JP2011066393A5 - - Google Patents

Description

エッチングされる具体的な層、膜厚および使用されるフォトリソグラフィ物質およびプロセスに応じて、層１０２上に、ハードマスク１０３および／またはフォトレジスト層がこの上にコーティングされる反射防止塗膜（ｂｏｔｔｏｍ ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ；ＢＡＲＣ）１０４を配置することが望まれる場合がある。例えば、エッチングされる層がかなりのエッチング深さを必要とし、および／または具体的なエッチング剤がレジスト選択性に劣る、非常に薄いレジスト層を使用する場合には、ハードマスク層の使用が望まれる場合がある。ハードマスク層が使用される場合には、形成されるレジストパターンはハードマスク層に写されることができ、これは次いで、下にある層１０２をエッチングするためのマスクとして使用されうる。好適なハードマスク物質および形成方法は当該技術分野において知られている。典型的な物質には、例えば、タングステン、チタン、窒化チタン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、非晶質炭素、酸窒化ケイ素および窒化ケイ素が挙げられる。ハードマスク層１０３は単一層を構成するか、または異なる物質の複数の層を含むことができる。ハードマスク層は、例えば、化学または物理蒸着技術によって形成されうる。

第１の感光性組成物が基体上に、（存在する場合には）反射防止層１０４上に適用されて、第１の感光層１０６を形成する。本明細書において使用される場合、用語「感光性物質」、「感光性組成物」および「フォトレジスト」は交換可能に使用される。好適なフォトレジスト物質は当該技術分野において知られており、例えば、アクリラートベースのもの、ノボラックベースのもの、およびケイ素化学物質ベースのものが挙げられる。好適なレジストは、例えば、米国特許出願公開第２００９０１１７４８９Ａ１号、第２００８０１９３８７２Ａ１号、第２００６０２４６３７３Ａ１号、第２００９０１１７４８９Ａ１号、第２００９０１２３８６９Ａ１号および米国特許第７，３３２，６１６号に記載されている。第１の感光層を形成するのに有用なフォトレジスト物質には、ポジ型物質およびネガ型物質の双方が挙げられる。好適なポジ型物質には、ポジ型化学増幅型フォトレジストが挙げられ、これは組成物の１種以上の成分の酸不安定基の光酸で促進される脱保護反応を受けて、このレジストの塗膜層の露光領域を、未露光領域よりも水性現像剤中でより可溶性にする。フォトレジスト樹脂の典型的な光酸不安定基（ｐｈｏｔｏａｃｉｄ−ｌａｂｉｌｅ ｇｒｏｕｐｓ）には、エステルのカルボキシル酸素に共有結合した第三級非環式アルキル炭素（例えば、ｔ−ブチル）または第三級脂環式炭素（例えば、メチルアダマンチル）を含むエステル基が挙げられる。アセタール光酸不安定基も典型的である。

好適なネガ型レジストは典型的には架橋性成分を含みうる。架橋性成分は典型的には別のレジスト成分として存在する。メラミンのようなアミンベースの架橋剤、例えば、サイメル（Ｃｙｍｅｌ）メラミン樹脂が典型的である。本発明において有用なネガ型フォトレジスト組成物は、酸への曝露により硬化し、架橋しまたは固化しうる物質と、本発明の光活性成分との混合物を含む。特に有用なネガ型組成物はフェノール系樹脂のような樹脂バインダー、架橋剤成分および光活性成分を含む。このような組成物およびその使用は欧州特許出願公開第０１６４２４８Ｂ１号および第０２３２９７２Ｂ１号、並びに米国特許第５，１２８，２３２号に開示されている。樹脂バインダー成分として使用するのに典型的なフェノール系樹脂には、上述のもののようなノボラックおよびポリ（ビニルフェノール）が挙げられる。典型的な架橋剤には、アミンベースの物質、例えば、メラミン、グリコールウリル、ベンゾグアナミン−ベースの物質および尿素ベースの物質が挙げられる。メラミン−ホルムアルデヒド樹脂は、一般的に最も典型的である。このような架橋剤は商業的に入手可能であり、例えば、サイメル（Ｃｙｍｅｌ）３００、３０１および３０３の商品名で、サイテックインダストリーズ（Ｃｙｔｅｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）により販売されているメラミン樹脂；サイメル１１７０、１１７１、１１７２の商品名でサイテックインダストリーズにより販売されているグリコールウリル樹脂；ビートル（Ｂｅｅｔｌｅ）６０、６５および８０の商品名でテクノールアペックスカンパニー（Ｔｅｋｎｏｒ Ａｐｅｘ Ｃｏｍｐａｎｙ）によって販売されている尿素ベースの樹脂；並びに、サイメル１１２３および１１２５の商品名でサイテックインダストリーズにより販売されているベンゾグアナミン樹脂が挙げられる。サブ２００ｎｍの波長、例えば、１９３ｎｍでの像形成のために、典型的なネガ型フォトレジストは国際公開第０３０７７０２９号に開示されている。

本発明において有用なフォトレジストは一般的には、公知の手順に従って製造される。例えば、レジストは、フォトレジストの成分を好適な溶媒に溶解することによりコーティング組成物として製造されることができ、この好適な溶媒には、例えば、グリコールエーテル、例えば、２−メトキシエチルエーテル（ジグライム）、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル；プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート；乳酸エステル、例えば、乳酸エチルまたは乳酸メチル；プロピオン酸エステル、特にプロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルおよびエチルエトキシプロピオナート；セロソルブエステル、例えば、メチルセロソルブアセタート；芳香族炭化水素、例えば、トルエンもしくはキシレン；またはケトン、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンおよび２−ヘプタノンが挙げられる。フォトレジストの固形分量は、典型的には、フォトレジスト組成物の全重量を基準にして約２〜２５重量％で変化する。このような溶媒のブレンドも好適である。

好ましくは、アルカリ性処理には、第四級アンモニウムヒドロキシドおよびアミンでの処理が挙げられる。第四級アンモニウムヒドロキシド物質およびアミンは、例えば、あらかじめ混合された組成物から、または物質を同時ではあるが互いに別々に適用することにより（この場合、その場で組成物が形成される）、基体に同時に適用されることができる。好ましくは、第四級アンモニウムヒドロキシド物質およびアミンはその順で逐次的に適用される。第四級アンモニウムヒドロキシドおよびアミン物質は液体、気体または蒸気として適用されることができ、かつ、例えば、スピンコーティング、ディッピング、蒸気コーティング、化学蒸着（ＣＶＤ）または他の従来のコーティング技術によって適用されうる。これらのなかで、液体物質のスピンコーティングが典型的である。典型的には、第四級アンモニウムヒドロキシドおよびアミン物質は水溶液として適用されうる。第四級アンモニウムヒドロキシドおよびアミンが同時に適用される場合には、表面処理された基体は、例えば、脱イオン水ですすがれることができる。第四級アンモニウムヒドロキシドおよびアミン物質が逐次的に適用される場合には、このアミンは、水すすぎとしても機能する水溶液として適用されることができる。表面処理された基体は場合によっては、例えば、脱イオン水ですすがれることができ、過剰な組成物を除去する。

第１のレジストパターン１０６’’の臨界寸法（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ；ＣＤ）は、表面処理の結果として、レジストパターン１０６’の元のＣＤと比較してわずかに小さくなる。このＣＤ損失は、表面処理中の第１のレジストパターンのさらなる現像に起因すると考えられる。この表面処理は、改変された第１のレジストパターン表面１１２を形成し、このレジストパターン表面はアルカリ性であり、かつ処理前の表面のよりも小さいライン幅ラフネスを有する。

表面処理に続いて、基体は、場合によっては、第２のハードベークプロセスにおいて熱処理されうる。より詳細に後述するように、このプロセスから生じる第１のレジストパターンの寸法は第２のハードベークの好適な条件の選択によって、精密に調節されおよび制御されうる。この熱処理プロセスは典型的にはホットプレート上でまたはオーブン内で行われ、条件は例えば、レジストパターンの具体的な物質および厚み、並びにパターンの望まれるＣＤ変化に応じて変化しうる。任意の熱処理に典型的な条件には、約１２０〜２００℃の温度および約６０〜１２０秒の時間が挙げられる。

ラインアンドスペースの第１のリソグラフィ（Ｌ１）パターン形成
ＴＥＬ ＣＬＥＡＮ ＴＲＡＣＫ^商標ＬＩＴＨＩＵＳ^商標ｉ＋コーター／現像機において、３００ｍｍのシリコンウェハにＡＲ^商標４０Ａ反射防止剤（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズＬＬＣ）をスピンコートし、第１の下部反射防止塗膜（ＢＡＲＣ）を形成した。このウェハを２１５℃で６０秒間ベークし、７５ｎｍ厚の第１のＢＡＲＣ膜を生じさせた。次いで、この第１のＢＡＲＣ上にＡＲ^商標１２４反射防止剤（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）を用いて、第２のＢＡＲＣ層がコーティングされ、２０５℃で６０秒間ベークされ、２３ｎｍの上部ＢＡＲＣ層を生じさせた。
上述のように形成されたＬ１フォトレジスト組成物が二層ＢＡＲＣの上にコーティングされ、１１０℃で６０秒間ソフトベークされ、９５０Åの厚みのレジスト膜を生じさせた。第１のレジスト層はトップコート層（ＯＣ^商標２０００トップコート物質、ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）でコーティングされ、１６〜３８ｍＪ／ｃｍ^２の様々な線量で、４５ｎｍラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）、９０ｎｍピッチの臨界寸法を有するバイナリレチクルを通して、開口数１．３５を有するＡＳＭＬ ＴＷＩＮＳＣＡＮ^商標ＸＴ：１９００ｉ液浸スキャナーおよびＸ−偏光の双極子−３５Ｙ照明（０．８９アウターシグマ／０．７６インナーシグマ）を用いて露光された。このウェハは、次いで、１００℃で６０秒間露光後ベーク（ＰＥＢ）され、マイクロポジット（Ｍｉｃｒｏｐｏｓｉｔ^商標）ＭＦ ＣＤ−２６現像剤（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）を用いて１２秒間現像され、第１のリソグラフィ（Ｌ１）パターンにした。このスペースＣＤは日立ＣＧ４０００ＳＥＭを用いて測定された。

第２のリソグラフィ（Ｌ２）
裸のシリコンウェハ上に６５０Åの膜厚を提供するであろうスピン速度で、コーター／現像機において、ＥＰＩＣ^商標２０９８ポジ型フォトレジスト（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）を、表面処理されたＬ１パターン上にコーティングした。このウェハは１２０℃で６０秒間ソフトベークされ、次いで、ＯＣ^商標２０００トップコート物質（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）でコーティングした。第１のリソグラフィプロセスと同じスキャナセッティングであるが、１２〜３４ｍＪ／ｃｍ^２の様々な露光線量でマスクなしにフラッド露光を使用して、第２のリソグラフィ（Ｌ２）が行われた。次いで、ウェハは９０℃で６０秒間露光後ベーク（ＰＥＢ）され、マイクロポジット（Ｍｉｃｒｏｐｏｓｉｔ^商標）ＭＦ ＣＤ−２６現像剤（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）を用いて１２秒間現像された。スペースＣＤが再び測定された。２３ｍＪ／ｃｍ^２のＬ２露光線量については、ラインパターンのＣＤ成長によって、スペースＣＤは４９ｎｍから４２ｎｍに低減された。

Claims (8)

1. （ａ）パターン形成される１以上の層を含む半導体基体を提供し；
   （ｂ）パターン形成される１以上の層上に、第１の感光性組成物の第１の層を適用し；
   （ｃ）第１のフォトマスクを通した活性化放射線に第１の層を露光し；
   （ｄ）露光された第１の層を現像してレジストパターンを形成し；
   （ｅ）ハードベークプロセスにおいてレジストパターンを熱処理し；
   （ｆ）ハードベークされたレジストパターンを、当該レジストパターンの表面をアルカリ性にするのに有効な物質で処理し；
   （ｇ）樹脂成分と光酸発生剤とを含む第２の感光性組成物の第２の層を、処理されたレジストパターンおよびパターン形成される１以上の層の上に適用し；
   （ｈ）第２の層を活性化放射線に露光し；並びに、
   （ｉ）露光された第２の層を現像し、現像後に第２の層の一部分を残す；
   ことを含み、
   前記ハードベークされたレジストパターンを、当該レジストパターンの表面をアルカリ性にするのに有効な物質で処理することが、当該レジストパターンをアルカリ性物質および界面活性剤で処理することを含む、電子デバイスを形成する方法。
2. （ａ）パターン形成される１以上の層を含む半導体基体を提供し；
   （ｂ）パターン形成される１以上の層上に、第１の感光性組成物の第１の層を適用し；
   （ｃ）第１のフォトマスクを通した活性化放射線に第１の層を露光し；
   （ｄ）露光された第１の層を現像してレジストパターンを形成し；
   （ｅ）ハードベークプロセスにおいてレジストパターンを熱処理し；
   （ｆ）ハードベークされたレジストパターンを、当該レジストパターンの表面をアルカリ性にするのに有効な物質で処理し；
   （ｇ）樹脂成分と光酸発生剤とを含む第２の感光性組成物の第２の層を、処理されたレジストパターンおよびパターン形成される１以上の層の上に適用し；
   （ｈ）第２の層を活性化放射線に露光し；並びに、
   （ｉ）露光された第２の層を現像し、現像後に第２の層の一部分を残す；
   ことを含み、
   前記ハードベークされた第１のレジストパターンを、当該レジストパターンの表面をアルカリ性にするのに有効な物質で処理することが、当該レジストパターンを第一級または第二級アミンで処理することを含む、電子デバイスを形成する方法。
3. ハードベークされたレジストパターンを、当該第１のレジストパターンの表面をアルカリ性にするのに有効な物質で処理することが、当該レジストパターンを第四級アンモニウムヒドロキシド溶液で、続いて第一級または第二級アミンで、逐次的に処理することを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記アミンが下記式（Ｉ）：
   

   

   （式中、Ｒは、場合によって置換されたＣ１−Ｃ６アルキル基から選択される）
   の化合物である、請求項２に記載の方法。
5. 前記アミンが下記式（ＩＩＩ）、（ＩＶ）および（Ｖ）：
   

   

   （式中、Ｒ_１およびＲ_２は、互いに独立して、水素原子またはＣ１−Ｃ１０アルキル基であり；ｎは１〜１０の整数である）
   の化合物から選択される、請求項２に記載の方法。
6. 第２の感光性組成物の層を露光する工程が、フラッド露光である、請求項１または２に記載の方法。
7. 第２の感光性組成物の層を露光する工程が、パターン化されたフォトマスクを通して行われる、請求項１または２に記載の方法。
8. アルカリ性にするのに有効な物質で処理する工程の後で、かつ第２の感光性組成物の層を適用する工程の前に、ハードベークされた第１のレジストパターンを熱処理することをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。