JP2002189297A - 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

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JP2002189297A
JP2002189297A JP2000385468A JP2000385468A JP2002189297A JP 2002189297 A JP2002189297 A JP 2002189297A JP 2000385468 A JP2000385468 A JP 2000385468A JP 2000385468 A JP2000385468 A JP 2000385468A JP 2002189297 A JP2002189297 A JP 2002189297A
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Masataka Endo
政孝 遠藤
Masaru Sasako
勝 笹子
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 矩形状の断面を持つ良好なパターン形状と良
好なエッチング耐性とを有するレジストパターンが得ら
れるようにする。 【解決手段】 半導体基板10の上に形成された反射防
止膜11の上に、ポリノルボルネンの誘導体とポリ(ノ
ルボルネン−無水マレイン酸)の誘導体とが混合された
ベースポリマーと、酸発生剤とを有する化学増幅型レジ
ストを塗布してレジスト膜12を形成する。レジスト膜
12に対してパターン露光及び現像を行なって、レジス
ト膜12からなるレジストパターン12Aを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造プロセ
ス等に用いられるパターン形成材料及びこれを用いたパ
ターン形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置等の製造プロセスにお
いては、半導体素子の微細化に伴って、リソグラフィに
より形成されるレジストパターンの微細化が必須となっ
ている。
【0003】レジストパターンの微細化の要求に応じる
ため、露光光の短波長化が進められており、最近では、
露光光として、KrFエキシマレーザ(波長:248n
m)よりも短波長のArFエキシマレーザ(波長:19
3nm)を用いるパターン形成方法が有望視されてい
る。このように、露光光としてArFエキシマレーザを
用いると、0.13μm以下のライン・アンド・スペー
スのレジストパターンを形成することが可能になる。
【0004】そこで、露光光としてArFエキシマレー
ザを用いるリソグラフィに適したパターン形成材料とし
て、例えば特表2000−508080号公報において
は、ポリノルボルネンを主成分とする化学増幅型レジス
ト、及びポリ(ノルボルネン−無水マレイン酸)(共重
合体)を主成分とする化学増幅型レジストが提案されて
いる。
【0005】以下、前記の化学増幅型レジストを用いて
レジストパターンを形成する方法について、図2(a)
〜(d)を参照しながら説明する。
【0006】まず、図2(a)に示すように、半導体基
板1の上に有機化合物からなる反射防止膜2を形成した
後、該反射防止膜2の上に、下記の成分を有しポリノル
ボルネンの誘導体を主成分とする化学増幅型レジストを
塗布して、0.4μmの厚さを有するレジスト膜3を形
成する。
【0007】 ベースポリマー:ポリ(t−ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレー ト−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート)…………………1.0g 酸発生剤:トリフェニルスルフォニウムトリフレート………………0.03g 溶媒:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート………4.0g
【0008】次に、図2(b)に示すように、レジスト
膜3に対してフォトマスク4を介してArFエキシマレ
ーザ5を照射してパターン露光を行なった後、半導体基
板1を105℃の温度下で90秒間加熱する露光後加熱
(PEB)を行なう。
【0009】次に、レジスト膜3を例えば2.38wt
%のアルカリ現像液を用いて60秒間の現像行なって、
図2(d)に示すように、0.14μmのライン・アン
ド・スペースのレジストパターン3Aを形成する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところが、レジストパ
ターン3Aは、矩形状の断面を有しない劣化した形状に
なってしまった。
【0011】また、ポリノルボルネンを主成分とする化
学増幅型レジストに代えて、ポリ(ノルボルネン−無水
マレイン酸)の誘導体を主成分とする化学増幅型レジス
ト(クラリアント社製:AZ−EXP−AX2000
P)を用いてレジストパターン3Aを形成したが、この
場合には、レジストパターンのエッチング耐性が不良に
なってしまった。
【0012】前記に鑑み、本発明は、矩形状の断面を有
する良好なパターン形状と良好なエッチング耐性とを有
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。
【0013】
【課題を解決するための手段】本件発明者らは、ポリノ
ルボルネンの誘導体を主成分とする化学増幅型レジス
ト、又はポリ(ノルボルネン−無水マレイン酸)の誘導
体を主成分とする化学増幅型レジストを用いてレジスト
パターンを形成すると、パターン形状が劣化する原因に
ついて検討を加えた結果、ポリノルボルネンの誘導体を
主成分とする化学増幅型レジストは解像性に問題があ
り、ポリ(ノルボルネン−無水マレイン酸)の誘導体を
主成分とする化学増幅型レジストは耐エッチング性に問
題があることを見出した。
【0014】そこで、ポリノルボルネンの誘導体とポリ
(ノルボルネン−無水マレイン酸)の誘導体とが混合さ
れたベースポリマーを有する化学増幅型レジストを用い
てレジストパターンを形成したところ、ベースポリマー
としてポリノルボルネンの誘導体又はポリ(ノルボルネ
ン−無水マレイン酸)の誘導体をそれぞれ単独で用いた
場合に比べて、解像性及び耐エッチング性の両方の点に
おいて改善されることを見出した。
【0015】本発明は、前記の知見に基づいてなされた
ものであり、具体的には、本発明に係るパターン形成材
料は、ポリノルボルネンの誘導体とポリ(ノルボルネン
−無水マレイン酸)の誘導体とが混合されたベースポリ
マーと、酸発生剤とを有する化学増幅型レジストよりな
る。
【0016】また、本発明に係るパターン形成方法は、
基板上に、ポリノルボルネンの誘導体とポリ(ノルボル
ネン−無水マレイン酸)の誘導体とが混合されたベース
ポリマーと、酸発生剤とを有する化学増幅型レジストを
塗布して、レジスト膜を形成する工程と、レジスト膜に
対してパターン露光及び現像を行なって、レジスト膜か
らなるレジストパターンを形成する工程とを備えてい
る。
【0017】本発明に係るパターン形成材料又はパター
ン形成方法により形成されるレジストパターンは、ポリ
ノルボルネンの誘導体又はポリ(ノルボルネン−無水マ
レイン酸)の誘導体を主成分とする化学増幅型レジスト
に比べて解像性及び耐エッチング性の点で優れている。
このため、本発明に係る化学増幅型レジストを用いて形
成されるレジストパターンは、矩形状の断面を持つ良好
なパターン形状と良好なエッチング耐性とを有する。
【0018】このように、ポリノルボルネンの誘導体と
ポリ(ノルボルネン−無水マレイン酸)の誘導体とが混
合されたベースポリマーを有する化学増幅型レジストを
用いると、各誘導体を単独で用いる場合に比べて、レジ
スト膜の溶解特性が向上するために解像度が向上し、ま
た、ポリマー同士の相互作用によりドライエッチング耐
性が向上するものと考えられる。
【0019】本発明に係るパターン形成材料又はパター
ン形成方法におけるベースポリマーにおいては、ポリノ
ルボルネンの誘導体及びポリ(ノルボルネン−無水マレ
イン酸)の誘導体のうちの一方は他方に対して重量比で
1/2以上混合されていることが好ましい。
【0020】このようにすると、ベースポリマーとして
ポリノルボルネンの誘導体又はポリ(ノルボルネン−無
水マレイン酸)の誘導体を単独で用いる場合に比べて、
解像性及び耐エッチング性の両方の点で確実に向上す
る。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
パターン形成材料について説明する。
【0022】パターン形成材料としては以下の組成のも
のを用いる。
【0023】 ベースポリマー:ポリノルボルネンの誘導体(1.0g)と、ポリ(t−ブチ ル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート−無水マレイン酸)(0.5 g)との混合物 酸発生剤:トリフェニルスルフォニウムトリフレート………………0.03g 溶媒:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート………4.0g
【0024】尚、ポリノルボルネンと、ポリ(ノルボル
ネン−無水マレイン酸)との混合割合としては、前記の
割合でなくてもよいが、一方の誘導体は他方の誘導体に
対して重量比で1/2以上の割合で混合されていること
が好ましい。
【0025】2つの誘導体がこのような割合で混合され
たベースポリマーを用いると、ベースポリマーとしてポ
リノルボルネンの誘導体又はポリ(ノルボルネン−無水
マレイン酸)の誘導体を単独で用いる場合に比べて、解
像性及び耐エッチング性の両方の点で確実に向上する。
【0026】以下、本発明の一実施形態に係るパターン
形成方法について、図1(a)〜(d)を参照しながら
説明する。
【0027】まず、図1(a)に示すように、半導体基
板10の上に有機化合物からなる反射防止膜11(例え
ば、シプレイファーイースト社製:AR19)を形成し
た後、該反射防止膜11の上に、前記の組成を有する化
学増幅型レジストを塗布して、0.4μmの厚さを有す
るレジスト膜12を形成する。
【0028】次に、図1(b)に示すように、レジスト
膜12に対してフォトマスク13を介してArFエキシ
マレーザ14を開口率(NA):0.60で照射してパ
ターン露光を行なった後、半導体基板10を105℃の
温度下で90秒間加熱する露光後加熱(PEB)を行な
う。
【0029】次に、レジスト膜12を例えば2.38w
t%のアルカリ現像液を用いて60秒間の現像行なう
と、図1(d)に示すように、矩形状の断面を有する
0.11μmのライン・アンド・スペースのレジストパ
ターン12Aが得られる。
【0030】以下、本実施形態を評価するために行なっ
た実験結果について[表1]に基づいて説明する。
【0031】
【表1】
【0032】[表1]は、ベースポリマーとして、ポリ
ノルボルネンの誘導体とポリ(ノルボルネン−無水マレ
イン酸)の誘導体との混合物、ポリノルボルネンの誘導
体(単独)又はポリ(ノルボルネン−無水マレイン酸)
の誘導体(単独)を用いたときの、解像性とノボラック
樹脂に対するエッチングレートとを対比したデータを示
している。
【0033】[表1]から分かるように、ベースポリマ
ーとしてポリノルボルネンの誘導体とポリ(ノルボルネ
ン−無水マレイン酸)の誘導体との混合物を用いると、
ベースポリマーとしてポリノルボルネン又はポリ(ノル
ボルネン−無水マレイン酸)を単独で用いる場合に比べ
て、解像性及び耐エッチング性の点で優れることが分か
る。すなわち、フッ素を主成分とするエッチングガスを
用いたときのノボラック樹脂に対するエッチングレート
比は、1.0であって、ベースポリマーとしてポリノル
ボルネンを単独で用いた場合の1.2及びポリ(ノルボ
ルネン−無水マレイン酸)を単独で用いる場合の1.5
よりも小さいので、耐エッチング性の点で向上すること
が分かる。
【0034】従って、ベースポリマーとしてポリノルボ
ルネンの誘導体とポリ(ノルボルネン−無水マレイン
酸)の誘導体との混合物を用いると、得られるレジスト
パターン12Aは、矩形状の断面を持つ良好なパターン
形状と良好なエッチング耐性とを有する。
【0035】尚、本発明においては、酸により感応する
酸不安定基(保護基)は、ポリノルボルネンの誘導体又
はポリ(ノルボルネン−無水マレイン酸)の誘導体の一
方又は両方に結合していてもよいし、これら両者とは異
なる他のポリマーユニットに付与されていてもよい。
【0036】また、パターン露光に用いる露光光として
は、ArF若しくはKrF光などの遠紫外光、F2 光な
どの真空紫外光、13.5nm光などの極紫外光、又は
電子線などが挙げられるが、これらに限定されるもので
はない。
【0037】
【発明の効果】本発明に係るパターン形成材料又はパタ
ーン形成方法によると、レジストパターンは、ベースポ
リマーとしてポリノルボルネンの誘導体又はポリ(ノル
ボルネン−無水マレイン酸)の誘導体を単独で用いる場
合に比べて、解像性及び耐エッチング性の点で優れてい
る。このため、本発明に係る化学増幅型レジストを用い
て形成されるレジストパターンは、矩形状の断面を持つ
良好なパターン形状と良好なエッチング耐性とを有す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は本発明の一実施形態に係るパ
ターン形成材料を用いるパターン形成方法の各工程を示
す断面図である。
【図2】(a)〜(d)は従来のパターン形成材料を用
いるパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
10 半導体基板 11 反射防止膜 12 レジスト膜 12A レジストパターン 13 フォトマスク 14 ArFエキシマレーザ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H025 AA03 AA09 AB16 AC04 AC08 AD03 BE00 BE10 BG00 CB08 CB10 CB41 DA34 FA17 FA41 4J002 BH02X BK00W BK00X EV296 FD156 GP03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリノルボルネンの誘導体とポリ(ノル
    ボルネン−無水マレイン酸)の誘導体とが混合されたベ
    ースポリマーと、酸発生剤とを有する化学増幅型レジス
    トよりなることを特徴とするパターン形成材料。
  2. 【請求項2】 前記ベースポリマーにおいて、ポリノル
    ボルネンの誘導体及びポリ(ノルボルネン−無水マレイ
    ン酸)の誘導体のうちの一方は他方に対して重量比で1
    /2以上混合されていることを特徴とする請求項1に記
    載のパターン形成材料。
  3. 【請求項3】 基板上に、ポリノルボルネンの誘導体と
    ポリ(ノルボルネン−無水マレイン酸)の誘導体とが混
    合されたベースポリマーと、酸発生剤とを有する化学増
    幅型レジストを塗布してレジスト膜を形成する工程と、
    前記レジスト膜に対してパターン露光及び現像を行なっ
    て、前記レジスト膜からなる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。
  4. 【請求項4】 前記ベースポリマーにおいて、ポリノル
    ボルネンの誘導体及びポリ(ノルボルネン−無水マレイ
    ン酸)の誘導体のうちの一方は他方に対して重量比で1
    /2以上混合されていることを特徴とする請求項3に記
    載のパターン形成方法。
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