JP5956370B2 - 珪素含有下層膜材料及びパターン形成方法 - Google Patents
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そして、ビニルエーテル基とフェノール基の熱反応によってアセタール基が生成し、露光によって酸発生剤から酸が発生し、酸と水分と熱によってアセタール基が脱保護し、露光部分がアルカリ可溶のポジ型レジストとして機能する。
また、特許文献2、3では、この機構が現像液溶解型BARC(DBARC)に応用されている。
次に、露光と現像によってレジストパターンをマスクにしてフロロカーボンガスで珪素含有中間膜をドライエッチングし、珪素含有中間膜をマスクにしてドライエッチングで下層膜を加工し、下層膜をマスクにしてイオンを打ち込む。
ここで、下層膜のエッチングは、通常は酸素ガスが用いられるが、イオン打ち込みでは基板表面が酸化されるとイオンストッパーとなってしまうために水素ガスを用いることが好ましい。
通常は、SOG中間膜は弗酸で除去するが、これを用いると基板が珪素酸化膜の場合のダメージが大きい。そこで、SOG中間膜をドライエッチングによって剥離する場合はフロロカーボン系ガスを用いるが、この場合でも基板が珪素酸化膜の時のダメージが大きい。
また、特許文献4では、Si−Si結合は波長200nm以下に吸収を有するとして、これを用いたArFエキシマレーザー用反射防止膜が提案されている。
前述のように、シルセスキオキサンベースの珪素含有膜は、レジストパターンをマスクにして珪素含有膜を加工するとき、及び珪素含有膜のパターンをマスクにしてその下の炭化水素膜を加工するときのドライエッチングの選択比が高く、優れた寸法制御性を示す。
しかしながら、イオン打ち込み後にシルセスキオキサンベースの珪素含有膜を溶液で剥離しようとすると弗酸を用いる必要があるが、弗酸によって下地の酸化膜がダメージを受ける問題がある。また、フルオロカーボンガスによるドライエッチングによって剥離することも可能であるが、この場合も下地の酸化膜にダメージを与えてしまう。一方、珪素ペンダント型の珪素含有膜は、下地にダメージを与えない酸で剥離可能であるが、珪素の含有率が低いために、レジストパターンをマスクにして珪素含有膜をドライエッチングで加工するときの選択比が低く寸法制御性も低いという問題があった。
従って、エッチング選択比が高くて寸法制御性が高く、イオン打ち込み後に剥離可能なトライレイヤープロセス用の珪素含有下層膜材料の開発が望まれていた。
少なくとも下記一般式(1)で示される繰り返し単位aと、酸によって分解する架橋基を有するものを含むものであることを特徴とする珪素含有下層膜材料である。
しかしながら、架橋した膜はアルカリ現像液には溶解せず、露光部分に酸が発生し、酸によって一般式(1)で示される珪素含有酸不安定基が脱保護反応を起こしカルボン酸が発生したとしても、膜内が架橋している場合はアルカリ現像液には不溶である。
したがって、架橋している膜をアルカリ現像液に溶解するためには、熱によって架橋し、酸によって架橋基が分解する機構が必要であり、酸によって分解するアセタール基や3級エステル基で熱架橋する架橋剤が好ましい。
一般式(4)−1で示される分子内に少なくとも2つ以上のエノールエーテル基を有する架橋剤は、エチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、1,2−プロパンジオ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、テトラメチレングリコールジビニルエーテル、ネオペンチル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、ヘキサンジオールジビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ソルビトールテトラビニルエーテル、ソルビトールペンタビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、エチレングリコールジプロペニルエーテル、トリエチレングリコールジプロペニルエーテル、1,2−プロパンジオールジプロペニルエーテル、1,4−ブタンジオールジプロペニルエーテル、テトラメチレングリコールジプロペニルエーテル、ネオペンチルグリコールジプロペニルエーテル、トリメチロールプロパントリプロペニルエーテル、ヘキサンジオールジプロペニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジオールジプロペニルエーテル、ペンタエリスリトールトリプロペニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラプロペニルエーテル、ソルビトールテトラプロペニルエーテル、ソルビトールペンタプロペニルエーテル、トリメチロールプロパントリプロペニルエーテル、特開平6−230574号、特表2007−536389号、特表2008−501985号に例示される。
光吸収性のモノマーdとしては、具体的には下記に例示することが出来る。
なお、上記酸発生剤は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 f1〜f3の重合性の光酸発生剤が共重合されている場合は添加型の光酸発生剤は必ずしも必要ではない。
炭化水素膜用架橋剤としては、前述の熱によって架橋し、酸によって分解する複数のエノールエーテルを有する化合物や、複数の3級エステルのオキシランを有する化合物を用いることが出来る。これ以外には、前述の高炭素樹脂の下層膜出願に例示されている架橋剤を用いることも出来る。
被加工基板と本発明の珪素含有下層膜との間に、被加工基板を加工するためのハードマスクを敷いても良く、ハードマスクとしては被加工基板がSiO2系の絶縁膜基板の場合はSiN、SiON、p−Si、p−Si、α−Si、W、W−Si、アモルファスカ−ボン等が用いられる。また、被加工基板がp−Si、W−Si、Al−Si等のゲート電極の場合はSiO2、SiN、SiON等が用いられる。
図1(A)に示したように、基板10の上に、炭化水素下層膜20をスピンコート法などで形成した後、図1(B)に示すように、珪素含有下層膜30を形成する。本発明の珪素含有下層膜材料は、通常のフォトレジスト膜の形成法と同様にスピンコート法などで基板上に形成することが可能である。
その上に図1(C)に示すようにレジスト膜40を形成する。その後、有機溶剤を蒸発させ、レジスト膜40とのミキシング防止のため、架橋反応を促進させるためにベークをすることが望ましい。ベーク温度は80〜300℃の範囲内で、10〜300秒の範囲内が好ましく用いられる。なお、このレジスト下層膜の厚さは適宜選定されるが、5〜200nm、特に10〜150nmとすることが好ましく、反射防止効果の高い膜厚を選択することが出来る。
トライレイヤープロセスに適用した場合の珪素含有反射防止効果に最適な光学定数(n、k値)は、特開2006−293207号に記載されているように、n値が1.5〜1.9、k値が0.15〜0.3、膜厚が250〜130nmの範囲である。
なお、レジスト膜の厚さは特に制限されないが、20〜500nm、特に30〜400nmが好ましい。
レジスト膜の上層にレジスト保護膜を適用することも出来る。レジスト保護膜としては、反射防止機能を有することも出来、水溶性と非水溶性の材料がある。非水溶性材料としては、アルカリ現像液に溶解するものとアルカリ現像液に溶解せず、フッ素系溶媒で剥離する材料があるが、前者の方がレジストの現像と同時に剥離可能である分だけプロセス的なメリットがある。液浸露光の場合は、レジストからの酸発生剤などの添加剤の溶出を防ぐ目的と滑水性を向上させる目的で保護膜を設ける場合がある。
上記珪素含有ポリマー1〜10で示される樹脂、比較ポリマー1、2で示される樹脂、下記で示される酸発生剤、下記架橋剤1〜8、比較架橋剤1、2で示される架橋剤を、FC−4430(住友スリーエム社製)0.1質量%を含む有機溶剤中に表1に示す割合で溶解させ、0.1μmのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによって珪素含有下層膜材料(Si下層膜1〜13、比較Si下層膜1〜3)をそれぞれ調製した。比較珪素含有ポリマー1と2は、珪素とエステルがプロピレン基でつながっているために酸によって脱保護されることがない。
レジスト下層膜の形成後、J.A.ウーラム社の入射角度可変の分光エリプソメーター(VASE)で波長193nmにおける屈折率(n,k)を求め、その結果を表1に示した。
CyH:シクロヘキサノン
現像後のウェハーを割断し、炭化水素下層膜のパターンが形成されているかどうかを確認した。結果を表4に示す。
チャンバー圧力 2.0Pa
RFパワー 500W
Arガス流量 75sccm
H2ガス流量 45sccm
時間 150sec
30…珪素含有下層膜、 40…レジスト膜
Claims (9)
- リソグラフィーで用いられるフォトレジスト下層膜材料であって、
該フォトレジスト下層膜材料は、少なくとも下記一般式(1)で示される繰り返し単位aを有するものを含むものであり、前記フォトレジスト下層膜材料は、酸によって分解する架橋基を有するものを含むものであることを特徴とする珪素含有下層膜材料。
- 前記一般式(1)で示される繰り返し単位aに加えて、ヒドロキシ基、カルボキシル基を有する下記繰り返し単位b1、b2を共重合してなるものであることを特徴とする請求項1に記載の珪素含有下層膜材料。
- 前記酸によって分解する架橋基を有するものとして、分子内に少なくとも2つ以上の熱によって酸分解性のアセタール基に変換されるエノールエーテル基を有する架橋剤及び/又は、分子内に少なくとも2つ以上のオキシランを含有する酸脱離性の3級エステル基を有する架橋剤を添加したものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の珪素含有下層膜材料。
- 前記分子内に少なくとも2つ以上の熱によって酸分解性のアセタール基に変換されるエノールエーテル基を有する架橋剤が、下記一般式(4―1)で示され、分子内に少なくとも2つ以上のオキシランを含有する酸脱離性の3級エステル基を有する架橋剤が、下記一般式(4−2)又は(4−3)で示されるものであることを特徴とする請求項3に記載の珪素含有下層膜材料。
- 前記酸によって分解する架橋基を有するものとしては、前記一般式(1)の繰り返し単位aに加えて、下記一般式(5)記載の酸分解性のオキシラン環を有する繰り返し単位を共重合してなるものであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の珪素含有下層膜材料。
- 更に、有機溶剤、塩基性化合物、酸発生剤及び架橋剤のいずれか1つ以上を含有するものであることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の珪素含有下層膜材料。
- リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、少なくとも、請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の珪素含有下層膜材料を用いて珪素含有下層膜を基板上に形成し、該下層膜上にポジ型フォトレジスト膜を形成してパターン回路領域を露光した後、アルカリ現像液で現像してポジ型レジストの露光部分を溶解させると同時に珪素含有下層膜の露光部分も溶解させることを特徴とするパターン形成方法。
- リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、基板上に珪素を含まない炭化水素からなる下層膜を形成し、その上に少なくとも、請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の珪素含有下層膜材料を用いて珪素含有下層膜を基板上に形成し、該下層膜上にポジ型フォトレジスト膜を形成して露光と現像によってパターンを形成した後に、酸素、水素、アンモニア、水等のガスを用いたドライエッチングによって珪素含有下層膜をマスクにして炭化水素下層膜を加工し、炭化水素下層膜をマスクにして基板を加工することを特徴とするパターン形成方法。
- リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、基板上に珪素を含まない炭化水素からなる下層膜を形成し、その上に少なくとも、請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の珪素含有下層膜材料を用いて珪素含有下層膜を基板上に形成し、該下層膜上にポジ型フォトレジスト膜を形成して露光と現像によってレジストパターンと珪素含有下層膜パターンを同時に形成した後に、酸素、水素、アンモニア、水から選ばれる1種以上のガスを用いたドライエッチングによって珪素含有下層膜をマスクにして炭化水素下層膜を加工し、炭化水素下層膜をマスクにして基板にイオンを打ち込むことを特徴とするパターン形成方法。
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