化學增強的光刻膠的製作方法
2023-09-21 06:13:10 1
專利名稱：化學增強的光刻膠的製作方法
技術領域：
本發明涉及化學增強的光刻膠，它包括一種脂環丙烯酸(alicyclicacrylic polymer)聚合物和一種光酸發生劑(photoacid generator)，並加入一種芳環樹脂。它可被用作正膠，例如應用於圖形生成，其中這種正膠形成於半導體基片上，經一塊掩模或一塊原版受到ArF雷射器發射光的曝光，經過PEB(曝光後烘烤)處理，並用顯影劑顯影。
在常規的光刻技術中，主要使用溶解性被抑制的正膠；其中使用了酚醛清漆聚合物作為基質聚合物， 加入萘醌二疊氮基(naphthoquinonediazido)作為對g-譜線(436nm)或i-譜線(365nm)曝光的感光劑。但隨著半導體集成電路精細刻蝕的發展，需要使用遠紫外線例如248nm或193nm的雷射的光刻方法。對於受激發射的雷射，上述常規的光刻膠並不適用，這是由於需與其過分增強的光靈敏度一起獲得良好的光刻膠圖形，它的光吸收太強了。因而，人們提出了使用酸催化劑感光的化學增強的光刻膠，該酸催化劑得自光酸發生劑(下文稱作PAG)，並開始擴展成短波長光刻或電子束刻蝕所需高靈敏度的光刻膠。
但是，應用于波長為193nm的ArF雷射曝光的光刻方法中光刻膠就存在嚴重的光吸收問題，因而光刻膠材料中各組分的使用受到了嚴格的根制。對於用於ArF雷射的化學增強的光刻膠來說，已提出了兩組分的由不存在光吸收的問題的脂環丙烯酸聚合物和一種PAG組成的正膠(例如，請參閱Nakano等，「positive Chemically Amplified Resistfor ArF Excimer Laser Lithography Composed of a Novel TransparentPhotoacid Generator and an Alicyclic Terpolymer」，Proceedingsof the Society of Photo-optical Instrumentation Engineers，Vol.2438，pp.433-444)。但是，這種兩組分正膠並不實用，因為它有低的熱穩定性，並且對於在一層基底膜上對一光刻膠的顯影圖形進行幹法刻蝕的抗蝕性很差。
至於具有提高的熱穩定性和對幹法刻蝕抗蝕性的光刻膠材料，在臨時公開號No.323610/』93的日本專利申請中提出了由一種酚醛聚合物和一種PAG組成並包括一種交取劑的化學增強的光刻膠。但是，用這種對ArF雷射具有強的光吸收的光刻膠材料無法得到矩形截面的光刻膠圖形，在圖2中示意繪示出晶片201上顯影的光刻膠圖形202變成圓錐形。這種圓錐形光刻膠圖形對於精細圖形形成來說尤其是致命的，它降低了解析度、聚焦和尺寸的精度。
因而，本發明的主要目的是提供一種化學增強的光刻膠，它在解析度、聚焦和尺寸精度方面有良好的性能，解決了起因於光吸收的圓錐狀的光刻膠圖形問題，並同時具有高的熱穩定性和對幹法刻蝕的足夠的抗蝕性，從而解決了現有技術中的上述問題。
為達到這一目的，在含有一種脂環丙烯酸聚合物和一種光酸發生劑的本發明的化學增強的光刻膠中加入具有一種芳香環的樹脂。
通過向常規的由一種不存在對ArF雷射有光吸收問題的脂環丙烯酸聚合物和一種PAG組成的兩組分化學增強的光刻膠中加入具有提高熱穩定性和對幹法刻蝕的抗蝕性的芳香環樹脂，得到了一種最適用於ArF雷射光刻方法的光刻膠材料，它圓滿地保持住了上述特性。位於芳香環中的碳原子和雙鍵具有提高熱穩定性和幹法刻蝕中光刻膠膜的耐蝕的作用。
本發明的上述及其它的目的、特徵和優點從以下說明、所附權利要求以及附圖中將會顯然可見。其中
圖1表示用本發明一個實施例的第一例化學增強光刻膠得到的正膠圖形的橫切面；和圖2表示用常規的化學增強的光刻膠在晶片201上產生的圓錐狀的光刻膠圖形202的橫切面。
在本發明的優選實施例描述如下。
在本發明的化學增強的光刻膠中，一種脂環丙烯酸聚合物被用作基質聚合物。
對於該脂環丙烯酸聚合物來說，用作化學增強的光刻膠基質聚合物的常規樹脂，例如具有各種極性基團的脂環甲基丙烯酸酯聚合物或脂環丙烯酸酯聚合物可根據目的使用。一個具體的例子是聚(TCDA-THMPA-MAA三環(5.2.1.0.2，6)癸烷基丙烯酸酯-co-四氫吡喃基甲基丙烯酸酯-co-甲基丙烯酸)，描述於Nakano等人的上述文章。
對於需要加入到本發明化學增強的光刻膠中的PAG來說，可以使用常規的PAG，使如翁鹽，或二磺醯重氮基甲烷PAG，使用的種類和量可根據目的來確定。通常的情況是1至10重量份的PAG加入到100重量份的基質聚合物中。
本發明的化學增強的光刻膠的特徵在於其中加入了具有芳環的樹脂。
對於該具有芳環的樹脂來說，其種類和用量沒有限制，只要芳環中的碳原子和雙鍵能夠起到改善穩定性和光刻膠膜對幹法刻蝕的抗蝕的作用。優選的平均分子量為8000至30000，該平均分子量是用GPC(氣體滲透色譜)法測量的苯乙烯轉換表示的。
最佳的具有芳環的樹脂是有下式(1)的多羥苯乙烯聚合物
其它優選的具有芳環的樹脂有具有下式(2)的酚醛清漆聚合物，或具有一種微鹼溶性保護基團的多羥苯乙烯聚合物，如下式(3)所示的t-BOC(叔丁氧羰基)保護的多羥苯乙烯聚合物。
這些具有芳環的聚合物的加入量最好為1至10重量份比100重量份的基質聚合物，即脂環丙烯酸聚合物。
這裡應強調的是，這些聚合物具有互不相同的鹼溶解性，對光刻膠的解析度和截面圖形產生不同的影響。因而，對於需要加入的樹脂來說，按照基質聚合物的組成最好選用適當的種類、分子量比率、混合比率和保護係數。也就是說，通過適當地選擇這些因素，可進一步改善熱穩定性和對幹法刻蝕的抗蝕性並保持適當的溶解對比度，這對光刻膠的解析度來說最為重要。
而且，具有芳環的樹脂在193nm波長的ArF雷射處具有強的光吸引。因而，通過選擇需加入樹脂的適當種類、分子量比率或量，它也可起到染料的作用。為達到本發明的目的，光刻膠膜在193nm的透光性最好被製作成40至70％/μm，最佳為50％/μm。這樣，可以得到有效阻止反射的光吸收，抑制從基底散射的反射光所引起的光刻膠圖形變形，從而抑制解析度降低。
再者，在本發明的化學增強的光刻膠中可任選地加入交聯劑或其它添加劑。
下文描述本實施例的一些示例和實驗結果。
作為本實施例的第一示例，製備了用於ArF雷射的液態化學增強的光刻膠，其中含有100重量份的平均分子量為20000的聚(TCDA-THPMA-MAA)作為基質聚合物，5重量份的鎓鹽作為PAG，2重量份的平均分子量為12000的多羥苯乙烯作為具有芳環的樹脂，和80重量份的PGMEA(聚丙烯二醇單甲基乙醚乙酸脂)作為溶劑。
將該化學增強的光刻膠液體塗敷在矽晶片上，其厚度為0.5μm，用經一掩模聚焦的193nm的ArF雷射曝光，進行100°的PEB處理90秒鐘，並用鹼性顯影劑顯影，從而得到0.18μm標準的正膠圖形。
圖1表示用按照本實施例第一示例的化學增強的光刻膠得到的正膠圖形的橫切面，其中，在晶片101上得到了矩形的光刻膠圖形102，它有很好的解析度和尺寸精度。
然後將這種正膠圖形，用CL2HBr氣體，在100mm乇(Torr)的氣壓中以120w進行幹法刻蝕120秒鐘，得到了很好的幹蝕效果，沒有光刻膠膜受損或是光刻膠圖形變形。與下述的比較示例相比，在熱穩定性和對幹法刻蝕的抗蝕性方面得到約10％的改善。
作為一項比較示例，製備了具有與本實施例第一示例相同組成的化學增強的光刻膠液體，不同的是沒有加入多羥苯乙烯聚合物。將以同樣方式得到的光刻膠圖形進行幹法刻蝕，其中觀察到了光刻膠膜的受損和光刻膠圖形的變形。
在第二示例中，僅將第一示例中的具有芳環的樹脂用1重量份的20000分子量的多羥苯乙苯烯替換，以與第一示例相同的方式獲得了同樣好的效果。
如上文所述，用本發明的加入了具有芳環的樹脂的化學增強的光刻膠，在ArF光刻方法中抑制了幹法刻蝕中的光刻膠膜受損並能改善熱穩定性。因而抑制了曝光後烘焙或幹法刻蝕中光刻膠圖形的變形，獲得了高的解析度。而且，具有芳環的樹脂具有染料的作用。
因而，根據本發明光刻方法的解析度，聚焦和尺寸精確度可以得到改善，還能得到精細集成的器件圖形。也就是說，本發明的化學增強光刻膠對形成超精細的圖形非常有效，並對光刻膠的高性能或精細解析度作出了一定的貢獻。
權利要求
1.含有一種脂環丙烯酸聚合物和一種光酸發生劑的化學增強的光刻膠，其特徵在於，在它當中加入了具有芳環的樹脂。
2.按照權利要求1所述的化學增強的光刻膠，其特徵在於，所說的具有芳環的樹脂為酚醛清漆聚合物和多羥苯乙烯聚合物中的至少一種。
3.按照權利要求1所述的化學增強的光刻膠，其特徵在於，所說的具有芳環的樹脂為一種具有一種微鹼溶性保護基團的多羥苯乙烯聚合物。
4.按照權利要求1所述的化學增強的光刻膠，其特徵在於，將1至10重量份的具有芳環的樹脂加入到100重量份的脂環丙烯酸聚合物中。
全文摘要
通過解決由光吸收引起的圓錐狀光刻膠圖形的問題,提供具有良好解析度、聚焦和尺寸精度的化學增強的光刻膠,並同時產生高的熱穩定性和對幹法刻蝕的足夠的抗蝕性,將具有芳環的樹脂加入到含有一種脂環丙烯酸聚合物和一種光酸發生劑的化學增強的光刻膠中。該具有芳環的樹脂最好為多羥苯乙烯聚合物、酚醛清漆聚合物或t－BOC保護的多羥苯乙烯聚合物。這些聚合物最佳的加入量為1至10重量份比100重量份的基質聚合物。
文檔編號G03G5/047GK1193128SQ9810089
公開日1998年9月16日 申請日期1998年3月10日 優先權日1997年3月11日
發明者井谷俊郎 申請人:日本電氣株式會社