JP4742793B2 - Resist substrate, resist pattern forming method, and resist substrate storage method - Google Patents

Resist substrate, resist pattern forming method, and resist substrate storage method Download PDF

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本発明は、半導体素子の製造工程などのリソグラフィ工程で用いられる感光性樹脂が製膜されたレジスト基板、該レジスト基板を用いるレジストパターン形成方法、及び、該レジスト基板の保存方法に関する。   The present invention relates to a resist substrate on which a photosensitive resin used in a lithography process such as a semiconductor element manufacturing process is formed, a resist pattern forming method using the resist substrate, and a method for storing the resist substrate.

半導体装置の製造工程においては、シリコンウエハの上に感光性組成物からなるレジスト層を形成し、該レジスト層をレーザーを用いる直接描画又はフォトマスクを用いる露光等のリソグラフィ処理によってパターニングしてエッチングマスクを形成し、エッチング加工を行うことによって、微細パターンを形成している。
また、上記リソグラフィ処理に用いるフォトマスクを製造する際には、マスク用の透明基板上にマスク材料層を形成し、該マスク材料層の上に感光性組成物からなるレジスト層を形成し、該レジスト層をレーザーもしくは電子線を用いる直接描画のリソグラフィ処理によってパターニングしてエッチングマスクを形成し、エッチング加工を行うことによって、フォトマスクのパターンを形成している。
さらに、半導体装置以外の様々な分野においても、レジスト層のリソグラフィ処理によってパターニングしたエッチングマスクを用いるエッチング加工によって微細なパターンを形成している。
In a manufacturing process of a semiconductor device, a resist layer made of a photosensitive composition is formed on a silicon wafer, and the resist layer is patterned by lithography processing such as direct drawing using a laser or exposure using a photomask, and an etching mask. And a fine pattern is formed by etching.
Further, when manufacturing a photomask used for the lithography process, a mask material layer is formed on a transparent substrate for a mask, a resist layer made of a photosensitive composition is formed on the mask material layer, The resist layer is patterned by direct lithography using a laser or an electron beam to form an etching mask, and etching is performed to form a photomask pattern.
Further, in various fields other than semiconductor devices, fine patterns are formed by etching using an etching mask patterned by lithography processing of a resist layer.

近年、半導体装置のパターン微細化の要求にともない、リソグラフィ処理におけるパターン露光では、露光光の短波長化が進展している。このため、現在用いられているKrFエキシマレーザ光に加え、ArF、F2、EUV、X線、電子線やその他の荷電粒子線等を露光光として用いたリソグラフィが提案されている。一方、パターン露光におけるスループットの向上を目的として、これらの各露光光を用いたリソグラフィにおいては、より高感度な化学増幅型の感光性組成物が用いられるようになってきている。   In recent years, with the demand for pattern miniaturization of semiconductor devices, in the pattern exposure in lithography processing, the wavelength of exposure light has been shortened. For this reason, lithography using ArF, F2, EUV, X-rays, electron beams or other charged particle beams as exposure light in addition to the currently used KrF excimer laser light has been proposed. On the other hand, for the purpose of improving throughput in pattern exposure, a highly sensitive chemically amplified photosensitive composition has been used in lithography using these exposure lights.

化学増幅型の感光性組成物は、アルカリ可溶性樹脂、露光光の照射によって酸を発生する酸発生剤や塩基性化合物等を含有している。この感光性組成物は、露光光の照射によって発生した酸の存在によって、ネガ型においては感光性組成物中における架橋反応が進行し、ポジ型においては感光性組成物中における分解反応が進行する。このため、より少ない露光量でのパターン露光が可能となる。   The chemically amplified photosensitive composition contains an alkali-soluble resin, an acid generator that generates an acid upon exposure to exposure light, a basic compound, and the like. In this photosensitive composition, due to the presence of acid generated by exposure light exposure, a crosslinking reaction proceeds in the photosensitive composition in the negative type, and a decomposition reaction proceeds in the photosensitive composition in the positive type. . For this reason, pattern exposure with a smaller exposure amount is possible.

しかしながら、化学増幅型レジストにおいては、発生する酸が非常に微量であるために、レジスト特性がレジストの使用条件等によって影響を受け易い。このため、実際の半導体素子の作成時、複数の基板にレジストパターンを形成する際に、各々の基板毎に感度や解像度が異なり、目的とするパターンが再現性良く得られないという問題があった。
例えば、特許文献1等に記載される様に、空気中の極微量な塩基性物質によってレジスト層内の酸が失活し、露光後の放置時間の違いによって解像度が変化するという現象が問題となっている。そこで、塩基性物質を添加したレジストを用い、外部からの塩基性物質の影響を緩和することが試みられており、上記現象は一部改善された。
However, in a chemically amplified resist, since the amount of acid generated is very small, the resist characteristics are easily affected by the conditions of use of the resist. For this reason, when forming a resist pattern on a plurality of substrates when creating an actual semiconductor element, there is a problem that the sensitivity and resolution differ for each substrate, and the target pattern cannot be obtained with good reproducibility. .
For example, as described in Patent Document 1 and the like, there is a problem in that the acid in the resist layer is deactivated by a very small amount of a basic substance in the air, and the resolution changes due to a difference in exposure time after exposure. It has become. Therefore, attempts have been made to alleviate the influence of the basic substance from the outside using a resist added with a basic substance, and the above phenomenon has been partially improved.

また、レジスト層の残留溶媒の含有率も、レジストの解像性に大きな影響を与えることが知られている。化学増幅型レジストにおいては、露光により発生した酸が、レジスト中の残留溶媒を拡散経路として、露光部から未露光部に拡散する。レジスト層中の残留溶媒は、時間の経過に伴い徐々に揮発してその溶媒量が変動する。このため、実際の半導体素子の作成時、複数の基板にレジストパターンを形成する際に、各々の基板毎に感度や解像度が異なり、目的とするパターンが再現性良く得られないという問題があった。   It is also known that the residual solvent content of the resist layer has a great influence on the resolution of the resist. In a chemically amplified resist, an acid generated by exposure diffuses from an exposed portion to an unexposed portion using a residual solvent in the resist as a diffusion path. The residual solvent in the resist layer volatilizes gradually with the passage of time, and the amount of the solvent varies. For this reason, when forming a resist pattern on a plurality of substrates when creating an actual semiconductor element, there is a problem that the sensitivity and resolution differ for each substrate, and the target pattern cannot be obtained with good reproducibility. .

上記問題を解決するための方法としては、例えば、特許文献2に開示された、パターン形成方法がある。この方法によれば、レジスト基板の保存環境の溶媒量、圧力、温度などを制御することによりレジスト層内の残留溶剤量を一定に制御することが試みられており、レジスト基板の保管による線幅変動の一部は改善された。
また、特許文献3には、電子線による描画前の3時間以内にレジスト膜に対して加熱処理を施すことが記載されている。
さらに、特許文献4には、レジスト材料からなる厚さ150nm以下の塗膜を、溶媒を含まない気体のダウンフローを供給しながら加熱して溶媒を蒸発させる工程を含むレジスト処理方法が記載されている。
しかし、これらの公報には、最小加工寸法が200nm以下の微細加工に求められるナノオーダーの基板面内均一性や、保存安定性の良いレジスト基板を得るために最適な残留溶剤量については、記載されていない。
As a method for solving the above problem, for example, there is a pattern forming method disclosed in Patent Document 2. According to this method, it has been attempted to control the amount of residual solvent in the resist layer to be constant by controlling the amount of solvent, pressure, temperature, etc. in the storage environment of the resist substrate. Some of the changes were improved.
Patent Document 3 describes that the resist film is subjected to heat treatment within 3 hours before drawing with an electron beam.
Further, Patent Document 4 describes a resist processing method including a step of evaporating a solvent by heating a coating film made of a resist material having a thickness of 150 nm or less while supplying a gas-downflow without a solvent. Yes.
However, these publications describe the nano-order substrate in-plane uniformity required for microfabrication with a minimum processing dimension of 200 nm or less, and the optimal residual solvent amount for obtaining a resist substrate with good storage stability. It has not been.

特開平6ー93045号公報JP-A-6-93045 特開平7−57997号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-57997 特開平11−30868号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-30868 特開2003−142390号公報JP 2003-142390 A

LSI等の半導体装置の製造分野では、デザインルールの縮小が加速度的に進行しており、ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors:国際半導体技術ロードマップ)のデザインルールによれば2007年に65nm前後、2010年には45nm前後の最小加工寸法を達成し得る微細加工技術が要求されている。こうした回路パターンや線幅(CD)の微細化に伴い、45nmノードではDRAMで8.0nm、フォトマスクに関してはさらに厳しい5.1nmの基板面内均一性(CD均一性)が求められている。   In the field of manufacturing semiconductor devices such as LSIs, the reduction of design rules is accelerating. According to the ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) design rules, around 65 nm in 2010, 2010 Every year, there is a demand for fine processing technology that can achieve a minimum processing size of around 45 nm. With such miniaturization of circuit patterns and line widths (CD), in-plane uniformity (CD uniformity) of 8.0 nm is required for DRAM at 45 nm node and 5.1 nm is more severe for photomasks.

一方、真空中で露光するVUV、EUV、X線、電子線、荷電粒子リソグラフィなどの場合には、その生産性の点からインライン化は遅れており、レジスト塗布から露光までの時間が定まっていない。例えば、電子線描画によるマスク製造プロセスにおいては、レジストを塗布したマスクブランクスが海外に出荷されているような状況すらあり、塗布から露光までの保管期間が数日から数ヶ月の間でばらつくのが現状である。このように、塗布から露光までの期間が長期に渡る場合、レジスト層中に含まれる残留溶媒の含有率の変動が、保管期間の異なる基板間におけるレジストパターンの寸法再現性の低下を招いていた。   On the other hand, in the case of VUV, EUV, X-ray, electron beam, charged particle lithography, etc. that are exposed in vacuum, in-line implementation is delayed from the point of productivity, and the time from resist application to exposure is not fixed. . For example, in mask manufacturing processes by electron beam drawing, mask blanks coated with resist are even shipped overseas, and the storage period from coating to exposure varies from several days to several months. Currently. As described above, when the period from coating to exposure is long, the variation in the content of the residual solvent contained in the resist layer has led to a decrease in the reproducibility of the resist pattern dimensions between substrates having different storage periods. .

そこで本発明は、上述の問題を解決するためになされたもので、レジストパターンの寸法精度を向上し、さらにはレジスト塗布から描画までのレジスト基板の放置時間に依存するレジストパターンの寸法変動を低減し、今後さらに進展し続けるフォトプロセスパターンの微細化に対応できるレジストパターンの寸法精度が得られるレジスト基板、その保存方法、及び、当該レジスト基板を用いるレジストパターン形成方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and improves the dimensional accuracy of the resist pattern, and further reduces the dimensional variation of the resist pattern depending on the standing time of the resist substrate from resist coating to drawing. An object of the present invention is to provide a resist substrate capable of obtaining a dimensional accuracy of a resist pattern that can cope with further miniaturization of a photoprocess pattern that will continue to advance in the future, a storage method thereof, and a resist pattern forming method using the resist substrate. .

上記の課題を解決するために、本発明によれば、 感光性組成物からなる膜厚500nm以下のレジスト層が、該レジスト層の残留溶剤と相溶性ある残留溶剤を含有し且つ該レジスト層と直接接触する下層を介さずに又は介して基板上に設けられ、プレベークされたレジスト基板であって、該レジスト基板は、前記下層が存在しない場合には該レジスト層のプレベーク直後の残留溶剤量が、又は、前記下層が存在する場合にはレジスト層と下層を合わせたプレベーク直後の平均残留溶剤量が、0.5〜20ppmであることを特徴とするレジスト基板が提供される。 In order to solve the above problems, according to the present invention, a resist layer made of a photosensitive composition having a thickness of 500 nm or less contains a residual solvent compatible with the residual solvent of the resist layer, and the resist layer Pre-baked resist substrate provided on the substrate with or without direct contact with the lower layer, the resist substrate having a residual solvent amount immediately after pre-baking of the resist layer when the lower layer is not present Or when the said lower layer exists, the average residual solvent amount immediately after the prebaking which combined the resist layer and the lower layer is 0.5-20 ppm is provided.

また、本発明によれば、2枚以上の基板に、必要に応じて予め下層を形成した後、該下層を介して又は介さずに感光性組成物を塗布し、膜厚500nm以下のレジスト層を形成してレジスト基板を得る工程、得られた各レジスト基板をプレベークする工程、プレベーク後の各レジスト基板を露光する工程、露光後の各レジスト基板を露光後ベークする工程、及び露光後ベークが終了した各レジスト基板を現像する工程を具備し、前記露光工程の直前におけるレジスト層中の前記プレベークする工程直後の残留溶剤量が、又は、該レジスト層と直接接触し且つレジスト層の残留溶媒と相溶性ある残留溶剤を含有する下層が存在する場合にはレジスト層と下層を合わせた前記プレベークする工程直後の平均残留溶剤量が、各レジスト基板間において0.5〜20ppmに制御されていることを特徴とするレジストパターン形成方法が提供される。 Further, according to the present invention, after forming a lower layer in advance on two or more substrates as necessary, the photosensitive composition is applied with or without the lower layer, and a resist layer having a thickness of 500 nm or less Forming a resist substrate and pre-baking each obtained resist substrate, exposing each resist substrate after pre-baking, post-exposure baking each resist substrate, and post-exposure baking. A step of developing each completed resist substrate, and a residual solvent amount immediately after the pre- baking step in the resist layer immediately before the exposure step, or a residual solvent in the resist layer that is in direct contact with the resist layer the average amount of the residual solvent after said step of pre-baking the combination of the resist layer and the lower layer when the lower layer containing a compatibility certain residual solvent is present, smell between each of the resist substrate A resist pattern forming method characterized in that it is controlled in 0.5~20ppm is provided.

さらに本発明によれば、感光性組成物からなる膜厚500nm以下のレジスト層が、該レジスト層の残留溶剤と相溶性ある残留溶剤を含有し且つ該レジスト層と直接接触する下層を介さずに又は介して基板上に設けられているレジスト基板を、前記下層が存在しない場合には該レジスト層の残留溶剤量を、又は、前記下層が存在する場合にはレジスト層と下層を合わせた平均残留溶剤量を、0.5〜20ppmに調整してから保存することを特徴とするレジスト基板の保存方法が提供される。   Further, according to the present invention, the resist layer made of the photosensitive composition having a film thickness of 500 nm or less contains a residual solvent compatible with the residual solvent of the resist layer and does not go through a lower layer that is in direct contact with the resist layer. Or the resist substrate provided on the substrate, the residual solvent amount of the resist layer when the lower layer does not exist, or the average residual of the resist layer and the lower layer when the lower layer exists A method of storing a resist substrate is provided, wherein the solvent is stored after adjusting the amount of the solvent to 0.5 to 20 ppm.

さらに本発明によれば、感光性組成物からなる膜厚500nm以下のレジスト層が、該レジスト層の残留溶剤と相溶性ある残留溶剤を含有し且つ該レジスト層と直接接触する下層を介さずに又は介して基板上に設けられ、プレベークされたレジスト基板の前記レジスト層中のプレベーク直後の残留溶剤量、又は前記下層が存在する場合にはレジスト層と下層を合わせたプレベーク直後の平均残留溶剤量を測定したときに、該残留溶剤量又は平均残留溶剤量が0.5〜20ppmの範囲内であるときに合格と判定することを特徴とするレジスト基板の評価方法が提供される。
Further, according to the present invention, the resist layer made of the photosensitive composition having a film thickness of 500 nm or less contains a residual solvent compatible with the residual solvent of the resist layer and does not go through a lower layer that is in direct contact with the resist layer. Or, the residual solvent amount immediately after pre-baking in the resist layer of the resist substrate that is provided on the substrate and is pre-baked , or the average residual solvent amount immediately after pre-baking combining the resist layer and the lower layer when the lower layer is present A resist substrate evaluation method is provided, wherein when the residual solvent amount or the average residual solvent amount is within a range of 0.5 to 20 ppm, it is determined to be acceptable.

本発明に係るレジスト基板は、線幅200nm前後または、それよりも更に微細なパターンを形成する際にパターンの倒壊を防ぐために、レジスト層の膜厚を500nm以下に制限する。
また、レジスト層の残留溶剤量が0.5〜20ppmの範囲に制御されているので、上記レジスト基板が、半導体装置の最先端品の製造に用いられるフォトマスク用ブランクス又は半導体ウエハの場合にも、露光によって生成した酸の拡散性が微細パターンの形成にとって最適であり、充分な感度が得られると共に、パターン線幅のばらつきも非常に少ない。
The resist substrate according to the present invention limits the film thickness of the resist layer to 500 nm or less in order to prevent pattern collapse when forming a pattern with a line width of around 200 nm or finer than that.
In addition, since the residual solvent amount of the resist layer is controlled in the range of 0.5 to 20 ppm, the resist substrate is also a photomask blank or a semiconductor wafer used for manufacturing a state-of-the-art product of a semiconductor device. The diffusibility of the acid generated by exposure is optimal for the formation of a fine pattern, and sufficient sensitivity can be obtained, and the variation in pattern line width is very small.

フォトマスク用ブランクスを市場に流通させることを意図する場合のように、レジスト基板の保存安定性を特に考慮したい場合には、レジスト基板のレジスト層に上記したような残留溶剤量の制御手法を適用して、その残留溶剤量を0.5〜20ppmの範囲に調整してから保存することが好ましい。   If the storage stability of the resist substrate is to be specifically considered, such as when photomask blanks are intended to be distributed to the market, the residual solvent amount control method described above is applied to the resist layer of the resist substrate. And it is preferable to preserve | save after adjusting the amount of the residual solvent to the range of 0.5-20 ppm.

また、今後さらに進展し続けるフォトプロセスパターンの微細化に対応できるレジストパターンの寸法精度を得るためにレジスト基板を選別したい場合には、上記評価方法によりレジスト基板を選別することが好ましい。   In addition, when it is desired to select a resist substrate in order to obtain a resist pattern dimensional accuracy that can cope with further miniaturization of a photo process pattern that will continue to advance in the future, it is preferable to select the resist substrate by the above evaluation method.

本発明によれば、微細パターンの線幅の面内ばらつきやレジスト基板間でのばらつきが非常に少なくなってパターンの寸法精度が向上し、さらに、レジスト基板の保存期間中の露光感度の変動が非常に少なくなって、レジスト塗布から露光までの保存時間にかかわらずパターン寸法の再現性が向上する。
本発明によれば、特に、今後さらに進展し続けるフォトプロセスパターンの微細化に対応できるレジストパターンの寸法精度を得ることができるので、フォトマスク用ブランクスの作製及びフォトマスクを用いる半導体製品の微細加工に好適に適用される。
According to the present invention, the in-plane variation of the line width of the fine pattern and the variation between the resist substrates are greatly reduced, and the dimensional accuracy of the pattern is improved. Further, the exposure sensitivity varies during the storage period of the resist substrate. As a result, the reproducibility of pattern dimensions is improved regardless of the storage time from resist application to exposure.
According to the present invention, since it is possible to obtain the dimensional accuracy of a resist pattern that can cope with the miniaturization of a photo process pattern, which will continue to be further developed in the future, the fabrication of blanks for photo masks and the fine processing of semiconductor products using photo masks It is preferably applied to.

本発明者らは、化学増幅型レジストの寸法精度をナノオーダーで制御するためには、レジスト層中の残留溶剤量をppmのオーダーで精密に制御することが重要であることを見出だし、本発明を成すに至った。
本発明により提供されるレジスト基板は、膜厚500nm以下で、かつ残留溶剤量が0.5〜20ppmの感光性組成物からなるレジスト層が基板上に設けられていることを特徴とする。
The present inventors have found that in order to control the dimensional accuracy of a chemically amplified resist on the nano order, it is important to precisely control the residual solvent amount in the resist layer on the order of ppm. Invented the invention.
The resist substrate provided by the present invention is characterized in that a resist layer made of a photosensitive composition having a film thickness of 500 nm or less and a residual solvent amount of 0.5 to 20 ppm is provided on the substrate.

また、本発明により提供されるレジストパターン形成方法は、2枚以上の基板に感光性組成物を塗布し、膜厚500nm以下のレジスト層を形成してレジスト基板を得る工程、得られた各レジスト基板をプレベークする工程、プレベーク後の各レジスト基板を露光する工程、露光後の各レジスト基板を露光後ベークする工程、及び露光後ベークが終了した各レジスト基板を現像する工程を具備し、前記露光工程の直前におけるレジスト層中の残留溶剤量が、各レジスト基板間において0.5〜20ppmの範囲に制御されていることを特徴とする。   In addition, the resist pattern forming method provided by the present invention includes a step of applying a photosensitive composition to two or more substrates and forming a resist layer having a film thickness of 500 nm or less to obtain a resist substrate, and each resist obtained A step of pre-baking the substrate, a step of exposing each resist substrate after pre-baking, a step of baking after exposure of each resist substrate, and a step of developing each resist substrate after completion of post-exposure baking. The amount of residual solvent in the resist layer immediately before the step is controlled in the range of 0.5 to 20 ppm between the resist substrates.

また、本発明により提供されるレジスト基板の保存方法は、感光性組成物からなり、かつ膜厚500nm以下のレジスト層が基板上に設けられているレジスト基板の該レジスト層の残留溶剤量を0.5〜20ppmの範囲に調整してから保存することを特徴とする。   Further, the resist substrate storage method provided by the present invention is a method of reducing the residual solvent amount of the resist layer of the resist substrate comprising the photosensitive composition and having a resist layer having a thickness of 500 nm or less on the substrate. It is characterized by being stored after being adjusted to the range of 5 to 20 ppm.

さらに、本発明により提供されるレジスト基板の評価方法は、感光性組成物からなる膜厚500nm以下のレジスト層が、該レジスト層の残留溶剤と相溶性ある残留溶剤を含有し且つ該レジスト層と直接接触する下層を介さずに又は介して基板上に設けられているレジスト基板の前記レジスト層中の残留溶剤量、又は前記下層が存在する場合にはレジスト層と下層を合わせた平均残留溶剤量を測定したときに、該残留溶剤量又は平均残留溶剤量が0.5〜20ppmの範囲内であるときに合格と判定することを特徴とする。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
Furthermore, in the method for evaluating a resist substrate provided by the present invention, a resist layer made of a photosensitive composition having a thickness of 500 nm or less contains a residual solvent compatible with the residual solvent of the resist layer, and the resist layer Residual solvent amount in the resist layer of the resist substrate provided on the substrate with or without direct contact with the lower layer, or the average residual solvent amount of the resist layer and lower layer when the lower layer is present Is measured, when the residual solvent amount or the average residual solvent amount is in the range of 0.5 to 20 ppm, it is determined to be acceptable.
Embodiments of the present invention are described in detail below.

本発明においてレジスト基板とは、微細パターンを形成したい下地となる基板上に、フォトプロセスによりエッチングマスクのパターンを形成することができる感光性組成物の層、すなわちレジスト層を設けた状態の基板のことを意味する。
そのようなレジスト基板としては、代表的には、半導体装置を製造する際に用いられるフォトマスクを形成する中間加工品であるフォトマスクブランクスが挙げられ、さらには、半導体ウエハにレジスト層を形成した状態の半導体装置を形成する中間加工品が挙げられる。
その他にも、基板上にレジスト層を設けた状態の基板であれば様々な分野の中間加工品、例えば、液晶ディスプレイのカラーフィルター、カラーフィルター(CF)用マスクなども本発明におけるレジスト基板に該当する。
In the present invention, the resist substrate is a layer of a photosensitive composition capable of forming a pattern of an etching mask by a photo process on a substrate serving as a base on which a fine pattern is to be formed, that is, a substrate in a state where a resist layer is provided. Means that.
A typical example of such a resist substrate is a photomask blank, which is an intermediate processed product for forming a photomask used in manufacturing a semiconductor device. Further, a resist layer is formed on a semiconductor wafer. An intermediate processed product for forming a semiconductor device in a state is mentioned.
In addition, intermediate processed products in various fields, such as a color filter for a liquid crystal display and a mask for a color filter (CF), also correspond to the resist substrate in the present invention as long as the substrate has a resist layer on the substrate. To do.

本発明において単に「基板」と称するときは、レジスト層が形成される支持体を意味し、典型的には板状であるが、板状ではない支持体であってもよい。通常は、該基板の上に遮光層や導電性薄膜のような、エッチング加工されるパターン形成層が設けられているが、基板自体の表面がエッチング加工される場合には、そのようなパターン形成層がなくてもよい。これに対し、本発明においてレジスト基板とは、基板の上にレジスト層が形成された状態の積層体を意味する。
本発明で用いられる基板としては種々の無機基板、例えばシリコンウェハ;素ガラス上にMoSi膜とクロム(Cr)膜を積層したフォトマスク用ブランクス;GaAs、AlGaAsなどのIII-V族化合物半導体ウェハ;クロムまたは酸化クロム蒸着マスク;アルミ蒸着基板;IBPSGコート基板;PSGコート基板;SOGコート基板;カーボン膜スパッタ基板などを使用することができる。さらに、上記基板上に例えば、反射防止膜などの有機膜を有していても良い。また、有機材料からなる基板を用いても良い。
これら基板は、最終的なレジスト基板の用途に応じて適切なものを選んで用いればよい。フォトマスク用基板のように自立性が要求される場合には、通常1mm以上の厚さを有する基板が用いられる。
In the present invention, when simply referred to as “substrate”, it means a support on which a resist layer is formed, and is typically a plate, but may be a support that is not plate-shaped. Usually, a pattern forming layer to be etched, such as a light shielding layer or a conductive thin film, is provided on the substrate. However, when the surface of the substrate itself is etched, such pattern formation is performed. There may be no layer. On the other hand, the resist substrate in the present invention means a laminate in a state where a resist layer is formed on the substrate.
As the substrate used in the present invention, various inorganic substrates such as silicon wafers; blanks for photomasks in which a MoSi film and a chromium (Cr) film are laminated on glass; III-V group compound semiconductor wafers such as GaAs and AlGaAs; A chromium or chromium oxide deposition mask; an aluminum deposition substrate; an IBPSG-coated substrate; a PSG-coated substrate; an SOG-coated substrate; a carbon film sputtering substrate, or the like can be used. Furthermore, for example, an organic film such as an antireflection film may be provided on the substrate. Further, a substrate made of an organic material may be used.
These substrates may be selected and used according to the final application of the resist substrate. When self-sustaining is required like a photomask substrate, a substrate having a thickness of 1 mm or more is usually used.

上記したような基板上に、感光性組成物からなるレジスト層を形成することによって、レジスト基板が作製される。以下において、本発明のレジスト基板を形成する方法を各工程毎に分けて説明する。
レジスト膜の形成に用いられる感光性組成物は特に限定されないが、レジスト層の優れた感度を得るために化学増幅型レジスト組成物を用いることが好ましい。化学増幅型レジスト組成物としては、ポジ型、ネガ型のいずれも用いることができる。
化学増幅型のポジ型レジスト組成物としては特に制限はなく、従来公知のもの、例えば、酸の作用によりアルカリに対する溶解性が変化する樹脂と、電離放射線の照射により酸を発生する化合物を必須成分として含むレジスト組成物を挙げることができる。また、化学増幅型のネガ型レジスト組成物としては特に制限はなく、従来公知のもの、例えばアルカリ可溶性樹脂と、酸架橋性物質と、電離放射線の照射により酸を発生する化合物を必須成分として含むレジスト組成物を挙げることができる。
A resist substrate is produced by forming a resist layer made of a photosensitive composition on the substrate as described above. Hereinafter, the method for forming the resist substrate of the present invention will be described separately for each step.
Although the photosensitive composition used for formation of a resist film is not specifically limited, In order to obtain the outstanding sensitivity of a resist layer, it is preferable to use a chemically amplified resist composition. As the chemically amplified resist composition, either a positive type or a negative type can be used.
The chemical amplification type positive resist composition is not particularly limited, and includes a conventionally known one, for example, a resin whose solubility in an alkali is changed by the action of an acid and a compound that generates an acid upon irradiation with ionizing radiation. The resist composition contained as can be mentioned. The chemically amplified negative resist composition is not particularly limited, and includes conventionally known compounds such as an alkali-soluble resin, an acid crosslinkable substance, and a compound that generates an acid upon irradiation with ionizing radiation as essential components. A resist composition can be mentioned.

前記化学増幅型のポジ型レジスト組成物において、酸の作用によりアルカリに対する溶解性が変化する樹脂は、アルカリ可溶性樹脂中のフェノール性水酸基やカルボキシル基などのアルカリ可溶性を付与する基の少なくとも一部が酸解離性置換基で保護され、アルカリ難溶性になっているものである。前記アルカリ可溶性樹脂としては、例えばフェノール、m-クレゾール、p-クレゾール、キシレノール、トリメチルフェノールなどのフェノール類とホルムアルデヒドなどのアルデヒド類とを酸性触媒下に縮合させて得られたノボラック型樹脂、ヒドロキシスチレンの単独重合体やヒドロキシスチレンと他のスチレン系単量体との共重合体、ヒドロキシスチレンとアクリル酸又はメタクリル酸あるいはその誘導体との共重合体などのポリヒドロキシスチレン系樹脂、アクリル酸又はメタクリル酸とその誘導体との共重合体であるアクリル酸又はメタクリル酸系樹脂等が挙げられる。
また、カリックスアレンのようなアルカリ可溶性低分子化合物は、非常に微細なレジストパターンを形成したい場合に有効である。そのようなアルカリ可溶性低分子化合物としては、カリックスアレンのように水酸基を一つ以上含み、分子量が300〜10,000程度の芳香族化合物や、特開平11−322656号公報、特開平11−258796号公報、特開2002−99089号公報、特開2005−75767号公報等に記載された低分子化合物が挙げられる。
In the chemically amplified positive resist composition, the resin whose solubility in alkali is changed by the action of an acid is such that at least a part of the group imparting alkali solubility such as phenolic hydroxyl group and carboxyl group in the alkali-soluble resin is present. It is protected with an acid-dissociable substituent and is hardly soluble in alkali. Examples of the alkali-soluble resins include novolak resins obtained by condensing phenols such as phenol, m-cresol, p-cresol, xylenol, and trimethylphenol with aldehydes such as formaldehyde in the presence of an acidic catalyst, hydroxystyrene Polyhydroxystyrene resins such as homopolymers of styrene, copolymers of hydroxystyrene and other styrene monomers, copolymers of hydroxystyrene and acrylic acid or methacrylic acid or derivatives thereof, acrylic acid or methacrylic acid And acrylic acid or methacrylic acid resin, which is a copolymer of styrene and its derivatives.
An alkali-soluble low molecular weight compound such as calixarene is effective when it is desired to form a very fine resist pattern. Examples of such alkali-soluble low-molecular compounds include aromatic compounds containing one or more hydroxyl groups and having a molecular weight of about 300 to 10,000, such as calixarene, JP-A-11-322656, and JP-A-11-258996. And low molecular weight compounds described in JP-A-2002-99089, JP-A-2005-75767, and the like.

また、酸解離性置換基で保護された水酸基をもつアルカリ可溶性樹脂としては、樹脂中のヒドロキシル基、カルボキシル基などの酸性基の水酸基の一部を酸解離性置換基で保護したヒドロキシスチレンの単独重合体や当該ヒドロキシスチレンと他のスチレン系単量体との共重合体、当該ヒドロキシスチレンとアクリル酸又はメタクリル酸あるいはその誘導体との共重合体、あるいはカルボキシル基中の水酸基の一部を酸解離性置換基で保護したアクリル酸又はメタクリル酸とそれらの誘導体、ヒドロキシスチレン又は水酸基の一部を酸解離性置換基で保護したヒドロキシスチレンとの共重合体を挙げることができる。他方、上記酸解離性置換基としては、例えばtert-ブトキシカルボニル基、tert-アミルオキシカルボニル基などのアルコキシカルボニル基、tert-ブチル基などの第三級アルキル基、エトキシエチル基、メトキシプロピル基などのアルコキシアルキル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基などのアセタール基、ベンジル基、トリメチルシリル基、2以上の置換基を有する2-プロペニル基、1-エチルシクロヘキシル基などの1位に置換基を有するシクロアルキル基などを挙げることができる。これらの酸解離性置換基による水酸基の保護率は、通常樹脂中の水酸基の1〜60モル%、好ましくは5〜50モル%の範囲である。   In addition, as an alkali-soluble resin having a hydroxyl group protected with an acid-dissociable substituent, hydroxystyrene having a hydroxyl group, a carboxyl group or other acidic group in the resin partially protected with an acid-dissociable substituent A polymer, a copolymer of the hydroxystyrene and another styrene monomer, a copolymer of the hydroxystyrene and acrylic acid or methacrylic acid or a derivative thereof, or acid dissociation of a part of the hydroxyl group in the carboxyl group And a copolymer of acrylic acid or methacrylic acid protected with an ionic substituent and a derivative thereof, hydroxystyrene or hydroxystyrene having a hydroxyl group partially protected with an acid-dissociable substituent. On the other hand, examples of the acid dissociable substituent include alkoxycarbonyl groups such as tert-butoxycarbonyl group and tert-amyloxycarbonyl group, tertiary alkyl groups such as tert-butyl group, ethoxyethyl group and methoxypropyl group. An acetal group such as an alkoxyalkyl group, a tetrahydropyranyl group or a tetrahydrofuranyl group, a benzyl group, a trimethylsilyl group, a 2-propenyl group having two or more substituents, or a 1-ethylcyclohexyl group. A cycloalkyl group etc. can be mentioned. The protection rate of hydroxyl groups by these acid dissociable substituents is usually in the range of 1 to 60 mol%, preferably 5 to 50 mol% of the hydroxyl groups in the resin.

一方、電離放射線の照射により酸を発生する化合物(以下、酸発生剤という)としては特に制限はなく、化学増幅型レジストの酸発生剤として用いられる従来公知のものの中から、任意のものを選択して使用することができる。このような酸発生剤の例としては、ビス(p-トルエンスルホニル)ジアゾメタンなどのビススルホニルジアゾメタン類、p-トルエンスルホン酸2-ニトロベンジルなどのニトロベンジル誘導体類、ピロガロールトリメシレートなどのスルホン酸エステル類、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェートなどのオニウム塩類、ベンゾイントシレートなどのベンゾイントシレート類、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-トリアジンなどのハロゲン含有トリアジン化合物類、α-(メチルスルホニルオキシイミノ)-フェニルアセトニトリルなどのシアノ基含有オキシムスルホネート化合物類、N-(イソプロピルスルホニルオキシ)スクシンイミドなどのイミノスルホネート化合物等が挙げられる。
これらの酸発生剤は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよく、また、その配合量は、前記酸の作用によりアルカリに対する溶解性が変化する樹脂100重量部に対し、0.5〜30重量部、好ましくは1〜10重量部である。この範囲よりも少なくなると像形成ができないし、多くなると、均一な溶液とならず、保存安定性が低下する。
On the other hand, there is no particular limitation on the compound that generates an acid upon irradiation with ionizing radiation (hereinafter referred to as an acid generator), and an arbitrary one is selected from conventionally known compounds used as an acid generator for chemically amplified resists. Can be used. Examples of such acid generators include bissulfonyldiazomethanes such as bis (p-toluenesulfonyl) diazomethane, nitrobenzyl derivatives such as 2-nitrobenzyl p-toluenesulfonate, and sulfonate esters such as pyrogallol trimesylate. , Onium salts such as diphenyliodonium hexafluorophosphate, benzoin tosylate such as benzoin tosylate, 2- (4-methoxyphenyl) -4,6- (bistrichloromethyl) -1,3,5-triazine, etc. Examples thereof include halogen-containing triazine compounds, cyano group-containing oxime sulfonate compounds such as α- (methylsulfonyloxyimino) -phenylacetonitrile, iminosulfonate compounds such as N- (isopropylsulfonyloxy) succinimide, and the like.
These acid generators may be used alone or in combination of two or more, and the blending amount thereof is 100 weight of resin whose solubility in alkali is changed by the action of the acid. The amount is 0.5 to 30 parts by weight, preferably 1 to 10 parts by weight per part. When the amount is less than this range, image formation cannot be performed, and when the amount is larger, a uniform solution is not obtained and the storage stability is lowered.

さらに、前記化学増幅型のネガ型レジスト組成物において、アルカリ可溶性樹脂としては、例えばフェノールノボラック型樹脂、クレゾールノボラック型樹脂、又はポリヒドロキシスチレン及びヒドロキシスチレンと、これと共重合可能なモノマーとの共重合体などのヒドロキシスチレン系樹脂を挙げることができる。
ヒドロキシスチレン系樹脂としては、ヒドロキシスチレンの単独重合体、ヒドロキシスチレンとアクリル酸誘導体、アクリロニトリル、メタクリル酸誘導体、メタクリロニトリル、スチレン、α-メチルスチレン、p-メチルスチレン、o-メチルスチレン、p-メトキシスチレン、p-クロロスチレン等のスチレン誘導体との共重合体、ヒドロキシスチレン単独重合体の水添樹脂及びヒドロキシスチレンと上記アクリル酸誘導体、メタクリル酸誘導体、スチレン誘導体との共重合体の水添樹脂などが挙げられる。また、これらの樹脂中のヒドロキシル基、カルボキシル基などの酸性基の水酸基の一部をアルキルエーテル化,アリールエーテル化,アルケニルエーテル化あるいはアラルキルエーテル化することで保護したものも好適に使用することができる。
また、アルカリ可溶性樹脂の質量平均分子量(ポリスチレン換算、以下同様)は特に限定するものではないが、1,000〜50,000、さらに好ましくは4,000〜30,000とされる。この範囲よりも大きいとレジスト溶剤への溶解性が悪くなり、小さいとレジストパタ−ンが膜減りするおそれがある。
Furthermore, in the chemically amplified negative resist composition, examples of the alkali-soluble resin include phenol novolac resin, cresol novolac resin, or polyhydroxystyrene and hydroxystyrene, and a copolymerizable monomer. Examples thereof include hydroxystyrene resins such as polymers.
Hydroxystyrene resins include hydroxystyrene homopolymers, hydroxystyrene and acrylic acid derivatives, acrylonitrile, methacrylic acid derivatives, methacrylonitrile, styrene, α-methylstyrene, p-methylstyrene, o-methylstyrene, p- Copolymers with styrene derivatives such as methoxystyrene and p-chlorostyrene, hydrogenated resins of hydroxystyrene homopolymer, and hydrogenated resins of copolymers of hydroxystyrene with the above acrylic acid derivatives, methacrylic acid derivatives and styrene derivatives Etc. In addition, those obtained by protecting a part of hydroxyl groups of acidic groups such as hydroxyl groups and carboxyl groups in these resins by alkyl etherification, aryl etherification, alkenyl etherification or aralkyl etherification can be suitably used. it can.
Moreover, the mass average molecular weight (in terms of polystyrene, the same applies hereinafter) of the alkali-soluble resin is not particularly limited, but is 1,000 to 50,000, more preferably 4,000 to 30,000. If it is larger than this range, the solubility in the resist solvent will deteriorate, and if it is smaller, the resist pattern may be reduced in film thickness.

一方、酸架橋性物質としては、従来、化学増幅型のネガ型レジストの架橋剤として、通常使用されていたアルコキシメチル基を有するフェノール誘導体、メチロール基、アルコキシメチル基、及びアシロキシメチル基の少なくとも1種の基で置換された、ウレア化合物、メラミン化合物、ベンゾグアナミン化合物、あるいはグリコールウリル化合物などを単独で、あるいは2種以上混合して用いることができる。   On the other hand, as the acid crosslinkable substance, conventionally, as a crosslinking agent for a chemically amplified negative resist, at least one of a phenol derivative having an alkoxymethyl group, a methylol group, an alkoxymethyl group, and an acyloxymethyl group, which has been conventionally used. A urea compound, a melamine compound, a benzoguanamine compound, or a glycoluril compound substituted with one kind of group can be used alone or in combination of two or more kinds.

また、酸発生剤としては、前記化学増幅型のポジ型レジスト組成物において、例示した化合物と同じものを挙げることができる。各成分の配合割合については、アルカリ可溶性樹脂100重量部に対し、通常、酸架橋性物質3〜70重量部、酸発生剤0.5〜20重量部の範囲で選ばれる。酸架橋性物質の量が3重量部未満ではレジストパターンが形成されにくいし、70重量部を超えると現像性が低下する原因となる。また、酸発生剤の量が0.5重量部未満では感度が低下するし、20重量部を超えると均一なレジストが得られにくく、現像性も低下する。   Examples of the acid generator include the same compounds as those exemplified in the chemically amplified positive resist composition. The blending ratio of each component is usually selected in the range of 3 to 70 parts by weight of the acid crosslinkable substance and 0.5 to 20 parts by weight of the acid generator with respect to 100 parts by weight of the alkali-soluble resin. If the amount of the acid crosslinkable substance is less than 3 parts by weight, it is difficult to form a resist pattern, and if it exceeds 70 parts by weight, the developability deteriorates. Further, when the amount of the acid generator is less than 0.5 parts by weight, the sensitivity is lowered, and when it exceeds 20 parts by weight, a uniform resist is hardly obtained and the developability is also lowered.

また、本発明で用いられるレジスト組成物には、レジストパタ−ン形状、保管状態での経時安定性などを向上させるために、公知の塩基性化合物のものの中から、任意のものを選択して使用することができる。このような塩基性化合物の例としては、置換若しくは未置換のグアニジン、置換若しくは未置換のアミノピリジン、置換若しくは未置換のアミノアルキルピリジン、置換若しくは未置換のアミノピロリジン、置換若しくは未置換のインダゾール、イミダゾール、置換若しくは未置換のピラゾール、置換若しくは未置換のピラジン、置換若しくは未置換のピリミジン、置換若しくは未置換のプリン、置換若しくは未置換のイミダゾリン、置換若しくは未置換のピラゾリン、置換若しくは未置換のピペラジン、置換若しくは未置換のアミノモルフォリン、置換若しくは未置換のアミノアルキルモルフォリン等が挙げられる。好ましい置換基は、アミノ基、アミノアルキル基、アルキルアミノ基、アミノアリール基、アリールアミノ基、アルキル基、アルコキシ基、アシル基、アシロキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ニトロ基、水酸基、シアノ基である。
これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのアミンは、アルカリ可溶性成分100質量部に対して、通常0.01〜5.0質量部の範囲で用いられる。
In addition, the resist composition used in the present invention is selected from any of the known basic compounds in order to improve the resist pattern shape, stability over time in storage conditions, and the like. can do. Examples of such basic compounds include substituted or unsubstituted guanidine, substituted or unsubstituted aminopyridine, substituted or unsubstituted aminoalkylpyridine, substituted or unsubstituted aminopyrrolidine, substituted or unsubstituted indazole, Imidazole, substituted or unsubstituted pyrazole, substituted or unsubstituted pyrazine, substituted or unsubstituted pyrimidine, substituted or unsubstituted purine, substituted or unsubstituted imidazoline, substituted or unsubstituted pyrazoline, substituted or unsubstituted piperazine Substituted or unsubstituted aminomorpholine, substituted or unsubstituted aminoalkylmorpholine, and the like. Preferred substituents are amino group, aminoalkyl group, alkylamino group, aminoaryl group, arylamino group, alkyl group, alkoxy group, acyl group, acyloxy group, aryl group, aryloxy group, nitro group, hydroxyl group, cyano group It is.
These may be used alone or in combination of two or more. These amines are usually used in the range of 0.01 to 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the alkali-soluble component.

本発明に係る化学増幅型レジスト組成物には、さらに所望により混和性のある添加剤、例えばレジスト膜の性能を改良するための付加的樹脂、塗布性を向上させるための界面活性剤、溶解抑制剤、可塑剤、安定剤、着色剤、ハレーション防止剤などを適宜、添加含有させることができる。   The chemically amplified resist composition according to the present invention further contains miscible additives as desired, for example, additional resins for improving the performance of the resist film, surfactants for improving coating properties, and dissolution inhibition. An agent, a plasticizer, a stabilizer, a colorant, an antihalation agent, and the like can be appropriately added and contained.

これらのレジスト組成物は、通常、前記各成分を溶剤に溶解させ、この溶液を必要に応じて濾過することにより調製することができる。
ここで用いられる有機溶媒としては、例えば、シクロヘキサノン、アセトン、エチルメチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系溶媒;メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテートなどのセロソルブ系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル、γ−ブチロラクトン、3−メトキシプロピオン酸メチルなどのエステル系溶媒;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グリコール系溶媒;ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホリックトリアミドジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどの含窒素系溶媒や、溶解性向上のためこれらにジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアルデヒド、N−メチルピロリジノン等を添加した混合溶媒を用いることができる。また、メチルプロピオン酸メチル等のプロピオン酸誘導体、乳酸エチル等の乳酸エステル類や、PGMEA(プロピレングリコールモノエチルアセテート)等も、低毒性であり好ましく用いられ得る。なお本発明において、このような溶媒は単独または2種以上を混合して用いることができ、さらにイソプロピルアルコール、エチルアルコール、メチルアルコール、n-ブチルアルコール、s−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、イソブチルアルコールなどの脂肪族アルコールや、トルエン、キシレンなどの芳香族溶媒が含有されていても構わない。
These resist compositions can be usually prepared by dissolving the above components in a solvent and filtering the solution as necessary.
Examples of the organic solvent used herein include ketone solvents such as cyclohexanone, acetone, ethyl methyl ketone, and methyl isobutyl ketone; cellosolv solvents such as methyl cellosolve, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, and butyl cellosolve acetate; Ester solvents such as butyl acetate, isoamyl acetate, γ-butyrolactone, methyl 3-methoxypropionate; glycol solvents such as propylene glycol monomethyl ether acetate; dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoric triamide dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, etc. In order to improve solubility, dimethyl sulfoxide, dimethylformaldehyde, N-methylpyrrolidinone, etc. were added to these. Mixed solvent can be used. In addition, propionic acid derivatives such as methyl methyl propionate, lactic acid esters such as ethyl lactate, PGMEA (propylene glycol monoethyl acetate), and the like have low toxicity and can be preferably used. In the present invention, such solvents can be used alone or in combination of two or more, and further, isopropyl alcohol, ethyl alcohol, methyl alcohol, n-butyl alcohol, s-butyl alcohol, t-butyl alcohol, isobutyl. An aliphatic alcohol such as alcohol or an aromatic solvent such as toluene or xylene may be contained.

本発明のレジスト基板は、先ず、上述したような有機溶媒に溶解されたレジスト組成物のワニスを回転塗布法やディッピング法などで所定の基板上に塗布した後、通常60〜160℃程度、好ましくは80〜140℃で、加熱時間は1〜30分間程度で乾燥してレジスト層を成膜する。加熱乾燥は、例えば減圧下、窒素などの乾燥ガス雰囲気、もしくはガスフロー下で行っても良い。   In the resist substrate of the present invention, first, a varnish of a resist composition dissolved in an organic solvent as described above is applied on a predetermined substrate by a spin coating method or a dipping method, and then usually about 60 to 160 ° C., preferably Is dried at 80 to 140 ° C. and heating time of about 1 to 30 minutes to form a resist layer. The heat drying may be performed, for example, under a reduced pressure, a dry gas atmosphere such as nitrogen, or a gas flow.

本発明においては、特に半導体装置の最先端品に対応できる超微細パターンを形成する観点から、レジスト層の厚さを500nm以下とする。半導体装置の最先端品に対しては、現在45〜90nm前後の最小加工寸法が要求されている。また、そのために用いられるフォトマスクは、通常はその4倍の線幅、中には1倍の線幅が必要となり、パターン線幅の面内ばらつきについては、標準偏差3σが8.8nm以内となることが要求される。そのため、このような先端品のパターンを形成するためのレジスト層の厚さが500nmを超えると、パターンの線幅に対する、パターンの高さの比(アスペクト比)が大きくなりすぎて、パターン形成及びエッチング加工のプロセス中に溶媒の表面張力等の諸作用によってレジストパターンが倒壊しやすくなってしまう。
充分なエッチング耐性が得られる厚さ、すなわちエッチング工程においてレジスト膜として機能し得る厚さであれば、レジスト層の厚さは500nm以下の範囲内で、レジスト基板の用途や微細加工の条件に合わせて適宜決定することができる。
一例として、現時点での典型的なフォトマスク用ブランクスの場合には、透明基板上に遮光層としてCr薄膜を形成し、その上にレジスト層を形成する場合には、レジスト層の厚さを50nm程度まで薄くすることができる。
In the present invention, the thickness of the resist layer is set to 500 nm or less, particularly from the viewpoint of forming an ultrafine pattern that can correspond to the most advanced semiconductor device. For cutting-edge products of semiconductor devices, a minimum processing dimension of about 45 to 90 nm is currently required. In addition, the photomask used for that purpose usually requires a line width that is four times that of the photomask, and in particular, a line width that is one times that of the photomask. It is required to be. Therefore, when the thickness of the resist layer for forming such a pattern of advanced products exceeds 500 nm, the ratio of the pattern height to the line width of the pattern (aspect ratio) becomes too large. During the etching process, the resist pattern tends to collapse due to various effects such as the surface tension of the solvent.
The thickness of the resist layer is within a range of 500 nm or less as long as sufficient etching resistance can be obtained, that is, a thickness that can function as a resist film in the etching process. Can be determined as appropriate.
As an example, in the case of a typical photomask blank at present, a Cr thin film is formed as a light shielding layer on a transparent substrate, and a resist layer is formed thereon, the thickness of the resist layer is 50 nm. It can be made as thin as possible.

レジスト層中の残留溶剤量の制御方法としては、レジスト組成物塗布後のプレベーキングの温度及び時間によって精密に制御する方法が挙げられる。また、プレベーキング後の基板であっても、保存環境を制御することによってレジスト層中の残留溶剤量が均一になるように制御することができる。例えば、溶剤を含まない気流にさらす、圧力を低下させる、若しくは、温度を上昇させることなどによって、溶媒の蒸発を促進して残留溶剤量を一定量まで減少させてもよい。また、レジスト基板を溶媒蒸気を含む気体にさらすことによって、残留溶剤量を積極的に飽和濃度にまで増加させることもできる。これらの手法は、単独もしくは組み合わせて使用することができる。   Examples of the method for controlling the amount of residual solvent in the resist layer include a method of precisely controlling the amount of pre-baking after applying the resist composition. Even in the case of a substrate after pre-baking, the amount of residual solvent in the resist layer can be controlled to be uniform by controlling the storage environment. For example, evaporation of the solvent may be promoted to reduce the residual solvent amount to a certain amount by exposure to an air stream that does not contain a solvent, decrease the pressure, or increase the temperature. Further, by exposing the resist substrate to a gas containing solvent vapor, the amount of residual solvent can be positively increased to a saturated concentration. These techniques can be used alone or in combination.

このような手法を適宜行うことによってレジスト層の残留溶剤量が0.5〜20ppmであるレジスト基板を得ることができる。
また、基板とレジスト層の間に、レジスト層と直接接触する下層が存在し、該下層が、レジスト層の残留溶剤と相溶性ある残留溶剤を含有する場合には、レジスト層と下層を合わせた平均残留溶剤量を、0.5〜20ppmに調整する。
以下において、レジスト層と直接接触し、且つ、レジスト層の残留溶剤と相溶性ある残留溶剤を含有する下層が存在しない場合におけるレジスト層の残留溶剤量、及び、該下層が存在するする場合におけるレジスト層と下層を合わせた平均残留溶剤量を総称して、単に「レジスト層の残留溶剤量」と称する。
また、本発明において、レジスト層の残留溶剤量とは、レジスト層の体積(下層を含めた平均残留溶剤量の場合には、レジスト層と下層の合計体積)に対する残留溶剤の割合を意味し、1ppm=1ng/cmである。
By appropriately performing such a method, a resist substrate having a residual solvent amount of 0.5 to 20 ppm in the resist layer can be obtained.
In addition, when there is a lower layer in direct contact with the resist layer between the substrate and the resist layer, and the lower layer contains a residual solvent compatible with the residual solvent of the resist layer, the resist layer and the lower layer are combined. The average residual solvent amount is adjusted to 0.5 to 20 ppm.
In the following, the residual solvent amount of the resist layer when there is no lower layer containing a residual solvent that is in direct contact with the resist layer and compatible with the residual solvent of the resist layer, and the resist when the lower layer exists The average residual solvent amount of the layer and the lower layer is collectively referred to simply as “residual solvent amount of resist layer”.
In the present invention, the residual solvent amount of the resist layer means the ratio of the residual solvent to the volume of the resist layer (in the case of the average residual solvent amount including the lower layer, the total volume of the resist layer and the lower layer), 1 ppm = 1 ng / cm 3 .

レジスト層の残留溶剤量の残留溶剤量が20ppmを超えると、レジスト層内での酸の拡散移動が活発になりすぎて、微細パターンを形成する用途にとっては線幅の面内ばらつきやレジスト基板間でのばらつきが無視できないほどに顕著となる。また、残留溶剤量が20ppmを超えると、レジスト基板の保存中に残留溶剤量が急速に減少し、微細パターンを形成する用途にとっては露光感度の変動が無視できないほどに顕著となる。
一方、レジスト層の残留溶剤量が0.5ppm未満であるレジスト基板は、例えば真空中、高温加熱を行うことにより作成は可能であるが、レジスト層内での酸の拡散移動が困難となり、感度が大きく低下してしまうため良好なパターンが得られない。また、レジスト層の残留溶剤量が0.5ppm未満となると、塩基性化合物等の保管安定性の向上を目的とする物質の拡散性が低下することが示唆され、これにより保管安定性が低下する可能性がある。
If the residual solvent amount of the resist layer exceeds 20 ppm, the acid diffusion and movement within the resist layer becomes too active, and in applications where fine patterns are formed, in-plane variation in line width or between resist substrates The variation in is so remarkable that it cannot be ignored. On the other hand, if the residual solvent amount exceeds 20 ppm, the residual solvent amount rapidly decreases during the preservation of the resist substrate, and the variation in exposure sensitivity becomes remarkable for use in forming a fine pattern.
On the other hand, a resist substrate having a residual solvent amount of less than 0.5 ppm in the resist layer can be prepared, for example, by heating at a high temperature in a vacuum. However, it is difficult to diffuse and move the acid in the resist layer. However, a good pattern cannot be obtained. In addition, when the residual solvent amount in the resist layer is less than 0.5 ppm, it is suggested that the diffusibility of a substance intended to improve the storage stability of a basic compound or the like is lowered, and this reduces the storage stability. there is a possibility.

本発明によれば、レジスト層の残留溶剤量を0.5〜20ppmの範囲に制御し、そのように残留溶剤量を制御したものを合格品として用いることによって、微細パターンの線幅の面内ばらつきやレジスト基板間でのばらつきが非常に少なくなってパターンの寸法精度が向上し、さらに、レジスト基板の保存期間中の露光感度の変動が非常に少なくなって、レジスト塗布から露光までの保存時間にかかわらずパターン寸法の再現性が向上する。保存状態にもよるが、レジスト層の残留溶剤量を上記範囲内に調整してから通常は3ヶ月間程度の保存期間が許容され、この保存期間中であれば、レジスト基板の加工精度と感度を良好に維持することができる。
さらに、レジスト基板が、半導体装置の最先端品(要求線幅:45〜90nm)の製造に用いられるフォトマスク用ブランクス又は半導体ウエハの場合においても、レジスト層の残留溶剤量を0.5〜20ppmの範囲に制御することによって、パターン線幅の面内ばらつきを標準偏差3σが10nm以内とすることができる。また、保存状態にもよるが、レジスト層の残留溶剤量を上記範囲内に調整してから通常は1ヶ月間程度の保存期間が許容され、この保存期間中であれば、最先端品に対応できるレジスト基板の加工精度と感度を維持することができる。
According to the present invention, the residual solvent amount of the resist layer is controlled in the range of 0.5 to 20 ppm, and the residual solvent amount thus controlled is used as an acceptable product. Variations and variations between resist substrates are greatly reduced, improving the dimensional accuracy of the pattern.Further, variations in exposure sensitivity during the storage period of the resist substrate are greatly reduced, and the storage time from resist application to exposure Regardless of this, the reproducibility of pattern dimensions is improved. Although depending on the storage state, a storage period of about 3 months is usually allowed after adjusting the residual solvent amount in the resist layer within the above range. During this storage period, the processing accuracy and sensitivity of the resist substrate are acceptable. Can be maintained well.
Furthermore, even when the resist substrate is a blank for a photomask or a semiconductor wafer used for manufacturing a state-of-the-art product of semiconductor devices (required line width: 45 to 90 nm), the residual solvent amount of the resist layer is 0.5 to 20 ppm. By controlling in this range, the in-plane variation of the pattern line width can be controlled so that the standard deviation 3σ is within 10 nm. Also, depending on the storage conditions, after the amount of residual solvent in the resist layer is adjusted within the above range, a storage period of about one month is normally allowed. It is possible to maintain the processing accuracy and sensitivity of the resist substrate.

基板上に例えば、反射防止膜等の有機膜を下地層として有する基板上に、レジスト層を形成したレジスト基板において、下地層の形成に用いた溶剤と、レジスト層の形成に用いた溶剤とが相溶性のある溶剤同士である場合には、上記残留溶剤量はレジスト層の残留溶剤量と、下地層の残留溶剤量とを平均化した残留溶剤量を示す。ここで、相溶性のある溶剤としては、前記レジスト組成物において例示したレジスト溶剤と同じものが挙げられ、下地層とレジスト層の相溶性のある溶剤は同一であっても異なっていてもよく、単一溶剤であっても混合溶剤であってもよい。   For example, in a resist substrate in which a resist layer is formed on a substrate having an organic film such as an antireflection film on the substrate, the solvent used for forming the base layer and the solvent used for forming the resist layer When the solvents are compatible with each other, the residual solvent amount indicates a residual solvent amount obtained by averaging the residual solvent amount of the resist layer and the residual solvent amount of the underlayer. Here, examples of the compatible solvent include the same resist solvents exemplified in the resist composition, and the compatible solvents for the underlayer and the resist layer may be the same or different, It may be a single solvent or a mixed solvent.

上記残留溶剤量の測定方法としては、例えば、被検体であるレジスト基板をレジスト層の一定体積量分(下層を含めた平均残留溶剤量の場合には、レジスト層と下層の一定体積量分)を採取し、レジスト組成物の溶解に使用していない溶剤(通常は極性有機溶媒を用いる)で抽出し、この抽出液を一部採取して、ガスクロマトグラフ法、液体クロマトグラフ法、核磁気共鳴スペクトル法、質量分析法、赤外吸収スペクトル法等の分析法で残留溶剤を定量し、レジスト層(又はレジスト層と下層)内の残留溶剤総重量をレジスト層の体積(又はレジスト層と下層の合計体積)で除することで算出することができる。   Examples of the method for measuring the residual solvent amount include, for example, a resist substrate as an object for a predetermined volume amount of the resist layer (in the case of an average residual solvent amount including the lower layer, a predetermined volume amount of the resist layer and the lower layer). Extracted with a solvent that is not used to dissolve the resist composition (usually using a polar organic solvent), and a portion of this extract is collected for gas chromatography, liquid chromatography, nuclear magnetic resonance. Residual solvent is quantified by an analysis method such as spectral method, mass spectrometry, infrared absorption spectral method, etc., and the total residual solvent weight in the resist layer (or resist layer and lower layer) is determined by the volume of resist layer (or resist layer and lower layer). It can be calculated by dividing by (total volume).

また、面内均一性は、パターン線幅の面内ばらつきを標準偏差3σの大きさを求めることで、評価することができる。例えば、側長SEM(走査型電子顕微鏡)等により線幅を多数地点で測定し3σを求め、その値をITRSロードマップの基準に照し合わせて評価すればよい。   Further, the in-plane uniformity can be evaluated by obtaining the standard deviation 3σ for the in-plane variation of the pattern line width. For example, the line width may be measured at many points using a side-length SEM (scanning electron microscope) or the like to obtain 3σ, and the value may be evaluated against the ITRS roadmap reference.

フォトマスク用ブランクスを市場に流通させることを意図する場合のように、レジスト基板の保存安定性を特に考慮したい場合には、レジスト基板のレジスト層に上記したような残留溶剤量の制御手法を適用して、その残留溶剤量を0.5〜20ppmの範囲に調整してから保存(出荷後の市場流通下での保存状態を含む。)することが好ましい。
ただし、塗布後のレジスト基板もしくは、購入したブランクスを使用前に再加熱、真空引き、溶媒蒸気に曝すなどの手法により所望の残留溶剤量に制御することもできる。
If the storage stability of the resist substrate is to be specifically considered, such as when photomask blanks are intended to be distributed to the market, the residual solvent amount control method described above is applied to the resist layer of the resist substrate. And it is preferable to preserve | save (it contains the preservation | save state under the market distribution after shipment) after adjusting the residual solvent amount to the range of 0.5-20 ppm.
However, it is also possible to control the resist substrate after coating or purchased blanks to a desired residual solvent amount by a method such as reheating, evacuation, or exposure to solvent vapor before use.

このようにして形成されたレジスト層に電離放射線を照射して選択露光又は描画を施し、潜像パターンを形成する。電離放射線としては、例えば紫外線、g線、i線、KrFエキシマレーザー光、ArFエキシマレーザー光、さらには電子線のような粒子線などを挙げることができる。電離放射線を照射して選択露光する方法としては、特に制限はなく、従来公知の方法を用いることができる。例えば縮小投影露光装置などにより、紫外線、g線、i線、KrFエキシマレーザー光、ArFエキシマレーザー光などを所望のマスクパターンを介して照射する方法、あるいは電子線などの粒子線により描画する方法などを用いることができる。このようにして、レジスト膜に潜像パターンが形成される。   The resist layer thus formed is irradiated with ionizing radiation and subjected to selective exposure or drawing to form a latent image pattern. Examples of the ionizing radiation include ultraviolet rays, g-rays, i-rays, KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, and particle beams such as electron beams. There is no restriction | limiting in particular as a method of selectively exposing by irradiating ionizing radiation, A conventionally well-known method can be used. For example, a method of irradiating ultraviolet rays, g-rays, i-rays, KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, etc. through a desired mask pattern with a reduction projection exposure apparatus, or a method of drawing with particle beams such as electron beams Can be used. In this way, a latent image pattern is formed on the resist film.

最後に、潜像パターンを有するレジスト層を現像処理し、該潜像パターンを顕像化する工程である。この工程における現像処理方法としては特に制限はなく、従来公知の方法を用いることができる。例えば1〜10重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液のようなアルカリ性水溶液などを用いて現像処理が行われる。現像処理後は、通常純水などを用いるリンス処理が施される。   Finally, the resist layer having the latent image pattern is developed to visualize the latent image pattern. There is no restriction | limiting in particular as the image development processing method in this process, A conventionally well-known method can be used. For example, the development processing is performed using an alkaline aqueous solution such as a 1 to 10% by weight tetramethylammonium hydroxide aqueous solution. After the development processing, rinsing processing is usually performed using pure water or the like.

本発明によれば、特に、今後さらに進展し続けるフォトプロセスパターンの微細化に対応できるレジストパターンの寸法精度を得ることができるので、フォトマスク用ブランクスの作製及びフォトマスクを用いる半導体製品の微細加工に好適に適用される。   According to the present invention, since it is possible to obtain the dimensional accuracy of a resist pattern that can cope with the miniaturization of a photo process pattern, which will continue to be further developed in the future, the fabrication of blanks for photo masks and the fine processing of semiconductor products using the photo masks It is preferably applied to.

以下において、実施例を示して本発明を更に詳細に説明するが、これに限定されるものではない。
(実施例1)
フォトマスク用ブランクスの製造を想定し、ガラス基板上にネガ型化学増幅型レジストを塗布してレジスト基板を作製した。
まず、下記化学式で表わされる構造のアルカリ可溶性樹脂20.1重量部、架橋剤としてヘキサメチロ−ルメラミンヘキサメチルエ−テル1.5重量部、酸発生剤としてN−(イソプロピルスルホニルオキシ)スクシンイミド1.2重量部、及び塩基性化合物として1,2−ジ(4−ピリジル)エタン0.01部を、PGMEA(プロピレングリコ−ルモノメチルエ−テルアセテ−ト)93.5重量部に溶解して、ネガ型化学増幅型レジストを得た。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
Example 1
Assuming the production of photomask blanks, a negative chemically amplified resist was applied on a glass substrate to produce a resist substrate.
First, 20.1 parts by weight of an alkali-soluble resin having a structure represented by the following chemical formula, 1.5 parts by weight of hexamethylol melamine hexamethyl ether as a crosslinking agent, and N- (isopropylsulfonyloxy) succinimide as an acid generator 2 parts by weight and 0.01 part of 1,2-di (4-pyridyl) ethane as a basic compound are dissolved in 93.5 parts by weight of PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate) An amplified resist was obtained.

Figure 0004742793
Figure 0004742793

(上記化学式において、Etはエチル基を表す。m、n及びoはそれぞれの繰り返し何位の数を表す。各繰り返し単位は、ランダムに連結していても良い。)   (In the above chemical formula, Et represents an ethyl group. M, n, and o represent the number of each repeating unit. Each repeating unit may be linked randomly.)

上記レジストを、乾燥時膜厚400nmとなるように6インチマスク基板上に回転塗布した。その後、100℃で600秒間のプレベーキングを行って、プレベーキング直後の残留溶剤量を5.0ppmに調整した。得られたレジスト基板を、溶媒蒸気が存在しない環境下で、温度、圧力、湿度は一定にして8週間保管し、保管4週間目、及び保管8週間目の各時点でも残留溶剤量を測定した。
また、プレベーク終了後1時間以内に、50keVの電子線を用いる直接描画により、露光量14μC/cmとして、100nmのラインアンドスペースのパターン状にレジスト層を露光した。露光後30分以内に、100℃で500秒間、ポスト露光ベーキング(post exposure baking)を行った。その後、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH:tetramethylammonium hydroxide)を2.38重量%含有する現像液を用いて現像を行って、レジストパターンを形成した。
さらに、保管4週間目、保管8週間目の各時点でも、同様の手順で露光、露光後ベーク、現像を行って、レジストパターンを形成した。
The resist was spin-coated on a 6-inch mask substrate so as to have a film thickness of 400 nm when dried. Thereafter, pre-baking was performed at 100 ° C. for 600 seconds to adjust the residual solvent amount immediately after pre-baking to 5.0 ppm. The obtained resist substrate was stored for 8 weeks at a constant temperature, pressure, and humidity in an environment where no solvent vapor was present, and the amount of residual solvent was measured at each of the 4th and 8th week storage points. .
Further, within 1 hour after the completion of pre-baking, the resist layer was exposed in a 100 nm line-and-space pattern by direct writing using an electron beam of 50 keV with an exposure amount of 14 μC / cm 2 . Within 30 minutes after exposure, post exposure baking was performed at 100 ° C. for 500 seconds. Thereafter, development was performed using a developer containing 2.38% by weight of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) to form a resist pattern.
Furthermore, exposure, post-exposure baking, and development were performed in the same procedure at each time point of the fourth week of storage and the eighth week of storage to form a resist pattern.

(実施例2〜5、比較例1〜2)
実施例1と同様の手順でレジスト基板を作製し、プレベーク条件(プレベーク温度、プレベーク時間)を変えて、プレベーク直後の残留溶剤量を制御した。特に、比較例2の場合には、レジスト層の残留溶剤量を0.1ppmとするために、減圧下100℃でプレベークを行った。
得られたレジスト基板は、実施例1と同様に保管し、保管4週間目、保管8週間目の各時点でも残留溶剤量を測定した。また、実施例1と同様にして、プレベーク直後、保管4週間目、保管8週間目の各時点でレジストパターンを形成した。
(Examples 2-5, Comparative Examples 1-2)
A resist substrate was prepared in the same procedure as in Example 1, and the pre-baking conditions (pre-baking temperature and pre-baking time) were changed to control the amount of residual solvent immediately after pre-baking. In particular, in the case of Comparative Example 2, pre-baking was performed at 100 ° C. under reduced pressure in order to set the residual solvent amount in the resist layer to 0.1 ppm.
The obtained resist substrate was stored in the same manner as in Example 1, and the amount of residual solvent was measured at each time point in the fourth week of storage and the eighth week of storage. Further, in the same manner as in Example 1, a resist pattern was formed immediately after pre-baking, at each point of 4 weeks of storage and 8 weeks of storage.

(試験)
<レジスト層中の残留溶剤量測定方法>
先ず、レジスト基板から4cm×4cm角のサンプルを切り出し、秤量瓶中でアセトン1.0mLにて抽出した。この溶液を一部採取して、ガスクロマトグラフィーで抽出液中に存在するPGMEA溶媒量を測定した。さらに、レジスト層内のPGMEA総重量をレジスト体積で割ることにより濃度を算出した。
ガスクロマトグラフィーの詳細な測定条件を以下に示す。
装置:HEWLETT PACKARD製HP-6890
カラム:GL Sciences製INERTCAP−1(0.25mmI.D.×60M, df=0.25μm)
注入口温度:200℃
検出器温度:300℃
カラム温度:40℃×3min(保持)−10℃/min(昇温)−150℃
サンプル注入量:2μl
(test)
<Method for measuring amount of residual solvent in resist layer>
First, a 4 cm × 4 cm square sample was cut out from the resist substrate and extracted with 1.0 mL of acetone in a weighing bottle. A part of this solution was collected and the amount of PGMEA solvent present in the extract was measured by gas chromatography. Furthermore, the concentration was calculated by dividing the total weight of PGMEA in the resist layer by the resist volume.
The detailed measurement conditions of gas chromatography are shown below.
Equipment: HP-6890 made by HEWLETT PACKARD
Column: INERTCAP-1 (0.25 mm I.D. x 60 M, df = 0.25 μm) manufactured by GL Sciences
Inlet temperature: 200 ° C
Detector temperature: 300 ° C
Column temperature: 40 ° C x 3 min (hold) -10 ° C / min (temperature rise) -150 ° C
Sample injection volume: 2 μl

<面内均一性の評価方法>
パターン線幅の面内均一性は、測長SEMを用いて100nmのラインアンドスペースの線幅を、面内169(13×13)点の多数点で測定し、100nmのラインアンドスペースを基準とする線幅ばらつきの標準偏差3σを求めた。面内均一性の判断基準としては、ITRSロードマップで65nmノードでマスクに求められている3σ<8nmを○、それ以上の値を×と表示した。
<In-plane uniformity evaluation method>
The in-plane uniformity of the pattern line width is determined by measuring the line width of a 100 nm line and space at a large number of 169 (13 × 13) points in the plane using a length measuring SEM, and taking the line and space of 100 nm as a reference. The standard deviation 3σ of the line width variation was determined. As a criterion for determining in-plane uniformity, 3σ <8 nm required for the mask at the 65 nm node in the ITRS road map is indicated as ◯, and a value higher than that is indicated as ×.

(試験結果)
各実施例及び比較例で得られたレジスト基板の、プレベーク直後、保管4週間目、及び、保管8週間目の各時点におけるレジスト層中の残留溶剤量、及びパターン寸法面内均一性を表1に示す。
(Test results)
Table 1 shows the residual solvent amount in the resist layer and the in-plane uniformity of the pattern dimensions at each time point of the resist substrate obtained in each of Examples and Comparative Examples immediately after pre-baking, at 4 weeks of storage, and at 8 weeks of storage. Shown in

Figure 0004742793
Figure 0004742793

表1に示す結果から、プレベーク直後の残留溶剤量が25ppmの基板(比較例2)は、酸の拡散性が大きくなるためパターン寸法精度が低下した。また、保管安定性に関しても保管4週間目及び保管8週間目の残留溶剤量は規定範囲を満たしてはいるものの、残留溶剤量の変動が大きいため感度低下が著しく、プレベーク直後と同一の露光量では十分な面内均一性が得られなかった。
また、プレベーク直後の残留溶剤量が0.1ppmのレジスト基板(比較例1)は、プレベーク直後においては良好な面内均一性が得られているが、4週間以上保管することにより面内均一性が低下した。これは、残留溶剤量が低いため、保管安定性の向上を目的として加えられる塩基性化合物の拡散性が低下し、その効果が十分得られなくなったためと考えられる。
From the results shown in Table 1, the substrate having a residual solvent amount of 25 ppm immediately after pre-baking (Comparative Example 2) has a high acid diffusivity, and thus the pattern dimensional accuracy is lowered. In addition, regarding the storage stability, the amount of residual solvent after 4 weeks and 8 weeks of storage satisfies the specified range, but the sensitivity decreases significantly due to large fluctuations in the amount of residual solvent, and the same exposure as immediately after pre-baking. However, sufficient in-plane uniformity could not be obtained.
Further, the resist substrate (Comparative Example 1) having a residual solvent amount of 0.1 ppm immediately after pre-baking has good in-plane uniformity immediately after pre-baking, but the in-plane uniformity by storing for 4 weeks or more. Decreased. This is presumably because the amount of residual solvent is low, so that the diffusibility of the basic compound added for the purpose of improving the storage stability is lowered and the effect cannot be obtained sufficiently.

これに対して、プレベーク直後の残留溶剤量が20ppmの基板(実施例5)に関しては、マスクプロセスで想定される4週間以内の保管に関しては安定であった。また、プレベーク直後の残留溶剤量を15ppm以下に制御する(実施例1〜4)ことにより、上記プロセスで想定される以上の長期間の安定化も可能であることが示された。
残留溶剤量が0.5ppmの基板(実施例1)に関しては、保管4週間目と保管8週間目の残留溶剤量は規定範囲よりも小さくなるが、残留溶剤量の変動が少ないため、感度低下も少なくプレベーク直後と同一の露光量でも面内均一性が得られた。
以上のように、プレベーク直後のレジスト層の残留溶剤量を20ppm以下に制御することにより、微細パターンの線幅の面内ばらつきや、レジスト基板間でのばらつきが改善され、レジスト塗布から描画に至までの保管期間に関わらずパターン寸法の再現性が向上した。しかしながら、基板を1ヶ月以上保管することで、例えば、保管環境中に存在する塩基、あるいは酸性成分等の残留溶剤量の変動以外の要因によるレジスト基板の汚染で線幅変動が生じる可能性もあるため、保管期間は4週間以内に定めて使用することが好ましい。
On the other hand, the substrate (Example 5) having a residual solvent amount of 20 ppm immediately after pre-baking was stable for storage within 4 weeks assumed in the mask process. In addition, it was shown that by controlling the amount of residual solvent immediately after pre-baking to 15 ppm or less (Examples 1 to 4), it is possible to stabilize for a longer period than expected in the above process.
For the substrate with a residual solvent amount of 0.5 ppm (Example 1), the residual solvent amount at 4 weeks and 8 weeks after storage is smaller than the specified range, but the sensitivity decreases because there is little fluctuation in the residual solvent amount. Even in the same exposure amount as that immediately after the pre-bake, in-plane uniformity was obtained.
As described above, by controlling the residual solvent amount in the resist layer immediately after pre-baking to 20 ppm or less, the in-plane variation of the line width of the fine pattern and the variation between the resist substrates are improved, and the process from resist coating to drawing is improved. The reproducibility of the pattern dimensions has been improved regardless of the storage period. However, when the substrate is stored for one month or longer, there is a possibility that the line width fluctuates due to contamination of the resist substrate due to factors other than fluctuations in the amount of residual solvent such as bases or acidic components present in the storage environment. Therefore, it is preferable to use the storage period within 4 weeks.

Claims (9)

感光性組成物からなる膜厚500nm以下のレジスト層が、該レジスト層の残留溶剤と相溶性ある残留溶剤を含有し且つ該レジスト層と直接接触する下層を介さずに又は介して基板上に設けられ、プレベークされたレジスト基板であって、該レジスト基板は、前記下層が存在しない場合には該レジスト層のプレベーク直後の残留溶剤量が、又は、前記下層が存在する場合にはレジスト層と下層を合わせたプレベーク直後の平均残留溶剤量が、0.5〜20ppmであることを特徴とするレジスト基板。 A resist layer made of a photosensitive composition and having a film thickness of 500 nm or less is provided on the substrate without or through a lower layer containing a residual solvent compatible with the residual solvent of the resist layer and in direct contact with the resist layer. The resist substrate is a pre-baked resist substrate, and the resist substrate has a residual solvent amount immediately after pre-baking of the resist layer when the lower layer is not present, or a resist layer and a lower layer when the lower layer is present. A resist substrate, wherein the average residual solvent amount immediately after pre- baking is 0.5 to 20 ppm. 前記感光性組成物は、化学増幅型レジストであることを特徴とする請求項1に記載のレジスト基板。   The resist substrate according to claim 1, wherein the photosensitive composition is a chemically amplified resist. 前記化学増幅型レジストは、ネガ型化学増幅型レジストであることを特徴とする請求項2に記載の基板。   The substrate according to claim 2, wherein the chemically amplified resist is a negative chemically amplified resist. 前記基板は、厚みが1mm以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の基板。   The substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the substrate has a thickness of 1 mm or more. 2枚以上の基板に、必要に応じて予め下層を形成した後、該下層を介して又は介さずに感光性組成物を塗布し、膜厚500nm以下のレジスト層を形成してレジスト基板を得る工程、得られた各レジスト基板をプレベークする工程、プレベーク後の各レジスト基板を露光する工程、露光後の各レジスト基板を露光後ベークする工程、及び露光後ベークが終了した各レジスト基板を現像する工程を具備し、レジスト層中の前記プレベークする工程直後の残留溶剤量が、又は、該レジスト層と直接接触し且つレジスト層の残留溶媒と相溶性ある残留溶剤を含有する下層が存在する場合にはレジスト層と下層を合わせた前記プレベークする工程直後の平均残留溶剤量が、各レジスト基板間において0.5〜20ppmに制御されていることを特徴とするレジストパターン形成方法。 After forming a lower layer in advance on two or more substrates as required, a photosensitive composition is applied with or without the lower layer, and a resist layer having a thickness of 500 nm or less is formed to obtain a resist substrate. A step of pre-baking each resist substrate obtained, a step of exposing each resist substrate after pre-baking, a step of baking each resist substrate after exposure, and a step of developing each resist substrate after post-exposure baking A residual solvent amount immediately after the pre-baking step in the resist layer, or a lower layer containing a residual solvent that is in direct contact with the resist layer and compatible with the residual solvent of the resist layer. and wherein it is the average amount of residual solvent after said step of pre-baking the combination of the resist layer and the lower layer, is controlled to 0.5~20ppm between each resist substrate Forming a resist pattern how. 線幅200nm以下のパターンを形成することを特徴とする請求項5に記載のレジストパターン形成方法。   The resist pattern forming method according to claim 5, wherein a pattern having a line width of 200 nm or less is formed. 感光性組成物からなる膜厚500nm以下のレジスト層が、該レジスト層の残留溶剤と相溶性ある残留溶剤を含有し且つ該レジスト層と直接接触する下層を介さずに又は介して基板上に設けられているレジスト基板を、前記下層が存在しない場合には該レジスト層の残留溶剤量を、又は、前記下層が存在する場合にはレジスト層と下層を合わせた平均残留溶剤量を、0.5〜20ppmに調整してから保存することを特徴とするレジスト基板の保存方法。   A resist layer made of a photosensitive composition and having a film thickness of 500 nm or less is provided on the substrate without or through a lower layer containing a residual solvent compatible with the residual solvent of the resist layer and in direct contact with the resist layer. In the case where the lower layer is not present, the residual resist amount of the resist layer, or when the lower layer is present, the average residual solvent amount of the resist layer and the lower layer is 0.5%. A method for storing a resist substrate, comprising adjusting to -20 ppm and then storing. 感光性組成物からなる膜厚500nm以下のレジスト層が、該レジスト層の残留溶剤と相溶性ある残留溶剤を含有し且つ該レジスト層と直接接触する下層を介さずに又は介して基板上に設けられ、プレベークされたレジスト基板の前記レジスト層中のプレベーク直後の残留溶剤量、又は前記下層が存在する場合にはレジスト層と下層を合わせたプレベーク直後の平均残留溶剤量を測定したときに、該残留溶剤量又は平均残留溶剤量が0.5〜20ppmの範囲内であるときに合格と判定することを特徴とするレジスト基板の評価方法。 A resist layer made of a photosensitive composition and having a film thickness of 500 nm or less is provided on the substrate without or through a lower layer containing a residual solvent compatible with the residual solvent of the resist layer and in direct contact with the resist layer. is, the amount of the solvent remaining after prebaking of the resist layer of the resist substrate is prebaked, or when measuring the average amount of residual solvent after prebaking the combined resist layer and the lower layer in the case where the lower layer is present, the A method for evaluating a resist substrate, wherein a pass is determined when the residual solvent amount or the average residual solvent amount is within a range of 0.5 to 20 ppm. 前記レジスト基板を、抽出溶剤に浸漬し、該抽出溶剤に溶出した残留溶剤量を測定することを特徴とする請求項8に記載のレジスト基板の評価方法。   The method for evaluating a resist substrate according to claim 8, wherein the resist substrate is immersed in an extraction solvent, and the amount of residual solvent eluted in the extraction solvent is measured.
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