JP2012141496A - レジスト下層膜材料及びこれを用いたパターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図2からわかるように、レジスト中間層膜のk値として0.2以下の低い値と、適切な膜厚設定によって、1%以下の十分な反射防止効果を得ることができる。
メタンガス、エタンガス、アセチレンガス等を原料に用いたCVD−C膜は、段差をフラットに埋め込むことが困難である。一方、下層膜をスピンコーティングによって形成した場合、基板の凹凸を埋め込むことができる長所がある。
Y−CHO (3)
(上記一般式(3)中、Yは水素原子又は置換されていてもよい炭素数1〜30の一価の有機基である。)
このように、無機ハードマスク中間層膜を、CVD法又はALD法により形成することにより、エッチング耐性をより高くすることができる。
このように、本発明では、アルカリ現像又は有機溶剤による現像を適用することができる。
この場合、前記金属として、ケイ素、チタン、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、ゲルマニウム、銅、アルミニウム、及び鉄のいずれか、あるいはこれらの合金を用いることができる。
前述のように、LSIの高集積化と高速度化が進む中、反射防止膜としての最適なn、k値と埋め込み特性、優れたパターン曲がり耐性を有し、エッチング中のよれが生じない下層膜材料及びパターン形成方法が求められていた。
本発明は、少なくとも下記一般式(1−1)及び/又は(1−2)で示される1種以上の化合物と、下記一般式(2)で示される1種以上の化合物と、下記一般式(3)で示される1種以上の化合物及び/又はその等価体(以後、「アルデヒド化合物(3)」ということもある)とを縮合することにより得られるポリマーを含有することを特徴とするレジスト下層膜材料である。
Y−CHO (3)
(上記一般式(3)中、Yは水素原子又は置換されていてもよい炭素数1〜30の一価の有機基である。)
または、ホルミル基のα−炭素原子に水素原子が結合している場合は、
等を例示できる。
全繰り返し単位中の比率としては、0.1<a+b<1が好ましく、より好ましくは0.3<a+b<0.95である。
このような塩基性化合物としては、具体的には特開2007−199653号公報中の(0086)〜(0090)段落に記載されている材料を添加することができる。
本発明のレジスト下層膜材料を調製する際に使用可能な有機溶剤としては、前記ポリマー、酸発生剤、架橋剤、その他添加剤等が溶解するものであれば特に制限はない。具体的には、特開2007−199653号公報中の(0091)〜(0092)段落に記載されている溶剤を添加することができる。
本発明では、被加工体にパターンを形成する方法であって、少なくとも、被加工体上に前記本発明のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上にケイ素原子を含有するレジスト中間層膜材料を用いてレジスト中間層膜を形成し、該レジスト中間層膜の上にフォトレジスト組成物のレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成し、該レジスト上層膜に回路パターンを形成し、該パターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにしてレジスト前記中間層膜をエッチングし、該パターンが形成されたレジスト中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、さらに、該パターンが形成されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工体をエッチングして前記被加工体にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法を提供する。
特にSiON膜等の無機ハードマスク中間層膜を用いた場合、SiON膜とBARCの2層の反射防止膜によって1.0を超える高NAの液浸露光に於いても反射を抑えることが可能となる。BARCを形成するもう一つのメリットとしては、SiON直上でのフォトレジストパターンの裾引きを低減させる効果があることである。
尚、被加工体としては、半導体基板に、金属膜、金属炭化膜、金属酸化膜、金属窒化膜、及び金属酸化窒化膜のいずれか(以後、「被加工層」とする)が成膜されたもの、例えば、前記金属がケイ素、チタン、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、ゲルマニウム、銅、アルミニウム、及び鉄のいずれか、あるいはこれらの合金等を用いることができる。
被加工層としては、Si、SiO2、SiON、SiN、p−Si、α−Si、W、W−Si、Al、Cu、Al−Si等種々のLow−k膜及びそのストッパー膜が用いられ、通常50〜10,000nm、特に100〜5,000nmの厚さに形成し得る。
3層プロセスの場合、図1(A)に示したように、基板1の上に積層された被加工層2上に本発明によりレジスト下層膜3を形成した後、レジスト中間層膜4を形成し、その上にレジスト上層膜5を形成する。
また、BARCを敷く場合はレジスト中間層膜(又は無機ハードマスク中間層膜)4とレジスト上層膜5との間にBARC層を設ける。BARCのエッチングはレジスト中間層膜(又は無機ハードマスク中間層膜)4のエッチングに先立って連続して行われる場合もあるし、BARCだけのエッチングを行ってからエッチング装置を変える等してレジスト中間層膜(無機ハードマスク中間層膜)4のエッチングを行うこともできる。
[樹脂(A)−1〜(A)−6の合成]
以下のように樹脂(A)−1〜(A)−6を合成した。
尚、ポリマーの分子量、分散度の測定法は、具体的に下記の方法により行った。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)分析によりポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を求め、分散度(Mw/Mn)を求めた。
1,3−アダマンタンジオール16.8g、m−クレゾール5.0g、1,7−ジヒドロキシナフタレン15.0g、2−メトキシエタノール100g、メタンスルホン酸2.4gの混合物を窒素雰囲気下、110℃で16時間加熱攪拌した。70℃に冷却後、パラホルムアルデヒド1.1gを加え、5時間攪拌した。室温に冷却後、酢酸エチル200g、純水100gを加えた。不溶分をろ別後、水層を除去、次に有機層を純水100gで4回洗浄した。有機層を減圧乾固し、以下に示す樹脂(A)−1を33.6g得た。
Mw:4,890
Mw/Mn:3.23
1,3−アダマンタンジオール8.4g、1,5−ジヒドロキシナフタレン20.0g、2−メトキシエタノール100g、メタンスルホン酸2.4gの混合物を窒素雰囲気下、110℃で16時間加熱攪拌した。70℃に冷却後、パラホルムアルデヒド2.0gを加え、5時間攪拌した。室温に冷却後、酢酸エチル200g、純水100gを加えた。不溶分をろ別後、水層を除去、次に有機層を純水100gで4回洗浄した。有機層を減圧乾固し、以下に示す樹脂(A)−2を26.5g得た。
Mw:2,930
Mw/Mn:2.50
1,3−アダマンタンジオール6.4g、1,3,5−アダマンタントリオール2.3g、1,5−ジヒドロキシナフタレン20.0g、1−メトキシ−2−プロパノール80g、メタンスルホン酸2.4gの混合物を窒素雰囲気下、100℃で16時間加熱攪拌した。70℃に冷却後、パラホルムアルデヒド1.6gを加え、4時間攪拌した。室温に冷却後、酢酸エチル200g、純水100gを加えた。不溶分をろ別後、水層を除去、次に有機層を純水100gで4回洗浄した。有機層を減圧乾固し、以下に示す樹脂(A)−3を27.1g得た。
Mw:4,660
Mw/Mn:3.04
m−クレゾール5.0g、1,7−ジヒドロキシナフタレン15.0g、パラホルムアルデヒド2.4gの混合物に窒素雰囲気下、70℃でメタンスルホン酸2.4gを加え、5時間攪拌した。室温に冷却後、酢酸エチル200g、純水100gを加えた。不溶分をろ別後、水層を除去、次に有機層を純水100gで4回洗浄した。有機層を減圧乾固し、以下に示す樹脂(A)−4を18.0g得た。
Mw:1,510
Mw/Mn:2.02
ジシクロペンタジエン6.6g、1,5−ジヒドロキシナフタレン20.0g、2−メトキシエタノール100g、メタンスルホン酸2.4gの混合物を窒素雰囲気下、110℃で72時間加熱攪拌した。70℃に冷却後、パラホルムアルデヒド2.0gを加え、5時間攪拌した。室温に冷却後、酢酸エチル200g、純水100gを加えた。不溶分をろ別後、水層を除去、次に有機層を純水100gで4回洗浄した。有機層を減圧乾固し、以下に示す樹脂(A)−5を26.5g得た。
Mw:4,350
Mw/Mn:3.02
1,3−アダマンタンジオール16.8g、m−クレゾール5.0g、1,7−ジヒドロキシナフタレン15.0g、2−メトキシエタノール100g、メタンスルホン酸2.4gの混合物を窒素雰囲気下、110℃で24時間加熱攪拌した。室温に冷却後、メチルイソブチルケトン200g、純水100gを加えた。不溶分をろ別後、水層を除去、次に有機層を純水100gで4回洗浄した。有機層を減圧乾固し、以下に示す樹脂(A)−6を30.3g得た。
Mw:1,470
Mw/Mn:2.30
(レジスト下層膜材料の調製)
上記樹脂(A)−1〜6を20質量部、下記AG1で示される酸発生剤を1質量部、下記CR1で示される架橋剤を4質量部、FC−430(住友スリーエム社製)0.1質量%を含むプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート100質量部に溶解させ、0.1μmのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによってレジスト下層膜形成用溶液(SOL−1〜6)をそれぞれ調製した。
(パターンエッチング試験)
前記レジスト下層膜材料(UDL−1〜6)を、膜厚200nmのSiO2膜が形成された直径300mmSiウェハー基板上に塗布(スピンコート)して、250℃で60秒間ベークして膜厚200nmのレジスト下層膜(実施例1〜3、比較例1〜3)を形成した。その上にArFケイ素含有レジスト中間層ポリマーSOG−1を常法に従って調製したものを塗布して220℃で60秒間ベークして膜厚35nmのレジスト中間層膜を形成し、レジスト上層膜材料(ArF用SLレジスト溶液)を塗布し、105℃で60秒間ベークして膜厚100nmのレジスト上層膜を形成した。レジスト上層膜に液浸保護膜(TC−1)を塗布し90℃で60秒間ベークし膜厚50nmの保護膜を形成した。上層レジストとしては、表2に示す組成の樹脂、酸発生剤、塩基化合物をFC−430(住友スリーエム(株)製)0.1質量%を含む溶媒中に溶解させ、0.1μmのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによって調製した。
分散度(Mw/Mn)=1.69
・レジストパターンのSOG膜への転写条件。
チャンバー圧力 10.0Pa
RFパワー 1,500W
CF4ガス流量 15sccm
O2ガス流量 75sccm
時間 15sec
チャンバー圧力 2.0Pa
RFパワー 500W
Arガス流量 75sccm
O2ガス流量 45sccm
時間 120sec
チャンバー圧力 2.0Pa
RFパワー 2,200W
C5F12ガス流量 20sccm
C2F6ガス流量 10sccm
Arガス流量 300sccm
O2 60sccm
時間 90sec
また、比較例2は、現像後のレジスト形状等は良好であったものの、露光により作られたレジスト線幅に従って、基板転写後のパターン寸法も変化し、40nm程度の線幅でパターンよれが発生してしまった。
さらに、比較例3は、パターン寸法40nm以下までよれがなかったものの、基板転写後のエッチング形状は良好とはいえないものであった。
また、実施例1〜3ではパターン寸法35nm以下までよれがなく、高いよれ耐性を有することが判明した。このことから、本発明の下層膜のように、ハードネスが0.60GPaより高くなるような緻密な膜を形成できる下層膜を使用することにより、高いよれ耐性を得られることが示唆される。
3a…レジスト下層膜パターン、4…レジスト中間層膜(無機ハードマスク中間層膜)、
4a…レジスト中間層膜パターン(無機ハードマスク中間層膜パターン)、
5…レジスト上層膜、5a…レジストパターン、6…所用部分。
Claims (11)
- 少なくとも下記一般式(1−1)及び/又は(1−2)で示される1種以上の化合物と、下記一般式(2)で示される1種以上の化合物と、下記一般式(3)で示される1種以上の化合物及び/又はその等価体とを縮合することにより得られるポリマーを含有することを特徴とするレジスト下層膜材料。
Y−CHO (3)
(上記一般式(3)中、Yは水素原子又は置換されていてもよい炭素数1〜30の一価の有機基である。) - 前記レジスト下層膜材料が、さらに架橋剤、酸発生剤、有機溶剤のうちいずれか一つ以上のものを含有することを特徴とする請求項1に記載のレジスト下層膜材料。
- 被加工体にパターンを形成する方法であって、少なくとも、被加工体上に請求項1又は2に記載のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上にケイ素原子を含有するレジスト中間層膜材料を用いてレジスト中間層膜を形成し、該レジスト中間層膜の上にフォトレジスト組成物のレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成し、該レジスト上層膜に回路パターンを形成し、該パターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記レジスト中間層膜をエッチングし、該パターンが形成されたレジスト中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、さらに、該パターンが形成されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工体をエッチングして前記被加工体にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
- 被加工体にパターンを形成する方法であって、少なくとも、被加工体上に請求項1又は2に記載のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上にケイ素原子を含有するレジスト中間層膜材料を用いてレジスト中間層膜を形成し、該レジスト中間層膜の上に有機反射防止膜(BARC)を形成し、該BARC上にフォトレジスト組成物のレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して4層レジスト膜とし、該レジスト上層膜に回路パターンを形成し、該パターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記BARCと前記レジスト中間層膜をエッチングし、該パターンが形成されたレジスト中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、さらに、該パターンが形成されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工体をエッチングして前記被加工体にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
- 被加工体にパターンを形成する方法であって、少なくとも、被加工体上に請求項1又は2に記載のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上にケイ素酸化膜、ケイ素窒化膜、ケイ素酸化窒化膜、及びアモルファスケイ素膜から選ばれるいずれかの無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜の上にフォトレジスト組成物のレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して、該レジスト上層膜に回路パターンを形成し、該パターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記無機ハードマスク中間層膜をエッチングし、該パターンが形成された無機ハードマスク中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、さらに、該パターンが形成されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工体をエッチングして前記被加工体にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
- 被加工体にパターンを形成する方法であって、少なくとも、被加工体上に請求項1又は2に記載のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上にケイ素酸化膜、ケイ素窒化膜、ケイ素酸化窒化膜、及びアモルファスケイ素膜から選ばれるいずれかの無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜の上に有機反射防止膜(BARC)を形成し、該BARC上にフォトレジスト組成物のレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して4層レジスト膜とし、該レジスト上層膜に回路パターンを形成し、該パターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記BARCと前記無機ハードマスク中間層膜をエッチングし、該パターンが形成された無機ハードマスク中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、さらに、該パターンが形成されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工体をエッチングして前記被加工体にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
- 前記無機ハードマスク中間層膜が、CVD法又はALD法によって形成されることを特徴とする請求項5又は6に記載のパターン形成方法。
- 前記レジスト上層膜のパターン形成方法が、波長が10nm以上300nm以下の光リソグラフィー、電子線による直接描画、及びナノインプリンティングのいずれか、あるいはこれらの組み合わせによるパターン形成であることを特徴とする請求項3乃至7のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記パターン形成方法における現像方法が、アルカリ現像又は有機溶剤による現像であることを特徴とする請求項3乃至8のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記被加工体として、半導体基板に、金属膜、金属炭化膜、金属酸化膜、金属窒化膜、及び金属酸化窒化膜のいずれかが成膜されたものを用いることを特徴とする請求項3乃至9のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記金属がケイ素、チタン、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、ゲルマニウム、銅、アルミニウム、及び鉄のいずれか、あるいはこれらの合金であることを特徴とする請求項10に記載のパターン形成方法。
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