JP5742806B2 - レジスト保護膜材料及びパターン形成方法 - Google Patents
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Description
EUVリソグラフィーにおいては、レーザーのパワーが低いことと反射ミラーの光の減衰のための光量低下によって、ウエハー面に到達する光の強度が低い。低い光量でスループットを稼ぐため高感度レジスト材料の開発が急務である。しかしながら、レジスト材料の感度を上げると解像度とエッジラフネス(LER、LWR)が劣化するという問題があり、感度とのトレードオフの関係が指摘されている。
環境の影響を遮断するためにはレジスト膜の上層に保護膜を形成することが有効である。アミンクエンチャーが添加されていなかった、t−BOC(tert−ブトキシカルボニル)で保護されたポリヒドロキシスチレンベースのKrFエキシマレーザー用の初期型の化学増幅型レジスト材料には保護膜の適用が有効であった。ArF液浸リソグラフィーの初期段階においても、水への酸発生剤の流出を防いでこれによるT−top形状防止のために保護膜が適用された。特開2006−53300号公報(特許文献1)には、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール基を含有するスチレンのホモポリマー、又はメタクリレートエステルとの共重合ポリマーをベースとする保護膜材料が示されている。
ここで、EUVリソグラフィープロセスにおいてもレジスト膜の上層に保護膜を形成することが提案されている(特許文献2:特開2006−58739号公報、特許文献3:特許第4716047号公報、特許文献4:特開2008−65304号公報、非特許文献1:Proc. SPIE Vol. 7969, p796916−1 (2011))。保護膜を形成することによって環境耐性を向上させることができ、レジスト膜からのアウトガスを低減させることができる。
OOBに感光せず、EUVに感光するレジスト開発が必要である。このようなレジストとして、スルホニウム塩のPAGのカチオン構造が重要であり、下記特許文献5(特開2011−138107号公報)の段落[0052]中にOOBに対して感度が低く、EUV光に高感度なバウンド型の酸発生剤の記載がある。非特許文献1では、OOB光を遮断する保護膜をレジスト上層に設けることの優位性が示されている。
しかしながら、ヘキサフルオロアルコール基を含有するポリマーは、レジスト膜へのダメージが極めて少ないエーテル系溶媒に溶解するというメリットがある。
〔1〕
ウエハーに形成したフォトレジスト層上にレジスト保護膜材料による保護膜を形成し、露光を行った後、現像を行うリソグラフィーによるパターン形成方法において用いるレジスト保護膜材料であって、下記一般式(1)で示される1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール基を有するスチレン、インデン、ベンゾフラン、ベンゾチオフェンから選ばれる1以上のモノマーに由来する繰り返し単位pに加えて、スチレン類、ビニルナフタレン類、インデン類、ベンゾフラン類、ベンゾチオフェン類、スチルベン類、スチリルナフタレン類、ジナフチルエチレン類から選ばれる1以上のモノマーに由来する繰り返し単位q1〜q4を共重合してなる高分子化合物をベース樹脂とすることを特徴とするレジスト保護膜材料。
〔2〕
前記レジスト保護膜材料が、アルカリ現像液に可溶であることを特徴とする〔1〕に記載のレジスト保護膜材料。
〔3〕
更に、ジイソプロピルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジ−n−ペンチルエーテル、メチルシクロペンチルエーテル、メチルシクロヘキシルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、ジ−sec−ブチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジ−sec−ペンチルエーテル、ジ−tert−アミルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテルから選ばれるエーテル系溶媒を含有することを特徴とする〔1〕又は〔2〕に記載のレジスト保護膜材料。
〔4〕
エーテル系溶媒に加えて、1−ブチルアルコール、2−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、tert−アミルアルコール、ネオペンチルアルコール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、3−メチル−3−ペンタノール、シクロペンタノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、2,3−ジメチル−2−ブタノール、3,3−ジメチル−1−ブタノール、3,3−ジメチル−2−ブタノール、2−エチル−1−ブタノール、2−メチル−1−ペンタノール、2−メチル−2−ペンタノール、2−メチル−3−ペンタノール、3−メチル−1−ペンタノール、3−メチル−2−ペンタノール、3−メチル−3−ペンタノール、4−メチル−1−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、4−メチル−3−ペンタノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノールから選ばれるアルコール系溶媒を含有することを特徴とする〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のレジスト保護膜材料。
〔5〕
全溶媒中、ジイソプロピルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジ−n−ペンチルエーテル、メチルシクロペンチルエーテル、メチルシクロヘキシルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、ジ−sec−ブチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジ−sec−ペンチルエーテル、ジ−tert−アミルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテルから選ばれるエーテル系溶媒を50質量%以上含有することを特徴とする〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載のレジスト保護膜材料。
〔6〕
ウエハーに形成したフォトレジスト層上にレジスト保護膜材料による保護膜を形成し、露光を行った後、現像を行うリソグラフィーによるパターン形成方法において、上記レジスト保護膜材料として〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載のレジスト保護膜材料を用いることを特徴とするパターン形成方法。
〔7〕
ウエハーに形成したフォトレジスト層上にレジスト保護膜材料による保護膜を形成し、真空中で露光を行うパターン形成方法において、上記レジスト保護膜材料として〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載のレジスト保護膜材料を用いることを特徴とするパターン形成方法。
〔8〕
露光における波長が3〜15nmの範囲、又は露光に電子線を用いることを特徴とする〔7〕に記載のパターン形成方法。
〔9〕
露光後に行う現像工程において、アルカリ現像液によりフォトレジスト層の現像とレジスト保護膜材料の保護膜の剥離とを同時に行うことを特徴とする〔6〕〜〔8〕のいずれかに記載のパターン形成方法。
〔10〕
カルボキシル基及び/又はフェノール基の水酸基の水素原子が酸不安定基で置換されている下記一般式(2)で示される繰り返し単位a1及び/又はa2の繰り返し単位を有する重量平均分子量が1,000〜500,000の範囲である高分子化合物をベース樹脂にしているフォトレジスト層上に上記レジスト保護膜材料による保護膜を形成し、真空中で露光を行うことを特徴とする〔6〕〜〔9〕のいずれかに記載のパターン形成方法。
〔11〕
前記ベース樹脂としての高分子化合物が、カルボキシル基及び/又はフェノール基の水酸基の水素原子が酸不安定基で置換されている上記一般式(2)で示される繰り返し単位a1、a2に加えて、下記一般式(3)で示されるスルホニウム塩b1〜b3から選ばれる1つ以上の繰り返し単位を共重合した重量平均分子量が1,000〜500,000の範囲である高分子化合物であることを特徴とする〔10〕に記載のパターン形成方法。
ラジカル重合開始剤としては特に限定されるものではないが、例として2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)等のアゾ系化合物、tert−ブチルパーオキシピバレート、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシラウレート等の過酸化物系化合物、また水溶性開始剤としては過硫酸カリウムのような過硫酸塩、更には過硫酸カリウムや過酸化水素等の過酸化物と亜硫酸ナトリウムのような還元剤の組み合わせからなるレドックス系開始剤が例示される。重合開始剤の使用量は、種類、重合反応条件等に応じて適宜変更可能であるが、通常は重合させるべき単量体全量に対して0.001〜5質量%、特に0.01〜2質量%が採用される。
重合反応の反応温度は重合開始剤の種類あるいは溶媒の沸点により適宜変更され、通常は20〜200℃が好ましく、特に50〜140℃が好ましい。かかる重合反応に用いる反応容器は特に限定されない。
このようにして得られる本発明にかかる重合体の溶液又は分散液から、媒質である有機溶媒又は水を除去する方法としては、公知の方法のいずれも利用できるが、例を挙げれば再沈澱濾過又は減圧下での加熱留出等の方法がある。
エーテル系溶媒の比率は全溶媒中の50質量%以上が好ましく、より好ましくは60質量%以上である。
また、上記溶媒の配合量は、保護膜用ベース材料100質量部に対して100〜30,000質量部、特に200〜20,000質量部が好ましい。
酸発生剤の具体例としては、特開2008−111103号公報の段落[0122]〜[0142]に記載されている。
レジスト保護膜材料に酸発生剤を添加することによって現像後のレジストパターン間のブリッジ欠陥を低減させる効果がある。
上記酸発生剤の配合量は、保護膜用ベース材料100質量部に対して0.1〜10質量部、特には1〜5質量部が好適である。なお、ベース樹脂として後述する繰り返し単位b1〜b3を共重合した高分子化合物を用いた場合、酸発生剤の配合を省略し得る。
上記界面活性剤の配合量は、保護膜用ベース材料100質量部に対して0.0001〜10質量部、特には0.001〜5質量部が好適である。
また、R39は互いに同一又は異種の炭素数2〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基、又は炭素数6〜20のアリール基である。
kは上記の通りである。
この場合、好ましくは、Aは2〜4価の炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、アルキルトリイル基、アルキルテトライル基、炭素数6〜30のアリーレン基であり、これらの基はヘテロ原子を介在していてもよく、またその炭素原子に結合する水素原子の一部が水酸基、カルボキシル基、アシル基又はハロゲン原子によって置換されていてもよい。また、c1は好ましくは1〜3の整数である。
式(A−3)で示される3級アルキル基としては、tert−ブチル基、トリエチルカルビル基、1−エチルノルボニル基、1−メチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロペンチル基、2−(2−メチル)アダマンチル基、2−(2−エチル)アダマンチル基、tert−アミル基等を挙げることができる。
一般式(K−2)中、R103は水素原子、炭素数1〜30の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アシル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、又はアリーロキシ基であり、エーテル基、エステル基、カルボニル基、又はラクトン環を有していてもよい。
0≦a1<1.0、0≦a2<1.0、0<a1+a2<1.0、
0≦b1≦0.5、0≦b2≦0.5、0≦b3≦0.5、0<b1+b2+b3≦0.5、
0≦c<1.0、0≦d<1.0、0≦e<1.0、0≦f<1.0、
0.7≦a1+a2+b1+b2+b3+c+d≦1.0であり、
好ましくは
0≦a1≦0.8、0≦a2≦0.8、0.1≦a1+a2≦0.8、
0≦b1≦0.5、0≦b2≦0.5、0≦b3≦0.5、0.02≦b1+b2+b3≦0.5、
0≦c≦0.8、0≦d≦0.8、0≦e≦0.5、0≦f≦0.5、
0.8≦a1+a2+b1+b2+b3+c+d≦1.0であり、
更に好ましくは
0≦a1≦0.7、0≦a2≦0.7、0.1≦a1+a2≦0.7、
0≦b1≦0.4、0≦b2≦0.4、0≦b3≦0.4、0.02≦b1+b2+b3≦0.4、
0≦c≦0.7、0≦d≦0.7、0≦e≦0.4、0≦f≦0.4、
0.85≦a1+a2+b1+b2+b3+c+d≦1.0である。
また、a1+a2+b1+b2+b3+c+d+e+f=1.0である。
本発明のパターン形成方法は、少なくとも、基板上にフォトレジスト膜を形成する工程と、該フォトレジスト膜の上に、前記本発明のレジスト保護膜材料を用いてレジスト保護膜を形成する工程と、露光する工程と、現像液を用いて現像する工程とを含む。
成膜方法としては、例えば、スピンコート法などが挙げられる。この時、フォトレジスト膜材料のスピンコーティングにおけるディスペンス量を削減するために、フォトレジスト溶媒あるいはフォトレジスト溶媒と混用する溶液で基板を塗らした状態でフォトレジスト膜材料をディスペンスしスピンコートするのが好ましい(例えば、特開平9−246173号公報参照)。これにより、フォトレジスト膜材料の溶液の基板への広がりが改善され、フォトレジスト膜材料のディスペンス量を削減できる。
レジスト膜の膜厚は10〜500nm、特に20〜300nmとすることが好ましい。
成膜方法としては、例えば、スピンコート法などが挙げられる。レジスト保護膜材料のスピンコートにおいても、前述のフォトレジスト膜と同様のプロセスが考えられ、レジスト保護膜材料の塗布前にフォトレジスト膜の表面を溶媒で塗らしてからレジスト保護膜材料を塗布してもよい。形成するレジスト保護膜の膜厚は2〜200nm、特には5〜50nmとすることが好ましい。フォトレジスト膜の表面を溶媒で塗らすには回転塗布法、ベーパープライム法が挙げられるが、回転塗布法がより好ましく用いられる。このとき用いる溶媒としては、前述のフォトレジスト膜を溶解させないエーテル系溶媒を主とし、場合によっては高級アルコール、フッ素系溶媒を混合させるのがより好ましい。
露光時の環境としては、EUV、EB共に真空中である。
露光後、必要に応じてベーク(ポストエクスポージャベーク;PEB)を行い、現像を行う。
現像工程では、例えば、アルカリ現像液で3〜300秒間現像を行う。アルカリ現像液としては2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液が一般的に広く用いられている。テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液の代わりにテトラブチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いることもできる。
この場合、現像工程において、アルカリ現像液を用いて現像し、前記フォトレジスト膜にレジストパターンを形成すると同時に、フォトレジスト膜上のレジスト保護膜の剥離を行うのが好ましい。このようにすれば、従来装置に剥離装置を増設することなく、より簡便にレジスト保護膜の剥離を行うことができる。
なお、上記工程に加え、エッチング工程、レジスト除去工程、洗浄工程等のその他の各種工程が行われてもよい。
次に、上記方法でレジスト保護膜を形成したシリコン基板を用いて、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液で30秒間現像し、現像後のレジスト保護膜の膜厚を測定した。その結果を表2に示す。現像後、レジスト保護膜は全て溶解していることが確認された。
EUV評価
通常のラジカル重合で得られた下記高分子化合物を用いて、表3に示される組成で溶解させた溶液を、0.2μmサイズのフィルターで濾過してポジ型レジスト材料を調製した。
得られたポジ型レジスト材料を直径8インチφのSi基板上の膜厚35nmで積層された信越化学工業(株)製の珪素含有SOG膜SHB−A940上に塗布し、ホットプレート上で、105℃で60秒間プリベークして50nmのレジスト膜を作製した。その上に保護膜溶液をスピンコートし、ホットプレート上で、100℃で60秒間プリベークして30nm膜厚のレジスト保護膜を作製した。EUVマイクロステッパー(NA0.3、クアドルポール照明)で露光した。その後OOB光の照射を仮定して、ArFエキシマレーザースキャナーで、ウエハー全面1mJ/cm2で露光し、ホットプレート上で、95℃で60秒間ポストエクスポージャベーク(PEB)を行い、2.38質量%のTMAH水溶液で30秒間パドル現像を行い、ポジ型のパターンを得た。比較例4では、レジストの上に保護膜の作製を行わなかった。比較例5では、レジストの上に保護膜の作製を行わず、更にはOOBを仮定したArFとKrFの露光も行わなかった。その結果を表4に示す。
Claims (11)
- ウエハーに形成したフォトレジスト層上にレジスト保護膜材料による保護膜を形成し、露光を行った後、現像を行うリソグラフィーによるパターン形成方法において用いるレジスト保護膜材料であって、下記一般式(1)で示される1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール基を有するスチレン、インデン、ベンゾフラン、ベンゾチオフェンから選ばれる1以上のモノマーに由来する繰り返し単位pに加えて、スチレン類、ビニルナフタレン類、インデン類、ベンゾフラン類、ベンゾチオフェン類、スチルベン類、スチリルナフタレン類、ジナフチルエチレン類から選ばれる1以上のモノマーに由来する繰り返し単位q1〜q4を共重合してなる高分子化合物をベース樹脂とすることを特徴とするレジスト保護膜材料。
- 前記レジスト保護膜材料が、アルカリ現像液に可溶であることを特徴とする請求項1に記載のレジスト保護膜材料。
- 更に、ジイソプロピルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジ−n−ペンチルエーテル、メチルシクロペンチルエーテル、メチルシクロヘキシルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、ジ−sec−ブチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジ−sec−ペンチルエーテル、ジ−tert−アミルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテルから選ばれるエーテル系溶媒を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載のレジスト保護膜材料。
- エーテル系溶媒に加えて、1−ブチルアルコール、2−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、tert−アミルアルコール、ネオペンチルアルコール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、3−メチル−3−ペンタノール、シクロペンタノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、2,3−ジメチル−2−ブタノール、3,3−ジメチル−1−ブタノール、3,3−ジメチル−2−ブタノール、2−エチル−1−ブタノール、2−メチル−1−ペンタノール、2−メチル−2−ペンタノール、2−メチル−3−ペンタノール、3−メチル−1−ペンタノール、3−メチル−2−ペンタノール、3−メチル−3−ペンタノール、4−メチル−1−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、4−メチル−3−ペンタノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノールから選ばれるアルコール系溶媒を含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のレジスト保護膜材料。
- 全溶媒中、ジイソプロピルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジ−n−ペンチルエーテル、メチルシクロペンチルエーテル、メチルシクロヘキシルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、ジ−sec−ブチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジ−sec−ペンチルエーテル、ジ−tert−アミルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテルから選ばれるエーテル系溶媒を50質量%以上含有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のレジスト保護膜材料。
- ウエハーに形成したフォトレジスト層上にレジスト保護膜材料による保護膜を形成し、露光を行った後、現像を行うリソグラフィーによるパターン形成方法において、上記レジスト保護膜材料として請求項1乃至5のいずれか1項に記載のレジスト保護膜材料を用いることを特徴とするパターン形成方法。
- ウエハーに形成したフォトレジスト層上にレジスト保護膜材料による保護膜を形成し、真空中で露光を行うパターン形成方法において、上記レジスト保護膜材料として請求項1乃至5のいずれか1項に記載のレジスト保護膜材料を用いることを特徴とするパターン形成方法。
- 露光における波長が3〜15nmの範囲、又は露光に電子線を用いることを特徴とする請求項7に記載のパターン形成方法。
- 露光後に行う現像工程において、アルカリ現像液によりフォトレジスト層の現像とレジスト保護膜材料の保護膜の剥離とを同時に行うことを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- カルボキシル基及び/又はフェノール基の水酸基の水素原子が酸不安定基で置換されている下記一般式(2)で示される繰り返し単位a1及び/又はa2の繰り返し単位を有する重量平均分子量が1,000〜500,000の範囲である高分子化合物をベース樹脂にしているフォトレジスト層上に上記レジスト保護膜材料による保護膜を形成し、真空中で露光を行うことを特徴とする請求項6乃至9のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記ベース樹脂としての高分子化合物が、カルボキシル基及び/又はフェノール基の水酸基の水素原子が酸不安定基で置換されている上記一般式(2)で示される繰り返し単位a1、a2に加えて、下記一般式(3)で示されるスルホニウム塩b1〜b3から選ばれる1つ以上の繰り返し単位を共重合した重量平均分子量が1,000〜500,000の範囲である高分子化合物であることを特徴とする請求項10に記載のパターン形成方法。
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