JP2001305736A - パターン形成材料及びパターン形成方法 - Google Patents
パターン形成材料及びパターン形成方法Info
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Abstract
0nm帯〜180nm帯の波長を持つ露光光を用いてレ
ジストパターンを形成する場合に、スカムを殆ど発生さ
せることなく、良好なパターン形状を有するレジストパ
ターンが得られるようにする。 【解決方法】 パターン形成材料のベース樹脂は、アク
リルユニットの主鎖中の炭素原子であってエステル部位
に結合している炭素原子に、塩素原子又は塩素化された
アルキル基が結合しているアクリル系樹脂からなる。
Description
及びパターン形成材料に関し、特に、半導体基板上に半
導体素子又は半導体集積回路を形成するためのレジスト
パターンを、1nm帯〜30nm帯又は110nm帯〜
180nm帯の波長を持つ露光光を用いて形成するパタ
ーン形成方法及び該方法に用いるパターン形成材料に関
する。
ンダムアクセスメモリ(DRAM)、又は0.25μm
〜0.15μmのルールを持つロジックデバイス若しく
はシステムLSI等に代表される大容量の半導体集積回
路を形成するために、ポリヒドロキシスチレン誘導体と
酸発生剤とを主成分とする化学増幅型レジスト材料を用
いると共に、KrFエキシマレーザ(波長:248nm
帯)を露光光として用いて、レジストパターンを形成し
ている。
ルを持つ、256メガビットのDRAM、1ギガビット
のDRAM又はシステムLSI等を製造するために、露
光光として、KrFエキシマレーザよりも短波長である
ArFエキシマレーザ(波長:193nm帯)を使うパ
ターン形成方法の開発が進められている。
を主成分とするレジスト材料は、含有する芳香環の波長
193nm帯の光に対する吸収性が高いため、波長19
3nm帯の露光光がレジスト膜の底部にまで均一に到達
できないので、良好なパターン形状が得られない。この
ため、ポリヒドロキシスチレン誘導体を主成分とするレ
ジスト材料は、ArFエキシマレーザ用には用いること
ができない。
ザを用いる場合には、芳香環を有しないポリアクリル酸
誘導体を主成分とする化学増幅型レジスト材料が用いら
れる。
成方法の露光光としては、X線及びエレクトロンビーム
(EB)等が検討されている。
てX線を用いる場合には、露光装置及びマスクの製造と
いう点において多くの問題が存在する。また、露光光と
してEBを用いる場合には、スループットの面で問題が
あるので、多量生産に適しないという問題が存在する。
このため、露光光としては、X線及びEBは好ましくな
い。
トパターンを形成するためには、露光光として、ArF
エキシマレーザよりも波長が短い、Xe2 レーザ光(波
長:172nm帯)、F2 レーザ光(波長:157nm
帯)、Kr2 レーザ光(波長:146nm帯)、ArK
rレーザ光(波長:134nm帯)、Ar2 レーザ光
(波長:126nm帯)又は軟X線(波長:13nm
帯、11nm帯又は5nm帯)等を用いることが必要に
なる。言い換えると、1nm帯〜30nm帯又は110
nm帯〜180nm帯の波長を持つ露光光を用いてレジ
ストパターンを形成することが必要になる。
ている、ポリアクリル酸誘導体例えば[化1]に示すポ
リメタクリル酸誘導体を含む化学増幅型レジスト材料か
らなるレジスト膜に対して、F2 レーザ光(波長:15
7nm帯)を用いてパターン露光を行なって、レジスト
パターンを形成してみた。
トパターンが得られなかったと共に、半導体基板の上に
多数のスカム(残渣)が存在した。このような問題は、
露光光がF2 レーザ光である場合に限らず、1nm帯〜
30nm帯又は110nm帯〜180nm帯の波長を持
つ光の場合にも、同様に発生した。
リル酸誘導体を含むレジスト材料からなるレジスト膜に
対して、1nm帯〜30nm帯又は110nm帯〜18
0nm帯の波長を持つ光を照射してレジストパターンを
形成することは実用上問題がある。
m帯〜30nm帯又は110nm帯〜180nm帯の波
長を持つ露光光を用いてレジストパターンを形成する場
合に、スカムを殆ど発生させることなく、良好なパター
ン形状を有するレジストパターンが得られるようにする
ことを目的とする。
ら知られている、ポリアクリル酸誘導体を主成分とする
レジスト材料を用いた場合に、前述の問題が発生する原
因について検討を加えた結果、以下のことを見出した。
るレジスト材料は1nm帯〜180nm帯の波長を持つ
光に対する吸収性が高く、100nmの厚さを有するレ
ジスト膜はF2 レーザ光(波長:157nm帯)に対し
て高々20%の透過率しか有していないことに気が付い
た。
nm帯の光に対する透過性を向上させる方策について種
々検討した結果、ポリマー中にハロゲン元素を導入する
と、レジスト膜の1nm帯〜180nm帯の波長を持つ
光に対する透過性が向上することを見出した。
討を行なった結果、ポリアクリル酸誘導体を主成分とす
るレジスト材料は、1nm帯〜180nm帯の波長を持
つ光が照射されると、ポリマーの主鎖のα位の炭素と結
合している水素原子が脱離し、水素原子が脱離したポリ
マーラジカル同士が結合して架橋することに気が付い
た。水素原子が脱離したポリマーラジカル同士が架橋す
ると、レジスト膜の露光部の現像液に対する溶解性が悪
化し、これによって、スカムが発生するのである。
ポリアクリル樹脂の主鎖中の炭素原子であってエステル
部位に結合している炭素原子をフッ素原子で置換するこ
とを考慮した。
180nm帯の波長を持つ光が照射されたときにフッ素
原子が脱離し、フッ素原子が脱離したポリマーラジカル
同士が結合して架橋する結果、レジスト膜の露光部の現
像液に対する溶解性が悪化してしまうことが分かった。
るにも拘わらず、ポリマーの主鎖が架橋反応を起こさな
い方策について種々の検討を行なった結果、アクリルユ
ニットの主鎖中の炭素原子であってエステル部位に結合
している炭素原子に、塩素原子又は塩素化されたアルキ
ル基を結合させると良いことを見出した。
ものであって、具体的には、以下に説明するパターン形
成材料及びパターン形成方法を提供するものである。
アクリルユニットの主鎖中の炭素原子であってエステル
部位に結合している炭素原子に、塩素原子又は塩素化さ
れたアルキル基が結合しているアクリル系樹脂からなる
ベース樹脂を有している。
アクリルユニットの主鎖中の炭素原子であってエステル
部位に結合している炭素原子に、塩素原子又は塩素化さ
れたアルキル基が結合していると共に酸により脱離する
保護基を持っているベース樹脂と、光が照射されると酸
を発生する酸発生剤とを有している。
と、ベース樹脂中に塩素原子又は塩素化されたアルキル
基が導入されているため、レジスト膜の1nm帯〜18
0nm帯の波長を持つ光に対する透過性が向上するの
で、矩形状の断面形状を持つレジストパターンが得られ
る。
子であってエステル部位に結合している炭素原子に、塩
素原子又は塩素化されたアルキル基が結合しているた
め、1nm帯〜180nm帯の波長を持つ光が照射され
ても、塩素原子又は塩素化されたアルキル基が脱離しな
いので、ポリマーラジカル同士が架橋する事態を防止で
きる。このため、レジスト膜の露光部の現像液に対する
溶解性が悪化しないので、基板上にスカムが発生しな
い。
アクリルユニットの主鎖中の炭素原子であってエステル
部位に結合している炭素原子に、塩素原子又は塩素化さ
れたアルキル基が結合しているアクリル系樹脂からなる
ベース樹脂を有するパターン形成材料を基板上に塗布し
てレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜に、1nm
帯〜30nm帯又は110nm帯〜180nm帯の波長
を持つ露光光を照射してパターン露光を行なう工程と、
パターン露光されたレジスト膜を現像してレジストパタ
ーンを形成する工程とを備えている。
アクリルユニットの主鎖中の炭素原子であってエステル
部位に結合している炭素原子に、塩素原子又は塩素化さ
れたアルキル基が結合していると共に酸により脱離する
保護基を持っているベース樹脂と、光が照射されると酸
を発生する酸発生剤とを有するパターン形成材料を基板
上に塗布してレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜
に、1nm帯〜30nm帯又は110nm帯〜180n
m帯の波長を持つ露光光を照射してパターン露光を行な
う工程と、パターン露光されたレジスト膜を現像してレ
ジストパターンを形成する工程とを備えている。
と、ベース樹脂中に塩素原子又は塩素化されたアルキル
基が導入されているため、レジスト膜の1nm帯〜30
nm帯又は110nm帯〜180nm帯の波長を持つ光
に対する透過性が向上するので、矩形状の断面形状を持
つレジストパターンが得られる。
子であってエステル部位に結合している炭素原子に、塩
素原子又は塩素化されたアルキル基が結合しているた
め、1nm帯〜30nm帯又は110nm帯〜180n
m帯の波長を持つ光が照射されても、塩素原子又は塩素
化されたアルキル基が脱離しないので、ポリマーラジカ
ル同士が架橋する事態を防止できる。このため、レジス
ト膜の露光部の現像液に対する溶解性が悪化しないの
で、基板上にスカムが発生しない。
て、露光光は、F2 エキシマレーザ、Ar2 エキシマレ
ーザ又は軟X線であることが好ましい。
の第1の実施形態に係るパターン形成材料及びパターン
形成方法について、図1(a)〜(c)を参照しながら
説明する。
クリルユニットの主鎖中の炭素原子であってエステル部
位に結合している炭素原子に、塩素化されたアルキル基
(CCl3 )が結合してなるアクリル系樹脂をベース樹
脂として用いる非化学増幅型レジスト材料である。
組成は以下の通りである。
成を有するレジスト材料を半導体基板10上にスピンコ
ートして、0.2μmの膜厚を有するレジスト膜11を
形成する。ベース樹脂は、メチルイソブチルケトン:イ
ソプロピルアルコール=1:3の現像液に難溶であるた
め、レジスト膜11は現像液に難溶である。
膜11に対してマスク12を介して、F2エキシマレー
ザ光(波長:157nm帯)13を照射してパターン露
光を行う。このようにすると、レジスト膜11の露光部
11aにおいては、ベース樹脂がF2 エキシマレーザ光
13により分解するため、現像液に対して可溶性に変化
する一方、レジスト膜11の未露光部11bは現像液に
対して難溶性のままである。
ソブチルケトン:イソプロピルアルコール=1:3の現
像液を用いて現像処理を行なう。このようにすると、レ
ジスト膜11の露光部11aが現像液に溶解するので、
図1(c)に示すように、レジスト膜11の未露光部1
1bからなるレジストパターン14が得られる。
実施形態に係るパターン形成材料及びパターン形成方法
について説明する。尚、第2の実施形態は、第1の実施
形態と比べてレジスト材料が異なるのみであるから、以
下においては、レジスト材料についてのみ説明する。
クリルユニットの主鎖中の炭素原子であってエステル部
位に結合している炭素原子に、塩素原子が結合してなる
アクリル系樹脂をベース樹脂として用いる非化学増幅型
レジスト材料である。
的な組成は以下の通りである。
実施形態に係るパターン形成材料及びパターン形成方法
について、図2(a)〜(d)を参照しながら説明す
る。
クリルユニットの主鎖中の炭素原子であってエステル部
位に結合している炭素原子に、塩素化されたアルキル基
(CCl3 )が結合してなるアクリル系樹脂をベース樹
脂として用いる化学増幅型レジスト材料である。
組成は以下の通りである。
(ベース樹脂に対して1重量%)溶媒:ジグライム
成を有するレジスト材料を半導体基板20上にスピンコ
ートして、0.2μmの膜厚を有するレジスト膜21を
形成する。このとき、ベース樹脂がアルカリ難溶性であ
るため、レジスト膜21はアルカリ難溶性である。
膜21に対してマスク22を介して、F2 エキシマレー
ザ(波長:157nm帯)23を照射してパターン露光
を行なう。このようにすると、レジスト膜21の露光部
21aにおいては、酸発生剤がF2 エキシマレーザ光2
3により分解して酸を発生する一方、レジスト膜21の
未露光部21bはアルカリ現像液に対して難溶性のまま
である。
板20ひいてはレジスト膜21をホットプレート24上
で加熱する。このようにすると、レジスト膜21におけ
る露光部21aにおいては、酸発生剤から発生した酸の
作用によりベース樹脂が分解するので、アルカリ現像液
に対して可溶性になる。
トラメチルハイドロオキサイド水溶液等のアルカリ性の
現像液を用いて現像処理を行なう。このようにすると、
レジスト膜21の露光部21aが現像液に溶解するの
で、図2(d)に示すように、レジスト膜21の未露光
部21bからなるレジストパターン25が得られる。
実施形態に係るパターン形成材料及びパターン形成方法
について説明する。尚、第4の実施形態は、第3の実施
形態と比べてレジスト材料が異なるのみであるから、以
下においては、レジスト材料についてのみ説明する。
クリルユニットの主鎖中の炭素原子であってエステル部
位に結合している炭素原子に、塩素原子が結合してなる
アクリル系樹脂をベース樹脂として用いる化学増幅型レ
ジスト材料である。
組成は以下の通りである。
(ベース樹脂に対して1重量%) 溶媒:ジグライム
炭素原子に結合する塩素化されたアルキル基は、CCl
3 であったが、これに代えて、CH2Cl 、CHC
l2 、CCl2CCl3、CCl2CH3等を用いることが
できる。
露光光としては、F2 レーザ光を用いたが、これに代え
て、Xe2 レーザ光、Kr2 レーザ光、ArKrレーザ
光、Ar2 レーザ光又は軟X線等を用いることができ
る。
ーン形成方法によると、レジスト膜の1nm帯〜30n
m帯又は110nm帯〜180nm帯の波長を持つ光に
対する透過性が向上するので、矩形状の断面形状を持つ
レジストパターンが得られると共に、1nm帯〜30n
m帯又は110nm帯〜180nm帯の波長を持つ光が
照射されたときに、レジスト膜の露光部の現像液に対す
る溶解性が悪化しないので、基板上にスカムが発生しな
い。
係るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
係るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 アクリルユニットの主鎖中の炭素原子で
あってエステル部位に結合している炭素原子に、塩素原
子又は塩素化されたアルキル基が結合しているアクリル
系樹脂からなるベース樹脂を有するパターン形成材料。 - 【請求項2】 アクリルユニットの主鎖中の炭素原子で
あってエステル部位に結合している炭素原子に、塩素原
子又は塩素化されたアルキル基が結合していると共に酸
により脱離する保護基を持っているベース樹脂と、光が
照射されると酸を発生する酸発生剤とを有するパターン
形成材料。 - 【請求項3】 アクリルユニットの主鎖中の炭素原子で
あってエステル部位に結合している炭素原子に、塩素原
子又は塩素化されたアルキル基が結合しているアクリル
系樹脂からなるベース樹脂を有するパターン形成材料を
基板上に塗布してレジスト膜を形成する工程と、 前記レジスト膜に、1nm帯〜30nm帯又は110n
m帯〜180nm帯の波長を持つ露光光を照射してパタ
ーン露光を行なう工程と、 パターン露光された前記レジスト膜を現像してレジスト
パターンを形成する工程とを備えていることを特徴とす
るパターン形成方法。 - 【請求項4】 アクリルユニットの主鎖中の炭素原子で
あってエステル部位に結合している炭素原子に、塩素原
子又は塩素化されたアルキル基が結合していると共に酸
により脱離する保護基を持っているベース樹脂と、光が
照射されると酸を発生する酸発生剤とを有するパターン
形成材料を基板上に塗布してレジスト膜を形成する工程
と、 前記レジスト膜に、1nm帯〜30nm帯又は110n
m帯〜180nm帯の波長を持つ露光光を照射してパタ
ーン露光を行なう工程と、 パターン露光された前記レジスト膜を現像してレジスト
パターンを形成する工程とを備えていることを特徴とす
るパターン形成方法。 - 【請求項5】 前記露光光は、F2 エキシマレーザ、A
r2 エキシマレーザ又は軟X線であることを特徴とする
請求項3又は4に記載のパターン形成方法。
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