TW202040276A - 底層膜形成用材料、抗蝕劑底層膜及積層體 - Google Patents
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Abstract
一種底層膜形成用材料,用於多層抗蝕劑製程中,且(i)由以下數學式(1)所定義的元素構成比率Re為1.5~2.8;(ii)玻璃轉移溫度為30℃~250℃;(iii)包含至少一種(較佳為兩種以上)具有特定的結構單元的樹脂。數學式(1)中,NH
為底層膜形成用材料的固體成分中的氫原子的個數,NC
為底層膜形成用材料的固體成分中的碳原子的個數,NO
為底層膜形成用材料的固體成分中的氧原子的個數。
Description
本發明是有關於一種底層膜形成用材料、抗蝕劑底層膜及積層體。
於半導體元件的製造中,為了獲得高積體度而使用多層抗蝕劑製程。該製程中,通常,首先於基板上使用底層膜形成用材料形成抗蝕劑底層膜,繼而,於抗蝕劑底層膜的上表面側形成抗蝕劑層,而且形成抗蝕劑圖案。繼而,藉由蝕刻而將所述抗蝕劑圖案轉印至抗蝕劑底層膜,將抗蝕劑底層膜圖案轉印至基板,藉此獲得所期望的圖案。
作為基板,不僅可使用平坦形狀的基板,有時亦可為了形成更複雜的電路而使用具有預先形成有大電路形狀的凹凸結構的基板。即,於最尖端的電路形成製程中導入有進一步加工尺寸大的電路形狀、形成微細電路的多圖案化法。
對於此種多層抗蝕劑製程中使用的抗蝕劑底層膜,要求向具有凹凸結構的基板的凹凸部的埋入性、形成抗蝕劑層之側的表面的平坦性、適度的折射率或消光係數等光學特性、良好的耐蝕刻性等特性。
近年來,為了使積體度更高而進一步推進圖案的微細化。為了應對該微細化,對於底層膜形成用材料中使用的化合物等的結構或官能基等進行了各種研究(例如參照專利文獻2、專利文獻3、專利文獻4等)。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1:日本專利特開2004-177668號公報
專利文獻2:國際公開第2009/008446號
專利文獻3:國際公開第2018/221575號
專利文獻4:國際公開第2017/183612號
[發明所欲解決之課題]
最近,使用具有微細凹凸結構的基板,藉由利用多層抗蝕劑法的多圖案化來形成微細結構的情況正在增加。具體而言,有時進行以下操作:利用底層膜形成用材料填埋具有凹凸結構的基板的凹凸而形成平坦的抗蝕劑底層膜,其後,於該抗蝕劑底層膜之上設置中間層或抗蝕劑層。
於利用多層抗蝕劑法的多圖案化中,有時要求抗蝕劑底層膜自身顯示出作為具有充分的耐蝕刻性的硬遮罩的性能。
另外,於基板具有微細的凹凸結構的情況下,對底層膜形成用材料要求能夠埋入該凹凸結構,空隙的產生少等。
進而,要求埋入基板的凹凸結構而形成的抗蝕劑底層膜的表面無關於基板的凹凸結構(階差)而平坦。其原因在於,在抗蝕劑底層膜的上層,用來形成中間層或抗蝕劑層。若平坦性不足,則存在最終無法獲得所期望的微細結構的情況。
作為本發明者等人的見解,就耐蝕刻性、凹凸結構的埋入性及平坦性的觀點而言,該些對於現有的底層膜形成用材料尚有改善的餘地。
本發明是鑒於所述情況而成。尤其,本發明的目的之一在於提供一種具有充分的耐蝕刻性、凹凸結構的埋入性良好、且能夠形成平坦的抗蝕劑底層膜的底層膜形成用材料。
[解決課題之手段]
本發明者等人發現,藉由使用特定的樹脂、或將特定的兩種以上的樹脂組合使用等,可改良底層膜形成用材料。
本發明如下。
1.
一種底層膜形成用材料,用於多層抗蝕劑製程中,且
該底層膜形成用材料的固體成分滿足以下(i)~(iii)。
(i)由以下數學式(1)所定義的元素構成比率Re為1.5~2.8。
(ii)玻璃轉移溫度為30℃~250℃。
(iii)包含具有下述通式(A)所表示的結構單元的樹脂、以及具有下述通式(B)所表示的結構單元的樹脂。
[數1]
數學式(1)中,
NH
為底層膜形成用材料的固體成分中的氫原子的個數,
NC
為底層膜形成用材料的固體成分中的碳原子的個數,
NO
為底層膜形成用材料的固體成分中的氧原子的個數。
[化1]
通式(A)中,
Ar1
表示至少經羥基及/或縮水甘油氧基取代的二價芳香族基,
Ra
表示選自氫原子、碳數1~10的烷基、碳數6~10的芳基、碳數7~10的芳烷基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~10的芳基氧基烷基中的任一取代基。
[化2]
通式(B)中,
Rc
分別獨立地表示氫原子、碳數1~10的烷基、碳數6~10的芳基、碳數7~10的芳烷基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~10的芳基氧基烷基,
Ar11
表示二價芳香族基(可經取代亦可未經取代),
Ar12
表示以下通式(B1)~通式(B3)所表示的結構中的任一者。
[化3]
通式(B1)~通式(B3)中,
Rd
於存在多個的情況下分別獨立地表示選自碳數1~10的烷基、碳數6~20的芳基、碳數1~10的烷氧基、碳數6~20的芳基氧基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基烷基、碳數2~20的烷氧基羰基、碳數3~10的二烷基胺基羰基、碳數7~20的芳基氧基羰基、碳數8~20的烷基芳基胺基羰基、碳數3~20的烷氧基羰基烷基、碳數8~20的烷氧基羰基芳基、碳數8~20的芳基氧基羰基烷基、碳數3~20的烷氧基烷基氧基羰基及碳數4~20的烷氧基羰基烷基氧基羰基中的任一者,
r1為1以上且(6-q1)以下,
q1為0以上且5以下,
r2為1以上且(4-q2)以下,
q2為0以上且3以下,
r3為0以上且4以下,r4為0以上且4以下,其中r3+r4為1以上,
q3為0以上且4以下,q4為0以上且4以下,其中q3+q4為7以下,
X表示單鍵或碳數1~3的伸烷基。
2.
如1.所述的底層膜形成用材料,其中
該底層膜形成用材料的固體成分的、由以下數學式(2)所定義的元素構成比率Re'為1.5~2.8。
[數2]
數學式(2)中,
NH
為底層膜形成用材料的固體成分中的氫原子的個數,
NC
為底層膜形成用材料的固體成分中的碳原子的個數,
NO
為底層膜形成用材料的固體成分中的氧原子的個數,
NN
為底層膜形成用材料的固體成分中的氮原子的個數。
3.
如1.或2.所述的底層膜形成用材料,其中
所述通式(A)所表示的結構單元包含以下通式(a1)或通式(a2)所表示的結構單元。
[化4]
通式(a1)及通式(a2)中,
m1為1~4,n1為0~3,其中m1+n1為1以上且4以下,
m2為1~6,n2為0~5,其中m2+n2為1以上且6以下,
R於存在多個的情況下分別獨立地為氫原子或縮水甘油基,
Ra
與式(A)中的Ra
含義相同,
Rb
於存在多個的情況下分別獨立地為選自碳數1~10的烷基、碳數6~20的芳基、碳數1~10的烷氧基、碳數6~20的芳基氧基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基烷基、碳數2~20的烷氧基羰基、碳數3~10的二烷基胺基羰基、碳數7~20的芳基氧基羰基、碳數8~20的烷基芳基胺基羰基、碳數3~20的烷氧基羰基烷基、碳數8~20的烷氧基羰基芳基、碳數8~20的芳基氧基羰基烷基、碳數3~20的烷氧基烷基氧基羰基及碳數4~20的烷氧基羰基烷基氧基羰基中的任一者,
當n為2以上時,存在多個的Rb
可相互鍵結而形成環結構。
4.
如1.~3.中任一項所述的底層膜形成用材料,其中
所述通式(B)所表示的結構單元包含以下通式(b)所表示的結構單元。
[化5]
通式(b)中,
Rc
與所述通式(B)中的Rc
含義相同,
Rd
於存在多個的情況下分別獨立地與所述通式(B1)~所述通式(B3)中的Rd
含義相同,
Ar2
為所述通式(B1)或所述通式(B2)所表示的結構,
p為0~4。
5.
如1.~4.中任一項所述的底層膜形成用材料,其中
除了具有所述通式(A)所表示的結構單元的樹脂以及具有所述通式(B)所表示的結構單元的樹脂之外,更包含具有下述通式(1)所表示的結構單元的樹脂。
[化6]
通式(1)中,
R1
~R4
分別獨立地為選自由氫原子、碳數6~20的芳基、碳數6~20的芳基氧基、碳數7~20的芳基氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基羰基、碳數8~20的烷基芳基胺基羰基、碳數8~30的烷氧基羰基芳基及碳數8~20的芳基氧基羰基烷基所組成的群組中的任一基,且R1
~R4
中至少一個為氫原子以外的基,進而R1
~R4
可相互鍵結而形成環結構,
n表示0~2的整數,
X1
及X2
分別獨立地表示-CH2
-或-O-。
6.
一種底層膜形成用材料,用於多層抗蝕劑製程中,且該底層膜形成用材料的固體成分滿足以下(i)~(iii)。
(i)由以下數學式(1)所定義的元素構成比率Re為1.5~2.8。
(ii)玻璃轉移溫度為30℃~250℃。
(iii)包含具有下述通式(1)所表示的結構單元的樹脂。
[數3]
數學式(1)中,
NH
為底層膜形成用材料的固體成分中的氫原子的個數,
NC
為底層膜形成用材料的固體成分中的碳原子的個數,
NO
為底層膜形成用材料的固體成分中的氧原子的個數。
[化7]
通式(1)中,
R1
~R4
分別獨立地為選自由氫原子、碳數6~20的芳基、碳數6~20的芳基氧基、碳數7~20的芳基氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基羰基、碳數8~20的烷基芳基胺基羰基、碳數8~30的烷氧基羰基芳基及碳數8~20的芳基氧基羰基烷基所組成的群組中的任一基,且R1
~R4
中至少一個為氫原子以外的基,進而R1
~R4
可相互鍵結而形成環結構,
n表示0~2的整數,
X1
及X2
分別獨立地表示-CH2
-或-O-。
7.
如6.所述的底層膜形成用材料,其中
該底層膜形成用材料的固體成分的、由以下數學式(2)所定義的元素構成比率Re'為1.5~2.8。
[數4]
數學式(2)中,
NH
為底層膜形成用材料的固體成分中的氫原子的個數,
NC
為底層膜形成用材料的固體成分中的碳原子的個數,
NO
為底層膜形成用材料的固體成分中的氧原子的個數,
NN
為底層膜形成用材料的固體成分中的氮原子的個數。
8.
如6.或7.所述的底層膜形成用材料,其中
除了具有所述通式(1)所表示的結構單元的樹脂之外,更包含具有下述通式(B)所表示的結構單元的樹脂。
[化8]
通式(B)中,
Rc
分別獨立地表示氫原子、碳數1~10的烷基、碳數6~10的芳基、碳數7~10的芳烷基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~10的芳基氧基烷基,
Ar11
表示二價芳香族基(可經取代亦可未經取代),
Ar12
表示以下通式(B1)~通式(B3)所表示的結構中的任一者。
[化9]
通式(B1)~通式(B3)中,
Rd
於存在多個的情況下分別獨立地表示選自碳數1~10的烷基、碳數6~20的芳基、碳數1~10的烷氧基、碳數6~20的芳基氧基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基烷基、碳數2~20的烷氧基羰基、碳數3~10的二烷基胺基羰基、碳數7~20的芳基氧基羰基、碳數8~20的烷基芳基胺基羰基、碳數3~20的烷氧基羰基烷基、碳數8~20的烷氧基羰基芳基、碳數8~20的芳基氧基羰基烷基、碳數3~20的烷氧基烷基氧基羰基及碳數4~20的烷氧基羰基烷基氧基羰基中的任一者,
r1為1以上且(6-q1)以下,
q1為0以上且5以下,
r2為1以上且(4-q2)以下,
q2為0以上且3以下,
r3為0以上且4以下,r4為0以上且4以下,其中r3+r4為1以上,
q3為0以上且4以下,q4為0以上且4以下,其中q3+q4為7以下,
X表示單鍵或碳數1~3的伸烷基。
9.
如8.所述的底層膜形成用材料,其中
結構單元(B)包含以下通式(b)所表示的結構單元。
[化10]
通式(b)中,
Rc
與所述通式(B)中的Rc
含義相同,
Rd
於存在多個的情況下分別獨立地與所述通式(B1)~所述通式(B3)中的Rd
含義相同,
Ar2
為所述通式(B1)或所述通式(B2)所表示的結構,
p為0~4。
10.
如6.或7.所述的底層膜形成用材料,其中
除了具有所述通式(1)所表示的結構單元的樹脂之外,更包含具有下述通式(A)所表示的結構單元的樹脂。
[化11]
通式(A)中,
Ar1
表示至少經羥基及/或縮水甘油氧基取代的二價芳香族基,
Ra
表示選自氫原子、碳數1~10的烷基、碳數6~10的芳基、碳數7~10的芳烷基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~10的芳基氧基烷基中的任一取代基。
11.
如10.所述的底層膜形成用材料,其中
所述通式(A)所表示的結構單元包含以下通式(a1)或通式(a2)所表示的結構單元。
[化12]
所述通式(a1)及所述通式(a2)中,
m1為1~4,n1為0~3,其中m1+n1為1以上且4以下,
m2為1~6,n2為0~5,其中m2+n2為1以上且6以下,
R於存在多個的情況下分別獨立地為氫原子或縮水甘油基,
Ra
與式(A)中的Ra
含義相同,
Rb
於存在多個的情況下分別獨立地為選自碳數1~10的烷基、碳數6~20的芳基、碳數1~10的烷氧基、碳數6~20的芳基氧基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基烷基、碳數2~20的烷氧基羰基、碳數3~10的二烷基胺基羰基、碳數7~20的芳基氧基羰基、碳數8~20的烷基芳基胺基羰基、碳數3~20的烷氧基羰基烷基、碳數8~20的烷氧基羰基芳基、碳數8~20的芳基氧基羰基烷基、碳數3~20的烷氧基烷基氧基羰基及碳數4~20的烷氧基羰基烷基氧基羰基中的任一者,
當n為2以上時,存在多個的Rb
可相互鍵結而形成環結構。
12.
一種抗蝕劑底層膜,其由如1.~11.中任一項所述的底層膜形成用材料形成。
13.
一種積層體,包括:基板;以及抗蝕劑底層膜,由如1.~11.中任一項所述的底層膜形成用材料形成於該基板的其中一個面。
14.
如13.所述的積層體,其中,
於所述抗蝕劑底層膜的與所述基板為相反側的表面α,由下述數學式算出的平坦度ΔFT為0%~5%。
ΔFT={(Hmax
-Hmin
)/Hav
}×100(%)
所述數學式中,
Hav
為於所述表面α的任意10處測定所述抗蝕劑底層膜的膜厚時的膜厚的平均值,
Hmax
為所述抗蝕劑底層膜的膜厚的最大值,
Hmin
為所述抗蝕劑底層膜的膜厚的最小值。
15.
如13.或14.所述的積層體,其中
於所述抗蝕劑底層膜的表面α的任意10處測定所述抗蝕劑底層膜的膜厚時的膜厚的平均值Hav
為5 nm~500 nm。
16.
如13.~15.中任一項所述的積層體,其中
所述基板於至少一個表面具有凹凸結構,
於所述凹凸結構上形成有所述抗蝕劑底層膜,且
所述凹凸結構的高度為5 nm~500 nm,凸-凸之間的間隔為1 nm~10 mm。
[發明的效果]
藉由使用本發明的底層膜形成用材料,能夠製造耐蝕刻性優異、向凹凸結構的埋入性良好且平坦的抗蝕劑底層膜。
以下,對本發明的實施形態進行說明。
有關於數值範圍的「x~y」的記載只要並無特別說明,則表示x以上且y以下。例如,「1%~5%」的記載是指1%以上且5%以下。
於基(原子團)的表述中,未記載經取代抑或未經取代的表述包括不具有取代基者及具有取代基者的兩者。例如,所謂「烷基」,不僅包括不具有取代基的烷基(未經取代的烷基),亦包括具有取代基的烷基(經取代的烷基)。
圖式僅為說明用。圖式中各部分的形狀或尺寸比等未必與現實物品對應。
<第一實施形態>
第一實施形態的底層膜形成用材料用於多層抗蝕劑製程。
該底層膜形成用材料的固體成分滿足以下(i)~(iii)。
(i)由以下數學式(1)所定義的元素構成比率Re為1.5~2.8。
(ii)玻璃轉移溫度為30℃~250℃。
(iii)包含具有下述通式(A)所表示的結構單元的樹脂、以及具有下述通式(B)所表示的結構單元的樹脂。
數學式(1)中,
NH
為底層膜形成用材料的固體成分中的氫原子的個數,
NC
為底層膜形成用材料的固體成分中的碳原子的個數,
NO
為底層膜形成用材料的固體成分中的氧原子的個數。
通式(A)中,
Ar1
表示至少經羥基及/或縮水甘油氧基取代的二價芳香族基,
Ra
表示選自氫原子、碳數1~10的烷基、碳數6~10的芳基、碳數7~10的芳烷基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~10的芳基氧基烷基中的任一取代基。
通式(B)中,
Rc
分別獨立地表示氫原子、碳數1~10的烷基、碳數6~10的芳基、碳數7~10的芳烷基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~10的芳基氧基烷基,
Ar11
表示二價芳香族基(可經取代亦可未經取代),
Ar12
表示以下通式(B1)~通式(B3)所表示的結構中的任一者。
通式(B1)~通式(B3)中,
Rd
於存在多個的情況下分別獨立地表示選自碳數1~10的烷基、碳數6~20的芳基、碳數1~10的烷氧基、碳數6~20的芳基氧基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基烷基、碳數2~20的烷氧基羰基、碳數3~10的二烷基胺基羰基、碳數7~20的芳基氧基羰基、碳數8~20的烷基芳基胺基羰基、碳數3~20的烷氧基羰基烷基、碳數8~20的烷氧基羰基芳基、碳數8~20的芳基氧基羰基烷基、碳數3~20的烷氧基烷基氧基羰基及碳數4~20的烷氧基羰基烷基氧基羰基中的任一者,
r1為1以上且(6-q1)以下,
q1為0以上且5以下,
r2為1以上且(4-q2)以下,
q2為0以上且3以下,
r3為0以上且4以下,r4為0以上且4以下,其中r3+r4為1以上,
q3為0以上且4以下,q4為0以上且4以下,其中q3+q4為7以下,
X表示單鍵或碳數1~3的伸烷基。
此處,「固體成分」是指當將底層膜形成用材料塗佈於基板上製成膜時,不揮發而殘留於基板上的成分(非揮發成分)。
通常,「固體成分」可視為底層膜形成用材料中的除溶媒以外的全部成分。
第一實施形態的底層膜形成用材料是於半導體元件的製造步驟中,用於形成配置於抗蝕劑層與基板(包括具有凹凸結構的基板)之間的「抗蝕劑底層膜」的材料。此處,於抗蝕劑底層膜與抗蝕劑層之間,亦可配置硬遮罩層、防反射層等中間層。
元素構成比率Re可理解為實質上表示構成材料的碳元素的比率。
例如,於芳香族化合物般的不飽和化合物的情況下,與具有同樣的碳骨架的飽和烴結構相比,氫原子的個數少。因此,Re的式中分子的值變小,Re變小。
例如,就有機材料中作為具有較高的耐蝕刻性的不飽和化合物的聚羥基苯乙烯(polyhydroxy styrene)(以下簡稱為PHS)而言,每一個結構單元中NC
=8、NH
=8、NO
=1,Re為2.4。另外,於PHS的芳香環的碳全部經氫化的形態中,NC
=8、NH
=14、NO
=1,Re為3.3。
作為本發明者等人的發現,於兩材料的氧氣下蝕刻中,相對於將PHS的芳香環的碳全部氫化的材料,PHS的蝕刻速度小0.75倍左右(難以蝕刻),Re小的材料顯示出良好的耐蝕刻性。
並且,過去亦公開有利用各種材料來研究與材料的元素構成有關的參數與耐蝕刻性的關係而得的結果(例如,H. Gokan,S. Esho 及Y. Ohnishi,「電化學學會誌:固體科學技術(J. Electrochem. Soc.: SOLID-STATE SCIENCE AND TECHNOLOGY)」pp.143-146,1983)。其中,於利用氧氣或氬氣的乾式蝕刻中,元素構成比率小的材料具有高的耐蝕刻性已作為經驗參數報告。但是,關於構成元素,限定於碳、氫及氧。
因此,本發明者等人研究的結果發現,較佳為除了所述的參數Re(考慮碳、氫及氧)之外,亦將考慮對氮亦乘以係數1/2的新參數Re'(以下數學式)作為設計指針來設計底層膜形成用材料。特別是於底層膜形成用材料的固體成分含有氮原子的情況下,藉由除Re之外亦適當地調整Re',可獲得具有更高的耐蝕刻性的底層膜形成用材料。
數學式(2)中,
NH
為底層膜形成用材料的固體成分中的氫原子的個數,
NC
為底層膜形成用材料的固體成分中的碳原子的個數,
NO
為底層膜形成用材料的固體成分中的氧原子的個數,
NN
為底層膜形成用材料的固體成分中的氮原子的個數。
具體而言,Re及Re'為1.5~2.8,較佳為1.5~2.6,更佳為1.5~2.5。藉由適當調整Re,可獲得具有更高的耐蝕刻性的底層膜形成用材料。
Re例如可藉由以下方式求出,即,使用市售的元素分析裝置等,對將底層膜形成材料塗佈於基板並加熱後的試樣進行元素分析,根據藉由該分析而獲得的元素分析值來算出各構成元素的元素數。藉由該方式,即便為因塗佈後的加熱而伴隨交聯等反應的材料,亦能夠算出反映實際上進行乾式蝕刻時的抗蝕劑底層膜的實際狀態的Re。
另外,第一實施形態的底層膜形成用材料的固體成分的玻璃轉移溫度為30℃~250℃,較佳為40℃~230℃,進而佳為50℃~200℃,特佳為50℃~190℃。藉此,於將底層膜形成用材料塗佈於基板後的烘烤步驟中,底層膜形成用材料中的固體成分適度地流動,對基板的凹凸結構的埋入性變得良好,另外,可提高抗蝕劑底層膜的平坦性。進而,於將兩種以上的材料混合使用時,於基板的加熱步驟中樹脂的相容性良好,可形成均勻的抗蝕劑底層膜。
於固體成分的玻璃轉移溫度超過250℃的情況下,存在即便進行加熱(烘烤)亦不會出現流動,平坦性惡化的情況。另外,於固體成分的玻璃轉移溫度不足30℃的情況下,存在烘烤後的抗蝕劑底層膜流動而無法保持作為固體的性狀,平坦性惡化的情況。
玻璃轉移溫度可使用示差掃描熱量計(Differential Scanning Calorimeter,DSC)、固體黏彈性測定裝置等通常使用的裝置來測定。於使用DSC的情況下,通常將表示自固體狀態向玻璃狀態的相轉變的熱量曲線的中點用作玻璃轉移溫度,於固體黏彈性測定裝置的情況下,通常將作為儲存彈性係數與損失彈性係數之比的損耗正切(tanδ)的峰頂用作玻璃轉移溫度。就測定的簡便性、即便為少量的試料亦能夠測定等而言,較佳為利用DSC進行的測定。
進而,第一實施形態的底層膜形成材料藉由包含具有通式(A)所表示的結構單元的樹脂及具有通式(B)所表示的結構單元的樹脂的兩種樹脂,從而發揮良好的性能。詳細情況尚不明確,但如後述的比較例3中所示,於作為樹脂僅使用具有通式(B)所表示的結構單元的樹脂的情況下,難以均勻塗佈。
以下,對第一實施形態的底層膜形成用材料進行更具體的說明。
通式(A)所表示的結構單元較佳為包含以下通式(a1)或通式(a2)所表示的結構單元。特別是就合成/獲得容易性及成本的方面而言,通式(A)所表示的結構單元較佳為包含以下通式(a1)所表示的結構單元。
通式(a1)及通式(a2)中,
m1為1~4,n1為0~3,其中m1+n1為1以上且4以下,
m2為1~6,n2為0~5,其中m2+n2為1以上且6以下,
R於存在多個的情況下分別獨立地為氫原子或縮水甘油基,
Ra
與式(A)中的Ra
含義相同,
Rb
於存在多個的情況下分別獨立地為選自碳數1~10的烷基、碳數6~20的芳基、碳數1~10的烷氧基、碳數6~20的芳基氧基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基烷基、碳數2~20的烷氧基羰基、碳數3~10的二烷基胺基羰基、碳數7~20的芳基氧基羰基、碳數8~20的烷基芳基胺基羰基、碳數3~20的烷氧基羰基烷基、碳數8~20的烷氧基羰基芳基、碳數8~20的芳基氧基羰基烷基、碳數3~20的烷氧基烷基氧基羰基及碳數4~20的烷氧基羰基烷基氧基羰基中的任一者,
當n為2以上時,存在多個的Rb
可相互鍵結而形成環結構。
通式(B)所表示的結構單元較佳為包含以下通式(b)所表示的結構單元。
通式(b)中,
Rc
與所述通式(B)中的Rc
含義相同,
Rd
於存在多個的情況下分別獨立地與所述通式(B1)~所述通式(B3)中的Rd
含義相同,
Ar2
為所述通式(B1)或所述通式(B2)所表示的結構,
p為0~4。
作為具有通式(A)所表示的結構單元的樹脂的具體例,可列舉所謂的酚醛清漆樹脂、酚醛清漆型環氧樹脂。作為酚醛清漆樹脂,可例示苯酚酚醛清漆樹脂、甲酚酚醛清漆樹脂、萘酚酚醛清漆樹脂等,但可並無特別限制地使用作為抗蝕劑或底層膜使用的各種樹脂。另外,藉由使酚醛清漆樹脂的酚性羥基的氫原子為縮水甘油基,可製造酚醛清漆型環氧樹脂。
酚醛清漆樹脂的製造可藉由一般用於酚醛清漆樹脂的製造中的方法來進行。例如,可藉由於酸觸媒下使具有酚性羥基的芳香族化合物及醛類加成縮合而獲得。
作為酚類,例如可列舉:苯酚、鄰甲酚、間甲酚、對甲酚、鄰乙基苯酚、間乙基苯酚、對乙基苯酚、鄰丁基苯酚、間丁基苯酚、對丁基苯酚、2,3-二甲苯酚、2,4-二甲苯酚、2,5-二甲苯酚、2,6-二甲苯酚、3,4-二甲苯酚、3,5-二甲苯酚、2,3,5-三甲基苯酚、3,4,5-三甲基苯酚、對苯基苯酚、間苯二酚、對苯二酚、對苯二酚單甲醚、五倍子酚(pyrogallol)、間苯三酚(phloroglucinol)、羥基二苯基、雙酚A、α-萘酚、β-萘酚等。
作為醛類,例如可列舉甲醛、糠醛、苯甲醛、硝基苯甲醛、乙醛等。
加成縮合反應時的觸媒並無特別限定,例如酸觸媒可使用鹽酸、硝酸、硫酸、甲酸、草酸、乙酸等。
於第一實施形態中,亦可使用一般市售的酚醛清漆樹脂或酚醛清漆型環氧樹脂。
以下圖示出通式(A)所表示的結構單元的具體例。以下,「Gly」表示縮水甘油基。
作為具有通式(B)所表示的結構單元的樹脂的具體例,可列舉所謂的萘酚芳烷基樹脂。換言之,通式(B)中,Ar12
較佳為通式(B1)所表示的結構(含萘酚骨架)。藉此,特別是平坦性變得良好。認為藉由在樹脂中存在平坦的萘環,分子的配向變得容易一致。因此認為,與單獨使用通式(A)所表示的樹脂的情況相比,自由體積減少,藉此可抑制加熱步驟後的冷卻過程中的收縮,或許平坦性會進一步提高。
另一方面,萘酚芳烷基樹脂由於碳密度高而缺乏極性,若單獨使用,則與半導體製程中常用的溶劑的相容性差,大多無法製備均勻的溶液。另外,即便可製備均勻的溶液,通常與實施了親水化處理的基板表面的相容性亦差,有時無法獲得均勻的塗佈膜。即,僅單獨使用萘酚芳烷基樹脂於工業上而言,溶劑的種類或基板的適應有限。
本發明者等人進行深入研究的結果發現,僅於以後述的比率[(A)/(B)]調配作為通式(A)所表示的具體例的酚醛清漆樹脂及/或酚醛清漆型環氧樹脂、以及作為通式(B)所表示的具體例的萘酚芳烷基樹脂的情況下,對丙二醇-1-單甲醚-2-乙酸酯(propylene glycol-1-monomethyl ether-2-acetate,PGMEA)或丙二醇單甲醚(propylene glycol monomethyl ether,PGME)等半導體製程溶劑顯示出良好的溶解性,可獲得對基板的塗佈性良好、加熱後的平坦性良好的塗佈膜。
另外,根據國際光學工程學會(The International Society for Optical Engineering,SPIE)Vol. 469 抗蝕劑技術進展(Advances in Resist Technology)(1984)pp.72~79,已知酚醛清漆樹脂在180℃以上進行交聯反應,可設想萘酚芳烷基樹脂亦會發生同樣的反應。亦可認為,於加熱步驟中在平坦的狀態下發生交聯反應而使結構固定的結果為,冷卻過程中的收縮得到抑制,或許平坦性會提高。
萘酚芳烷基樹脂的製造可藉由一般用於萘酚芳烷基樹脂的製造中的方法來進行。例如,可藉由使萘酚與對苯二甲醇二甲醚在觸媒的存在下反應而獲得。作為萘酚,可列舉α-萘酚、β-萘酚等,可單獨或併用地使用。作為萘酚芳烷基樹脂,亦可使用市售的樹脂,例如日鐵化學&材料(股)製造的SN-485(商品名)、SN-495V(商品名)等。
以下圖示出通式(B)所表示的結構單元的具體例。
(追加的樹脂)
第一實施形態的底層膜形成用材料較佳為除了具有通式(A)所表示的結構單元的樹脂以及具有通式(B)所表示的結構單元的樹脂之外,更包含具有下述通式(1)所表示的結構單元的樹脂。
通式(1)中,
R1
~R4
分別獨立地為選自由氫原子、碳數6~20的芳基、碳數6~20的芳基氧基、碳數7~20的芳基氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基羰基、碳數8~20的烷基芳基胺基羰基、碳數8~30的烷氧基羰基芳基及碳數8~20的芳基氧基羰基烷基所組成的群組中的任一基,且R1
~R4
中至少一個為氫原子以外的基,進而R1
~R4
可相互鍵結而形成環結構,
n表示0~2的整數,
X1
及X2
分別獨立地表示-CH2
-或-O-。
作為碳原子數為6~20的芳基,例如可列舉:苯基、萘基、蒽基、鄰甲苯基、間甲苯基、對甲苯基、2,3-二甲基苯基、2,4-二甲基苯基、2,6-二甲基苯基、2,4,6-三甲基苯基、2-乙基苯基、3-乙基苯基、4-乙基苯基、4-異丙基苯基、4-第三丁基苯基、聯苯基、2-丙烯合萘基(2-phenalenyl)、4-芘基、9-芴基、9-菲基、1-䓛基、4-三苯基甲基苯基、苯酚基等。
作為碳原子數為6~20的芳基氧基,例如可列舉:苯基氧基、萘基氧基、蒽基氧基、鄰甲苯基氧基、間甲苯基氧基、對甲苯基氧基、4-氧基-1,1'-聯苯基、4-羥基苯基氧基等。
作為碳數7~20的芳基氧基烷基,例如可列舉:苯基氧基甲基、萘基氧基甲基、蒽基氧基甲基、鄰甲苯基氧基甲基、間甲苯基氧基甲基、對甲苯基氧基甲基、4-氧基-1,1'-聯苯基甲基、4-羥基苯基氧基甲基等。
作為碳原子數7~20的芳基氧基羰基,例如可列舉:苯氧基羰基、苄基氧基羰基、4-甲基苯氧基羰基、3,4-二甲基苯氧基羰基、1-萘氧基羰基、2-萘氧基羰基、1-蒽氧基羰基等。
作為碳數8~20的烷基芳基胺基羰基,例如可列舉:甲基苯基胺基羰基、乙基苯基胺基羰基、丁基苯基胺基羰基、環己基苯基胺基羰基等。
作為碳數8~30的烷氧基羰基芳基,例如可列舉:甲氧基羰基苯基、甲氧基羰基-鄰甲苯基、甲氧基羰基-間甲苯基、甲氧基羰基-對甲苯基、甲氧基羰基二甲苯基、甲氧基羰基-α-萘基、甲氧基羰基-β-萘基、乙氧基羰基苯基、正丙氧基羰基苯基、異丙氧基羰基苯基、正丁氧基羰基苯基、第三丁氧基羰基苯基、正戊氧基羰基苯基、環戊氧基羰基苯基、正己氧基羰基苯基、環己氧基羰基苯基、正辛氧基羰基苯基、環辛氧基羰基苯基、1-乙基環戊氧基羰基苯基、1-甲基環己氧基羰基苯基、甲氧基羰基萘基、甲氧基羰基乙基、乙氧基羰基萘基、正丙氧基羰基萘基、異丙氧基羰基萘基、正丁氧基羰基萘基、第三丁氧基羰基萘基、正戊氧基羰基萘基、環戊氧基羰基萘基、正己氧基羰基萘基、環己氧基羰基萘基、正辛氧基羰基萘基、環辛氧基羰基萘基、1-乙基環戊氧基羰基萘基、1-甲基環己氧基羰基萘基等。
作為碳數8~20的芳氧基羰基烷基,例如可列舉:苯氧基羰基甲基、苄氧基羰基甲基、4-甲基苯氧基羰基甲基、3,4-二甲基苯氧基羰基甲基、1-萘氧基羰基甲基、2-萘氧基羰基甲基、1-蒽氧基羰基甲基等。
R1
~R4
可形成環結構。具體而言,R1
~R4
的至少兩個可鍵結。
作為R1
~R4
的至少兩個鍵結而成的結構,例如可列舉下述通式(2)~下述通式(7)所表示的結構。
藉由R1
~R4
形成環結構而於單元結構內形成鍵結鏈,即便環結構的一部分因蝕刻而斷裂,另一個的鍵結亦殘留而不會揮發,可期待實質上顯示出良好的耐蝕刻性。
通式(2)中,
R1
、R4
、X1
、X2
及n與通式(1)含義相同。
R11
~R16
分別獨立地選自氫原子、碳數1~10的烷基、碳數6~20的芳基、碳數1~10的烷氧基、碳數6~20的芳基氧基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基烷基中,R13
~R16
中兩個以上可相互鍵結而形成環結構。
通式(3)中,
R1
、R4
、X1
、X2
及n與通式(1)含義相同。
R13
~R16
與所述通式(2)含義相同。
通式(4)中,
R1
、R4
、X1
、X2
及n與通式(1)含義相同。
R21
~R32
分別獨立地選自氫原子、碳數1~10的烷基、碳數6~20的芳基、碳數1~10的烷氧基、碳數6~20的芳基氧基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基烷基中,R25
~R32
中兩個以上可相互鍵結而形成環結構。
通式(5)中,
R1
、R4
、X1
、X2
及n與通式(1)含義相同。
R41
~R46
分別獨立地選自氫原子、碳數1~10的烷基、碳數6~20的芳基、碳數1~10的烷氧基、碳數6~20的芳基氧基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基烷基中,R41
~R46
中兩個以上可相互鍵結而形成環結構。
通式(6)中,
X1
、X2
及n與通式(1)含義相同。
R51
~R54
分別獨立地選自氫原子、碳數1~10的烷基、碳數6~20的芳基、碳數1~10的烷氧基、碳數6~20的芳基氧基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基烷基中,R51
~R54
中兩個以上可相互鍵結而形成環結構。
通式(7)中,
R1
、R4
、X1
、X2
及n與通式(1)含義相同。
R61
為氫或碳數6~20的芳基,亦可具有烷氧基、酯基作為取代基。
作為通式(2)所表示的結構單元的例子,可示出如下。
作為通式(3)所表示的結構單元的例子,可示出如下。
作為通式(4)所表示的結構單元的例子,可示出如下。
作為通式(5)所表示的結構單元的例子,可示出如下。
作為通式(6)所表示的結構單元的例子,可示出如下。
作為通式(7)所表示的結構單元的例子,可示出如下。
為了進行各種物性調整等,具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂亦可包含所述以外的結構單元。例如,可包含專利文獻3中記載的通式(1)所表示的結構單元[A]、及/或通式(2)所表示的結構單元[B]般的環狀烯烴結構單元。
於具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂包含所述以外的結構單元的情況下,其量在具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂的全部結構單元中,例如為1 mol%~50 mol%,較佳為1 mol%~40 mol%,進而佳為1 mol%~30 mol%。
具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂例如可藉由利用開環移位聚合(ring opening metathesis polymerization)將下述通式(8)所表示的環狀烯烴單體聚合而獲得。通式(8)中,R1
~R4
、X1
、X2
及n與通式(1)含義相同。
作為聚合原料的環狀烯烴單體可包含通式(8)所表示的結構中R1
~R4
的至少一個互不相同的兩種以上的單體。另外,聚合原料可包含通式(8)所表示的環狀烯烴單體及除此以外的單體(例如專利文獻3中記載的單體)。
將具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂聚合時所使用的觸媒只要為可將環狀烯烴單體(例如通式(8)所表示者)開環移位聚合的觸媒,則並無特別限定。
例如可列舉:鉬(Mo)、鎢(W)、釕(Ru)等有機過渡金屬亞烷基(alkylidene)錯合物觸媒;藉由有機過渡金屬錯合物與作為助觸媒的路易斯酸的組合而得的開環移位觸媒等。較佳為使用鉬(Mo)、鎢(W)、釕(Ru)等有機過渡金屬亞烷基錯合物觸媒。
本實施形態中,特佳為含有雜原子且可將極性高的環狀烯烴單體共聚的觸媒。例如,於開環移位聚合觸媒中使用鉬(Mo)、鎢(W)、釕(Ru)等有機過渡金屬亞烷基錯合物的情況下,可效率良好地將極性高的環狀烯烴單體共聚。
作為有機過渡金屬亞烷基錯合物的開環移位聚合觸媒,例如可列舉:W(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHBut)(OBut)2
、W(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHBut)(OCMe2
CF3
)2
、W(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHBut)(OCMe(CF3
)2
)2
、W(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OBut)2
、W(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OCMe2
CF3
)2
、W(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OCMe(CF3
)2
)2
、W(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OC(CF3
)3
)2
、W(N-2,6-Me2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OC(CF3
)3
)2
(式中的Pri
表示異丙基,But表示第三丁基,Me表示甲基,Ph表示苯基)等鎢系亞烷基觸媒;W(N-2,6-Me2
C6
H3
)(CHCHCMePh)(OBut)2
(PMe3
)、W(N-2,6-Me2
C6
H3
)(CHCHCMe2
)(OBut)2
(PMe3
)、W(N-2,6-Me2
C6
H3
)(CHCHCPh2
)(OBut)2
(PMe2
)、W(N-2,6-Me2
C6
H3
)(CHCHCMePh)(OCMe2
(CF3
))2
(PMe3
)、W(N-2,6-Me2
C6
H3
)(CHCHCMe2
)(OCMe2
(CF3
))2
(PMe3
)、W(N-2,6-Me2
C6
H3
)(CHCHCPh2
)(OCMe2
(CF3
))2
(PMe3
)、W(N-2,6-Me2
C6
H3
)(CHCHCMe2
)(OCMe(CF3
)2
)2
(PMe3
)、W(N-2,6-Me2
C6
H3
)(CHCHCMe2
)(OCMe(CF3
)2
)2
(PMe3
)、W(N-2,6-Me2
C6
H3
)(CHCHCPh2
)(OCMe(CF3
)2
)2
(PMe3
)、W(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHCHCMePh)(OCMe2
(CF3
))2
(PMe3
)、W(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHCHCMePh)(OCMe(CF3
)2
)2
(PMe3
)、W(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHCHCMePh)(OPh)2
(PMe3
)(式中的Pri
表示異丙基,But表示第三丁基,Me表示甲基,Ph表示苯基)等鎢系亞烷基觸媒;Mo(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHBut)(OBut)2
、Mo(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHBut)(OCMe2
CF3
)2
、Mo(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHBut)(OCMe(CF3
)2
)2
、Mo(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHBut)(OC(CF3
)3
)2
、Mo(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OBut)2
、Mo(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OCMe2
CF3
)2
、Mo(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OCMe(CF3
)2
)2
、Mo(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OC(CF3
)3
)2
、Mo(N-2,6-Me2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OBut)2
、Mo(N-2,6-Me2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OCMe2
CF3
)2
、Mo(N-2,6-Me2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OCMe(CF3
)2
)2
、Mo(N-2,6-Me2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OC(CF3
)3
)2
(式中的Pri
表示異丙基,But表示第三丁基,Me表示甲基,Ph表示苯基)等鉬系亞烷基觸媒;Ru(P(C6
H11
)3
)2
(CHPh)Cl2
(式中的Ph表示苯基)等釕系亞烷基觸媒等。
開環移位聚合觸媒可單獨使用,亦可併用兩種以上。
作為將具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂聚合時的聚合觸媒金屬成分,例如可列舉鉬、鎢、錸、銥、鉭、釕、釩、鈦、鈀、銠等過渡金屬。較佳為鉬、鎢、釕、銠,更佳為鉬、鎢。
於聚合反應中,關於環狀烯烴單體與有機過渡金屬亞烷基錯合物的開環移位聚合觸媒的莫耳比,相對於開環移位聚合觸媒1莫耳,環狀烯烴單體例如為10當量~50000當量,較佳為50當量~30000當量,更佳為100當量~20000當量。
聚合反應可於無溶媒下進行,亦可使用溶媒來進行。
作為溶媒,例如可列舉:四氫呋喃、二乙醚、二丁醚、二甲氧基乙烷、二噁烷等醚類;苯、甲苯、二甲苯、乙基苯等芳香族烴;戊烷、己烷、庚烷等脂肪族烴;環戊烷、環己烷、甲基環己烷、二甲基環己烷、十氫萘等脂肪族環狀烴;二氯甲烷(methylene dichloride)、二氯乙烷、二氯乙烯、四氯乙烷、氯苯、三氯苯等鹵化烴;乙酸甲酯、乙酸乙酯等酯等。
溶劑可單獨使用一種,亦可併用兩種以上。
另外,聚合反應亦可於烯烴類或二烯類等鏈轉移劑的存在下進行。
作為用作鏈轉移劑的烯烴類,例如可列舉:乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、辛烯等α-烯烴;乙烯基三甲基矽烷、烯丙基三甲基矽烷、烯丙基三乙基矽烷、烯丙基三異丙基矽烷等含矽烯烴等。另外,作為二烯類,例如可列舉1,4-戊二烯、1,5-己二烯、1,6-庚二烯等非共軛系二烯。
鏈轉移劑可單獨使用一種,亦可併用兩種以上。
相對於環狀烯烴單體1莫耳,鏈轉移劑的使用量較佳為0.001當量~1000當量、更佳為0.01當量~100當量的範圍。
作為其他觀點,相對於開環移位聚合觸媒1莫耳,鏈轉移劑的使用量較佳為0.1當量~2000當量、更佳為1當量~1000當量的範圍。
藉由任意設定該些量比,可調整分子量的大小。
聚合反應中的單體濃度只要根據環狀烯烴單體的反應性或在聚合溶媒中的溶解性等適當調整即可,並無特別限定。作為一例,環狀烯烴單體相對於溶媒1 kg的量例如為0.001 kg~3 kg、較佳為0.01 kg~2 kg、進而佳為0.02 kg~1 kg的範圍。
反應溫度只要根據環狀烯烴單體及開環移位觸媒的種類、量等適當調整即可,並無特別限定。作為一例,為-30℃~150℃,較佳為0℃~120℃,進而佳為15℃~100℃。
反應時間例如為1分鐘~10小時,較佳為5分鐘~8小時,進而佳為10分鐘~6小時。
聚合反應後,利用丁醛等醛類、丙酮等酮類、甲醇等醇類等停止反應,藉此可獲得具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂的溶液。
就減少所獲得的具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂中的未聚合單體的量、進一步抑制揮發成分(逸出氣體)的產生的觀點而言,環狀烯烴單體的聚合率較佳為90%以上,更佳為95%以上,進而佳為100%。
對自所獲得的具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂的溶液獲取聚合物的方法並無特別限制,可適當應用公知的方法。例如可列舉向攪拌下的貧溶媒中排出反應溶液的方法、藉由向反應溶液中吹入蒸汽的汽提(steam stripping)等方法而使聚合物析出的方法、或者藉由加熱等自反應溶液中蒸發除去溶媒的方法等。
具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂亦可為對主鏈的雙鍵進行加氫(亦稱為氫化)的形態。藉此,於藉由主鏈的雙鍵來限制聚合物鏈的運動的束縛時,例如適度降低聚合物的玻璃轉移溫度,容易獲得加熱(烘烤)時的良好的流動性。即,對基板的凹凸結構的埋入性變得更良好,另外,可形成平坦性更良好的抗蝕劑底層膜。
氫化反應中的氫化率以主鏈的雙鍵整體為基準,較佳為0.1莫耳%~100莫耳%,更佳為1.0莫耳%~95莫耳%,進而佳為5莫耳%~90莫耳%。
用於加氫的觸媒可為均勻系金屬錯合物觸媒或非均勻系金屬擔載觸媒的任一者。較佳為可容易地分離觸媒的非均勻系金屬擔載觸媒。例如可列舉活性碳擔載鈀、氧化鋁擔載鈀、活性碳擔載銠、氧化鋁擔載銠、活性碳擔載釕、氧化鋁擔載釕等。
觸媒可單獨使用,或者亦可組合使用兩種以上。
關於加氫時所使用的溶媒,只要為溶解聚合物,且溶媒自身不被加氫者則並無特別限制。例如可列舉:四氫呋喃、二乙醚、二丁醚、二甲氧基乙烷、二噁烷等醚類;苯、甲苯、二甲苯、乙基苯等芳香族烴;戊烷、己烷、庚烷等脂肪族烴;環戊烷、環己烷、甲基環己烷、二甲基環己烷、十氫萘等脂肪族環狀烴;二氯甲烷、二氯乙烷、二氯乙烯、四氯乙烷、氯苯、三氯苯等鹵化烴;乙酸甲酯、乙酸乙酯等酯等。
加氫時,溶媒可單獨使用一種,亦可併用兩種以上。另外,較佳為使用與所述聚合反應中使用的溶媒種類相同的溶媒,藉此無需溶媒置換步驟便可應用適於生產性的步驟。
於加氫反應中,氫壓力較佳為常壓~10 MPa,更佳為0.5 MPa~8 MPa,特佳為2 MPa~5 MPa。另外,反應溫度較佳為0℃~200℃,更佳為室溫~150℃,特佳為50℃~100℃。加氫反應的實施方式並無特別限制,例如可列舉將觸媒分散或溶解於溶媒中來進行的方法;將觸媒填充於管柱等中,使聚合物溶液作為固定相流通來進行的方法等。
進而,加氫處理可於使加氫處理前的聚合物的聚合溶液析出至貧溶媒中而分離出聚合物之後,再次溶解於溶媒中來進行加氫處理,亦可不自聚合溶液中分離出聚合物而利用所述氫化觸媒進行加氫處理。
加氫後,自聚合物溶液獲取聚合物的方法並無特別限制。例如可列舉:藉由過濾、離心分離、傾析等方法來獲取不含觸媒的聚合物溶液,向攪拌下的貧溶媒中排出反應溶液的方法;藉由向反應溶液中吹入蒸汽的汽提等方法來使聚合物析出的方法;或者藉由加熱等而自反應溶液蒸發除去溶媒的方法等。該些方法尤其可較佳地適用於使用活性碳擔載銠、活性碳擔載釕等非均勻系金屬擔載觸媒的情況。
另外,於利用非均勻系金屬擔載觸媒實施加氫反應的情況下,亦可於對合成液進行過濾而過濾分離出金屬擔載觸媒後,藉由所述方法來獲得聚合物。為了獲得半導體元件製造步驟中所期望的金屬雜質量少的聚合物溶液,可對粗取出觸媒成分的溶液進行過濾,藉由所述方法來獲取聚合物。
特佳為對觸媒成分進行精密過濾。該情況下,濾過過濾器的網眼較佳為0.05 μm~10 μm,更佳為0.10 μm~10 μm,進而佳為0.10 μm~5 μm。
具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂的、藉由以標準聚苯乙烯為基準物質的凝膠滲透層析法(gel permeation chromatography,GPC)所測定的重量平均分子量(Mw)較佳為1000~20000,更佳為1500~19000,進而佳為2000~18000。此處,GPC測定時的試樣濃度例如可設為3.0 mg/ml~9.0 mg/ml。
藉由將重量平均分子量(Mw)設為所述範圍,於在基板的凹凸結構的表面塗佈本實施形態的底層膜形成用材料後的烘烤步驟中的、適用於通常的半導體元件製造步驟的200℃~250℃的加熱中,可表現出更良好的加熱熔融流動性。結果,可形成空隙等缺陷得到進一步抑制、平坦性更優異、表現出更良好狀態的埋入性的底層膜。
具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂的重量平均分子量(Mw)與數量平均分子量(Mn)之比即分子量分佈(Mw/Mn)較佳為1.3~5.0,更佳為1.3~4.0,進而佳為1.3~3.0。藉由將分子量分佈(Mw/Mn)設為適當的範圍,對於烘烤步驟中的加熱可進一步抑制熔融不均,樹脂可更均勻地熔融。結果,可形成空隙等缺陷得到進一步抑制、平坦性更優異、具有更良好的埋入性的底層膜。
藉由適當調整多個樹脂的使用比率,可使性能更良好。
具有通式(A)所表示的結構單元的樹脂與具有通式(B)所表示的結構單元的樹脂的質量比通常為:具有通式(A)所表示的結構單元的樹脂/具有通式(B)所表示的結構單元的樹脂=5/95~95/5,較佳為10/90~90/10,更佳為20/80~80/20,進而佳為40/60~60/40。
於第一實施形態的底層膜形成材料更包含具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂的情況下,質量比通常為(具有通式(A)所表示的結構單元的樹脂+具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂)/(具有通式(B)所表示的結構單元的樹脂)=5/95~95/5,較佳為10/90~90/10,更佳為20/80~80/20,進而佳為40/60~60/40。
為了慎重起見而事先說明,第一實施形態的底層膜形成材料只要固體成分滿足所述(i)及(ii),則可含有所述樹脂以外的樹脂(其他樹脂)。
底層膜形成用材料可藉由使所述樹脂溶解或分散於有機溶媒中,並根據需要經由過濾器除去異物來製備。以該方式製備的底層膜形成用材料通常為適於塗佈於基板上的清漆狀。
此時能夠使用的有機溶媒只要為能夠溶解或分散所述樹脂的溶媒則並無特別限定。
作為有機溶媒,例如可列舉醇系溶媒、醚系溶媒、酮系溶媒、醯胺系溶媒、酯系溶媒、烴系溶媒等。
作為醇系溶媒,例如可列舉:4-甲基-2-戊醇、正己醇等碳數1~18的脂肪族一元醇系溶媒;環己醇等碳數3~18的脂環式一元醇系溶媒;1,2-丙二醇等碳數2~18的多元醇系溶媒;丙二醇單甲醚等碳數3~19的多元醇部分醚系溶媒等。
作為醚系溶媒,例如可列舉:二乙醚、二丙醚、二丁醚等二烷基醚系溶媒;四氫呋喃、四氫吡喃等環狀醚系溶媒;二苯醚、苯甲醚等含芳香環的醚系溶媒等。
作為酮系溶媒,例如可列舉:丙酮、甲基乙基酮、甲基正丙基酮、甲基正丁基酮、二乙基酮、甲基-異丁基酮、2-庚酮、乙基-正丁基酮、甲基-正己基酮、二-異丁基酮、三甲基壬酮等鏈狀酮系溶媒;環戊酮、環己酮、環庚酮、環辛酮、甲基環己酮等環狀酮系溶媒;2,4-戊二酮、乙醯丙酮、苯乙酮等。
作為醯胺系溶媒,例如可列舉:N,N'-二甲基咪唑啶酮、N-甲基吡咯啶酮等環狀醯胺系溶媒;N-甲基甲醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二乙基甲醯胺、乙醯胺、N-甲基乙醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基丙醯胺等鏈狀醯胺系溶媒等。
作為酯系溶媒,例如可列舉:乙酸正丁酯等乙酸酯等單羧酸酯系溶媒;乙酸丙二醇等多元醇羧酸酯系溶媒;乙酸丙二醇單甲醚等多元醇部分烷基醚乙酸酯等多元醇部分醚羧酸酯系溶媒;草酸二乙酯等多元羧酸二酯系溶媒;γ-丁內酯、δ-戊內酯等內酯系溶媒;碳酸二乙酯、碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯等碳酸酯系溶媒等。
作為烴系溶媒,例如可列舉:碳數5~10的直鏈狀或支鏈狀烴、碳數5~12的脂環式烴、碳數6~18的芳香族烴等。脂環式烴及芳香族烴的環上的氫原子的一部分或全部可由碳數1~5的直鏈狀或支鏈狀烷基取代。
溶媒只要考慮塗敷時的揮發速度、對製程的適應性、生產性等適當選擇即可。
較佳為選擇醇系溶媒、鏈狀酮系溶媒、環狀酮系溶媒、鏈狀醚溶媒、環狀醚溶媒、酯系溶媒等含氧溶媒。
底層膜形成用材料可含有一種或兩種以上的溶媒。
另外,例如於所述具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂的合成步驟中,例如若於氫化步驟中不存在溶媒被氫化等變質,則作為合成溶媒及底層膜形成用材料的製備溶媒亦可使用同種溶媒。
另外,本實施形態的底層膜形成用材料中,樹脂的濃度(使用兩種以上的樹脂的情況下為各濃度的總和)較佳為0.01質量%~50.0質量%,更佳為0.1質量%~45.0質量%,進而佳為1.0質量%~40.0質量%。樹脂的濃度可考慮樹脂的溶解性、對過濾製程的適應性、製膜性、作為底層膜的厚度等來選擇。
進而,以調整作為抗蝕劑底層膜的物性為目的,在不過度損及耐蝕刻性或埋入性、平坦性的範圍內,底層膜形成用材料亦可含有:丙烯酸樹脂、環氧樹脂、苯乙烯樹脂、羥基苯乙烯樹脂、羥基伸萘基(hydroxynaphthylene)樹脂、矽酮樹脂等樹脂;聚合性單體或寡聚物與聚合起始劑(光或熱)的組合;熱硬化系單體;鋯、鉿、釕、鈦等金屬的氧化物。
繼而,使所製備的清漆狀的底層膜形成用材料經由過濾器進行過濾。藉此,可自清漆狀的底層膜形成用材料中除去聚合物不溶成分、凝膠、異物等。藉由減少該些成分,塗佈時的平坦性變得更良好。
濾過過濾器的網眼較佳為0.001 μm~1 μm,更佳為0.001 μm~0.5 μm,進而佳為0.001 μm~0.1 μm。作為過濾器的材質,可列舉聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)、聚丙烯(polypropylene,PP)、聚醚碸(polyether sulfone,PES)、纖維素等有機材料;玻璃纖維、金屬等無機材料等。只要不影響作為抗蝕劑底層膜的功能,則可考慮清漆特性、製程適應性等來選擇任意者。
過濾可為自孔徑大的過濾器向小的過濾器輸送清漆的多級製程。當然,亦可為向孔徑小的過濾器直接輸送清漆的單一製程。
作為將清漆輸送至過濾器的方法,例如可列舉利用壓力差的方法、經由螺桿等藉由機械驅動而將清漆輸送至過濾器的方法等。
過濾的溫度只要以考慮到過濾性能、溶液黏度、聚合物的溶解性的範圍適當選擇即可。較佳為-10℃~200℃、更佳為0℃~150℃、進而佳為室溫~100℃的範圍。
<第二實施形態>
第二實施形態的底層膜形成用材料用於多層抗蝕劑製程。
該底層膜形成用材料的固體成分滿足以下(i)~(iii)。
(i)由以下數學式(1)所定義的元素構成比率Re為1.5~2.8。
(ii)玻璃轉移溫度為30℃~250℃。
(iii)含有具有下述通式(1)所表示的結構單元的樹脂。
數學式(1)中,
NH
為底層膜形成用材料的固體成分中的氫原子的個數,
NC
為底層膜形成用材料的固體成分中的碳原子的個數,
NO
為底層膜形成用材料的固體成分中的氧原子的個數。
[化39]
通式(1)中,
R1
~R4
分別獨立地為選自由氫原子、碳數6~20的芳基、碳數6~20的芳基氧基、碳數7~20的芳基氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基羰基、碳數8~20的烷基芳基胺基羰基、碳數8~30的烷氧基羰基芳基及碳數8~20的芳基氧基羰基烷基所組成的群組中的任一基,且R1
~R4
中至少一個為氫原子以外的基,進而R1
~R4
可相互鍵結而形成環結構,
n表示0~2的整數,
X1
及X2
分別獨立地表示-CH2
-或-O-。
於第二實施形態中,固體成分的元素構成比率Re為1.5~2.8、固體成分的玻璃轉移溫度為30℃~250℃的技術意義與第一實施形態相同。因此,省略再次的說明。並且,於第二實施形態中,Re較佳為1.8~2.5,更佳為1.8~2.4。
於第二實施形態中,具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂本身的較佳態樣等與第一實施形態相同。因此,省略再次的說明。
於第二實施形態中,由數學式(2)所定義的元素構成比率Re'亦較佳為1.5~2.8。
作為一例,第二實施形態的底層膜形成材料較佳為除了具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂之外,更包含具有通式(B)所表示的結構單元的樹脂。更佳的是,於第二實施形態中,較佳為除了具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂之外,更包含具有通式(b)所表示的結構單元的樹脂。
關於通式(B)及通式(b),如第一實施形態中所說明般。
於併用具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂及具有通式(B)所表示的結構單元的樹脂的情況下,質量比通常為具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂/具有通式(B)所表示的結構單元的樹脂=5/95~95/5,較佳為10/90~90/10,更佳為20/80~80/20,進而佳為40/60~60/40。
作為另一例,第二實施形態的底層膜形成材料較佳為除了具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂之外,更包含具有通式(A)所表示的結構單元的樹脂。更佳的是,於第二實施形態中,較佳為除了具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂之外,更包含具有通式(a1)或通式(a2)所表示的結構單元的樹脂。
關於通式(A)及通式(a1)、通式(a2),如第一實施形態中所說明般。
具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂與具有通式(A)所表示的結構單元的樹脂的質量比通常為:具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂/具有通式(A)所表示的結構單元的樹脂=100/0~5/95,較佳為100/0~15/85,更佳為100/0~30/70,更佳為100/0~45/55。
為了慎重起見而事先說明,第二實施形態的底層膜形成材料只要固體成分滿足所述(i)~(iii),則亦可包含並非具有通式(A)所表示的結構單元的樹脂,亦非具有通式(B)所表示的結構單元的樹脂的樹脂(其他樹脂)。例如,第二實施形態的底層膜形成材料亦可包含聚羥基苯乙烯作為其他樹脂。
具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂與其他樹脂的質量比通常為具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂/其他樹脂=100/0~55/45,較佳為100/0~60/40,更佳為100/0~70/30。
第二實施形態的底層膜形成材料的製備方法、能夠使用的溶劑等與第一實施形態相同。因此,省略再次的說明。
<抗蝕劑底層膜>
可使用底層膜形成用材料來製造(形成)抗蝕劑底層膜。
抗蝕劑底層膜的製造方法包括於基板上形成含有底層膜形成用材料的塗膜的步驟(以下亦稱為「塗膜形成步驟」)。
根據需要,亦可進行加熱所述塗膜的步驟(以下亦稱為「加熱步驟」)。
藉由使用所述的底層膜形成用材料(第一實施形態或第二實施形態),可製造耐蝕刻性良好、且埋入性及平坦性優異的抗蝕劑底層膜。
特別是,第一實施形態或第二實施形態的底層膜形成用材料對複雜形狀的基板的埋入性優異。因此,可於具有階差的基板或具有多種溝槽的基板等複雜形狀的基板上,製作滿足耐蝕刻性、並且埋入性及平坦性優異的抗蝕劑底層膜。
並且,耐蝕刻性例如可藉由進行氧電漿蝕刻時的「使用聚羥基苯乙烯而獲得的參照用的抗蝕劑底層膜蝕刻速率÷對象底層膜的蝕刻速率」的式子來計算。由該式求出的值較佳為1.03~3.00,更佳為1.05~2.00。
關於氧電漿蝕刻的詳細情況,參照後述的實施例。
以下,對各步驟進行說明,但本發明並不限定於該些步驟。
[塗膜形成步驟]
第一實施形態或第二實施形態的底層膜形成材料藉由含有特定的樹脂,另外含有兩種以上的特定的樹脂,能夠於基板上乾淨地塗佈,可獲得均勻膜厚的塗膜。
塗膜形成步驟中,使用底層膜形成用材料,於基板上形成塗膜。
作為基板,例如可列舉矽晶圓、鋁晶圓、鎳晶圓等。
於基板的表面亦可設置凹凸結構。凹凸結構例如可為二氧化矽(SiO2
)膜、SiCN膜、在二氧化矽(SiO2
)中摻雜有碳(C)的SiOC膜、甲基矽氧烷系有機膜(SOG)、數nm以下的微小空孔均勻分佈的二氧化矽絕緣膜等由低介電材料形成有被膜者。
藉由使用第一實施形態或第二實施形態的底層膜形成用材料,向凹凸結構的埋入性良好。另外,可形成平坦性優異的抗蝕劑底層膜。特別是,即便使用具有階差的基板或具有多種溝槽的基板等複雜形狀的基板,亦容易獲得良好的埋入性及平坦性。
作為具有多種溝槽的基板,例如亦可列舉彼此具有不同的縱橫比的基板。縱橫比可使用混合有各種值者,例如於基板的溝槽中,作為縱橫比中的最大值與最小值的比,較佳為1~30,更佳為1~25,進而佳為1~20。
塗膜的形成方法(塗佈方法)並無特別限定。例如可列舉使用旋塗、溶液流延塗佈、輥塗佈、狹縫塗佈、噴墨塗佈等方法,將以上所述的清漆狀的底層膜形成用材料塗佈於基板的方法。
此時,所形成的抗蝕劑底層膜的、自基板上的凹部底至大氣面的膜厚並無特別限定。例如,作為後述的平均值Hav
的值,較佳為5 nm~2000 nm,更佳為5 nm~1000 nm,進而佳為5 nm~500 nm。
[加熱步驟]
於加熱步驟中,對塗膜形成步驟中所形成的塗膜進行加熱。加熱的溫度較佳為100℃~400℃,更佳為150℃~300℃,進而佳為180℃~250℃。加熱時間較佳為5秒~60分鐘,更佳為10秒~10分鐘,進而佳為30秒~3分鐘。作為加熱的環境,例如可列舉空氣、氮氣或氬氣等惰性氣體等。
作為加熱方式,例如可列舉:以除去塗膜中的溶媒為目的進行加熱,藉由之後的加熱使塗膜流動,在基板的凹凸結構中埋入塗膜的態樣;使在不損害本發明的效果的範圍內為了補充功能而混合的熱硬化系材料等異種物質硬化,藉由之後的加熱使塗膜流動,在基板的凹凸結構中埋入塗膜的態樣;以使底層膜形成用材料的脫離基脫離為目的進行加熱,藉由之後的加熱使塗膜流動,在基板的凹凸結構中埋入塗膜的態樣等。
加熱可為分階段地提高溫度的多級製程。
以該方式獲得的抗蝕劑底層膜例如可用作用於藉由光微影法來形成圖案的步驟構件。
較佳為使用第一實施形態或第二實施形態的底層膜形成用材料而獲得的底層膜的溶媒耐性良好。藉此,於在抗蝕劑底層膜上設置其他層(例如抗蝕劑層)的情況下,更難以引起互混(intermixing)。
例如,按照下述(1)~(3)的順序測定的殘膜率較佳為50%以上,更佳為50%~100%,進而佳為60%~100%,特佳為70%~100%,尤佳為80%~100%。
[順序]
(1)將底層膜形成用材料塗佈於基板上,在120℃下乾燥1分鐘,冷卻至室溫,其後在300℃下加熱1分鐘形成膜。將此時的膜厚設為a。a典型而言調整為300 nm~400 nm、較佳為350 nm。
(2)將(1)中形成的膜於丙二醇單甲醚(PGME)/丙二醇-1-單甲醚-2-乙酸酯(PGMEA)的質量比為7/3的混合溶媒中,在23℃下浸漬5分鐘。
(3)將(2)的浸漬後的膜在150℃下加熱3分鐘,使溶媒乾燥。將此時的膜厚設為b。而且,藉由(b/a)×100(%)的式子算出殘膜率。
於第一實施形態或第二實施形態的底層膜形成用材料中,特別是藉由將特定的樹脂組合使用,而有殘膜率高的傾向。
所述順序的(2)中,使用PGME/PGMEA的質量比為7/3的混合溶媒的理由在於,設置於抗蝕劑底層膜的上層的中間層或抗蝕劑層的形成中所使用的材料中,作為溶媒多使用PGME或PGMEA。
藉由殘膜率為50%以上,於在抗蝕劑底層膜上形成硬遮罩等中間層或抗蝕劑層的情況下,可抑制抗蝕劑底層膜溶解、或者抗蝕劑底層膜與中間層及/或抗蝕劑層超出所需地互混。結果,可使中間層與抗蝕劑底層膜的密接性變得適當、或可實現平坦性更優異的積層體。
<積層體>
積層體包括基板、以及使用底層膜形成用材料形成於該基板的其中一個面的抗蝕劑底層膜。
基板與抗蝕劑底層膜較佳為接觸的結構。
此處,抗蝕劑底層膜及其製造方法已於所述<抗蝕劑底層膜>一項中進行了說明,因此省略再次的說明。
圖1是用於說明積層體的結構的示意圖。更具體而言,圖1是用於說明積層體10中抗蝕劑底層膜2的膜厚4、凹凸結構7的高度5及凹凸結構7的凸-凸之間的間隔6的示意圖。
圖1)所表示的四個積層體10中,左上及左下的圖是(a)基板1存在凹凸結構時的示意圖。另外,右上及右下的圖是(b)基板1不存在凹凸結構時的示意圖。左上圖與左下圖表示基本上相同的積層體。同樣地,右上圖與右下圖表示基本上相同的積層體。其中,為了說明,上圖與下圖中改變了符號及輔助線等。
基板1亦可如(b)般為具有平坦的表面的結構,但較佳為如(a)般在其單面或兩面具有凹凸構造7。凹凸結構7的凹凸的高度較佳為5 nm~500 nm、更佳為7 nm~450 nm、進而佳為10 nm~400 nm的範圍。
此處,凹凸的「高度」是指圖1所表示的凹凸結構7的高度5。於欲求出基板1整體的「平均高度」的情況下,例如只要任意地測定10點的凹凸結構7的高度5,採用該些的平均值即可。
凹凸結構7的凸-凸之間的間隔較佳為1 nm~10 mm。凹凸結構7的凸-凸之間的間隔的下限值更佳為3 nm以上,進而佳為5 nm以上,特佳為10 nm以上。
此處,凹凸結構7的凸部-凸部之間的間隔是指圖1所表示的凹凸結構7的凸部-凸部之間的間隔6。於欲求出基板1整體的「平均的凸-凸之間的間隔」的情況下,例如只要任意地測定10點的凹凸結構7的凸-凸之間的間隔6,採用該些的平均值即可。
凹凸結構7的凸-凸之間的間隔的上限值更佳為5 mm以下,進而佳為1 mm以下,特佳為0.5 mm以下。
於基板1具有如上所述的凹凸結構的情況下,有更顯著地表現出抗蝕劑底層膜2的效果的傾向。
基板1的厚度較佳為0.01 μm~10000 μm。基板1的厚度的下限值更佳為0.03 μm以上,進而佳為0.05 μm以上,特佳為0.10 μm以上。
基板1的厚度的上限值更佳為5000 μm以下,進而佳為3000 μm以下,特佳為1000 μm以下。
此處,於基板1具有凹凸結構7的情況下,基板1的最薄部的厚度與最厚部的厚度較佳為處於所述數值範圍內。
抗蝕劑底層膜2中,與基板為相反側的表面3的由下述數學式算出的平坦度(ΔFT)較佳為0%~5%,更佳為0%~3%,進而佳為0%~1.5%,特佳為0%~1%。
ΔFT={(Hmax
-Hmin
)/Hav
}×100(%)
所述數學式中,
Hav
為於表面3的任意10處測定抗蝕劑底層膜的膜厚時的膜厚的平均值,
Hmax
為抗蝕劑底層膜的膜厚的最大值,
Hmin
為抗蝕劑底層膜的膜厚的最小值。
於基板具有凹凸的情況下,藉由測定自凹部底面至抗蝕劑底層膜的上表面(與大氣的界面)的距離(圖1的左下的積層體10所示的膜厚4),求出Hav
、Hmax
及Hmin
。換言之,於基板具有凹凸的情況下,選擇性地測定10處具有凹部的部分,求出Hav
、Hmax
及Hmin
。
如上所述,藉由使用本實施形態的底層膜形成用材料,可獲得平坦性良好的抗蝕劑底層膜。
藉由獲得平坦性良好的抗蝕劑底層膜,可無關於中間層的有無而使抗蝕劑層的厚度更均勻。藉此,可於光微影中再現性良好地獲得所期望的圖案。
總之,使用第一實施形態或第二實施形態的底層膜形成材料而獲得的積層體的(i)殘膜率、(ii)平坦度、(iii)耐蝕刻性等良好。根據該些觀點,積層體亦可如下所述表現。此種殘膜率、平坦度及耐蝕刻性並存的積層體對尖端半導體元件的製造極為有用。
一種積層體,包括:
基板;以及
抗蝕劑底層膜,由底層膜形成用材料形成於基板的其中一個面,且
所述積層體至少具有下述(i)~(iii)的特徵。
(i)底層膜形成用材料的按照以下(1)~(3)的順序測定的殘膜率為80%以上。
<順序>
(1)將底層膜形成用材料塗佈於基板上,在120℃下乾燥1分鐘,冷卻至室溫,其後在300℃下加熱1分鐘形成膜。將此時的膜厚設為a。
(2)將(1)中形成的膜於丙二醇單甲醚(PGME)/丙二醇-1-單甲醚-2-乙酸酯(PGMEA)的質量比為7/3的混合溶媒中,在23℃下浸漬5分鐘。
(3)將(2)的浸漬後的膜在150℃下加熱3分鐘,使溶媒乾燥。將此時的膜厚設為b。而且,藉由(b/a)×100(%)的式子算出殘膜率。
(ii)於抗蝕劑底層膜的與基板為相反側的表面α,由下述數學式算出的平坦度ΔFT為0%~1.5%。
ΔFT={(Hmax
-Hmin
)/Hav
}×100(%)
所述數學式中,
Hav
為於所述表面α的任意10處測定所述抗蝕劑底層膜的膜厚時的膜厚的平均值,
Hmax
為所述抗蝕劑底層膜的膜厚的最大值,
Hmin
為所述抗蝕劑底層膜的膜厚的最小值。
(iii)藉由「使用聚羥基苯乙烯而獲得的參照用的抗蝕劑底層膜蝕刻速率÷對象底層膜的蝕刻速率」的式子而算出的耐蝕刻性的值為1.03~3.00。
<圖案形成方法>
圖案形成方法例如包括:(i)在如上所述的抗蝕劑底層膜的上表面側形成抗蝕劑圖案的步驟(以下亦稱為「抗蝕劑圖案形成步驟」);(ii)將該抗蝕劑圖案作為遮罩,依次蝕刻抗蝕劑底層膜及基板的步驟(以下亦稱為「蝕刻步驟」)。
另外,圖案形成方法亦可為於抗蝕劑圖案形成步驟中,在抗蝕劑底層膜的上表面側形成中間層,在該中間層的上表面側形成抗蝕劑圖案,於蝕刻步驟中進一步蝕刻中間層的步驟。
第一實施形態或第二實施形態的底層膜形成用材料較佳為包含兩種以上的特定的樹脂。例如,於單獨使用具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂而耐蝕刻性低的情況下,藉由以適當的組成將具有通式(A)所表示的結構單元的樹脂及/或具有通式(B)所表示的結構單元的樹脂組合,能夠提高耐蝕刻性。藉由使用第一實施形態或第二實施形態的底層膜形成用材料,可形成耐蝕刻性良好且平坦性良好的抗蝕劑底層膜。藉由該些,可形成良好的圖案。
另外,特別是藉由底層膜形成用材料包含所述具有通式(1)所表示的結構單元的樹脂,可抑制由中間層形成用材料或抗蝕劑圖案形成用材料所含有的溶媒引起的互混。而且,抗蝕劑底層膜的平坦性變得更良好,更容易形成良好的圖案。
以下,對各步驟進行說明,但本發明並不受該些步驟限定。
[抗蝕劑圖案形成步驟]
於本步驟中,在抗蝕劑底層膜的上表面側形成抗蝕劑圖案。或者,亦可在抗蝕劑底層膜的上表面側形成中間層,在該中間層的上表面側形成抗蝕劑圖案。
中間層是於抗蝕劑圖案形成等中,為了補充抗蝕劑底層膜及/或抗蝕劑膜具有的功能、或者賦予該些所不具有的功能而具有該些功能的層。例如,於形成防反射膜(亦稱為防反射層)作為中間層的情況下,可補充抗蝕劑底層膜的防反射功能。作為另一例,於形成硬遮罩層作為中間層的情況下,可抑制使用鹼性顯影液時的對抗蝕劑底層膜的影響,及/或,補充在蝕刻抗蝕劑底層膜之後,對下層的包含矽、鋁、鎳等的基板進行蝕刻時的抗蝕劑圖案形成層的耐蝕刻性不足。
進而,中間層可為包括防反射層與硬遮罩層中的任一者或兩者的功能者。關於層構成,可於抗蝕劑底層膜的正上方形成防反射層,亦可形成硬遮罩層。中間層的原材料及物性等只要考慮抗蝕劑材料、加工基板等材料的特性、生產性等適當選擇即可。
中間層可由有機化合物或無機氧化物等形成。作為有機化合物,例如可列舉DUV-42、DUV-44、ARC-28、ARC-29(布魯爾科技(Brewer Science)公司製造)或AR-3、AR-19(羅門哈斯(Rohm and Haas)公司製造)等。另外,作為無機氧化物,例如可列舉NFC SOG系列(JSR公司製造)、利用化學氣相沈積(chemical vapor deposition,CVD)法形成的聚矽氧烷、氧化鈦、氧化鋁、氧化鎢等。
形成中間層的方法並無特別限定。例如可列舉塗佈法或CVD法等。該些中,較佳為塗佈法。於使用塗佈法的情況下,可於形成抗蝕劑底層膜後,連續地形成中間層。
中間層的膜厚並無特別限定。膜厚只要根據中間層所要求的功能等適當選擇即可。典型而言為1 nm~5 μm,較佳為5 nm~3 μm,更佳為10 nm~0.3 μm。
作為在抗蝕劑底層膜或中間層的上表面側形成抗蝕劑圖案的方法,例如可列舉使用光微影法的方法等。
使用光微影法的方法例如可包括使用抗蝕劑組成物在抗蝕劑底層膜的上表面側形成抗蝕劑膜的步驟(以下亦稱為「抗蝕劑膜形成步驟」)、對抗蝕劑膜進行曝光的步驟(以下亦稱為「曝光步驟」)、以及對已曝光的抗蝕劑膜進行顯影的步驟(以下亦稱為「顯影步驟」)。
以下,對該些步驟進行說明。
(抗蝕劑膜形成步驟)
本步驟中,使用抗蝕劑組成物,在抗蝕劑底層膜的上表面側形成抗蝕劑膜。具體而言,以所得的抗蝕劑膜成為規定的膜厚的方式塗佈抗蝕劑組成物,其後,藉由進行預烘烤而使塗膜中的溶媒揮發,形成抗蝕劑膜。
作為抗蝕劑組成物,例如可列舉含有樹脂及光酸產生劑的正型或負型的化學增幅型抗蝕劑組成物;包含鹼可溶性樹脂及醌二疊氮系感光劑的正型抗蝕劑組成物;包含鹼可溶性樹脂及交聯劑的負型抗蝕劑組成物等。
抗蝕劑組成物的固體成分濃度只要考慮作為對象的膜厚、生產性而以適當的範圍選擇即可。較佳為0.1質量%~50質量%、更佳為0.5質量%~50質量%、進而佳為1.0質量%~50質量%的範圍。
抗蝕劑組成物較佳為利用孔徑0.1 μm左右的過濾器進行過濾來製備。
作為抗蝕劑組成物,亦可直接使用市售的抗蝕劑組成物。
抗蝕劑組成物的塗佈方法並無特別限定。例如,可藉由旋塗、流延塗佈、輥塗佈等方法來實施。
預烘烤的溫度只要根據所使用的抗蝕劑組成物的種類等適當選擇即可。典型而言為30℃~200℃,較佳為50℃~150℃。
(曝光步驟)
本步驟中,對在抗蝕劑膜形成步驟中形成的抗蝕劑膜進行曝光。曝光例如是經由規定的遮罩圖案及根據必要的液浸液來進行。
作為曝光光,可根據抗蝕劑組成物中使用的光酸產生劑的種類,自例如可見光線、紫外線、遠紫外線、X射線、γ射線等電磁波;電子射線、分子射線、離子束、α射線等粒子射線等中適當選擇。該些中,較佳為遠紫外線,更佳為KrF準分子雷射光(248 nm)、ArF準分子雷射光(193 nm)、F2
準分子雷射光(波長157 nm)、Kr2
準分子雷射光(波長147 nm)、ArKr準分子雷射光(波長134 nm)、極紫外線(波長13 nm等),進而佳為ArF準分子雷射光。
曝光後,為了提高所形成的抗蝕劑圖案的解析度、圖案輪廓、顯影性等,可進行後烘烤(Post Exposure Bake)。此時的溫度只要根據所使用的抗蝕劑組成物的種類等適當調整即可。典型而言為50℃~200℃,較佳為70℃~150℃。
(顯影步驟)
本步驟中,對曝光步驟中已曝光的抗蝕劑膜進行顯影。
作為顯影中所使用的顯影液,只要根據所使用的抗蝕劑組成物的種類適當選擇即可。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、乙胺、正丙胺、二乙胺、二-正丙胺、三乙胺、甲基二乙胺、二甲基乙醇胺、三乙醇胺、四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、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-壬烯等鹼性水溶液等。
鹼性水溶液中例如亦可適量添加甲醇、乙醇等醇類等的水溶性有機溶媒、或界面活性劑。
另外,作為顯影液,亦可使用含有有機溶媒的顯影液。作為該有機溶媒,例如可列舉酯類、酮類、醚類、醇類、醯胺類、烴類等。有機溶媒顯影中使用的溶媒可根據抗蝕劑底層膜的特性適時選擇。
再者,藉由以上述方式預先形成中間層,可抑制顯影液對抗蝕劑底層膜的影響。
使用顯影液進行顯影後,藉由進行清洗、乾燥,形成抗蝕劑圖案。
除了如上所述使用光微影法的方法以外,抗蝕劑圖案形成步驟亦可為使用奈米壓印法的方法、使用自組織化組成物的方法等。
[蝕刻步驟]
於本步驟中,將所獲得的抗蝕劑圖案作為遮罩,依次蝕刻抗蝕劑底層膜及基板。藉此,於基板上形成圖案。再者,於形成中間層的情況下,亦進一步蝕刻中間層。
蝕刻可為乾式蝕刻,亦可為濕式蝕刻。乾式蝕刻可使用公知的乾式蝕刻裝置來進行。另外,作為進行乾式蝕刻時的來源氣體,例如可使用O2
、CO、CO2
等含有氧原子的氣體;He、N2
、Ar等惰性氣體;Cl2
、BCl3
等氯系氣體;CHF3
、CF4
等氟系氣體;H2
、NH3
的氣體等。該些氣體亦可混合使用。來源氣體的組成只要根據被蝕刻物的元素組成等適當選擇即可。
[不需要的抗蝕劑底層膜等的除去步驟]
本步驟中,藉由蝕刻步驟而將抗蝕劑圖案轉印並形成於基板後,除去不需要的抗蝕劑底層膜等。除去方法可為乾式法,亦可為使用溶媒等的濕式法,亦可將該些併用。只要考慮材料的物性及製程適應性來適當選擇即可。
於乾式法的情況下,可使用蝕刻步驟中所使用的乾式蝕刻裝置。因此,於該除去步驟中,無需自蝕刻步驟變更生產線。即,自生產性的觀點而言,可較佳地使用乾式法。
於該除去步驟中,作為使用乾式蝕刻裝置時的氣體源,例如可使用O2
、CO、CO2
等含有氧原子的氣體;He、N2
、Ar等惰性氣體;Cl2
、BCl3
等氯系氣體;CHF3
、CF4
等氟系氣體;H2
、NH3
的氣體等。該些氣體可混合使用兩種以上。來源氣體的組成可根據被蝕刻物的元素組成適當選擇。
以上,對本發明的實施形態進行了敘述,但該些為本發明的例示,可採用所述以外的各種構成。另外,本發明並不限定於所述實施形態,在可達成本發明的目的的範圍內進行的變形、改良等亦包含於本發明中。
[實施例]
以下,參照實施例、比較例來詳細說明本實施形態。本實施形態並不限定於該些實施例的記載。
首先,說明各種測定、評價的方法。
[聚合物的重量平均分子量(Mw)及分子量分佈(Mw/Mn)的測定]
在下述條件下,使用凝膠滲透層析法(GPC)測定溶解於四氫呋喃(tetrahydrofuran,THF)中的聚合物的重量平均分子量(Mw)及數量平均分子量(Mn)。而且,藉由聚苯乙烯標準對分子量進行校正。
・檢測器:日本分光公司製造的RI-2031及875-UV、或者科泰(Viscotec)公司製造的型號(Model)270
・串聯連結管柱:索得克斯(Shodex)K-806M、804、803、802.5
・管柱溫度:40℃
・流量:1.0 ml/分鐘
・試樣濃度:3.0 mg/ml~9.0 mg/ml
[玻璃轉移溫度]
使用島津製作所公司製造的示差掃描熱量計DSC-50,於氮環境下以10℃/分鐘的升溫速度加熱測定試樣。將此時所得的表示自固體狀態向玻璃狀態的相轉變的熱量曲線的中點作為玻璃轉移溫度。
[元素分析]
關於碳原子、氫原子及氮原子,使用柳本(YANACO)公司製造的裝置「CHN Coder MT-6型」進行測定。關於氧原子,使用艾曼特(Elementor)公司製造的裝置「瓦里奧(vario)EL III型」進行測定。
[元素構成比率(Re及Re')的算出]
利用所述元素分析值,依照所述式來算出元素構成比率(Re及Re')。
[用於埋入性、平坦性評價的評價用凹凸基板]
使用在基板表面形成有高度200 nm、凸部寬度40 nm~150 nm、凸-凸之間寬度40 nm~150 nm的線與空間圖案的尺寸3 cm×3 cm的矽製基板。
以下,亦將該基板記載為「評價用凹凸基板」。
[嵌入性評價]
將在所述評價用凹凸基板的凹凸表面上形成有抗蝕劑底層膜的樣品分割,進行剖面觀察用的面露出。其後,使用日本分光公司製造的掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope)JSM-6701F(以下記為SEM),觀察凸-凸之間寬度為40 nm的部分的基板剖面,評價埋入性(關於抗蝕劑底層膜的形成方法,參照各實施例及比較例的記載)。
[平坦性的評價]
於評價了所述埋入性的基板剖面中,對凸寬40 nm、凸-凸之間寬度120 nm的區域的自凹部底面至大氣面的高度測量10點,將平均值設為Hav
。
繼而,根據所測量的10點的高度中最大高度(Hmax
)與最小高度(Hmin
)各自的值,藉由下式來算出表示平坦性的指標的平坦度。
平坦度(ΔFT)={(Hmax
-Hmin
)/Hav
}×100(%)
[殘膜率測定]
將底層膜形成用材料旋塗於4吋的矽晶圓,在120℃下乾燥1分鐘,冷卻至室溫,其後在300℃下加熱1分鐘。藉此形成厚度300 nm~400 nm的塗佈膜。室溫冷卻後,以20 mm×10 mm的尺寸剪切塗佈膜。
將剪切出的塗佈膜在有機溶媒(丙二醇單甲醚(PGME)與丙二醇-1-單甲醚-2-乙酸酯(PGMEA)的質量比為PGME/PGMEA=7/3的混合溶媒)中,在23℃下浸漬5分鐘。
其後,將塗佈膜在150℃下加熱3分鐘,將塗佈膜中的殘留溶媒乾燥除去。測定此時的塗佈膜的厚度b,算出殘膜率((b/a)×100(%))。
[電漿蝕刻特性評價]
將形成於矽晶圓的抗蝕劑底層膜放入腔室中,將腔室內抽真空至5×10-6
Torr(6.7×10-4
Pa)。其後,以50 sccm(約8.3×10-7
m3
/s)將氧流入腔室中,將腔室內壓力調整為0.15 Torr(20 Pa)。
而且,照射100 W的氧電漿。
[蝕刻速率的測定方法]
使用日本施美樂博(Semilab)公司製造的分光橢圓偏光儀GES5E,測定蝕刻前(0秒)、蝕刻60秒後、蝕刻180秒後及蝕刻300秒後的基板表面的膜厚。測定是在膜中的任意3點進行,採用平均值作為膜厚。藉此,獲得蝕刻時間為0秒、60秒、180秒、300秒時的膜厚資料。
以橫軸為時間(秒)、縱軸為減少膜厚量(nm),對該些膜厚資料進行繪圖,利用直線(一次函數)進行近似。而且,根據直線的斜率算出蝕刻速率(nm/sec)。
[實施例1]
(環狀烯烴聚合物的合成)
於氮環境下,在具備磁攪拌裝置的125 mL的玻璃製高壓釜內,將12.9 g(0.071 mol)的1,4,4a,9a-四氫-1,4-亞甲基芴及0.65 g(0.008 mol)的1,5-己二烯溶解於四氫呋喃(以下記為THF)50.9 g中,進行攪拌。
向其中加入10.8 mg(0.014 mmol)的Mo(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OCMe(CF3
)2
)2
作為開環移位聚合觸媒,使其在60℃下反應1小時。其後,加入正丁醛3.06 mg(0.04 mmol),進而在60℃下加熱30分鐘。
而且,進行冷卻,獲得開環移位聚合物溶液63.8 g。所得的聚合物的聚合率=100%、Mw=5800、Mw/Mn=2.54。
繼而,使用甲醇,自所得的開環移位聚合物溶液中析出環狀烯烴聚合物,在80℃下減壓乾燥,藉此獲得白色粉末固體(聚合物1)。
聚合物1為含有所述通式(2)所表示的結構單元者。
聚合物1的玻璃轉移溫度為121℃。
(底層膜形成用材料的製作)
將所得的聚合物1溶解於丙二醇-1-單甲醚-2-乙酸酯(以下亦記為PGMEA)與環己酮(以下亦記為CH)的質量比為PGMEA/CH=5/5的混合溶劑中,製備濃度10質量%的溶液。藉此獲得底層膜形成用材料。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以300℃加熱1分鐘而形成膜。將利用刮勺(spatula)切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,進行元素分析。元素分析值為C=92.1質量%、H=8.1質量%,根據元素分析值計算出的元素構成比率(Re及Re')為2.1。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。藉此形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,底層膜形成用材料中的聚合物1無空隙等缺陷地均勻埋入至凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽中。另外,Hav
為278 nm、Hmax
為278 nm、Hmin
為278 nm,平坦度(ΔFT)為0.0%。即,埋入性及平坦性非常良好。
另外,使用所得的底層膜形成用材料,如所述的[殘膜率測定]中所記載般測定的殘膜率為100%。即,殘膜率非常良好。
[實施例2]
(環狀烯烴聚合物的合成)
於氮環境下,在具備磁攪拌裝置的125 mL的玻璃製高壓釜內,將10.1 g(0.071 mol)的1,4-二氫-1,4-亞甲基萘及0.65 g(0.008 mol)的1,5-己二烯溶解於50.9 g的THF中,進行攪拌。
向其中加入10.8 mg(0.014 mmol)的Mo(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OCMe(CF3
)2
)2
作為開環移位聚合觸媒,使其在60℃下反應1小時。其後,加入正丁醛3.06 mg(0.04 mmol),進而在60℃下加熱30分鐘。
而且,進行冷卻,獲得開環移位聚合物溶液61.0 g。所得的聚合物的聚合率=100%、Mw=6000、Mw/Mn=2.51。
繼而,使用甲醇,自所得的開環移位聚合物溶液中析出環狀烯烴聚合物,在80℃下減壓乾燥,藉此獲得白色粉末固體(聚合物2)。
聚合物2為含有所述通式(6)所表示的結構單元者。
聚合物2的玻璃轉移溫度為140℃。
(底層膜形成用材料的製作)
將所得的聚合物2溶解於PGMEA與CH的質量比為PGMEA/CH=5/5的混合溶劑中,製備濃度10質量%的溶液。藉此獲得底層膜形成用材料。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以300℃加熱1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,進行元素分析。元素分析值為C=92.7質量%、H=7.4質量%,根據元素分析值計算出的元素構成比率(Re及Re')為2.0。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。藉此形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,相對於凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽,底層膜形成用材料中的聚合物2無空隙等缺陷地均勻埋入。另外,Hav
為253 nm、Hmax
為254 nm、Hmin
為253 nm,平坦度(ΔFT)為0.4%。即,埋入性及平坦性非常良好。
另外,使用所得的底層膜形成用材料,如所述的[殘膜率測定]中所記載般測定的殘膜率為99%。即,殘膜率非常良好。
[實施例3]
(環狀烯烴聚合物的合成)
於氮環境下,在具備磁攪拌裝置的125 mL的玻璃製高壓釜內,將15.5 g(0.071 mol)的6b,7,10,10a-四氫-7,10-亞甲基螢蒽及0.65 g(0.008 mol)的1,5-己二烯溶解於溶解於50.9 g的THF中,進行攪拌。
向其中加入10.8 mg(0.014 mmol)的Mo(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OCMe(CF3
)2
)2
作為開環移位聚合觸媒,使其在60℃下反應1小時。其後,加入正丁醛3.06 mg(0.04 mmol),進而在60℃下加熱30分鐘。
而且,進行冷卻,獲得開環移位聚合物溶液66.3 g。所得的聚合物的聚合率=100%、Mw=5400、Mw/Mn=2.55。
繼而,使用甲醇,自所得的開環移位聚合物溶液中析出環狀烯烴聚合物,在80℃下減壓乾燥,藉此獲得白色粉末固體(聚合物3)。
聚合物3為含有所述通式(5)所表示的結構單元者。
聚合物3的玻璃轉移溫度為138℃。
(底層膜形成用材料的製作)
將所得的聚合物3溶解於PGMEA與CH的質量比為PGMEA/CH=5/5的混合溶劑中,製備濃度10質量%的溶液。藉此獲得底層膜形成用材料。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以300℃加熱1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,進行元素分析。元素分析值為C=93.7質量%、H=6.6質量%,根據元素分析值計算出的元素構成比率(Re及Re')為1.8。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。藉此形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,相對於凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽,底層膜形成用材料中的聚合物3無空隙等缺陷地均勻埋入。另外,Hav
為261 nm、Hmax
為261 nm、Hmin
為260 nm,平坦度(ΔFT)為0.4%。即,埋入性及平坦性非常良好。
另外,使用所得的底層膜形成用材料,如所述的[殘膜率測定]中所記載般測定的殘膜率為100%。即,殘膜率非常良好。
[實施例4]
(環狀烯烴聚合物的合成)
於氮環境下,在具備磁攪拌裝置的125 mL的玻璃製高壓釜內,將18.3 g(0.101 mol)的1,4,4a,9a-四氫-1,4-亞甲基芴(單體A)、1.7 g(0.011 mol)的4,10-二氧基-三環[5.2.1.02,6
]-8-癸烯-3-酮(單體B)及1.0 g(0.012 mol)的1,5-己二烯溶解於44.4 g的THF中,進行攪拌。
向其中加入17.1 mg(0.02 mmol)的Mo(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OCMe(CF3
)2
)2
作為開環移位聚合觸媒,使其在60℃下反應1小時。其後,加入正丁醛4.8 mg(0.07 mmol),進而在60℃下加熱30分鐘。
而且,進行冷卻,獲得開環移位聚合物溶液64.4 g。所得的聚合物的聚合率=100%、Mw=6100、Mw/Mn=2.48。另外,利用1
H-核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)解析而得的源自單體A的結構單元與源自單體B的結構單元的莫耳比為A/B=90/10。
繼而,使用甲醇,自所得的開環移位聚合物溶液中析出環狀烯烴聚合物,在80℃下減壓乾燥,藉此獲得白色粉末固體(聚合物4)。
聚合物4為含有所述通式(2)所表示的結構單元者。
聚合物4的玻璃轉移溫度為119℃。
(底層膜形成用材料的製作)
將所得的聚合物4溶解於PGMEA與CH的質量比為PGMEA/CH=5/5的混合溶劑中,製備濃度10質量%的溶液。藉此獲得底層膜形成用材料。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以300℃加熱1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,進行元素分析。元素分析值為C=89.6質量%、H=7.7質量%、O=2.5質量%,根據元素分析值計算出的元素構成比率(Re及Re')為2.1。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。藉此形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,相對於凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽,底層膜形成用材料中的聚合物4無空隙等缺陷地均勻埋入。另外,Hav
為208 nm,Hmax
為208 nm,Hmin
為208 nm,平坦度(ΔFT)為0.0%。即,埋入性及平坦性非常良好。
另外,使用所得的底層膜形成用材料,如所述的[殘膜率測定]中所記載般測定的殘膜率為94%。即,殘膜率良好。
[實施例5]
(底層膜形成用材料的製作)
使實施例1中合成的聚合物1與聚羥基苯乙烯(以下記為PHS。波利賽斯(Polysciences, Inc.)公司製造,Mw=5300,Mw/Mn=1.48),以聚合物1/PHS的質量比為90/10的比率溶解於PGMEA/CH=5/5中,製備溶液。以濃度成為10質量%的方式調整PGMEA/CH=5/5的量。藉此獲得底層膜形成用材料。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以120℃乾燥1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,測定玻璃轉移溫度。玻璃轉移溫度為122℃。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以300℃加熱1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,進行元素分析。
元素分析值為C=91.2質量%、H=7.4質量%、O=1.1質量%,根據元素分析值計算出的元素構成比率(Re及Re')為2.0。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。藉此形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,相對於凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽,底層膜形成用材料中的聚合物1與PHS的混合物無空隙等缺陷地均勻埋入。另外,Hav
為210 nm,Hmax
為210 nm,Hmin
為210 nm,平坦度(ΔFT)為0.0%。即,埋入性及平坦性非常良好。
另外,使用所得的底層膜形成用材料,如所述的[殘膜率測定]中所記載般測定的殘膜率為91%。即,殘膜率良好。
[實施例6]
(底層膜形成用材料的製作)
使酚醛清漆樹脂(明和化成(股)公司製造,商品名MER-44S、Mw=5100、Mw/Mn=3.55)、萘酚芳烷基樹脂(日鐵化學&材料(股)公司製造,商品名SN-485、Mw=480、Mw/Mn=1.84),以酚醛清漆樹脂/萘酚芳烷基樹脂的質量比為58/42的比率溶解於PGMEA/CH=5/5中,製備溶液。以濃度成為10質量%的方式調整PGMEA/CH=5/5的量。藉此獲得底層膜形成用材料。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以120℃乾燥1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,測定玻璃轉移溫度。玻璃轉移溫度為110℃。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以300℃加熱1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,進行元素分析。
元素分析值為C=83.0質量%、H=6.2質量%、O=10.4質量%,根據元素分析值計算出的元素構成比率(Re及Re')為2.2。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。藉此形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,相對於凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽,底層膜形成用材料中的酚醛清漆樹脂與萘酚芳烷基樹脂的混合物無空隙等缺陷地均勻埋入。另外,Hav
為195 nm,Hmax
為195 nm,Hmin
為195 nm,平坦度(ΔFT)為0.0%。即,埋入性及平坦性非常良好。
另外,使用所得的底層膜形成用材料,如所述的[殘膜率測定]中所記載般測定的殘膜率為100%。即,殘膜率良好。
[實施例7]
(環狀烯烴聚合物的合成)
於氮環境下,在具備磁攪拌裝置的250 mL的玻璃製高壓釜內,將7.7 g(0.817 mol)的降冰片烯(單體A)、12.4 g(0.817 mol)的4,10-二氧基-三環[5.2.1.02,6
]-8-癸烯-3-酮(單體B)、及1.49 g(0.018 mol)的1,5-己二烯溶解於114.0 g的THF中,進行攪拌。
向其中加入25.0 mg(0.03 mmol)的Mo(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OCMe(CF3
)2
)2
作為開環移位聚合觸媒,使其在60℃下反應1小時。其後,加入正丁醛6.5 mg(0.09 mmol),進而在60℃下加熱30分鐘。
而且,進行冷卻,獲得開環移位聚合物溶液134 g。所得的聚合物的聚合率=100%、Mw=7500、Mw/Mn=2.80。另外,利用1
H-NMR解析而得的源自單體A的結構單元與源自單體B的結構單元的莫耳比為A/B=50/50。
繼而,使用水,自所得的開環移位聚合物溶液中析出環狀烯烴聚合物,在70℃下減壓乾燥,藉此獲得白色粉末固體(聚合物5)。
聚合物5的玻璃轉移溫度為72℃。
(底層膜形成用材料的製作)
使聚合物5、酚醛清漆樹脂(明和化成(股)公司製造,商品名MER-44S、Mw=5100、Mw/Mn=3.55)、萘酚芳烷基樹脂(日鐵化學&材料(股)公司製造,商品名SN-485、Mw=480、Mw/Mn=1.84),以聚合物5/酚醛清漆樹脂/萘酚芳烷基樹脂的質量比為19/13/68的比率溶解於PGMEA/CH=5/5中,製備溶液。以濃度成為10質量%的方式調整PGMEA/CH=5/5的量。藉此獲得底層膜形成用材料。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以120℃乾燥1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,測定玻璃轉移溫度。玻璃轉移溫度為98℃。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以300℃加熱1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,進行元素分析。
元素分析值為C=84.3質量%、H=6.2質量%、O=9.8質量%,根據元素分析值計算出的元素構成比率(Re及Re')為2.2。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。藉此形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,相對於凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽,底層膜形成用材料中的酚醛清漆樹脂與萘酚芳烷基樹脂的混合物無空隙等缺陷地均勻埋入。另外,Hav
為234 nm,Hmax
為234 nm,Hmin
為233 nm,平坦度(ΔFT)為0.4%。即,埋入性及平坦性非常良好。
另外,使用所得的底層膜形成用材料,如所述的[殘膜率測定]中所記載般測定的殘膜率為100%。即,殘膜率良好。
[實施例8]
(底層膜形成用材料的製作)
使聚合物5(實施例7中合成的環狀烯烴聚合物)與萘酚芳烷基樹脂(日鐵化學&材料(股)公司製造,商品名SN-485、Mw=480、Mw/Mn=1.84),以聚合物5/萘酚芳烷基樹脂的質量比為12/88的比率溶解於PGMEA/CH=5/5(質量比)的混合溶劑中,製備溶液。以濃度成為10質量%的方式調整PGMEA/CH=5/5的量。藉此獲得底層膜形成用材料。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以120℃乾燥1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,測定玻璃轉移溫度。玻璃轉移溫度為141℃。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以300℃加熱1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,進行元素分析。元素分析值為C=86.3質量%、H=5.6質量%、O=7.9質量%,根據元素分析值計算出的元素構成比率(Re及Re')為2.0。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。藉此形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,相對於凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽,底層膜形成用材料中的聚合物5與萘酚芳烷基樹脂的混合物無空隙等缺陷地均勻埋入。另外,Hav
為245 nm,Hmax
為245 nm,Hmin
為244 nm,平坦度(ΔFT)為0.4%。即,埋入性及平坦性非常良好。
另外,使用所得的底層膜形成用材料,如所述的[殘膜率測定]中所記載般測定的殘膜率為100%。即,殘膜率良好。
[實施例9]
(底層膜形成用材料的製作)
使聚合物4及萘酚芳烷基樹脂(日鐵化學&材料(股)公司製造,商品名SN-485、Mw=480、Mw/Mn=1.84),以聚合物4/萘酚芳烷基樹脂的質量比為80/20的比率溶解於PGMEA/CH=5/5(質量比)的混合溶劑中,製備溶液。以濃度成為10質量%的方式調整混合溶劑的量。藉此獲得底層膜形成用材料。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以120℃乾燥1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,測定玻璃轉移溫度。玻璃轉移溫度為119℃。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以300℃加熱1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,進行元素分析。
元素分析值為C=89.2質量%、H=7.3質量%、O=3.3質量%,根據元素分析值計算出的元素構成比率(Re及Re')為2.1。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。藉此形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,相對於凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽,底層膜形成用材料中的聚合物4與萘酚芳烷基樹脂的混合物無空隙等缺陷地均勻埋入。另外,Hav
為240 nm,Hmax
為240 nm,Hmin
為239 nm,平坦度(ΔFT)為0.4%。即,埋入性及平坦性非常良好。
另外,使用所得的底層膜形成用材料,如所述的[殘膜率測定]中所記載般測定的殘膜率為91%。即,殘膜率良好。
[實施例10]
(底層膜形成用材料的製作)
使酚醛清漆樹脂(明和化成(股)公司製造,商品名MER-44S、Mw=5100、Mw/Mn=3.55)及萘酚芳烷基樹脂(日鐵化學&材料(股)公司製造,商品名SN-485、Mw=480、Mw/Mn=1.84),以酚醛清漆樹脂/萘酚芳烷基樹脂的質量比為95/5的比率溶解於PGMEA/CH=5/5(質量比)的混合溶劑中,製備溶液。以濃度成為10質量%的方式調整混合溶劑的量。藉此獲得底層膜形成用材料。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以120℃乾燥1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,測定玻璃轉移溫度。玻璃轉移溫度為119℃。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以300℃加熱1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,進行元素分析。
元素分析值為C=80.6質量%、H=6.8質量%、O=12.5質量%,根據元素分析值計算出的元素構成比率(Re及Re')為2.4。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。藉此形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,相對於凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽,底層膜形成用材料中的酚醛清漆樹脂與萘酚芳烷基樹脂的混合物無空隙等缺陷地均勻埋入。另外,Hav
為280 nm,Hmax
為281 nm,Hmin
為279 nm,平坦度(ΔFT)為0.7%。即,埋入性及平坦性非常良好。
另外,使用所得的底層膜形成用材料,如所述的[殘膜率測定]中所記載般測定的殘膜率為100%。即,殘膜率良好。
[實施例11]
(底層膜形成用材料的製作)
使酚醛清漆樹脂(明和化成(股)公司製造,商品名MER-44S、Mw=5100、Mw/Mn=3.55)及萘酚芳烷基樹脂(日鐵化學&材料(股)公司製造,商品名SN-485、Mw=480、Mw/Mn=1.84),以酚醛清漆樹脂/萘酚芳烷基樹脂的質量比為80/20的比率溶解於PGMEA/CH=5/5(質量比)的混合溶劑中,製備溶液。以濃度成為10質量%的方式調整混合溶劑的量。藉此獲得底層膜形成用材料。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以120℃乾燥1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,測定玻璃轉移溫度。玻璃轉移溫度為117℃。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以300℃加熱1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,進行元素分析。
元素分析值為C=82.0質量%、H=6.3質量%、O=11.6質量%,根據元素分析值計算出的元素構成比率(Re及Re')為2.3。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。藉此形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,相對於凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽,底層膜形成用材料中的酚醛清漆樹脂與萘酚芳烷基樹脂的混合物無空隙等缺陷地均勻埋入。另外,Hav
為244 nm,Hmax
為245 nm,Hmin
為243 nm,平坦度(ΔFT)為0.8%。即,埋入性及平坦性非常良好。
另外,使用所得的底層膜形成用材料,如所述的[殘膜率測定]中所記載般測定的殘膜率為100%。即,殘膜率良好。
[實施例12]
(底層膜形成用材料的製作)
使酚醛清漆樹脂(明和化成(股)公司製造,商品名MER-44S、Mw=5100、Mw/Mn=3.55)及萘酚芳烷基樹脂(日鐵化學&材料(股)公司製造,商品名SN-485、Mw=480、Mw/Mn=1.84),以酚醛清漆樹脂/萘酚芳烷基樹脂的質量比為20/80的比率溶解於PGMEA/CH=5/5(質量比)的混合溶劑中,製備溶液。以濃度成為10質量%的方式調整混合溶劑的量。藉此獲得底層膜形成用材料。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以120℃乾燥1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,測定玻璃轉移溫度。玻璃轉移溫度為106℃。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以300℃加熱1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,進行元素分析。
元素分析值為C=85.9質量%、H=5.7質量%、O=8.0質量%,根據元素分析值計算出的元素構成比率(Re)為2.0。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。藉此形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,相對於凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽,底層膜形成用材料中的酚醛清漆樹脂與萘酚芳烷基樹脂的混合物無空隙等缺陷地均勻埋入。另外,Hav
為256 nm,Hmax
為257 nm,Hmin
為255 nm,平坦度(ΔFT)為0.8%。即,埋入性及平坦性非常良好。
另外,使用所得的底層膜形成用材料,如所述的[殘膜率測定]中所記載般測定的殘膜率為100%。即,殘膜率良好。
[實施例13]
(底層膜形成用材料的製作)
使酚醛清漆樹脂(明和化成(股)公司製造,商品名MER-44S、Mw=5100、Mw/Mn=3.55)及萘酚芳烷基樹脂(日鐵化學&材料(股)公司製造,商品名SN-485、Mw=480、Mw/Mn=1.84),以酚醛清漆樹脂/萘酚芳烷基樹脂的質量比為5/95的比率溶解於PGMEA/CH=5/5(質量比)的混合溶劑中,製備溶液。以濃度成為10質量%的方式調整混合溶劑的量。藉此獲得底層膜形成用材料。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以120℃乾燥1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,測定玻璃轉移溫度。玻璃轉移溫度為104℃。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以300℃加熱1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,進行元素分析。
元素分析值為C=87.2質量%、H=5.8質量%、O=6.8質量%,根據元素分析值計算出元素構成比率(Re)為2.0。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。藉此形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,相對於凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽,底層膜形成用材料中的酚醛清漆樹脂與萘酚芳烷基樹脂的混合物無空隙等缺陷地均勻埋入。另外,Hav
為277 nm,Hmax
為278 nm,Hmin
為276 nm,平坦度(ΔFT)為0.7%。即,埋入性及平坦性非常良好。
另外,使用所得的底層膜形成用材料,如所述的[殘膜率測定]中所記載般測定的殘膜率為100%。即,殘膜率良好。
[實施例14]
(底層膜形成用材料的製作)
使聚合物4及酚醛清漆樹脂(明和化成(股)公司製造,商品名MER-44S、Mw=5100、Mw/Mn=3.55),以聚合物4/酚醛清漆樹脂的質量比為80/20的比率溶解於PGMEA/CH=5/5(質量比)的混合溶劑中,製備溶液。以濃度成為10質量%的方式調整混合溶劑的量。藉此獲得底層膜形成用材料。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以120℃乾燥1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,測定玻璃轉移溫度。玻璃轉移溫度為116℃。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以300℃加熱1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,進行元素分析。
元素分析值為C=87.4質量%、H=7.5質量%、O=4.8質量%,根據元素分析值計算出的元素構成比率(Re及Re')為2.2。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。藉此形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,相對於凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽,底層膜形成用材料中的聚合物4與酚醛清漆樹脂的混合物無空隙等缺陷地均勻埋入。另外,Hav
為236 nm,Hmax
為237 nm,Hmin
為236 nm,平坦度(ΔFT)為0.4%。即,埋入性及平坦性非常良好。
另外,使用所得的底層膜形成用材料,如所述的[殘膜率測定]中所記載般測定的殘膜率為93%。即,殘膜率良好。
[實施例15]
(底層膜形成用材料的製作)
使聚合物4及酚醛清漆樹脂(明和化成(股)公司製造,商品名MER-44S、Mw=5100、Mw/Mn=3.55),以聚合物4/酚醛清漆樹脂的質量比為20/80的比率溶解於PGMEA/CH=5/5(質量比)的混合溶劑中,製備溶液。以濃度成為10質量%的方式調整混合溶劑的量。藉此獲得底層膜形成用材料。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以120℃乾燥1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,測定玻璃轉移溫度。玻璃轉移溫度為107℃。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以300℃加熱1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,進行元素分析。
元素分析值為C=81.6質量%、H=6.9質量%、O=11.0質量%,根據元素分析值計算出的元素構成比率(Re及Re')為2.4。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。藉此形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,相對於凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽,底層膜形成用材料中的聚合物4與酚醛清漆樹脂的混合物無空隙等缺陷地均勻埋入。另外,Hav
為255 nm,Hmax
為255 nm,Hmin
為254 nm,平坦度(ΔFT)為0.4%。即,埋入性及平坦性非常良好。
另外,使用所得的底層膜形成用材料,如所述的[殘膜率測定]中所記載般測定的殘膜率為100%。即,殘膜率良好。
[實施例16]
(環狀烯烴聚合物的合成)
於氮環境下,在具備磁攪拌裝置的125 mL的玻璃製高壓釜內,將17.1 g(0.071 mol)的2-苯基-3a,4,7,7a-四氫-1H-亞甲基異吲哚-1,3(2H)-二酮及0.65 g(0.008 mol)的1,5-己二烯溶解於50.9 g的THF中,進行攪拌。
向其中加入10.8 mg(0.014 mmol)的Mo(N-2,6-Pri 2
C6
H3
)(CHCMe2
Ph)(OCMe(CF3
)2
)2
作為開環移位聚合觸媒,使其在60℃下反應1小時。其後,加入正丁醛3.06 mg(0.04 mmol),進而在60℃下加熱30分鐘。
而且,進行冷卻,獲得開環移位聚合物溶液67.8 g。所得的聚合物的聚合率=100%、Mw=5200、Mw/Mn=2.35。
繼而,使用甲醇,自所得的開環移位聚合物溶液中析出環狀烯烴聚合物,在80℃下減壓乾燥,藉此獲得白色粉末固體(聚合物6)。
聚合物6為含有所述通式(7)所表示的結構單元者。
聚合物6的玻璃轉移溫度為126℃。
(底層膜形成用材料的製作)
將所得的聚合物6溶解於PGMEA與CH的質量比為PGMEA/CH=5/5的混合溶劑中,製備濃度10質量%的溶液。藉此獲得底層膜形成用材料。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以300℃加熱1分鐘而形成膜。將利用刮勺切除該膜的一部分而獲得的白色粉末作為樣品,進行元素分析。元素分析值為C=75.3質量%、H=5.5質量%、N=5.8質量%、O=13.2質量%,Re為2.3、Re'為2.4。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。藉此形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,相對於凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽,底層膜形成用材料中的聚合物2無空隙等缺陷地均勻埋入。另外,Hav
為238 nm、Hmax
為239 nm、Hmin
為237 nm,平坦度(ΔFT)為0.8%。即,埋入性及平坦性非常良好。
另外,使用所得的底層膜形成用材料,如所述的[殘膜率測定]中所記載般測定的殘膜率為96%。即,殘膜率非常良好。
[比較例1]
(聚合物的合成)
於氮環境下,在具備磁攪拌裝置的高壓釜內,使100 g的實施例5中使用的PHS溶解於異丁酸甲酯900 g中。向其中加入2.0重量%Pd/ZrO2
觸媒5 g,在氫壓9 MPa、180℃的條件下進行15小時加氫反應。所得的聚合物的核氫化率=99 mol%、Mw=5400、Mw/Mn=1.29。
繼而,藉由與實施例1同樣方法進行析出、乾燥,獲得白色粉末固體(比較聚合物1)。
比較聚合物1的玻璃轉移溫度為172℃。
比較聚合物1的元素分析值為C=76.0質量%、H=11.4質量%、O=12.3質量%,根據元素分析值計算出的元素構成比率(Re及Re')為3.3。
(底層膜形成用材料的製作)
將所得的比較聚合物1溶解於PGMEA與CH的質量比為PGMEA/CH=5/5的混合溶劑中,製備濃度10質量%溶液。藉此獲得底層膜形成用材料。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。藉此形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,相對於凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽,底層膜形成用材料中的比較聚合物1無空隙等缺陷地均勻埋入。另外,Hav
為310 nm,Hmax
為316 nm,Hmin
為305 nm,平坦度(ΔFT)為3.6%。另外,即,埋入性非常良好,平坦度亦尚屬良好。
另一方面,使用所得的底層膜形成用材料,如所述的[殘膜率測定]中所記載般測定的殘膜率為11%。即,與實施例1~實施例5相比,殘膜率略差。
[比較例2]
(底層膜形成用材料的製作)
將聚甲基丙烯酸甲酯以10質量%溶解於CH溶液中,獲得底層膜形成用材料。
在1000 rpm、10 sec的條件下將所得的底層膜形成用材料旋塗於無圖案的矽基板上,於氮環境下以300℃加熱1分鐘而形成膜。
使用利用刮勺切除膜的一部分而獲得的白色粉末,進行元素分析。元素分析值為C=60.1質量%、H=8.3質量%、N=0.2質量%、O=31.1質量%,Re為5.0、Re'為5.0。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘。以該方式形成抗蝕劑底層膜。
如所述的[埋入性評價][平坦性的評價]中所記載般,藉由SEM來觀察基板的剖面。結果,在凸-凸之間的窄線寬40 nm(高度200 nm)的槽中產生空隙。另外,Hav
為250 nm,Hmax
為264 nm,Hmin
為233 nm,平坦度(ΔFT)為12.4%。進而,在抗蝕劑底層膜的與大氣的界面產生變形。即,與實施例1等相比,埋入性及平坦性差。
另外,將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下旋塗於4吋的矽晶圓上。繼而,於氮環境下以300℃乾燥1分鐘。相對於PGME/PGMEA=7/3(質量比)的混合溶媒的殘膜率為0%。
[比較例3]
(底層膜形成用材料的製作)
將萘酚芳烷基樹脂(日鐵化學&材料(股)公司製造,商品名SN-485、Mw=480、Mw/Mn=1.84)溶解於PGMEA與CH的質量比為PGMEA/CH=5/5的混合溶劑中,製備濃度10質量%溶液。藉此獲得底層膜形成用材料。
(評價)
將所得的底層膜形成用材料在1000 rpm、10 sec的條件下塗佈於所述評價用凹凸基板的表面。其後,於氮環境下以300℃加熱1分鐘,但在基板上萘酚芳烷基樹脂發生凝聚,無法獲得均勻的膜,無法藉由SEM進行基板的剖面觀察。
關於殘膜率,亦因在4吋矽晶圓上無法獲得均勻的塗膜,而無法進行測定。
[追加試驗:電漿耐蝕刻性的評價]
首先,將實施例1~實施例16及比較例1~比較例2中獲得的底層膜形成用材料分別塗佈於矽晶圓,在300℃下加熱1分鐘,獲得抗蝕劑底層膜。
另外,作為參照用,將僅使實施例5中使用的PHS溶解於PGMEA/CH=5/5(質量比)的混合溶媒中而獲得的濃度10質量%的底層膜形成用材料塗佈於矽晶圓,在300℃下加熱1分鐘,獲得抗蝕劑底層膜。
繼而,使用各抗蝕劑底層膜,如所述的[電漿蝕刻特性評價]及[蝕刻速率的測定方法]中所記載般,算出蝕刻速率(nm/sec)。
根據「使用PHS而獲得的參照用的抗蝕劑底層膜的蝕刻速率÷各底層膜的蝕刻速率」的值,評價耐蝕刻性。該值越大,耐蝕刻性越優異。
實施例1(聚合物1)為1.1,實施例2(聚合物2)為1.2,實施例3(聚合物3)為1.3,實施例4(聚合物4)為1.1,實施例5(聚合物1與PHS的質量比為90/10的混合物)為1.2,實施例6(酚醛清漆樹脂與萘酚芳烷基樹脂的質量比為58/42的混合物)為1.1,實施例7(聚合物5與酚醛清漆樹脂與萘酚芳烷基樹脂的質量比為19/13/68的混合物)為1.1,實施例8(聚合物5與萘酚芳烷基樹脂的質量比12/88的混合物)為1.2,實施例9(聚合物4與萘酚芳烷基樹脂的質量比為80/20的混合物)為1.2,實施例10(酚醛清漆樹脂與萘酚芳烷基樹脂的質量比為95/5的混合物)為1.1,實施例11(酚醛清漆樹脂與萘酚芳烷基樹脂的質量比為80/20的混合物)為1.1,實施例12(酚醛清漆樹脂與萘酚芳烷基樹脂的質量比為20/80的混合物)為1.2,實施例13(酚醛清漆樹脂與萘酚芳烷基樹脂的質量比為5/95的混合物)為1.3,實施例14(聚合物4與酚醛清漆樹脂的質量比為80/20的混合物)為1.2,實施例15(聚合物4與酚醛清漆樹脂的質量比為20/80的混合物)為1.1,實施例16(聚合物6)為1.1,比較例1(比較聚合物1)為0.7,比較例2為0.5。
元素構成比率(Re或Re')較PHS更大的實施例1~實施例16的底層膜形成材料均顯示出高於PHS的耐蝕刻性。另一方面,元素構成比率(Re或Re')較PHS更小的比較例1及比較例2的底層膜形成材料的耐蝕刻性低於PHS。
本申請案主張以2019年2月7日提出申請的日本專利申請特願2019-020570號及2019年9月11日提出申請的日本專利申請特願2019-165498號為基礎的優先權,將該些揭示的全部內容併入本文中。
1:基板
2:抗蝕劑底層膜
3:表面
4:膜厚
5:高度
6:凸-凸之間的間隔
7:凹凸結構
10:積層體
圖1是用於說明積層體的結構、抗蝕劑底層膜的厚度、凹凸結構的高度、凹凸結構的凸-凸之間的間隔等的示意圖。
1:基板
2:抗蝕劑底層膜
3:表面
4:膜厚
5:高度
6:凸-凸之間的間隔
7:凹凸結構
10:積層體
Claims (16)
- 一種底層膜形成用材料,用於多層抗蝕劑製程中,且 所述底層膜形成用材料的固體成分滿足以下(i)~(iii): (i)由以下數學式(1)所定義的元素構成比率Re為1.5~2.8; (ii)玻璃轉移溫度為30℃~250℃; (iii)包含:具有由下述通式(A)所表示的結構單元的樹脂、以及具有由下述通式(B)所表示的結構單元的樹脂; 數學式(1)中, NH 為底層膜形成用材料的固體成分中的氫原子的個數, NC 為底層膜形成用材料的固體成分中的碳原子的個數, NO 為底層膜形成用材料的固體成分中的氧原子的個數, 通式(A)中, Ar1 表示至少經羥基及/或縮水甘油氧基取代的二價芳香族基, Ra 表示選自氫原子、碳數1~10的烷基、碳數6~10的芳基、碳數7~10的芳烷基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~10的芳基氧基烷基中的任一取代基, 通式(B)中, Rc 分別獨立地表示氫原子、碳數1~10的烷基、碳數6~10的芳基、碳數7~10的芳烷基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~10的芳基氧基烷基, Ar11 表示二價芳香族基(可經取代亦可未經取代), Ar12 表示由以下通式(B1)~通式(B3)所表示的結構中的任一者, 通式(B1)~通式(B3)中, Rd 於存在多個的情況下分別獨立地表示選自碳數1~10的烷基、碳數6~20的芳基、碳數1~10的烷氧基、碳數6~20的芳基氧基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基烷基、碳數2~20的烷氧基羰基、碳數3~10的二烷基胺基羰基、碳數7~20的芳基氧基羰基、碳數8~20的烷基芳基胺基羰基、碳數3~20的烷氧基羰基烷基、碳數8~20的烷氧基羰基芳基、碳數8~20的芳基氧基羰基烷基、碳數3~20的烷氧基烷基氧基羰基及碳數4~20的烷氧基羰基烷基氧基羰基中的任一者, r1為1以上且(6-q1)以下, q1為0以上且5以下, r2為1以上且(4-q2)以下, q2為0以上且3以下, r3為0以上且4以下,r4為0以上且4以下,其中r3+r4為1以上, q3為0以上且4以下,q4為0以上且4以下,其中q3+q4為7以下, X表示單鍵或碳數1~3的伸烷基。
- 如請求項1或請求項2所述的底層膜形成用材料,其中 由所述通式(A)所表示的結構單元包含由以下通式(a1)或通式(a2)所表示的結構單元: 通式(a1)及通式(a2)中, m1為1~4,n1為0~3,其中m1+n1為1以上且4以下, m2為1~6,n2為0~5,其中m2+n2為1以上且6以下, R於存在多個的情況下分別獨立地為氫原子或縮水甘油基, Ra 與所述通式(A)中的Ra 含義相同, Rb 於存在多個的情況下分別獨立地為選自碳數1~10的烷基、碳數6~20的芳基、碳數1~10的烷氧基、碳數6~20的芳基氧基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基烷基、碳數2~20的烷氧基羰基、碳數3~10的二烷基胺基羰基、碳數7~20的芳基氧基羰基、碳數8~20的烷基芳基胺基羰基、碳數3~20的烷氧基羰基烷基、碳數8~20的烷氧基羰基芳基、碳數8~20的芳基氧基羰基烷基、碳數3~20的烷氧基烷基氧基羰基及碳數4~20的烷氧基羰基烷基氧基羰基中的任一者, 當n為2以上時,存在多個的Rb 可相互鍵結而形成環結構。
- 如請求項1至請求項4中任一項所述的底層膜形成用材料,其中 除了具有由所述通式(A)所表示的結構單元的樹脂以及具有由所述通式(B)所表示的結構單元的樹脂之外,更包含具有由下述通式(1)所表示的結構單元的樹脂: 通式(1)中, R1 ~R4 分別獨立地為選自由氫原子、碳數6~20的芳基、碳數6~20的芳基氧基、碳數7~20的芳基氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基羰基、碳數8~20的烷基芳基胺基羰基、碳數8~30的烷氧基羰基芳基及碳數8~20的芳基氧基羰基烷基所組成的群組中的任一基,且R1 ~R4 中至少一個為氫原子以外的基,進而R1 ~R4 可相互鍵結而形成環結構, n表示0~2的整數, X1 及X2 分別獨立地表示-CH2 -或-O-。
- 一種底層膜形成用材料,用於多層抗蝕劑製程中,且所述底層膜形成用材料的固體成分滿足以下(i)~(iii): (i)由以下數學式(1)所定義的元素構成比率Re為1.5~2.8; (ii)玻璃轉移溫度為30℃~250℃; (iii)包含具有由下述通式(1)所表示的結構單元的樹脂, 數學式(1)中, NH 為底層膜形成用材料的固體成分中的氫原子的個數, NC 為底層膜形成用材料的固體成分中的碳原子的個數, NO 為底層膜形成用材料的固體成分中的氧原子的個數, 通式(1)中, R1 ~R4 分別獨立地為選自由氫原子、碳數6~20的芳基、碳數6~20的芳基氧基、碳數7~20的芳基氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基羰基、碳數8~20的烷基芳基胺基羰基、碳數8~30的烷氧基羰基芳基及碳數8~20的芳基氧基羰基烷基所組成的群組中的任一基,且R1 ~R4 中至少一個為氫原子以外的基,進而R1 ~R4 可相互鍵結而形成環結構, n表示0~2的整數, X1 及X2 分別獨立地表示-CH2 -或-O-。
- 如請求項6或請求項7所述的底層膜形成用材料,其中 除了具有由所述通式(1)所表示的結構單元的樹脂之外,更包含具有由下述通式(B)所表示的結構單元的樹脂: 通式(B)中, Rc 分別獨立地表示氫原子、碳數1~10的烷基、碳數6~10的芳基、碳數7~10的芳烷基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~10的芳基氧基烷基, Ar11 表示二價芳香族基(可經取代亦可未經取代), Ar12 表示由以下通式(B1)~通式(B3)所表示的結構中的任一者, 通式(B1)~通式(B3)中, Rd 於存在多個的情況下分別獨立地表示選自碳數1~10的烷基、碳數6~20的芳基、碳數1~10的烷氧基、碳數6~20的芳基氧基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基烷基、碳數2~20的烷氧基羰基、碳數3~10的二烷基胺基羰基、碳數7~20的芳基氧基羰基、碳數8~20的烷基芳基胺基羰基、碳數3~20的烷氧基羰基烷基、碳數8~20的烷氧基羰基芳基、碳數8~20的芳基氧基羰基烷基、碳數3~20的烷氧基烷基氧基羰基及碳數4~20的烷氧基羰基烷基氧基羰基中的任一者, r1為1以上且(6-q1)以下, q1為0以上且5以下, r2為1以上且(4-q2)以下, q2為0以上且3以下, r3為0以上且4以下,r4為0以上且4以下,其中r3+r4為1以上, q3為0以上且4以下,q4為0以上且4以下,其中q3+q4為7以下, X表示單鍵或碳數1~3的伸烷基。
- 如請求項10所述的底層膜形成用材料,其中 由所述通式(A)所表示的結構單元包含由以下通式(a1)或通式(a2)所表示的結構單元: 所述通式(a1)及所述通式(a2)中, m1為1~4,n1為0~3,其中m1+n1為1以上且4以下, m2為1~6,n2為0~5,其中m2+n2為1以上且6以下, R於存在多個的情況下分別獨立地為氫原子或縮水甘油基, Ra 與所述通式(A)中的Ra 含義相同, Rb 於存在多個的情況下分別獨立地為選自碳數1~10的烷基、碳數6~20的芳基、碳數1~10的烷氧基、碳數6~20的芳基氧基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數7~20的芳基氧基烷基、碳數2~20的烷氧基羰基、碳數3~10的二烷基胺基羰基、碳數7~20的芳基氧基羰基、碳數8~20的烷基芳基胺基羰基、碳數3~20的烷氧基羰基烷基、碳數8~20的烷氧基羰基芳基、碳數8~20的芳基氧基羰基烷基、碳數3~20的烷氧基烷基氧基羰基及碳數4~20的烷氧基羰基烷基氧基羰基中的任一者, 當n為2以上時,存在多個的Rb 可相互鍵結而形成環結構。
- 一種抗蝕劑底層膜,其由如請求項1至請求項11中任一項所述的底層膜形成用材料形成。
- 一種積層體,包括:基板;以及抗蝕劑底層膜,由如請求項1至請求項11中任一項所述的底層膜形成用材料形成於所述基板的其中一個面。
- 如請求項13所述的積層體,其中 於所述抗蝕劑底層膜的與所述基板為相反側的表面α,由下述數學式算出的平坦度ΔFT為0%~5%, ΔFT={(Hmax -Hmin )/Hav }×100(%) 所述數學式中, Hav 為於所述表面α的任意10處測定所述抗蝕劑底層膜的膜厚時的膜厚的平均值, Hmax 為所述抗蝕劑底層膜的膜厚的最大值, Hmin 為所述抗蝕劑底層膜的膜厚的最小值。
- 如請求項13或請求項14所述的積層體,其中 於所述抗蝕劑底層膜的表面α的任意10處測定所述抗蝕劑底層膜的膜厚時的膜厚的平均值Hav 為5 nm~500 nm。
- 如請求項13至請求項15中任一項所述的積層體,其中 所述基板於至少一個表面具有凹凸結構, 於所述凹凸結構上形成有所述抗蝕劑底層膜,且 所述凹凸結構的高度為5 nm~500 nm,凸-凸之間的間隔為1 nm~10 mm。
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