JP4761055B2 - Pattern formation method - Google Patents
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本発明は、半導体素子などの製造工程における微細加工、特に波長193nmのArFエキシマレーザーを光源とし、投影レンズとウエハーの間に水等の液体を挿入する液浸フォトリソグラフィーにおけるパターンの形成方法に関する。 The present invention relates to microfabrication in a manufacturing process of a semiconductor element or the like, and more particularly to a pattern forming method in immersion photolithography in which an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm is used as a light source and a liquid such as water is inserted between a projection lens and a wafer.
近年、LSIの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化が求められている中、現在汎用技術として用いられている光露光では、光源の波長に由来する本質的な解像度の限界に近づきつつある。レジストパターン形成の際に使用する露光光として、水銀灯のg線(436nm)もしくはi線(365nm)を光源とする光露光が広く用いられた。更なる微細化のための手段として、露光波長を短波長化する方法が有効とされ、64Mビット(加工寸法が0.25μm以下)DRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリー)以降の量産プロセスには、露光光源としてi線(365nm)に代わって短波長のKrFエキシマレーザー(248nm)が利用された。しかし、更に微細な加工技術(加工寸法が0.2μm以下)を必要とする集積度256M及び1G以上のDRAMの製造には、より短波長の光源が必要とされ、10年ほど前からArFエキシマレーザー(193nm)を用いたフォトグラフィーが本格的に検討されてきた。当初ArFリソグラフィーは180nmノードのデバイス作製から適用されるはずであったが、KrFエキシマリソグラフィーは130nmノードデバイス量産まで延命され、ArFリソグラフィーの本格適用は90nmノードからである。更に、NAを0.9にまで高めたレンズと組み合わせて65nmノードデバイスの検討が行われている。次の45nmノードデバイスには露光波長の短波長化が推し進められ、波長157nmのF2リソグラフィーが候補に挙がった。しかしながら、投影レンズに高価なCaF2単結晶を大量に用いることによるスキャナーのコストアップ、ソフトペリクルの耐久性が極めて低いためのハードペリクル導入に伴う光学系の変更、レジストのエッチング耐性低下等の種々の問題により、F2リソグラフィーの先送りと、ArF液浸リソグラフィーの早期導入が提唱された(非特許文献1:Proc. SPIE Vol. 4690 xxix)。 In recent years, with the higher integration and higher speed of LSIs, there is a demand for finer pattern rules. In light exposure currently used as a general-purpose technology, the intrinsic resolution limit derived from the wavelength of the light source Is approaching. As exposure light used for forming a resist pattern, light exposure using a g-ray (436 nm) or i-line (365 nm) of a mercury lamp as a light source has been widely used. As a means for further miniaturization, a method of shortening the exposure wavelength is effective, and for mass production processes after 64 Mbit (process size is 0.25 μm or less) DRAM (Dynamic Random Access Memory). As a light source for exposure, a short wavelength KrF excimer laser (248 nm) was used in place of i-line (365 nm). However, in order to manufacture DRAMs with a density of 256M and 1G or more that require finer processing technology (processing dimensions of 0.2 μm or less), a light source with a shorter wavelength is required, and an ArF excimer has been used for about 10 years. Photography using a laser (193 nm) has been studied in earnest. Initially, ArF lithography was supposed to be applied from the device fabrication of the 180 nm node, but KrF excimer lithography was extended to 130 nm node device mass production, and full-scale application of ArF lithography is from the 90 nm node. Further, a 65 nm node device is being studied in combination with a lens whose NA is increased to 0.9. For the next 45 nm node device, the exposure wavelength has been shortened, and F 2 lithography with a wavelength of 157 nm was nominated. However, various factors such as an increase in the cost of the scanner by using a large amount of expensive CaF 2 single crystal for the projection lens, a change in the optical system due to the introduction of a hard pellicle because the durability of the soft pellicle is extremely low, and a reduction in resist etching resistance Because of this problem, it was proposed to postpone F 2 lithography and early introduction of ArF immersion lithography (Non-patent Document 1: Proc. SPIE Vol. 4690 xxix).
ArF液浸リソグラフィーにおいて、投影レンズとウエハーの間に水を含浸させることが提案されている。193nmにおける水の屈折率は1.44であり、NA1.0以上のレンズを使ってもパターン形成が可能で、理論上はNAを1.44にまで上げることができる。NAの向上分だけ解像力が向上し、NA1.2以上のレンズと強い超解像技術の組み合わせで45nmノードの可能性が示されている(非特許文献2:Proc. SPIE Vol. 5040 p724)。 In ArF immersion lithography, it has been proposed to impregnate water between the projection lens and the wafer. The refractive index of water at 193 nm is 1.44, and it is possible to form a pattern using a lens having an NA of 1.0 or more. Theoretically, the NA can be increased to 1.44. The resolution is improved by the improvement of NA, and the possibility of a 45 nm node is shown by a combination of a lens of NA 1.2 or higher and strong super-resolution technology (Non-patent Document 2: Proc. SPIE Vol. 5040 p724).
ここで、ウエハーと投影レンズの間に水を挿入することによって、ウエハーエッジや裏面に水が回り込む問題が考えられる。装置の汚染を防ぐために、スピンコート時にウエハーの裏面やエッジの溶媒によるクリーニングが必要である。しかしながら、特にウエハーエッジに親水性の高い基板面が露出すると、この部分に水が付着してとれなくなる。この場合、基板面に付着した水を取り除くための余分なプロセスが必要になるし、ウエハーについた水が露光ステージ以外に付着すれば装置トラブルの原因にもなる。撥水性の高い保護膜をエッジのクリーニングなしで使うことも考えられるが、エッジ部分からの装置の汚染の可能性を考えると現実的ではない。基板自体の撥水性を高める必要がある。 Here, there is a problem that water may enter the wafer edge or the back surface by inserting water between the wafer and the projection lens. In order to prevent contamination of the apparatus, it is necessary to clean the back surface and edge of the wafer with a solvent during spin coating. However, particularly when a highly hydrophilic substrate surface is exposed at the wafer edge, water cannot adhere to this portion. In this case, an extra process for removing the water adhering to the substrate surface is required, and if the water adhering to the wafer adheres to other than the exposure stage, it causes a trouble of the apparatus. Although it is conceivable to use a protective film having high water repellency without cleaning the edge, it is not practical considering the possibility of contamination of the device from the edge portion. It is necessary to increase the water repellency of the substrate itself.
ウエハー表面の撥水性を高める方法として、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)のベーパープライムによるウエハー表面処理が広く行われている。しかしながら、HMDS処理は元々は液浸露光を想定したものではなく、更に撥水性を高めるウエハー処理法を開発する必要がある。 As a method for increasing the water repellency of the wafer surface, wafer surface treatment with a vapor prime of hexamethyldisilazane (HMDS) is widely performed. However, HMDS processing is not originally intended for immersion exposure, and it is necessary to develop a wafer processing method that further improves water repellency.
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、露光後、ウエハーエッジや裏面に水の残存や回り込みを防止して良好な液浸リソグラフィーを可能とするパターン形成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a pattern forming method that enables good immersion lithography by preventing water from remaining on and wrapping around the wafer edge and backside after exposure. .
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、水との接触角が75度以上となるように撥水性を高めた基板を用いること、この場合、撥水性を高める手段として、特にフッ素で置換されたアルキル基又はアルケニル基を有するシリル化剤を適用することによって撥水性を高めた基板を用いることにより、ウエハーエッジや裏面に露光後において水の残存や回り込みがないことを知見し、本発明をなすに至った。 As a result of intensive investigations to achieve the above object, the present inventors use a substrate with improved water repellency so that the contact angle with water is 75 degrees or more. In this case, means for increasing water repellency In particular, by using a substrate with improved water repellency by applying a silylating agent having an alkyl group or an alkenyl group substituted with fluorine, there is no remaining or wraparound of water on the wafer edge or back surface after exposure. As a result, the present invention has been made.
即ち、本発明は、下記のパターン形成方法を提供する。
請求項1:
基板上に形成されたレジスト膜を液中で露光する液浸リソグラフィーによるパターン形成方法において、上記基板として、下記一般式(1)、(2)又は(3)で示されるフッ素で置換されたアルキル基又はアルケニル基を有するシリル化剤で処理された水との接触角が75度以上の高撥水性基板を用いることを特徴とするパターン形成方法。
(ここで、一般式(1)中、R 1 〜R 3 、R 5 〜R 7 は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数2〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基、又は炭素数6〜10のアリール基であって、R 1 〜R 3 及びR 5 〜R 7 の内少なくとも1つはフッ素で置換されている。R 4 は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は−SiR 1 R 2 R 3 である。あるいは、R 2 とR 6 は結合して環を形成してもよい。aは1〜10の整数である。
一般式(2)中、R 8 は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基で少なくとも1個以上のフッ素原子を含む。R 9 、R 10 、R 11 は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基、又は直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルケニル基であり、フッ素で置換されていてもよい。b及びcは1〜3の整数であり、b+c=4である。
一般式(3)中、R 12 は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基で少なくとも1個以上のフッ素原子を含む。R 13 は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルケニル基であり、フッ素で置換されていてもよい。Xは酸素原子又はCH 2 である。d及びeは1〜3の整数であり、d+e=4である。)
請求項2:
基板表面を、フッ素で置換されたアルキル基又はアルケニル基を有する上記シリル化剤及びフッ素非置換のアルキル基又はアルケニル基を有するシリル化剤との混合シリル化剤で処理することによって高撥水性とした基板を用いることを特徴とする請求項1記載のパターン形成方法。
請求項3:
フッ素非置換のアルキル基又はアルケニル基を有するシリル化剤が、下記一般式(4)、(5)又は(6)で示されるものである請求項2記載のパターン形成方法。
(ここで、一般式(4)中、R 21 〜R 23 、R 25 〜R 27 は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数2〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基、又は炭素数6〜10のアリール基である。R 24 は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は−SiR 21 R 22 R 23 である。あるいは、R 22 とR 26 は結合して環を形成してもよい。aは1〜10の整数である。
一般式(5)中、R 28 は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基である。R 29 、R 30 、R 31 は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基、又は直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルケニル基である。b及びcは1〜3の整数であり、b+c=4である。
一般式(6)中、R 32 は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基である。R 33 は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルケニル基である。Xは酸素原子又はCH 2 である。d及びeは1〜3の整数であり、d+e=4である。)
請求項4:
液浸リソグラフィーが、180〜250nmの範囲の露光波長を用い、投影レンズとウエハーの間に水を挿入させたものである請求項1乃至3のいずれか1項記載のパターン形成方法。
請求項5:
レジスト膜上にトップコートとしてレジスト保護膜を形成した請求項1乃至4のいずれか1項記載のパターン形成方法。
That is, the present invention provides the following pattern forming method.
Claim 1:
In a pattern formation method by immersion lithography in which a resist film formed on a substrate is exposed in a liquid, the substrate is an alkyl substituted with fluorine represented by the following general formula (1), (2) or (3) A pattern forming method comprising using a highly water-repellent substrate having a contact angle with water treated with a silylating agent having a group or an alkenyl group of 75 ° or more.
(Here, in general formula (1), R < 1 > -R < 3 > , R < 5 > -R < 7 > is a hydrogen atom, a C1-C10 linear, branched or cyclic alkyl group, C2-C10. A linear, branched or cyclic alkenyl group or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, wherein at least one of R 1 to R 3 and R 5 to R 7 is substituted with fluorine. 4 is a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or —SiR 1 R 2 R 3 , or R 2 and R 6 are combined to form a ring. A is an integer of 1 to 10.
In the general formula (2), R 8 is a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and contains at least one fluorine atom. R 9 , R 10 and R 11 are each a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, or a straight chain. It is a chain, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms and may be substituted with fluorine. b and c are integers of 1 to 3, and b + c = 4.
In the general formula (3), R 12 comprises a hydrogen atom, or a straight, at least one fluorine atom in the branched or cyclic alkyl group. R 13 is a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a linear, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, which is substituted with fluorine. May be. X is an oxygen atom or CH 2 . d and e are integers of 1 to 3, and d + e = 4. )
Claim 2 :
High water repellency is obtained by treating the substrate surface with a mixed silylating agent of the above silylating agent having an alkyl or alkenyl group substituted with fluorine and a silylating agent having a fluorine-unsubstituted alkyl or alkenyl group. The pattern forming method according to
Claim 3 :
The pattern forming method according to
(Here, in the general formula (4), R 21 to R 23 and R 25 to R 27 are hydrogen atoms, linear, branched or cyclic alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, and those having 2 to 10 carbon atoms. A linear, branched or cyclic alkenyl group, or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, R 24 is a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or — SiR 21 R 22 R 23. Alternatively, R 22 and R 26 may combine to form a ring, and a is an integer of 1 to 10.
In the general formula (5), R 28 is a hydrogen atom, or a straight, a branched or cyclic alkyl group. R 29 , R 30 and R 31 are each a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, or a straight chain It is a chain, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms. b and c are integers of 1 to 3, and b + c = 4.
In general formula (6), R32 is a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. R 33 is a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a linear, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms. X is an oxygen atom or CH 2 . d and e are integers of 1 to 3, and d + e = 4. )
Claim 4 :
Immersion lithography using an exposure wavelength in the range of 180 to 250 nm, the projection lens and the pattern forming method of any one of
Claim 5 :
5. The pattern forming method according to
本発明の液浸リソグラフィーによるパターン形成方法は、撥水性を高めた基板を用いることによって、ウエハーエッジや裏面に露光後において水の残存や回り込みを防ぐことができる。 The pattern forming method by immersion lithography according to the present invention can prevent water remaining or wraparound after exposure on the wafer edge or back surface by using a substrate with improved water repellency.
本発明のパターン形成方法は、典型的には、基板上にレジスト膜を形成し、好ましくはその上にレジスト保護膜(トップコート)を形成後、KrF又はArF液浸リソグラフィーによって水等の液中(好ましくは水中)で露光し、露光後、ポストエクスポジュアベーク(PEB)を行い、必要によっては上記レジスト保護膜を除去し、次いで現像液で現像を行うという、液浸リソグラフィーによってレジストパターンを形成するものである。この場合、レジスト膜は、基板上に直接形成しても、反射防止膜、下層膜、珪素含有中間膜等を介して形成してもよい。例えば基板上に、有機反射防止膜、フォトレジスト膜、場合によってはレジスト保護膜を塗布、形成する。塗布はスピンコート法が一般的に用いられる。有機反射防止膜の代わりに、マルチレイヤープロセスに用いられる有機下層膜、珪素含有中間膜の順に塗布、形成し、その上にフォトレジストを塗布、形成してもよい。また、レジスト保護膜の除去は、レジスト膜の現像と同時に行うことができる。上述した液浸リソグラフィーの方法、条件は、公知の方法、条件を採用し得るが、180〜250nmの範囲の露光波長を用い、投影レンズとウエハーの間に水を挿入したものが好ましい。またレジスト材料、レジスト保護膜形成材料等の材料も公知のものを使用でき、これらに限定されるものではない。 In the pattern forming method of the present invention, typically, a resist film is formed on a substrate, and preferably a resist protective film (top coat) is formed on the substrate, and then in a liquid such as water by KrF or ArF immersion lithography. (Preferably in water). After exposure, post-exposure baking (PEB) is performed. If necessary, the resist protective film is removed, followed by development with a developer. A resist pattern is formed by immersion lithography. To do. In this case, the resist film may be formed directly on the substrate, or may be formed through an antireflection film, a lower layer film, a silicon-containing intermediate film, or the like. For example, an organic antireflection film, a photoresist film, and in some cases, a resist protective film is applied and formed on the substrate. For coating, a spin coating method is generally used. Instead of the organic antireflection film, an organic underlayer film used in a multilayer process and a silicon-containing intermediate film may be applied and formed in this order, and a photoresist may be applied and formed thereon. The resist protective film can be removed simultaneously with the development of the resist film. As the above-described immersion lithography method and conditions, known methods and conditions can be adopted, but an exposure wavelength in the range of 180 to 250 nm is used, and water is inserted between the projection lens and the wafer. In addition, known materials such as a resist material and a resist protective film forming material can be used, but are not limited thereto.
この場合、本発明においては、レジスト膜上にレジスト保護膜(トップコート)を形成することが好ましいが、このトップコート用のポリマーとしては、αトリフルオロメチル基を有するアルコールのポリマーやカルボキシル基をアルカリ溶解性基として有するポリマーをベースポリマーとすることができる。具体的には下記に例示することができる。 In this case, in the present invention, it is preferable to form a resist protective film (topcoat) on the resist film. As the polymer for the topcoat, an alcohol polymer having an α-trifluoromethyl group or a carboxyl group is used. A polymer having an alkali-soluble group can be used as a base polymer. Specifically, it can be exemplified below.
本発明は、上記のような液浸リソグラフィーによるパターン形成方法において、上記基板として、水との接触角が75度以上、好ましくは80度以上の高撥水性基板を使用するものである。
ここで、基板材料としては、Si、SiO2、SiON、SiN、p−Si、α−Si、W、W−Si、Al、Cu、Al−Si等、種々の低絶縁(Low−k)膜及びそのストッパー膜を用いることができる。
In the pattern forming method by immersion lithography as described above, the present invention uses a highly water-repellent substrate having a contact angle with water of 75 ° or more, preferably 80 ° or more, as the substrate.
Here, as the substrate material, Si, SiO 2, SiON, SiN, p-Si, α-Si, W, W-Si, Al, Cu, Al-Si , etc., various low dielectric (Low-k) film And the stopper film | membrane can be used.
本発明においては、このような基板を撥水処理して撥水性を高めた基板を使用するものであるが、撥水処理方法としては、特にフッ素で置換されたアルキル基又はアルケニル基を有するシリル化剤を適用することによって撥水性を高めた基板を用いることが好ましい。なお、上述したように、基板が水を効率よく弾くためには水との接触角が75度以上であることが必要であるが、より好ましくは80度以上である。また、その上限は制限されないが、通常120度以下、特に110度以下である。 In the present invention, a substrate having such a substrate that has been subjected to water repellency treatment to increase water repellency is used. As the water repellency treatment method, silyl having an alkyl group or an alkenyl group substituted with fluorine is particularly used. It is preferable to use a substrate having improved water repellency by applying a chemical agent. As described above, in order for the substrate to repel water efficiently, the contact angle with water needs to be 75 degrees or more, more preferably 80 degrees or more. Moreover, although the upper limit is not restrict | limited, Usually, it is 120 degrees or less, especially 110 degrees or less.
ここで、フッ素で置換されたアルキル基又はアルケニル基を有するシリル化剤は下記一般式(1)、(2)、(3)から選ばれるものであることが好ましい。
(一般式(1)中、R1〜R3、R5〜R7は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数2〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基、又は炭素数6〜10のアリール基であって、R1〜R3及びR5〜R7の内少なくとも1つはフッ素で置換されている。R4は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は−SiR1R2R3である。あるいは、R2とR6は結合して環を形成してもよい。aは1〜10の整数である。
一般式(2)中、R8は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基で少なくとも1個以上のフッ素原子を含む。R9、R10、R11は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基、又は直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルケニル基であり、フッ素で置換されていてもよい。b及びcは1〜3の整数であり、b+c=4である。
一般式(3)中、R12は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基で少なくとも1個以上のフッ素原子を含む。R13は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルケニル基であり、フッ素で置換されていてもよい。Xは酸素原子又はCH2である。d及びeは1〜3の整数であり、d+e=4である。)
Here, the silylating agent having an alkyl group or alkenyl group substituted with fluorine is preferably selected from the following general formulas (1), (2), and (3).
(In the general formula (1), R 1 to R 3 and R 5 to R 7 are a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and a straight chain having 2 to 10 carbon atoms. , A branched or cyclic alkenyl group, or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, wherein at least one of R 1 to R 3 and R 5 to R 7 is substituted with fluorine, and R 4 is hydrogen. It is an atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or —SiR 1 R 2 R 3 , or R 2 and R 6 may combine to form a ring. a is an integer of 1-10.
In the general formula (2), R 8 is a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and contains at least one fluorine atom. R 9 , R 10 and R 11 are each a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, or a straight chain. It is a chain, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms and may be substituted with fluorine. b and c are integers of 1 to 3, and b + c = 4.
In the general formula (3), R 12 comprises a hydrogen atom, or a straight, at least one fluorine atom in the branched or cyclic alkyl group. R 13 is a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a linear, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, which is substituted with fluorine. May be. X is an oxygen atom or CH 2 . d and e are integers of 1 to 3, and d + e = 4. )
ここで、炭素数1〜10のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、デシル基等が挙げられる。炭素数2〜10のアルケニル基としては、ビニル基、アリル基、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられる。炭素数6〜10のアリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等が挙げられる。また、R2とR6が結合してR2、R6がそれぞれ結合する珪素原子、更にはこれら珪素原子間に介在する窒素原子等と環を形成する場合、R2、R6は合わせて−(NR4)−を形成する。なお、aは1〜10の整数であるが、好ましくは1〜8である。更に、炭素数1〜10のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等が挙げられる。
また、上記式において、R1〜R3、R6〜R8は互いに同一であっても異なっていてもよく、R4、R8、R12、更にはR9〜R11、R13がそれぞれ複数個の場合、互いに同一であっても異なっていてもよい。
Here, the alkyl group having 1 to 10 carbon atoms includes methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, pentyl group, cyclopentyl group, hexyl group, cyclohexyl group, octyl group. Group, decyl group and the like. Examples of the alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms include vinyl group, allyl group, propenyl group, butenyl group, hexenyl group, and cyclohexenyl group. Examples of the aryl group having 6 to 10 carbon atoms include phenyl group, tolyl group, xylyl group, and naphthyl group. In addition, when R 2 and R 6 are bonded to form a ring with a silicon atom to which R 2 and R 6 are bonded, and further a nitrogen atom interposed between these silicon atoms, R 2 and R 6 are combined. -(NR 4 )-is formed. In addition, although a is an integer of 1-10, Preferably it is 1-8. Furthermore, as a C1-C10 alkoxy group, a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group etc. are mentioned.
In the above formula, R 1 to R 3 and R 6 to R 8 may be the same or different from each other, and R 4 , R 8 , R 12 , and R 9 to R 11 , R 13 may be When there are a plurality of each, they may be the same or different.
なお、一般式(2)で示される化合物は特開平11−72922号公報、一般式(3)で示される化合物は特開平9−102458号公報に提案されている。 The compound represented by the general formula (2) is proposed in JP-A-11-72922, and the compound represented by the general formula (3) is proposed in JP-A-9-102458.
一般式(1)で示される化合物は、具体的には下記に例示することができる。
一般式(2)で示される化合物は、具体的には下記に例示することができる。
一般式(3)で示される化合物は、具体的には下記に例示することができる。
また、上記フッ素化されたアルキル基又はアルケニル基を有するシリル化剤に、フッ素化されていない(フッ素非置換の)アルキル基又はアルケニル基を有するシリル化剤を混合した混合シリル化剤で処理することもできる。この場合、フッ素非置換のアルキル基又はアルケニル基を有するシリル化剤としては、上記式(1)〜(3)において、R1〜R13のいずれもがフッ素非置換のものが挙げられ、例えばヘキサメチルジシラザン、ヘキサエチルジシラザン、ビスエチルジメチルジシラザン、ビスプロピルジメチルジシラザン等が挙げられる。 Further, the silylating agent having a fluorinated alkyl group or alkenyl group is treated with a mixed silylating agent in which a silylating agent having a non-fluorinated (unfluorinated) alkyl group or alkenyl group is mixed. You can also. In this case, examples of the silylating agent having a fluorine-unsubstituted alkyl group or alkenyl group include those in which any of R 1 to R 13 in the above formulas (1) to (3) is fluorine-free. Examples include hexamethyldisilazane, hexaethyldisilazane, bisethyldimethyldisilazane, and bispropyldimethyldisilazane.
このような混合シリル化剤を使用する場合、フッ素化されたアルキル基又はアルケニル基を有するシリル化剤とフッ素非置換のアルキル基又はアルケニル基を有するシリル化剤との混合比は、混合シリル化剤中、フッ素化されたアルキル基又はアルケニル基を有するシリル化剤の質量割合が0.1〜100%、より好ましくは1〜100%、更に好ましくは5〜100%である。なお、フッ素非置換のアルキル基又はアルケニル基を有するシリル化剤は、これを配合する場合、混合シリル化剤中0.1〜99.9%、特に1〜99%、とりわけ5〜95%とすることが好ましい。 When such a mixed silylating agent is used, the mixing ratio of the silylating agent having a fluorinated alkyl group or alkenyl group and the silylating agent having a fluorine-unsubstituted alkyl group or alkenyl group is the mixed silylating agent. In the agent, the mass ratio of the silylating agent having a fluorinated alkyl group or alkenyl group is 0.1 to 100%, more preferably 1 to 100%, still more preferably 5 to 100%. In addition, the silylating agent having a fluorine-unsubstituted alkyl group or alkenyl group, when blended, is 0.1 to 99.9%, particularly 1 to 99%, particularly 5 to 95% in the mixed silylating agent. It is preferable to do.
本発明のパターン形成方法におけるフッ素化されたアルキル基又はアルケニル基を有するシリル化剤又は上記混合シリル化剤による基板の処理方法としては、シリル化剤が液体の場合は、シリル化剤溶液を窒素などでバブリングした気体を基板に吹き付けるベーパープライム法が一般的に用いられる。処理時間は3〜500秒の範囲が好ましく、このときに基板をホットプレートなどで30〜300℃の範囲で加熱してもよい。また、シリル化剤が固体の場合は溶媒に溶解させてスピンコート法で処理してもよい。シリル化する前に30〜400℃の範囲で3〜500秒間ベークして基板表面の水分や吸着成分を蒸発させることによってシリル化の効率を上げることができる。 As a method for treating a substrate with a silylating agent having a fluorinated alkyl group or alkenyl group or the mixed silylating agent in the pattern forming method of the present invention, when the silylating agent is liquid, the silylating agent solution is nitrogen. For example, a vapor prime method in which a gas bubbled by a method is blown onto a substrate is generally used. The treatment time is preferably in the range of 3 to 500 seconds. At this time, the substrate may be heated in the range of 30 to 300 ° C. with a hot plate or the like. When the silylating agent is a solid, it may be dissolved in a solvent and treated by a spin coating method. Before the silylation, the silylation efficiency can be increased by baking the substrate surface at a temperature of 30 to 400 ° C. for 3 to 500 seconds to evaporate moisture and adsorbed components on the substrate surface.
本発明のシリル化剤は、フッ素化アルキル基又はフッ素化アルケニル基を有しているので、フッ素化アルキル基を有するレジスト保護膜の密着性に優れる特徴も有している。
更に、本発明のフッ素化されたアルキル基又はアルケニル基を有するシリル化剤は、フッ素化されていないアルキル基あるいはアルケニル基を有するシリル化剤と混合させてシリル化することもできる。フルオロアルキル基とアルキル基を共存させることによって、更に撥水性を上げることが可能になる(XXIV FATIPEC Congress Book.、Vol.B, p15−38 (1997))。
Since the silylating agent of the present invention has a fluorinated alkyl group or a fluorinated alkenyl group, it also has a feature that the resist protective film having a fluorinated alkyl group has excellent adhesion.
Furthermore, the silylating agent having a fluorinated alkyl group or alkenyl group of the present invention can be silylated by mixing with a silylating agent having a non-fluorinated alkyl group or alkenyl group. The coexistence of a fluoroalkyl group and an alkyl group makes it possible to further improve water repellency (XXIV FATIPEC Congress Book., Vol. B, p15-38 (1997)).
即ち、図1(A)に示すように、トップコート(レジスト保護膜)1をSi基板2に塗布し、エッジクリーニングを行い、水に浸すとトップコート1とSi基板2の界面に水が進入し、トップコート1の剥離が起きる。しかしながら、基板の撥水性処理を行うと、図1(B)のようにトップコート1の剥離は起こらなくなる。通常、レジスト膜3だけでなく、反射防止膜4や下層膜、珪素含有中間膜からの水への溶出を防止するためには、図1(C)に示されるように、トップコート1がこれら全ての層を覆う積層構造が有効であるが、そうすると、Si基板とトップコートとの密着性が問題となる。しかしながら、本発明のシリル化方法によって作製された撥水性の高い基板は、トップコートの剥離を防止できる特徴も併せ持つ。なお、図中5は水を示す。
That is, as shown in FIG. 1A, when top coat (resist protective film) 1 is applied to
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not restrict | limited to the following Example.
[実施例、比較例]
Si基板上にレジスト保護膜をスピンコートし、100℃で60秒間ベークした後、50nm膜厚の保護膜を形成した。なお、レジスト保護膜としては、下記のトップコート用ポリマーを使用した。
[Examples and Comparative Examples]
A resist protective film was spin-coated on the Si substrate and baked at 100 ° C. for 60 seconds, and then a protective film having a thickness of 50 nm was formed. In addition, the following topcoat polymer was used as the resist protective film.
この場合、Si基板を200℃で60秒間加熱し、実施例として1,3−ビス(3,3,3−トリフルオロプロピル)テトラメチルジシラザン、4−ジメチル(3,3,3−トリフルオロメチルプロピル)シロキシ−3−ペンテン−2−オン、イソプロペノキシ−3,3,3−トリフルオロプロピルジメチルシラン、1,3−ビス(3,3,3−トリフルオロプロピル)テトラメチルジシラザンとヘキサメチルジシラザン(HMDS)の混合物(混合比(質量比)=50:50)、比較例としてヘキサメチルジシラザン(HMDS)を、窒素でバブリングしながら基板100℃に加熱して60秒間ベーパープライムした。 In this case, the Si substrate was heated at 200 ° C. for 60 seconds, and 1,3-bis (3,3,3-trifluoropropyl) tetramethyldisilazane, 4-dimethyl (3,3,3-trifluoro) was used as an example. Methylpropyl) siloxy-3-penten-2-one, isopropenoxy-3,3,3-trifluoropropyldimethylsilane, 1,3-bis (3,3,3-trifluoropropyl) tetramethyldisilazane and hexamethyl A mixture of disilazane (HMDS) (mixing ratio (mass ratio) = 50: 50) and hexamethyldisilazane (HMDS) as a comparative example were heated to a substrate of 100 ° C. while being bubbled with nitrogen and vapor primed for 60 seconds.
ウエハー上に約1μLの水滴を滴下し、接触角を測定した。シラン処理有り無しの200mmウエハー上全面に純水を垂らし、200rpmで30秒間回転させ、水がウエハー上から無くなるかどうかを確認した。その結果を表1に示す。 About 1 μL of water droplets were dropped on the wafer, and the contact angle was measured. Pure water was dropped on the entire surface of a 200 mm wafer with and without silane treatment and rotated at 200 rpm for 30 seconds to check whether water disappeared from the wafer. The results are shown in Table 1.
上記に示すトップコート用ポリマー1gをイソブチルアルコール50gに溶解させ、トップコート溶液を作製した。上記基板にトップコートを回転塗布し、ウエハーエッジ部分の幅5mmをPGMEA(プロピレングリコール−1−モノメチルエーテル−2−アセテート)溶液でクリーニングし、100℃で60秒間プリベークを行い、膜厚50nmのトップコート膜を作製した。次に、ウエハーエッジ部分に水を垂らし、60秒間放置してトップコート膜の密着性を目視で観察した。その結果を表2に示す。
A top coat solution was prepared by dissolving 1 g of the polymer for top coat shown above in 50 g of isobutyl alcohol. A top coat is spin-coated on the above substrate, the
1 トップコート
2 Si基板
3 レジスト膜
4 反射防止膜
5 水
1
Claims (5)
(ここで、一般式(1)中、R 1 〜R 3 、R 5 〜R 7 は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数2〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基、又は炭素数6〜10のアリール基であって、R 1 〜R 3 及びR 5 〜R 7 の内少なくとも1つはフッ素で置換されている。R 4 は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は−SiR 1 R 2 R 3 である。あるいは、R 2 とR 6 は結合して環を形成してもよい。aは1〜10の整数である。
一般式(2)中、R 8 は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基で少なくとも1個以上のフッ素原子を含む。R 9 、R 10 、R 11 は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基、又は直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルケニル基であり、フッ素で置換されていてもよい。b及びcは1〜3の整数であり、b+c=4である。
一般式(3)中、R 12 は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基で少なくとも1個以上のフッ素原子を含む。R 13 は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルケニル基であり、フッ素で置換されていてもよい。Xは酸素原子又はCH 2 である。d及びeは1〜3の整数であり、d+e=4である。) In a pattern formation method by immersion lithography in which a resist film formed on a substrate is exposed in a liquid, the substrate is an alkyl substituted with fluorine represented by the following general formula (1), (2) or (3) A pattern forming method comprising using a highly water-repellent substrate having a contact angle with water treated with a silylating agent having a group or an alkenyl group of 75 ° or more.
(Here, in general formula (1), R < 1 > -R < 3 > , R < 5 > -R < 7 > is a hydrogen atom, a C1-C10 linear, branched or cyclic alkyl group, C2-C10. A linear, branched or cyclic alkenyl group or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, wherein at least one of R 1 to R 3 and R 5 to R 7 is substituted with fluorine. 4 is a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or —SiR 1 R 2 R 3 , or R 2 and R 6 are combined to form a ring. A is an integer of 1 to 10.
In the general formula (2), R 8 is a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and contains at least one fluorine atom. R 9 , R 10 and R 11 are each a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, or a straight chain. It is a chain, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms and may be substituted with fluorine. b and c are integers of 1 to 3, and b + c = 4.
In the general formula (3), R 12 comprises a hydrogen atom, or a straight, at least one fluorine atom in the branched or cyclic alkyl group. R 13 is a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a linear, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, which is substituted with fluorine. May be. X is an oxygen atom or CH 2 . d and e are integers of 1 to 3, and d + e = 4. )
(ここで、一般式(4)中、R(Here, R in the general formula (4) 21twenty one 〜R~ R 23twenty three 、R, R 25twenty five 〜R~ R 2727 は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数2〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基、又は炭素数6〜10のアリール基である。RIs a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms. is there. R 24twenty four は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は−SiRIs a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or -SiR 21twenty one RR 22twenty two RR 23twenty three である。あるいは、RIt is. Or R 22twenty two とRAnd R 2626 は結合して環を形成してもよい。aは1〜10の整数である。May combine to form a ring. a is an integer of 1-10.
一般式(5)中、RIn general formula (5), R 2828 は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基である。RIs a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. R 2929 、R, R 3030 、R, R 3131 は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基、又は直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルケニル基である。b及びcは1〜3の整数であり、b+c=4である。Is a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, or a linear, branched or cyclic group. An alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms. b and c are integers of 1 to 3, and b + c = 4.
一般式(6)中、RIn general formula (6), R 3232 は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基である。RIs a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. R 3333 は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルケニル基である。Xは酸素原子又はCHIs a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a linear, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms. X is an oxygen atom or CH 22 である。d及びeは1〜3の整数であり、d+e=4である。)It is. d and e are integers of 1 to 3, and d + e = 4. )
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