TW200410048A - Resinous compound for negative-working photoresist composition - Google Patents
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Description
⑴ 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 λ 本發明有關一種負型作用光阻組成物,尤其有關一種 化學放大負型作用光阻劑組成物,適於在製造各種電子裝 置時使用於微影圖型化成品,其對於全用於圖型化曝光之 A r F激光雷射光束具有高透明性,可產生具有高圖型解 析度之經精細圖型化之光阻層,該光阻層於顯影溶液中幾 乎不膨脹,而該經圖型化光阻層之直角剖面輪廓優越。 @ 【先前技術】 如同日本專利公告8 — 3 6 3 5及其他所揭示,化學 放大負型作用光阻組成物之基本調配物係已知,包含光敏 ' 性酸產生劑、鹼可溶性樹脂諸如酚醛淸漆樹脂、聚羥基苯 乙烯樹脂等,及胺基樹脂諸如三聚氰胺樹脂、脲樹脂等組 合物,其中該光阻層中已曝光區中鹼可溶性樹脂狀成分係 於來自該酸產生劑之酸存在下變成鹼不可溶性。即,鹼可 0 溶性樹脂與胺基樹脂間藉著因照射光化射線而產生之酸而 相互作用,該鹼不溶化樹脂形成圖型化潛像,使用鹼顯影 劑顯影,以溶解未曝光區中之光阻層,留下曝光區中之負 圖型化光阻層。 前述類型之化學放大負型作用光阻組成物(包含酸產 生劑、鹼可溶性樹脂及胺基樹脂)使用於微影法中相當令 人滿意,其中曝照光係爲1 -線紫外光或波長2 4 8毫微 米之K r F激光雷射光束。然而,近年來,期望採用較短 -5 - (2) 波長之曝照光諸如A r F激光雷射光束,以滿足較高積合 度之半導體裝置製造中對於愈來愈細之圖型的要求,因爲 前述類型之光阻組成物於該種情況下無法完全令人滿意。 目前已有數份報告針對適於使用A r F激光雷射光束 作爲曝照光之微影圖型化成品的化學放大負型作用光阻組 成物,以下稱爲A r F光阻,包括(1 )感光性聚合物科 學及技術期刊,第1 0冊,第4號,第5 7 9 — 5 8 4頁 (1 9 9 7 )中揭示一種組成物,包含一種樹脂狀基本成 分’藉著使順丁烯二酸之一羧基酯化而自5 -亞甲基雙環 〔2 · 2 · 1〕一 2 —庚烷及順丁烯二酸之共聚物所衍生 ’及一種作爲交聯劑之脂族環狀多元醇及酸產生劑,(2 )一種組成物,包含樹脂狀基本成分,其係爲於分子酯部 分中具有含環氧基之環狀烴基之第一個丙烯酸酯與於分子 酯部分中具有含羧基之環狀烴基的第二個丙烯酸酯之共聚 物’結合有交聯劑及酸產生劑,各與前述揭示於感光性聚 合物科學及技術期刊,第1冊,第3號,第5 0 7 — 512頁(1998)者相同,及(3) —種組成物,包 含樹脂狀基本成分,其係爲於分子酯部分中具有含羥基之 環狀烴基之第一個丙烯酸酯與於分子酯部分中具有含羧基 之環狀烴基的第二個丙烯酸酯之共聚物,結合有交聯劑及 酸產生劑,各與前述揭示於 SPIE Advance in Resist Technology and Processing XIV,第 3 3 3 3 冊,第 417 — 424 頁(1998)者相同。 前述A I* F光阻之特色係爲了增加基本樹脂對於該 -6 - (3) A r F激光雷射光束之透明度及得到該樹脂之鹼溶解性, 該樹脂係藉著導入易交聯之含羧基多環烴基及藉著導入環 ^ 氧基及醇羥基於該樹脂中而經修飾,以增加交聯能力。 · 雖然,前述類型A r F光阻組成物中,可藉著該樹脂 狀成分與該交聯劑於藉著照射A r F激光雷射光束所產生^ 的酸存在下經由酯鍵或醚鍵進行交聯反應,而形成經負型 圖型化之光阻層,但曝光區中之光阻組成物含有殘留未交 聯之羧基及醇羥基,使得該曝光區光阻層於使用鹼顯影齊(j 溶液進行顯影處理時或多或少地膨脹,導致在剖面輪廓中 · 產生不期望之具有圓形肩部的經圖型化光阻層,而無法確 保該經圖型化光阻層之高品質。 【發明內容】
於習用A I* F光阻之前述問題下,本發明之目的係提 出一種化學放大負型作用光阻組成物,其對於A r F激光 雷射光束具有高透明性,可產生在鹼顯影劑溶液中具有極 低膨脹性且具有優越之直角剖面輪廓之高解析度經圖型化 I 光阻層。 因此,本發明提出一種鹼可顯影化學放大負型作用光 阻組成物,其包含於有機溶劑中呈均勻溶液形式之以下成 分: (A ) —種可藉著照射光化射線而釋出酸之化合物; 及 (B ) —種樹脂狀化合物,可藉著與酸相互作用而不 -7- (4) 溶解於鹼水溶液’該樹脂狀化合物係作爲成分(B ),分 子中具有兩種官能基’可於酸存在下藉著脫水或脫醇化而 彼此反應以形成酯鍵’使得該樹脂狀化合物不溶於該鹼水 溶液。 作爲成分(B )之樹脂狀化合物尤其於分子中具有一 羥院基及一殘基或殘酸酯基’結合有該兩種酯鍵形成之官 能基。 【實施方式】 如前文所述’本發明A r F光阻最具特色之成分係爲 成分(B),分子中具有兩種官能基,諸如羥烷基及羧基 或羧酸酯基之組合,可藉著脫水或脫醇化反應以形成分子 間或分子內酯鍵,使得該樹脂狀化合物不溶於該鹼水溶液 ’曝光區中之光阻層僅留下少量可使光阻層膨脹之未反應 之醇羥基、羧基及羧酸酯基。 本發明A r F光阻組成物中之成分(A )係所謂之光 敏性酸產生劑,其係爲一種可在照射光化射線諸如A r F 激光雷射光束時分解而釋出酸之化合物。該化合物不特別 制,可爲自調配於先前技藝化學放大負型作用光阻組成 物中之習用酸產生劑選擇之任何一種,其中以具有烷基或 鹵化烷基磺酸離子以作爲分子中之陰離子的鏺鹽化合物爲 佳。 前述鑰鹽中之抗衡陽離子較佳係選自苯基碘鏺及苯基 硫鏺之離子,其可視情況經低烷基諸如甲基、乙基、丙基 -8 - (5) 、正丁基及第三丁基及低烷氧基諸如甲氧基及乙氧基所取 代,及二甲基(4 一羥基柰基)硫鏺。 該鏺鹽化合物中之陰離子以具有1至1 0個碳原子而 部分或所有氫原子經氟原子所取代之氟烷基磺酸離子爲佳 。尤其,全氟烷基磺酸離子因爲磺酸之酸強度隨著該氟烷 基中碳原子數之減少且隨著該烷基之氟化程度(即被氟原 子置換之氫原子的比例)的減低而降低,故較佳。 適於作爲成分(A )之鏺鹽化合物之特例包括二苯基 碘鏺三氟甲烷磺酸及九氟丁烷磺酸二苯基碘鑰、三氟甲烷 磺酸九氟丁烷磺酸雙(4 -第三丁基苯基)碘鑰、三氟甲 烷磺酸九氟丁烷磺酸三苯基硫鏺、三氟甲烷磺酸九氟丁烷 磺酸三(4 -甲基苯基)硫鐵、三氟甲烷磺酸九氟丁烷磺 酸二甲基(4 -羥基柰基)硫鏺等,可單獨使用或視需要 兩種或多種組合使用。 於本發明A r F光阻組成物中與前述成分(A )組合 使用之成分(B )係爲可於酸存在下不溶於鹼水溶液中之 鹼樹脂狀成分。該樹脂分子具有兩種官能基,可於藉著照 射光化射線而自成分(A )產生之酸存在下彼此反應,而 藉由脫水或脫醇化反應以形成酯鍵,而使該樹脂不溶於鹼 水溶液中。 前述兩種可彼此反應以形成酯鍵之官能基可例如藉著 結合羥基及羧基或羧酸酯基而提供,而藉脫水反應或脫醇 化反應形成酯鍵。 該樹脂狀化合物係包括羥烷基及羧基及/或羧酸酯基 -9 - (6) ,位於該聚合物分子之主鏈的側鏈上。 適於在本發明A r F光阻組成物中作爲成分(b )之 較k樹狀化合物的特例包括(1 ) 一或多種選自^ 一( 羥烷基)丙烯酸及/或其烷基酯之單體的均聚物及共聚物 及(2 )選自α —(羥烷基)丙烯酸及/或其烷基酯之單 體(a )及選自其他烯鍵不飽和羧酸及其酯之單體(^ ) 的共聚物。 則述第(1 )類聚合物樹脂以選自α 一(羥烷基)丙 烯酸及/或其烷基酯與α 一(羥烷基)丙烯酸之烷基酯的 共聚物爲佳。形成前述第(2 )類聚合物樹脂而作爲成分 (b )之烯鍵不飽和羧酸或其酯係包括丙烯酸、甲基丙烯 酸、丙烯酸烷基酯及甲基丙烯酸烷基酯。 前述α -(羥烷基)丙烯酸及其烷基酯中之羥烷基的 實例有低羥烷基,諸如羥甲基、羥乙基、羥丙基及羥丁基 ,其中以羥甲基及羥乙基較有利於形成酯鍵之良好反應性 〇 形成α -(羥烷基)丙烯酸之烷基的實例係爲具有1 至5個碳原子之低烷基,諸如甲基、乙基、丙基、異丙基 、正丁基、第二丁基、第三丁基、及戊基,及交聯之多環 烴基諸如二環〔2 · 2 · 1〕庚基、萡基、金剛院基、四 環〔4.4.0.12,5.17,1〇〕十二基及三環〔 5 · 2 · 1 · 〇 2,6〕癸基。其中酯形成性烷基係爲經交 聯多環烴基之烷基酯單體對於使該光阻組成物具有改善之 耐乾式蝕刻性具有優勢。另一方面,因爲其中形成院基醋 (7) 之醇化合物的平價性’故該低烷基諸如甲基、乙基、丙基 及丁基較佳。 然而,當於單體中形成羧酸酯基之烷基係爲低烷基時 ,羧基、羧酸酯基相對於該羥烷基具有良好之反應性,以 形成酯鍵,而作爲該酯單體之酯形成基的經交聯多環烴基 對於形成酯鍵較不具反應性,故當期望於作爲成分(B ) 之樹脂狀化合物中導入經交聯之多環烴基時,該樹脂狀化 合物較佳亦具有成爲該分子之側鏈的羧基。 作爲形成前述第(2 )類共聚樹脂狀化合物之共聚單 體(b )的烯鍵不飽和羧酸或其酯之實例係爲不飽和羧酸 諸如丙烯酸、甲基丙烯酸、順丁烯二酸及反丁烯二酸及其 烷基酯,諸如甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁 基、正己基及辛基酯。其中該酯形成基團係爲經交聯多環 烴基諸如二環〔2 · 2 · 1〕庚基、萡基、金剛烷基、四 環〔4 · 4 · 0 · 12’5· I7,1。〕十二基及三環〔 5 · 2 · 1 · 〇2’6〕癸基之丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯單 體亦可作爲共聚單體(b)。 前述各種單體中較佳者係爲(甲基)丙烯酸之低烷基 酯諸如甲基、乙基、丙基及丁基酯,因其平價且取得性良 好。 作爲成分(B )之前述第(2 )類樹脂狀化合物中, 自共聚單體(a )衍生之單體單元及自共聚單體(b )衍 生之單體單元之重量比係由20 : 80至90 : 10 ,以 由5 0 : 5 〇至8 5 : 1 5爲佳,以確保對於形成分子間 -11- (8) 或分子內酯鍵具有良好反應性,使褐 ^ r/ _ ~该A r F光阻組成物 可產生優越之光阻圖型。 其次,藉特例描述形成分子內球^ ^ u ^ u取分子間酯鍵之脫水及 脫醇化反應。 物中,根據下式所示之 內環狀酯鍵: 前述第(1 )類均聚物或共_ 反應流程圖而於酸存在下形成分子 COOR1 I f—CH2 —C—^—(- I ch2oh CH2OH C00R1
1 I ch2 —CH~f-CH2 —c-4-—
I I C00R1 CH2〇h ^ —f-CH2— CH~(~CH2— c~)~(-CH2— c~)— + 2R10H ,
1 I I CHz 0 co ch2 oh
其中R 1係爲氫原子或酯形成基團,諸如低烷基,例如甲 基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、第三丁基 及戊基’及經交聯之多環烴基,例如二環〔2 · 2 · 1〕 庚基、箔基、金剛烷基、四環〔4 · 4 · 0 · 1 2,5 · 1 7 ’ 1 0 〕十二基及三環〔5 · 2 · 1 · 〇2,6〕癸基,單獨或兩 種或多種結合於分子中。 另一力·面’於相同樹脂狀化合物中用以形成分子間酯 鍵之反應係根據下式所示之反應流程圖進行: -12- (9) (9) COOR1 CH2OH COOR1 1 I I -CH 2 一C ) ( CH 2 一C- ) ( CH 2 —C—4— I I I ch2oh coori ch2oh COOR1 .. CH2OH COOR1
I I I ~~(~~CH 2 一C ) (—CH2 ~C· ) (一CH 2~C—)
I I I
CH2〇H COOR1 CH20H ^OOR1 CH2〇H COOR1
I I I -f~CH 2 2 2 - c+ I ! ! CH2 CO CH?
H+ I I -> 0 0
I I CO ch2 l
1 I I I 十CH 2 —C-H-CH 2 -C-H-CH 2 -C-f
I I I
CH2〇H COOR1 CH2〇H 其中R1係具有前文之定義。 刖述第(2 )類樹脂狀化合物中,形成分子內酯鍵之 反應係根據下式所示之反應流程圖進行:
CH20H COOH CH2——ο——CO
丨 I H+ I I 十CH2 —C-M-CH2 — CH+ -> -f-CH2 —C-4-f-CH2 —CH->- + H20 , I l COOR1 COOR1
其中R1係具有前文定義。 另一方面,於相同樹脂狀化合物中形成分子間酯鍵之 反應係根據下式所示之反應流程圖進行: -13- (10) (10) CH20H COOH I I CH2〇H COOH I 1 1 2 —C-^—(-CH 2 —CH-4- + 1 ~(-ch2—C-M-CH2- 1 —CH— C00R1 COOR1
CH20H COOH
I I —CH 2 —C—^CH 2 —CH—)—
I
CO H+
I 0 + RlOH , 1
CH2 COOH
I I ~~CH 2 —C—)~(—CH2 —CH—)—
I COOR1 其中R1具有前文定義。 前述各種適於作爲成分(B )之樹脂狀化合物可單獨 或視需要兩種或多種結合使用。作爲成分(B )之樹脂狀 化合物具有介於2 0 0 〇至2 0 0 0 0範圍內之重量平均 分子量,或較佳係由4〇〇〇至1 5000 。 雖然本發明A I* F光阻組成物中必要成分僅有前述成 分(A )及(B ),但該A r F光阻組成物可視情況另外 包含作爲成分(C )之交聯劑,其可與成分(b )反應以 於分子內或分子間酯鍵之外另外形成醚鍵,於該光阻層中 層加交聯密度,而改善該經圖型化光阻層之唬型解析度及 剖面輪廓,及該光阻層對抗乾式蝕刻之能力。 各種已知之父聯劑皆可作爲成分(C ),而無特別限 制,選自習用於化學放大負型作用光阻劑組成物。適當之 交聯劑之貫例係包括(1 )具有羥基及/或經院基之脂族 環狀烴基及其含氧之衍生物,諸如2 ’ 3〜二羥基—5 - -14 - (11) 羥甲基原箔烷、2 —羥基一 5 ,6 —雙(羥甲基)原萡烷 、環己烷二甲醇、3 ,4,8 -及3 ,4,9 —三羥基三 環癸烷、2 —甲基一2 —金剛烷醇、1 ,4 一二噁烷一 2 ,3 —二醇、1 ,3 ,5 —三羥基環己烷等,及(2)含 胺基之化合物諸如三聚氰胺、乙醯基鳥嘌呤胺、苯並鳥嘌 呤胺、脲、伸乙基脲及甘脲與甲醛或甲醛與低級醇之組合 物之反應產物’以將胺基轉化成經甲基或低院氧甲基,包 括(尤其是)六甲氧基甲基三聚氰胺、雙甲氧基甲基脲、 雙甲氧基甲基雙甲氧基伸乙基脲、四甲氧基甲基甘脲及四 丁氧基甲基甘尿,其中四丁氧基甲基甘尿特佳,唯此等化 合物中任一種皆可單獨或兩種或多種結合使用。 調配本發明A r F光阻組成物時,成分(A )之用量 係介於每100重量份數成分(B)由〇 · 5至30重量 份數範圍內,或較佳由1至1 0重量份數。當成分(A ) 相對於成分(B )之用量太少時,影像圖型之形成不完全 ’而當其量太大時,難以製備溶液形式之均勻光阻組成物 ’或即使得到該溶液,亦因該化合物於有機溶劑中之溶解 度有限,而使儲存安定性降低。 調配於本發明A r F光阻組成物中時,該視情況使用 之成分(C )的用量係介於每1 0 0重量份數成分(B ) 由1至5 0重量份數間,或較佳之由5至2 0重量份數間 。當該成分(C )之用量太少時,於該光阻層中增加交聯 密度之所需效果無法充分達成,當然’當其量太大時,難 以製備溶液形式之均勻光阻組成物,或即使得到該溶液, -15- (12) 亦因該化合物於有機溶劑中之溶解度有限,而使儲存安定 性降低。 本發明A r F光阻組成物可藉著將特定量之前述成分 (A ) 、 ( B )及視情況使用之(C )均勻溶解於有機溶 劑中而製備。此時可使用各種有機溶劑,包括酮類溶劑, 諸如丙酮、甲基·乙基酮、環己酮、甲基·異戊基_及2 -庚酮,多元醇及其衍生物,諸如乙二醇、乙二醇單乙酸 酯、二(乙二醇)、二(乙二醇)單乙酸酯、丙二醇、丙 二醇單乙酸酯、二(丙二醇)及二(丙二醇)單乙酸酯及 其單甲基醚、單乙基醚、單丙基醚、單丁基醚及單苯基醚 ,環狀醚諸如二噁烷及四氫呋喃、酯類溶劑諸如乳酸甲酯 、乳酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮酸甲 酯、丙酮酸乙酯、甲氧基丙酸甲酯及乙氧基丙酸乙酯及醯 胺類溶劑諸如N,N —二二甲基甲醯胺、N,N —二甲基 乙醯胺及N -甲基- 2 -吡咯啉酮。此等有機溶劑可單獨 或視需要兩種或多種混合使用。 本發明包含前述成分(A ) 、 ( B )及視情況使用之 (C )的A r F光阻組成物當然可視情況另外包含限量之 各種具有相溶混性或相容性之添加劑,諸如作爲該光阻膜 性質之改善劑的輔助樹脂狀化合物、增塑劑、安定劑、著 色劑、界面活性劑等。 使用本發明A r F光阻組成物之微影圖型化方法與使 用習用光阻組成物之方法並無特別不同。即,基材諸如半 導體矽晶圓使用適當之塗佈機諸如旋塗器塗佈本發明溶液 16 (13) 形式之光阻組成物,之後進行乾燥或預烤處理,以形成乾 燥之光阻層,於縮小投影曝光機上,透過具有所需圖型之 光罩幕圖型化曝照光化射線諸如A r F激光雷射光束,之 後進行曝光後之烘烤處理,以形成圖型之潛像。之後,使 用顯影劑驗水溶液諸如1至1 0重量百分比氫氧化四甲基 銨水溶液進行顯影,以產生具有對於該光罩幕具有高保真 度之經圖型化光阻層。 前述微影圖型化法不僅可應用於前述半導體矽晶圓, 亦可應用於任何可使用習用光阻組成物之方法的基材,包 括備有有機或無機材料抗反射塗膜之矽晶圓及玻璃基材。 以下將藉實施例更詳細地描述本發明,然而,絕不限 制本發明範圍。以下描述中, ''份數〃皆表示、'重量份數 製備1 根據以下方式製備以下稱爲聚合物1之α - (羥甲基 )丙烯酸乙酯之均聚物。 因此,藉著將32 · 5克(10 · 25毫升)α -( 羥甲基)丙烯酸乙酯及1 · 6 2克偶氮基雙異丁腈(作爲 聚合起始劑)溶解於2 0 0克四氫呋喃中所製備之聚合混 合物於7 0 °C下於攪拌下加熱3小時,以進行聚合反應。 聚合反應完成之後,聚合混合物倒入1升正庚烷中,使聚 合物沉澱,另重複該再沉澱處理以進一步純化,之後於室 溫下於減壓下乾燥,產生2 0 . 5克乾燥聚合物,其係爲 -17- (14) α -(羥甲基)丙烯酸乙酯之均聚物,重量平均分子量係 爲12500 ,分子量分散度係爲2 · 1 。 製備2 根據以下方式製備以下稱爲聚合物2之α - (羥甲基 )丙烯酸與α -(羥甲基)丙烯酸乙酯之共聚物。 因此,藉著將5 · 1克(0 . 05莫耳)α—(羥甲 基)丙烯酸、26 · 0克(0,20莫耳)α — (羥甲基 )丙烯酸乙酯及1 . 6 2克偶氮基雙異丁腈(作爲聚合起 始劑)溶解於2 0 0克四氫呋喃中所製備之聚合混合物於 7 0 °C下於攪拌下加熱3小時,以進行聚合反應。聚合反 應完成之後,聚合混合物倒入1升正庚烷中,使聚合物沉 澱,另重複該再沉澱處理以進一步純化,之後於室溫下於 減壓下乾燥,產生2 3 . 0克乾燥聚合物,其係爲α -( 羥甲基)丙烯酸與α —(羥甲基)丙烯酸乙酯之共聚物, 重量平均分子量係爲13500,分子量分散度係爲 製備3 根據以下方式製備以下稱爲聚合物3之甲基丙烯酸與 α —(羥甲基)丙烯酸乙酯之共聚物。 因此,藉著將4 . 3克(〇 · 05莫耳)甲基丙烯酸 、26 . 0克(0 · 20莫耳)α — (羥甲基)丙烯酸乙 酯及1 · 6 2克偶氮基雙異丁腈(作爲聚合起始劑)溶解 -18~ (15) 於2 Ο 〇克四氫呋喃中所製備之聚合混合物於7 〇 π下於 攪拌下加熱3小時,以進行聚合反應。聚合反應完成之後 ’聚合混合物倒入1升正庚烷中,使聚合物沉澱,另重複 該再沉澱處理以進一步純化,之後於室溫下於減壓下乾燥 ,產生1 9 . 0克乾燥聚合物,其係爲甲基丙烯酸與α -(羥甲基)丙烯酸乙酯之共聚物,重量平均分子量係爲 1 5 5 0 0,分子量分散度係爲1 · 9。 (15)
製備4 使用與製備3相同之方式製備α -(羥甲基)丙烯酸乙 醋與甲基丙烯酸羧基四環〔4 · 4 · ◦ · 1 2 ’ 5 · 1 7,1 ° 彳十二酯之共聚物,以下稱爲聚合物4,不同處係使用 丄4·5克(0.05莫耳)具有以下結構式之甲基丙烯 酸羧基四環〔4 · 4 · 0 · 1 2 , 5 · 1 7,1。〕十二酯取 代4·3克甲基丙烯酸
ch2 = c — ch3 I
CO ο
COOH 產生2 0 · 2克乾燥聚合物’其係爲甲基丙嫌酸羧基 四環〔4.4.〇.12,5.17,1(3〕十二酯與^一( 經甲基)丙烯酸乙酯之共聚物,重量平均分子量係爲 ]4 0 〇 0,而分子量分散度係爲1 · 8 ° 製備5 (對照例) -19- (16) 根據以下方式製備以下稱爲聚合物5之甲基丙烯酸與 甲基丙烯酸羥乙酯之共聚物。 因此,藉著將4 · 3克(〇 · 〇5莫耳)甲基丙烯酸 、26 · 0克(0 · 20莫耳)甲基丙烯酸羥乙酯及 1 · 6 2克偶氮基雙異丁腈(作爲聚合起始劑)溶解於 2 0 0克四氫呋喃中所製備之聚合混合物於7 0 °C下於攪 拌下加熱3小時,以進行聚合反應。聚合反應完成之後, 聚合混合物倒入1升正庚烷中,使聚合物沉澱,另重複該 再沉澱處理以進一步純化,之後於室溫下於減壓下乾燥, 產生2 0 · 0克乾燥聚合物,其係爲甲基丙烯酸與甲基丙 烯酸羥乙酯之共聚物,重量平均分子量係爲1 1 0 0〇, 分子量分散度係爲1 . 7 5。 製備6 使用與製備5相同之方式製備甲基丙烯酸羥乙酯與甲 基丙烯酸羧基四環〔4 · 4 · 0 · 12, 5 · I7’1。〕十 二酯之共聚物,以下稱爲聚合物6 ,不同處係使用 14.5克(〇·05莫耳)之甲基丙烯酸羧基四環〔 4 · 4 · ◦ · iu,5· iT.u〕十二酯取代 4 · 3 克 甲基丙烯酸’產生1 4 · 0克乾燥聚合物,其係爲甲基丙 烯酸羥乙酯與甲基丙烯酸羧基四環〔 4 · 4 · 〇 ·12,5· I7,1”十二酯之共聚物,重量 平均分子量係爲1 6 0 0 0 ,而分子量分散度係爲2 · 〇 -20- (17) 實施例1 藉著將1 Ο 0份製備1所製備之聚合物1及3份三氟 甲磺酸三苯基硫鏺溶解於6 7 0份丙二醇單甲基醚中’而 製備負型作用光阻溶液。 半導體5夕晶圓使用旋塗器塗佈此種光阻溶液’之後於 1 2 0 °C熱板上乾燥並預烤9 0秒,以形成厚度爲〇 · 5 微米之光阻層。該光阻層係於A r F曝光機(Nikon Co · 製造)上圖型化曝照波長1 9 3毫微米之A r F激光雷射 光束,之後於1 5 0 °C下進行曝光後之烘烤處理歷經3〇 分鐘,之後於2 3 t下使用2 · 3 8重量百分比氫氧化四 甲基銨水溶液進行攪煉顯影處理歷經6 5秒,之後以水淋 洗並乾燥。 使用A 1: F激光雷射光束之曝光劑量係視爲該光阻組 成物之感光靈敏度的量度,以測量是否可使用1 0 0毫焦 耳/厘米2之曝光劑量得到線寬0 . 5 0微米之良好品質 圖型化光阻層。該經圖型化光阻層在掃描式電子顯微相片 上檢視時,該經圖型化光阻層之剖面輪廓不膨脹。 實施例2 實驗方法基本上係與實施例1相同,不同處爲使用同 量之製備2所製備之聚合物2取代聚合物1。 用以量度該光阻組成物之靈敏度的曝光劑量在形成 〇· 4 0線寬之直線圖型化光阻層時係爲7 0毫焦耳/厘 -21- (18) 米。該經圖型化光阻層在掃描式電子顯微相片上檢視時 ,該經圖型化光阻層之剖面輪廓不膨脹。 實施例3 實驗方法基本上係與實施例1相同,不同處爲使用同 量之製備3所製備之聚合物3取代聚合物1。 用以量度該光阻組成物之靈敏度的曝光劑量在形成 0 · 3 0線寬之直線圖型化光阻層時係爲6 8毫焦耳/厘 米2。該經圖型化光阻層在掃描式電子顯微相片上檢視時 ,該經圖型化光阻層之剖面輪廓不膨脹。 實施例4 實驗方法基本上係與實施例1相同,不同處爲該光阻 溶液再摻入1 0份四甲氧基甲基甘尿,於1 0 0 °C下進行 預烘烤處理歷經9 0秒,而該曝光後烘烤處理係於1 2 0 °C下進行9 0秒。 用以量度該光阻組成物之靈敏度的曝光劑量在形成 〇· 3 0線寬之直線圖型化光阻層時係爲9 0毫焦耳/厘 米2。該經圖型化光阻層在掃描式電子顯微相片上檢視時 ,該經圖型化光阻層之剖面輪廓不膨脹。該剖面輪廓稍呈 梯形。 實施例5 實驗方法基本上係與實施例2相同’不同處爲該光阻 -22- (19) 溶液再摻入1 0份四甲氧基甲基甘尿,於l 〇 0°C下進行 預烘烤處理歷經9 0秒,而該曝光後烘烤處理係於1 2〇 °C下進行9 0秒。 用以量度該光阻組成物之靈敏度的曝光劑量在形成 〇· 2 0線寬之直線圖型化光阻層時係爲4 0毫焦耳/厘 米2。該經圖型化光阻層在掃描式電子顯微相片上檢視時 ,該經圖型化光阻層之剖面輪廓不膨脹。該剖面輪廓係爲 直角。 實施例6 實驗方法基本上係與實施例3相同,不同處爲該光阻 溶液再摻入1 0份四甲氧基甲基甘尿,於1 〇 〇°C下進行 預烘烤處理歷經9 0秒,而該曝光後烘烤處理係於1 2 0 °C下進行9 0秒。 用以量度該光阻組成物之靈敏度的曝光劑量在形成 〇· 1 8線寬之直線圖型化光阻層時係爲4 0毫焦耳/厘 米2。該經圖型化光阻層在掃描式電子顯微相片上檢視時 ,該經圖型化光阻層之剖面輪廓不膨脹。該剖面輪廓係爲 直角。 實施例7 實驗方法基本上係與實施例4相同,不同處爲使用同 量之製備4所製備之聚合物4取代聚合物1。 用以量度該光阻組成物之靈敏度的曝光劑量在形成 -23- (20) 〇.2 0線寬之直線圖型化光阻層時係爲3 5毫焦耳/厘 米2。該經圖型化光阻層在掃描式電子顯微相片上檢視時 ,該經圖型化光阻層之剖面輪廓不膨脹。 實施例8 藉著將1 0 0份製備1所製備之聚合物1 、3份三氟 甲磺酸三苯基硫鏺及1 〇份四異丁氧基甲基甘脲溶解於 5 0 0份丙二醇單甲基醚中,而製備負型作用光阻溶液。 半導體矽晶圓使用旋塗器塗佈此種光阻溶液,之後於 1 0 0 °C熱板上乾燥並預烤9 0秒,以形成厚度爲〇 . 5 微米之光阻層。該光阻層係於A r F曝光機(Nikon Co . 製造)上圖型化曝照波長1 9 3毫微米之A r F激光雷射 光束,之後於1 2 0 °C下進行曝光後之烘烤處理歷經9〇 秒鐘,之後於2 3 °C下使用2 . 3 8重量百分比氫氧化四 甲基銨水溶液進行攪煉顯影處理歷經6 5秒,之後以水淋 洗並乾燥。 使用A r F激光雷射光束之曝光劑量係視爲該光阻組 成物之感光靈敏度的量度,以測量是否可使用3 2毫焦耳 /厘米2之曝光劑量得到線寬0 · 2 0微米之良好品質圖 型化光阻層。該經圖型化光阻層在掃描式電子顯微相片上 檢視時,該經圖型化光阻層之剖面輪廓不膨脹。剖面輪廓 係爲完美之直角。 對照例1 24- (21) 貝驗方法基本上與實施例1相同,不同處係使用同量 之製備5所製備之聚合物5取代聚合物丄。 所^之經圖型化光阻層於掃描式電子顯微相片上檢測 其剖面輪廓,發現該光阻層膨脹,而該光阻線之隔離不完 全。 對照例2 貫驗方法基本上與實施例4相同,不同處係使用同量 之製備5所製備之聚合物5取代聚合物1。 用以量度g亥光阻組成物之靈敏度的曝光劑量在形成 〇 . 1 8線寬之直線圖型化光阻層時係爲5 〇毫焦耳/厘 米2 °該經圖型化光阻層之剖面輪廓在掃描式電子顯微相 片上檢視時’發現有膨脹狀態’而該線狀圖型之光阻層之 頂部側向凸出。 對照例3 該光阻溶液係使用與實施例1相同之方式製備,不同 處係使用同量之製備6製備之聚合物6取代聚合物1 ,而 該光阻溶液另外摻有1 0份四甲氧基甲基甘脲。該光阻層 圖型化之方法係於基本上與實施例4相同之條件下進行。 用以量度該光阻組成物之靈敏度的曝光劑量在形成 〇· 2 5線寬之直線圖型化光阻層時係爲7 〇毫焦耳/厘 米2。該經圖型化光阻層之剖面輪廓在掃描式電子顯微相 片上檢視時,發現有膨脹狀態。 -25-
Claims (1)
- (1) 拾、申請專利範圍 1 · 一種用於負型作用光阻組成物之樹脂化合物,其 重量平均分子量範圍爲2000至20000 ,可於酸存 在下而不溶解於鹼水溶液,此樹脂化合物分子中含有至少 一個羥基及至少一個羧基或羧酸酯基而於酸存在下彼此反 應以形成分子間或分子內之酯鍵,使得該樹脂化合物不溶 於鹼水溶液。 2 ·如申請專利範圍第1項之樹脂化合物,其爲丙烯 酸系或甲基丙烯酸系樹脂,其中羥基、羧基及羧酸酯基係 各鍵結於其分子之側鏈上。 3 ·如申請專利範圍第2項之樹脂化合物,其爲選自 α -(羥烷基)丙烯酸與α -(羥烷基)丙烯酸烷酯之單 體的均聚物或共聚物。 4 ·如申請專利範圍第3項之樹脂化合物,其爲α — (羥烷基)丙烯酸與α -(羥烷基)丙烯酸烷酯之共聚物 〇 5 ·如申請專利範圍第2項之樹脂化合物,其爲(a )選自α -(羥烷基)丙烯酸與α -(羥烷基)丙烯酸烷 酯之單體化合物與(b)選自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯 酸烷酯及甲基丙烯酸烷酯之單體化合物的共聚物。 -26 - 柒、(一)、本案指定代表圖為:無 (二)、本代表圖之元件代表符號簡單說明: 门、、捌、本案若有化學式時,請揭示最能顯示發明特徵的化學 式:(此處由本局於收、第93100146號專利申請案。「η QQ每” n WP 文時黏貼條碼)中文說明書修正本 八國93年2门13㈡Ik 735357-2 發明專利分割說明書 又、^ (本申請書各式、順煎粗體字,言_壬意麵,※雲離「滿靑领鶴) ※申請案號:93100146 ※申請曰期·· 88年11月08曰 ※工!^分類: 原申請案號:88119494 專利證書號碼: 壹、發明名稱: (中)用於負型作用光阻組成物之樹脂化合物_ (外)Resinous compound for negative-working photoresist composition 貳、申請人:(共1人) 1.姓名:(中)東京應化工業股份有限公司_ (英)東京応化工業株式会社_ 代表人··(中)1·中根久___ (英)_ 地址:(中)日本國川崎市中原區中九子一五〇番地 (英)__ 國籍:(中英)日本 _mm_ 參、發明人:(共3人) 1. 姓名:(中)羽田英夫_ (英)羽田英夫 地址··(中)日本國神奈川縣平塚市御殿一丁目一九-三八_ (英)_ 2。 姓名:(中)岩井武_ (英)岩井武 地址··(中)日本國神奈川縣相模原市南橋本一丁目四一二五一三〇八 (英)_ 3·姓名:(中)藤村悟史_ (英)藤村悟'史_ 地址:(中)日本國神奈川縣茅y崎市今宿五一六一五_ (英)_—_ 肆、聲明事項: 735357-2 ◎本案申請前已向下列國家(地區)申請專利□主張國際優先權: 【格式請依:受理國家(地區);申請日;申請案號數順序註言己】 1·曰本_; 1998/11/10 ; 10-319645 Μ有主張優先權 2.曰本_; 1999/02/16 ; 11-037847 Μ有主張優先權-2- (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一種負型作用光阻組成物,尤其有關一種 化學放大負型作用光阻組成物,適於在製造各種電子裝置 時使用於微影圖型化,其對於用於圖型化曝光之A r F準 分子雷射光束具有高透明性,可產生具有高圖型解析度之 經精細圖型化之光阻層,該光阻層於顯影溶液中幾乎不膨 脹’而該經圖型化光阻層之直角剖面輪廓優越。 【先前技術】 如同日本專利公告8 - 3 6 3 5及其他所揭示,化學 放大負型作用光阻組成物之基本調配物係已知,包含光敏 性酸產生劑、鹼可溶性樹脂諸如酚醛淸漆樹脂、聚羥基苯 乙烯樹脂等,及胺基樹脂諸如三聚氰胺樹脂、脲樹脂等組 合’其中該光阻層中已曝光區中驗可溶性樹脂成分係於來 自該酸產生劑之酸存在下變成鹼不可溶性。即,鹼可溶性 樹脂與胺基樹脂間藉著與因照射光化射線而產生之酸的相 互作用而進行交聯反應,形成該鹼不溶化樹脂的圖型化潛 像,使用鹼顯影劑顯影,以溶解未曝光區中之光阻層,留 下曝光區中之負型圖型化光阻層。 前述類型之化學放大負型作用光阻組成物(包含酸產 生劑、鹼可溶性樹脂及胺基樹脂)使用曝照光爲i -線紫 外光或波長2 4 8毫微米之K F準分子雷射光束的微影 法中相當令人滿意。然而,近年來,期望採用較短波長之 -5- (2) 曝照光諸如A r F準分子雷射光束,以滿足較高積合度之 半導體裝置製造中對於愈來愈細之圖型的要求,因爲前述 類型之光阻組成物於該種情況下無法完全令人滿意。 目前已有多種方案針對適於使用A r F準分子雷射光 束作爲曝照光之微影圖型化的化學放大負型作用光阻組成 物,以下稱爲A r F光阻,包括(1 )感光性聚合物科學 及技術期刊(Journal of Photopolymer Science and Technology),第 1(3冊,第 4 號,第 57 9 — 584 頁 (1 9 9 7 )中揭示一種組成物,包含一種樹脂基本成分 、一種作爲交聯劑之脂族環狀多元醇及酸產生劑,該樹脂 基本成分是藉著使順丁烯二酸之一羧基酯化而自5 —亞甲 基雙環〔2 · 2 · 1〕一 2 —庚烷及順丁烯二酸之共聚物 所衍生’ (2 ) —種組成物,包含樹脂基本成分,其係爲 於分子的酯部分中具有含環氧基之環狀烴基之第一種丙烯 酸酯與於分子的酯部分中具有含羧基之環狀烴基的第二種 丙烯酸酯之共聚物,倂用交聯劑及酸產生劑,各與前述揭 示於感光性聚合物科學及技術期刊,第1 1冊,第3號, 第507 — 512頁(1998)者相同,及(3) —種 組成物,包含樹脂基本成分,其係爲於分子的酯部分中具 有含羥基之環狀烴基之第一種丙烯酸酯與於分子的酯部分 中具有含羧基之環狀烴基的第二種丙烯酸酯之共聚物,倂 用交聯劑及酸產生劑,各與前述揭示於SPIE Advance in Resist Technology and Processing XIV,第 3 3 3 3 冊, 第417 — 424頁(1998)者相同。 -6 - (3) 前述A r F光阻之特色係爲了增加基本樹脂對於該 A r F準分子雷射光束之透明度並爲了得到該樹脂之驗溶 解性’該樹脂係藉著導入易交聯之含羧基之多環煙基並導 入環氧基及醇經基於該樹脂中加以修飾,以增加交聯能力 〇 雖然,前述類型A r F光阻組成物中,可藉著該樹脂 成分與該交聯劑於藉著照射A r F準分子雷射光束所產生 的酸存在下經由酯鍵或醚鍵進行交聯反應,而形成經負型 圖型化之光阻層,但曝光區中之光阻組成物仍含有殘留未 交聯之羧基及醇羥基,使得該曝光區光阻層於使用鹼顯影 劑溶液進行顯影處理時或多或少地膨脹,導致在剖面輪廓 中產生不期望之具有圓形肩部的經圖型化光阻層,而無法 確保該經圖型化光阻層之高品質。 【發明內容】 於習用A r F光阻之前述問題下,本發明之目的係提 出一種化學放大負型作用光阻組成物,其對於A r F準分 子雷射光束具有高透明性,可產生在鹼顯影劑溶液中具有 極低膨脹性且具有優越之直角剖面輪廓之高解析度經圖型 化光阻層。 因此,本發明提出一種鹼可顯影化學放大負型作用光 阻組成物,其包含於有機溶劑中呈均勻溶液形式之以下成 分: (A ) —種可藉著照射光化射線而釋出酸之化合物; (4) 及 (B ) —種樹脂化合物,可藉著與酸相互作用而不溶 解於鹼水溶液,該作爲成分(B )之樹脂化合物,分子中 具有兩種官能基,可於酸存在下藉著脫水或脫醇化而彼此 反應以形成酯鍵,使得該樹脂化合物不溶於鹼水溶液。 作爲成分(B )之樹脂化合物尤其於分子中合倂具有 一羥烷基及一羧基或羧酸酯基作爲該兩種形成酯鍵之官能 基。 【實施方式】 如前文所述,本發明A 1: F光阻最具特色之成分係爲 成分(B )樹脂化合物,其分子中具有兩種官能基(諸如 羥烷基及羧基或羧酸酯基之組合),而此兩種官能基可藉 著脫水或脫醇化反應以形成分子間或分子內酯鍵,使得該 樹脂化合物不溶於鹼水溶液,僅留下少量造成曝光區光阻 層膨脹之未反應之醇羥基、羧基及羧酸酯基。 本發明A r F光阻組成物中之成分(A )係所謂之光 敏性酸產生劑,其係爲一種可在照射光化射線諸如A r F 準分子雷射光束時分解而釋出酸之化合物。該化合物並無 特別限制,可爲任何選自調配於先前技藝化學放大負型作 用光阻組成物中之習用酸產生劑,其中以分子中具有烷基 或鹵化烷基之磺酸離子作爲陰離子的鑰鹽化合物爲佳。 前述鎰鹽化合物中之相對陽離子較佳係選自苯基碘_ 及苯基硫鏺之離子,其可視情況經低烷基(諸如甲基、乙 (5) 基、丙基、正丁基及第三丁基)及低烷氧基(諸如甲氧基 及乙氧基)所取代,及二甲基(4 -羥基萘基)硫鏺。 該鑰鹽化合物中之陰離子以具有1至1 〇個碳原子而 部分或所有氫原子經氟原子所取代之氟院基礎酸離子爲佳 。尤其,從磺酸的酸強度而言,以全氟烷基磺酸離子爲較 佳,因爲磺酸之酸強度隨著該氟院基中碳原子數之減少且 隨著該烷基之氟化程度(即被氟原子置換之氫原子的比例 )的減低而降低。 適於作爲成分(A )之鏺鹽化合物之特例包括三氟甲 烷磺酸及九氟丁烷磺酸之二苯基碘鑰鹽、三氟甲烷磺酸及 九氟丁烷磺酸之雙(4 -第三丁基苯基)碘鑰鹽、三氟甲 烷磺酸及九氟丁烷磺酸之三苯基硫鑰鹽、三氟甲烷磺酸及 九氟丁烷磺酸之三(4 -甲基苯基)硫鐵鹽、三氟甲烷磺 酸及九氟丁烷磺酸之二甲基(4 -羥基萘基)硫鑰鹽等, 其可單獨使用或視需要以兩種或多種組合使用。 於本發明A r F光阻組成物中與前述成分(A )組合 使用之成分(B )係爲可於酸存在下不溶於鹼水溶液中之 基本樹脂成分。該樹脂分子內具有兩種官能基,可於藉著 照射光化射線而自成分(A )產生之酸存在下彼此反應, 而藉由脫水或脫醇化反應以形成酯鍵,而使該樹脂不溶於 鹼水溶液中。 前述兩種可彼此反應以形成酯鍵之官能基可藉著例如 結合羥基及羧基或羧酸酯基而提供,係藉脫水反應或脫醇 化反應形成酯鍵。 -9 - (6) δ亥樹脂化合物係包括聚合物分子主鏈上有羥烷基及羧 基及/或羧酸酯基爲側鏈的樹脂。適於在本發明A r F光阻組成物中作爲成分(Β )之 較佳樹脂化合物的特例包括(1 ) 一或多種選自α 一(羥 院基)丙烯酸及/或其烷基酯之單體的均聚物及共聚物及 (2)選自α -(羥烷基)丙烯酸及其烷基酯之單體 )及選自其他乙稀系不飽和竣酸及其酯之單體(b )的共 聚物。 前述第(1 )類聚合物樹脂宜爲α -(羥烷基)丙烯 酸與α -(羥烷基)丙烯酸之烷基酯的共聚物。用於形成 前述第(2 )類聚合物樹脂而作爲共聚單體(b )之乙烯 系不飽和羧酸或其酯係包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸 烷基酯及甲基丙烯酸烷基酯。前述α —(羥烷基)丙烯酸及其烷基酯中之羥烷基的 實例有低羥烷基,諸如羥甲基、羥乙基、羥丙基及羥丁基 ,其中以羥甲基及羥乙基較佳,因其形成酯鍵之反應性良 好。 形成α -(羥烷基)丙烯酸之烷基酯的烷基實例係爲 具有1至5個碳原子之低烷基,諸如甲基、乙基、丙基、 異丙基、正丁基、第二丁基、第三丁基、及戊基;及交聯 之多環烴基,諸如雙環〔2 · 2 · 1〕庚基、萡基、金剛 烷基、四環〔4 · 4 · Ο ·1 2,5· I7,1。〕十二基及 三環〔5 · 2 · 1 · 02 6〕癸基。形成醋之丨兀基爲經乂 聯多環烴基之烷基酯單體因使該光阻組成物具有改善之耐 -10- (7) 乾式触刻性而具有優勢。另一方面’因爲用以形成院基酯 之醇化合物的平價性,故以低烷基諸如甲基、乙基、丙基 及丁基爲較佳° 然而,當單體中形成殘酸g旨基之'院基係爲低丨完基時’ 如同羧基一樣’此羧酸_ S @ 1亥羶$完*有* & # t R應、彳生’ 以形成酯鍵,而作爲該酯單體之g旨形成基的經交聯多環烴 基對於形成酯鍵較不具反應性’故當期望於作爲成分(B )之樹脂化合物中導入經交聯之多環烴基日寺’該樹脂化合 物較佳亦具有成爲該分子之側鏈的羧基。 作爲形成前述第(2 )類共聚樹脂化合物之共聚單體 (b )的乙烯系不飽和羧酸或其酯之實例係爲不飽和羧酸 諸,如丙烯酸、甲基丙烯酸、順丁烯二酸及反丁烯二酸; 及其院基醋,諸如甲基酯、乙基醋、丙基酯、異丙基醋、 正丁基酯、異丁基酯、正己基酯及辛基酯。酯形成基團係 爲經交聯多環烴基諸如雙環〔2 · 2 · 1〕庚基、萡基、 金剛烷基、四環〔4 · 4 · 0 · 1 2 ’ 5 · 1 7,1 °〕十二 基及三環〔5 · 2 · 1 · 02’ 6〕癸基之丙烯酸酯及甲基 丙烯酸酯單體亦可作爲共聚單體(b)。 前述各種單體中較佳者係爲(甲基)丙烯酸之低烷基 酯諸如甲基酯、乙基酯、丙基酯及丁基酯,因其平價且取 得性良好。 作爲成分(B )之前述第(2 )類樹脂化合物中,自 共聚單體(a )衍生之單體單元及自共聚單體(b )衍生 之單體單元之重量比係由2 0 : 8 0至9 0 : 1 0 ,以由 -11 - (8) 5 0 : 5 0主8 5 : 1 5爲佳,以確保對於形成分子間或 分子內酯鍵具有良好反應性,使得該A r F光阻組成物可 產生優越之光阻圖型。 其次’藉具體例描述形成分子內或分子間酯鍵之脫水 及脫醇化反應。 前述第(1 )類均聚物或共聚物中,根據下式所示之 反應圖而於酸存在下形成分子內環狀酯鍵: COOR1 ch2 oh coor1 I I I —f-CH2 —C—f-( CH2 —C-+ ( -CH2 —CH— I I I ch2 oh coor1 ch2 oh + H CH R o o c——c——c H H c o c ——c — c 2 H o H c o H i o o 1 H c I c I c + H o R1 2 其中R 1係爲氫原子或酯形成基團,諸如低烷基,例如甲 基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、第三丁基 及戊基,及經交聯之多環烴基,例如雙環〔2 · 2 · 1〕 庚基、萡基、金剛烷基、四環〔4 · 4 · Q · 1 2 ’ 5 · 1 7 ’ ^ 〇 〕十二基及三環〔5 · 2 · 1 · Ο2,6〕癸基,可單獨或 兩種或多種組合於分子中。 另一方面,於相同樹脂化合物中用以形成分子間酯鍵 之反應係根據下式所示之反應圖進行:-12- (9) COOR1 ch2oh coor1 coor1 ch2oh coor1 III III —f—CH2-C——CH2~C——CH2—c—)— 十一f—CH2 —C—H一—CH〗一C—^一 III III ch2〇h coor1 ch2oh ch2oh coor1 ch2oh COOR1 ch2oh 1 COOR1 1 1 —{-ch2 c-H-1 1 -CH2~C-H-CH2 1 I 1 ch2 1 CO 1 ch2 H+ 1 1 1 -> 0 1 0 1 0 1 + 2Κι0Ά 1 CO 1 ch2 1 1 CO 1 1 ~f~CH2 c—H~ 1 1 -CH2-C->f-CH2 1 1 「C—)— 1 CH2OH COOR1 CH2〇H其中R 1係具有則文所述之相同定義。 前述第(2 )類樹脂化合物中,形成分子內酯鍵之反 應係根據下式所示之反應圖進行: CH20H C00H I I —(—CH 2 — C —)~(~~CH 2 CH ~~)^ I COOR1 CH2——〇-CQ I I -f-CH2一C-^~CH2一CH->- + H20, I COOR1其中R1係具有前文所述之相同定義。 另一方面,於相同樹脂化合物中形成分子間酯鍵之反 應係根據下式所示之反應圖進行: -13- (10) ch2oh cooh I I ~f-CH2 —C+ (-CH 2—CH-^- I COOR1 ch2oh cooh I I —(—CH2 —~(—CH2 —ch— I COOR1 CH20H COOH I I * -f-CH 2 —C ) {—CH 2 一CH-)— I CO + RlOH , COOH I CH2——CH—0 I ch2 —(-ch2—c->-f I COOR1 其中R1具有前文所述之相同定義。 前述各種適於作爲成分(B )之樹脂化合物可單獨或 視需要以兩種或多種結合使用。作爲成分(B )之樹脂化 合物具有介於2 0 0 〇至2 0 0 0 0範圍內之重量平均分 子量’或較佳係由4000至1 5〇0〇。雖然本發明A r F光阻組成物中必要成分僅有前述成 分(A )及(B ),但該A I* F光阻組成物可視情況另外 包含作爲成分(C )之交聯劑,其可與成分(b )反應以 於分子內或分子間酯鍵之外另外形成醚鍵,於該光阻層中 增加交聯密度,而改善該經圖型化光阻層之圖型解析度與 剖面輪廓,以及該光阻層對抗乾式蝕刻之能力。 各種已知之交聯劑皆可作爲成分(C ),而無特別限 制’選自習用於化學放大負型作用光阻組成物者。適當之 交聯劑之實例係包括(1 )具有羥基及/或羥烷基之脂族 環狀烴及其含氧之衍生物,諸如2 ,3 -二經基一 5 —經 -14- (11) 甲基原萡烷、2 —羥基一 5 ,6 —雙(羥甲基)原萡烷、 環己烷二甲醇、3 ,4,8 —及3 ,4 ,9 一三羥基三環 癸烷、2 —甲基—2 —金剛烷醇、1 ’ 4 一二噁烷一2 , 3 —二醇、1 ,3 ,5 —三羥基環己烷等,及(2 )含胺 基之化合物(諸如三聚氰胺、乙醯基鳥嘌呤胺、苯並鳥嘌 呤胺、脲、伸乙基脲及甘脲)與甲醛或甲醛與低級醇之組 合的反應產物,以將胺基之氫原子轉化成羥甲基或低烷氧 甲基,包括(尤其是)六甲氧基甲基三聚氰胺、雙甲氧基 甲基脲、雙甲氧基甲基雙甲氧基伸乙基脲、肆甲氧基甲基 甘脲及肆丁氧基甲基甘尿,其中肆丁氧基甲基甘尿特佳, 唯此等化合物中任一種皆可單獨使用或以兩種或多種結合 使用。 調配本發明A r F光阻組成物時,成分(A )之用量 以每100重量份數成分(B)計介於〇 · 5至30重量 份數範圍內’或較佳爲1至1 〇重量份數。當成分(A) 相對於成分(B )之用量太少時,影像圖型之形成不完全 ’而S其Μ太大時,在製備溶液形式之均勻光阻組成物時 會有困難’或者即使得到該溶液,亦因該化合物於有機溶 劑中之溶解度有限,而使儲存安定性降低。 視情況調配於本發明A r F光阻組成物中之成分(C )的用量以每1 〇 〇重量份數成分(B )計介於1至5 0 重量份數之間’或較佳爲5至2 〇重量份數之間。當該成 分(C )之用量太少時,於該光阻層中增加交聯密度之所 需效果無法充分達成,當其量太大時,在製備溶液形式之 -15- (12) 均勻光阻組成物時會有困難,或者即使得到該溶液,亦有 儲存安定性降低的問題。 本發明A r F光阻組成物可藉著將特定量之前述成分 (A ) 、( B )及視情況使用之(C )均勻溶解於有機溶 劑中而製備。此時可使用各種有機溶劑,包括酮類溶劑, 諸如丙酮、甲基乙基酮、環己酮、甲基異戊基酮及2 -庚 酮;多元醇及其衍生物,諸如乙二醇、乙二醇單乙酸酯、 二(乙二醇)、二(乙二醇)單乙酸酯、丙二醇、丙二醇 單乙酸酯、二(丙二醇)及二(丙二醇)單乙酸酯及其單 甲基醚、單乙基醚、單丙基醚、單丁基醚及單苯基醚;環 狀醚,諸如二噁烷及四氫呋喃;酯類溶劑,諸如乳酸甲酯 、乳酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮酸甲 酯、丙酮酸乙酯、甲氧基丙酸甲酯及乙氧基丙酸乙酯;及 醯胺類溶劑,諸如N,N —二甲基甲醯胺、N,N —二甲 基乙醯胺及N -甲基- 2 -吡咯啉酮。此等有機溶劑可單 獨使用或視需要以兩種或多種混合使用。 本發明包含前述成分(A ) 、( B )及視情況使用之 (C )的A r F光阻組成物當然可視情況另外包含限量之 各種具有相溶混性或相容性之添加劑,諸如作爲該光阻膜 性質之改善劑的輔助樹脂化合物、增塑劑、安定劑、著色 劑、界面活性劑等。 使用本發明A r F光阻組成物之微影圖型化方法與使 用習用光阻組成物之方法並無特別不同。即,將諸如半導 體5夕晶圓之基材使用適當之塗佈機(諸如旋塗器)塗佈本 • 16。 (13) 發明溶液形式之光阻組成物,之後進行乾燥或預烤處理, 以形成乾燥之光阻層,於縮小投影曝光機上,透過具有所 需圖型之光罩幕圖型化曝照光化射線諸如A I* F準分子雷 射光束,之後進行曝光後之烘烤處理,以形成圖型之潛像 。之後,使用顯影劑鹼水溶液諸如1至1 〇重量百分比氫 氧化四甲基銨水溶液進行顯影,以產生具有對於該光罩幕 具有高保真度之經圖型化光阻層。 前述微影圖型化法不僅可應用於前述半導體矽晶圓, 亦可應用於任何可使用習用光阻組成物之方法的基材,包 括備有有機或無機材料抗反射塗膜之矽晶圓及玻璃基材。 以下將藉實施例更詳細地描述本發明,然而,絕不限 制本發明範圍。以下描述中,、份數〃皆表示 '、重量份數 製備1 根據以下方式製備以下稱爲聚合物1之α — (羥甲基 )丙烯酸乙酯之均聚物。 因此,藉著將32 · 5克(10 · 25毫升)α—( 羥甲基)丙烯酸乙酯及1 · 6 2克偶氮基雙異丁腈(作爲 聚合起始劑)溶解於2 0 0克四氫呋喃中所製備之聚合混 合物於7 0 °C下於攪拌下加熱3小時,以進行聚合反應。 聚合反應完成之後,把聚合混合物倒入1升正庚烷中,使 聚合物沉澱,重複該再沉澱處理以進一步純化該聚合物, 之後於室溫下於減壓下乾燥,產生2 0 . 5克乾燥聚合物 -17- (14) ,其係爲α — (羥甲基)丙烯酸乙酯之均聚物,重量平均 分子量係爲1 2 5 0 〇,分子量分散度係爲2 · 1。 製備2 根據以下方式製備以下稱爲聚合物2之α -(羥甲基 )丙烯酸與α -(羥甲基)丙烯酸乙酯之共聚物。 因此,藉著將5 . 1克(0 · 05莫耳)α —(羥甲 基)丙烯酸、26 · 〇克(0 · 20莫耳)α —(羥甲基 )丙烯酸乙酯及1 · 6 2克偶氮基雙異丁腈(作爲聚合起 始劑)溶解於2 0 0克四氫呋喃中所製備之聚合混合物於 7 0 t下於攪拌下加熱3小時,以進行聚合反應。聚合反 應完成之後,把聚合混合物倒入1升正庚烷中,使聚合物 沉澱,重複該再沉澱處理以進一步純化該聚合物,之後於 室溫下於減壓下乾燥,產生2 3 · 0克乾燥聚合物,其係 爲α - (羥甲基)丙烯酸與α —(羥甲基)丙烯酸乙酯之 共聚物,重量平均分子量係爲1 3 5 0 0,分子量分散度 係爲2 . 2。 製備3 根據以下方式製備以下稱爲聚合物3之甲基丙靖酸與 α一(羥甲基)丙烯酸乙酯之共聚物。 因此,藉著將4 . 3克(0 · 05莫耳)甲基丙烯酸 、26 · 0克(0 · 20莫耳)α — (羥甲基)丙烯酸乙 酯及1 · 6 2克偶氮基雙異丁腈(作爲聚合起始劑)溶解 -18 - (15) 於2 Ο 0克四氫呋喃中所製備之聚合混合物於7 〇。(:下於 攪拌下加熱3小時’以進行聚合反應。聚合反應完成之後 ’把聚合混合物倒入1升正庚烷中,使聚合物沉澱,重複 該再沉澱處理以進一步純化該聚合物,之後於室溫下於減 壓下乾燥,產生1 9 · 〇克乾燥聚合物,其係爲甲基丙烯 酸與α -(羥甲基)丙烯酸乙酯之共聚物,重量平均分子 量係爲15500,分子量分散度係爲1 · 9。製備4 使用與製備3大致相同之方式製備α -(經甲基)丙μ 酸乙酯與甲基丙烯酸羧基四環〔4 · 4 · 〇 · 12,5 . 1 7 ’ 1 ^〕十二酯之共聚物,以下稱爲聚合物4 ,不同處 係使用14 · 5克(0 · 05莫耳)具有以下,結構式之甲 基丙烯酸羧基四環〔4 · 4 · 0 · I2’5· 十 二酯取代4 · 3克甲基丙烯酸而產生20.2克乾燥聚合物’其係爲甲基丙変殘 基四環〔4·4·0 ·12,5·17、1Q〕十二酯與“— (羥甲基)丙烯酸乙酯之共聚物’重量平均分子量係爲 1 4000,而分子量分散度係爲1 · 8。 製備5 (對照) -19- (16) 根據以下方式製備以下稱爲聚合物5之甲基丙燒酸與 甲基丙烯酸羥乙酯之共聚物。 因此’藉著將4 · 3克(0 · 〇5莫耳)甲基丙烯酸 、26 . 0克(〇 · 20莫耳)甲基丙烯酸羥乙酯及 1 · 6 2克偶氮基雙異丁腈(作爲聚合起始劑)溶解於 2 0 〇克四氫呋喃中所製備之聚合混合物於7 0 °C下於攪 拌下加熱3小時,以進行聚合反應。聚合反應完成之後, 把聚合混合物倒入1升正庚院中,使聚合物沉澱,聚合物 以過濾方式加以收集,並於室溫下於減壓下乾燥,產生 2 0 · 0克乾燥聚合物,其係爲甲基丙烯酸與甲基丙烯酸 羥乙酯之共聚物,重量平均分子量係爲丨i 〇 〇 〇,分子 量分散度係爲1 . 7 5。 製備6 (對照) 使用與製備5大致相同之方式製備甲基丙烯酸羥乙酯 與甲基丙烯酸羧基四環〔4 · 4 · 0 · I2’5· 17’1Q 〕十二酯之共聚物,以下稱爲聚合物6 ,不同處係使用1 4 · 5克(0 · 05莫耳)之甲基丙烯酸羧基四環〔4· 4 · 0 · I2’5· 17,1Q〕十二酯取代4 · 3克甲基丙 烯酸,產生1 4 . 0克乾燥聚合物,其係爲甲基丙烯酸羥 乙酯與甲基丙烯酸羧基四環〔4 · 4 · 0 · I2’5· 17’1()〕十二酯之共聚物,重量平均分子量係爲 16000 ,而分子量分散度係爲2 . 0。 -20- (17) 實施例1 耢者將1 Ο 0份製備1所製備之聚合物1及3份二氟 甲磺酸三苯基硫鏺溶解於6 7 0份丙二醇單甲基醚中,而 製備負型作用光阻溶液。 半導體砂晶圓使用旋塗器塗佈此種光阻溶液,之後於 1 2 0 °c熱板上乾燥並預烤9 0秒,以形成厚度爲〇 · 5 微米之光阻層。該光阻層係於A r F曝光機(Nikon Co. 製造)上圖型化曝照波長1 9 3毫微米之A r F準分子雷 射光束,之後於1 5 0 °C下進行曝光後之烘烤處理歷經 3 0分鐘’之後於2 3 °C下使用2 · 3 8重量百分比氫氧 化四甲基錢水溶液進行攪煉顯影處理(p u d d 1 e development treatment )歷經6 5秒,之後以水淋洗3 0 秒並乾燥。 使用A r F準分子雷射光束之曝光劑量係視爲該光阻 組成物之感光靈敏度的量度,以測量是否可使用1 〇 〇毫 焦耳/厘米2之曝光劑量得到線寬〇 . 5 0微米之良好品 質圖型化光阻層。該經圖型化光阻層在掃描式電子顯微相 片上檢視時’該經圖型化光阻層之剖面輪廓不膨脹。 實施例2 實驗方法基本上係與實施例1相同,不同處爲使用同 量之製備2所製備之聚合物2取代聚合物1。 用以量度該光阻組成物之靈敏度的曝光劑量在形成 〇· 4 0微米線寬之直線圖型化光阻層時係爲7 〇毫焦耳 -21 - (18) /厘米2。該經圖型化光阻層在掃描式電子顯微相片上檢 視時,該經圖型化光阻層之剖面輪廓不膨脹。 實施例3 實驗方法基本上係與實施例1相同,不同處爲使用同 量之製備3所製備之聚合物3取代聚合物1。 用以量度該光阻組成物之靈敏度的曝光劑量在形成 0 . 3 0微米線寬之直線圖型化光阻層時係爲6 8毫焦耳 /厘米2。該經圖型化光阻層在掃描式電子顯微相片上檢 視時,該經圖型化光阻層之剖面輪廓不膨脹。 實施例4 實驗方法基本上係與實施例1相同,不同處爲該光阻 溶液再摻混1 0份肆甲氧基甲基甘脲,於1 0 0 °C下進行 預烘烤處理歷經9 0秒,而該曝光後烘烤處理係於1 2 0 °C下進行9 0秒。 用以量度該光阻組成物之靈敏度的曝光劑量在形成 0 . 3 0微米線寬之直線圖型化光阻層時係爲9 0毫焦耳 /厘米2。該經圖型化光阻層在掃描式電子顯微相片上檢 視時,該經圖型化光阻層之剖面輪廓不膨脹。該剖面輪廓 稍呈梯形。 實施例5 實驗方法基本上係與實施例2相同,不同處爲該光阻 -22- (19) 溶液再摻混1 〇份肆甲氧基甲基甘脲,於1 Ο 〇 C下進行 預烘烤處理歷經9 0秒,而該曝光後烘烤處理係於1 2 〇 °C下進行9 0秒。 用以量度該光阻組成物之靈敏度的曝光劑量在形成 0 . 2 0微米線寬之直線圖型化光阻層時係爲4 〇毫焦耳 /厘米。該經圖型化光阻層在掃描式電子顯微相片上檢 視時’該經圖型化光阻層之剖面輪廓不膨脹。該剖面輪廓 係爲直角。 實施例6 實驗方法基本上係與實施例3相同,不同處爲該光阻 溶液再摻混1 0份肆甲氧基甲基甘脲,於1 〇 〇 °C下進行 預烘烤處理歷經9 0秒,而該曝光後烘烤處理係於1 2 0 °C下進行9 0秒。 用以量度該光阻組成物之靈敏度的曝光劑量在形成 〇· 1 8微米線寬之直線圖型化光阻層時係爲4 0毫焦耳 /厘米2。該經圖型化光阻層在掃描式電子顯微相片上檢 視時,該經圖型化光阻層之剖面輪廓不膨脹。該剖面輪廓 係爲直角。 實施例7 實驗方法基本上係與實施例4相同,不同處爲使用同 量之製備4所製備之聚合物4取代聚合物1。 用以量度該光阻組成物之靈敏度的曝光劑量在形成 -23- (20) 〇 . 2 0微米線寬之直線圖型化光阻層時係爲3 5毫焦耳 /厘米2。該經圖型化光阻層在掃描式電子顯微相片上檢 視時,該經圖型化光阻層之剖面輪廓不膨脹。 實施例8 藉著將1 0 0份製備1所製備之聚合物1 ' 3份三氟 甲磺酸三苯基硫鑰及1 0份肆丁氧基甲基甘脲溶解於5 0 〇份丙二醇單甲基醚中,而製備負型作用光阻溶液。 半導體矽晶圓使用旋塗器塗佈此種光阻溶液,之後於 1 〇 0 °C熱板上乾燥並預烤9 0秒,以形成厚度爲0 · 5 微米之光阻層。該光阻層係於A r F曝光機(Nikon Co · 製造)上圖型化曝照波長1 9 3毫微米之A r F準分子雷 射光束,之後於1 2 0 °C下進行曝光後之烘烤處理歷經 9〇秒鐘,之後於2 3 °C下使用2 · 3 8重量百分比氫氧 化四甲基銨水溶液進行攪煉顯影處理歷經6 5秒,之後以 水淋洗3 0秒並乾燥。 使用A r F準分子雷射光束之曝光劑量係視爲該光阻 組成物之感光靈敏度的量度,以測量是否可使用3 2毫焦 耳/厘米2之曝光劑量得到線寬0 · 2 0微米之良好品質 圖型化光阻層。該經圖型化光阻層在掃描式電子顯微相片 上檢視時,該經圖型化光阻層之剖面輪廓不膨脹。剖面輪 廓係爲完美之直角。 對照例1 -24- (21) 貝驗方法基本上與實施例丨相同,不同處係使用同量 之製備5所製備之聚合物5取代聚合物丄。 所得之經圖型化光阻層於掃描式電子顯微相片上檢測 其剖面輪廓,發現該光阻層膨脹,而該光阻線之隔離不完 全。 對照例2 實驗方法基本上與實施例4相同,不同處係使用同量 之聚合物5取代聚合物1。 用以量度該光阻組成物之靈敏度的曝光劑量在形成 0 · 1 8微米線寬之直線圖型化光阻層時係爲5 〇毫焦耳 /厘米2。該經圖型化光阻層之剖面輪廓在掃描式電子顯 微相片上檢視時’發現有膨脹狀態,而該線狀圖型之光阻 層之頂部側向凸出。 對照例3 光阻溶液係使用與實施例1相同之配方製備,不同處 係使用同量之製備6製備之聚合物6取代聚合物1 ,而該 光阻溶液另外摻有1 〇份肆甲氧基甲基甘脲。該光阻層圖 型化之方法係於基本上與實施例4相同之條件下進行。 用以量度該光阻組成物之靈敏度的曝光劑量在形成 0 . 2 5微米線寬之直線圖型化光阻層時係爲7 0毫焦耳 /厘米2。該經圖型化光阻層之剖面輪廓在掃描式電子顯 微相片上檢視時,發現有膨脹狀態。 -25- 伍、中文發明摘要 發明之名稱:用於負型作用光阻組成物之樹脂化合物 揭示一種化學放大負型作用光阻組成物,於製造半導 體裝置時使用於微影圖型化,適於在A r F準分子雷射光 束下進行圖型化曝光,可藉鹼顯影而產生不膨脹且具有正 直角剖面輪廓之經高解析圖型化之光阻層。該組成物之特 色成分係爲該樹脂化合物,具有兩種官能基例如羥烷基及 羧基或羧酸酯基,可於自光敏性酸產生劑釋出之酸存在下 彼此反應以形成分子內及/或分子間酯鍵,而使該樹脂成 分不可溶於鹼顯影劑溶液中。 陸、英文發明摘要 發明之名稱:RESINOUS COMPOUND FOR NEGATIVE-WORKING PHOTORESIST COMPOSITION Discl'〇sed is a chemical-amplification negative-working photoresist composition used for photolithographic patterning in the manufacture of semiconductor devices suitable for patterning light-exposure to ArF excimer laser beams and capable of giving a high-resolution patterned resist layer free from swelling and having an orthogonal cross sections 1 profile by alkali-development. The characteristic ingredient 〇f the composition is the resinous compound which has two types of functional groups,, e. g. f hydroxyalky 1 groups and carboxyl or carboxyl ate ester groups, capable of reacting each with the other to form intramolecular and/,or intermolecular ester linkages in the presence of an acid released from the radiation-sensitive acid generating agent to cause insolubilization of the resinous ingredient in an aqueous alkaline developer solution. (1) 拾、申請專利範圍 · 1 · 一種用於負型作用光阻組成物之樹脂化合物,其 · 重量平均分子量範圍爲2000至20000,可於酸存 在下而不溶解於鹼水溶液,此樹脂化合物分子中含有至少 . 一個羥基及至少一個羧基或羧酸酯基而於酸存在下彼此反 應以形成分子間或分子內之酯鍵,使得該樹脂化合物不溶 於鹼水溶液。 2 ·如申請專利範圍第1項之樹脂化合物,其爲丙烯 # 酸系或甲基丙烯酸系樹脂,其中羥基、羧基及羧酸酯基係 各鍵結於其分子之側鏈上。 _ 3 ·如申請專利範圍第2項之樹脂化合物,其爲選自 α -(羥烷基)丙烯酸與α —(羥烷基)丙烯酸烷酯之單 體的均聚物或共聚物。 4 ·如申請專利範圍第3項之樹脂化合物,其爲α — (羥烷基)丙烯酸與α -(羥烷基)丙烯酸烷酯之共聚物5 ·如申請專利範圍第2項之樹脂化合物,其爲(a )選自α -(羥烷基)丙烯酸與α -(羥烷基)丙烯酸烷 酯之單體化合物與(b)選自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯 酸烷酯及甲基丙烯酸烷酯之單體化合物的共聚物。 .26 . 柒、(一)、本案指 (二)、本代表 Μ y\\\ 定代表圖為:無 圖之元件代表符號簡單說明: 式時,請揭示最能顯示發明特徵的化學 捌、本案若有化學 式·· fte ^ \ w
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