JP6172681B2 - ネガ型レジスト用の現像可能な底部反射防止コーティング組成物 - Google Patents

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Description

本開示は、化学組成物に関し、具体的には現像可能な底部反射防止コーティング(DBARC)材料、構造体、その作成法及び使用法に関する。
基板による高い反射率は、高開口数(NA)及び短い紫外(UV)波長(例えば、248nm、193nm、及びそれより短い波長)の露光の場合にフォトレジストのリソグラフィ性能にとってますます有害になってきた。リソグラフィ性能に対する高反射率の悪影響の問題は、ゲート・パターン化後の表面トポロジの存在、及び/又は高性能半導体デバイス用の種々の反射性基板(シリコン、窒化シリコン及び酸化シリコンを含む基板など)の使用のために、注入段階においてより顕著になる。
リソグラフィ像を改善するための上部反射防止コーティング(TARC)層の使用が当該技術分野で知られている。TARC層によってもたらされる反射率制御は、一般に、底部反射防止コーティング(BARC)層を用いて得られる反射率制御ほどには良好ではない。しかし、BARC層の使用は、BARC層を除去するためのエッチング・ステップを必要とする。このエッチング・プロセスは下層の基板を損傷する可能性があり、従ってBARC層の使用は、注入段階を含む多くの用途には望ましくない。
当該技術においては2つの型式のフォトレジストが知られている。ポジ型フォトレジストは、露光されたフォトレジストの部分がフォトレジスト現像液に可溶となる型のフォトレジストである。露光されていないフォトレジストの部分はフォトレジスト現像液に不溶のままである。ネガ型レジストは、露光されたフォトレジストの部分がフォトレジスト現像液に不溶となる型のフォトレジストである。露光されていないフォトレジストの部分はフォトレジスト現像液に可溶である。
ポジ型フォトレジストの反射率制御問題を軽減するために、DBARC層が提案されている。当該技術分野において知られているDBARC材料は、ポジ型フォトレジストのみと適合する材料を含む。ポジ型レジスト用のDBARCシステムは、例えば、Oberlander他による特許文献1、Chen他による特許文献2、及びHuang他による特許文献3に開示されている。ポジ型レジスト用のDBARC材料は、ポジ型フォトレジストと同様に光照射によってフォトレジスト現像液に可溶になる。
米国特許第6,844,131号明細書 米国特許出願公開第2007/0243484号明細書 米国特許出願公開第2010/0196825号明細書 特開平1−293339号公報 カナダ国特許第1,204,547号明細書
しかし、半導体製造における多くの注入段階では、ネガ型フォトレジストが使用されており、その理由は、ポジ型レジストと比べて、ネガ型フォトレジストの方がトポグラフィ上のレジスト像のより優れたクリアリングをもたらし、またイオン注入の間のレジスト収縮が小さいためである。従って、ネガ型フォトレジストと共に使用するのに適したDBARCシステムが必要とされている。
ネガ型現像可能な底部反射防止コーティング(NDBARC)材料は、脂肪族アルコール部分と芳香族部分とカルボン酸部分とを有するポリマーを含む。NDBARC組成物は、コーティング及びベーキングの後、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)のような典型的なレジスト溶媒に不溶となる。このNDBARC材料はまた、光酸発生剤も含む。このNDBARC材料はまた、架橋化合物を含むこともできる。
NDBARC材料の中で、カルボン酸は、現像液可溶性を与え、他方アルコール及び/又はカルボン酸は、PGMEA耐性を与える。NDBARC材料はレジスト溶媒に対する耐性を有し、従って、NDBARC上にレジストをコーティングする際にNDBARCとレジストとの間の混合が起きない。NDBARC層及びネガ型レジストの積層体の露光及びベークの後、ネガ型フォトレジストとNDBARC層の両方のリソグラフィ露光部分は、リソグラフィ露光部分内のネガ型レジスト及びNDBARCの化学増幅された架橋のために、現像液に不溶となる。
本開示の一態様により、NDBARC材料用の組成物が提供される。この組成物は、少なくとも1つのカルボン酸部分と、少なくとも1つの架橋性脂肪族アルコール部分と、少なくとも1つの芳香族部分とを有するポリマーを含む。
本開示の別の態様により、リソグラフィ構造体を形成する方法が提供される。この方法は、基板の表面上に底部から上部へとNDBARC層及びネガ型フォトレジスト層の積層体を形成するステップであって、NDBARC層が、少なくとも1つのカルボン酸部分と、少なくとも1つの架橋性脂肪族アルコール部分と、少なくとも1つの芳香族部分とを含んだポリマーを含む、積層体を形成するステップと、積層体の一部分をリソグラフィ露光するステップと、積層体を現像するステップであって、積層体のリソグラフィ露光されない部分が現像中に基板の表面上から除去される、現像するステップと、を含む。
本開示のさらに別の態様により、構造体は、底部から上部へNDBARC層及びネガ型フォトレジスト層の積層体を含む。この積層体は、基板の表面上に配置される。NDBARC層は、少なくとも1つのカルボン酸部分と、少なくとも1つの架橋性脂肪族アルコール部分と、少なくとも1つの芳香族部分とを含んだポリマーを含む。
本開示の一実施形態による、NDBARC層を使用する例示的な構造体の、NDBARC層及びネガ型フォトレジスト層の積層体の形成後の縦断面図である。 本開示の一実施形態による例示的な構造体の、NDBARC層及びネガ型フォトレジスト層の積層体のリソグラフィ露光後の縦断面図である。 本開示の一実施形態による例示的な構造体の、NDBARC層及びネガ型フォトレジスト層の積層体を現像した後の縦断面図である。 本開示の一実施形態による、例示的な構造体のNDBARC層及びネガ型フォトレジスト層の積層体をマスク層として用いるイオン注入中の縦断面図である。
上記のように、本開示はNDBARC材料の組成物、構造体、その作成方法及び使用方法に関するものであり、以下で、これらを添付の図面を用いて詳細に説明する。図面を通して、同じ参照数字又は文字は、同じ又は等価な要素を示すのに用いられる。図面は必ずしも一定の尺度で描かれてはいない。
本開示の一実施形態によるNDBARC材料は、カルボン酸部分と架橋性脂肪族アルコール部分と芳香族部分とを含んだポリマーを含む。カルボン酸部分の例は、カルボン酸基を含むポリマー内の繰返し単位である。本明細書において、繰返し単位は、鎖内で繰返される単位を指す。同様に、脂肪族アルコール基又は芳香族基を含む繰返し単位が、それぞれ脂肪族部分及び芳香族部分である。繰返し単位はまた、これらのカルボン酸基、脂肪族アルコール基及び芳香族基のうちの1つより多くを種々の組合せで含むことができる。カルボン酸部分110のm個の繰返し単位、架橋性脂肪族アルコール部分120のn個の繰返し単位、及び芳香族部分130のl個の繰返し単位を含む例示的なポリマー100の化学式を以下に示す。
Figure 0006172681
上記の例示的なポリマー100において、下付き文字l、m及びnは各繰返し単位の繰返し数である。l、m及びnの各々は、1より大きい整数とすることができ、2から1,000まで、典型的には10から200までの範囲にすることができるが、より小さい数又はより大きい数を用いることもできる。カルボン酸部分110のm個の繰返し単位のモル百分率は、m/(m+n+l+k)であり、架橋性脂肪族アルコール部分120のn個の繰返し単位のモル百分率は、n/(m+n+l+k)であり、芳香族部分130のl個の繰返し単位のモル百分率は、l/(m+n+l+k)である。ここで、kは、鎖に結合している場合もあり、結合していない場合もある、その他の随意部分の総数である。一実施形態において、数kは0とすることができる。別の実施形態において、数kは、m、n、及びlの和の0.5%から50%までの範囲の正の整数とすることができる。
カルボン酸部分110のm個の繰返し単位は、複数の第1の繰返し単位群で置き換えることができる。各々の第1の繰返し群は、少なくとも2回繰り返されるカルボン酸部分を含むことができ、その第1の繰返し単位群に直接連結された他の第1の繰返し単位群のいずれとも異なる。架橋性脂肪族アルコール部分120のn個の繰返し単位は、複数の第2の繰返し単位群で置き換えることができる。各々の第2の繰返し群は、少なくとも2回繰り返される架橋性脂肪族アルコール部分を含むことができ、その第2の繰返し単位群に直接連結された他の第2の繰返し単位群のいずれとも異なる。芳香族部分130のl個の繰返し単位は、複数の第3の繰返し単位群で置き換えることができる。各々の第3の繰返し群は、少なくとも2回繰り返される芳香族部分を含むことができ、その第3の繰返し単位群に直接連結された他の第3の繰返し単位群のいずれとも異なる。さらに、各第1の繰返し群、各第2の繰返し群、及び/又は各第3の繰返し群は、第1の繰返し群、第2の繰返し群、及び/又は第3の繰返し群のいずれかに直接連結することができる。従って、例示的なポリマー100は、少なくとも1つのカルボン酸部分の複数の単位、少なくとも1つの架橋性脂肪族アルコール部分の複数の単位、及び少なくとも1つの芳香族部分の複数の単位を含むことができる。
NDBARC材料は、コーティング及びベーキングの後、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)などの典型的なレジスト溶媒に不溶となる。NDBARC材料はまた、光酸発生剤を含むこともできる。NDBARC材料はまた、架橋化合物を含むこともできる。
NDBARC材料の中で、カルボン酸は現像液可溶性を与え、他方、カルボン酸単独で、アルコール単独で、及び/又はアルコールとカルボン酸との組合せで、レジスト溶媒に対する耐性を与え、このレジスト溶媒は、PGMEAとすることができる。NDBARC材料はレジスト溶媒に対する耐性を有し、従って、NDBARC上にレジストをコーティングする際にNDBARCとレジストとの間の混合が起きない。NDBARC層及びネガ型レジストの積層体の露光及びベークの後、ネガ型フォトレジストとNDBARC層の両方のリソグラフィ露光部分は、リソグラフィ露光部分内のネガ型レジスト中のポリマー及びNDBARC中のポリマー100の化学増幅された架橋のために、現像液に不溶となる。従って、NDBARC層は、リソグラフィ露光後に現像剤溶液に不溶となるNDBARC材料を含む。
リソグラフィ露光されたNDBARC層及びネガ型レジストの積層体を現像する。NDBARC層及びネガ型レジストの積層体のリソグラフィ露光されない部分、即ち照射されない部分は、現像中にクリーニングされ、即ち除去される。NDBARC層及びネガ型レジストのリソグラフィ露光部分を含むクリーンなネガ画像が、下層の基板上に形成される。
NDBARC層の芳香族部分の選択は露光波長に依存する。193nmリソグラフィにおいて使用するためには、当該技術分野で既知の殆どの芳香族基を用いることができる。193nmリソグラフィに対する好ましい芳香族基としては、フェニル基及びフェノール基並びにそれらの誘導体が挙げられる。
248nmリソグラフィにおいて使用するためには、NDBARC材料に十分な吸収係数kを与えるために縮合芳香族系が必要である。吸収係数kの典型的な目標値は、照射波長において0.1から0.9までとすることができるが、より小さい値及びより大きい値を用いることもできる。248nmリソグラフィに対する好ましい芳香族基としては、アントラセン、ナフタレン、及びそれらの誘導体が挙げられる。現像液中の溶解度とレジスト溶媒に対する耐性とを釣り合わせるために、アルコール含有多環式構造を用いることができる。
カルボン酸部分110の各々は、炭素(C)原子が酸素(O)原子に二重結合で結合され、ヒドロキシル基(−OH)に単結合で結合された、カルボン酸基を含む部分である。第4の結合が炭素原子を他のいずれかの一価結合基に連結する。従って、カルボン酸基は以下の構造を有する。
Figure 0006172681

カルボン酸の化学的特性としては酸性が挙げられる。カルボン酸は、一般にヒドロキシル基を含む他の有機化合物よりも酸性が強いが、一般に塩酸及び硫酸などの鉱酸よりも弱い。カルボン酸としては、ギ酸、酢酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アクリル酸、メタクリル酸(MAA)、及びオレイン酸が挙げられるが、これらに限定されない。対応して、少なくとも1つのカルボン酸部分は、ギ酸部分、酢酸部分、パルミチン酸部分、ステアリン酸部分、オレイン酸部分、アクリル酸部分、MAA部分、4−ビニル安息香酸部分、2−カルボキシエチルアクリレート部分、モノ−2−(メタクリロイルオキシ)エチルスクシネート部分のうちの少なくとも1つを含む。カルボン酸部分のためのモノマーの非限定的な例の化学式は以下を含む。
Figure 0006172681
架橋性脂肪族アルコール部分120の各々は、アルキル基に連結した1つ又は複数のヒドロキシル基(−OH)を含む架橋性の一連の同族有機化合物を含む。ヒドロキシル基は、カルボン酸と架橋してエステルを形成することができる。ヒドロキシル基は、別のヒドロキシル基と架橋してエーテルを形成することができる。ヒドロキシル基はまた、反応性エーテルと架橋することもできる。架橋性脂肪族アルコール部分はまた、例えば、近くの発色団による放射の吸収によって十分なエネルギーが与えられたときに別の架橋性脂肪族アルコール部分の別の不飽和結合と化合してポリマー100の間の架橋をもたらすことができる少なくとも1つの不飽和結合を有することができる。架橋性脂肪族アルコールの非限定的な例としては、3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレート(HADMA)、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)、3−(2’−ヒドロキシエトキシ)−1−アダマンチルメタクリレート(HEADMA)が挙げられる。対応して、少なくとも1つの架橋性脂肪族アルコール部分は、HADMA部分、HEMA部分、HEADMA部分のうちの少なくとも1つを含む。架橋性脂肪族アルコール部分に加えて、反応性エーテルも架橋性である。架橋性脂肪族アルコール部分及び反応性エーテル部分のためのモノマーの非限定的な例のその他の架橋性化学式には以下が含まれる。
Figure 0006172681

Figure 0006172681

記号p、q、及びrは、正の整数を表し、それぞれ独立に1から30までの値を有する。記号Rは、少なくとも1つの炭素原子を含み、炭素原子の総数が1から30までである飽和炭素鎖を表す。
各々の芳香族部分130は、発色団を含む。発色団は、特定の波長のUV光を吸収し、それ以外を透過又は反射する。発色団は、NDBARC材料上のネガ型フォトレジスト層をリソグラフィ露光するのに用いられる照射と同じ波長の放射を吸収するように選択することができる。従って、少なくとも1つの芳香族部分は、100nmから400nmまでの波長範囲から選択された波長の光を吸収する少なくとも1つの発色団部分を含むことができる。例証的な例として、ネガ型フォトレジスト層が248nm放射に対する感受性を有する場合には、発色団は248nm放射を吸収するように選択される。ネガ型フォトレジスト層が193nm放射に対する感受性を有する場合には、発色団は193nm放射を吸収するように選択される。NDBARC材料内の芳香族部分に使用することができる発色団の非限定的な例としては、248nm用途に対して9−アントリルメチルメタクリレート(ANTMA)及びビニルナフタレンのモノマー、及び193nm用途に対して4−ヒドロキシスチレン及びスチレンのモノマー由来の繰返し単位が挙げられる。対応して、少なくとも1つの芳香族部分は、ANTMA部分、4−ヒドロキシスチレン部分、及びスチレン部分のうちの少なくとも1つを含む。発色団芳香族部分のためのモノマーの非限定的な例の化学式には以下が含まれる。
Figure 0006172681

Figure 0006172681

Figure 0006172681

Figure 0006172681

記号nは0から30までの範囲の正の整数を表し、mは1から30までの範囲の正の整数を表す。
ポリマー100は、溶媒中へのポリマー100の溶解性を促進する溶解性促進部分などの他の部分を随意に含むことができる。例えば、5−メタクロイルオキシ−2,6−ノルボルナンカルボラクトン(NLM)のモノマー由来の繰返し単位をポリマー100に加えることができる。溶解性促進部分のためのNLM及びその他のモノマーの化学式は以下を含む。
Figure 0006172681

ここで、Rは水素原子、又は1個から10個までの炭素原子を有するアルキル基である。
ポリマー100は、例えば、カルボン酸部分110を含む少なくとも1つの第1のモノマーと、架橋性脂肪族アルコール部分120を含む少なくとも1つの第2のモノマーと、芳香族部分130を含む少なくとも1つの第3のモノマーとを重合することによって形成することができる。重合は、例えば、第1、第2、及び第3のモノマーを溶解する溶媒を用いて行うことができる。少なくとも1つの第1のモノマー、少なくとも1つの第2のモノマー、及び少なくとも1つの第3のモノマーの各々は、単一種のモノマー又は複数のモノマーを含むことができる。ポリマー100は、通常の重合法、例えば、ラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合、又は有機金属触媒重合によって作成することができる。
一実施形態において、第1、第2、及び第3のモノマー単位のポリマー内の、少なくとも1つの第1のモノマー単位のモル百分率は、20から70までとすることができる。別の実施形態において、第1、第2、及び第3のモノマー単位のポリマー内の、少なくとも1つの第1のモノマー単位のモル百分率は、30から60までとすることができる。
一実施形態において、第1、第2、及び第3のモノマー単位のポリマー内の、少なくとも1つの第2のモノマー単位のモル百分率は、10から70までとすることができる。別の実施形態において、第1、第2、及び第3のモノマー単位のポリマー内の、少なくとも1つの第2のモノマー単位のモル百分率は、20から60までとすることができる。
一実施形態において、第1、第2、及び第3のモノマー単位のポリマー内の、少なくとも1つの第3のモノマー単位のモル百分率は、10から70までとすることができる。別の実施形態において、第1、第2、及び第3のモノマー単位のポリマー内の、少なくとも1つの第3のモノマー単位のモル百分率は、20から50までとすることができる。
一実施形態において、少なくとも1つのカルボン酸部分、少なくとも1つの架橋性脂肪族アルコール部分、及び少なくとも1つの芳香族部分の全モル数に対する少なくとも1つのカルボン酸部分のモル百分率は、20から70までであり、少なくとも1つのカルボン酸部分、少なくとも1つの架橋性脂肪族アルコール部分、及び少なくとも1つの芳香族部分の全モル数に対する少なくとも1つの架橋性脂肪族アルコール部分のモル百分率は、10から70までである。ポリマー中の第1、第2、及び第3の化合物の全モル百分率の和は、100である。ポリマーは、NDBARC組成物に含まれる。
本発明のポリマーは、少なくとも約1000の重量平均分子量を有することが好ましく、約1,500−50,000の重量平均分子量がより好ましい。所望であれば、本発明の異なるポリマーの混合物を用いることができ、又は、ポリマーは、他のポリマー成分を含むことができる。しかし、一般に、本発明のNDBARC組成物は、本質的に本発明のポリマーから構成されることが好ましい。
NDBARC組成物をスピン・コーティング法で基板にコーティングすることができるようにするためには、組成物を溶液にする必要がある。一実施形態において、NDBARC材料は、ポリマーを溶解するキャスト溶媒を含む。
キャスト溶媒の非限定的な例としては、プロピレングリコールメチルエーテル(PGME)、ガンマ−ブチロラクトン(GBL)、アニソール、プロピレンカーボネート、スルホラン、コハク酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、乳酸エチル、4−メチル−2−ペンタノール、及び他のアルコールをベースとする溶媒が挙げられる。本発明には混合溶媒を用いることもできる。混合溶媒の例は、PGME及びGBLを含むことができ、溶媒混合物の全重量中の1つの溶媒のwt.%(重量百分率)は1から99までである。一実施形態において、溶媒混合物の全重量中のいずれの溶媒のwt.%も、25から80までの範囲にある。基板に塗布するための組成物中の溶媒の量は、約0.5−7wt.%の固形分含量を達成するのに十分であることが好ましい。さらに、NDBARC材料は、少なくとも1つの光酸発生剤も含む。これは、少なくとも1つの架橋化合物を含むこともできる。光酸発生剤及び架橋化合物は、溶媒に溶解される。
光酸発生剤は、当該技術分野で知られているいずれかの種類の光酸発生剤とすることができる。光酸発生剤は、光照射によって酸を放出することによりフォトレジスト及びNDBARCに酸で触媒される化学増幅の能力を与える。化学増幅中に、照射光によって放出された光酸が、露光後ベーク・ステップ中のNDBARC内のポリマーの架橋反応を触媒する。光酸は、ポリマー100を現像液に不溶にする。単一の光酸分子で、多数のそのような反応を触媒することができる。
本開示の適用はいずれかの特定の酸発生剤又は酸発生剤の組合せの使用に限定されるものではなく、即ち、本発明の利益は、当該技術分野で知られた種々の酸発生剤を用いて達成することができる。適切な放射線感受性酸発生剤の例(しかし、いずれかの指定されたアリール部分の1つ又は複数がアルキル置換されていることが好ましい)としては、オニウム塩、例えば、ヘキサフルオロアンチモン酸トリアリールスルホニウム、ヘキサフルオロアンチモン酸ジアリールヨードニウム、ヘキサフルオロヒ酸塩、トリフラート、ペルフルオロアルカンスルホン酸塩(例えば、ペルフルオロメタンスルホン酸塩、ペルフルオロブタンスルホン酸塩、ペルフルオロヘキサンスルホン酸塩、ペルフルオロオクタンスルホン酸塩など)、ピロガロールなどの置換アリールスルホン酸塩(例えば、ピロガロールのトリメシレート、ピロガロールのトリス(スルホナート))、ヒドロキシイミドのスルホン酸エステル、N−スルホニルオキシナフタルイミド(N−カンファースルホニルオキシナフタルイミド、N−ペンタフルオロベンゼンスルホニルオキシナフタルイミド)、α,α’ビス−スルホニルジアゾメタン、ナフトキノン−4−ジアジド、アルキルジスルホンなどが挙げられる。放射感受性酸発生剤は、レジスト組成物の他の成分と親和性であるべきである。所望であれば、放射感受性酸発生剤の組合せを用いることができる。
架橋化合物は、当該技術分野で既知のいずれかの種類の架橋化合物とすることができる。架橋化合物は、ポリマー100の分子が互いに架橋するように誘導する。本発明のNDBARC組成物の架橋化合物は、発生された酸によって及び/又は加熱によって触媒される様式でポリマーと反応できる架橋剤であることが好ましい。一般に、架橋化合物は、他の点では組成物の他の成分と親和性の任意の適切な架橋剤とすることができる。架橋剤は、発生された酸の存在下でポリマー成分を架橋するように作用することが好ましい。適切な有機架橋剤としては、それらに限定されないが、アミン含有化合物、エポキシ含有化合物、少なくとも2つのビニルエーテル基を含む化合物、アリル置換芳香族化合物、少なくとも2つ又はそれ以上のジアゾナフトキノンスルホン酸エステル基を含む化合物、及びこれらの組合せが挙げられる。好ましい架橋剤は、Cytec Industries、IncからPOWDERLINKの商標のもとで入手できるテトラメトキシメチルグリコールウリル、メチルプロピルテトラメトキシメチルグリコールウリル、及びメチルフェニルテトラメトキシメチルグリコールウリルなどのグリコールウリル化合物である。他の好ましい架橋剤としては、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−p−クレゾール、並びに以下の構造
Figure 0006172681

を有し、それらの類似体及び誘導体を含む化合物、例えば特許文献4に見出されるような化合物、並びにエーテル化アミノ樹脂、例えばメチル化又はブチル化メラミン樹脂(それぞれ、N−メトキシメチルメラミン又はN−ブトキシメチルメラミン)又はメチル化/ブチル化グリコールウリル、例えば特許文献5に見出すことができるようなものが挙げられる。ビス−エポキシ又はビス−フェノール(例えば、ビスフェノールA)など、他の架橋剤を用いることもできる。架橋剤の組合せを用いることができる。
本発明のNDBARC組成物は、当該技術分野で知られている染料/増感剤、塩基添加剤などの少量の補助成分をさらに含むことができる。好ましい塩基添加剤は、微量の酸を捕捉する一方でNDBARCの性能に対して過度に影響しない塩基である。一般的な塩基添加剤は、芳香族アミン、脂肪族アミン、又は、水酸化テトラブチルアンモニウム(TBAH)などの水酸化テトラアルキルアンモニウムである。
本発明のNDBARC組成物は、組成物中のポリマー成分の全重量に基づいて約0.5−20wt.%(より好ましくは約3−15wt.%)の酸発生剤を含むことが好ましい。溶媒が存在する場合、全体としての組成物は、約50−99.5wt.%の溶媒を含むことが好ましい。一実施形態において、本発明のNDBARC組成物はまた、組成物中のポリマー成分の全重量に基づいて約1−30wt.%(より好ましくは約3−15wt.%)の架橋成分を含むことができる。この組成物はまた、ポリマー成分の全重量に基づいて好ましくは約3wt.%又はそれ以下の塩基添加剤を含むことができる。
例証的な例において、例示的なNDBARC材料は、以下の例示的な組成物を準備することによって形成することができる。即ち、
45モル百分率のMAAと、
30モル百分率のHADMAと、
25モル百分率のANTMAと
を含むターポリマー、
5重量部のビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロブタン−1−スルホナート(BPIN)、及び
0.425重量部のtert−ブチル−2−フェニル−1,3−ベンゾジアゾール−1−カルボキシレート消光剤(BB)(全て、ポリマーに対して)。
上記の混合物は、PGMEとGBLの重量で50%−50%の混合物を含む溶媒に溶解することができる。
図1を参照すると、ポリマー100を含むNDBARC材料をネガ型フォトレジストと組み合せてリソグラフィ系内で用いることができる。具体的には、底部から上部へNDBARC層20及びネガ型フォトレジスト層30を含む積層体が、基板10の上に形成される。NDBARC層20は、上記のポリマーとこのポリマーを溶解する溶媒とを含んだ溶液を基板10の上にコーティングすることによって形成される。NDBARC層20及びネガ型フォトレジスト層30の積層体は、例えば、基板10上での逐次スピン・コーティング・プロセスによって形成することができ、この基板は、半導体材料層を含む半導体基板とすることができる。NDBARC層20はポリマーを含み、このポリマーは、上述のように、少なくとも1つのカルボン酸部分、少なくとも1つの架橋性脂肪族アルコール部分、及び少なくとも1つの芳香族部分を含む。
例えば、上記の例示的なNDBARC材料を直径300mmの基板10の上に基板10を1,270回転毎分(rpm)で回転させるスピン・コーティングで約60nmの厚さに塗布して、NDBARC層20を形成することができる。一般に、NDBARC層20の厚さは10nmから150nmまでとすることができるが、より小さい又はより大きい厚さを用いることもできる。例えば、NDBARC層20を80℃から130℃までの温度で30秒から180秒までの間ベークして、塗布後ベーク・プロセスを行うことができる。例証的な例において、上記の例示的な組成物を含むNDBARC層20を110℃で60秒間ベークして、塗布後ベーク・プロセスを行った。
ネガ型フォトレジスト層30は、ネガ型フォトレジスト材料、例えば、JSR Corporationから市販されているNSD2803Yを含む。ネガ型フォトレジスト材料をNDBARC層20の表面に基板10を1,200rpmで回転させるスピン・コーティングで約270nmの厚さに塗布して、ネガ型フォトレジスト層30を形成することができる。一般に、ネガ型フォトレジスト層30の厚さは30nmから900nmまでに形成することができるが、より小さい又はより大きい厚さを用いることもできる。ネガ型フォトレジスト層30を60℃から100℃までの温度で30秒から180秒までの間ベークして、塗布後ベーク・プロセスを行うことができる。例証的な例において、NSD2803Yを含むネガ型フォトレジスト層30を80℃で60秒間ベークして、塗布後ベーク・プロセスを行った。
図2を参照すると、積層体の一部分がリソグラフィ露光される。リソグラフィ露光は、当該技術分野で既知のいずれかのリソグラフィ露光ツールを用いて実行することができる。透明基板92及びパターン付き不透明膜94を含むレチクル90をリソグラフィ露光のために用いることができる。例えば、NAが0.8及びσが0.6の248nmリソグラフィ・ツールを用いて、約30mJ/cmの露光量及びネガ型フォトレジスト層30の上面から約−0.05μmの焦点深度において、従来の照射を行うことができる。ネガ型フォトレジスト層30のリソグラフィ露光部分を、本明細書においてはリソグラフィ露光ネガ型フォトレジスト部分30Eと呼ぶ。ネガ型フォトレジスト層30の非露光部分を、本明細書においては非露光ネガ型フォトレジスト部分30Uと呼ぶ。NDBARC層20のリソグラフィ露光部分を、本明細書においてはリソグラフィ露光NDBARC部分20Eと呼ぶ。NDBARC層20の非露光部分を、本明細書においては非露光NDBARC部分20Uと呼ぶ。NDBARC層20及びネガ型フォトレジスト層30を90℃から130℃までの温度で30秒から180秒までの間ベークして、露光後ベーク・プロセスを行うことができる。例証的な例において、上記の例示的な組成物を含むNDBARC20層を110℃で60秒間ベークして、露光後ベーク・プロセスを行った。
図3を参照すると、ネガ型フォトレジスト層30及びNDBARC層20が現像される。積層体の非露光部分は、現像中に基板10の表面上から除去される。具体的には、非露光ネガ型フォトレジスト部分30U及び非露光NDBARC部分20Uがリソグラフィ現像中に除去され、リソグラフィ露光ネガ型フォトレジスト30E及び露光NDBARC部分20Eが基板上に残る。NDBARC層20及びネガ型フォトレジスト層30は、少なくとも1つの開口部を中に含む同じパターンを有し、基板10の表面の少なくとも1つの部分が周囲気体に物理的に曝され、この周囲気体は、空気又は不活性気体とすることができる。
図4を参照すると、パターン付けされたネガ型フォトレジスト層及びパターン付けされたNDBARC層の積層体、即ち、リソグラフィ露光ネガ型フォトレジスト部分30E及リソグラフィ露光NDBARC部分20Eの残った積層体を使用した処理ステップが実行される。処理ステップは、パターン化ネガ型フォトレジスト層及びパターン化NDBARC層の積層体をマスキング層として用いる、イオン注入、湿式エッチング、乾式エッチング、又は他の任意の処理ステップとすることができる。
本発明のNDBARC組成物及びそれを用いる幾つかの利点を説明するために以下の実施例を提供する。
実施例1:MAA/HADMA/ANTMA(P1)の合成
20mLのテトラヒドロフラン(THF)中のメタクリル酸(0.775g、9mmol)、3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレート(1.42g、6mmol)、9−アントリルメチルメタクリレート(1.38g、5mmol)の混合物に、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)(0.16g、1mmol)を加えた。得られた溶液を窒素で30分間パージし、その後、窒素下72℃で18時間加熱した。次に溶液を室温まで冷却し、400mLの脱イオン水中に滴下した。フリットろう斗を用いて固形分をろ過し、水(2×200mL)で洗浄し、真空オーブン中50℃で24時間乾燥し、3.1グラムのP1を白色固体として得た。
実施例2:MAA/HEMA/ANTMA(P2)の合成
20mLのTHF中のメタクリル酸(0.775g、9mmol)、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(0.78g、6mmol)、9−アントリルメチルメタクリレート(1.38g、5mmol)の混合物に、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)(0.16g、1mmol)を加えた。得られた溶液を窒素で30分間パージし、その後、窒素下72℃で18時間加熱した。次に溶液を室温まで冷却し、400mLの脱イオン水中に滴下した。フリットろう斗を用いて固形分をろ過し、水(2×200mL)で洗浄し、真空オーブン中50℃で24時間乾燥し、2.5グラムのP2を白色固体として得た。
実施例3:MAA/HEADMA/ANTMA(P3)の合成
20mLのTHF中のメタクリル酸(0.775g、9mmol)、3−(2’−ヒドロキシエトキシ)−1−アダマンチルメタクリレート(1.68g、6mmol)、9−アントリルメチルメタクリレート(1.38g、5mmol)の混合物に、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)(0.16g、1mmol)を加えた。得られた溶液を窒素で30分間パージし、その後、窒素下72℃で18時間加熱した。次に溶液を室温まで冷却し、400mLの脱イオン水中に滴下した。フリットろう斗を用いて固形分をろ過し、水(2×200mL)で洗浄し、真空オーブン中50℃で24時間乾燥し、3.5グラムのP3を白色固体として得た。
実施例4:MAA/GMA/ANTMA(P4)の合成
20mLのTHF中のメタクリル酸(0.775g、9mmol)、グリシジルメタクリレート(0.85g、6mmol)、9−アントリルメチルメタクリレート(1.38g、5mmol)の混合物に、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)(0.16g、1mmol)を加えた。得られた溶液を窒素で30分間パージし、その後、窒素下72℃で18時間加熱した。次に溶液を室温まで冷却し、400mLの脱イオン水中に滴下した。フリットろう斗を用いて固形分をろ過し、水(1回の洗浄毎に200mLの水で2回すすぎ)で洗浄し、真空オーブン中50℃で24時間乾燥し、2.4グラムのP4を白色固体として得た。
実施例5: リソグラフィ評価用のNDBARC配合物(N1)
45モル%(モル百分率)のMAA、30モル%のHADMA及び25モル%のANTMAから成るターポリマー(P1)を、50/50wt.%のPGME/GBL共溶媒に、5wt.%のBPIN及び0.425wt.%のBB(全て、ポリマーに対する)と共に溶解して、固形分が2wt.%のNDBARC溶液を作成した。得られたNDBARC溶液を、0.2μmフィルタを通してろ過した。NDBARC溶液を、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)により120℃で45秒間処理した12インチのシリコンウェハ上に、1186rpmでスピン・コーティングした。NDBARCを120℃で60秒間塗布後ベークして、60nm厚の膜を形成した。次に、上記のウェハ上にJSRネガ型レジストNSD2803Yをスピン・コーティングした。ネガ型レジストを80℃で60秒間塗布後ベークし、ASMLステッパ(0.8NA、0.6σ、部分干渉性照射)上でバイナリ・レチクルを用いて248nm波長光に露光した。次にウェハを110℃で60秒間露光後ベークした。これを、0.263N水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)現像液(Moses LakeのAD−10)を用いて、各パドルに対して30秒の二重パドル現像プロセスを用いて現像した。これらのプロセス条件下で、140nm線/間隔、145nm分離間隔及び145nm分離線構造部が得られた。
実施例6:リソグラフィ評価用のNDBARC配合物(N2)
45モル%のMAA、30モル%のHEMA及び25モル%のANTMAから成るターポリマー(P2)を、50/50wt.%のPGME/GBL共溶媒に、5wt.%のBPIN及び0.53wt.%のBB(全て、ポリマーに対する)と共に溶解して、固形分が2wt.%のNDBARC溶液を作成した。得られたNDBARC溶液を、0.2μmフィルタを通してろ過した。NDBARC溶液を、HMDSにより120℃で45秒間処理した12インチのシリコンウェハ上に1127rpmでスピン・コーティングした。NDBARCを120℃で60秒間塗布後ベークして、60nm厚の膜を形成した。次に、上記のウェハ上にJSRネガ型レジストSUN7630をスピン・コーティングした。ネガ型レジストを80℃で60秒間塗布後ベークし、ASMLステッパ(0.8NA、0.6σ、部分干渉性照射)上でバイナリ・レチクルを用いて248nm波長光に露光した。次にウェハを110℃で60秒間露光後ベークした。これを、0.263NのTMAH現像液(Moses LakeのAD−10)を用いて、各パドルに対して30秒の二重パドル現像プロセスを用いて現像した。これらのプロセス条件下で、140nm線/間隔、145nm分離間隔及び145nm分離線構造部が得られた。
実施例7:リソグラフィ評価用のNDBARC配合物(N3)
P2が45モル%のMAA、30モル%のHEMA及び25モル%のANTMAから成り、P3が45モル%のMAA、30モル%のHEADMA及び25モル%のANTMAから成る、30wt.%のターポリマー(P2)及び70wt.%のターポリマー(P3)から成るポリマー混合物を、50/50wt.%のPGME/GBL共溶媒に、5wt.%のBPIN及び0.53wt.%のBB(全て、ポリマー混合物に対する)と共に溶解して、固形分が2wt.%のNDBARC溶液を作成した。得られたNDBARC溶液を、0.2μmフィルタを通してろ過した。NDBARC溶液を、HMDSにより120℃で45秒間処理した12インチのシリコンウェハ上に、1100rpmでスピン・コーティングした。NDBARCを120℃で60秒間塗布後ベークして、60nm厚の膜を形成した。次に、上記のウェハ上にJSRネガ型レジストSUN7630をスピン・コーティングした。ネガ型レジストを80℃で60秒間塗布後ベークし、ASMLステッパ(0.8NA、0.6σ、部分干渉性照射)上でバイナリ・レチクルを用いて248nm波長光に露光した。次にウェハを110℃で60秒間露光後ベークした。これを、0.263NのTMAH現像液(Moses LakeのAD−10)を用いて、各パドルに対して30秒の二重パドル現像プロセスを用いて現像した。これらのプロセス条件下で、140nm線/間隔、145nm分離間隔及び145nm分離線構造部が得られた。
実施例8:リソグラフィ評価用のNDBARC配合物(N4)
45モル%のMAA、30モル%のGMA及び25モル%のANTMAから成るターポリマー(P4)を、50/50wt.%のPGME/GBL共溶媒に、5wt.%のBPIN及び0.425wt.%のBB(全て、ポリマーに対する)と共に溶解して、固形分が2wt.%のNDBARC溶液を作成した。得られたNDBARC溶液を、0.2μmフィルタを通してろ過した。NDBARC溶液を、HMDSにより120℃で45秒間処理した12インチのシリコンウェハ上に944rpmでスピン・コーティングした。NDBARCを120℃で60秒間塗布後ベークして60nm厚の膜を形成した。次に、上記のウェハ上にJSRネガ型レジストNSD2803Yをスピン・コーティングした。ネガ型レジストを80℃で60秒間塗布後ベークし、ASMLステッパ(0.8NA、0.6σ、部分干渉性照射)上でバイナリ・レチクルを用いて248nm波長光に露光した。次にウェハを110℃で60秒間露光後ベークした。これを、0.263NのTMAH現像液(Moses LakeのAD−10)を用いて、各パドルに対して30秒の二重パドル現像プロセスを用いて現像した。これらのプロセス条件下で、140nm線/間隔、145nm分離間隔及び145nm分離線構造部が得られた。
実施例9:リソグラフィ評価用のNDBARC配合物(N5)
45モル%のMAA、30モル%のHEMA及び25モル%のANTMAから成るターポリマー(P2)を、50/50wt.%のPGME/GBL共溶媒に、5wt.%のトリフェニルスルホニウムノナフルオロブタン−1−スルホナート(TPSN)及び0.535wt.%のBB(全て、ポリマーに対する)と共に溶解して、固形分が2wt.%のNDBARC溶液を作成した。得られたNDBARC溶液を、0.2μmフィルタを通してろ過した。NDBARC溶液を、HMDSにより120℃で45秒間処理した12インチのシリコンウェハ上に、952rpmでスピン・コーティングした。NDBARCを120℃で60秒間塗布後ベークして、60nm厚の膜を形成した。次に、上記のウェハ上にJSRネガ型レジストSUN7807をスピン・コーティングした。ネガ型レジストを80℃で60秒間塗布後ベークし、ASMLステッパ(0.8NA、0.6σ、部分干渉性照射)上でバイナリ・レチクルを用いて248nm波長光に露光した。次にウェハを110℃で60秒間露光後ベークした。これを、0.263NのTMAH現像液(Moses LakeのAD−10)を用いて、各パドルに対して30秒の二重パドル現像プロセスを用いて現像した。これらのプロセス条件下で、140nm線/間隔、145nm分離間隔及び145nm分離線構造部が得られた。
本開示は、特定の実施形態を用いて説明したが、前述の説明を考慮すれば、当業者には多くの代替、改変及び変形が明らかとなることは明白である。従って、本開示は、本開示及び添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲に入る全てのそのような代替、改変及び変形を包含することが意図されている。
10:基板
20:NDBARC層
20E:リソグラフィ露光NDBARC部分
20U:非露光NDBARC部分
30:ネガ型フォトレジスト層
30E:リソグラフィ露光ネガ型フォトレジスト部分
30U:非露光ネガ型フォトレジスト部分
90:レチクル
92:透明基板
94:不透明膜

Claims (13)

  1. ネガ型現像可能な底部反射防止コーティング(NDBARC)組成物であって、
    少なくとも1つのカルボン酸部分と、
    3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレート(HADMA)部分及び3−(2’−ヒドロキシエトキシ)−1−アダマンチルメタクリレート(HEADMA)部分のうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの架橋性脂肪族アルコール部分と、
    9−アントリルメチルメタクリレート(ANTMA)部分、ヒドロキシルスチレン部分、及びスチレン部分のうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの芳香族部分と
    を有するポリマーを含む組成物。
  2. 光酸発生剤をさらに含む、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記少なくとも1つのカルボン酸部分は、アクリル酸部分、メタクリル酸(MAA)部分、4−ビニル安息香酸部分、2−カルボキシエチルアクリレート部分、及びモノ−2−(メタクリロイルオキシ)エチルスクシネート部分のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の組成物。
  4. 前記少なくとも1つの芳香族部分は、100nmから400nmまでの波長範囲から選択された波長の光を吸収する少なくとも1つの発色団部分を含む、請求項1に記載の組成物。
  5. 前記少なくとも1つのカルボン酸部分、前記少なくとも1つの架橋性脂肪族アルコール部分、及び前記少なくとも1つの芳香族部分の全てのモル百分率の和に対する前記少なくとも1つのカルボン酸部分のモル百分率は、20%から70%までであり、前記和に対する前記少なくとも1つの架橋性脂肪族アルコール部分のモル百分率は、10%から70%までである、請求項1に記載の組成物。
  6. 前記ポリマーを溶解する溶媒をさらに含む、請求項1に記載の組成物。
  7. ネガ型現像可能な底部反射防止コーティング(NDBARC)組成物であって、
    カルボン酸部分のm個の繰返し単位、
    3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレート(HADMA)部分及び3−(2’−ヒドロキシエトキシ)−1−アダマンチルメタクリレート(HEADMA)部分のうちの少なくとも1つを含む架橋性脂肪族アルコール部分のn個の繰返し単位、
    及び9−アントリルメチルメタクリレート(ANTMA)部分、ヒドロキシルスチレン部分、及びスチレン部分のうちの少なくとも1つを含む芳香族部分のl個の繰返し単位
    を含んだポリマーを含み、
    前記m、前記n、及び前記lの各々が独立に1より大きい整数である、組成物。
  8. 前記m、前記n、及び前記lの各々が独立に2から1,000までの整数である、請求項に記載の組成物。
  9. ネガ型現像可能な底部反射防止コーティング(NDBARC)材料用の組成物であって、
    アクリル酸部分、メタクリル酸(MAA)部分、4−ビニル安息香酸部分、2−カルボキシエチルアクリレート部分、及びモノ−2−(メタクリロイルオキシ)エチルスクシネート部分よりなる群から選択された少なくとも1つのカルボン酸部分と、
    3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレート(HADMA)部分及び3−(2’−ヒドロキシエトキシ)−1−アダマンチルメタクリレート(HEADMA)部分よりなる群から選択された少なくとも1つの架橋性脂肪族アルコール部分と、
    9−アントリルメチルメタクリレート(ANTMA)部分、ヒドロキシルスチレン部分、及びスチレン部分よりなる群から選択された少なくとも1つの芳香族部分と
    を有するポリマーを含む、組成物。
  10. リソグラフィ構造体を形成する方法であって、
    基板表面上に、請求項1ないしのいずれか1項に記載のNDBARC組成物の層及びネガ型フォトレジスト層の積層体を形成するステップと、
    前記積層体の一部分をリソグラフィ露光するステップと、
    前記積層体を現像するステップであって、現像中に前記積層体の非露光部分が前記基板の前記表面の上から除去される、現像するステップと
    を含む方法。
  11. 前記NDBARC組成物の層は、前記ポリマーと前記ポリマーを溶解する溶媒とを含む溶液で基板をコーティングすることによって形成される、請求項10に記載の方法。
  12. 基板の表面上に、請求項1ないしのいずれか1項に記載のNDBARC組成物の層及びネガ型フォトレジスト層の積層体を含む構造体。
  13. 前記NDBARC組成物の層及び前記ネガ型フォトレジスト層は、少なくとも1つの開口部を含む同じパターンを有し、前記基板の前記表面の少なくとも1つの部分が周囲気体に物理的に曝される、請求項12に記載の構造体。
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