JP2020098329A - ポジ型レジスト材料及びパターン形成方法 - Google Patents
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
- G03F7/38—Treatment before imagewise removal, e.g. prebaking
Abstract
Description
1.カルボキシ基の水素原子が、窒素原子を有する3級炭化水素基で置換されている繰り返し単位を含むベースポリマーを含むポジ型レジスト材料。
2.前記窒素原子を有する3級炭化水素基が、窒素原子を有する3級環式炭化水素基であるポジ型レジスト材料。
3.前記繰り返し単位が、下記式(a)で表されるものである1又は2のポジ型レジスト材料。
4.前記ベースポリマーが、更に、カルボキシ基の水素原子が酸不安定基で置換されている繰り返し単位、及び/又はフェノール性ヒドロキシ基の水素原子が酸不安定基で置換されている繰り返し単位を含む1〜3のいずれかのポジ型レジスト材料。
5.前記カルボキシ基の水素原子が酸不安定基で置換されている繰り返し単位、及びフェノール性ヒドロキシ基の水素原子が酸不安定基で置換されている繰り返し単位が、それぞれ下記式(b1)で表される繰り返し単位及び下記式(b2)で表される繰り返し単位である4のポジ型レジスト材料。
6.前記ベースポリマーが、更に、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ラクトン環、カーボネート基、チオカーボネート基、カルボニル基、環状アセタール基、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、シアノ基、アミド基、−O−C(=O)−S−及び−O−C(=O)−NH−から選ばれる密着性基を含む繰り返し単位cを含むものである1〜5のいずれかのポジ型レジスト材料。
7.前記ベースポリマーが、更に、下記式(d1)〜(d3)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種を含むものである1〜6のいずれかのポジ型レジスト材料。
8.更に、酸発生剤を含む1〜7のいずれかのポジ型レジスト材料。
9.更に、有機溶剤を含む1〜8のいずれかのポジ型レジスト材料。
10.更に、クエンチャーを含む1〜9のいずれかのポジ型レジスト材料。
11.更に、界面活性剤を含む1〜10のいずれかのポジ型レジスト材料。
12.1〜11のいずれかのポジ型レジスト材料を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を高エネルギー線で露光する工程と、前記露光したレジスト膜を、現像液を用いて現像する工程とを含むパターン形成方法。
13.前記高エネルギー線が、i線、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、EB、又は波長3〜15nmのEUVである12のパターン形成方法。
本発明のポジ型レジスト材料は、カルボキシ基の水素原子が、窒素原子を有する3級炭化水素基で置換されている繰り返し単位を含むベースポリマーを含む。前記窒素原子を有する3級炭化水素基は、酸拡散を抑える効果が高く、かつ溶解コントラストも高いレジスト膜が得られることから、窒素原子を有する3級環式炭化水素基であることが好ましい。
本発明のポジ型レジスト材料は、更に強酸を発生する酸発生剤(以下、添加型酸発生剤ともいう。)を含んでもよい。ここでいう強酸とは、ベースポリマーの酸不安定基の脱保護反応を起こすのに十分な酸性度を有している化合物を意味する。前記酸発生剤としては、例えば、活性光線又は放射線に感応して酸を発生する化合物(光酸発生剤)が挙げられる。光酸発生剤としては、高エネルギー線照射により酸を発生する化合物であればいかなるものでも構わないが、スルホン酸、イミド酸又はメチド酸を発生するものが好ましい。好適な光酸発生剤としてはスルホニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニルジアゾメタン、N−スルホニルオキシイミド、オキシム−O−スルホネート型酸発生剤等がある。光酸発生剤の具体例としては、特開2008−111103号公報の段落[0122]〜[0142]に記載されているものが挙げられる。
本発明のポジ型レジスト材料には、有機溶剤を配合してもよい。前記有機溶剤としては、前述した各成分及び後述する各成分が溶解可能なものであれば、特に限定されない。このような有機溶剤としては、特開2008−111103号公報の段落[0144]〜[0145]に記載の、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチル−2−n−ペンチルケトン等のケトン類、3−メトキシブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール等のアルコール類、プロピレングリコールモノメチルエーテル、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エチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸tert−ブチル、プロピオン酸tert−ブチル、プロピレングリコールモノtert−ブチルエーテルアセテート等のエステル類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、及びこれらの混合溶剤が挙げられる。
本発明のポジ型レジスト材料には、クエンチャーを配合してもよい。前記クエンチャーとしては、従来型の塩基性化合物が挙げられる。従来型の塩基性化合物としては、第1級、第2級、第3級の脂肪族アミン類、混成アミン類、芳香族アミン類、複素環アミン類、カルボキシ基を有する含窒素化合物、スルホニル基を有する含窒素化合物、ヒドロキシ基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物、アミド類、イミド類、カーバメート類等が挙げられる。特に、特開2008−111103号公報の段落[0146]〜[0164]に記載の第1級、第2級、第3級のアミン化合物、特にはヒドロキシ基、エーテル結合、エステル結合、ラクトン環、シアノ基、スルホン酸エステル結合を有するアミン化合物あるいは特許第3790649号公報に記載のカーバメート基を有する化合物等が好ましい。このような塩基性化合物を添加することによって、例えば、レジスト膜中での酸の拡散速度を更に抑制したり、形状を補正したりすることができる。
前述した成分に加えて、界面活性剤、溶解阻止剤等を目的に応じて適宜組み合わせて配合してポジ型レジスト材料を構成することによって、露光部では前記ベースポリマーが触媒反応により現像液に対する溶解速度が加速されるので、極めて高感度のポジ型レジスト材料とすることができる。この場合、レジスト膜の溶解コントラスト及び解像性が高く、露光余裕度があり、プロセス適応性に優れ、露光後のパターン形状が良好でありながら、特に酸拡散を抑制できることから粗密寸法差が小さく、これらのことから実用性が高く、超LSI用レジスト材料として非常に有効なものとすることができる。
本発明のポジ型レジスト材料を種々の集積回路製造に用いる場合は、公知のリソグラフィー技術を適用することができる。
[合成例1−1]モノマー1の合成
2−アゼチジン−3−イル−プロパン−2−オール11.5g及び4−(ジメチルアミノ)ピリジン0.4gをTHF50gに溶解し、氷冷下、メタクリル酸無水物18.5gを滴下した。室温にて5時間撹拌後、水を加え、反応を停止させた。通常の水系後処理の後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製を行い、下記式で表されるモノマー1を得た。
2−アゼチジン−3−イル−プロパン−2−オールを、2−(4−ピペリジル)−2−プロパノール14.3gにかえた以外は、合成例1−1と同様の方法で、下記式で表されるモノマー2を得た。
2−アゼチジン−3−イル−プロパン−2−オールを、1,4−ジメチル−4−ピペリジノール12.9gにかえた以外は、合成例1−1と同様の方法で、下記式で表されるモノマー3を得た。
2−アゼチジン−3−イル−プロパン−2−オールを、4−エチニル−1−メチル−4−ピペリジンオール13.9gにかえた以外は、合成例1−1と同様の方法で、下記式で表されるモノマー4を得た。
2−アゼチジン−3−イル−プロパン−2−オールを、3−メチルピペリジン−3−オール11.5gにかえた以外は、合成例1−1と同様の方法で、下記式で表されるモノマー5を得た。
2−アゼチジン−3−イル−プロパン−2−オールを2−(4−tert−ブトキシカルボニルピペリジル)−2−プロパノール24.3gにかえた以外は、合成例1−1と同様の方法で、下記式で表されるモノマー6を得た。
2Lフラスコに、モノマー2を2.1g、メタクリル酸1−メチル−1−シクロペンチルを8.4g、4−ヒドロキシスチレンを4.8g、及び溶剤としてテトラヒドロフランを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下−70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマー1を得た。ポリマー1の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
2Lフラスコに、モノマー1を1.8g、メタクリル酸1−メチル−1−シクロヘキシルを7.3g、4−ヒドロキシスチレンを4.2g、PAGモノマー1を11.9g、及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下−70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマー2を得た。ポリマー2の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
2Lフラスコに、モノマー3を1.9g、メタクリル酸1−(シクロプロピル−1−イル)−1−メチルエチルを5.2g、3−フルオロ−4−(メチルシクロへキシルオキシ)スチレンを3.5g、3−ヒドロキシスチレンを4.8g、PAGモノマー3を11.2g、及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下−70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマー3を得た。ポリマー3の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
2Lフラスコに、モノマー4を2.5g、メタクリル酸1−メチル−1−シクロペンチルを6.4g、4−ヒドロキシスチレンを4.2g、PAGモノマー2を11.0g、及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下−70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマー4を得た。ポリマー4の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
2Lフラスコに、モノマー5を1.5g、メタクリル酸1−エチル−1−シクロペンチルを7.1g、4−ヒドロキシスチレンを4.2g、PAGモノマー2を11.0g、及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下−70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマー5を得た。ポリマー5の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
2Lフラスコに、モノマー6を3.1g、メタクリル酸1−メチル−1−シクロペンチルを8.4g、4−ヒドロキシスチレンを4.8g、及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下−70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマー6を得た。ポリマー6の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
2Lフラスコに、モノマー6を2.5g、メタクリル酸1−エチル−1−シクロペンチルを7.1g、4−ヒドロキシスチレンを4.2g、PAGモノマー2を11.0g、及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下−70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマー7を得た。ポリマー7の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
モノマー1を用いなかった以外は、合成例2−1と同様の方法で比較ポリマー1を得た。比較ポリマー1の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
モノマー1のかわりにメタクリル酸2−(ジメチルアミノ)エチルを用いた以外は、合成例2−1と同様の方法で比較ポリマー2を得た。比較ポリマー2の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
モノマー4を用いなかった以外は、合成例2−4と同様の方法で比較ポリマー3を得た。比較ポリマー3の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[実施例1〜12、比較例1〜3]
界面活性剤としてスリーエム社製界面活性剤FC-4430を100ppm溶解させた溶剤に、表1に示す組成で各成分を溶解させた溶液を、0.2μmサイズのフィルターで濾過して、ポジ型レジスト材料を調製した。
・有機溶剤:PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)
DAA(ジアセトンアルコール)
・酸発生剤:PAG1(下記構造式参照)
・クエンチャー:Q−1、Q−2、Q−3、Q−4(下記構造式参照)
表1に示す各レジスト材料を、信越化学工業(株)製ケイ素含有スピンオンハードマスクSHB-A940(ケイ素の含有量が43質量%)を膜厚20nmで形成したSi基板上にスピンコートし、ホットプレートを用いて105℃で60秒間プリベークして膜厚60nmのレジスト膜を作製した。これを、ASML社製EUVスキャナーNXE3300(NA0.33、σ0.9/0.6、クアドルポール照明、ウェハー上寸法がピッチ46nm、+20%バイアスのホールパターンのマスク)を用いて露光し、ホットプレート上で表1記載の温度で60秒間PEBを行い、2.38質量%のTMAH水溶液で30秒間現像を行って寸法23nmのホールパターンを得た。
ホール寸法がそれぞれ23nmで形成されるときの露光量を測定して、これを感度とした。また、(株)日立ハイテクノロジーズ製測長SEM(CG5000)を用いてホール50個の寸法を測定し、CDU(寸法バラツキ3σ)を求めた。
結果を表1に併記する。
Claims (13)
- カルボキシ基の水素原子が、窒素原子を有する3級炭化水素基で置換されている繰り返し単位を含むベースポリマーを含むポジ型レジスト材料。
- 前記窒素原子を有する3級炭化水素基が、窒素原子を有する3級環式炭化水素基であるポジ型レジスト材料。
- 前記繰り返し単位が、下記式(a)で表されるものである請求項1又は2記載のポジ型レジスト材料。
- 前記ベースポリマーが、更に、カルボキシ基の水素原子が酸不安定基で置換されている繰り返し単位、及び/又はフェノール性ヒドロキシ基の水素原子が酸不安定基で置換されている繰り返し単位を含む請求項1〜3のいずれか1項記載のポジ型レジスト材料。
- 前記カルボキシ基の水素原子が酸不安定基で置換されている繰り返し単位、及びフェノール性ヒドロキシ基の水素原子が酸不安定基で置換されている繰り返し単位が、それぞれ下記式(b1)で表される繰り返し単位及び下記式(b2)で表される繰り返し単位である請求項4記載のポジ型レジスト材料。
- 前記ベースポリマーが、更に、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ラクトン環、カーボネート基、チオカーボネート基、カルボニル基、環状アセタール基、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、シアノ基、アミド基、−O−C(=O)−S−及び−O−C(=O)−NH−から選ばれる密着性基を含む繰り返し単位cを含むものである請求項1〜5のいずれか1項記載のポジ型レジスト材料。
- 前記ベースポリマーが、更に、下記式(d1)〜(d3)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種を含むものである請求項1〜6のいずれか1項記載のポジ型レジスト材料。
- 更に、酸発生剤を含む請求項1〜7のいずれか1項記載のポジ型レジスト材料。
- 更に、有機溶剤を含む請求項1〜8のいずれか1項記載のポジ型レジスト材料。
- 更に、クエンチャーを含む請求項1〜9のいずれか1項記載のポジ型レジスト材料。
- 更に、界面活性剤を含む請求項1〜10のいずれか1項記載のポジ型レジスト材料。
- 請求項1〜11のいずれか1項記載のポジ型レジスト材料を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を高エネルギー線で露光する工程と、前記露光したレジスト膜を、現像液を用いて現像する工程とを含むパターン形成方法。
- 前記高エネルギー線が、i線、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、電子線、又は波長3〜15nmの極端紫外線である請求項12記載のパターン形成方法。
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