JP3853168B2 - パターン形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学増幅型レジスト材料からなるレジスト膜に、1nm帯〜30nm帯の波長を有する極紫外線をマスクを介して照射して、レジスト膜の未露光部からなるレジストパターンを形成するパターン形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路装置のプロセスにおいては、半導体集積回路の大集積化及びダウンサイジング化に伴って、リソグラフィ技術の開発を促進することが望まれている。
【0003】
リソグラフィ技術に用いる露光光としては、現在のところ、水銀ランプ、KrFエキシマレーザ(波長:248nm帯)又はArFエキシマレーザ(193nm帯)等が用いられているが、0.1μm以下の世代、特に0.05μm以下の世代においては、ArFエキシマレーザよりも波長が短い極紫外線(波長:1nm帯〜30nm帯)を用いることが検討されている。
【0004】
ところで、露光光として極紫外線を用いるリソグラフィ技術には、高解像度性及び高感度性を有する化学増幅型レジスト材料が好ましい。
【0005】
そこで、極紫外線を用いるリソグラフィ技術においては、波長が極紫外線に近いArFエキシマレーザに適した化学増幅型レジスト材料を用いることが検討されている。
【0006】
以下、ArFエキシマレーザに適した化学増幅型レジスト材料を用いて行なうパターン形成方法について、図3(a)〜(d)を参照しながら説明する。
【0007】
まず、以下の組成を有する化学増幅型レジスト材料を準備する。
【0008】
ポリ((2-メチル-2-アダマンチルメタクリレート)−(メチルメタクリレート)−(メタクリル酸))(但し、2-メチル-2-アダマンチルメタクリレート:メチルメタクリレート:メタクリル酸=70mol%:20mol%:10mol%)(ベースポリマー)……2g
トリフェニルスルフォニウムトリフレート(酸発生剤)………………0.4g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(溶媒)…………20g
【0009】
次に、図3(a)に示すように、半導体基板1の上に、前記の組成を有する化学増幅型レジストを塗布して、0.2μmの厚さを有するレジスト膜2を形成する。
【0010】
次に、図3(b)に示すように、レジスト膜2に対して、所望のマスクパターンを有する反射型マスク(不図示)を用いて極紫外線(波長:13nm帯)4を照射して、パターン露光を行なった後、図3(c)に示すように、パターン露光されたレジスト膜2に対して、100℃の温度下で60秒間ホットプレートによる加熱(PEB)を行なう。
【0011】
このようにすると、レジスト膜2の露光部2aにおいては、酸発生剤から発生する酸の作用によりアルカリ性現像液に対して可溶性になる一方、レジスト膜2の未露光部2bにおいては、酸発生剤から酸が発生しないのでアルカリ性現像液に対して難溶性のままである。
【0012】
次に、レジスト膜2に対して、アルカリ性現像液、例えば2.38重量%テトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液により現像を行なって、図3(d)に示すように、レジスト膜2の未露光部2bからなるレジストパターン5を形成する。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、パターン露光の際、レジスト膜2の露光部2aにはエネルギーの高い極紫外線4が照射されるため、レジスト膜2の露光部2aにおいて、ベースポリマーに架橋反応が起こるので、レジスト膜2の露光部2aがアルカリ性現像液に完全に溶解せず、図3(d)に示すように、レジストパターン5の形状は不良になる。
【0014】
レジストパターン5の形状が不良になると、該レジストパターン5をマスクとして得られる配線パターンの形状も不良になるので、半導体デバイスの歩留まりが悪化するという問題がある。
【0015】
前記に鑑み、本発明は、エネルギーの高い極紫外線を照射してパターン露光を行なうにも拘わらず、レジスト膜の露光部において架橋反応が起こり難くして、レジスト膜の未露光部からなり良好な形状を有するレジストパターンが得られるようにすることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、本発明に係る第1のパターン形成方法は、ポリマーの側鎖に結合する密着性基として、ラクトン基を含む一方、水酸基及びカルボン酸基のいずれをも含まないベースポリマーと、光が照射されると酸を発生する酸発生剤とを有する化学増幅型レジスト材料からなるレジスト膜を形成する工程と、該レジスト膜に対して、1nm帯〜30nm帯の波長を有する極紫外線をマスクを介して照射してパターン露光を行なう工程と、パターン露光されたレジスト膜を現像して、レジスト膜の未露光部からなるレジストパターンを形成する工程とを備えている。
【0017】
第1のパターン形成方法によると、密着性基に、ラクトン基が含まれる一方、水酸基及びカルボン酸基のいずれも含まれておらず、また、ラクトン基の環構造には末端がないと共にラクトン基にはOH基が含まれていないため、極紫外線を用いてパターン露光されたレジスト膜の露光部においては、密着性基の末端のOH基が励起される事態が回避されるので、ラジカルが生成され難い。従って、ベースポリマーの内部で架橋反応が起こり難いと共にポリマー同士が架橋反応を起こし難いため、レジスト膜の露光部はアルカリ性現像液に確実に溶解するので、良好なパターン形状を有するレジストパターンを得ることができる。
【0018】
第1のパターン形成方法において、密着性基に含まれるラクトン基は、γ−ブチロラクトン基、δ−ブチロラクトン基、メバロニックラクトン基又はアダマンチルラクトン基であることが好ましい。
【0019】
このようにすると、レジスト膜の露光部においては、極紫外線が照射されるにも拘わらず、密着性基の末端のOH基が励起される事態が確実に回避されるので、アルカリ性現像液に対する溶解性は確実に向上する。
【0020】
第1のパターン形成方法において、化学増幅型レジスト材料は、極紫外線が照射されたときに酸を発生しない芳香族化合物を有していることが好ましい。
【0021】
このようにすると、レジスト膜の露光部において、極紫外線が照射されることによりベースポリマーから発生し架橋反応に関与するラジカルが芳香族化合物に捕捉されるため、架橋反応に関与するラジカルの数が低減するので、レジスト膜の露光部はアルカリ性現像液に対して一層溶解し易くなる。
【0022】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第2のパターン形成方法は、ベースポリマーと、光が照射されると酸を発生する酸発生剤と、光が照射されたときに酸を発生しない芳香族化合物とを有する化学増幅型レジスト材料からなるレジスト膜を形成する工程と、該レジスト膜に対して、1nm帯〜30nm帯の波長を有する極紫外線をマスクを介して照射してパターン露光を行なう工程と、パターン露光されたレジスト膜を現像して、レジスト膜の未露光部からなるレジストパターンを形成する工程とを備えている。
【0023】
第2のパターン形成方法によると、レジスト膜の露光部においては、極紫外線が照射されることにより、架橋反応に関与するラジカルが発生するが、このラジカルは芳香族化合物に捕捉されると共に、捕捉されたラジカルは酸発生に転用されない。従って、ベースポリマーから発生し架橋反応に関与するラジカルの数が低減するため、架橋反応が起こり難くなって、レジスト膜の露光部はアルカリ性現像液に確実に溶解するので、良好なパターン形状を有するレジストパターンを得ることができる。
【0024】
第1又は第2のパターン形成方法の化学増幅型レジスト材料に含まれる芳香族化合物は、スチレン、アニリン、メトキシベンゼン、メトキシスチレン、メチルスチレン、ヒドロキシベンゼン又はヒドロキシスチレンであることが好ましい。
【0025】
このようにすると、レジスト膜の露光部において発生し架橋反応に関与するラジカルは芳香族化合物に確実に捕捉されるため、架橋反応に関与するラジカルの数が確実に低減するので、レジスト膜の露光部はアルカリ性現像液に対して一層溶解し易くなる。
【0026】
第2のパターン形成方法において、ベースポリマーには、芳香族が含まれていないことが好ましい。
【0027】
このようにすると、レジスト膜の露光部において、ベースポリマーから発生し架橋反応に関与するラジカルの数が一層低減するので、レジスト膜の露光部のアルカリ性現像液に対する溶解性が一層向上する。
【0028】
第1又は第2のパターン形成方法において、極紫外線の波長は13nm帯であることが好ましい。
【0029】
このようにすると、現在実用化が図られている極紫外線を用いて微細なレジストパターンを形成することができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係るパターン形成方法について、図1(a)〜(d)を参照しながら説明する。
【0031】
まず、以下の組成を有する化学増幅型レジスト材料を準備する。
【0032】
ポリ((2-メチル-2-アダマンチルメチルメタクリレート)−(γ-ブチロラクチルメタクリレート)(但し、2-メチル-2-アダマンチルメチルメタクリレート:γ-ブチロラクチルメタクリレート=50mol%:50mol%)(ベースポリマー)…2g
トリフェニルスルフォニウムトリフレート(酸発生剤)………………0.4g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(溶媒)…………20g
【0033】
次に、図1(a)に示すように、半導体基板10の上に、前記の組成を有する化学増幅型レジストを塗布して、0.2μmの厚さを有するレジスト膜11を形成する。
【0034】
次に、図1(b)に示すように、レジスト膜11に対して、所望のマスクパターンを有する反射型マスク(不図示)を用いて極紫外線(波長:13nm帯)13を照射して、パターン露光を行なった後、図1(c)に示すように、パターン露光されたレジスト膜11に対して、100℃の温度下で60秒間ホットプレートによる加熱(PEB)を行なう。
【0035】
このようにすると、レジスト膜11の露光部11aにおいては、酸発生剤から発生する酸の作用によりアルカリ性現像液に対して可溶性になる一方、レジスト膜11の未露光部11bにおいては、酸発生剤から酸が発生しないのでアルカリ性現像液に対して難溶性のままである。この場合、ベースポリマーの側鎖に結合する密着性基に、ラクトン基が含まれる一方、水酸基及びカルボン酸基のいずれも含まれていないため、レジスト膜11の露光部11aにおいては、極紫外線13が照射されるにも拘わらず、架橋反応が起こり難くいので、アルカリ性現像液に対する溶解性は向上する。以下、その理由について説明する。
【0036】
レジスト膜11と半導体基板10との密着性を向上させるため、通常、ベースポリマーの側鎖には密着性基が結合しているが、該密着性基に水酸基又はカルボン酸基が含まれていると、極紫外線が照射されたときに、密着性基の末端のOH基が励起されて、ラジカルが生成され易くなる。このため、ベースポリマーの内部において架橋反応が起こったり又はポリマー同士が架橋反応を起こしたりするので、レジスト膜11の露光部11aはアルカリ性現像液に対して溶解し難くなる。
【0037】
ところが、第1の実施形態においては、密着性基に、ラクトン基が含まれる一方、水酸基及びカルボン酸基のいずれも含まれておらず、また、ラクトン基の環構造には末端がないと共にラクトン基にはOH基が含まれていないため、レジスト膜11の露光部11aにおいては、極紫外線が照射されても、密着性基の末端のOH基が励起される事態が回避されるので、ラジカルが生成され難い。このため、ベースポリマーの内部で架橋反応が起こり難いと共にポリマー同士が架橋反応を起こし難いので、レジスト膜11の露光部11aはアルカリ性現像液に確実に溶解する。
【0038】
次に、レジスト膜11に対して、アルカリ性現像液、例えば2.38重量%テトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液を用いて現像を行なって、図1(d)に示すように、レジスト膜11の未露光部11bからなる0.07μmのライン幅を有するレジストパターン14を形成する。
【0039】
第1の実施形態によると、前述のように、レジスト膜11の露光部11aがアルカリ性現像液に確実に溶解するので、図1(d)に示すように、良好なパターン形状を有するレジストパターン14が得られる。
【0040】
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係るパターン形成方法について、図2(a)〜(d)を参照しながら説明する。
【0041】
まず、以下の組成を有する化学増幅型レジスト材料を準備する。
【0042】
ポリ((2-メチル-2-アダマンチルアクリレート)−(メチルメタクリレート)−(メタクリル酸))(但し、2-メチル-2-アダマンチルアクリレート:メチルメタクリレート:メタクリル酸=70mol%:20mol%:10mol%)(ベースポリマー)…2g
トリフェニルスルフォニウムトリフレート(酸発生剤)………………0.4g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(溶媒)…………20g
スチレン(極紫外線の照射により酸を発生しない芳香族化合物)……0.4g
【0043】
次に、図2(a)に示すように、半導体基板20の上に、前記の組成を有する化学増幅型レジストを塗布して、0.2μmの厚さを有するレジスト膜21を形成する。
【0044】
次に、図2(b)に示すように、レジスト膜21に対して、所望のマスクパターンを有する反射型マスク(不図示)を用いて極紫外線(波長:13nm帯)23を照射して、パターン露光を行なった後、図2(c)に示すように、パターン露光されたレジスト膜21に対して、100℃の温度下で60秒間ホットプレートによる加熱(PEB)を行なう。
【0045】
このようにすると、レジスト膜21の露光部21aにおいては、酸発生剤から発生する酸の作用によりアルカリ性現像液に対して可溶性になる一方、レジスト膜21の未露光部21bにおいては、酸発生剤から酸が発生しないのでアルカリ性現像液に対して難溶性のままである。この場合、化学増幅型レジスト材料には、極紫外線が照射されたときに酸を発生しない芳香族化合物が含まれているため、レジスト膜21の露光部21aにおいては、極紫外線23が照射されるにも拘わらず、架橋反応が起こり難くいので、アルカリ性現像液に対する溶解性は向上する。以下、その理由について説明する。
【0046】
レジスト膜21に極紫外線が照射されると、ベースポリマーから種々のラジカルが発生し、その中には架橋反応に関与するラジカルも含まれるが、これらのラジカルは芳香族化合物に捕捉される。この場合、極紫外線が照射されたときに酸を発生する芳香族化合物はラジカルを捕捉するが、捕捉されたラジカルが酸発生に転用されるため、酸を発生する芳香族化合物は架橋反応に関与することになる。ところが、極紫外線が照射されたときに酸を発生しない芳香族化合物に捕捉されたラジカルは酸発生に転用されないため、酸を発生しない芳香族化合物は架橋反応に関与しないことになる。
【0047】
このため、第2の実施形態によると、レジスト膜21の露光部21aにおいて、ベースポリマーから発生し架橋反応に関与するラジカルの数が低減するので、極紫外線23が照射されるにも拘わらず、架橋反応が起こり難くくなり、アルカリ性現像液に対する溶解性が向上するのである。尚、酸を発生しない芳香族化合物の添加量としては、ベースポリマーに対する重量比で数パーセント程度で効果が発揮されるが、数パーセント以上添加されてもよい。
【0048】
次に、レジスト膜21に対して、アルカリ性現像液、例えば2.38重量%テトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液を用いて現像を行なって、図2(d)に示すように、レジスト膜21の未露光部21bからなる0.07μmのライン幅を有するレジストパターン24を形成する。
【0049】
第2の実施形態によると、前述のように、レジスト膜21の露光部21aがアルカリ性現像液に確実に溶解するので、図2(d)に示すように、良好なパターン形状を有するレジストパターン24が得られる。
【0050】
特に、第2の実施形態においては、ベースポリマーが、極紫外線が照射されたときに酸を発生する芳香族を含んでいないため、レジスト膜21の露光部21aにおいて、ベースポリマーから発生し架橋反応に関与するラジカルの数が一層低減するので、架橋反応が一層起こり難くなる。このため、レジスト膜21の露光部21aのアルカリ性現像液に対する溶解性が一層向上するので、レジストパターン24の形状が一層向上する。
【0051】
尚、第2の実施形態においては、極紫外線が照射されたときに酸を発生しない芳香族化合物として、スチレンを用いたが、これに代えて、アニリン、メトキシベンゼン、メトキシスチレン、メチルスチレン、ヒドロキシベンゼン、ヒドロキシスチレンなどを用いても、ベースポリマーから発生し架橋反応に関与するラジカルを捕捉する効果が得られる。
【0052】
また、第2の実施形態においては、ベースポリマーの側鎖に結合する密着性基には、カルボン酸基が含まれていたが、これに代えて、水酸基及びカルボン酸基のいずれも含まれていない一方、ラクトン基が含まれていることが好ましい。
【0053】
このようにすると、レジスト膜21の露光部21aにおいては、極紫外線が照射されても、密着性基の末端のOH基が励起される事態が回避されるため、ラジカルが生成され難いので、ベースポリマーの内部で架橋反応が起こり難いと共にポリマー同士が架橋反応を起こし難い。このため、レジスト膜21の露光部21aはアルカリ性現像液に対して一層溶解し易くなるので、レジストパターン24の形状は一層良好になる。
【0054】
さらに、第1及び第2の実施形態においては、極紫外線として、波長が13nm帯の光を用いたが、これに代えて、波長が5nm帯の光を用いてもよい。
【0055】
【発明の効果】
本発明に係る第1又は第2のパターン形成方法によると、レジスト膜の露光部のアルカリ性現像液に対する溶解性が向上するので、良好なパターン形状を有するレジストパターンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は、本発明の第1の実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【図2】(a)〜(d)は、本発明の第2の実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【図3】(a)〜(d)は、従来のパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
10 半導体基板
11 レジスト膜
11a 露光部
11b 未露光部
12 マスク
13 極紫外線
14 レジストパターン
20 半導体基板
21 レジスト膜
21a 露光部
21b 未露光部
22 マスク
23 極紫外線
24 レジストパターン
Claims (7)
- ポリマーの側鎖に結合する密着性基として、ラクトン基を含む一方、水酸基及びカルボン酸基のいずれをも含まないベースポリマーと、光が照射されると酸を発生する酸発生剤とを有する化学増幅型レジスト材料からなるレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に対して、1nm帯〜30nm帯の波長を有する極紫外線を照射してパターン露光を行なう工程と、
パターン露光された前記レジスト膜を現像して、前記レジスト膜の未露光部からなるレジストパターンを形成する工程とを備えていることを特徴とするパターン形成方法。 - 前記ラクトン基は、γ−ブチロラクトン基、δ−ブチロラクトン基、メバロニックラクトン基又はアダマンチルラクトン基であることを特徴とする請求項1に記載のパターン形成方法。
- 前記化学増幅型レジスト材料は、前記極紫外線が照射されたときに酸を発生しない芳香族化合物を有していることを特徴とする請求項1に記載のパターン形成方法。
- ベースポリマーと、光が照射されると酸を発生する酸発生剤と、光が照射されたときに酸を発生しない芳香族化合物とを有する化学増幅型レジスト材料からなるレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に対して、1nm帯〜30nm帯の波長を有する極紫外線をマスクを介して照射してパターン露光を行なう工程と、
パターン露光された前記レジスト膜を現像して、前記レジスト膜の未露光部からなるレジストパターンを形成する工程とを備えていることを特徴とするパターン形成方法。 - 前記芳香族化合物は、スチレン、アニリン、メトキシベンゼン、メトキシスチレン、メチルスチレン、ヒドロキシベンゼン又はヒドロキシスチレンであることを特徴とする請求項3又は4に記載のパターン形成方法。
- 前記ベースポリマーには、芳香族が含まれていないことを特徴とする請求項4に記載のパターン形成方法。
- 前記極紫外線の波長は13nm帯であることを特徴とする請求項1又は4に記載のパターン形成方法。
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