发明名称 聚合物掺和物及其相关制备与使用方法
摘要 本发明系提供一种供使用在微影蚀刻光阻组合物(lithographic photoresist)之聚合物掺合物(polymer blend),特别适用在化学放大光阻(chemical amplification photoresist)之部分。在较佳之实施例中,该聚合物掺合物系实质上对深紫外光区之电磁波透明,即波长小于250nm之电磁波,包含157nm、193nm与248nm,且改善了敏感度与解析度。本发明亦提供制备该聚合物掺合物及包含有该聚合物掺合物之微影蚀刻光阻组合物之方法。
申请公布号 TWI241461 申请公布日期 2005.10.11
申请号 TW092104052 申请日期 2003.02.26
申请人 万国商业机器公司 发明人 布雷塔,葛瑞格里;伊藤,博;张,华
分类号 G03F7/004 主分类号 G03F7/004
代理机构 代理人 蔡玉玲 台北市大安区敦化南路2段218号5楼A区
主权项 1.一种实质匀相聚合物掺合物(polymer blend),包含有一第一聚合物与一第二聚合物,该第一聚合物由具有式(Ⅰ)所示之单体单元所组成:(Ⅰ)其中:R1为C1-12之烷基(alkyl)或C1-12之氟烷基(fluoroalkyl);R2为C1-12之氟烷基;以及L为C1-6之伸烷基(alkylene);其中该第二聚合物包含一共聚物(copolymer),该共聚物之组成如下:一第一单体,具有式(Ⅱ)所示结构(Ⅱ)其中:R3为H,F,CN,CF2H,CFH2,CF3或CH3,R4a与R4b为H或F;R5为CN或COOR,其中R系选自由H,C1-12之烷基与C1-12之氟烷基所组成之群组,或是经由选择使得R5具酸可裂开性(acid-cleavable);及一第二单体,系选自由:(Ⅰ)(Ⅲ)(Ⅳ)所组成之群组,其中:R1为C1-12之烷基或C1-12之氟烷基;R2为C1-12之氟烷基;R6为H,C1-12之烷基或C3-15之脂环基(alicyclic);R7为C1-12之烷基,以1-12个氟原子及0-2个羟基(hydroxyl)所取代之C1-12之烷基,或C3-15之脂环基,或R6与R7共同形成一五、六或七员环;R8为H、C1-12之烷基或C1-12之氟烷基,或R6与R8共同形成一五、六或七员环;R9为H、C1-12之烷基或C1-12之氟烷基,或R7与R9共同表示-X-(CR10R11)n-,在此时R6与R8为H,X为O或是CH2,n为1或2;R10与R11为H、C1-12之烷基或C1-12之氟烷基,或共同形成羰基(=O),其条件为当R8与R11同时共同形成羰基时,n为1,且L为C1-6之伸烷基。2.如申请专利范围第1项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中R3为CF3。3.如申请专利范围第2项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中R5为COOR。4.如申请专利范围第2项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中R5为CN。5.如申请专利范围第1项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中R3、R4a与R4b为F,且R5为COOR。6.如申请专利范围第1项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中R3为CN,R4a与R4b为H。7.如申请专利范围第3项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中R为C1-12烷基。8.如申请专利范围第5项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中R为C1-12烷基。9.如申请专利范围第3项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中选择R而使R5为酸可裂开性。10.如申请专利范围第5项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中选择R而使R5为酸可裂开性。11.如申请专利范围第10项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中R为三级烷基取代基(tertiary alkylsubstituent)。12.如申请专利范围第11项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中R为第三丁基(t-butyl)。13.如申请专利范围第10项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中R为C3-C15环基(cyclic)或是具有三级取代基接点(tertiary attachment point)之脂环基。14.如申请专利范围第13项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中R系选自由金刚烷基(adamantyl)、冰片烯基(norbornyl)、异冰片烯基(isobornyl)、2-甲基-2-金刚烷基(2-methyl-2-adamantyl)、2-甲基-2-异冰片烯基(2-methyl-2-isobornyl)、2-甲基-2-四环十二烯基(2-methyl-2-tetracyclododecenyl)、1-甲基环戊基(1-methylcyclopentyl)及1-甲基环己基(1-methylcyclohexyl)所组成之群组。15.如申请专利范围第1项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中该第二单体具有如式(Ⅰ)之结构。16.如申请专利范围第1项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中该第二单体之具有如式(Ⅲ)之结构。17.如申请专利范围第1项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中该第二单体之具有如式(Ⅳ)之结构。18.如申请专利范围第17项所述之实质匀相聚合物掺合物,在此处该第一单体为聚(2-二环[2.2.1]庚-2-基-甲基-1,1,1,3,3,3-六氟-丙-2-醇)(poly(2-bicyclo[2.2.1]hept-2-ylmethy-1,1,1,3,3,3-hexafluoro-propan-2-ol))。19.如申请专利范围第1项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中对于波长短于250奈米(nm)的电磁波该聚合物掺合物系实质上透明的。20.如申请专利范围第19项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中对于波长短于193奈米之电磁波该聚合物掺合物系实质上透明的。21.如申请专利范围第20项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中对于波长短于157奈米之电磁波该聚合物掺合物系实质上透明的。22.如申请专利范围第1项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中该共聚物进一步包含至少一不同于该第一与该第二单体单元之额外单体单元。23.如申请专利范围第1项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中该第一聚合物进一步包含至少一不具有式(Ⅰ)结构之额外单体单元。24.一种微影光阻组合物,包含一固体内容,该固体内容包含有重量百分比为90-99的如申请专利范围第1项所述之实质匀相聚合物掺合物,以及重量百分比为1-10的一光酸产生剂。25.如申请专利范围第24项之微影光阻组合物,其中该微影光阻组合物为正光阻(positive resist),且进一步包含有一具光酸可裂开性(photoacid-cleavable)之单体或聚合的溶解抑制剂(dissolution inhibitor)。26.如申请专利范围第24项之微影光阻组合物,在其中该微影光阻组合物为负光阻(positive resist)且包含有一交联剂(cross-linking agent)。27.如申请专利范围第26项之微影光阻组合物,在其中该交联剂为乙炔化合物(glycoluril compound)。28.如申请专利范围第27项之微影光阻组合物,在其中该乙炔化合物系选自由四甲烷基乙炔(teramethoxymethyl glycoluril)、甲基丙基四甲氧基甲基乙炔(methylpropyltertramethoxymethyl glycoluril)、甲基苯基四甲氧基甲基乙炔(methylphenyltetrame-thoxymethyl glycoluri)及其混合物所组成之群组。29.一种在基材(substrate)上制造光阻影像(resist image)之制程方法,系包括下列步骤:(a)形成一薄膜(film)于一基材上,该薄膜具有电磁波敏感性之酸产生剂及实质匀相之聚合物掺合物,该实质匀相之聚合物掺合物包含有:(i)具有如式(Ⅱ)结构之一第一单体单元,(Ⅱ)其中:R3为H、F、CN、CF2H、CFH2、CF3或CH3,R4a与R4b为H或F,R5为CN或COOR,其中R系选自由H、C1-12之烷基与C1-12之氟烷基所组成之群组,或是经由选择使得R5为酸可裂开性;以及一第二单体,可选自由具有式(Ⅰ)、(Ⅲ)与(Ⅳ)结构之物质所组成之群组,(Ⅰ)(Ⅲ)(Ⅳ)其中:R1为C1-12之烷基或C1-12之氟烷基;R2为C1-12之氟烷基;R6为H、C1-12之烷基或C3-15之脂环基;R7为C1-12之烷基、以1-12个氟原子及0-2个羟基所取代之C1-12之烷基、或C3-15之脂环基,或R6与R7共同形成一五、六、或七环;R8为H、C1-12之烷基或C1-12之氟烷基,或R6与R8共同形成一五、六、或七环;R9为H、或C1-12之烷基或C1-12之氟烷基,或R7与R9共同表示-X-(CR10R11)n-,在此时R6与R8为H,X为O或是CH2,n为1或2;R10与R11为H、C1-12之烷基或C1-12之氟烷基,或共同形成羰基,其条件为当R8与R11同时共同形成羰基时,n为1,且L为C1-6之伸烷基;以及(ii)一第二聚合物,包含具有结构(Ⅰ)之单体;(b)选择性曝露该薄膜于一预定型式(pattern)之电磁波,使得在该薄膜上形成一潜在的(latent)、型式化的影像;且,(c)用显影剂(developer)显影该潜在影像。30.一种增进一微影光阻组合物(lithographic photoresistcomposition)之水相硷(aqueous base)显影方法,包含有:提供一可被深紫外光(deep ultraviolet)穿透之聚合物及具电磁波敏感性之酸产生剂;以及在该微影光阻组合物中并入包含有式(Ⅰ)结构之一额外聚合物(additional polymer);(Ⅰ)其中R1为C1-12之烷基或C1-12之氟烷基;R2为C1-12之氟烷基;以及L为C1-6之伸烷基。31.一种使微影光阻组合物在真空紫外光区(vacuumultraviolet region)减少光学吸收之方法,包含有:提供一可被深紫外光穿透之聚合物及具电磁波敏感性之酸产生剂;以及在该微影光阻组合物中并入包含有式(Ⅰ)结构之一额外聚合物;(Ⅰ)其中R1为C1-12之烷基或C1-12之氟烷基;R2为C1-12之氟烷基;以及L为C1-6之伸烷基。32.一种制备共聚物的方法,该共聚物包含有具有式(Ⅰ)结构之单体单元;(Ⅰ)以及具有式(Ⅱ)结构之单体单元;(Ⅱ)该方法包含,于一自由基起始剂之存在下,以直接自由基聚合法共聚合(copolymerizing)具有式(Ⅴ)之结构之一第一单体单元;(Ⅴ)其中;R3为H、F、CN、CF2H、CFH2、CF3或CH3,R4a与R4b为H或F,R5为CN或COOR,其中R系选自由H、C1-12之烷基与C1-12之氟烷基所组成之群组,或是经由选择使得R5为酸可裂开性;以及一第二单体单元,具有式(Ⅵ)结构(Ⅵ)其中;R1为C1-12之烷基或C1-12之氟烷基;R2为C1-12之氟烷基;以及L为C1-6之伸烷基。33.如申请专利范围第32项所述之方法,其中该自由基起始剂系选自由2,2'偶氮双异丁(2,2'-azobisisobutyronitrile),2,2'偶氮二甲基丁(2,2'-azobis(2-methylbutyronitrile)),或二甲基偶氮双异丁(dimethyl-2,2'-azobisisobytyrate),及其混合物所组成之群组。34.如申请专利范围第32项所述之方法,其中进一步包含聚合一第三单体,该第三单体系选自具有式(Ⅶ)与式(Ⅷ)所示结构之单体(Ⅶ)(Ⅷ)其中,R1为C1-12之烷基或C1-12之氟烷基;R2为C1-12之氟烷基,且R1、R2与X系为相同或不同于具有式(Ⅰ)结构之单体;R6为H、C1-12之烷基或C3-15之脂环基;R7为C1-12之烷基、以1-12个氟原子及0-2个羟基(hydroxyl)所取代之C1-12之烷基或C3-15之脂环基,或R6与R7共同形成一五、六、或七环;R8为H、C1-12之烷基或C1-12之氟烷基,或R6与R8共同形成一五、六、或七环;R9为H、C1-12之烷基或C1-12之氟烷基,或R7与R9共同表示-X-(CR10R11)n-,在此时R6与R8为H,X为O或是CH2,n为1或2;R10与R11为H、C1-12之烷基或C1-12之氟烷基,或共同形成羰基,其条件为当R8与R11同时共同形成羰基时,n为1,且L为C1-6之伸烷基。35.如申请专利范围第32项所述之方法,其中该直接自由基聚合过程(direct free radical polymerization)为直接整体自由基聚合过程(direc tbulk free radicalpolymerization)。36.如申请专利范围第3项所述之实质匀相聚合物掺合物,其中R3为CF3且R4a与R4b为H。37.如申请专利范围第29项所述之方法,其中R5为CN且R3为CF3且R4a与R4b为H。38.如申请专利范围第32项所述之方法,其中R5为CN且R3为CF3且R4a与R4b为H。图式简单说明:图1为描述实验五之聚合物掺合物之薄膜溶解化学动力示意图;图2为描述在实验七中所求得157nm之光密度于与PNBHFA对于P(NBHFA-TBTFMA)/PNBHFA聚合物掺合物之莫尔分率关系之图形;图3为如实验八所描述之P(TBTFMA-NBHFA)/PNBHFA共聚物与依照1:1比例混合之P(NBHFA-TBTFMA)/PNBHFA与PNBHFA其显影情况不同处之图;图4为实验九中光阻物质之电子显微扫描图;图5为实验九中使用Exitech 157nm具有相位转换遮罩之脉冲雷射系统经由掺合物光阻所产生之90nm 1;1线/面图样之电子显微扫描图;图6为实验十中所述利用TBTFMA-DHF与两份之PNBHFA掺合所生成之共聚物,经由193nm之脉冲雷射系统正向光阻影像之电子显微扫描图;其中全氟辛黄酸二-(4-第三丁基苯基)錪用作光酸产生剂,而氢氧化四甲基铵则作为硷基显影剂。图7为实验十一中所述利用TBTFMA-VCARB与一份之PNBHFA掺合所生成之共聚物,经由193nm之脉冲雷射系统正向光阻影像之电子显微扫描图;其中全氟辛黄酸二-(4-第三丁基苯基)錪用作光酸产生剂,而氢氧化四甲基铵则作为硷基显影剂。
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