甲基銨、氫氧化3-(三氟甲基)苯基三甲基銨,以及氫氧化(2-羥基乙基)三甲基銨(膽鹼)。在這些之中,二異丙基苯胺為較佳者。
再者,可使用已揭露於JP-A-11-52575中具有哌啶骨架(piperidine skeleton)的受阻胺(hindered amine)化合物作為淬冷劑。
本發明的光阻組成物中,相對於固體的總量,樹脂的含量較佳為約80至99.9 wt%,以及酸產生劑較佳為約0.1至20 wt%。
若使用鹼性化合物作為化學放大型光阻組成物中的淬冷劑,其含量較佳為佔光阻組成物固體總量約0.01至1 wt%。
光阻組成物也可包含少量不同的添加劑,如增感劑(sensitizer)、溶解抑制劑(dissolutioninhibitor)、其他樹脂、界面活性劑、穩啶劑(stabilizer)以及染料(dye),其係視需求而定。
本發明的光阻組成物通常為光阻溶液,將前述各成份溶解於溶劑中,並藉由工業用方法如旋塗法(spin coating)塗覆於基材(如矽晶圓)上。溶劑可以為任何本領域中使用的工業用溶劑,而且能溶解各成份,乾燥速度恰當,並且能在蒸發後產生平滑、均勻的膜。
溶劑的實例包括二醇醚酯(glycol ether ester),如乙基溶纖素醋酸酯(ethylcellosolve acetate)、丙烯乙二醇單甲基醚醋酸酯(propylene glycol monomethyl ether acetate);醚,如二乙二醇二甲醚(diethylene glycol dimethyl ether);酯,如乳酸乙酯(ethyl lactate)、乙酸丁酯(butyl acetate)、乙酸戊酯(amyl acetate)、丙酮酸乙酯(ethyl pyruvate);酮,如丙酮、甲基異丁基酮(methyl isobutyl ketone)、2-庚酮(2-heptanone)以及環己酮(cyclohexanone);以及環酯(cyclic eater),如γ-丁內酯。這些溶劑可以單獨使用或組合兩種或以上。
本發明形成圖案的方法包括步驟:
(1)將本發明中上述光阻組成物施用於於基材上;
(2)從施用之組成物移除溶劑以形成組成物層;
(3)用曝光裝置(或溼浸式曝光裝置)曝照組成物層;
(4)加熱曝光過的組成物層;以及
(5)用顯影設備顯影加熱過的組成物層。
通常可藉由使用如旋塗機(spin coater)的裝置施用光阻組成物至基材上。
溶劑的移除,舉例來說,可以用如加熱板(hotplate)之加熱裝置蒸發溶劑來達成,或者使用減壓裝置(decompression device)來達成,從而形成了移除溶劑的組成物層。這種情形的溫度通常為50至200℃。再者,壓力通常為1至1.0×105 Pa。
獲得的組成物層係以曝光裝置或溼浸式曝光裝置曝照於光之下。曝光通常藉由對應預求之圖案的光罩達成。各種類型的曝光源皆可使用,例如具紫外光雷射的幅射:如,KrF準分子雷射(波長:248 nm)、ArF準分子雷射(波長:193nm)、F2雷射(波長:157nm)、或具有光源為發自固態雷射(YAG或半導體雷射或類似者)的遠紫外線波長轉換雷射光(far-ultraviolet wavelength-converted laser light)之幅射,或真空紫外線調和雷射光(vacuum ultraviolet harmonic laser light)等。
曝光之後,對組成物層施以熱處理以促進去保護反應(deprotection reaction)。加熱溫度通常為50至200℃,較佳為70至150℃。
組成物層在熱處理之後進行顯影,通常會使用鹼性顯影液以及顯影裝置。於此,關於鹼性顯影液,用於本領域中的各類型的鹼性水溶液都可以適用。實例包括氫氧化四甲基銨以及氫氧化(2-羥基乙基)三甲基銨(俗名:膽鹼)。
顯影之後,較佳為用超純水洗淨,並移除基材上任何殘留的水及圖案。
[實施例]
以下藉由實施例方式更詳細說明本發明之光阻組成物,但不用以限制本發明之範圍。
實施例及比較實施例中用以表示含量或用量的百分比及份數除非另有敘明,否則皆以重量計。
重量平均分子量係用聚苯乙烯當作標準參考材料以凝膠層析法(Toso Co. ltd. HLC-8120GPC型,管柱:三個TSK gelMultipore HXL-M,溶劑:四氫呋喃)測定。
管柱:TSKgel Multipore HXL-M 3連通(connecting)導柱(Toso Co. ltd.)
洗脫劑:四氫呋喃
流速:1.0mL/min
偵測裝置:折射率偵測器(RI detector)
柱溫:40℃
注射量:100μL
計算分子量用標準材料:標準聚乙烯(Toso Co. ltd.)
化合物結構由NMR確認(Nippon electric,GX-270型或EX-270型)以及質譜分析儀(LC:Agilent 1100型,MASS:Agilent LC/MSD型或LC/MSD TOF型)。
(酸產生劑A1的合成)
於100份的二氟代磺醯乙酸甲酯(methyl difluoro(fluorosulfonyl)acetate ester)以及150份的離子交換水中,在冰浴下逐滴加入230份30%的氫氧化鈉水溶液。產生之混合物在100℃下回流3小時,冷卻後,接著用88份濃鹽酸中和。濃縮產生之溶液而得到164.4份二氟磺基乙酸鈉(含有機鹽純度62.7%)。
1.0份的1,1’-羰基二咪唑加入1.9份所得的二氟磺基乙酸鈉(純度62.7%)以及9.5份N,N-二甲基甲醯胺的混合物中,並將產生的混合物攪拌2小時而獲得一混合物。同時,將0.2份氫化鈉加入1.1份的3-羥基金剛烷基甲醇及5.5份的N,N-二甲基甲醯胺中,並將所得之混合攪拌2小時。在因此獲得的混合物溶液中,加入前述獲得之混合物。並將此得到的混合物攪拌15小時,而獲得含((3-羥基-1-金剛烷基)甲氧基羰基)二氟甲磺酸的鈉鹽溶液。所獲得的溶液只用於接下來的反應。
於因此獲得之含((3-羥基-1-金剛烷基)甲氧基羰基)二氟甲磺酸的鈉鹽溶液中,加入17.2份氯仿(chloroform)及2.9份14.8%的氯化三苯基锍,並將產生之混合物攪拌15小時、分離,並用6.5份氯仿萃取水層而獲得有機層。混合獲得之有機層,用離子交換水洗滌,並濃縮得到的有機層。於該濃縮物中,加入5.0份第三丁基甲醚,攪拌此產生之混合物,並過濾,而得到0.2份白色固體形態之(3-羥基金剛烷基)甲氧基羰基)-二氟甲磺酸酯(A1)。
(酸產生劑A2的合成)
將30.00份的化合物(aa-1-b)、120.00份的單氯代苯(monochlorobenzene)以及16.00份的化合物(aa-1-a)注入容器,並於此之中(在23℃下攪拌)注入1.40份硫酸,因加溫此得到的混合物至125℃,並濃縮。在所得之反應物中加入4.00份的分子篩(4A,Wako Pure Chemical Industries,Ltd.),並在125℃下回流及乾燥8小時,並濃縮。並在獲得之濃縮物中加入166份的氯仿以及83份的離子交換水、洗滌,並分離得到有機層。重複此洗滌動作6次,並在產生之溶液中加入活性碳、攪拌,並過濾。濃縮獲得之過濾物,而得到42.26份淡黃色油狀物(pale yellow oil)。
於獲得之淡黃色油狀物中加入42.26份乙腈,並均質處理,再加入126.78份甲基第三丁醚(methyl-tert-buthylether)。攪拌此混合物,接著靜置(stood)。回復該分離的兩層之中較低的那層、加入42.26份乙腈,並均質化。接著,在獲得的混合物中再加入126.78份甲基第三丁醚。攪拌該混合物,然後靜置。回復、濃縮、攪拌並過濾該分離的兩層之中較低的那層,而得到8.53份的白色固體化合物(aa-1-1)(產率(yield): 20%)。生成之化合物(aa-1-1)稱為A2。
MS(ESI(+)譜)::M+ 263.1
MS(ESI(-)譜):M- 347.0
1H-NMR(氯仿-d,內部標準材料四甲基矽烷):δ(ppm) 1.77-1.79(m,1H),2.03-2.07(m,1H),2.16-2.21(m,1H),2.27-2.29(m,1H),2.65(m,1H),3.45-3.47(m,1H),3.50-3.53(m,1H),4.77(m,1H),4.82-4.83(m,1H),7.71-7.81(m,15H)。
下列化合物H對應於本發明之式(aa)表示之化合物。
(樹脂B1的合成)
以莫耳比28:14:6:21:31將單體E、單體F、單體B、單體G及單體D裝入容器中,並加入單體總量1.5倍重之二噁烷(dioxane)於其中,而獲得一溶液。偶氮雙異丁腈(azobisisobutyronitrile)以及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)(azobis(2,4-dimethylvaleronitrile))分別以相對單體總量1mol%及3mol%的量加入其中作為起始劑,並在75℃下加熱此產生之混合物約5小時。接著,將此反應溶液倒入大量甲醇與離子交換水混合物中而沉澱出來。重複此等操作3次以純化之,並得到產率64%的共聚合物,其重量平均分子量約為7600。具有衍生自下式之結構單元的此共聚合物稱之為樹脂B1。
(樹脂B2的合成)
以莫耳比40:10:8:26:16將單體F、單體E、單體B、單體H及單體C裝入容器中,並加入單體總量1.2倍重之二噁烷(dioxane)於其中。偶氮雙異丁腈(azobisisobutyronitrile)以及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)(azobis(2,4-dimethylvaleronitrile))分別以相對單體總量1mol%及3mol%的量加入其中作為起始劑,並在75℃下加熱此產生之混合物約5小時。接著,將此反應溶液倒入大量甲醇與離子交換水混合物中而沉澱出來。重複此等操作3次以純化之,並得到產率62%的共聚合物,其重量平均分子量約為7100。具有衍生自下式之結構單元的此共聚合物稱之為樹脂B2。
(樹脂B3的合成)
以莫耳比40:10:8:16:26將單體F、單體E、單體B、單體H及單體C混合,並加入單體總量1.2倍重之二噁烷(dioxane)於其中。偶氮雙異丁腈(azobisisobutyronitrile)以及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)(azobis(2,4-dimethylvaleronitrile))分別以相對單體總量1mol%及3mol%的量加入其中作為起始劑,並在75℃下加熱此產生之混合物約5小時。接著,將此反應溶液倒入大量甲醇與離子交換水混合物中而沉澱出來。重複此等操作3次以純化之,並得到產率69%的共聚合物,其重量平均分子量約為6900。具有衍生自下式之結構單元的此共聚合物稱之為樹脂B3。
(樹脂B4的合成)
以莫耳比40:10:8:10:22:10將單體F、單體E、單體B、單體H、單體D及單體C混合,並加入單體總量1.2倍重之二噁烷(dioxane)於其中。偶氮雙異丁腈(azobisisobutyronitrile)以及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)(azobis(2,4-dimethylvaleronitrile))分別以相對單體總量1mol%及3mol%的量加入其中作為起始劑,並在75℃下加熱此產生之混合物約5小時。接著,將此反應溶液倒入大量甲醇與離子交換水混合物中而沉澱出來。重複此等操作3次以純化之,並得到產率61%的共聚合物,其重量平均分子量約為6600。具有衍生自下式之結構單元的此共聚合物稱之為樹脂B4。
(樹脂B5的合成)
以莫耳比40:10:8:26:16將單體E、單體F、單體I、單體H及單體D混合,並加入單體總量1.2倍重之二噁烷(dioxane)於其中。偶氮雙異丁腈(azobisisobutyronitrile)以及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)(azobis(2,4-dimethylvaleronitrile))分別以相對單體總量1mol%及3mol%的量加入其中作為起始劑,並在75℃下加熱此產生之混合物約5小時。接著,將此反應溶液倒入大量甲醇與離子交換水混合物中而沉澱出來。重複此等操作3次以純化之,並得到產率66%的共聚合物,其重量平均分子量約為7000。具有衍生自下式之結構單元的此共聚合物稱之為樹脂B5。
(樹脂B6的合成)
以莫耳比40:10:5:25:20將單體E、單體F、單體I、單體H及單體D混合,並加入單體總量1.2倍重之二噁烷(dioxane)於其中。偶氮雙異丁腈(azobisisobutyronitrile)以及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)(azobis(2,4-dimethylvaleronitrile))分別以相對單體總量1mol%及3mol%的量加入其中作為起始劑,並在75℃下加熱此產生之混合物約5小時。接著,將此反應溶液倒入大量甲醇與離子交換水混合物中而沉澱出來。重複此等操作3次以純化之,並得到產率75%的共聚合物,其重量平均分子量約為7000。具有衍生自下式之結構單元的此共聚合物稱之為樹脂B6。
(樹脂B7的合成)
以莫耳比40:10:4:4:22:20將單體E、單體F、單體I、單體B、單體H及單體D混合,並加入單體總量1.2倍重之二噁烷(dioxane)於其中。偶氮雙異丁腈(azobisisobutyronitrile)以及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)(azobis(2,4-dimethylvaleronitrile))分別以相對單體總量1mol%及3mol%的量加入其中作為起始劑,並在75℃下加熱此產生之混合物約5小時。接著,將此反應溶液倒入大量甲醇與離子交換水混合物中而沉澱出來。重複此等操作3次以純化之,並得到產率69%的共聚合物,其重量平均分子量約為7000。具有衍生自下式之結構單元的此共聚合物稱之為樹脂B7。
(樹脂B8的合成)
以莫耳比52.6:15.8:31.6將單體A、單體J及單體H混合,並加入單體總量1.5倍重之二噁烷(dioxane)於其中。偶氮雙異丁腈(azobisisobutyronitrile)以及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)(azobis(2,4-dimethylvaleronitrile))分別以相對單體總量1mol%及3mol%的量加入其中作為起始劑,並在78℃下加熱此產生之混合物約5小時。接著,將此反應溶液倒入大量甲醇與離子交換水混合物中而沉澱出來。重複此等操作3次以純化之,並得到產率74%的共聚合物,其重量平均分子量約為7000。具有衍生自下式之結構單元的此共聚合物稱之為樹脂B8。
(樹脂X1的合成)
以莫耳比28:14:6:21:31將單體E、單體F、單體B、單體C及單體D混合,並加入單體總量1.5倍重之二噁烷(dioxane)於其中。偶氮雙異丁腈(azobisisobutyronitrile)以及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)(azobis(2,4-dimethylvaleronitrile))分別以相對單體總量1mol%及3mol%的量加入其中作為起始劑,並在75℃下加熱此產生之混合物約5小時。接著,將此反應溶液倒入大量甲醇與離子交換水混合物中而沉澱出來。重複此等操作3次以純化之,並得到產率74%的共聚合物,其重量平均分子量約為8500。具有衍生自下式之結構單元的此共聚合物稱之為樹脂X1。
(樹脂X2的合成)
以莫耳比50:25:25將單體A、單體B及單體D混合,並加入單體總量1.5倍重之二噁烷(dioxane)於其中。偶氮雙異丁腈(azobisisobutyronitrile)以及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)(azobis(2,4-dimethylvaleronitrile))分別以相對單體總量1mol%及3mol%的量加入其中作為起始劑,並在77℃下加熱此產生之混合物約5小時。接著,將此反應溶液倒入大量甲醇與離子交換水混合物中而沉澱出來。重複此等操作3次以純化之,並得到產率55%的共聚合物,其重量平均分子量約為8100。此共聚合物具有衍生自下式之結構單元,並稱之為樹脂X2。
(樹脂X3的合成)
以莫耳比28:14:6:21:31將單體E、單體F、單體B、單體G及單體D裝入容器中,並加入單體總量1.5倍重之二噁烷(dioxane)於其中。偶氮雙異丁腈(azobisisobutyronitrile)以及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)(azobis(2,4-dimethylvaleronitrile))分別以相對單體總量1mol%及3mol%的量加入其中作為起始劑,並在75℃下加熱此產生之混合物約5小時。接著,將此反應溶液倒入大量甲醇與離子交換水混合物中而沉澱出來。重複此等操作3次以純化之,並得到產率70%的共聚合物,其重量平均分子量約為8000。具有衍生自下式之結構單元的此共聚合物稱之為樹脂X3。
(樹脂X4的合成)
以莫耳比52.6:15.8:31.6將單體A、單體J及單體G裝入容器中,並加入單體總量1.5倍重之二噁烷(dioxane)於其中。偶氮雙異丁腈(azobisisobutyronitrile)以及偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)(azobis(2,4-dimethylvaleronitrile))分別以相對單體總量1mol%及3mol%的量加入其中作為起始劑,並在78℃下加熱此產生之混合物約5小時。接著,將此反應溶液倒入大量甲醇與離子交換水混合物中而沉澱出來。重複此等操作3次以純化之,並得到產率68%的共聚合物,其重量平均分子量約為7300。具有衍生自下式之結構單元的此共聚合物稱之為樹脂X4。
實施例與比較例
藉由混合及溶解表1至5之成份製備光阻組成物,接著經由孔徑0.2 μm的氟樹脂(fluororesin)過濾器過濾。
<酸產生劑>
Y1:
<鹼性化合物:淬冷劑>
Q1:2,6-雙異丙基苯胺(2,6-diisopropylaniline),
<光阻組成物的溶劑>
丙二醇單甲醚乙酸酯(Propylene glycol monomethyl ether acetate) 265份
2-庚酮 20份
丙二醇單甲醚(Propylene glycol monomethyl ether) 20份
γ-丁內酯 3.5份
[光阻組成物的評估]
將有機抗反射膜組成物("ARC-29A-8",得自Nissan Chemical Co.Ltd.)施用於矽晶圓上,並在205℃烘烤60秒以形成78nm厚的有機抗反射膜。
接著以旋塗法將上述光阻液施用於有機抗反射膜上,而使生成的膜厚度在烘乾後變成85nm。
得到的各晶圓接著在直接加熱板(direct hot plate)上以表1中"PB"欄位所列的溫度預烘烤60秒。
使用ArF準分子步進器("FPA5000-AS3" by Canon:NA=0.75,2/3 Annular)以逐步改變曝光量方式進行線及間隔圖案(line and space patterns)曝光,於晶圓上因而形成了光阻膜。
曝光之後,在表1中"PEB"欄位所列之溫度下施以60秒的曝光後烘烤。
接著以2.38wt%氫氧化四甲基銨水溶液進行60秒的攪拌顯影(puddle development)。
表6顯示的結果為掃瞄式電子顯微鏡觀察到在有機抗反射膜基材上的顯影後的暗場圖案。
這裡所指的暗場圖係圖案中有曝光和顯影後的光阻層殘留圍繞著線和間隔圖案,並由其中有線性鉻層(遮光層)形成於玻璃表面(透光部份)外部之光罩曝光並顯影而獲得。
有效靈敏度:由100nm線和間隔圖案解析成1:1之曝光量表示。
線粗糙度(LER)評估:用掃瞄式電子顯微鏡觀察微影製程後的光阻圖案壁表面時,如果光阻圖案的中側壁之間斷(discontinuities)的接觸寬度9 nm,給O;如果>9 nm,給X。
光罩誤差因子(MEF)評估:85nm線和間隔圖案曝照於光底下進行1:1曝光,而且以90 nm、95 nm及100 nm的光罩圖案形成對應之光罩圖案。光照尺寸繪於水平軸上,用各光罩圖案形成的線圖案線寬係繪於垂直軸上。當線的斜率2.4,給O;如果斜率>2.4並2.5,給△;如果斜率>2.5,則得到X。
[浸潤式微影光阻組成物之評估]
如同上述實施例,有機抗反射膜以及光阻組成物形成於矽晶圓上。
得到的各晶圓接著在直接加熱板(direct hot plate)上以表2中"PB"欄位所列的溫度預烘烤60秒。
使用ArF準分子步進器("XT:1900Gi" by ASML Ltd.: NA=1.35,3/4 Annular,x-y deflection)以逐步改變曝光量方式進行線及間隔圖案(line and space patterns)曝光,於晶圓上因而形成了光阻膜。
曝光之後,在表2中"PEB"欄位所列之溫度下施以60秒的曝光後烘烤。
接著以2.38wt%氫氧化四甲基銨水溶液進行60秒的攪拌顯影。
有效靈敏度:由50nm線和間隔圖案解析成1:1之曝光量表示。
解析度評估:用掃瞄式電子顯微鏡觀察曝光光阻圖案的有效靈敏度時,解析度大於45nm,評估為O;解析度不到45nm,評估為X。
圖案崩壞(pattern collapse;PCM)評估:當曝光量以45nm線和間隔圖案增加時如果觀察到崩壞,或者線寬比38細時若觀察到圖案因剝落(delamination)導致消失,給O;如果觀察到崩壞,或者線寬38時若觀察到圖案因剝落(delamination)導致消失,得到X。
聚焦限界(focus margin;DOF)評估:在有效靈敏度下,當焦距以50nm±5%(47.5至52.5nm)的線寬範圍隨標準寬度變動,DOF0.15μm時,給O;DOF0.10μm且<0.15μm時,給△;以及DOF<0.10μm時,得到X。
表7顯示其結果。
[浸潤式微影光阻組成物之評估]
如同上述實施例,有機抗反射膜以及光阻組成物形成於矽晶圓上。
得到的各晶圓接著在直接加熱板(direct hot plate)上以表3中"PB"欄位所列的溫度預烘烤60秒。
使用ArF準分子步進器("XT:1900Gi" by ASML Ltd.:NA=1.35,3/4 Annular,x-y deflection)以逐步改變曝光量方式進行孔距100nm孔徑70nm的接觸孔圖案(contact hole patterns)曝光,於晶圓上因而形成了光阻膜。
曝光之後,在表3中"PEB"欄位所列之溫度下施以60秒的曝光後烘烤。
接著以2.38wt%氫氧化四甲基銨水溶液進行60秒的攪拌顯影。
有效靈敏度表示孔徑70nm的光罩形成的孔圖案解析成孔徑55nm之曝光量。
解析度評估:在有效靈敏度下,可解析基材中孔徑70nm的光罩形成的圖案,當光罩孔徑小於67nm形成的圖案可解析時,給O;當光罩孔徑67nm且<70nm形成的圖案可解析時,給△;當光罩孔徑<70nm形成的圖案無法解析時,得到X。
圖案(PCM)評估:孔徑70nm的光罩形成圖案的曝光量增加時,當圖案形成的孔線厚度大於60nm,給O;當圖案形成的孔線厚度超過57nm但60nm,給△;當孔線厚度57nm,當與相鄰圖案交會時,或當圖案因剝落而導致消失時,得到X。
光罩誤差因子(MEF))評估:在有效靈敏度下,當形成圖案的光罩孔徑分別為72 nm、71 nm、70 nm、69 nm與68 nm繪於水平軸上,以及圖案孔徑繪於垂直軸上時,MEF從計算線的斜率得到,當斜率<2.8時,給O;當斜率2.8但<3.0,△;當斜率大於3.0時,則評為X。
表8顯示其結果。
[浸潤式微影光阻組成物之評估]
如同上述實施例,有機抗反射膜以及光阻組成物形成於矽晶圓上。
得到的各晶圓接著在直接加熱板(direct hot plate)上以表4中"PB"欄位所列的溫度預烘烤60秒。
使用ArF準分子步進器("XT:1900Gi" by ASML Ltd.: NA=1.35,3/4 Annular,x-y deflection)以逐步改變曝光量方式進行孔距100nm、孔徑70nm的接觸孔圖案(contact hole patterns)曝光,於晶圓上因而形成了光阻膜。
曝光之後,在表4中"PEB"欄位所列之溫度下施以60秒的曝光後烘烤。
接著以2.38wt%氫氧化四甲基銨水溶液進行60秒的攪拌顯影。
有效靈敏度表示孔徑70nm的光罩形成的孔圖案解析成孔徑55nm之曝光量。
解析度評估:在有效靈敏度下,可解析基材中孔徑70nm的光罩形成的圖案,當光罩孔徑小於67nm形成的圖案可解析時,給O;當光罩孔徑67nm且<70nm形成的圖案可解析時,給△;當光罩孔徑<70nm形成的圖案無法解析時,得到X。
聚焦限界(focus margin;DOF)評估:在有效靈敏度下,DOF表示孔徑52.2μm且57.7μm的焦距範圍,DOF0.18μm時,給O;DOF0.15μm但<0.18μm時,△;以及DOF<0.15μm時,得到X。
表9顯示其結果。
[浸潤式微影光阻組成物之評估]
如同上述實施例,有機抗反射膜以及光阻組成物形成於矽晶圓上。
得到的各晶圓接著在直接加熱板(direct hot plate) 上以表5中"PB"欄位所列的溫度預烘烤60秒。
使用ArF準分子步進器("XT:1900Gi" by ASML Ltd.:NA=1.35,3/4 Annular,x-y deflection)以逐步改變曝光量方式進行線及間隔圖案(line and space patterns)曝光,於晶圓上因而形成了光阻膜。
曝光之後,在表5中"PEB"欄位所列之溫度下施以60秒的曝光後烘烤。
接著以2.38wt%氫氧化四甲基銨水溶液進行60秒的攪拌顯影。
有效靈敏度:由50nm線和間隔圖案解析成1:1之曝光量表示。
解析度評估:用掃瞄式電子顯微鏡觀察曝光光阻圖案的有效靈敏度時,解析度大於45nm,評估為O,解析度不到45nm,評估為X。
形狀評估:用掃瞄式電子顯微鏡觀察50nm的線和間隔圖案。頂部形狀和根部形狀符合近似矩形者,評為O;頂部為圓形或近似字母T形者,或者當觀察到尾巴狀(tailing)時,評為X。
焦距限界(DOF)評估:在有效靈敏度下,當焦距以50nm±5%(47.5至52.5nm)的線寬範圍隨標準寬度變動,DOF0.15μm時,給O;DOF0.10μm且<0.15μm時,△;以及DOF<0.10μm時,得到X。
表10顯示其結果。
[光阻組成物的評估]
將有機抗反射膜組成物("ARC-29A-8",得自Nissan Chemical Co.Ltd.)施用於矽晶圓上,並在205℃下烘烤60秒以形成78nm厚的有機抗反射膜。
接著以旋塗法將上述光阻溶液施用於有機抗反射膜上,而使生成的膜厚度在烘乾後變成85nm。
得到的各晶圓接著在直接加熱板(direct hot plate)上以表5中"PB"欄位所列的溫度預烘烤60秒。
使用ArF準分子步進器("FPA5000-AS3" by Canon:NA=0.75,2/3 Annular)以逐步改變曝光量方式進行線及間隔圖案(line and space patterns)曝光,於晶圓上因而形成了光阻膜。
曝光之後,在表5中"PEB"欄位所列之溫度下施以60秒的曝光後烘烤。
接著以2.38wt%氫氧化四甲基銨水溶液進行60秒的攪拌顯影。
表11顯示的結果為掃瞄式電子顯微鏡觀察到在有機抗反射膜基材上的顯影後的暗場圖案。
這裡所指的暗場圖係圖案中有曝光和顯影後的光阻層殘留圍繞著線和間隔圖案,並由其中有形成於玻璃表面(透光部份)外部之線性鉻層(遮光層)之光罩曝光並顯影而獲得。
有效靈敏度:由100nm線和間隔圖案解析成1:1之曝光量表示。
線粗糙度(LER)評估:用掃瞄式電子顯微鏡觀察微影製程後的光阻圖案截面時,如果光阻圖案側壁之間斷(discontinuities)的接觸寬度9 nm,給O;如果>9 nm,則得到X。
光罩誤差因子(MEF)評估:85nm線和間隔圖案曝照於光底下進行1:1曝光,而且對應之光罩圖案以90 nm、95 nm及100 nm的光罩圖案形成。光罩尺寸繪於水平軸上,用各光罩圖案形成的線圖案線寬係繪於垂直軸上。當線的斜率2.45,給O;如果斜率>2.4並2.5,給△;如果斜率>2.5,則得到X。
表11顯示其結果。
本發明之樹脂及使用相同樹脂的組成物在光阻組成物中為有用的,尤其是在化學放大型光阻組成物中,而且可使用於半導體微製程之中與液晶、電路板的熱印刷頭(thermal print heads)等製程之中,再者,在其他光成形製程中,其能適合地使用於大範圍應用。尤其是,它們展現良好的形狀以及優異的DOF,因此它們能適用於供準分子雷射微影技術(excimer laser lithography)如ArF、KrF等,及ArF溼浸式曝光微影技術(liquid immersion exposure lithography)以及EUV曝光微影技術用之化學放大型光阻組成物。更甚者,除了溼浸式曝光以外,它們也能使用於乾式曝光等。再者,它們也能使用於雙重成像,並具有產業利用性。

Claims (10)

  1. 一種光阻組成物,包含樹脂,具有衍生自式(aa)所表示化合物之結構單元 其中,T為由式(T2)表示之基團 其中,該環中所含的氫原子可由鹵素原子、羥基、視需要地由鹵素原子或羥基取代之C1至C12烷基、C1至C12烷氧基、C6至C12芳基、C7至C12芳烷基、脫水甘油氧基、C2至C4醯基、烷氧羰基、烷醯氧烷基或氰基代替,而且脂環烴基中所含的-CH2-由至少一-SO2-代替又可由-CO-、-O-、-S-、-SO2-或-N(Rc)-代替;Rc表示氫原子或C1至C6烷基;R1表示氫原子、鹵素原子,或可視需要地具有鹵素原子之C1至C6烷基;以及Z1表示視需要經取代之C1至C17飽和烴基,而且該飽和烴基中所含的-CH2-可由-CO-、-O-、-S-或-N(Rc)-代替,及式(I)表示之酸產生劑作為活性成分 其中,Q1及Q2獨立地表示氟原子或C1至C6全氟烷 基;X1表示-CO-O-X10-CO-O-或-CO-O-(X11-O)y-X10-,限制條件為X10表示直鏈或支鏈C1至C16伸烷基,X11表示直鏈或支鏈C1至C16伸烷基,及y表示0至2之整數,Y1表示直鏈或支鏈C1至C36脂肪烴基、C3至C36脂環烴基或C6至C36芳香烴基,而且該脂肪烴基、脂環烴基或芳香烴基可被取代,限制條件為取代基不具有氟原子,而且該脂肪烴基所含的-CH2-可由-CO-、-O-、-S-、-SO2-或-N(Rc)-代替;Rc表示相同於前述所定義的意義;Z+表示有機抗衡陽離子。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光阻組成物,Z1為-O-CH2-。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光阻組成物,復包含酸不穩定基團,該樹脂不溶或難溶於鹼性水溶液,而與酸作用後能溶於鹼性水溶液。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光阻組成物,復包含衍生自具有降冰片烯內酯結構的化合物之結構單元。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之光阻組成物,其中,該具有降冰片烯內酯結構之化合物係由式(bb)表示 其中,R1表示氫原子、鹵素原子,或可視需要地具 有鹵素原子之C1至C6烷基;Z2表示視需要經取代之C1至C17飽和烴基,而且該飽和烴基中所含的-CH2-可由-CO-、-O-、-S-或-SO2-代替;X表示-CH2-、-O-或-S-。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光阻組成物,復包含衍生自具有由至少兩個羥基取代之金剛烷基的化合物之結構單元。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光阻組成物,其中,該具有由至少兩個羥基取代之金剛烷基的化合物係由式(cc)表示 其中,R1表示氫原子,鹵素原子,或可視需要地具有鹵素原子之C1至C6烷基;Z2表示視需要經取代之C1至C17飽和烴基,而且該飽和烴基中所含的-CH2-可由-CO-、-O-、-S-或-SO2-代替;以及Rc表示相同於前述所定義的意義R2及R3獨立地表示氫原子、甲基或羥基;R4各自獨立地為C1至C6烷基;n為0至10之整數。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光阻組成物,其中,Y1為C4至C36脂環烴基,該脂環烴基中包含的氫原子可由鹵素原子、羥基、C1至C12烷基、C1至C12烷氧基、C6至C12芳基、C7至C12芳烷基、脫水甘油氧基或C2至C4醯基代替。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光阻組成物,復包含鹼性化合物。
  10. 一種形成圖案之方法,包含步驟:(1)將申請專利範圍第1項所述之光阻組成物施用於基板上;(2)從該施用之組成物中移除溶劑以形成組成物層;(3)用曝光裝置曝光該組成物層;(1)加熱該曝光過之組成物層;以及(2)用顯影設備顯影該加熱過之組成物層。
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