JP2020030397A - レジストパターンをシミュレーションする方法、レジスト材料及びその組成の最適化方法、並びに装置及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
Description
上記方法は、
(A)目標パターンに沿って上記放射線を照射した後の上記レジスト膜中の活性種の濃度の、上記放射線の照射位置に対する潜像を計算する工程と、
(B)上記潜像に基づき、上記目標パターンのエッジの上記照射位置に対する上記濃度の変化率を計算する工程と、
(C)上記目標パターンのエッジにおける確率論的ばらつきを計算する工程と、
(D)上記濃度の変化率と上記確率論的ばらつきとからパターンエッジラフネスのばらつきを計算する工程と、
を備える。
第一実施形態として、化学増幅型レジスト材料及びその組成の最適化方法について説明する。本実施形態で想定する化学増幅型レジスト材料(以下、場合により単に「レジスト材料」という。)は、ベース成分と光酸発生剤(PAG)とクエンチャとを含む。レジスト材料は基板等の上に塗布され、レジスト膜となる。レジスト膜に対して、300nm以下の波長を有する放射線(電子線を含む、以下同じ)が形成すべきパターンに沿って照射され(パターン露光)、放射線が照射された部分のレジスト膜中でのみ酸が発生する。発生した酸が露光後のベーク(PEB)により、レジスト膜中のベース成分の酸不安定基(保護基)が外れて極性を変化させる(脱保護)。その後、レジスト膜を現像液で処理することにより、レジストパターンが形成される。ベース成分は、通常、保護基によって保護されたポリマーを含む。
工程Aは、目標パターンに沿って上記放射線を照射した後の上記レジスト膜中の酸の濃度の、上記放射線の照射位置に対する潜像を計算する工程である。図2は、パターン露光において、目標パターンに沿って照射される放射線の光学像の一例を示す図である。図2では、目標パターンの位置において放射線の線量を小さくし、目標パターン以外の位置において放射線の線量を大きくしている。上記レジスト膜に上記放射線が照射されると、光酸発生剤から酸が発生し、光分解型クエンチャが分解する。ただし、クエンチャが光分解型でない場合には分解しない。発生した酸の一部は、分解せずに残ったクエンチャにより捕捉される。
工程Bは、工程Aで計算した潜像に基づき、目標パターンのエッジの照射位置に対する放射線照射後に残った上記酸の濃度の変化率を計算する工程である。任意の照射位置xにおける放射線照射後に残った酸の濃度T(x)の変化率は、T(x)をxで微分した(dT/(x))/dxであるから、下記式(4)のように計算される。
工程Cは、上記目標パターンのエッジにおける確率論的ばらつき(ストキャスティクス)を計算する工程である。まず、本実施形態において、光子(フォトン)のショットノイズは下記式(9)のように単純化される。式(9)中、σPは光子のばらつきの標準偏差であり、<NP>は特定領域内に入射するフォトンの個数の平均値であり、Vはある特定領域の体積である。
工程Dでは、工程Bで計算した上記濃度の変化率と工程Cで計算した上記確率論的ばらつきとからパターンエッジラフネスのばらつき(パターン寸法ばらつき)が計算される。すなわち、下記式(12)のとおり、工程Cの確率論的ばらつきを工程Bの変化率で除して、確率論的ばらつきの次元を放射線の照射位置の次元に変換することにより、確率論的ばらつきに起因する寸法ばらつきの指標であるノイズインデックスがパターンエッジラフネスのばらつきとして計算される。ここで、Nindexはノイズインデックスである。また、係数nは、標準偏差の何倍を基準にするパターン寸法で議論するかを規定するものである。通例n=3で議論されることが多い。
本実施形態では、工程Dにおいて各パラメータの変動範囲を規定した上で、工程Eにおいて、その変動範囲の中でより小さいノイズインデックスNindexが得られるように再計算し、レジスト材料の組成及びパターン形成条件等の最適化が実施される。本開示における最適化とは、ラフネスの評価関数Nindexが最も小さくなるようなパラメータの組み合わせを見つける手法をいう。この評価関数にはノイズに関する尺度だけでなく、プロセスウィンドウ(露光量裕度又はフォーカス裕度)などの別な評価指標を適用してもよい。つまり、露光量、フォーカス及びマスク寸法等の値を放射線の照射条件として変更した入力値を含めた、CD(限界寸法)誤差の評価関数が最小になるように最適化を行うこともできる。言い換えると、レジスト材料の組成、又は放射線の照射条件を変更してパターンエッジラフネスのばらつきを再計算し、パターンエッジラフネスのばらつきが目標値以下となる放射線の照射条件の範囲がより広くなるレジスト材料の組成を選択することにより、レジスト材料の組成を最適化してもよい。最適化の手法としては、例えば、最急降下法、遺伝的アルゴリズム、PatternSearch法、及びGRG非線形法等の勾配を用いる最適化アルゴリズムを用いることが可能である。
第二実施形態として、光増感化学増幅型レジスト材料及びその組成の最適化方法について説明する。光増感化学増幅型レジスト材料(以下、場合により単に「レジスト材料」という。)は、ベース成分(保護基によって保護されたポリマー)、光酸発生剤及び光分解型クエンチャの他に、光増感剤前駆体を更に含む。レジスト材料は基板等の上に塗布され、レジスト膜となる。レジスト膜に対して、300nm以下の波長を有する放射線が形成すべきパターンに沿って照射される(パターン露光)。300nm以下の波長を有する放射線が照射されることにより、レジスト膜中で酸が発生し、その酸による反応で、光増感剤前駆体が所定の速度で分解することによって光増感剤が発生する。その後、300nmを超える波長を有する放射線をレジスト膜の全面に照射される(全体露光(一括露光ともいう))。パターン露光で発生した光増感剤は、全体露光において増感反応により光酸発生剤を分解し、さらなる酸の発生を誘発する。したがって、パターン露光された部分のみが選択的に増感されレジスト材料の感度が飛躍的に高められる。同様に、パターン露光で発生した光増感剤は、全体露光において増感反応により光分解型クエンチャを分解し、光増感剤の存在するエリアで活性な酸の量を増やすこともできる。この結果、パターン露光された部分とパターン露光されていない部分との間での酸の潜像のコントラストが改善し、解像度、レジストパターンエッジのラフネス、及び、レジスト材料の感度を同時に改善できる。
工程Aでは、2回目のベーク後、保護基によって保護されたポリマーの濃度の放射線の照射位置に対する潜像が計算される。ここでは1回目のベーク及び2回目のベークにおいて進行する脱保護反応が考慮される。そのために、各工程における各成分の濃度が以下のように順次計算される。
求められた各位置における規格化されたポリマーの濃度mの値から、目標パターンのエッジの位置におけるポリマーの濃度の変化率dm/dxが計算される。又は、mdevの値から補正された濃度の変化率dmdev/dxが計算される。
工程Cでは、目標パターンのエッジの位置における保護されたポリマーの濃度の確率論的ばらつきが計算される。そのために、まず、2回目のベークにおける中和反応後の酸の濃度の確率論的ばらつきが計算される。光酸発生剤及びクエンチャの濃度分布(濃度のばらつき)に起因する酸濃度の確率論的ばらつきは、第一実施形態の式(10c)と同様の考え方により、下記式(31a)で表される。ここでの確率論的ばらつきは、中和後の酸の濃度T(=H2i−Q2i)が脱保護反応の閾値THであるときの値に規格化されている。
工程Dでは、工程Bで計算した濃度の変化率と工程Cで計算した確率論的ばらつきとからパターンエッジラフネスのばらつき(パターン寸法ばらつき)が計算される。下記式(48)のとおり、工程Cの保護されたポリマーの濃度の確率論的ばらつきを工程Bの保護されたポリマーの変化率で除して、確率論的ばらつきの次元を放射線の照射位置の次元に変換することにより、確率論的ばらつきに起因するパターンエッジラフネスのばらつきの指標であるノイズインデックスが計算される。ここで、Nindexはノイズインデックスである。係数nは、標準偏差の何倍を基準にするパターン寸法で議論するかを規定するものである。通例n=3で議論されることが多い。評価関数であるノイズインデックスNindexがある閾値以下であれば、設定したパターン形成条件が、ストキャスティクスを考慮しても、パターンエッジラフネスのばらつきが十分低減されたと判断することができる。
第一実施形態と同様に、より小さいノイズインデックスNindexが得られるように再計算することにより、レジスト材料の組成及びパターン形成条件等の最適化が実施される。あるいは、レジスト材料の組成、又は放射線の照射条件を変更してパターンエッジラフネスのばらつきを再計算し、パターンエッジラフネスのばらつきが目標値以下となる放射線の照射条件の範囲がより広くなるレジスト材料の組成を選択することにより、レジスト材料の組成を最適化してもよい。
上記最適化方法に従って導かれたレジスト材料の組成を以下に示す。
第一の態様に係る化学増幅型レジスト材料(以下、場合により、単に「第一のレジスト材料」という。)は、ベース成分と、光酸発生剤と、光分解型クエンチャとを含み、当該レジスト材料の全質量基準で、光酸発生剤の含有量が3質量%以上であり、光分解型クエンチャの含有量が3質量%以上である。これらの含有量の上限は、レジスト材料が含有しても特性が大きく劣化しない範囲で決まり、およそ35質量%以下である。また、当該レジスト材料の全質量基準で、光酸発生剤と上記光分解型クエンチャとの含有量の合計割合が12質量%以上である。第一のレジスト材料の組成は、上記最適化方法において、酸発生剤、光分解型クエンチャの含有量を変化させ、ノイズ指数を計算することにより導かれたものである。
レジスト材料の組成等の上記最適化方法を行う演算部を備える装置の一実施形態について以下に説明する。図6は本開示の一実施形態に係る装置の構成を示すブロック図である。図6に示すとおり、本実施形態に係る装置10は、調製装置2、塗布装置4、露光装置6、及び現像装置8を備え、調製装置2は供給部及び混合部を含み、塗布装置4は吐出部を含み、露光装置6は照射部を含み、現像装置8は現像部を含む。
上記最適化方法を実行するプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体の一実施形態について以下に説明する。記録媒体としては、例えば、ハードディスク、コンパクトディスク、フラッシュメモリ、フレキシブルディスク、メモリカード等が挙げられる。記録媒体には、上記工程A〜工程Eを備える方法を実行させるためのプログラムが記録されているが、上記プログラムが実行する方法は上記工程Eを備えていなくても差し支えない。
Claims (23)
- レジスト材料から形成されるレジスト膜に対して、300nm以下の波長を有する放射線を目標パターンに沿って照射する工程を経て形成されるレジストパターンをシミュレーションする方法であって、
当該方法は、
(A)目標パターンに沿って前記放射線を照射した後の前記レジスト膜中の活性種の濃度の、前記放射線の照射位置に対する潜像を計算する工程と、
(B)前記潜像に基づき、前記目標パターンのエッジにおける前記照射位置に対する前記濃度の変化率を計算する工程と、
(C)前記目標パターンのエッジにおける前記濃度の確率論的ばらつきを計算する工程と、
(D)前記濃度の変化率と前記濃度の前記確率論的ばらつきとからパターンエッジラフネスのばらつきを計算する工程と、
を備える、方法。 - 前記レジスト材料は、光酸発生剤及びクエンチャを含む化学増幅型レジスト材料であり、
前記(A)工程における前記活性種が酸である、請求項1に記載の方法。 - 前記レジスト材料は、光酸発生剤、光増感剤前駆体、及び光分解型クエンチャを含む光増感化学増幅型レジスト材料であり、
前記(A)工程における前記活性種が酸である、請求項1に記載の方法。 - レジスト材料から形成されるレジスト膜に対して、300nm以下の波長を有する放射線を目標パターンに沿って照射する工程を経て形成されるレジストパターンをシミュレーションする方法であって、
前記レジスト材料は、保護基によって保護されたポリマーを含み、前記レジストパターンは、前記レジスト膜を、脱保護された前記ポリマーを溶解する現像液によって処理することによって形成され、
当該方法は、
(A)前記現像液によって処理される前記レジスト膜中の前記ポリマーの濃度の、前記放射線の照射位置に対する潜像を計算する工程であって、前記ポリマーが、前記保護基によって保護された前記ポリマー、又は脱保護された前記ポリマーである、工程と、
(B)前記潜像に基づき、前記目標パターンのエッジにおける前記照射位置に対する前記濃度の変化率を計算する工程と、
(C)前記目標パターンのエッジにおける前記濃度の確率論的ばらつきを計算する工程と、
(D)前記濃度の前記変化率と前記濃度の前記確率論的ばらつきとからパターンエッジラフネスのばらつきを計算する工程と、
を備える、方法。 - 前記濃度の前記変化率が、前記現像液によって処理される前記レジスト膜に含まれる成分による、前記レジスト膜の前記現像液に対する溶解性への影響が反映されるように、前記成分の前記現像液に対する溶解性及び前記成分の濃度によって補正された、前記濃度の潜像に基づいて計算され、
前記濃度の前記確率論的ばらつきが、前記現像液によって処理される前記レジスト膜に含まれる成分による、前記レジスト膜の前記現像液に対する溶解性への影響が反映されるように、前記成分の前記現像液に対する溶解性及び前記成分の濃度のばらつきによって補正される、
請求項4に記載の方法。 - 前記レジスト材料が光酸発生剤及び光分解型クエンチャを含み、
前記光酸発生剤及び前記光分解型クエンチャが吸収する放射線量が、前記放射線が前記レジスト膜に対して照射される前の前記光酸発生剤及び前記光分解型クエンチャの濃度の比率と同じ比率で、前記放射線が前記光酸発生剤及び前記光分解型クエンチャに分配された量であると近似する、請求項1又は4に記載の方法。 - 前記レジスト材料が光酸発生剤及びクエンチャを含み、
前記光酸発生剤の前記放射線が照射される前の濃度、前記クエンチャの前記放射線が照射される前の濃度、前記放射線による前記光酸発生剤からの酸生成の反応速度、及び前記放射線によるクエンチャの分解の反応速度をパラメータとして含む計算式により、前記濃度の前記変化率、及び前記濃度の前記確率論的ばらつきが計算される、請求項1又は4に記載の方法。 - 前記レジスト材料が光酸発生剤、クエンチャ及び光増感剤前駆体を含み、
前記光酸発生剤の前記放射線が照射される前の濃度、前記クエンチャの前記放射線が照射される前の濃度、前記放射線による前記光酸発生剤からの酸生成の反応速度、前記放射線によるクエンチャの分解の反応速度、前記光増感剤前駆体の濃度、前記光増感剤前駆体の分解による光増感剤の生成の反応速度、前記光増感剤の存在下での300nmを超える波長を有する放射線による前記酸発生剤からの酸生成の反応速度、及び、前記光増感剤の存在下での300nmを超える波長を有する放射線による前記クエンチャの分解の反応速度のうち少なくとも一つのパラメータを含む計算式により、前記濃度の前記変化率、及び前記濃度の前記確率論的ばらつきが計算される、請求項1又は4に記載の方法。 - 前記保護基によって保護された前記ポリマーの濃度、及び前記ポリマーの脱保護の反応速度をパラメータとして含む計算式により、前記濃度の前記変化率、及び前記濃度の前記確率論的ばらつきが計算される、請求項4に記載の方法。
- レジスト材料の組成の最適化方法であって、前記レジスト材料は、当該レジスト材料から形成されるレジスト膜に対して、300nm以下の波長を有する放射線を目標パターンに沿って照射する工程を経てレジストパターンを形成するためのものであり、
前記最適化方法は、
請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法によって、前記レジストパターンのパターンエッジラフネスのばらつきを計算することと、
前記レジスト材料の組成、又は前記放射線の照射条件を変更してパターンエッジラフネスのばらつきを再計算し、より小さいパターンエッジラフネスのばらつきの計算結果が得られたレジスト材料の組成を選択することと、
を備える、レジスト材料の組成の最適化方法。 - レジスト材料の組成の最適化方法であって、前記レジスト材料は、当該レジスト材料から形成されるレジスト膜に対して、300nm以下の波長を有する放射線を目標パターンに沿って照射する工程を経てレジストパターンを形成するためのものであり、
前記最適化方法は、
請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法によって、前記レジストパターンのパターンエッジラフネスのばらつきを計算することと、
前記レジスト材料の組成、又は前記放射線の照射条件を変更してパターンエッジラフネスのばらつきを再計算し、パターンエッジラフネスのばらつきが目標値以下となる前記放射線の照射条件の範囲がより広くなるレジスト材料の組成を選択することと、
を備える、レジスト材料の組成の最適化方法。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法によって、前記レジストパターンのパターンエッジラフネスのばらつきを前記目標パターンの延在方向に沿って計算し、それによって二次元のパターンエッジラフネスのばらつきの計算結果を得ることと、
前記計算結果に基づいて、前記放射線の照射条件、又は前記目標パターンのうち少なくとも一方を最適化することと、
を備える、放射線の照射条件又は目標パターンの最適化方法。 - ベース成分と、
300nm以下の波長を有する放射線の照射により酸を発生する光酸発生剤と、
光分解型クエンチャと、
を含むレジスト材料であって、
前記レジスト材料の全質量基準で、前記光酸発生剤の割合が3〜35質量%であり、前記光分解型クエンチャの割合が3〜35質量%であり、且つ、
前記光酸発生剤と前記光分解型クエンチャとの含有量の合計が12質量%以上である、レジスト材料。 - ベース成分と、
光酸発生剤と、
光分解型クエンチャと、
を含むレジスト材料であって、
前記光分解型クエンチャの分解速度の前記光酸発生剤の分解速度に対する比が0.6〜2.0である、レジスト材料。 - 光増感剤前駆体を更に含む、請求項13又は14に記載のレジスト材料。
- 前記光酸発生剤が300nm以下の波長を有する放射線の照射により外れる酸不安定基を有し、
前記酸不安定基が外れることにより300nmを超える波長を有する放射線の照射により酸を発生するものとなる、請求項13〜15のいずれか一項に記載のレジスト材料。 - レジスト材料を混合する混合部と、
前記混合部にレジスト材料の成分を供給する供給部と、
前記供給部を制御する制御部と、
レジスト材料の組成を最適化し、前記制御部に前記供給部を制御する指示を与える演算部と、
を備え、
前記演算部は、
(A)目標パターンに沿って放射線を照射した後のレジスト膜中の活性種の濃度の、前記放射線の照射位置に対する潜像を計算することと、
(B)前記潜像に基づき、前記目標パターンのエッジの前記照射位置に対する前記濃度の変化率を計算することと、
(C)前記目標パターンのエッジにおける確率論的ばらつきを計算することと、
(D)前記濃度の変化率と前記確率論的ばらつきとからパターンエッジラフネスのばらつきを計算することと、
(E)前記レジスト材料の組成又は前記放射線の照射条件を変更してパターンエッジラフネスのばらつきを再計算し、より小さいパターンエッジラフネスのばらつきの計算結果が得られたレジスト材料の組成を選択することと、
を行う、装置。 - 前記混合部で混合されたレジスト材料を基板上に吐出し、前記基板上にレジスト膜を形成する吐出部をさらに備える、請求項17に記載の装置。
- 前記レジスト膜に対して、300nm以下の波長を有する放射線を照射する照射部をさらに備え、
前記制御部は前記供給部及び前記照射部を制御するものであり、
前記演算部はレジスト材料の組成及び放射線照射条件を最適化し、前記制御部に前記供給部及び前記照射部を制御する指示を与えるものである、請求項18に記載の装置。 - 前記照射部において放射線が照射されたレジスト膜を現像液で処理する現像部をさらに備える、請求項19に記載の装置。
- (A)目標パターンに沿って放射線を照射した後のレジスト膜中の活性種の濃度の、前記放射線の照射位置に対する潜像を計算する工程と、
(B)前記潜像に基づき、前記目標パターンのエッジにおける前記照射位置に対する前記濃度の変化率を計算する工程と、
(C)前記目標パターンのエッジにおける確率論的ばらつきを計算する工程と、
(D)前記濃度の変化率と前記確率論的ばらつきとからパターンエッジラフネスのばらつきを計算する工程と、
を備える方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - (A)現像液によって処理されるレジスト膜中の保護基によって保護されたポリマー又は脱保護されたポリマーの濃度の、目標パターンに沿って照射された放射線の照射位置に対する潜像を計算する工程と、
(B)前記潜像に基づき、前記目標パターンのエッジにおける前記照射位置に対する前記濃度の変化率を計算する工程と、
(C)前記目標パターンのエッジにおける前記濃度の確率論的ばらつきを計算する工程と、
(D)前記濃度の変化率と前記濃度の前記確率論的ばらつきとからパターンエッジラフネスのばらつきを計算する工程と、
を備える方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記方法が(E)レジスト材料の組成又は前記放射線の照射条件を変更してパターンエッジラフネスのばらつきを再計算し、より小さいパターンエッジラフネスのばらつきの計算結果が得られたレジスト材料の組成を選択する工程を、さらに備える、請求項21又は22に記載の記録媒体。
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