JP5673960B2 - 感光性レジスト下層膜形成組成物 - Google Patents
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Description
近年、デバイスの高集積度化が進み、使用される露光光がKrFエキシマレーザー(波長248nm)、ArFエキシマレーザー(波長193nm)へと短波長化される傾向にあり、フォトリソグラフィー工程において、基板からの露光光の反射による定在波の影響や、基板の段差による露光光の乱反射の影響により、フォトレジストパターンの寸法精度が低下するという問題が生じていた。
そこで、この問題を解決すべく、フォトレジストと基板の間に反射防止膜(Bottom Anti−Reflective Coating)を設ける方法が広く検討されている。
ただ、これまでイオン注入工程でマスクとして用いられるフォトレジストパターンは、そのパターンの線幅が比較的広く、基板からの露光光の反射による定在波の影響及び基板の段差による露光光の乱反射の影響を受けることが少なかった。そのため、染料入りフォトレジスト又はフォトレジスト上層に反射防止膜を用いることで、反射による問題は解決されてきた。
しかしながら近年の微細化に伴い、イオン注入工程で用いられるフォトレジストにも微細なパターンが必要とされ始め、フォトレジスト下層の反射防止膜(レジスト下層膜)が必要となってきた。
このように、従来提案されているフォトレジストと同時に現像除去できる反射防止膜にあっては、微細加工への適用性や、形成されるパターン形状などの点において、充分に満足できる性能を有するものではなかった。
特に本発明は、リソグラフィープロセスの微細加工に使用するArFエキシマレーザー及びKrFエキシマレーザーの照射光の、半導体基板からの反射光を効果的に吸収すること、フォトレジスト膜とのインターミキシングを起こさないこと、上塗りフォトレジストの溶剤に対してレジスト下層膜中の光酸発生剤が溶出することがないこと、さらに、フォトレジスト膜がアルカリ現像される際に同時にアルカリ現像されることといった特性を備えるレジスト下層膜を形成するためのレジスト下層膜形成組成物を提供することにある。
さらに本発明は、当該レジスト下層膜形成組成物を用いたフォトレジストパターンの形成方法を提供することにある。
第2観点として、下記式(1)及び式(2):
下記式(1)及び式(3):
前記ポリマー(B)と前記ポリマー(C)の割合は重量比で1:0.01乃至1:1である、リソグラフィープロセスに用いるレジスト下層膜形成組成物に関する。
第3観点として、式(1)において、R3が水素原子又はアセチル基を表す、第1観点又は第2観点に記載のレジスト下層膜形成組成物に関する。
第4観点として、式(2)において、R5が第3級炭素原子又は第2級炭素原子を有する酸解離性基を表す、第1観点乃至第3観点のうちいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物に関する。
第5観点として、式(3)において、アミド基:−C(O)(NR7R8)基が二級アミド又は三級アミドに由来するアミド結合を有する基である、第1観点乃至第4観点のうちいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物に関する。
第6観点として、前記架橋性化合物(D)が式(4):
第7観点として、ポリマー(A)の総質量に基づいて、1質量%乃至100質量%の架橋性化合物(D)、及び0.1質量%乃至20質量%の光酸発生剤(E)を含有する、第1観点に記載のレジスト下層膜形成組成物に関する。
第8観点として、ポリマー(B)及びポリマー(C)の合計総質量に基づいて、1質量%乃至100質量%の架橋性化合物(D)、及び0.1質量%乃至20質量%の光酸発生剤(E)を含有する、第2観点に記載のレジスト下層膜形成組成物に関する。
第9観点として、更に塩基性化合物(G)を含む、第1観点乃至第8観点のうちいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物に関する。
第10観点として、ポリマー(A)の100質量部に対して、0.001乃至5質量部の塩基性化合物(G)を含む、第9観点記載のレジスト下層膜形成組成物に関する。
第11観点として、ポリマー(B)及びポリマー(C)の合計質量100質量部に対して、0.001乃至5質量部の塩基性化合物(G)を含む、第9観点記載のレジスト下層膜形成組成物に関する。
第12観点として、請第1観点乃至第11観点のうちいずれか一項に記載のレジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布しベークしてレジスト下層膜を形成する工程、そのレジスト下層膜上にフォトレジスト膜を形成する工程、前記レジスト下層膜と前記フォトレジスト膜で被覆された半導体基板を露光する工程、及び露光後にフォトレジスト膜とレジスト下層膜を現像する工程を含む、半導体装置の製造に用いるフォトレジストパターンの形成方法に関する。
また本発明のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物は、該組成物を用いて下層膜を形成し、上層にフォトレジスト層を形成した際、フォトレジスト膜がアルカリ現像される際に同時にアルカリ現像され、すなわち、ドライエッチングをせずともフォトレジストと同時に現像除去することができる。
また本発明のレジスト下層膜形成組成物から得られたレジスト下層膜は、フォトレジスト形成組成物中の溶媒(例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等)に不溶であるため、フォトレジスト層とのインターミキシングを防止できる。
さらに本発明のレジスト下層膜形成組成物から得られたレジスト下層膜は、優れたリソグラフィー性を有し、下層膜の上層に形成したフォトレジスト層と共に露光する際、上塗りフォトレジスト膜と共に矩形なレジストパターンを形成することができる。
そして本発明により、下部にすそ引き形状をほとんど有することのない良好な形状を有するフォトレジストパターンを形成することができる、レジスト下層膜を提供することができる。
また、上記式(1)で表される単位構造には−OR3基(R3は水素原子、アルキル基、アシル基)で示されるようにヒドロキシ基又はヒドロキシ基前駆体が存在する。これらのヒドロキシ基は架橋性化合物(D)、例えばビニルエーテル化合物と熱架橋によりアセタール結合を形成し、露光時には光酸発生剤(E)より発生した酸により炭素原子−酸素原子環の結合が切れ、ヒドロキシ基に分解され、アルカリ可溶性(現像液に対する溶解性)を示すこととなり、ドライエッチングをせずともフォトレジストと同時に現像除去することを可能とした。
さらに、本発明では式(1)で表される単位構造と架橋性化合物(ビニルエーテル化合物)(D)により、これらの間でレジスト下層膜中にアセタール結合が多数形成されていることから、微細なパターンを用いて露光・現像後に結合の切断箇所が多数存在することとなる。このため、現像後にフェノール性ヒドロキシ基が多く再生されて露光部分がアルカリ可溶性となり、結果、微細なパターンの作成が可能となり、解像度の向上につながった。
以下、本発明について、レジスト下層膜形成組成物を構成する各成分について詳述する。
上記ポリマー(A)は式(1)、式(2)及び式(3)で表される各単位構造を含む共重合体である。
上記ポリマー(B)は式(1)及び式(2)で表される単位構造を含む共重合体であり、上記ポリマー(C)は式(1)及び式(3)で表される単位構造を含む共重合体である。ポリマー(B)とポリマー(C)はポリマー混合物として用いられる。
本発明で用いるポリマー(A)〜ポリマー(C)における上記式(1)乃至式(3)中のR1乃至R8、p及びqは以下のとおりである。
上記式(1)、式(2)、及び式(3)中のR1、R4及びR6はそれぞれ水素原子又はメチル基を表す。
上記炭素原子数1乃至12のアルキル基として例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、シクロブチル基、1−メチル−シクロプロピル基、2−メチル−シクロプロピル基、n−ペンチル基、1−メチル−n−ブチル基、2−メチル−n−ブチル基、3−メチル−n−ブチル基、1,1−ジメチル−n−プロピル基、1,2−ジメチル−n−プロピル基、2,2−ジメチル−n−プロピル基、1−エチル−n−プロピル基、シクロペンチル基、1−メチル−シクロブチル基、2−メチル−シクロブチル基、3−メチル−シクロブチル基、1,2−ジメチル−シクロプロピル基、2,3−ジメチル−シクロプロピル基、1−エチル−シクロプロピル基、2−エチル−シクロプロピル基、n−ヘキシル基、1−メチル−n−ペンチル基、2−メチル−n−ペンチル基、3−メチル−n−ペンチル基、4−メチル−n−ペンチル基、1,1−ジメチル−n−ブチル基、1,2−ジメチル−n−ブチル基、1,3−ジメチル−n−ブチル基、2,2−ジメチル−n−ブチル基、2,3−ジメチル−n−ブチル基、3,3−ジメチル−n−ブチル基、1−エチル−n−ブチル基、2−エチル−n−ブチル基、1,1,2−トリメチル−n−プロピル基、1,2,2−トリメチル−n−プロピル基、1−エチル−1−メチル−n−プロピル基、1−エチル−2−メチル−n−プロピル基、シクロヘキシル基、1−メチル−シクロペンチル基、2−メチル−シクロペンチル基、3−メチル−シクロペンチル基、1−エチル−シクロブチル基、2−エチル−シクロブチル基、3−エチル−シクロブチル基、1,2−ジメチル−シクロブチル基、1,3−ジメチル−シクロブチル基、2,2−ジメチル−シクロブチル基、2,3−ジメチル−シクロブチル基、2,4−ジメチル−シクロブチル基、3,3−ジメチル−シクロブチル基、1−n−プロピル−シクロプロピル基、2−n−プロピル−シクロプロピル基、1−i−プロピル−シクロプロピル基、2−i−プロピル−シクロプロピル基、1,2,2−トリメチル−シクロプロピル基、1,2,3−トリメチル−シクロプロピル基、2,2,3−トリメチル−シクロプロピル基、1−エチル−2−メチル−シクロプロピル基、2−エチル−1−メチル−シクロプロピル基、2−エチル−2−メチル−シクロプロピル基及び2−エチル−3−メチル−シクロプロピル基等が挙げられる。
また、上記炭素原子数6乃至20のアリール基としてはフェニル基、o−メチルフェニル基、m−メチルフェニル基、p−メチルフェニル基、o−クロルフェニル基、m−クロルフェニル基、p−クロルフェニル基、o−フルオロフェニル基、p−フルオロフェニル基、o−メトキシフェニル基、p−メトキシフェニル基、p−ニトロフェニル基、p−シアノフェニル基、α−ナフチル基、β−ナフチル基、o−ビフェニリル基、m−ビフェニリル基、p−ビフェニリル基、1−アントリル基、2−アントリル基、9−アントリル基、1−フェナントリル基、2−フェナントリル基、3−フェナントリル基、4−フェナントリル基及び9−フェナントリル基が挙げられる。
これらのアルキル基、アリール基はハロゲン原子(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素)や、ニトロ基、シアノ基等で置換することもできる。
前記炭素原子数1乃至12のアルキル基としてはR2の定義で挙げたものを挙げることができる。
前記炭素原子数1乃至12のアシル基としては、RC(O)−基として表されるアシル基のR部分がR2の定義で挙げた炭素原子数1乃至12のアルキル基、又は炭素原子数6乃至20のアリール基であるものが挙げられる。
これらの中でも、R3は水素原子又はアセチル基であることが好ましい。
R5の酸解離性基は、第3級炭素原子を有する有機基であることが好ましい。
ここで式(2)において、R5を含む有機基:−COOR5は、酸に不安定な基の1種であるカルボン酸エステルを有する基と捉えることができる。
このような、R5を含む有機基としては、具体的には、tert−ブチルエステル基に代表されるエステル結合のα位が3級炭素原子であるアルキルエステル基が挙げられる。
またR5を含む有機基としては、脂環式炭化水素基、α位が3級炭素であるラクトン環を有するエステル基を用いることができる。この場合R5は脂環式炭化水素基や、α位が3級炭素であるラクトン環が相当する。このようなR5を含むエステル基は例えば1−アルキルシクロアルキルエステル基、2−アルキル−2−アダマンチルエステル基、1−(1−アダマンチル)−1−アルキルアルキルエステル基などのエーテル結合のα位が3級炭素原子である脂環式エステル基などが挙げられる。
ここでアルキル基としては上述のR2で挙げたものを例示できる。
このような炭素原子としては、例えばアセタール結合の炭素原子が挙げられ、アセタール結合の第3級の炭素原子、第2級の炭素原子が挙げられる。
即ち、式(3)において、R7及びR8を含む−CO−NR7R8基は、二級アミド[R−C(=O)NHR’]又は三級アミド[R−C(=O)NR’R”][R’,R”≠H]に由来するアミド結合を有する基である。
上記炭素原子数1乃至12のアルキル基及び炭素原子数6乃至20のアリール基は上述のR2における例示を示すことができる。
またR7及びR8とが相互に結合してそれぞれが結合している窒素原子と共に環構造を形成する場合の基としては、ピリジン環、モルホリン環を例示することができる。
式(1)、式(2)及び式(3)で表される各単位構造を含む共重合体であるポリマー(A)は、ポリマーを構成する全ての単位構造の総モル数を1.0としたときに、式(1)で表される単位構造のモル数(a)の割合、式(2)で表される単位構造のモル数(b)の割合、式(3)で表される単位構造のモル数(c)の割合が、0.20≦a≦0.90、0.05≦b≦0.60、0.001≦c≦0.40となるポリマーの範囲内にあるポリマーである。
式(1)及び式(2)で表される単位構造を有するポリマー(B)は、ポリマーを構成する全ての単位構造の総モル数を1.0としたときに、式(1)で表される単位構造のモル数(a)の割合、式(2)で表される単位構造のモル数(b)の割合が、0.20≦a≦0.90、0.05≦b≦0.6の範囲内にあるポリマーである。
また、式(1)及び式(3)で表される単位構造を有するポリマー(C)は、ポリマーを構成する全ての単位構造の総モル数を1.0としたときに、式(1)で表される単位構造のモル数(a)の割合、式(3)で表される単位構造のモル数(c)の割合が、0.20≦a≦0.90、0.001≦c≦0.40の範囲内にあるポリマーである。
架橋性化合物(D)は、好ましくは少なくとも二つのビニルエーテル基を有する化合物であり、2乃至20個、例えば3乃至10個、又は3乃至6個のビニルエーテル基を有する化合物が好ましい。
このような化合物としては、例えばビス(4−(ビニロキシメチル)シクロヘキシルメチル)グルタレート、トリ(エチレングリコール)ジビニルエーテル、アジピン酸ジビニルエステル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリス(4−ビニロキシ)ブチルトリメリテート、ビス(4−(ビニロキシ)ブチル)テレフタレート、ビス(4−(ビニロキシ)ブチル)イソフタレート、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、1,4−ブタンジオールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、ジプロピレングリコールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、及びペンタエリスリトールテトラビニルエーテル等を挙げることができる。これらの化合物は一種の使用でもよく、また、二種以上を同時に使用することができる。
本発明に係るレジスト下層膜形成組成物は、光酸発生剤(E)を含有する。光酸発生剤(E)としては、露光に使用される光の照射によって酸を発生する化合物が挙げられる。例えば、ジアゾメタン化合物、オニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、ニトロベンジル化合物、ベンゾイントシレート化合物、ハロゲン含有トリアジン化合物、及びシアノ基含有オキシムスルホネート化合物等の光酸発生剤が挙げられる。これらの中でオニウム塩化合物の光酸発生剤が好適である。
本発明に係るレジスト下層膜形成組成物は、さらに塩基性化合物(G)を含有することができる。塩基性化合物(G)としてはアミンを例示することができる。塩基性化合物(G)を添加することにより、レジスト下層膜の露光時の感度調節を行うことができる。即ち、アミン等の塩基性化合物が露光時に光酸発生剤より発生された酸と反応し、レジスト下層膜の感度を低下させることが可能である。また、露光部のレジスト下層膜中の光酸発生剤(E)より生じた酸の未露光部のレジスト下層膜への拡散を抑えることができる。
本発明のレジスト下層膜形成組成物には、任意成分として、界面活性剤、レオロジー調整剤、接着補助剤、有機ポリマー、吸光性化合物等を含むことができる。
前記界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類等のノニオン系界面活性剤、エフトップEF301、EF303、EF352(株式会社ジェムコ(旧(株)トーケムプロダクツ)製)、メガファックF171、F173、R30(DIC株式会社(旧大日本インキ化学工業(株))製)、フロラードFC430、FC431(住友スリーエム(株)製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子(株)製)等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)等を挙げることができる。これらの界面活性剤の配合量は、本発明のレジスト下層膜形成組成物の全成分中、通常0.2質量%以下、好ましくは0.1質量%以下である。これらの界面活性剤は単独で添加してもよいし、また2種以上の組合せで添加することもできる。
本発明に係るレジスト下層膜形成組成物は、さらに溶剤(F)を含む。
本発明で用いられる溶剤としては、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、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、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、及びN−メチル−2−ピロリドン等を用いることができる。これらの溶剤は単独または2種以上の組合せで使用することができる。さらに、プロピレングリコールモノブチルエーテル及びプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等の高沸点溶剤を混合して使用することができる。
固形分中に占めるポリマー(A)の割合、又はポリマー(B)とポリマー(C)の合計割合は、20質量%以上であり、例えば50乃至100質量%、60乃至100質量%、70乃至100質量%である。
またポリマー(B)とポリマー(C)の割合は質量比で1:0.01乃至1:1とすることができる。
調製されたレジスト下層膜形成組成物(溶液)は、孔径が例えば0.2μm程度のフィルタなどを用いてろ過した後、使用することが好ましい。このように調製されたレジスト下層膜形成組成物は、室温で長期間の貯蔵安定性にも優れる。
基板〔例えば、酸化珪素膜で被覆されたシリコン等の半導体基板、窒化珪素膜又は酸化窒化珪素膜で被覆されたシリコン等の半導体基板、窒化珪素基板、石英基板、ガラス基板(無アルカリガラス、低アルカリガラス、結晶化ガラスを含む)、ITO膜が形成されたガラス基板等〕の上に、スピナー、コーター等の適当な塗布方法により本発明に係るレジスト下層膜形成組成物が塗布され、その後、ホットプレート等の加熱手段を用いてベークすることによりレジスト下層膜が形成される。
ここで、上述のベーク時の温度が、上記範囲より低い場合には架橋が不十分となりフォトレジストとインターミキシングを起こすことがある。また、ベーク温度が高すぎる場合にも架橋が切断され、フォトレジストとのインターミキシングを起こすことがある。
アルカリ性現像液としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物の水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、コリンなどの水酸化四級アンモニウムの水溶液、エタノールアミン、プロピルアミン、エチレンジアミンなどのアミン水溶液等のアルカリ性水溶液を例として挙げることができる。さらに、これらの現像液に界面活性剤などを加えることもできる。
p−アセトキシスチレン20g、2−エチル−2−アダマンチルメタアクリレート24.5g、N−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミド2.8g、アゾビスイソブチロニトリル2gを、2−ブタノン100gに溶解して均一溶液としたモノマー溶液を準備した。また、2−ブタノン100gを投入した300ミリリットル三口フラスコ内を30分間窒素でパージしたのち、フラスコ内を沸点にて還流させながら、前記モノマー溶液を滴下漏斗で、10時間かけて滴下した。滴下終了後、フラスコ内を沸点にて還流させながら10時間実施した。重合後、反応溶液を大量のメタノール中に滴下して、生成共重合体を凝固精製した。次いで、この共重合体に、再度プロピレングリコールモノメチルエーテル150gを加えたのち、さらにメタノール300g、トリエチルアミン80g、水15gをそれぞれ加えて、沸点にて還流させながら、8時間加水分解反応を行なった。反応後、溶剤およびトリエチルアミンを減圧留去し、得られた共重合体をアセトンに溶解したのち、大量の水中に滴下して凝固させ、生成した白色粉末をろ過して、減圧下50℃で一晩乾燥した。
得られた共重合体は、Mwが8,000、Mw/Mnが1.8であり、13C−NMR分析の結果、p−ヒドロキシスチレンと、2−エチル−2−アダマンチルメタアクリレートとN−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミドのモル比が50:40:10であった。この共重合体を、樹脂(A−1)とする。
単量体の種類および量を変える以外は、合成例1と同様の手順にて下記共重合体(樹脂(A−2)乃至(A−9))を得た。
・合成例2:共重合体は、単量体としてp−ヒドロキシスチレン:2−エチル−2−シクロヘキシルメタアクリレート:N−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミドをモル比で50:40:10にて使用して調製した(樹脂(A−2))。Mwは9,000、Mw/Mnは1.8であった。
・合成例3:共重合体は、単量体としてp−ヒドロキシスチレン:t−アミルメタアクリレート:N−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミドをモル比で50:40:10にて使用して調製した(樹脂(A−3))。Mwは10,000、Mw/Mnは1.7であった。
・合成例4:共重合体は、単量体としてp−ヒドロキシスチレン:2−エチル−2−アダマンチルメタアクリレート:N,N−ジエチルアクリルアミドをモル比で50:40:10にて使用して調製した(樹脂(A−4))。Mwは8,000、Mw/Mnは1.8であった。
・合成例5:共重合体は、単量体としてp−ヒドロキシスチレン:2−エチル−2−シクロヘキシルメタアクリレート:N,N−ジエチルアクリルアミドをモル比で50:40:10にて使用して調製した(樹脂(A−5))。Mwは10,000、Mw/Mnは1.7であった。
・合成例6:共重合体は、単量体としてp−ヒドロキシスチレン:t−アミルメタアクリレート:N,N−ジエチルアクリルアミドをモル比で50:40:10にて使用して調製した(樹脂(A−6))。Mwは7,000、Mw/Mnは1.8であった。
・合成例7:共重合体は、単量体としてp−ヒドロキシスチレン:2−エチル−2−アダマンチルメタアクリレート:アクリロイルモルホリンをモル比で50:40:10にて使用して調製した(樹脂(A−7))。Mwは8,000、Mw/Mnは1.8であった。
・合成例8:共重合体は、単量体としてp−ヒドロキシスチレン:2−エチル−2−シクロヘキシルメタアクリレート:アクリロイルモルホリンをモル比で50:40:10にて使用して調製した(樹脂(A−8))。Mwは8,000、Mw/Mnは1.7であった。
・合成例9:共重合体は、単量体としてp−ヒドロキシスチレン:t−アミルメタアクリレート:アクリロイルモルホリンをモル比で50:40:10にて使用して調製した(樹脂(A−9))。Mwは7,000、Mw/Mnは1.8であった。
・合成例10:共重合体は、単量体としてp−ヒドロキシスチレン:2−エチル−2−アダマンチルメタアクリレートをモル比で60:40にて使用して調製した(樹脂(A−10))。Mwは7,000、Mw/Mnは1.8であった。
・合成例11:共重合体は、単量体としてp−ヒドロキシスチレン:N−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミドのモル比をモル比で80:20にて使用して調製した(樹脂(A−11))。Mwは7,000、Mw/Mnは1.8であった。
・合成例12:共重合体は、単量体としてスチレン:メタクリル酸:t−ブチルメタクリレートをモル比で30:43:27にて使用して調製した(樹脂(A−12))。Mwは12,000、Mw/Mnは1.8であった。
・合成例13:共重合体は、単量体としてp−ヒドロキシスチレン:2−メチル−2−アダマンチルメタアクリレートをモル比で60:40にて使用して調製した(樹脂(A−13))。Mwは8,000、Mw/Mnは1.8であった。
・合成例14:共重合体は、単量体としてp−ヒドロキシスチレン:2−エチル−2−アダマンチルメタアクリレート:N−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミドをモル比で40:10:50にて使用して調製した(樹脂(A−14))。Mwは8,000、Mw/Mnは1.8であった。
・合成例15:共重合体は、単量体としてp−ヒドロキシスチレン:N−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミドをモル比で50:50にて使用して調製した(樹脂(A−15))。Mwは7,000、Mw/Mnは1.8であった。
表1に示す各成分と量(但し、質量部に基づく)で混合して均一溶液としたのち、孔径0.10μmのポリエチレン製ミクロフィルタを用いてろ過し、更に、孔径0.05μmのポリエチレン製ミクロフィルタを用いてろ過して実施例1乃至実施例10及び比較例1乃至比較例6の各レジスト下層膜形成組成物(溶液)を調製した。
・架橋性化合物(D):1,3,5−トリス(4−ビニルオキシブチル)トリメリット酸(D−1と示す)
・光酸発生剤(E):トリフェニルスルホニウムパーフルオロシクロプロパン−1,3−ジスルフォンアミド(E−1と示す)
・光酸発生剤(E):トリフェニルスルホニウムパーフルオロノルマルブタンスルホネート(E−2と示す)
・光酸発生剤(E):トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート(E−3と示す)
・アミン(G):トリエタノールアミン(D−1と示す)
・溶剤(F):プロピレングリコールモノメチルエーテル(F−1と示す)
実施例1乃至実施例10、比較例1乃至比較例6で調製された各レジスト下層膜形成組成物をスピナーにより、半導体基板(シリコンウェハー)上に塗布した。ホットプレート上、200℃で1分間ベークし、レジスト下層膜(膜厚0.04μm)を形成した。
このレジスト下層膜をフォトレジストに使用する溶剤であるプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)に浸漬した。
実施例1乃至実施例10、比較例1、比較例3乃至比較例6はPGMEに難溶であることを確認した。比較例2では、レジスト下層膜がそのPGMEに溶解し、レジスト下層膜が残らなかった。
実施例1乃至実施例10、比較例1乃至比較例6で調製された各レジスト下層膜形成組成物をスピナーにより、半導体基板(シリコンウェハー)上に塗布した。ホットプレート上、200℃で1分間ベークし、レジスト下層膜(膜厚0.04μm)を形成した。
このレジスト下層膜の上に、市販のフォトレジスト溶液(住友化学(株)製、商品名:PAR855)をスピナーにより塗布し、ホットプレート上で100℃にて60秒間加熱した。
実施例1乃至実施例10、比較例1、比較例3乃至比較例6はフォトレジスト溶液に難溶のため、フォトレジスト膜(膜厚0.140μm)が形成できた。合計膜厚は0.180μmであった。
一方、比較例2はフォトレジスト溶液に易溶のため、レジスト下層膜とフォトレジスト溶液とミキシングし、塗布ムラが生じたり、レジスト下層膜上にフォトレジスト膜が積層できなかった。合計膜厚は0.147μmであった。
実施例1乃至実施例10、比較例1乃至比較例6で調製された各レジスト下層膜形成組成物をスピナーにより、シリコンウェハー上に塗布した。ホットプレート上で200℃1分間ベークし、レジスト下層膜(膜厚0.04μm)を形成した。
次に、これらのレジスト下層膜の波長248nm及び193nmでの屈折率(n値)及び減衰係数(k値)を、光エリプソメーター(J.A.Woollam社製、VUV−VASE VU−302)を用いて測定した。測定結果を下記表2に示す。
実施例1乃至実施例10、比較例1乃至比較例6で調製された各レジスト下層膜形成組成物をスピナーにより、シリコンウェハー上に塗布した。ホットプレート上で200℃1分間ベークし、レジスト下層膜(膜厚0.04μm)を形成した。
このレジスト下層膜の上に、市販のフォトレジスト溶液(住友化学(株)製、商品名:PAR855)をスピナーにより塗布し、ホットプレート上で100℃にて60秒間加熱してフォトレジスト膜(膜厚0.140μm)を形成した。
次いで、ニコン社製S307Eスキャナー(波長193nm、NA:0.85、sigma=0.93)を用い、現像後にフォトレジストパターンのライン幅及びそのライン間の幅が0.13μmになるよう設定されたマスクを通して、露光を行った。その後、ホットプレート上105℃で60秒間露光後加熱を行なった。冷却後、現像液として0.26規定の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現像した。
現像後、得られた各フォトレジストパターンの断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。評価の結果を下記表3に示す。
また、比較例2で調製されたレジスト下層膜形成組成物を用いた場合、パターン形成ができなかった。これは、上層にフォトレジストが塗布される際に溶剤に暴露されたため、レジスト下層膜中に溶剤が浸透し、さらにレジスト下層膜中の光酸発生剤成分が溶出したためとみられる。
そして比較例4、比較例5、比較例6で調製されたレジスト下層膜形成組成物を用いた場合、レジスト下層膜が現像されず残渣が残っていた。これは、レジスト下層膜中にアルカリ現像液に可溶な部位が十分でないため、アルカリ現像液に対して難溶だったためとみられる。
Claims (12)
- 下記式(1)、式(2)及び式(3):
量平均分子量が3,000乃至100,000であるポリマー(A)、架橋性化合物(D)、光酸発生剤(E)及び溶剤(F)を含むリソグラフィープロセスに用いるレジスト下層膜形成組成物。 - 下記式(1)及び式(2):
下記式(1)及び式(3):
基を表す。ただし、R7及びR8は同時に水素原子ではない。)で表される単位構造を含むポリマーであって、該ポリマーを構成する全ての単位構造の総モル数を1.0としたときに、式(1)で表される単位構造のモル数の割合(a)、式(3)で表される単位構造のモル数の割合(c)が、0.20≦a≦0.90、0.001≦c≦0.40の範囲内にあるポリマーであり、且つ、重量平均分子量が3,000乃至100,000であるポリマー(C)、架橋性化合物(D)、光酸発生剤(E)及び溶剤(F)を含み、
前記ポリマー(B)と前記ポリマー(C)の割合は重量比で1:0.01乃至1:1である、リソグラフィープロセスに用いるレジスト下層膜形成組成物。 - 式(1)において、R3が水素原子又はアセチル基を表す、請求項1又は請求項2に記載のレジスト下層膜形成組成物。
- 式(2)において、R5が第3級炭素原子又は第2級炭素原子を有する酸解離性基を表す、請求項1乃至請求項3のうちいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
- 式(3)において、アミド基:−C(O)(NR7R8)基が二級アミド又は三級アミドに由来するアミド結合を有する基である、請求項1乃至請求項4のうちいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
- ポリマー(A)の総質量に基づいて、1質量%乃至100質量%の架橋性化合物(D)、及び0.1質量%乃至20質量%の光酸発生剤(E)を含有する、請求項1に記載のレジスト下層膜形成組成物。
- ポリマー(B)及びポリマー(C)の合計総質量に基づいて、1質量%乃至100質量%の架橋性化合物(D)、及び0.1質量%乃至20質量%の光酸発生剤(E)を含有する、請求項2に記載のレジスト下層膜形成組成物。
- 更に塩基性化合物(G)を含む、請求項1乃至請求項8のうちいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
- ポリマー(A)の100質量部に対して、0.001乃至5質量部の塩基性化合物(G)を含む、請求項1又は請求項7に記載のレジスト下層膜形成組成物。
- ポリマー(B)及びポリマー(C)の合計質量100質量部に対して、0.001乃至5質量部の塩基性化合物(G)を含む、請求項2又は請求項8に記載のレジスト下層膜形成組成物。
- 請求項1乃至請求項11のうちいずれか一項に記載のレジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布しベークしてレジスト下層膜を形成する工程、そのレジスト下層膜上にフォトレジスト膜を形成する工程、前記レジスト下層膜と前記フォトレジスト膜で被覆された半導体基板を露光する工程、及び露光後にフォトレジスト膜とレジスト下層膜を現像する工程を含む、半導体装置の製造に用いるフォトレジストパターンの形成方法。
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