JP4890153B2 - レジスト組成物およびレジストパターン形成方法 - Google Patents
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Description
近年、半導体素子や液晶表示素子の製造においては、リソグラフィー技術の進歩により急速にパターンの微細化が進んでいる。
微細化の手法としては、一般に、露光光源の短波長化が行われている。具体的には、従来は、g線、i線に代表される紫外線が用いられていたが、現在では、KrFエキシマレーザー(248nm)が量産の中心となり、さらにArFエキシマレーザー(193nm)が量産で導入され始めている。また、F2エキシマレーザー(157nm)やEUV(極端紫外光)、EB(電子線)等を光源(放射線源)として用いるリソグラフィー技術についても研究が行われている。
従来、このような化学増幅型レジストの基材成分としてはポリマーが用いられており、例えばポリヒドロキシスチレンやその水酸基の一部を酸解離性溶解抑制基で保護した樹脂、(メタ)アクリル酸エステルから誘導される共重合体やそのカルボキシ基の一部を酸解離性溶解抑制基で保護した樹脂等が用いられている(たとえば特許文献1参照)。
多層プロセスとしては、基板上に、下層有機膜とレジスト膜(上層)とを設ける二層レジスト法と、これらの上層と下層有機膜との間に、さらに、少なくとも1層の中間層を設ける三層レジスト法とが一般的に知られている。
多層プロセスにおいては、まず上層にパターン(上層パターン)を形成した後、該パターンを、エッチングにより順次その下の層へと転写していき、最終的には下層有機膜にパターンを転写する。この下層有機膜に転写されたパターンは、その上に形成されたパターン(上層および/または中間層に形成されたパターン)とともに、基板をエッチングする際のマスクとして使用される。
かかる多層プロセスにおいては、下層有機膜によって所要の厚みを確保できるため、エッチング耐性を確保しつつ、上層の薄膜化が可能である。そのため、より微細なパターンを高アスペクト比で形成できる。
二層レジスト法においては、上層を形成するためのレジスト材料として、主に、エッチング耐性に優れることから、シロキサン樹脂等のシリコン(Si)含有樹脂を含有するものが用いられている。シリコン含有樹脂としては、たとえば露光光源としてArFエキシマレーザー(193nm)等の200nm以下の波長の光を用いる場合には、透明性に優れることから、主に、式−(HSiO3/2)−で表される構成単位を有する水素シルセスキオキサン樹脂が用いられている(たとえば特許文献2参照)。
一方、近年、レジストパターンの微細化がますます進むにつれ、高解像性とともに、種々のリソグラフィー特性の向上が求められている。なかでも、パターン形成の際のプロセスマージン等の向上のため、露光量マージン(ELマージン)の向上が求められている。ELマージンは、露光量を変化させて露光した際に、ターゲット寸法に対するずれが所定の範囲内となる寸法でレジストパターンを形成できる露光量の範囲、すなわちマスクに忠実なレジストパターンが得られる露光量の範囲のことであり、ELマージンは大きいほど好ましい。
しかし、従来のシリコン含有樹脂を含有する化学増幅型レジストにおいては、レジストパターン形状を悪化させることなくELマージンを向上させることが難しく、ELマージンの向上と良好なレジストパターン形状とを両立させることは極めて困難である。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、ELマージンが大きく、良好な形状のレジストパターンを形成できるレジスト組成物および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。
すなわち、本発明の第一の態様は、酸の作用によりアルカリ溶解性が増大する樹脂成分(A)および露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)を含有するレジスト組成物であって、
前記樹脂成分(A)が、下記一般式(a1)で表される構成単位(a1)と、下記一般式(a2)で表される構成単位(a2)とを有する樹脂(A1)を含有し、
前記酸発生剤成分(B)が、下記一般式(b−5)で表されるアニオン部を有するオニウム塩(B1)を含有し、
前記オニウム塩(B1)の含有量が、前記樹脂成分(A)の100質量部に対して5〜25質量部であることを特徴とするレジスト組成物である。
「アルキル基」は、特に断りがない限り、直鎖、分岐鎖および環状の1価の飽和炭化水素基を包含するものとする。
「低級アルキル基」は、炭素原子数1〜5のアルキル基である。
「露光」は放射線の照射全般を含む概念とする。
本発明のレジスト組成物は、酸の作用によりアルカリ溶解性が増大する樹脂成分(A)(以下、(A)成分という。)および露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)(以下、(B)成分という。)を含有する。
かかるレジスト組成物は、露光前はアルカリ不溶性であり、露光により(B)成分から酸が発生すると、該酸が(A)成分に作用してそのアルカリ溶解性を増大させる。そのため、レジストパターンの形成において、当該レジスト組成物を用いて得られるレジスト膜を選択的に露光すると、露光部はアルカリ可溶性へ転じる一方で、未露光部はアルカリ不溶性のまま変化しないため、アルカリ現像を行うことにより、レジストパターンを形成することができる。つまり、本発明のレジスト組成物は、いわゆるポジ型のレジスト組成物である。
[樹脂(A1)]
樹脂(A1)は、上記一般式(a1)で表される構成単位(a1)と、上記一般式(a2)で表される構成単位(a2)とを有する。
構成単位(a1)は、樹脂(A1)の透明性、特に200nm以下の波長の光に対する透明性の向上に寄与し、それによってレジスト組成物の感度、解像性等を向上させる。
樹脂(A1)中、構成単位(a1)の割合は、樹脂(A1)を構成する全構成単位の合計に対し、20〜90モル%が好ましく、30〜80モル%がより好ましく、40〜60モル%がさらに好ましい。構成単位(a1)の割合が20モル%以上であると、200nm以下の波長の光に対する透明性が向上する。また、90モル%以下であると、構成単位(a2)等の他の構成単位とのバランスが良好である。
式(I)中、R2〜R3はそれぞれ独立に連結基である。該連結基としては、特に限定されない。好ましくは炭素数1〜5の直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基であり、より好ましくはメチレン基、エチレン基である。
Lの炭素数2〜20の直鎖状または分岐鎖状フルオロアルキレン基は、炭素数2〜20の直鎖状または分岐鎖状アルキル基の水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換された基である。
Lのアリーレン基は、無置換のアリーレン基であってもよく、当該無置換のアリーレン基の環を構成する炭素原子に結合した水素原子の一部または全部が置換基で置換された置換アリーレン基であってもよい。無置換のアリーレン基としては、たとえばベンゼン、ナフタレン、アントラセン等から2個の水素原子を除いた基が挙げられる。置換アリーレン基における置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基等が挙げられる。
Lの環状アルキレン基は、無置換の環状アルキレン基であってもよく、当該環状アルキレン基の環を構成する炭素原子に結合した水素原子の一部または全部が置換基で置換された置換アルキレン基であってもよい。無置換の環状アルキレン基としては、炭素数4〜12の環状アルキレン基が好ましく、たとえばシクロペンタン、シクロヘキサン等のモノシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基;アダマンタン、ノルボルナン、ノルボルネン、メチルノルボルナン、エチルノルボルナン、メチルノルボルネン、エチルノルボルネン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等のポリシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基などが挙げられる。置換環状アルキレン基における置換基としては、上記置換アリーレン基における置換基として挙げたものと同様のものが挙げられる。
Lのアルカリーレン基は、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン等の芳香族環に、2個のアルキレン基が結合してなる基であり、該アルキレン基としては、上記R2〜R3のアルキレン基として挙げたものと同様のものが挙げられ、2個のアルキレン基はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。無置換のアルカリーレン基としては、たとえば下記式(AL−1)で表される基が挙げられる。置換のアルカリーレン基は、当該無置換のアルカリーレン基の芳香族環を構成する炭素原子に結合した水素原子の一部または全部が置換基で置換された基が挙げられ、該置換基としては、上記置換アリーレン基における置換基として挙げたものと同様のものが挙げられる。
ここで、本明細書および特許請求の範囲において、「酸解離性基」とは、露光により(B)成分から発生した酸の作用により解離する基を意味する。
かかる酸解離性基を有する構成単位(a2)を含有する樹脂(A1)と(B)成分とを含有するレジスト組成物においては、露光により(B)成分から発生した酸がZを解離させ、その結果、樹脂(A1)のアルカリ可溶性が増大する。
Zの酸解離性基としては、(B)成分から発生した酸の作用により樹脂(A1)のポリマー主鎖から解離し得る基であれば特に制限はなく、たとえば従来、ポジ型レジスト組成物の基材成分の酸解離性溶解抑制基として提案されているものを使用することができる。ここで、「酸解離性溶解抑制基」とは、解離前は当該化合物全体をアルカリ不溶とするアルカリ溶解抑制性を有するとともに、解離後は当該化合物全体をアルカリ可溶性へ変化させる酸解離性基である。
酸解離性基の具体例としては、特に限定されるものではないが、たとえば一般式−COOR7で表される基、一般式−OCOOR8で表される基、一般式−OR9で表される基等が挙げられる。
上記式中、R7〜R9は、それぞれ、−COOR7で表される基、−OCOOR8で表される基、−OR9で表される基に酸解離性を付与する作用を有する有機基である。ここで、有機基とは、少なくとも炭素原子とそれ以外の1種以上の原子とを有する基を意味する。
鎖状の第3級アルキル基としては、炭素数4〜10が好ましく、4〜8がより好ましい。鎖状第3級アルキル基として、より具体的には、tert−ブチル基、tert−アミル基等が挙げられる。
本特許請求の範囲及び明細書において、「脂肪族環式基」とは、芳香族性を持たない単環式基または多環式基を示す。環上に第3級炭素原子を含む脂肪族環式基としては、炭素数4〜14が好ましく、5〜10がより好ましい。該脂肪族環式基として、より具体的には、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボルニル基、2−メチル−2−アダマンチル基、2−エチル−2−アダマンチル基、2−メチル−2−イソボルニル基、2−ブチル−2−アダマンチル基、2−プロピル−2−イソボルニル基、2−メチル−2−テトラシクロデセニル基、2−メチル−2−ジヒドロジシクロペンタジエニル−シクロヘキシル基、1−メチル−1−シクロペンチル基、1−エチル−1−シクロペンチル基、1−メチル−1−シクロヘキシル基、1−エチル−1−シクロヘキシル基等が挙げられる。
2−トリアルキルエチル基としては、2−トリメチルシリルエチル基、2−トリエチルシリルエチル基等が挙げられる。
R9としては、1−アダマントキシメチル基、1−シクロヘキシルオキシメチル基、テトラヒドロピラニル基、トリアルキルシリル基等が挙げられ、前記トリアルキルシリル基としては、トリメチルシリル基等が挙げられる。
hは0であってもよく、1であってもよく、0であることが好ましい。
樹脂(A1)中、構成単位(a2)の割合は、樹脂(A1)を構成する全構成単位の合計に対し、10〜80モル%が好ましく、20〜60モル%がより好ましく、30〜50モル%がさらに好ましい。構成単位(a2)の割合が10モル%以上であると、レジスト組成物とした際にパターンを得ることができ、上限以下であると、他の構成単位とのバランスが良好である。
構成単位(a1)および(a2)以外の他の構成単位としては、たとえば下記式(a3)で表される構成単位(a3)が挙げられる。
R13のアルキル基としては、直鎖状、分岐鎖状または環状のいずれであってもよく、炭素数1〜6の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基、または炭素数5〜12の環状アルキル基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。
R13のアリール基としては、置換基としてアルキル基等を有していてもよいフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
ついで、前駆体樹脂中に含まれる水素原子(たとえば構成単位(a1)の水素原子)の一部をR1で置換することにより、前駆体樹脂にR1を導入する。これにより、構成単位(a1)の一部が構成単位(a2)となり、構成単位(a1)および構成単位(a2)を含有する樹脂(A1)が得られる。また、このとき、前駆体樹脂中に(Si(OH)O3/2)、(HSi(OH)O2/2)等の構成単位が含まれる場合は、それらの構成単位中の水素原子がR1で置換された構成単位等も形成される。
R1は、たとえば、触媒の存在下、ヒドロシリル化反応により、導入しようとするR1に対応する化合物(たとえばビシクロ[2,2,1]ヘプト−5−エン−2−tert−ブチルカルボキシレート等)と、前記前駆体樹脂とを反応させることにより導入できる。
また、このとき、導入しようとするR1に対応する化合物の使用量、反応条件等を調節することにより、樹脂(A1)中の構成単位(a1)、(a2)等の割合を調節できる。
また、Mw/Mnは、特に限定されるものではないが、好ましくは1.0〜6.0、さらに好ましくは1.0〜2.5である。
(A)成分中、樹脂(A1)の割合は、本発明の効果に優れることから、(A)成分の総質量に対し、50質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、100質量%であってもよい。
本発明において、(B)成分は、前記一般式(b−5)で表されるアニオン部を有するオニウム塩(B1)を含有する。
式(b−5)において、U”、V”、W”は、それぞれ独立に、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された炭素数1〜10のアルキル基である。該アルキル基は、直鎖状または分岐状であることが好ましい。該アルキル基の炭素数は、好ましくは炭素数1〜7であり、より好ましくは炭素数1〜3である。
U”、V”、W”のアルキル基の炭素数は、上記炭素数の範囲内において、レジスト溶媒への溶解性も良好である等の理由により、小さいほど好ましい。
また、U”、V”、W”のアルキル基において、フッ素原子で置換されている水素原子の数が多いほど、酸の強度が強くなり、また200nm以下の高エネルギー光や電子線に対する透明性が向上するので好ましい。
該アルキル基中のフッ素原子の割合、すなわちフッ素化率は、好ましくは70〜100%、さらに好ましくは90〜100%であり、最も好ましくは100%である。すなわち、U”、V”、W”のアルキル基としては、全ての水素原子がフッ素原子で置換されたパーフルオロアルキル基が最も好ましい。
R1”〜R3”のアリール基としては、特に制限はなく、例えば、炭素数6〜20のアリール基であって、該アリール基は、その水素原子の一部または全部がアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子等で置換されていてもよく、されていなくてもよい。アリール基としては、安価に合成可能なことから、炭素数6〜10のアリール基が好ましい。具体的には、たとえばフェニル基、ナフチル基が挙げられる。
前記アリール基の水素原子が置換されていてもよいアルキル基としては、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基であることが最も好ましい。
前記アリール基の水素原子が置換されていてもよいアルコキシ基としては、炭素数1〜5のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基が最も好ましい。
前記アリール基の水素原子が置換されていてもよいハロゲン原子としては、フッ素原子であることが好ましい。
R1”〜R3”のアルキル基としては、特に制限はなく、例えば炭素数1〜10の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基等が挙げられる。解像性に優れる点から、炭素数1〜5であることが好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、n−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、ノニル基、デカニル基等が挙げられ、解像性に優れ、また安価に合成可能なことから好ましいものとして、メチル基を挙げることができる。
これらの中で、R1”〜R3”は、それぞれ、フェニル基またはナフチル基であることが最も好ましい。
R5”〜R6”のアリール基としては、R1”〜R3”のアリール基と同様のものが挙げられる。
R5”〜R6”のアルキル基としては、R1”〜R3”のアルキル基と同様のものが挙げられる。
これらの中で、R5”〜R6”はすべてフェニル基であることが最も好ましい。
aは0〜2の整数であり、0または1が好ましく、1が特に好ましい。
bは0〜2の整数であり、0または1が好ましく、1が特に好ましい。
cは0〜2の整数であり、0または1が好ましく、1が特に好ましい。
本発明のレジスト組成物において、(B)成分中の(B1)成分の割合は、40質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることが特に好ましく、最も好ましくは100質量%である。該範囲の下限値以上であることにより、本発明の効果が向上する。また、焦点深度幅(DOF)、解像性等が向上する。
また、本発明のレジスト組成物において、(B1)成分の含有量は、前記(A)成分の100質量部に対し、1〜40質量部であることが好ましく、5〜25質量部であることが特に好ましく、10〜20質量部であることが最も好ましい。該範囲の下限値以上であることにより、本発明の効果が向上する。また、焦点深度幅(DOF)、解像性等が向上する。また、上限値以下であることにより、レジスト組成物の保存安定性が向上する。
(B2)成分としては、前記(B1)成分以外の酸発生剤であれば特に限定されず、これまで化学増幅型レジスト用の酸発生剤として提案されている任意のものを使用することができる。
そのような(B2)成分としては、これまで、ヨードニウム塩やスルホニウム塩などのオニウム塩系酸発生剤(ただしオニウム塩(B1)を除く。)、オキシムスルホネート系酸発生剤、ビスアルキルまたはビスアリールスルホニルジアゾメタン類、ポリ(ビススルホニル)ジアゾメタン類などのジアゾメタン系酸発生剤、ニトロベンジルスルホネート系酸発生剤、イミノスルホネート系酸発生剤、ジスルホン系酸発生剤など多種のものが知られている。
前記直鎖若しくは分岐鎖状のアルキル基としては、炭素数1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8であることがさらに好ましく、炭素数1〜4であることが最も好ましい。
前記環状のアルキル基としては、炭素数4〜12であることが好ましく、炭素数5〜10であることがさらに好ましく、炭素数6〜10であることが最も好ましい。
前記フッ素化アルキル基としては、炭素数1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8であることがさらに好ましく、炭素数1〜4であることが最も好ましい。また、該フッ化アルキル基のフッ素化率(アルキル基中全水素原子の個数に対する置換したフッ素原子の個数の割合)は、好ましくは10〜100%、さらに好ましくは50〜100%であり、特に水素原子をすべてフッ素原子で置換したものが、酸の強度が強くなるので好ましい。
R51としては、直鎖状のアルキル基またはフッ素化アルキル基であることが最も好ましい。
R52において、ハロゲン原子としては、フッ素原子、臭素原子、塩素原子、ヨウ素原子などが挙げられ、フッ素原子が好ましい。
R52において、アルキル基は、直鎖または分岐鎖状であり、その炭素数は好ましくは1〜5、特に1〜4、さらには1〜3であることが望ましい。
R52において、ハロゲン化アルキル基は、アルキル基中の水素原子の一部または全部がハロゲン原子で置換された基である。ここでのアルキル基は、前記R52における「アルキル基」と同様のものが挙げられる。置換するハロゲン原子としては上記「ハロゲン原子」について説明したものと同様のものが挙げられる。ハロゲン化アルキル基において、水素原子の全個数の50〜100%がハロゲン原子で置換されていることが望ましく、全て置換されていることがより好ましい。
R52において、アルコキシ基としては、直鎖状または分岐鎖状であり、その炭素数は好ましくは1〜5、特に1〜4、さらには1〜3であることが望ましい。
R52としては、これらの中でも水素原子が好ましい。
置換基としては、水酸基、低級アルキル基(直鎖または分岐鎖状であり、その好ましい炭素数は5以下であり、特にメチル基が好ましい)などを挙げることができる。
R53のアリール基としては、置換基を有しないものがより好ましい。
u”は1〜3の整数であり、2または3であることが好ましく、特に3であることが望ましい。
Y”、Z”は、それぞれ独立に、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖状または分岐状のアルキル基であり、該アルキル基の炭素数は1〜10であり、好ましくは炭素数1〜7、より好ましくは炭素数1〜3である。
X”のアルキレン基の炭素数またはY”、Z”のアルキル基の炭素数は、上記炭素数の範囲内において、レジスト溶媒への溶解性も良好である等の理由により、小さいほど好ましい。
また、X”のアルキレン基またはY”、Z”のアルキル基において、フッ素原子で置換されている水素原子の数が多いほど、酸の強度が強くなり、また200nm以下の高エネルギー光や電子線に対する透明性が向上するので好ましい。該アルキレン基またはアルキル基中のフッ素原子の割合、すなわちフッ素化率は、好ましくは70〜100%、さらに好ましくは90〜100%であり、最も好ましくは、全ての水素原子がフッ素原子で置換されたパーフルオロアルキレン基またはパーフルオロアルキル基である。
R31の有機基としては、直鎖、分岐または環状のアルキル基またはアリール基が好ましい。これらのアルキル基、アリール基は置換基を有していても良い。該置換基としては、特に制限はなく、たとえばフッ素原子、炭素数1〜6の直鎖、分岐または環状のアルキル基等が挙げられる。ここで、「置換基を有する」とは、アルキル基またはアリール基の水素原子の一部または全部が置換基で置換されていることを意味する。
アルキル基としては、炭素数1〜20が好ましく、炭素数1〜10がより好ましく、炭素数1〜8がさらに好ましく、炭素数1〜6が特に好ましく、炭素数1〜4が最も好ましい。アルキル基としては、特に、部分的または完全にハロゲン化されたアルキル基(以下、ハロゲン化アルキル基ということがある)が好ましい。なお、部分的にハロゲン化されたアルキル基とは、水素原子の一部がハロゲン原子で置換されたアルキル基を意味し、完全にハロゲン化されたアルキル基とは、水素原子の全部がハロゲン原子で置換されたアルキル基を意味する。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。すなわち、ハロゲン化アルキル基は、フッ素化アルキル基であることが好ましい。
アリール基は、炭素数4〜20が好ましく、炭素数4〜10がより好ましく、炭素数6〜10が最も好ましい。アリール基としては、特に、部分的または完全にハロゲン化されたアリール基が好ましい。なお、部分的にハロゲン化されたアリール基とは、水素原子の一部がハロゲン原子で置換されたアリール基を意味し、完全にハロゲン化されたアリール基とは、水素原子の全部がハロゲン原子で置換されたアリール基を意味する。
R31としては、特に、置換基を有さない炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数1〜4のフッ素化アルキル基が好ましい。
R32としては、特に、シアノ基、置換基を有さない炭素数1〜8のアルキル基、または炭素数1〜8のフッ素化アルキル基が好ましい。
R33としては、ハロゲン化アルキル基が好ましく、フッ素化アルキル基がより好ましい。
R33におけるフッ素化アルキル基は、アルキル基の水素原子が50%以上フッ素化されていることが好ましく、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上フッ素化されていることが好ましい。
R34のアリール基は、炭素数1〜10のアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基等の置換基を有していても良い。該置換基におけるアルキル基またはハロゲン化アルキル基は、炭素数が1〜8であることが好ましく、炭素数1〜4がさらに好ましい。また、該ハロゲン化アルキル基は、フッ素化アルキル基であることが好ましい。
R35としては、ハロゲン化アルキル基が好ましく、フッ素化アルキル基がより好ましく、部分的にフッ素化されたアルキル基が最も好ましい。
R35におけるフッ素化アルキル基は、アルキル基の水素原子が50%以上フッ素化されていることが好ましく、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上フッ素化されていることが、発生する酸の強度が高まるため好ましい。最も好ましくは、水素原子が100%フッ素置換された完全フッ素化アルキル基である。
R37の2または3価の芳香族炭化水素基としては、上記R34のアリール基からさらに1または2個の水素原子を除いた基が挙げられる。
R38の置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基としては、上記R35の置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基と同様のものが挙げられる。
p”は好ましくは2である。
また、特開平9−208554号公報(段落[0012]〜[0014]の[化18]〜[化19])に開示されているオキシムスルホネート系酸発生剤、WO2004/074242A2(65〜85頁目のExample1〜40)に開示されているオキシムスルホネート系酸発生剤も好適に用いることができる。
また、好適なものとして以下のものを例示することができる。
また、特開平11−035551号公報、特開平11−035552号公報、特開平11−035573号公報に開示されているジアゾメタン系酸発生剤も好適に用いることができる。
また、ポリ(ビススルホニル)ジアゾメタン類としては、例えば、特開平11−322707号公報に開示されている、1,3−ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)プロパン、1,4−ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)ブタン、1,6−ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)ヘキサン、1,10−ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)デカン、1,2−ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)エタン、1,3−ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)プロパン、1,6−ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)ヘキサン、1,10−ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)デカンなどを挙げることができる。
(B2)成分としては、フッ素化アルキルスルホン酸イオンをアニオン部に有するオニウム塩系酸発生剤が好ましく、特に、上記一般式(b−1)で表されるオニウム塩系酸発生剤が好ましい。
(B)成分中の(B2)成分の割合は、前記(A)成分の100質量部に対し、0.1〜5質量部であることが好ましく、0.5〜4質量部であることが特に好ましく、1〜3質量部であることが最も好ましい。該範囲の下限値以上であることにより感度が向上する。また、上限値以下であることにより、(B1)成分とのバランスが良好となる。
本発明のレジスト組成物は、さらに、含窒素有機化合物(D)(以下、(D)成分という)を含有することが好ましい。これにより、レジストパターン形状、引き置き経時安定性などが向上する。
この(D)成分は、既に多種多様なものが提案されているので、公知のものから任意に用いれば良く、かかる(D)成分としては、たとえば第2級脂肪族アミン、第3級脂肪族アミン等の脂肪族アミン、芳香族アミン等が挙げられる。
「脂肪族アミン」とは、1つ以上の脂肪族基を有するアミンであり、該脂肪族基は炭素数が1〜12であることが好ましい。
脂肪族アミンとしては、アンモニアNH3の水素原子の少なくとも1つを、直鎖状または分岐鎖状の炭素数1〜12のアルキル基またはヒドロキシアルキル基で置換したアミン(アルキルアミンまたはアルキルアルコールアミン);その構造中に脂肪族環式基を有する脂肪族環式アミン等が挙げられる。ここで、「脂肪族環式基」は、芳香性を持たない単環式基または多環式基であることを示す。
アルキルアミンおよびアルキルアルコールアミンの具体例としては、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン等のモノアルキルアミン;ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、ジ−n−ヘプチルアミン、ジ−n−オクチルアミン、ジシクロヘキシルアミン等のジアルキルアミン;トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ヘキシルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ヘプチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−n−ノニルアミン、トリ−n−デカニルアミン、トリ−n−ドデシルアミン等のトリアルキルアミン;ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジ−n−オクタノールアミン、トリ−n−オクタノールアミン等のアルキルアルコールアミンが挙げられる。
脂肪族環式アミンとしては、たとえば、ヘテロ原子として窒素原子を含む脂肪族複素環化合物が挙げられる。該複素環化合物としては、単環式のもの(脂肪族単環式アミン)であっても多環式のもの(脂肪族多環式アミン)であってもよい。
脂肪族単環式アミンとして、具体的には、ピペリジン、ピペラジン等が挙げられる。
脂肪族多環式アミンとしては、炭素数が6〜10のものが好ましく、具体的には、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、ヘキサメチレンテトラミン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等が挙げられる。
芳香族基としては、芳香族炭化水素基、芳香族複素環式基等が挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、炭素数が4〜20であることが好ましく、5〜15であることがより好ましく、炭素数6〜10が最も好ましい。芳香族炭化水素基として、具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン等の芳香環から水素原子を1つ除いた基(たとえばフェニル基、ナフチル、アントラセニル基等);炭素数1〜5の直鎖または分岐のアルキル基の水素原子の一部が芳香環で置換された基(たとえばベンジル基、フェニルエチル基(C6H5−CH2−CH2−)、ナフチルメチル基(C10H7−CH2−)、ナフチルエチル基(C10H7−CH2−CH2−)等)などが挙げられる。それらの基において、芳香環は置換基を有していても良く、該置換基としては、炭素数1〜5のアルキル基等が挙げられる。
芳香族複素環式基は、炭素原子と、炭素原子以外のヘテロ原子(窒素原子、酸素原子、硫黄原子等)とから構成されている環骨格を有する芳香族環式基であり、たとえばクマリン等の芳香族複素環から1個の水素原子を除いた基が挙げられる。これらの芳香族複素環式基は、置換基を有していてもよく、該置換基としては、炭素数1〜5のアルキル基等が挙げられる。
芳香族基としては、本発明の効果に優れることから、芳香族複素環式基が好ましく、特に、置換基を有するクマリンから水素原子を1個除いた基が好ましい。
本発明のレジスト組成物における(D)成分の含有量は、(A)成分100質量部に対して、0.01〜10質量部が好ましく、0.01〜5質量部がより好ましい。
R21〜R23のアリール基としては、特に制限はなく、例えば、炭素数6〜20のアリール基が挙げられ、具体的にはフェニル基、ナフチル基が挙げられる。該アリール基は置換基を有していてもよい。すなわち、アリール基の水素原子の一部又は全部が置換基で置換されていてもよい。該アリール基が有していてもよい置換基としては、前記アルキル基が有していてもよい置換基として挙げたものと同様のものが挙げられる。
これらの中でも、一般式(e−2)で示されるトリフェニル化合物が好ましく、特に、R201〜R215がすべて水素原子である化合物が好ましい。
本発明のレジスト組成物における(E)成分の含有量は、(A)成分100質量部に対して、0.01〜5質量部が好ましく、0.05〜4質量部がより好ましく、0.1〜3質量部がさらに好ましい。
有機カルボン酸としては、例えば、酢酸、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸などが好適である。
リンのオキソ酸およびその誘導体としては、リン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸等が挙げられ、これらの中でも特にホスホン酸が好ましい。
リンのオキソ酸の誘導体としては、たとえば、上記オキソ酸の水素原子を炭化水素基で置換したエステル等が挙げられ、前記炭化水素基としては、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数6〜15のアリール基等が挙げられる。
リン酸の誘導体としては、リン酸ジ−n−ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステル等のリン酸エステルなどが挙げられる。
ホスホン酸の誘導体としては、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸−ジ−n−ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステル等のホスホン酸エステルなどが挙げられる。
ホスフィン酸の誘導体としては、フェニルホスフィン酸等のホスフィン酸エステルなどが挙げられる。
(F)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(F)成分は、通常、(A)成分100質量部当り0.01〜5.0質量部の割合で用いられる。
(S)成分としては、使用する各成分を溶解し、均一な溶液とすることができるものであればよく、従来、化学増幅型レジストの溶剤として公知のものの中から任意のものを1種または2種以上適宜選択して用いることができる。
例えば、γ−ブチロラクトン等のラクトン類;
アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチル−n−アミルケトン、メチルイソアミルケトン、2−ヘプタノンなどのケトン類;
エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールなどの多価アルコール類;
エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、またはジプロピレングリコールモノアセテート等のエステル結合を有する化合物、前記多価アルコール類または前記エステル結合を有する化合物のモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル等のモノアルキルエーテルまたはモノフェニルエーテル等のエーテル結合を有する化合物等の多価アルコール類の誘導体[これらの中では、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)が好ましい];
ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、乳酸エチル(EL)、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチルなどのエステル類;
アニソール、エチルベンジルエーテル、クレジルメチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、フェネトール、ブチルフェニルエーテル、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、アミルベンゼン、イソプロピルベンゼン、トルエン、キシレン、シメン、メシチレン等の芳香族系有機溶剤などを挙げることができる。
これらの有機溶剤は単独で用いてもよく、2種以上の混合溶剤として用いてもよい。
中でも、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、ELが好ましい。
また、PGMEAと極性溶剤とを混合した混合溶媒は好ましい。その配合比(質量比)は、PGMEAと極性溶剤との相溶性等を考慮して適宜決定すればよいが、好ましくは1:9〜9:1、より好ましくは2:8〜8:2の範囲内とすることが好ましい。
より具体的には、極性溶剤としてELを配合する場合は、PGMEA:ELの質量比は、好ましくは1:9〜9:1、より好ましくは2:8〜8:2である。また、極性溶剤としてPGMEを配合する場合は、PGMEA:PGMEの質量比は、好ましくは1:9〜9:1、より好ましくは2:8〜8:2であり、最も好ましくは5:5〜8:2である。
また、(S)成分として、その他には、PGMEA及びELの中から選ばれる少なくとも1種とγ−ブチロラクトンとの混合溶剤も好ましい。この場合、混合割合としては、前者と後者の質量比が好ましくは70:30〜95:5とされる。
(S)成分の使用量は特に限定しないが、基板等に塗布可能な濃度で、塗布膜厚に応じて適宜設定されるものであるが、一般的にはレジスト組成物の固形分濃度が2〜20質量%、好ましくは5〜15質量%の範囲内となる様に用いられる。
本発明のレジストパターン形成方法は、上記本発明のレジスト組成物を用いて支持体上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜を露光する工程、および前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程を含む。
本発明のレジストパターン形成方法は、例えば以下の様にして行うことができる。
すなわち、まず、支持体上に、上記レジスト組成物をスピンナーなどで塗布し、形成された塗膜をベーク処理(プレベーク)してレジスト膜を成膜し、該レジスト膜を選択的に露光する。選択的露光後、任意に、レジスト膜をさらにベーク処理(ポストエクスポージャーベーク(PEB))し、該レジスト膜を、アルカリ現像液を用いて現像処理する。これにより、露光部のレジスト膜が溶解除去される。すなわち、レジスト膜の露光域においては、(B)成分から酸が発生し、該酸の作用により、(A)成分のアルカリ溶解性が増大する。そのため、露光域と未露光域との間で、アルカリ水溶液(現像液)への溶解度の差が生じ、この露光膜を現像すると、露光域は溶解除去される一方、未露光域は溶解せずにそのまま残り、レジストパターンが形成される。
また、支持体としては、上述のような基板上に、無機系および/または有機系の膜が設けられたものであってもよい。無機系の膜としては、無機反射防止膜(無機BARC)が挙げられる。有機系の膜としては、有機反射防止膜(有機BARC)や多層レジスト法における下層有機膜等の有機膜が挙げられる。
特に、下層有機膜が設けられていると、基板上に高アスペクト比のパターンを形成でき、半導体の製造等において有用であることから、本発明において用いられる支持体は、基板上に下層有機膜が設けられた積層体であることが好ましい。
多層レジスト法には、基本的に、上層レジスト膜と、下層有機膜との二層構造とする方法(2層レジスト法)と、上層レジスト膜と下層有機膜との間に一層以上の中間層(金属薄膜等)を設けた三層以上の多層構造とする方法(3層レジスト法)とに分けられる。
多層レジスト法において、上層のレジスト膜には、その下層のエッチングの際にマスクとして用いられることから、エッチング耐性に優れることが求められる。特に、中間層を設けない2層レジスト法においては高いエッチング耐性が必要とされる。本発明のレジスト組成物は、Siを含有し、エッチング耐性に優れることから、多層レジスト法、特に、後述するような、2層レジスト法における上層レジスト膜形成用として好適である。
露光条件は、特に限定されるものではない。露光に用いる光源及び方法に応じて、露光領域、露光時間、露光強度等を適宜選択することが可能である。
露光光源は、特に限定されず、ArFエキシマレーザー、KrFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、EUV(極紫外線)、VUV(真空紫外線)、EB(電子線)、X線、軟X線等の放射線を用いて行うことができる。本発明においては、樹脂(A1)が構成単位(a1)、(a2)等を基本骨格に有するため、200nm以下の高エネルギー光や電子線に対する透明性が高い。そのため、本発明のレジスト組成物は、例えばArFエキシマレーザー等の、200nm以下の波長の光源を用いたリソグラフィーにおいて有用であり、特に、ArFエキシマレーザーを用いたリソグラフィーに有用である。
また、上記範囲内において、ベーク温度が高いほど、形成されるレジストパターンの形状が向上する。したがって、レジストパターンの形状の点では、ベーク温度は90℃以上であることがより好ましい。
また、上記範囲内において、ベーク温度が低いほど、ELマージンが向上する。したがって、ELマージンの点では、ベーク温度は100℃以下であることがより好ましい。
まず、本発明のポジ型レジスト組成物は、立体的に嵩高くバルキーな構造のアニオン部を有するオニウム塩(B1)を含有するため、レジスト膜を形成した際に、ノナフルオロブタンスルホネート等の、従来一般的に用いられているオニウム塩系酸発生剤と比較して、レジスト膜中における当該アニオン部の存在密度が高まっており、また、該オニウム塩(B1)から発生する酸は、その嵩高い構造から、拡散距離が短いと考えられる。
そして、樹脂(A1)は、ラダー型、ランダム型、カゴ型等の種々の網目状のポリマー構造を構成していると考えられる。
そのため、これらの成分がともに存在するレジスト膜を選択的に露光した際に、露光域においては、高い密度で酸が発生し、しかもその拡散が、酸自体の構造、樹脂(A1)の存在等により、高度に抑制されると考えられる。
そのため、露光域で発生した酸の未露光域への拡散が抑制され、未露光域と露光域とのアルカリ溶解性の差(溶解コントラスト)が向上し、これによってレジストパターン形状が向上すると推測される。また、酸が高い密度で発生するため、露光量に多少のばらつきが生じても、構成単位(a1)における酸解離性基を分解させるのに充分な酸が発生するため、ELマージンが向上すると考えられる。
さらに、本発明のレジスト組成物およびレジストパターン形成方法においては、パターン表面の荒れ(ラフネス)の少ないレジストパターンを形成できる。ラフネスは、微細な半導体素子の形成等に悪影響を与えるおそれがあり、たとえばレジストパターン側壁表面のラフネス、すなわちラインエッジラフネス(LER)は、ホールパターンにおけるホール周囲の歪みや、ラインアンドスペースパターンにおけるライン幅のばらつき等の原因となる。ラフネスの問題は、パターン寸法が微細化するほど、その改善が重要となるが、従来技術においては、良好なラフネスとELマージンの向上とを両立することは難しい。たとえば、ELマージンの向上手段の1つとしてPEB温度を低くすることが考えられるが、PEB温度を低くすると、通常、ラフネスが悪化してしまう。これに対し、本発明においては、ELマージンの向上と、良好なラフネスとを両立できる。
また、本発明のレジスト組成物は、上記各特性に優れるほか、Siを含有することから、エッチング耐性にも優れている。そのため、多層レジスト法、特に2層レジスト法によるパターン形成方法において、上層レジスト膜形成用として好適に用いることができる。
以下、2層レジスト法によるパターン形成方法の一実施形態を、具体例を挙げて説明する。
本実施形態のパターン形成方法は、基板上に下層有機膜を形成する下層形成工程と、前記下層有機膜上に、本発明のレジスト組成物を用いて上層レジスト膜を形成する上層形成工程と、前記上層レジスト膜を選択的に露光し、現像してレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、前記レジストパターンをマスクとして下層有機膜をエッチングするエッチング工程とを有する。以下、それぞれの工程を説明する。
本工程においては、まず、基板上に、下層有機膜を形成するための材料(下層有機膜形成用材料)を塗布し、乾燥して下層有機膜を成膜する。
下層有機膜形成用材料としては、特に限定されるものではなく、露光後の現像の際に用いられるアルカリ現像液に対して不溶性であり、且つ、従来のドライエッチング法でエッチング可能な材料であればよい。また、下層有機膜形成用材料は、上層レジスト膜を形成する材料(本発明のレジスト組成物)のように、感光性を必ずしも必要とするものではない。
本発明においては、半導体素子や液晶表示素子の製造において、下地材として一般的に用いられている、レジスト組成物や樹脂溶液を用いることができる。中でも、酸素系のプラズマ及び/又は反応性イオンによりエッチングできる点で、昨今の環境問題に対応できるため、有機系高分子膜を形成する有機系高分子のレジスト組成物や樹脂溶液を用いることが好ましい。
このような下層有機膜形成用材料としては、ノボラック樹脂、アクリル樹脂及び可溶性ポリイミドからなる群から選択される少なくとも一種を主成分とするものが好ましく用いられる。これらの樹脂を主成分とする材料は、酸素プラズマによるエッチングを行いやすいと同時に、後工程におけるシリコン被加工膜等のエッチングの際に一般的に用いられるフッ化炭素系ガスに対する耐性が強い。
とりわけ、ノボラック樹脂、及び側鎖に脂環式部位又は芳香族環を有するアクリル樹脂は、安価で汎用的に用いられ、且つ、後工程のフッ化炭素系ガスによるドライエッチング耐性に優れる点で、特に好ましく用いられる。
ここで、ノボラック樹脂とは、例えば、フェノール性水酸基を持つ芳香族化合物(以下、単に「フェノール類」という。)と、アルデヒド類とを酸触媒下で付加縮合させることにより得られる樹脂である。
またアルデヒド類としては、例えば、ホルムアルデヒド、フルフラール、ベンズアルデヒド、ニトロベンズアルデヒド、アセトアルデヒド等が挙げられる。
付加縮合反応時の触媒は、特に限定されるものではないが、例えば酸触媒では、塩酸、硝酸、硫酸、蟻酸、蓚酸、酢酸等を使用することができる。
Mwが3000以上であると、高温でベークしたときに昇華しにくく、装置等が汚染されにくい。また、Mwを5000以上とすることにより、フッ化炭素系ガス等に対する耐エッチング性が優れるので好ましい。
また、Mwが50000以下であると、微細な凹凸を有する基板に対する良好な埋め込み特性が優れ、特に10000以下であると、ドライエッチングしやすい傾向があり、好ましい。
上記範囲内のMwを有するノボラック樹脂において、分子量500以下の低核体の含有量が1質量%以下であることにより、微細な凹凸を有する基板に対する埋め込み特性が良好になる。低核体の含有量が低減されていることにより埋め込み特性が良好になる理由は明らかではないが、分散度が小さくなるためと推測される。
ここで、「分子量500以下の低核体」とは、ポリスチレンを標準としてGPC法により分析した際に分子量500以下の低分子フラクションとして検出されるものである。「分子量500以下の低核体」には、重合しなかったモノマーや、重合度の低いもの、例えば、分子量によっても異なるが、フェノール類2〜5分子がアルデヒド類と縮合したものなどが含まれる。
分子量500以下の低核体の含有量(質量%)は、このGPC法による分析結果を、横軸にフラクション番号、縦軸に濃度をとってグラフとし、全曲線下面積に対する、分子量500以下の低分子フラクションの曲線下面積の割合(%)を求めることにより測定される。
エーテル結合を有する重合性化合物としては、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、3−メトキシブチル(メタ)アクリレート、エチルカルビトール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート等のエーテル結合及びエステル結合を有する(メタ)アクリル酸誘導体等を例示することができる。これらの化合物は単独もしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
カルボキシ基を有する重合性化合物としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などのモノカルボン酸;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などのジカルボン酸;2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸、2−メタクリロイルオキシエチルマレイン酸、2−メタクリロイルオキシエチルフタル酸、2−メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸などのカルボキシ基及びエステル結合を有する化合物等を例示することができ、好ましくは、アクリル酸、メタクリル酸である。これらの化合物は単独もしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
下層有機膜形成用材料を、スピンナー等を用いて回転塗布する場合には、塗布後、好ましくは180℃以上300℃以下の温度条件において、30秒以上300秒以下の時間、更に好ましくは60秒以上180秒以下の時間、ベーク処理を行うことが望ましい。
ここでいうアスペクト比とは、レジストパターンのパターン幅xに対する、基板上に形成されたパターンの高さyの比(y/x)である。尚、レジストパターンのパターン幅xは、下層有機膜に転写した後のパターン幅と同じである。
パターン幅とは、レジストパターンがラインアンドスペースパターン、孤立ラインパターン等のライン状パターンである場合には、凸条(ライン)の幅をいう。レジストパターンがホールパターンである場合には、パターン幅は、形成された孔(ホール)の内径をいう。また、レジストパターンが円柱状ドットパターンである場合には、その直径をいう。なお、これらのパターン幅は、いずれもパターン下方(基板側)の幅である。
本実施形態にかかる上層形成工程においては、上記で得られた下層有機膜上に、本発明のレジスト組成物を塗布し、成膜して上層レジスト膜を形成することにより、基板上に下層有機膜と、本発明のレジスト組成物からなる上層レジスト膜とが積層された積層体(以下、レジスト積層体という。)を得る。
本実施形態において、上層レジスト膜の成膜は、上記<レジストパターン形成方法>で述べたのと同様の方法で行うことができる。
レジストパターン形成工程は、上記<レジストパターン形成方法>で述べたのと同様の方法で行うことができる。
次に、上記で上層レジスト膜に形成したレジストパターンをマスクとして下層有機膜をエッチングすることにより、下層有機膜に、上層レジスト膜のレジストパターンを転写する。
エッチングは、たとえば、レジストパターンが形成されたレジスト積層体に対し、前記レジストパターンをマスクとして、プラズマ及び/又は反応性イオンを照射することにより行うことができる。
エッチングに使用されるプラズマ及び/又は反応性イオンのガスは、ドライエッチング分野で通常用いられているガスであれば、特に限定されるものではない。例えば、酸素、ハロゲン、二酸化硫黄等を挙げることができるが、得られるパターンの解像度が高いこと、汎用的に用いられていることから、酸素を含むプラズマ及び/又は反応性イオンを用いることが好ましい。
最も一般的なドライエッチングとしては、平行平板型RIEが挙げられる。この方法では、先ず、RIE装置のチャンバーにレジストパターンが形成された積層体を入れ、必要なエッチングガスを導入する。チャンバー内において、上部電極と平行に置かれたレジスト積層体のホルダーに高周波電圧を加えると、ガスがプラズマ化される。プラズマ中には、正・負のイオンや電子などの電荷粒子、中性活性種などがエッチング種として存在している。これらのエッチング種が下部有機層に吸着すると、化学反応が生じ、反応生成物が表面から離脱して外部へ排気され、エッチングが進行する。
また、本実施形態のパターン形成方法においては、高アスペクト比のパターンを形成する場合であっても、上層レジスト膜を薄膜化することができ、そのため、高い解像度が得られる。
<合成例1>
[I.水素シルセスキオキサン樹脂溶液の調製]
濃H2SO4およびSO3ガスを用いてトルエンをスルホン化することによって調製したトルエンスルホン酸一水和物(TSAM)溶液100gを、コンデンサー、温度計、マグネチックステアバーおよび窒素バブラーを備えた500mLフラスコに投入した。次いで、該フラスコ内に、トリクロロシラン(10g、0.075モル)を50gのトルエンに溶解した溶液を、強く撹拌しながら徐々に滴下して混合物を得た。得られた混合物を、脱イオン水で少なくとも3回洗浄し、その後、有機相を抽出した。抽出した有機相の溶媒を、減圧下にてロータリーエバポレータで除去し、固形分量5〜25%の範囲の水素シルセスキオキサン樹脂(HSQ)溶液を得た。
約0.1モルのビシクロ[2,2,1]ヘプト−5−エン−2−t−ブチルカルボキシレートと無水トルエン(50:50)とを混合してオレフィン溶液を調製した。得られたオレフィン溶液に、200ppmの1,3−ジエテニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体(白金、濃縮)を加えた。引き続き、このオレフィン溶液を、コンデンサー、温度計、マグネチックステアバーおよび窒素バブラーを備えたフラスコに投入し、窒素パージした。窒素パージ後、オレフィン溶液中に、上記で調製したHSQ溶液をゆっくりと添加した。添加後、この系を緩やかに撹拌しながら8時間の還流を行った。1H−NMRを用いて系内の反応(ヒドロシリル化反応)をモニターし、オレフィンピークが完全になくなった時点で反応を終了した。これにより、HSQに下記式(1)で表される酸分解性基が導入された樹脂(以下、(A)−1という。)を得た。
(A)−1は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算基準で、質量平均分子量(Mw)6300、分散度(Mw/Mn)2.1であった。また、(A)−1中、構成単位(a1)と、該構成単位(a1)に下記式(1)で表される酸分解性基が導入されてなる構成単位(構成単位(a2))との組成比は、構成単位(a1):構成単位(a2)=57:43(モル比)であった。
合成例1で得た(A)−1のPGMEA/PGME溶液(固形分換算で100質量部の(A)−1を含有)と、下記表1に示す種類と配合量の(B)成分、(D)成分および(E)成分とを混合、溶解してレジスト組成物を調製した。
(B)−1:下記式(B)−1で表される化合物。
(B)−2:下記式(B)−2で表される化合物。
(D)−1:下記式(D)−1で表される化合物。
(E)−1:下記式(E)−1で表される化合物。
<形状>
シリコン基板上に、下層有機膜材料として、BLC−720(製品名;東京応化工業社製。)を、スピンナーを用いて塗布し、250℃で60秒間のベーク処理を行うことにより、膜厚600nmの下層有機膜を形成した。
得られた下層有機膜上に、上記で得られたレジスト組成物を、スピンナーを用いて塗布し、85℃で60秒間のベーク処理を行った後、乾燥することにより、膜厚100nmのレジスト膜を形成した。
次いで、前記レジスト膜に対し、ArF露光装置(Nikon社製、商品名:NSR−S306C、NA(開口数)=0.78、2/3輪帯)により、マスクパターンを介して、ArFエキシマレーザー(193nm)を選択的に照射した。
照射後、95℃で60秒間のベーク処理(PEB)を行い、更に、23℃にて、アルカリ現像液(2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液)を用いて60秒間の現像処理を行った。
引き続き、純水にて30秒間のリンス処理を行った後、100℃で60秒間のベーク処理(ポストベーク)を行った。
その結果、実施例1〜2および比較例1のいずれのレジスト組成物を用いた例においても、スペース幅80nm、ライン幅80nmのラインアンドスペースのレジストパターン(以下、L/Sパターンという。)が形成された。
得られたL/Sパターンの断面形状を、SEM(走査型電子顕微鏡)により観察した。その結果、実施例1〜2のレジスト組成物を用いて形成されたパターンは、パターン側壁の垂直性が高く、矩形性の高い良好な形状であった。
一方、比較例1のレジスト組成物を用いて形成されたパターンは、ラインのトップ部分が丸くなっていた。
また、このとき、スペース幅80nmのL/Sパターンが形成される最適露光量Eop(単位:mJ/cm2(単位面積当たりのエネルギー量))を求めた。その結果を表2に示す。
露光量を変化させた以外は上記と同様にしてL/Sパターンを形成し、得られたL/SパターンをSEM(走査型電子顕微鏡)により観察し、各L/Sパターンにおいて、スペース幅が、ターゲット寸法(80nm)±10%の範囲内(すなわち72〜88nmの範囲内)で形成できる露光量を求め、該露光量が、上記で求めたEopの何%以内であるかを算出した。その値が大きいほど、露光量の変化量に対し、形成されるパターンの寸法変化量が少なく、ELマージンに優れることを示す。その結果を表2に示す。
上記で求めたEopにおいて、焦点深度を上下にずらしてL/Sパターンを形成し、スペース幅が、ターゲット寸法(80nm)±10%の範囲内(すなわち72〜88nmの範囲内)で形成できる焦点深度の幅(μm)を求めた。その結果を表2に示す。
Claims (7)
- 酸の作用によりアルカリ溶解性が増大する樹脂成分(A)および露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)を含有するレジスト組成物であって、
前記樹脂成分(A)が、下記一般式(a1)で表される構成単位(a1)と、下記一般式(a2)で表される構成単位(a2)とを有する樹脂(A1)を含有し、
前記酸発生剤成分(B)が、下記一般式(b−5)で表されるアニオン部を有するオニウム塩(B1)を含有し、
前記オニウム塩(B1)の含有量が、前記樹脂成分(A)の100質量部に対して5〜25質量部であることを特徴とするレジスト組成物。
- さらに、含窒素有機化合物(D)を含有する請求項1記載のレジスト組成物。
- 前記スルホニウム化合物(E)の含有量が、前記樹脂成分(A)の100質量部に対して0.01〜5質量部である請求項4記載のレジスト組成物。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載のレジスト組成物を用いて支持体上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜を露光する工程、および前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程を含むレジストパターン形成方法。
- 前記支持体が、基板上に下層有機膜が設けられた積層体である請求項6記載のレジストパターン形成方法。
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