JP2020522760A - オーバーコートされたフォトレジストと共に使用するためのコーティング組成物 - Google Patents

オーバーコートされたフォトレジストと共に使用するためのコーティング組成物 Download PDF

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Abstract

オーバーコートされたフォトレジストと共に使用するための、1)1種以上の樹脂と、2)1)1種以上の樹脂と異なる1種以上のPDQ化合物とを含む有機コーティング組成物、特に反射防止コーティング組成物が提供される。【代表図】図1

Description

関連出願
本出願は、2017年6月15日に出願された米国特許出願公開第15624,699号明細書の継続出願である、2017年6月19日に出願された米国特許出願公開第15/626,872号明細書に対する優先権の利益を主張し、これらの内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、マイクロエレクトロニクス用途で使用するための組成物、特に反射防止コーティング組成物(例えば、「BARC」)に関する。本発明の組成物は、1種以上の置換された光分解性クエンチャー化合物を含む。
フォトレジストは、画像を基板に転写するために使用される感光性フィルムである。フォトレジストのコーティング層は、基板上に形成され、その後、フォトレジスト層がフォトマスクを通して活性化照射光源に露光される。露光後、フォトレジストは、現像されて、基板の選択的処理を可能にするレリーフ画像を与える。
フォトレジストを露光するために使用される活性化照射光の反射は、多くの場合、フォトレジスト層にパターン化された画像の解像度に制限をもたらす。基板/フォトレジスト界面からの照射光の反射により、フォトレジストにおける放射強度に空間的変動が生じ、現像時にフォトレジストの線幅が不均一になる場合がある。照射光は、基板/フォトレジストの界面から、露光が意図されていないフォトレジストの領域に散乱する場合もあり、これも線幅の変動をもたらす。
反射した照射光の問題を低減するために使用される1つのアプローチは、基板表面とフォトレジストコーティング層との間に介在する照射光吸収層の使用であった。米国特許出願公開第2016/0187778号明細書を参照されたい。米国特許出願公開第2011/0200935号明細書、米国特許出願公開第2012/0258405号明細書及び米国特許出願公開第2015/0346599号明細書も参照されたい。
電子デバイスの製造業者は、反射防止コーティング層上にパターン化されたフォトレジスト画像の解像度の向上を継続的に求めている。
ここで、本発明者らは、オーバーコートされたフォトレジスト組成物と共に使用できる新規なコーティング組成物を提供する。好ましい態様では、本発明のコーティング組成物は、オーバーコートされたレジスト層のための効果的な反射防止層として機能することができる。
好ましいコーティング組成物は、1)1種以上の樹脂(本明細書ではマトリックス樹脂と呼ばれる場合がある)と、2)1)1種以上の樹脂と異なる1種以上の置換されている光分解性クエンチャー化合物(PDQ)化合物とを含み得る。
何らかの理論に拘束されるものではないが、本明細書に開示の好ましいPDQ化合物を使用すると、オーバーコートされたレジスト層の露光された領域から、レジスト/下層の界面の非露光領域を含むコーティングされた基板の非露光領域への、光によって発生する酸の移動を最小限に抑えられると考えられる。すなわち、下層のPDQは、光によって発生する酸の、レジスト及び下にあるコーティング層の非露光領域への望ましくない流れを阻止することができる。
本発明者らは、下層コーティング組成物に1種以上の好ましいPDGを使用すると、リソグラフィ結果を向上できることを見出した。以降の実施例に記載されている比較結果を参照されたい。
一態様では、好ましいPDQ化合物は、オーバーコートされたフォトレジスト層を画像化するために使用される照射光への露光時に反応する。例示的な画像化照射光は、193nm及びEUVである。特に、好ましいPDQ化合物は、イオン錯体(すなわちオニウム塩)が解離して酸性アニオン成分を遊離することなどにより、露光後ベーク(例えば、100℃で30〜60秒間の処理)と共に、オーバーコートされたフォトレジスト層を画像化するために使用される照射光への露光時に反応して遊離する。
別の態様では、好ましいPDQ化合物は、非高分子化合物である。適切なPDQ化合物は、3,000未満、又はより典型的には2500未満、又は2000未満、又は1500未満、又は1000未満、又は800、700、600若しくは500未満の分子量を有し得る。
また別の態様では、好ましいPDQ化合物は、イオン性化合物である。PDQ化合物として使用するために好ましいイオン性化合物は、スルホニウム化合物又はヨードニウム化合物などのオニウム塩である。
更なる態様において、好ましいPDQ化合物は、大きいpKaを有するアニオン(例えば、0より大きいpKaを有するスルファメート又は3より大きいpKaを有するカルボキシレート)を有し得る。本明細書で言及されるように、pKa値は、23℃の水溶液中のものであり、例えばAdvanced Chemistry Development(ACD)Labs Software Version 11.02を使用して実験的に測定又は計算することができる。
好ましいPDQは、オーバーコートされたレジスト層の光酸発生剤化合物により生成する酸よりも弱い酸を生成する。そのため、理論により拘束されるものではないが、露光領域の光酸発生剤によって生成した強酸は、非露光フォトレジストの下部領域に移動し、その後、非露光領域のpKaがより大きい光破壊可能なクエンチャーは、露光領域から拡散した強酸をクエンチする。これにより、非露光領域の強酸を中和することができる。
したがって、特定の好ましい態様では、下層コーティング組成物中のPDQの酸性成分は、オーバーコートされたフォトレジスト組成物層の光酸発生剤化合物の酸性成分と0.5、1、2、3又は4以上だけpKaが異なる。
特に好ましいPDQ化合物としては、式(A)
Figure 2020522760
(式中、R及びRは、それぞれ独立して、水素、置換若しくは無置換のアルキル(例えば、C〜C12アルキル)、置換若しくは無置換のシクロアルキル(例えば、C〜C12シクロアルキル)又は置換若しくは無置換のアリール(例えば、5〜12員のアリール若しくはフェニル)であり、及びYは、スルホニウムカチオンなどのカチオンである)
を挙げることができる。
同様に特に好ましいPDQ化合物として、式(B)
Figure 2020522760
(式中、Rは、置換若しくは無置換のアルキル(例えば、C〜C12アルキル)、置換若しくは無置換のシクロアルキル(例えば、C〜C12シクロアルキル)又は置換若しくは無置換のアリール(例えば、5〜12員のアリール若しくはフェニル)であり、及びYは、スルホニウムカチオンなどのカチオンである)
を挙げることができる。
特定の好ましい態様では、1種以上の樹脂は、ペンダント基又は樹脂鎖の必須単位のいずれかとして1つ以上のPDQ部位も含み得る。
本発明のコーティング組成物は、PDQ化合物及び樹脂と異なる架橋剤成分も含み得る。好ましい架橋組成物では、組成物のコーティング層は、180℃、200℃又は250℃以上で60、90、120又は180秒間熱処理すると硬化又は架橋することができる。
反射防止用途のために、本発明の下層組成物は、好ましくは、レジスト層に反射して戻る、オーバーコートされたレジスト層を露光するために使用される望ましくない照射光を吸収できる発色団を含む成分も含有する。マトリックスポリマー若しくは置換されているPDQ化合物は、そのような発色団を含み得るか、又はコーティング組成物は、適切な発色団を含む追加の成分を含み得る。
本発明の特に好ましいコーティング組成物は、塗布された組成物のコーティング層の硬化を促進できる熱酸(TAG)発生剤化合物も含有し得る。好ましいコーティング組成物は、1)1種以上の樹脂(本明細書ではマトリックス樹脂と呼ばれる場合がある)と、2)1)1種以上の樹脂と異なる1種以上の置換されている光分解性クエンチャー化合物(PDQ)化合物と、3)1)1種以上の樹脂及び2)1種以上のPDQ化合物と異なる1種以上の熱酸発生剤化合物(TAG)とを含み得る。好ましい下層コーティング組成物は、1)1種以上の樹脂と、2)1種以上のPDQ化合物と、3)1種以上のTAGと異なる架橋剤成分とを更に含み得る。
オーバーコートされたフォトレジストとの使用において、コーティング組成物は、その上に1つ以上の有機又は無機コーティング層を有し得る半導体ウェハなどの基板上に塗布することができる。塗布されたコーティング層は、フォトレジスト層でオーバーコートされる前に任意選択的に熱処理され得る。架橋性組成物の場合、そのような熱処理は、コーティング組成物層の架橋を含む硬化を生じさせることができる。そのような架橋は、硬化及び/又は1種以上の組成物成分間の共有結合形成反応を含み得、コーティング組成物層の水接触角を調節することができる。
その後、フォトレジスト組成物をコーティング組成物層上に塗布し、引き続き、塗布されたフォトレジスト組成物層をパターン化された活性化照射光で画像化し、画像化されたフォトレジスト組成物層を現像することでフォトレジストレリーフ画像が得られる。
本発明のコーティング組成物と組み合わせて様々なフォトレジストを使用(すなわちオーバーコート)することができる。本発明の下層コーティング組成物と共に使用するために好ましいフォトレジストは、化学増幅レジスト、特に1種以上の光活性化合物と、光によって発生した酸の存在下で脱ブロック反応又は開裂反応を受ける単位を含む樹脂成分とを含むポジ型及びネガ型フォトレジストである。
特定の好ましい態様では、フォトレジスト組成物は、現像プロセス後に露光領域が残るネガ型レジストのために設計されているものの、ポジ型現像を採用してフォトレジスト層の露光部分を除去することもできる。
本発明は、フォトレジストレリーフ画像を形成する方法及び本発明のコーティング組成物を単独で又はフォトレジスト組成物と組み合わせてコーティングした基板(マイクロエレクトロニクスウェハ基板など)を含む新規な製品を更に提供する。
本発明の他の態様は、以下で開示される。
画像化されたフォトレジスト/下にあるコーティング層サンプルと比較サンプルとの走査型電子顕微鏡写真である。
ここで、本発明者らは、オーバーコートされたフォトレジスト層と一緒に特に有用である新規な有機コーティング組成物を提供する。上述したように、好ましいコーティング組成物は、1)マトリックスポリマーと、2)1種以上のPDQ化合物とを含み得る。本発明の好ましいコーティング組成物は、スピンコーティング(スピンオン組成物)により塗布され、溶媒組成物として配合され得る。本発明のコーティング組成物は、オーバーコートされたフォトレジストのための反射防止組成物として、且つ/又はオーバーコートされたフォトレジスト組成物コーティング層のための平坦化若しくはビア充填組成物として特に有用である。
特に好ましいPDQ化合物は、式(A)
Figure 2020522760
(式中、R及びRは、それぞれ独立して、水素、置換若しくは無置換のアルキル(例えば、C〜C12アルキル)、置換若しくは無置換のシクロアルキル(例えば、C〜C12シクロアルキル)又は置換若しくは無置換のアリール(例えば、5〜12員のアリール若しくはフェニル)であり、及びYは、スルホニウム基などのカチオンである)
を有し得る。
好ましいR及びRは、独立して、水素又は任意選択的にメチル、エチル、シクロヘキシル、シクロペンチル及びアダマンチルで置換され得るC〜Cアルキルである。他の好ましいR及びRは、独立して、シクロヘキシル、シクロペンチル及びアダマンチルなどのC〜C12シクロアルキルである。
好ましいYは、C〜C12アルキル、2〜8員のヘテロアルキル、C〜C12シクロアルキル、5〜12員のヘテロシクロアルキル又は5〜12員のアリール(例えば、フェニル、ナフチル若しくはアントラセニル)(これらのそれぞれは、任意選択的に、C〜Cアルキル又はC〜C12シクロアルキルで置換されている)を有するスルホニウムカチオンである。他の好ましいYは、フェニル、シクロペンチル、シクロヘキシル、アダマンチル、メチル、エチル、プロピル、ブチル、t−ブチル又はイソプロピル(これらのそれぞれは、任意選択的に、メチル、エチル、プロピル、ブチル、t−ブチル又はイソプロピルなどの直鎖若しくは分岐のC〜Cアルキルで任意選択的に置換されている)を有するスルホニウムカチオンである。更に好ましいYとしては、アルキル置換基と共に硫黄原子によって形成される5〜6員のヘテロシクロアルキルが挙げられる。
例示的な好ましいアニオンYとしては、
Figure 2020522760
を挙げることができる。
式(A)を有する例示的なPDQ化合物としては、
Figure 2020522760
を挙げることができる。
同様に特に好ましいPDQ化合物として、式(B)
Figure 2020522760
(式中、Rは、置換若しくは無置換のアルキル(例えば、C〜C12アルキル)、置換若しくは無置換のシクロアルキル(例えば、C〜C12シクロアルキル)又は置換若しくは無置換のアリール(例えば、5〜12員のアリール若しくはフェニル)であり、及びYは、本明細書に記載の通りである)
を挙げることができる。好ましいRとしては、C〜Cアルキルを挙げることができ、これは、直鎖又は分岐であり得、任意選択的に置換され得る。他の好ましいRは、シクロヘキシル、シクロペンチル及びアダマンチルなどのC〜C12シクロアルキルであるか、又は任意選択的に置換され得るフェニルである。
式(B)を有する例示的なPDQ化合物としては、
Figure 2020522760
を挙げることができる。
PDQ化合物は、市販されているか、又は容易に合成することができる。以降の実施例を参照されたい。
本明細書で言及される適切なヘテロアルキル基としては、任意選択的に置換されているC〜C20アルコキシ、好ましくは1〜約20個の炭素原子を有する任意選択的に置換されているアルキルチオ、好ましくは1〜約20個の炭素原子を有する任意選択的に置換されているアルキルスルフィニル、好ましくは1〜約20個の炭素原子を有する任意選択的に置換されているアルキルスルホニル及び好ましくは1〜約20個の炭素原子を有する任意選択的に置換されているアルキルアミンが挙げられる。
「任意選択的に置換されている」様々な材料及び置換基は、例えば、ハロゲン(F、Cl、Br、I);ニトロ;ヒドロキシ;アミノ;C1〜4アルキルなどのアルキル;C2〜8アルケニルなどのアルケニル;C1〜8アルキルアミノなどのアルキルアミノ;フェニル、ナフチル、アントラセニルなどの炭素環式アリールなどにより1つ以上の利用可能な位置で適切に置換され得る。
好ましくは、1種以上の樹脂と、1種以上の置換されているPDQ化合物とは、別個の材料である。すなわち、1種以上の樹脂と、1種以上の置換されているPDQ化合物とは、共有結合していない。
1種以上の置換されているPDQ化合物は、コーティング組成物の総固形分の重量を基準として0.1重量パーセント〜10、15、20、30、40重量パーセント以上、より典型的にはコーティング組成物の総固形分の重量を基準として1、2又は3重量パーセント〜5、10、15又は20重量パーセント以上の量でコーティング組成物中に好適に存在する。本明細書で言及される通りの総固形分である。
下層コーティング組成物のマトリックスポリマーとして様々な樹脂が機能し得る。
本発明のコーティング組成物の特に好ましいマトリックス樹脂は、ポリエステル結合を含み得る。ポリエステル樹脂は、1種以上のポリオール試薬と1種以上のカルボキシ含有(カルボン酸、エステル、無水物など)化合物との反応によって容易に調製することができる。適切なポリオール試薬としては、例えば、ジオールなどのジオールなどのジオール、グリセロール及びトリオールが挙げられ、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、シクロブチルジオール、シクロペンチルジオール、シクロヘキシルジオール、ジメチロールシクロヘキサンなどのジオール及びグリセロール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパンなどである。
本発明のコーティング組成物のマトリックス樹脂は、米国特許第6852421号明細書及び同第8501383号明細書に開示のような、シアヌレート基などの様々な追加的な基を含み得る。
本発明のコーティング組成物の特に好ましいマトリックス樹脂は、1つ以上の1つ以上のシアヌレート基及びポリエステル結合を含み得る。
前述したように、反射防止用途のために、好適には、反応して樹脂を形成する1種以上の化合物は、オーバーコートされたフォトレジストコーティング層を露光するために使用される照射光を吸収するための発色団として機能し得る部位を含む。例えば、フタレート化合物(例えば、フタル酸又はフタル酸ジアルキル(すなわち1〜6個の炭素原子を有する各エステルなどのジエステル、好ましくはフタル酸ジメチル又はジエチル)は、芳香族又は非芳香族のポリオール及び任意選択的に他の反応性化合物と重合して、193nmなどの200nm未満の波長で画像化されるフォトレジストと共に使用されるコーティング組成物に特に有用なポリエステルを与える。PDQ化合物は、1種以上のポリオールと重合して、本発明の下層コーティング組成物で有用な樹脂を与えることもできる。248nm又は193nmなどの300nm未満の波長又は200nm未満の波長で画像化される、オーバーコートされたフォトレジストと共に組成物で使用される樹脂、例えばジアルキル、特にジ−C1〜6アルキルナフタレンジカーボネートなどの1つ以上のカルボキシル置換基を含むナフチル化合物などのナフチル化合物を重合することもできる。例えば、1つ以上のメチルエステル又はエチルエステル基などの1つ以上のカルボキシ基又はエステル基を有するアントラセン化合物のような反応性アントラセン化合物も好ましい。
発色団単位を含む化合物は、1つ又は好ましくは2つ以上のヒドロキシ基も含み得、カルボキシル含有化合物と反応し得る。例えば、1つ、2つ又はそれを超えるヒドロキシル基を有するフェニル化合物又はアントラセン化合物をカルボキシル含有化合物と反応させることができる。
更に、反射防止目的で使用される下層コーティング組成物は、水接触角を調整する樹脂成分とは別個の発色団単位を含む材料(例えば、光酸不安定基及び/又は塩基反応性基を含む樹脂を含有し得る。例えば、コーティング組成物は、フェニル、アントラセン、ナフチルなどの単位を含む高分子化合物又は非高分子化合物を含み得る。しかし、水接触角を調整する1種以上の樹脂は、発色団部位も含むことが多くの場合に好ましい。
好ましくは、本発明の下層コーティング組成物のマトリックス樹脂は、約1,000〜約10,000,000ダルトン、より典型的には約2,000〜約100,000ダルトンの重量平均分子量(Mw)と、約500〜約1,000,000ダルトンの数平均分子量(Mn)とを有する。本発明のポリマーの分子量(Mw又はMnのいずれか)は、好適には、ゲル浸透クロマトグラフィーによって決定される。
マトリックスポリマーは、多くの好ましい実施形態において下層コーティング組成物の主要な固体成分である。例えば、マトリックスポリマーは、好適には、コーティング組成物の総固形分を基準として50〜99.9重量パーセント、より典型的にはコーティング組成物の総固形分を基準として80〜95重量パーセント存在し得る。本明細書で言及されるコーティング組成物の固形分は、溶媒担体を除くコーティング組成物の全ての材料を指す。
上述したように、本発明の好ましい下層コーティング組成物は、例えば、熱及び/又は照射光処理によって架橋することができる。例えば、本発明の好ましい下層コーティング組成物は、コーティング組成物の1種以上の他の成分と架橋できる別個の架橋剤成分を含有し得る。通常、好ましい架橋コーティング組成物は、別個の架橋剤成分を含む。
欧州特許出願第542008号明細書に開示されている架橋剤などの様々な架橋剤を使用することができる。例えば、適切なコーティング組成物架橋剤としては、Cytec Industriesにより製造されており、Cymel300、301、303、350、370、380、1116及び1130の商品名で販売されているものなどのメラミン樹脂を含む、メラミン材料などのアミン系架橋剤が挙げられる。Cytec Industriesから入手可能なグリコールウリルを含むグリコールウリルが特に好ましい。Cytec IndustriesからCymel1123及び1125の名称で入手可能なベンゾクアナミン樹脂並びにCytec IndustriesからPowderlink1174及び1196の名称で入手可能な尿素樹脂などの樹脂を含むベンゾクアナミン及び尿素系材料も適している。商業的に入手可能であることに加えて、そのようなアミン系樹脂は、例えば、アルコール含有溶液中でのアクリルアミド若しくはメタクリルアミドコポリマーとホルムアルデヒドとの反応により、又は代わりにN−アルコキシメチルアクリルアミド若しくはメタクリルアミドと他の好適なモノマーとの共重合により調製することができる。
本発明のコーティング組成物の架橋剤成分は、通常、コーティング組成物の総固形分(溶媒担体を除く全ての成分)の約5〜50重量パーセントの量、より典型的には総固形分約5〜25重量パーセントの量で存在する。
上述したように、本発明の特に好ましいコーティング組成物は、熱酸(TAG)発生剤化合物も含有し得る。熱酸発生剤の活性化によるコーティング組成物の熱誘発架橋が通常好ましい。上述したように、下層コーティング組成物層は、熱処理される基板表面に適切に塗布され、活性化、すなわちTAGから遊離酸を発生し、1種以上の組成物成分を硬化又は架橋することができる。その後、硬化した下層の上にフォトレジスト層を設けることができる。
コーティング組成物における使用に適した熱酸発生剤化合物としては、反射防止組成物コーティング層の硬化中に架橋を触媒又は促進するためのイオン性又は実質的に中性の熱酸発生剤、例えばアレーンスルホン酸アンモニウム塩(例えば、トルエンスルホン酸アンモニウム塩)が挙げられる。典型的には、1種以上の熱酸発生剤は、組成物の乾燥成分(溶媒担体を除く全ての成分)の合計の約0.1〜10重量パーセント、より好ましくは組成物の総乾燥成分の約0.5〜2重量パーセントの濃度でコーティング組成物中に存在する。
本発明のコーティング組成物、特に反射制御のためのコーティング組成物は、オーバーコートされたフォトレジスト層を露光するために使用される照射光を吸収する追加的な色素化合物も含み得る。他の任意選択的な添加剤としては、表面レベリング剤、例えば商品名Silwet7604として入手可能なレベリング剤又は3M Companyから入手可能な界面活性剤FC171若しくはFC431が挙げられる。
本発明の下層コーティング組成物は、オーバーコートされたフォトレジスト組成物との使用について上述した光酸発生剤を含む光酸発生剤などの他の材料も含み得る。反射防止組成物での光酸発生剤のそのような使用に関する議論については、米国特許第6261743号明細書を参照されたい。
本発明の液体コーティング組成物を製造するために、コーティング組成物の成分は、例えば、1つ以上のオキシイソ酪酸エステル、特に2−ヒドロキシイソ酪酸メチル、乳酸エチル又は1種以上のグリコールエーテル(2−メトキシエチルエーテル(ダイグライム)、エチレングリコールモノメチルエーテル及びプロピレングリコールモノメチルエーテルなど);メトキシブタノール、エトキシブタノール、メトキシプロパノール及びエトキシプロパノールなどのエーテルとヒドロキシ部分との両方を有する溶媒;2−ヒドロキシイソ酪酸メチル;メチルセルロースアセテート、エチルセルロースアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル並びに二塩基酸エステル、プロピレンカーボネート及びガンマ−ブチロラクトンなどの他の溶媒などの好適な溶媒中に溶解する。溶媒中の乾燥成分の濃度は、塗布の方法などのいくつかの因子に依存するであろう。一般に、下層コーティング組成物の固形分は、コーティング組成物の総重量の約0.5〜20重量パーセントで変わり、好ましくは、固形分は、コーティング組成物の約0.5〜10重量で変わる。
例示的なフォトレジストシステム
下層コーティング組成物と共に使用するためのフォトレジストは、典型的には、ポリマーと1種以上の酸発生剤とを含む。ポジ型レジストが通常好ましく、レジストポリマーは、レジスト組成物にアルカリ性水溶液への溶解性を付与する官能基を有する。例えば、ヒドロキシル若しくはカルボキシレートなどの極性官能基又はリソグラフィプロセス時にそのような極性部分を遊離できる酸不安定基を含むポリマーが好ましい。好ましくは、ポリマーは、レジストをアルカリ性水溶液で現像可能にするのに十分な量でレジスト組成物において使用される。
酸発生剤は、フェノールなどの任意選択的に置換されているフェニル、任意選択的に置換されているナフチル及び任意選択的に置換されているアントラセンなどの芳香族基を含む繰り返し単位を含むポリマーでも好適に使用される。EUV及び電子ビーム照射で画像化されるものなどの多くのレジストシステムのために、任意選択的に置換されているフェニル(フェノールなど)を含むポリマーが特に適している。ポジ型レジストの場合、ポリマーは、好ましくは、酸に不安定な基を含む1種以上の繰り返し単位も含む。例えば、任意選択的に置換されているフェニル又は他の芳香族基を含むポリマーの場合、ポリマーは、アクリレート又はメタクリレート化合物のモノマーと、酸に不安定なエステル(例えば、t−ブチルアクリレート又はt−ブチルメタクリレート)との重合により形成されるポリマーなどの1種以上の酸不安定部位を含む繰り返し単位を含み得る。そのようなモノマーは、任意選択的にフェニルなどの芳香族基を含む1種以上の他のモノマー(例えば、スチレン又はビニルフェノールモノマー)と共重合され得る。
そのようなポリマーの形成のために使用される好ましいモノマーとしては、以下の式(V)を有する酸に不安定なモノマー、ラクトン含有モノマー若しくは以下の式(VI)の極性制御モノマー:
Figure 2020522760
(式中、各Rは、独立して、H、F、−CN、C10アルキル又はC1〜10フルオロアルキルである)
又は前述のモノマーの少なくとも1種を含む組み合わせが挙げられる。式(V)の酸で脱保護可能なモノマーにおいて、Rは、独立して、C1〜20アルキル、C3〜20シクロアルキル、C6〜20アリール又はC7〜20アラルキルであり、及び各Rは、別個であるか、又は少なくとも1つのRが隣接するRと結合して環状構造を形成する。式(VI)のラクトン含有モノマーにおいて、Lは、単環式、多環式又は縮合多環式のC20ラクトン含有基である。
例示的な酸で脱保護可能なモノマーとしては、限定するものではないが、
Figure 2020522760
又は式中、Rが、H、F、−CN、C1〜6アルキル又はC1〜6フルオロアルキルである前述したものの少なくとも1つを含む組み合わせが挙げられる。
好適なラクトンモノマーは、以下の式(IX):
Figure 2020522760
(式中、Rは、H、F、−CN、C1〜6アルキル又はC1〜6フルオロアルキルであり、Rは、C1〜10アルキル、シクロアルキル又はヘテロシクロアルキルであり、及びwは、0〜5の整数である)
のものであり得る。式(IX)において、Rは、ラクトン環に直接結合しているか、又は通常、ラクトン環及び/若しくは1つ以上のR基に結合しており、エステル部位は、直接又はRを介して間接的にラクトン環に結合している。
例示的なラクトン含有モノマーとしては、
Figure 2020522760
又は式中、Rが、H、F、−CN、C1〜10アルキル又はC1〜10フルオロアルキルである前述したモノマーの少なくとも1つを含む組み合わせが挙げられる。
本発明のポジ型化学増幅フォトレジストで使用するための酸に不安定性な脱ブロック基を有する特に適切なポリマーは、欧州特許出願公開第0829766A2号明細書(アセタール及びケタールポリマーを有するポリマー)及び欧州特許出願公開第0783136A2号明細書(1)スチレンと、2)ヒドロキシスチレンと、3)酸に不安定な基、特にアルキルアクリレートである酸に不安定な基の単位とを含むターポリマー及び他のコポリマーに開示されている。
193nmなどの200nm未満で画像化されるフォトレジストで使用するための追加的な好ましい樹脂は、以下の一般式(I)、(II)及び(III):
Figure 2020522760
(式中、Rは、(C〜C)アルキル基であり、Rは、(C〜C)アルキレン基であり、Liは、ラクトン基であり、及びnは、1又は2である)
の単位を含む。
本発明のフォトレジストで使用するためのポリマーは、分子量及び多分散度において適切に幅広く変動し得る。適切なポリマーとしては、約3以下の分子量分布、より典型的には約2以下の分子量分布を有する約1,000〜約50,000、より典型的には約2,000〜約30,000のMを有するものが挙げられる。
本発明の好ましいネガ型組成物は、酸に曝露されると硬化、架橋又は固化する材料の混合物及び本明細書に開示の2種以上の酸発生剤を含む。好ましいネガ型組成物は、フェノールポリマー又は非芳香族ポリマーなどの高分子バインダー、架橋剤成分及び本発明の光活性成分を含む。そのような組成物及びその使用は、Thackerayらの欧州特許出願公開第0164248号明細書及び米国特許第5,128,232号明細書に開示されている。高分子バインダー成分としての使用に好ましいフェノールポリマーとしては、ノボラック及び上述したもののようなポリ(ビニルフェノール)が挙げられる。好ましい架橋剤としては、メラミン、グリコールウリル、ベンゾグアナミン系材料及び尿素系材料を含むアミン系材料が挙げられる。多くの場合、メラミン−ホルムアルデヒドポリマーが特に適している。そのような架橋剤は、市販されており、例えばCymel301、303、1170、1171、1172、1123及び1125並びにBeetle60、65及び80の商品名でCytecから販売されているものなどのメラミンポリマー、グリコールウリルポリマー、尿素系ポリマー及びベンゾグアナミンポリマーである。
本発明の特に好ましいフォトレジストは、液浸リソグラフィ用途で使用することができる。例えば、好ましい液浸リソグラフィのフォトレジスト及び方法の考察については、Rohm and Haas Electronic Materialsの米国特許第7968268号明細書を参照されたい。
本発明のフォトレジストは、単一の酸発生剤又は別個の酸発生剤の混合物、典型的には2種若しくは3種の異なる酸発生剤の混合物、より典型的には合計2種の別個の酸発生剤からなる混合物も含み得る。フォトレジスト組成物は、活性化照射光への露光時に組成物のコーティング層に潜像を生成するのに十分な量で用いられる酸発生剤を含む。例えば、酸発生剤は、好適には、フォトレジスト組成物の総固形分を基準として約1〜20重量%の量で存在する。
適した酸発生剤は、化学増幅型フォトレジストの技術分野で公知であり、例えばオニウム塩、例えばトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムp−トルエンスルホネート;ニトロベンジル誘導体、例えば2−ニトロベンジル−p−トルエンスルホネート、2,6−ジニトロベンジル−p−トルエンスルホネート及び2,4−ジニトロベンジル−p−トルエンスルホネート;スルホン酸エステル、例えば1,2,3−トリス(メタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ベンゼン及び1,2,3−トリス(p−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼン;ジアゾメタン誘導体、例えばビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン;グリオキシム誘導体、例えばビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム及びビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム;N−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル誘導体、例えばN−ヒドロキシスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル;並びにハロゲン含有トリアジン化合物、例えば2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン及び2−(4−メトキシナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジンが含まれる。
本明細書で言及されるように、酸発生剤は、EUV照射、電子ビーム照射、193nm波長照射又は他の照射源などの活性化照射光に曝露されると酸を発生することができる。本明細書で言及される酸発生剤化合物は、光酸発生剤化合物と呼ばれる場合もある。
本発明のフォトレジストは、他の材料も含み得る。例えば、他の任意選択的な添加剤としては、化学線及びコントラスト染料、造影剤、ストリエーション防止剤、可塑剤、速度向上剤並びに増感剤が挙げられる。そのような任意選択的な添加剤は、典型的には、フォトレジスト組成物中にわずかな濃度で存在する。
代わりに又は加えて、他の添加剤には、例えば、水酸化物、カルボン酸塩、アミン、イミン及びアミドに基づくものなど、光によって破壊されない塩基であるクエンチャーが含まれ得る。好ましくは、そのようなクエンチャーとしては、C1〜30有機アミン、イミン又はアミドが挙げられ、或いは強塩基(例えば、水酸化物若しくはアルコキシド)又は弱塩基(例えば、カルボン酸塩)のC1〜30四級アンモニウム塩であり得る。例示的なクエンチャーとしては、トリプロピルアミン、ドデシルアミン、トリス(2−ヒドロキシプロピル)アミン、オルテトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミンなどのアミン;ジフェニルアミン、トリフェニルアミン、アミノフェノール及び2−(4−アミノフェニル)−2−(4−ヒドロキシフェニル)プロパンなどのアリールアミン、ジアザビシクロウンデセン(DBU)若しくはジアザビシクロノネン(DBN)などのヒンダードアミン又は水酸化テトラブチルアンモニウム(TBAH)若しくは乳酸テトラブチルアンモニウムなどの四級アルキルアンモニウム塩を含むイオン性クエンチャーが挙げられる。
界面活性剤としては、フッ素化及び非フッ素化界面活性剤が挙げられ、好ましくは非イオン性である。例示的なフッ素化非イオン性界面活性剤としては、3M Corporationから入手可能なFC−4430及びFC−4432界面活性剤などのペルフルオロC界面活性剤;並びにOmnovaのPOLYFOX PF−636、PF−6320、PF−656及びPF−6520フルオロ界面活性剤などのフルオロジオールが挙げられる。
フォトレジストは、フォトレジストで使用される成分の溶解、分配及びコーティングに広く適した溶媒を更に含む。例示的な溶媒としては、アニソール、アルコール(乳酸エチル、1−メトキシ−2−プロパノール及び1−エトキシ−2プロパノールなど)、エステル(n−ブチルアセテート、1−メトキシ−2−プロピルアセテート、メトキシエトキシプロピオネート、エトキシエトキシプロピオネートなど)、ケトン(シクロヘキサノン及び2−ヘプタノンなど)並びに前述した溶媒の少なくとも1種を含む組み合わせが挙げられる。
リソグラフィ加工
使用において、本発明のコーティング組成物は、スピンコーティングなどの任意の様々な方法によりコーティング層として基板に塗布される。コーティング組成物は、通常、約0.02〜0.5μmの乾燥層厚さ、好ましくは約0.04〜0.20μmの乾燥層厚さで基板に塗布される。基板は、フォトレジストが関与するプロセスで使用される任意の基板が適している。例えば、基板は、シリコン、二酸化ケイ素又はアルミニウム−酸化アルミニウムのマイクロエレクトロニクスウェハであり得る。ヒ化ガリウム、炭化ケイ素、セラミック、石英又は銅基板も使用することができる。液晶ディスプレイ又は他のフラットパネルディスプレイ用途の基板、例えばガラス基板、酸化インジウムスズ被覆基板なども好適に使用される。光学デバイス及び光エレクトロニクスデバイスのための基板(例えば、導波路)も使用することができる。
好ましくは、下層コーティング組成物の上にフォトレジスト組成物が塗布される前に、塗布されたコーティング層が硬化される。硬化条件は、下層コーティング組成物の成分によって異なる。具体的には、硬化温度は、コーティング組成物で使用される具体的な酸又は酸(熱)発生剤に依存する。典型的な硬化条件は、約80℃〜225℃で約0.5〜5分間である。硬化条件は、好ましくは、コーティング組成物のコーティング層をフォトレジスト溶媒及び使用される現像液に対して実質的に不溶性にする。
そのような硬化後、塗布されたコーティング組成物の表面上にフォトレジストが塗布される。下部のコーティング組成物層の塗布と同様に、オーバーコートされたフォトレジストは、スピニング、ディッピング、メニスカス又はローラーコーティングなどの任意の標準的な手段によって塗布することができる。塗布後、フォトレジストコーティング層は、典型的には、好ましくはレジスト層の粘着性がなくなるまで溶媒除去するために加熱により乾燥される。最も望ましくは、下部の組成物層と、オーバーコートされたフォトレジスト層との相互混合は、本質的に起こるべきではない。
その後、レジスト層は、248nm、193nmなどの活性化照射光又は従来の方法でマスクを通るEUV照射光で画像化される。露光エネルギーは、レジストシステムの光活性成分を効果的に活性化してレジストコーティング層にパターン化された画像を生成するのに十分である。典型的には、露光エネルギーは、約3〜300mJ/cmの範囲であり、露光ツール及び使用される具体的なレジスト及びレジスト処理に部分的に依存する。コーティング層の露光領域と非露光領域との間で溶解度の差を形成又は強化することが望まれる場合、露光されたレジスト層が露光後にベークされ得る。例えば、ネガ型の酸硬化フォトレジストは、典型的には、酸により促進される架橋反応を生じさせるために露光後加熱を必要とし、多くの化学増幅されたポジ型レジストは、酸により促進される脱保護反応を生じさせるために露光後加熱を必要とする。典型的には、露光後ベーク条件には、約50℃以上の温度、より具体的には約50℃〜約160℃の範囲の温度が含まれる。
フォトレジスト層は、液浸リソグラフィシステム、すなわち露光ツール(特に投影レンズ)と、フォトレジストでコーティングされている基板との間の空間が、水又は屈折率が向上した流体を与え得る1種以上の添加剤(硫酸セシウムなど)と混合された水などの液浸流体で占められているシステムにおいて露光され得る。好ましくは、液浸流体(例えば、水)は、気泡を避けるために処理されており、例えばナノバブルを回避するために水を脱気することができる。
本明細書における「液浸露光」又は他の同様の用語への言及は、露光ツールと、コーティングされたフォトレジスト組成物層との間にそのような流体層(例えば、水又は添加物を含む水)を介在させて露光が行われることを示す。
次いで、露光されたフォトレジスト層は、フィルムの一部を選択的に除去してフォトレジストパターンを形成することができる適切な現像液で処理される。ネガ型現像プロセスでは、フォトレジスト層の非露光領域は、適切な非極性溶媒で処理することによって選択的に除去することができる。ネガ型現像に適した手順については、米国特許出願公開第2011/0294069号明細書を参照されたい。ネガ型現像のための典型的な非極性溶媒は、ケトン、エステル、炭化水素及びこれらの混合物から選択される溶媒、例えばアセトン、2−ヘキサノン、2−ヘプタノン、酢酸メチル、酢酸ブチル及びテトラヒドロフランなどの有機現像液である。NTDプロセスで使用されるフォトレジスト材料は、好ましくは、有機溶媒現像液でネガ画像又は水酸化テトラアルキルアンモニウム溶液などの水性塩基現像液でポジ画像を形成できるフォトレジスト層を形成する。好ましくは、NTDフォトレジストは、脱保護されるとカルボン酸基及び/又はヒドロキシル基を形成する酸感受性(脱保護性)基を有するポリマーを主体とする。
代わりに、露光されたフォトレジスト層の現像は、露光された層を、フィルムの露光された部分を選択的に除去できる適切な現像液で処理すること(フォトレジストがポジ型である場合)又はフィルムの非露光部分を除去すること(フォトレジストが露光領域で架橋可能である、すなわちネガ型である場合)により達成することができる。好ましくは、フォトレジストは、脱保護された際にカルボン酸基を形成する酸感受性(脱保護可能な)基を有するポリマーを主体とするポジ型であり、現像液は、好ましくは、金属イオンを含まない水酸化テトラアルキルアンモニウム溶液、例えば0.26Nの水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液などである。現像によりパターンが形成される。
その後、現像された基板は、例えば、当該技術分野で周知の手順に従い、フォトレジストが露出した基板領域を化学的にエッチング又はめっきするなど、フォトレジストが露出した基板領域上で選択的に処理することができる。適切なエッチャントとしては、フッ化水素酸エッチング溶液及び酸素プラズマエッチングなどのプラズマガスエッチングが挙げられる。プラズマガスエッチングにより、下にあるコーティング層が除去される。
以下の非限定的な例は、本発明の例示である。
実施例1〜2:PDQの合成
実施例1:
Figure 2020522760
化合物(a)(Tokyo Industrial Chemistry,Co.,Ltd.)75.0部と、クロロホルム600部との混合物に10%水酸化ナトリウム水溶液240部を添加する。得られた混合物を室温で1時間撹拌し、次いで有機層を分離して乾燥させる。106部のトリエチルアミンを濾過した有機層に添加する。得られた混合物を−10℃に冷却し、51.2部の化合物(c)を添加し、引き続き室温で1時間撹拌する。次いで、式(d)の化合物を添加し、引き続き一晩撹拌し、その後、水で抽出する。得られた有機層を減圧下で濃縮する。固体を精製して化合物(2)を得る。
実施例2
Figure 2020522760
2.2部の化合物(e)(Tokyo Industrial Chemistry,Co.,Ltd.)と、50部のクロロホルムとの混合物に2.8部のトリエチルアミンを添加する。混合物を−10℃に冷却し、1.6部の化合物(f)を添加し、引き続き室温で撹拌する。次いで、4.0部の化合物(g)を反応混合物に添加し、引き続き一晩撹拌し、その後、水で抽出する。得られた有機層を減圧下で濃縮する。固体を精製して化合物(4)を得る。
実施例3〜6:下層コーティング組成物の調製
直下の表1で指定されている種類及び量の材料(ポリマー、架橋剤、TAG、PDQ、溶媒)を混合することにより、4つの異なる下層コーティング組成物(それぞれ実施例3、4、5及び6の組成物)を調製した。実施例3〜6の各組成物のポリマー、架橋剤、TAG、PDQ及び溶媒の構造は、表1に従う。実施例3〜6のそれぞれにおいて、同じポリマー、架橋剤、TAG及び溶媒並びにそれらの量を使用した。実施例における唯一の相違は、PDQ及び使用されるその量である(実施例3では、PDQは、存在しなかった)。表1に記載されている全ての重量パーセント(wt.%)は、コーティング組成物の総固形分基準である(総固形分は、溶媒を除く組成物の全ての材料である)。
Figure 2020522760
Figure 2020522760
実施例3〜6のそれぞれのポリマーの構造。
Figure 2020522760
実施例3〜6の架橋剤及びTAGの構造。
Figure 2020522760
実施例4、5及び6の指定されているPDQの構造。
Figure 2020522760
実施例3〜6のそれぞれの溶媒。
実施例7:リソグラフィの評価
実施例3〜6のそれぞれのコーティング組成物を、Dow Chemicalから商品名AR46として販売されている65nmの架橋した有機層で予めコーティングされている4cm×4cmのウェハ上にそれぞれスピンコーティングした。次いで、実施例3〜6の組成物でコーティングしたウェハを、ミニコーティング機を使用して215℃で1分間ベークした。ベーク後のBARCコーティングの厚さは、22nmであった。次いで、市販の化学増幅フォトレジスト組成物を、実施例3〜6のコーティング層を有する各サンプル上にスピンコーティングした。塗布されたフォトレジスト層を110℃で50秒間ソフトベークし、マスクを通して193nmの照射光で画像化し、その後、95℃で60秒間露光後ベークした。
その後、画像サンプルを0.26NのTMAH水性現像液で処理した。リソグラフィ結果を以下の表2に示す。下層コーティング組成物中にPDQを含むコーティングされたシステムは、パターン倒れ性能が改善された、より広い焦点裕度(FL)マージンを含む、より優れた結果を示す。図1は、画像化して現像したサンプルの走査型電子顕微鏡写真を更に示す。図1に示されているように、サンプル1は、実施例3のコーティング組成物を用いて画像化されたサンプルであり、サンプル2は、実施例4のコーティング組成物を用いて画像化されたサンプルであり、サンプル3は、実施例5のコーティング組成物を用いて画像化されたサンプルであり、サンプル4は、実施例6のコーティング組成物を用いて画像化されたサンプルである。
Figure 2020522760

Claims (13)

  1. フォトレジストレリーフ画像を形成する方法であって、
    a)1)樹脂及び2)PDQ化合物を含むコーティング組成物の層を基板に塗布することと、
    b)前記コーティング組成物層の上にフォトレジスト組成物の層を塗布することと
    を含む方法。
  2. 前記PDQ化合物は、スルファメートアニオン又はカルボキシレートアニオンを有する、請求項1に記載の方法。
  3. 前記PDQ化合物は、0より大きいpKaを有するアニオンを含む、請求項2に記載の方法。
  4. 前記PDQ化合物は、以下の式(A)又は(B):
    Figure 2020522760
    (式中、
    及びRは、それぞれ独立して、水素、置換若しくは無置換のC〜C12アルキル、置換若しくは無置換のC〜C12シクロアルキル又は置換若しくは無置換のフェニルであり、
    は、置換若しくは無置換のC〜C12アルキル、置換若しくは無置換のC〜C12シクロアルキル又は置換若しくは無置換のフェニルであり、及び
    Yは、カチオンである)
    の構造を有する、請求項1に記載の方法。
  5. Yは、
    Figure 2020522760
    である、請求項4に記載の方法。
  6. 及びRは、独立して、水素、メチル、シクロヘキシル、アダマンチル若しくはアダマンチルで置換されているC〜Cアルキルであり、及び/又はRは、アダマンチルである、請求項4又は5に記載の方法。
  7. 前記PDQ化合物は、
    Figure 2020522760
    である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記樹脂は、イソシアヌレート基を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記コーティング組成物は、前記PDQ化合物及び前記樹脂とそれぞれ異なる1)架橋剤成分及び/又は2)熱酸発生剤化合物を更に含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 基板であって、その上に、
    a)コーティング組成物であって、
    1)樹脂と、
    2)PDQ化合物と
    を含むコーティング組成物と、
    b)コーティング組成物層の上のフォトレジスト組成物の層と
    を有する基板を含む、コーティングされた基板。
  11. オーバーコーティングフォトレジスト組成物と共に使用するためのコーティング組成物であって、
    1)樹脂と、
    2)PDQ化合物と
    を含む組成物。
  12. 前記PDQ化合物は、スルファメートアニオン又はカルボキシレートアニオンを含む、請求項11に記載のコーティング組成物。
  13. 前記PDQ化合物及び前記樹脂とそれぞれ異なる1)架橋剤成分及び/又は2)熱酸発生剤化合物を更に含む、請求項11又は12に記載のコーティング組成物。
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