TWI815981B - 多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物及圖案形成方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的目的在於提供一種可抑制多層抗蝕劑製程中的含矽膜的裂紋的產生、可減少基板的翹曲、且可形成去除性優異的抗蝕劑底層膜的多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物及圖案形成方法。本發明是一種如下的多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物,其含有:聚合體,具有源於丙烯酸酯的一種或兩種以上的第一結構單元;以及溶媒,且所述第一結構單元相對於構成所述聚合體的所有結構單元的含有比例為65莫耳%以上。
Description
本發明是有關於一種多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物及圖案形成方法。
於製造半導體元件時,採用如下方法:於基板上藉由抗蝕劑底層膜形成用組成物形成抗蝕劑底層膜,並於該抗蝕劑底層膜上使用抗蝕劑膜形成用組成物等形成抗蝕劑圖案。可將該抗蝕劑圖案作為遮罩而對抗蝕劑底層膜進行蝕刻,並將所得到的抗蝕劑底層膜圖案作為遮罩,進一步對基板進行蝕刻。
對此種抗蝕劑底層膜形成用組成物中使用的材料進行了各種研究(參照日本專利特開2013-83833號公報)。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2013-83833號公報
[發明所欲解決之課題]
最近,正在研究於抗蝕劑底層膜上形成含矽膜作為中間層的多層抗蝕劑製程。於此種多層抗蝕劑製程中,要求抗蝕劑底層膜可抑制含矽膜中的裂紋的產生、或者可減少基板的翹曲。此外,最近於抗蝕劑底層膜上藉由塗敷時的不良狀況等而產生了缺陷的情況等下,要求可藉由氫系電漿蝕刻等加以去除並容易地進行重加工(rework)。
本發明是基於如上所述的情況而成者,其目的在於提供一種可抑制多層抗蝕劑製程中的含矽膜的裂紋的產生、可減少基板的翹曲、且可形成去除性優異的抗蝕劑底層膜的多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物及圖案形成方法。
[解決課題之手段]
為了解決所述課題而形成的發明是一種如下的多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物,其含有:聚合體,具有源於丙烯酸酯的一種或兩種以上的第一結構單元;以及溶媒,且所述第一結構單元相對於構成所述聚合體的所有結構單元的含有比例為65莫耳%以上。
為了解決所述課題而形成的另一發明是一種圖案形成方法,其包括:將多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物直接或間接塗敷於基板上的步驟;將含矽膜直接或間接形成於藉由所述多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物塗敷步驟而形成的抗蝕劑底層膜的步驟;將抗蝕劑膜形成用組成物直接或間接塗敷於所述含矽膜的步驟;利用放射線對藉由所述抗蝕劑膜形成用組成物塗敷步驟而形成的抗蝕劑膜進行曝光的步驟;以及對所述經曝光的抗蝕劑膜進行顯影的步驟,且所述多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物含有具有源於丙烯酸酯的一種或兩種以上的第一結構單元的聚合體、以及溶媒,且所述第一結構單元相對於構成所述聚合體的所有結構單元的含有比例為65莫耳%以上。
[發明的效果]
根據本發明的多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物,可抑制多層抗蝕劑製程中的含矽膜的裂紋的產生,且可減少基板的翹曲。進而,根據本發明的多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物,可形成去除性優異的抗蝕劑底層膜。根據本發明的圖案形成方法,可抑制多層抗蝕劑製程中的含矽膜的裂紋的產生,可減少基板的翹曲,進而可形成良好的圖案。因此,該些可適宜地用於今後預計進一步進行微細化的半導體元件的製造等。
<多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物>
該多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物(以下,亦簡稱為「底層膜形成組成物」)含有:聚合體(以下,亦稱為「[A]聚合體」),具有源於丙烯酸酯的一種或兩種以上的第一結構單元(以下,亦稱為「結構單元(I)」);以及溶媒(以下,亦稱為「[B]溶媒」),且所述結構單元(I)相對於構成所述[A]聚合體的所有結構單元的含有比例為65莫耳%以上。
該底層膜形成組成物較佳為除了[A]聚合體及[B]溶媒以外,亦含有熱酸產生劑(以下,亦稱為「[C]熱酸產生劑」)及/或交聯劑(以下,亦稱為「[D]交聯劑」),於不損及本發明的效果的範圍內,亦可含有其他任意成分。
該底層膜形成組成物藉由含有具有一種或兩種以上的結構單元(I)的[A]聚合體,並將該結構單元(I)的含有比例設為所述特定值以上,可抑制多層抗蝕劑製程中的含矽膜的裂紋的產生,可減少基板的翹曲,且可形成去除性優異的抗蝕劑底層膜。
以下,對該底層膜形成組成物所含有的各成分進行說明。
<[A]聚合體>
[A]聚合體為具有一種或兩種以上的結構單元(I)的聚合體。[A]聚合體除了結構單元(I)以外,亦可具有源於乙烯基芳香族化合物的結構單元(以下,亦稱為「結構單元(II)」)。[A]聚合體亦可具有除結構單元(I)及結構單元(II)以外的其他結構單元。
以下,對[A]聚合體所具有的各結構單元進行說明。
[結構單元(I)]
結構單元(I)是源於丙烯酸酯的結構單元。[A]聚合體可具有一種結構單元(I),亦可具有兩種以上的結構單元(I)。再者,本說明書中,所謂「一種或兩種以上」的結構單元(I),是指[A]聚合體所具有的結構單元(I)的種類的數量,並非指構成[A]聚合體的結構單元(I)的聚合數(即,聚合度)。
作為丙烯酸酯,例如可列舉:丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯等丙烯酸烷基酯、丙烯酸羥基乙酯、丙烯酸羥基丙酯、丙烯酸羥基丁酯等丙烯酸羥基烷基酯、丙烯酸甲氧基乙酯、丙烯酸甲氧基丙酯、丙烯酸乙氧基乙酯等丙烯酸烷氧基烷基酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸萘酯等丙烯酸芳基酯、丙烯酸氧雜環戊基甲酯、丙烯酸氧雜環己基甲酯等丙烯酸氧雜環烷基烷基酯、丙烯酸氧代環戊基甲酯、丙烯酸氧代環己基甲酯等丙烯酸氧代環烷基烷基酯、丙烯酸二氧代丁氧基乙酯等丙烯酸二氧代烷氧基烷基酯、丙烯酸乙烯基羰氧基乙酯等丙烯酸烯基羰氧基烷基酯等。
作為結構單元(I),例如可列舉下述式(1)所表示的結構單元(以下,亦稱為「結構單元(I-1)」)等。
所述式(1)中,R1為碳數1~20的一價有機基。
所謂「有機基」,是指包含至少一個碳原子的基團。作為碳數1~20的一價有機基,例如可列舉:碳數1~20的一價烴基、該烴基的碳-碳間包含二價含雜原子的基團的基團(以下,亦稱為「基團(α)」)、所述烴基或所述基團(α)所具有的氫原子的一部分或全部經一價含雜原子的基團取代而成的基團等。
「烴基」中包含鏈狀烴基、脂環式烴基以及芳香族烴基。該「烴基」可為飽和烴基,亦可為不飽和烴基。所謂「鏈狀烴基」,是指不含環狀結構而僅由鏈狀結構構成的烴基,包含直鏈狀烴基及分支狀烴基兩者。所謂「脂環式烴基」,是指僅包含脂環結構作為環結構,而不包含芳香環結構的烴基,包含單環的脂環式烴基及多環的脂環式烴基兩者。其中,無需僅由脂環結構構成,亦可於其一部分中包含鏈狀結構。所謂「芳香族烴基」,是指包含芳香環結構作為環結構的烴基。其中,無需僅由芳香環結構構成,亦可於其一部分中包含鏈狀結構或脂環結構。
作為碳數1~20的一價烴基,例如可列舉:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基等烷基;乙烯基、丙烯基、丁烯基等烯基;乙炔基、丙炔基、丁炔基等炔基等鏈狀烴基;環戊基、環己基等環烷基;環丙烯基、環戊烯基、環己烯基等環烯基;降冰片基、金剛烷基等橋聯環烴基等脂環式烴基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等芳基;苄基、苯乙基、萘基甲基等芳烷基等芳香族烴基等。
作為二價含雜原子的基團,例如可列舉:-CO-、-CS-、-NH-、-O-、-S-、將該些組合而成的基團等。
作為一價含雜原子的基團,例如可列舉:羥基、巰基(sulfanyl)、氰基、硝基、鹵素原子等。
作為R1
,較佳為碳數1~20的烷基、碳數1~20的羥基烷基、碳數2~20的烷氧基烷基、碳數6~20的芳基、碳數3~18的環烷基的碳-碳間包含-CO-或-O-的基團、或者碳數1~18的烷基的碳-碳間包含-CO-及-O-中的至少一者的基團,更佳為碳數1~10的烷基、碳數1~10的羥基烷基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數6~10的芳基、碳數3~8的環烷基的碳-碳間包含-CO-或-O-的基團、或者碳數1~8的烷基的碳-碳間包含-CO-及-O-中的至少一者的基團,進而佳為碳數1~6的烷基、碳數1~6的羥基烷基或碳數2~6的烷氧基烷基,特佳為碳數1~4的烷基、碳數1~4的羥基烷基或碳數2~4的烷氧基烷基。藉由將R1
設為所述基團,可進一步抑制含矽膜的裂紋的產生,可進一步減少基板的翹曲,且可進一步提升抗蝕劑底層膜的去除性。
本說明書中,所謂「羥基烷基」,是指烷基的一個氫原子經羥基取代而成的基團,所謂「烷氧基烷基」,是指烷基的一個氫原子經烷氧基取代而成的基團。
於[A]聚合體具有一種結構單元(I)的情況下,作為結構單元(I),較佳為所述式(1)中的R1
為碳數1~6的烷基、碳數1~6的羥基烷基或碳數2~6的烷氧基烷基的結構單元(以下,亦稱為「結構單元(I')」)。藉由[A]聚合體具有結構單元(I'),可進一步抑制含矽膜的裂紋的產生,可進一步減少基板的翹曲,且可進一步提升抗蝕劑底層膜的去除性。
於[A]聚合體具有兩種以上的結構單元(I)的情況下,結構單元(I)中的至少一種較佳為所述式(1)中的R1
為碳數1~6的烷基、碳數1~6的羥基烷基或碳數2~6的烷氧基烷基的結構單元(結構單元(I'))。藉由將至少一種結構單元(I)設為結構單元(I'),可進一步抑制含矽膜的裂紋的產生,可進一步減少基板的翹曲,且可進一步提升抗蝕劑底層膜的去除性。
作為結構單元(I),例如可列舉下述式(1-1)~式(1-9)所表示的結構單元(以下,亦稱為「結構單元(I-1-1)~結構單元(I-1-9)」)等。
[化2]
該些中,較佳為:結構單元(I-1-1)、結構單元(I-1-2)、結構單元(I-1-4)、結構單元(I-1-5)、結構單元(I-1-6)、結構單元(I-1-7)、結構單元(I-1-8)或結構單元(I-1-9)。
相對於構成[A]聚合體的所有結構單元,結構單元(I)的含有比例的下限為65莫耳%,較佳為70莫耳%,更佳為75莫耳%,進而佳為80莫耳%,特佳為90莫耳%。結構單元(I)的含有比例亦可為100莫耳%。藉由將結構單元(I)的含有比例設為所述範圍,可進一步抑制含矽膜的裂紋的產生,可進一步減少基板的翹曲,且可進一步提升抗蝕劑底層膜的去除性。
[結構單元(II)]
結構單元(II)為源於乙烯基芳香族化合物的結構單元。所謂「乙烯基芳香族化合物」,是指具有鍵結有乙烯基的芳香族碳環的化合物。
作為乙烯基芳香族化合物,例如可列舉:經取代或未經取代的苯乙烯、經取代或未經取代的乙烯基萘、經取代或未經取代的乙烯基蒽、經取代或未經取代的乙烯基芘等。作為芳香環中的取代基,可列舉:甲基、第三丁基等烷基、羥基甲基、羥基乙基等羥基烷基、羥基、鹵素原子等。
作為結構單元(II),例如可列舉:下述式(2)所表示的結構單元(以下,亦稱為「結構單元(II-1)」)等。
[化3]
所述式(2)中,Ar1
為自環員數6~20的芳烴中去除(n+1)個氫原子而成的基團。R2
為羥基、鹵素原子或碳數1~20的一價有機基。n為0~11的整數。於n為2以上的情況下,多個R2
相互相同或不同。
作為提供Ar1
的環員數6~20的芳烴,例如可列舉:苯、萘、蒽、芘、稠四苯等。該些中,較佳為苯或萘。
作為R2
所表示的碳數1~20的一價有機基,例如可列舉與作為所述式(1)的R1
而例示的碳數1~20的一價有機基相同的基團等。
作為R2
,較佳為一價有機基,更佳為羥基烷基,進而佳為羥基甲基。
作為n,較佳為0~3,更佳為0~2,進而佳為0或1。
於[A]聚合體具有結構單元(II)的情況下,作為結構單元(II)的含有比例的下限,相對於構成[A]聚合體的所有結構單元,較佳為1莫耳%,更佳為5莫耳%,進而佳為10莫耳%,特佳為25莫耳%。作為所述含有比例的上限,較佳為50莫耳%,更佳為40莫耳%,進而佳為35莫耳%。
[其他結構單元]
作為其他結構單元,可列舉:源於甲基丙烯酸酯的結構單元、源於(甲基)丙烯酸的結構單元、源於苊化合物的結構單元等。
於[A]聚合體具有其他結構單元的情況下,作為其他結構單元的含有比例的上限,較佳為20莫耳%,更佳為5莫耳%。[A]聚合體中的其他結構單元的含有比例亦可為0莫耳%。
[A]聚合體可具有交聯性官能基。於[A]聚合體具有交聯性官能基的情況下,藉由一併使用後述[C]熱酸產生劑及/或[D]交聯劑,而[A]聚合體的交聯得到促進,結果,可進一步提升抗蝕劑底層膜的耐溶媒性。作為交聯性官能基,例如可列舉:羥基烷基、環氧基等。該些中,較佳為羥基烷基。[A]聚合體可於結構單元(I)中具有交聯性官能基,亦可於結構單元(I)以外的結構單元中具有交聯性官能基。
作為[A]聚合體中的氧原子的含有率的下限,較佳為10質量%,更佳為15質量%,進而佳為20質量%,特佳為23質量%。作為[A]聚合體中的氧原子的含有率的上限,較佳為80質量%,更佳為70質量%,進而佳為60質量%,特佳為50質量%。藉由將[A]聚合體中的氧原子的含有率設為所述範圍,可進一步抑制含矽膜的裂紋的產生,可進一步減少基板的翹曲,且可進一步提升抗蝕劑底層膜的去除性。
作為[A]聚合體的重量平均分子量(Mw)的下限,較佳為2,000,更佳為10,000,進而佳為20,000,特佳為30,000。作為所述Mw的上限,較佳為300,000,更佳為200,000,進而佳為100,000,特佳為70,000。藉由將[A]聚合體的Mw設為所述範圍,可進一步提升抗蝕劑底層膜的耐溶媒性。
作為[A]聚合體的Mw相對於數量平均分子量(Mn)之比的上限,較佳為5,更佳為3,進而佳為2。
本說明書中,聚合體的Mw及Mn是使用東曹(Tosoh)(股)的凝膠滲透層析(Gel Permeation Chromatography,GPC)管柱(兩根「G2000HXL」及一根「G3000HXL」),於流量:1.0 mL/min、溶出溶媒:四氫呋喃、管柱溫度:40℃的分析條件下,藉由以單分散聚苯乙烯為標準的凝膠滲透層析法(檢測器:示差折射計)測定所得的值。
作為[A]聚合體的含有比例的下限,相對於該底層膜形成組成物的固體成分,較佳為50質量%,更佳為70質量%,進而佳為80質量%。所述含量的上限較佳為99質量%,更佳為95質量%,進而佳為90質量%。所謂「固體成分」,是指該底層膜形成組成物中的[B]溶媒以外的所有成分。
[[A]聚合體的合成方法]
[A]聚合體可藉由如下方法而合成:以分別成為既定的含有比例般的使用量使用提供結構單元(I)的丙烯酸酯、與視需要提供結構單元(I)以外的結構單元的化合物,並藉由公知的方法進行聚合。
<[B]溶媒>
[B]溶媒若可將[A]聚合體以及視需要含有的任意成分溶解或分散,則無特別限定。
作為[B]溶媒,例如可列舉:醇系溶媒、酮系溶媒、醚系溶媒、酯系溶媒、含氮系溶媒等。[B]溶媒可單獨使用一種或將兩種以上組合使用。
作為醇系溶媒,例如可列舉:甲醇、乙醇、正丙醇等單醇系溶媒;乙二醇、1,2-丙二醇等多元醇系溶媒等。
作為酮系溶媒,例如可列舉:甲基乙基酮、甲基異丁基酮等鏈狀酮系溶媒;環己酮等環狀酮系溶媒等。
作為醚系溶媒,例如可列舉:正丁基醚等鏈狀醚系溶媒、四氫呋喃、1,4-二噁烷等環狀醚系溶媒等多元醇醚系溶媒;二乙二醇單甲醚等多元醇部分醚系溶媒等。
作為酯系溶媒,例如可列舉:碳酸二乙酯等碳酸酯系溶媒;乙酸甲酯、乙酸乙酯等乙酸單酯系溶媒;γ-丁內酯等內酯系溶媒;二乙二醇單甲醚乙酸酯、丙二醇單甲醚乙酸酯等多元醇部分醚羧酸酯系溶媒;乳酸甲酯、乳酸乙酯等乳酸酯系溶媒等。
作為含氮系溶媒,例如可列舉:N,N-二甲基乙醯胺等鏈狀含氮系溶媒、N-甲基吡咯啶酮等環狀含氮系溶媒等。
作為[B]溶媒,較佳為酯系溶媒及/或酮系溶媒,更佳為多元醇部分醚羧酸酯系溶媒及/或環狀酮系溶媒,進而佳為丙二醇單甲醚乙酸酯及/或環己酮。
[[C]熱酸產生劑]
[C]熱酸產生劑為藉由熱的作用而產生酸來促進[A]聚合體的交聯的成分。若該底層膜形成組成物含有[C]熱酸產生劑,則[A]聚合體的交聯反應得到促進,可進一步提升所形成的抗蝕劑底層膜的耐溶媒性。
作為[C]熱酸產生劑,例如可列舉:鎓鹽化合物、N-磺醯氧基醯亞胺化合物等。
作為鎓鹽化合物,例如可列舉:三苯基鋶三氟甲磺酸鹽、三苯基鋶2-(金剛烷-1-基羰氧基)-1,1,3,3,3-五氟丙烷-1-磺酸鹽、三苯基鋶降冰片烷磺內酯-2-基氧基羰基二氟甲磺酸鹽、三苯基鋶哌啶-1-基磺醯基-1,1,2,2,3,3-六氟丙烷-1-磺酸鹽、三苯基鋶金剛烷-1-基氧基羰基二氟甲磺酸鹽、4-環己基苯基二苯基鋶樟腦磺酸鹽、4-甲磺醯基苯基二苯基鋶九氟-正丁磺酸鹽等鋶鹽;1-(4-正丁氧基萘-1-基)四氫噻吩鎓三氟甲磺酸鹽、1-(6-正丁氧基萘-1-基)四氫噻吩鎓2-雙環[2.2.1]庚-2-基-1,1,2,2-四氟乙烷-1-磺酸鹽、1-(3,5-二甲基-4-羥基苯基)四氫噻吩鎓樟腦磺酸鹽等四氫噻吩鎓鹽;二苯基錪三氟甲磺酸鹽、雙(4-第三丁基苯基)錪三氟甲磺酸鹽、雙(4-第三丁基苯基)錪九氟-正丁磺酸鹽、4-甲氧基苯基苯基錪樟腦磺酸鹽等錪鹽等。
作為N-磺醯氧基醯亞胺化合物,例如可列舉:N-(三氟甲磺醯氧基)雙環[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二羧基醯亞胺、N-(樟腦磺醯氧基)雙環[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二羧基醯亞胺等。
作為[C]熱酸產生劑,較佳為鎓鹽化合物,更佳為錪鹽,進而佳為雙(4-第三丁基苯基)錪三氟甲磺酸鹽。
於該底層膜形成組成物含有[C]熱酸產生劑的情況下,作為[C]熱酸產生劑的含量的下限,相對於[A]聚合體100質量份,較佳為0.1質量份,更佳為0.5質量份,進而佳為1質量份,特佳為2質量份。作為所述含量的上限,較佳為30質量份,更佳為20質量份,進而佳為10質量份,特佳為8質量份。藉由將[C]熱酸產生劑的含量設為所述範圍,可進一步提升抗蝕劑底層膜的耐溶媒性。
[[D]交聯劑]
[D]交聯劑是藉由熱或酸的作用而形成該底層膜形成組成物中的[A]聚合體等成分彼此的交聯鍵、或自身形成交聯結構的成分。若該底層膜形成組成物含有[D]交聯劑,則可進一步提升所形成的抗蝕劑底層膜的耐溶媒性。
作為交聯劑,例如可列舉:多官能(甲基)丙烯酸酯化合物、環氧化合物、羥基甲基取代的酚化合物、含烷氧基烷基的酚化合物、具有經烷氧基烷基化的胺基的化合物等。
作為多官能(甲基)丙烯酸酯化合物,例如可列舉:三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二-三羥甲基丙烷四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、三(2-羥基乙基)異氰脲酸酯三(甲基)丙烯酸酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,3-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、雙(2-羥基乙基)異氰脲酸酯二(甲基)丙烯酸酯等。
作為環氧化合物,例如可列舉:酚醛清漆型環氧樹脂、雙酚型環氧樹脂、脂環式環氧樹脂、脂肪族環氧樹脂等。
作為羥基甲基取代的酚化合物,例如可列舉:2-羥基甲基-4,6-二甲基苯酚、1,3,5-三羥基甲基苯、3,5-二羥基甲基-4-甲氧基甲苯[2,6-雙(羥基甲基)-對甲酚]等。
作為含烷氧基烷基的酚化合物,例如可列舉:含甲氧基甲基的酚化合物、含乙氧基甲基的酚化合物等。
作為所述具有經烷氧基烷基化的胺基的化合物,例如可列舉(聚)羥甲基化三聚氰胺、(聚)羥甲基化甘脲、(聚)羥甲基化苯並胍胺、(聚)羥甲基化脲等在一分子內具有多個活性羥甲基的含氮化合物,且所述羥甲基的羥基的氫原子的至少一個經甲基或丁基等烷基取代而成的化合物等。再者,具有經烷氧基烷基化的胺基的化合物可為將多種取代化合物混合而成的混合物,亦可為包含一部分自縮合而成的寡聚物成分者。
作為[D]交聯劑,較佳為具有經烷氧基烷基化的胺基的化合物,更佳為(聚)羥甲基化甘脲,進而佳為1,3,4,6-四(甲氧基甲基)甘脲。
於該底層膜形成組成物含有[D]交聯劑的情況下,作為[D]交聯劑的含量的下限,相對於[A]聚合體100質量份,較佳為0.1質量份,更佳為1質量份,進而佳為3質量份,特佳為5質量份。作為所述含量的上限,較佳為500質量份,更佳為30質量份,進而佳為20質量份,特佳為15質量份。藉由將[D]交聯劑的含量設為所述範圍,可進一步提升抗蝕劑底層膜的耐溶媒性。
[其他任意成分]
作為其他任意成分,例如可列舉:界面活性劑、密接助劑等。
<底層膜形成組成物的製備方法>
該底層膜形成組成物可藉由例如將[A]聚合體、[B]溶媒、及視需要使用的任意成分以既定的比例加以混合,較佳為利用孔徑0.2 μm以下的過濾器對所獲得的混合溶液進行過濾而製備。
作為該底層膜形成組成物的固體成分濃度的下限,較佳為0.1質量%,更佳為1質量%,進而佳為5質量%,特佳為10質量%。作為所述固體成分濃度的上限,較佳為50質量%,更佳為40質量%,進而佳為30質量%,特佳為20質量%。所謂「固體成分濃度」,是指該底層膜形成組成物中的[B]溶媒以外的所有成分的濃度(質量%)。
<圖案形成方法>
該圖案形成方法包括:將多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物直接或間接塗敷於基板上的步驟(以下,亦稱為「多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物塗敷步驟」);將含矽膜直接或間接形成於藉由所述多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物塗敷步驟而形成的抗蝕劑底層膜的步驟(以下,亦稱為「含矽膜形成步驟」);將抗蝕劑膜形成用組成物直接或間接塗敷於所述含矽膜的步驟(以下,亦稱為「抗蝕劑膜形成用組成物塗敷步驟」);利用放射線對藉由所述抗蝕劑膜形成用組成物塗敷步驟而形成的抗蝕劑膜進行曝光的步驟(以下,亦稱為「曝光步驟」);以及對所述經曝光的抗蝕劑膜進行顯影的步驟(以下,亦稱為「顯影步驟」)。該圖案形成方法使用所述的該底層膜形成組成物作為所述多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物。
該圖案形成方法可更包括:於所述顯影步驟後,進行將藉由所述顯影步驟而形成的抗蝕劑圖案作為遮罩的蝕刻的步驟(以下,亦稱為「蝕刻步驟」)。
根據該圖案形成方法,可抑制多層抗蝕劑製程中的含矽膜的裂紋的產生,可減少基板的翹曲,進而可形成良好的圖案。
以下,對該圖案形成方法所具備的各步驟進行說明。
[多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物塗敷步驟]
本步驟中,將該底層膜形成組成物直接或間接塗敷於基板上。
作為基板,例如可列舉:矽晶圓、由鋁被覆的晶圓等。另外,該底層膜形成組成物的塗敷方法並無特別限定,例如可利用旋轉塗敷、流延塗敷、輥塗敷等適宜的方法來實施,藉此可形成塗敷膜。
亦可對所述塗敷膜進行加熱。所述塗敷膜的加熱通常於大氣下進行,但亦可於氮氣環境下進行。作為加熱中的溫度的下限,較佳為200℃,更佳為250℃,進而佳為280℃。作為所述溫度的上限,較佳為600℃,更佳為500℃,進而佳為400℃。作為加熱中的時間的下限,較佳為15秒,更佳為30秒。作為所述時間的上限,較佳為1,200秒,更佳為600秒。
作為所形成的抗蝕劑底層膜的平均厚度的下限,較佳為30 nm,更佳為50 nm,進而佳為100 nm,特佳為500 nm。作為所述平均厚度的上限,較佳為10 μm,更佳為5 μm,進而佳為3 μm,特佳為2 μm。本說明書中,「平均厚度」是使用分光橢圓偏振計(J.A.沃蘭(J.A.WOOLLAM)公司的「M2000D」)測定所得的值。
[含矽膜形成步驟]
本步驟中,將含矽膜直接或間接形成於藉由所述多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物塗敷步驟而形成的抗蝕劑底層膜。
所述含矽膜是藉由如下方式而形成:將含矽膜形成用組成物直接或間接塗敷於所述抗蝕劑底層膜而形成塗膜,通常藉由對所述塗膜進行曝光及/或加熱而使其硬化等。作為所述含矽膜形成用組成物的市售品,例如可使用JSR(股)的「NFC SOG01」、「NFC SOG04」、「NFC SOG080」等。
作為用於所述曝光的放射線,例如可列舉:可見光線、紫外線、遠紫外線、X射線、γ射線等電磁波;電子束、分子束、離子束等粒子束等。
作為對塗膜進行加熱時的溫度的下限,較佳為90℃,更佳為150℃,進而佳為250℃。作為所述溫度的上限,較佳為550℃,更佳為450℃,進而佳為350℃。
作為所形成的含矽膜的平均厚度的下限,較佳為1 nm,更佳為10 nm,進而佳為30 nm。作為所述上限,較佳為20,000 nm,更佳為1,000 nm,進而佳為100 nm。
[抗蝕劑膜形成用組成物塗敷步驟]
本步驟中,將抗蝕劑膜形成用組成物直接或間接塗敷於所述含矽膜。
本步驟中,具體而言,以所獲得的抗蝕劑膜成為既定的厚度的方式塗敷抗蝕劑膜形成用組成物後,藉由進行加熱而使塗膜中的溶媒揮發,藉此形成抗蝕劑膜。
作為抗蝕劑膜形成用組成物,例如可列舉:含有感放射線性酸產生劑的正型或負型的化學增幅型抗蝕劑組成物、含有鹼可溶性樹脂與醌二疊氮化物系感光劑的正型抗蝕劑組成物、含有鹼可溶性樹脂與交聯劑的負型抗蝕劑組成物等。
作為抗蝕劑膜形成用組成物的固體成分濃度的下限,較佳為0.3質量%,更佳為1質量%。作為所述固體成分濃度的上限,較佳為50質量%,更佳為30質量%。另外,抗蝕劑膜形成用組成物通常利用例如孔徑0.2 μm以下的過濾器進行過濾並被供於抗蝕劑膜的形成。再者,本步驟中,亦能夠直接使用市售的抗蝕劑組成物。
作為抗蝕劑膜形成用組成物的塗敷方法,例如可列舉旋轉塗敷法等。另外,作為加熱的溫度或時間等條件,可根據所使用的抗蝕劑膜形成用組成物的種類等而適宜調整。作為加熱的溫度的下限,較佳為30℃,更佳為50℃。作為所述溫度的上限,較佳為200℃,更佳為150℃。作為加熱的時間的下限,較佳為10秒,更佳為30秒。作為所述時間的上限,較佳為600秒,更佳為300秒。
[曝光步驟]
本步驟中,利用放射線對藉由所述抗蝕劑膜形成用組成物塗敷步驟而形成的抗蝕劑膜進行曝光。
作為用於曝光的放射線,根據抗蝕劑膜形成用組成物中所使用的感放射線性酸產生劑的種類,例如自可見光線、紫外線、遠紫外線、X射線、γ射線等電磁波、電子束、分子束、離子束等粒子束中適當選擇。該些中,較佳為遠紫外線或電子束,更佳為KrF準分子雷射光(248 nm)、ArF準分子雷射光(193 nm)、極紫外線(波長13.5 nm等,EUV(Extreme Ultraviolet))或電子束。
於所述曝光後,為了提升解析度、圖案輪廓、顯影性等,可進行曝光後加熱。作為該曝光後加熱的溫度,根據所使用的抗蝕劑膜形成用組成物的種類等而適宜調整,作為曝光後加熱的溫度的下限,較佳為50℃,更佳為70℃。作為所述溫度的上限,較佳為200℃,更佳為150℃。作為曝光後加熱的時間的下限,較佳為10秒,更佳為30秒。作為所述時間的上限,較佳為600秒,更佳為300秒。
[顯影步驟]
本步驟中,對所述經曝光的抗蝕劑膜進行顯影。該顯影可為鹼顯影,亦可為有機溶媒顯影。作為顯影液,於鹼顯影的情況下,例如可列舉:氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、矽酸鈉、偏矽酸鈉、氨、乙基胺、正丙基胺、二乙基胺、二-正丙基胺、三乙基胺、甲基二乙基胺、二甲基乙醇胺、三乙醇胺、氫氧化四甲基銨(tetramethylammonium hydroxide,TMAH)、氫氧化四乙基銨、吡咯、哌啶、膽鹼、1,8-二氮雜雙環[5.4.0]-7-十一烯、1,5-二氮雜雙環[4.3.0]-5-壬烯等的鹼性水溶液。該些鹼性水溶液中亦能夠添加適量的例如甲醇、乙醇等醇類等水溶性有機溶媒、界面活性劑等。另外,於有機溶媒顯影的情況下,作為顯影液,例如可列舉作為所述的該底層膜形成組成物的[B]溶媒而例示的各種溶媒等。
於利用所述顯影液進行的顯影後,進行清洗、乾燥,藉此形成既定的抗蝕劑圖案。
[蝕刻步驟]
本步驟中,進行將藉由所述顯影步驟而形成的抗蝕劑圖案作為遮罩的蝕刻。藉此,於基板上形成圖案。作為蝕刻的次數,可為一次,亦可為多次,即,可將藉由蝕刻而獲得的圖案作為遮罩來依序進行蝕刻,但就獲得更良好的形狀的圖案的觀點而言,較佳為多次。於進行多次蝕刻的情況下,以含矽膜、抗蝕劑底層膜、基板的順序依序進行蝕刻。作為蝕刻的方法,例如可列舉:乾式蝕刻、濕式蝕刻等。該些中,就使基板的圖案的形狀更良好的觀點而言,較佳為乾式蝕刻。於所述蝕刻後,獲得具有既定圖案的圖案化基板。
作為乾式蝕刻,例如可使用公知的乾式蝕刻裝置來進行。作為乾式蝕刻中使用的蝕刻氣體,可根據遮罩圖案、被蝕刻的膜的元素組成等適當選擇,例如可列舉:CHF3
、CF4
、C2
F6
、C3
F8
、SF6
等氟系氣體;Cl2
、BCl3
等氯系氣體;O2
、O3
、H2
O等氧系氣體;H2
、NH3
、CO、CO2
、CH4
、C2
H2
、C2
H4
、C2
H6
、C3
H4
、C3
H6
、C3
H8
、HF、HI、HBr、HCl、NO、NH3
、BCl3
等還原性氣體;He、N2
、Ar等惰性氣體等。該些氣體亦能夠混合使用。
[實施例]
以下,藉由實施例來對本發明進一步進行具體說明,但本發明並不限定於該些實施例。以下示出各種物性值的測定方法。
[重量平均分子量]
聚合體的重量平均分子量(Mw)是使用東曹(Tosoh)(股)的GPC管柱(兩根「G2000HXL」及一根「G3000HXL」),於流量:1.0 mL/min、溶出溶媒:四氫呋喃、管柱溫度:40℃的分析條件下,藉由以單分散聚苯乙烯為標準的凝膠滲透層析法(檢測器:示差折射計)來測定。
[平均厚度]
抗蝕劑底層膜的平均厚度是使用分光橢圓偏振計(J.A.沃蘭(J.A.WOOLLAM)公司的「M2000D」)來測定。
<[A]聚合體的合成>
以下示出[A]聚合體的合成中所使用的化合物。再者,於以下的合成例中,只要無特別說明,則「質量份」的數值是指將聚合體的合成中所使用的化合物的合計質量設為100質量份時的值。
[化4]
[合成例1](聚合體(A-1)的合成)
使所述化合物(a-1)、化合物(a-2)及化合物(a-7)以莫耳比率成為30/40/30(莫耳%)的方式溶解於2-庚酮100質量份中,添加2,2'-偶氮雙(2-甲基丙酸)二甲酯2.1質量份,製備單量體溶液。於氮氣環境下,向反應容器中放入2-庚酮100質量份,加熱為80℃,一面攪拌一面歷時3小時滴加所述單量體溶液。將滴加開始設為聚合反應的開始時間,實施6小時聚合反應後,冷卻為30℃以下。將經冷卻的聚合溶液投入至己烷2,000質量份中,並對所析出的沈澱物進行過濾分離。利用己烷對所過濾分離的沈澱物進行清洗後,進行過濾分離並使其乾燥,獲得聚合體(A-1)。
[合成例2~合成例13以及比較合成例1及比較合成例3~比較合成例5](聚合體(A-2)~聚合體(A-13)以及聚合體(CA-1)及聚合體(CA-3)~聚合體(CA-5)的合成)
除了使用下述表1所示的種類及使用量的化合物以外,與合成例1同樣地操作,獲得聚合體(A-2)~聚合體(A-13)以及聚合體(CA-1)及聚合體(CA-3)~聚合體(CA-5)。
[比較合成例2](聚合體(CA-2)的合成)
於氮氣環境下,向反應容器中加入苯酚(所述化合物(a-13))120 g、37質量%甲醛水溶液103.5 g及甲基異丁基酮360 g,並使其溶解。將所獲得的溶液加熱為40℃後,加入對甲苯磺酸2.2 g,於80℃下進行4小時反應後,冷卻為30℃以下,將該反應液投入至甲醇/水(50/50(質量比))的混合溶液中,對所析出的沈澱物進行過濾分離,並使其乾燥,獲得聚合體(CA-2)。
[表1]
<多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物的製備>
以下示出多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物的製備中使用的[B]溶媒、[C]熱酸產生劑及[D]交聯劑。
[[B]溶媒]
B-1:丙二醇單甲醚乙酸酯
B-2:環己酮
[[C]熱酸產生劑]
C-1:雙(4-第三丁基苯基)錪三氟甲磺酸鹽(下述式(C-1)所表示的化合物)
[化5]
[[D]交聯劑]
D-1:1,3,4,6-四(甲氧基甲基)甘脲(下述式(D-1)所表示的化合物)
[化6]
[實施例1]
將作為[A]聚合體的(A-1)18質量份、作為[B]溶媒的(B-1)40質量份及(B-2)39.3質量份、作為[C]熱酸產生劑的(C-1)0.9質量份、以及作為[D]交聯劑的(D-1)1.8質量份混合,利用孔徑0.2 μm的過濾器對所獲得的溶液進行過濾,製備多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物(J-1)。
[實施例2~實施例13以及比較例1~比較例5]
除了使用下述表2所示的種類及含量的各成分以外,與實施例1同樣地操作,製備多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物(J-2)~多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物(J-13)及多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物(CJ-1)~多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物(CJ-5)。
<抗蝕劑底層膜的形成>
[實施例1~實施例13以及比較例1~比較例5]
使用旋塗機(東京電子(Tokyo Electron)(股)的「克林特拉庫(CLEAN TRACK)ACT12」),藉由旋轉塗敷法將所述製備的多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物塗敷於矽晶圓(基板)上。繼而,於大氣環境下且於300℃下加熱(煆燒)120秒後,於23℃下冷卻60秒,藉此形成平均厚度1.0 μm的抗蝕劑底層膜,從而獲得於基板上形成有抗蝕劑底層膜的帶有抗蝕劑底層膜的基板。
<評價>
使用所述所獲得的帶有抗蝕劑底層膜的基板,藉由下述方法對含矽膜的裂紋的產生、基板的翹曲以及抗蝕劑底層膜的去除性進行評價。將評價結果一併示於下述表2中。
[裂紋的產生]
使用旋塗機(東京電子(Tokyo Electron)(股)的「克林特拉庫(CLEAN TRACK)ACT12」),藉由旋轉塗敷法將含矽膜形成用組成物(JSR(股)的「NFC SOG080」)塗敷於所述所獲得的帶有抗蝕劑底層膜的基板中的抗蝕劑底層膜上之後,於大氣環境下且於300℃下加熱(煆燒)60秒,形成平均厚度50 nm的含矽膜。利用光學顯微鏡對所形成的含矽膜的表面進行觀察。關於裂紋的產生,將未見到含矽膜的裂痕或剝落的情況評價為「A」(良好),將見到含矽膜的裂痕或剝落的情況評價為「B」(不良)。
[基板的翹曲]
使用薄膜應力測定裝置(科磊(KLA-Tencor)公司的「FLEX-2320型」)測定所述所獲得的帶有抗蝕劑底層膜的基板的膜應力。關於基板的翹曲,將膜應力未滿30 MPa的情況評價為「A」(良好),將膜應力為30 MPa以上的情況評價為「B」(不良)。
[去除性]
對於所述所獲得的帶有抗蝕劑底層膜的基板中的抗蝕劑底層膜,使用蝕刻裝置(東京電子(Tokyo Electron)(股)的「塔卡翠絲(TACTRAS)」),於N2
/H2
=300/300 sccm、PRESS.=15 mT、高頻(high frequency,HF) 射頻(radio frequency,RF)(電漿生成用高頻電力)=300 W、低頻(low frequency,LF) RF(偏壓用高頻電力)=0 W、DCS=-0 V、RDC(氣體中心流量比)=80%、30 sec的條件下進行處理,根據處理前後的抗蝕劑底層膜的平均厚度來算出去除速度(nm/min)。
[表2]
如由表2的結果可知般,根據實施例的多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物,可抑制多層抗蝕劑製程中的含矽膜的裂紋的產生,可減少基板的翹曲,且可形成去除性優異的抗蝕劑底層膜。相對於此,於比較例的多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物中,無法抑制含矽膜的裂紋的產生,無法減少基板的翹曲,另外,抗蝕劑底層膜的去除性亦不良。
[產業上之可利用性]
根據本發明的多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物,可抑制多層抗蝕劑製程中的含矽膜的裂紋的產生,可減少基板的翹曲,且可形成去除性優異的抗蝕劑底層膜。根據本發明的圖案形成方法,可抑制多層抗蝕劑製程中的含矽膜的裂紋的產生,可減少基板的翹曲,進而可形成良好的圖案。因此,該些可適宜地用於今後預計進一步進行微細化的半導體元件的製造等。
無
無
Claims (7)
- 一種多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物,含有:聚合體,具有源於丙烯酸酯的一種或兩種以上的第一結構單元;以及溶媒,且所述第一結構單元相對於構成所述聚合體的所有結構單元的含有比例為65莫耳%以上,其中所述聚合體的重量平均分子量介於30,000至70,000,以及所述底層膜形成組成物的固體成分濃度為10質量%以上。
- 如申請專利範圍第2項所述的多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物,其中所述式(1)中的R1為碳數1~6的烷基、碳 數1~6的羥基烷基或碳數2~6的烷氧基烷基。
- 如申請專利範圍第3項所述的多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物,其中所述聚合體具有兩種以上的所述第一結構單元,且所述第一結構單元中的至少一種是所述式(1)中的R1為碳數1~6的烷基、碳數1~6的羥基烷基或碳數2~6的烷氧基烷基的結構單元。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物,其更含有熱酸產生劑。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物,其更含有交聯劑。
- 一種圖案形成方法,包括:多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物塗敷步驟,將多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物直接或間接塗敷於基板上的步驟;將含矽膜直接或間接形成於藉由所述多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物塗敷步驟而形成的抗蝕劑底層膜的步驟;抗蝕劑膜形成用組成物塗敷步驟,將抗蝕劑膜形成用組成物直接或間接塗敷於所述含矽膜的步驟;利用放射線對藉由所述抗蝕劑膜形成用組成物塗敷步驟而形成的抗蝕劑膜進行曝光的步驟;以及對經曝光的所述抗蝕劑膜進行顯影的步驟,且所述多層抗蝕劑製程用底層膜形成組成物含有具有源於丙烯 酸酯的一種或兩種以上的第一結構單元的聚合體、以及溶媒,且所述第一結構單元相對於構成所述聚合體的所有結構單元的含有比例為65莫耳%以上,其中所述聚合體的重量平均分子量介於30,000至70,000,以及所述底層膜形成組成物的固體成分濃度為10質量%以上。
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