JP6246830B2 - 50nm以下のライン間寸法を有するパターン化材料を処理する際におけるアンチパターン崩壊を回避するための、界面活性剤及び疎水剤を含む組成物の使用 - Google Patents
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Description
(a)流体の表面張力γを下げる、
(b)特徴部分の材料の表面上の流体の接触角を下げる。
(a)少なくとも1種の界面活性剤Aが、10mN/m〜35mN/mの平衡表面張力を有し、この平衡表面張力は、臨界ミセル濃度における少なくとも1種の界面活性剤Aの水溶液より決定され、
(b)疎水剤Bは、水の基板に対する接触角が、基板を疎水剤Bの水溶液と接触させることにより、この接触前の水の基板に対する接触角に比較して、5〜95°増加するように選択されることを特徴とする使用にある。
下記の工程:
(1)50nm以下のライン間寸法及び2以上のアスペクト比を有するパターンを有する基板を準備する工程、
(2)基板を、上記で定義された少なくとも1種の界面活性剤A及び少なくとも1種の疎水剤Bを含む水溶液に、少なくとも1回接触させる工程、及び
(3)水溶液を基板との接触から外す工程
を含むことを特徴とする製造方法にある。
(a)パターン化現像後フォトレジスト層、
(b)ルテニウム、窒化チタン、タンタル又は窒化タンタルを含むか或いはからなるパターン化バリヤー材料層、
(c)シリコン、ポリシリコン、二酸化ケイ素、low-k(低-k)及びultra-low-k(超低-k)材料、high−k(高-k)材料、シリコン及びポリシリコン以外の半導体、及び金属から選択される少なくとも2種の材料の層を含むか或いはからなるパターン化マルチスタック材料層、及び
(d)二酸化ケイ素、low-k又はultra-low-k誘電材料を含むか或いはからなるパターン化誘電材料層
であり得る。
本発明の非イオン界面活性剤(界面活性剤Aともいう)は、水の表面張力約72mN/m(25℃)に比較して低い平衡表面張力、即ち、35mN/m以下、好ましくは30mN/m以下、さらに好ましくは25mN/m以下、最も好ましくは20mN/m以下を得ることができるタイプの界面活性剤から選択することができる。この表面張力は、その臨界ミセル濃度(CMC)以上で決定される。
(A1)短鎖分岐パーフルオロアルキル界面活性剤、
(A2)トリシロキサン界面活性剤、
(A3)アルコキシル化アルキル及びパーフルオロアルキル界面活性剤、
(A4)アルキルポリグリコシド
(A5)アミンオキシド、及び
(A6)アセチレン(系)ジオール。
シリコン(ケイ素)を基礎とする界面活性剤(A2)が、下記の一般式A−IIa及びA−IIbのシロキサン界面活性剤から選択することができるが、これらに限定されるものではない:
u、vは、独立して0〜5、好ましくは0〜3から選択される整数、最も好ましくは0又は1であり、
wは、0〜6、好ましくは1〜6、最も好ましくは1〜3の整数であり、
xは、1〜22、好ましくは4〜15、最も好ましくは6〜10の整数であり、
yは、1〜5、好ましくは1〜3の整数、最も好ましくは1であり、
R10は、水素及びC1〜C10アルキル基から選択され、
R11は、水素、メチル又はエチル、好ましくは水素又はメチル、最も好ましくはHである。
R12は、水素及びC4〜C30アルキル基(任意に、フッ素化又は完全フッ素化されていてもよい)から選択されるc−原子価基であり、
EOは、オキシエチレンジイル(いわゆるオキシエチレン)であり、
POは、オキシプロピレンジイル(いわゆるオキシプロピレン)であり、
aは、1〜100の整数であり、
bは、0〜100の整数であり、
cは、1〜6の整数である。
aは、好ましくは1〜20、最も好ましくは1〜10の整数であり、
bは、好ましくは0〜20、最も好ましくは0〜10の整数であり、
cは、好ましくは1〜4の整数、さらに好ましくは1又は2、最も好ましくは1である。
完全フッ素化界面活性剤の範疇においては、Capstone(登録商標) FS−30、35、51、61、64、65、Zonyl FS(登録商標) 300、510、610、640(以上DuPont製)を挙げることができる。
R21は、アルキル、アルキルフェニル及びヒドロキシアルキルフェニルから選択される疎水基であり、このアルキルは、約10〜18、好ましくは12〜14の炭素原子数を含み、
nは、好ましくは2又は3、好ましくは2であり、
jは、0〜10、好ましくは0であり、
kは、1〜8、好ましくは1〜3であり、そして
Zは、ヘキソース、グルコース、グルコース誘導体、スクロースから選択され、好ましくはグルコースである。
R41は、C6〜C30疎水有機基であり、
R42、R43は、独立して、C1〜C4アルキル基及びC1〜C4ヒドロキシアルキル基から選択される。
別の種類の適当な非イオンアセチレンジオール界面活性剤(A6)として、下記の一般式A−VIを有する界面活性剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない:
R51、R4は、直鎖又は分岐のC3〜C10アルキルであり、
R52、R53は、水素及び直鎖又は分岐のC1〜C5アルキルから選択され、
q、r、s及びtは0〜20の整数である。
本発明の第2のタイプの添加剤(疎水剤Bとも呼ばれ、界面活性剤Aと一緒に使用され、化合物A及びBとも呼ばれる)は、目的の基板の含浸後に、表面疎水化を達成し得る種類の界面活性剤から選択される。即ち、目的の基板の含浸は、露光又は非露光の目的の基板を、疎水剤B(飲み)の水溶液(水溶液B)に、水溶液Bに含浸前後に水の接触角が変化するように、含浸することを意味する。含浸後の接触角は含浸前の接触角に比べて5〜95°だけ増加する。好ましくは、接触角は、少なくとも5°、さらに好ましくは少なくとも10°、より好ましくは少なくとも20°、一層好ましくは少なくとも25°、最も好ましくは少なくとも30°増加する。より大きく増加すればするほど、疎水剤Bの性能も良いことになる。
疎水剤Bは、窒素原子を含むことが好ましい。
(B1)第4級(低)アルキルアンモニウム化合物、
(B2)ジェミニ型第4級アルキルアンモニウム化合物(B2)、及び
(B3)ポリアミン
から選択されることが好ましいが、これらに限定されるものではない。
R1は、下記式:
R2、R3、R4は、R1及びHから選択され、
R5は、H、OH、C1〜C10アルキル、ならびにC1〜C6フルオロ及びパーフルオロアルキルから選択され、
zは、1〜18の整数であり、
R6は、H、C1〜C10アルキル、ならびにC1〜C6フルオロ及びパーフルオロアルキルから選択される。
Xは、2価の基であり、それぞれ繰り返し単位を1〜n個有し、独立して、
(a)直鎖又は分岐のC1〜C20アルカンジイルであり、任意に置換されていてもよく、任意にO及びNから選択される5個以下のヘテロ原子で遮断されていても良く、
(b)C5〜C20シクロアルカンジイルであり、任意に置換されていてもよく、また任意にO及びNから選択される5個以下のヘテロ原子で遮断されていても良く、
(c)式 -X1-A-X2- のC6〜C20有機基であり、X1及びX2は、独立してC1〜C7直鎖又は分岐のアルカンジイル基であり、AはC5〜C12芳香族部分又はC5〜C30シクロアルカンジイルであり、H原子は任意に置換されていても良く、C原子は任意にO及びNから選択される5個以下のヘテロ原子で遮断されていても良く、そして
(d)式B−IIaのポリオキシアルキレンの2価の基:
から選択され、
R1及びR2は、独立して、直鎖又は分岐のC1〜C20アルキル基、C5〜C20シクロアルキル基、C5〜C20アリール基、C6〜C20アルキルアリール基、C6〜C20アリールアルキル基、C1〜C20ヒドロキシアルキル基及びC2〜C4オキシアルキレン単独又は共重合体から選択される1価の基であり、これらのすべての基はさらに置換されていても良く、スルホネート基で置換されるのが好ましく、
R3及びR4は、独立して、直鎖又は分岐のC5〜C30アルキル基、C5〜C30シクロアルキル基、C1〜C20ヒドロキシアルキル基及びC2〜C4オキシアルキレン単独又は共重合体から選択される1価の基であり、これらのすべての基はさらに置換されていても良く、一対のR3−R4、及び隣接するR4− R4 及び R3−R3は、任意に一緒になって、上述の2価の基Xを形成してもよく、また分岐による分子の延長Qであっても良く、そしてnが2以上の場合は、R3、R4又はR3及びR4は、水素原子であっても良く、
nは、1〜5の整数であるか、或いはX、R3及びR4がC2〜C4ポリオキシアルキレン基の場合、nは1〜10000の整数でも良く、少なくとも1個のQが存在する場合、nは分岐Qのすべての繰り返し単位を含むとの条件で、
Qは、
zは整数で、すべての界面活性剤は荷電されないよう選択され、
Zは対イオンである。
R21は、H及びC1〜C24アルキルであり、
R20は、H、C1〜C24アルキル又はH−(O(CH2)k)l−基であり、
iは、2又は3であり、
jは、3〜7の整数であり、
kは、1〜3の整数であり、
lは、1〜5の整数である。
(I)イソブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、及び成分の濡れ性能及び/又は溶解性を改善する一般的なアルコール、
(II)(NH4)2CO3/NH4OH、Na2CO3/NaHCO3、トリス−ヒドロキシメチル−アミノメタン/HCl、Na2HPO4/NaH2PO4等(これらに限定されるものではない)のpH調節剤のための緩衝成分、
(III)混合物の表面張力及び溶解性を改善する、1種以上の別の界面活性剤、非イオン又はアニオン性界面活性剤のいずれか、又は
(IV)除去された汚れ粒子又はポリマー粒子の表面再付着を防止する分散剤。
(1)50nm以下のライン間寸法及び2以上のアスペクト比を有するパターン化材料層を有する基板を準備する工程、
(2)基板を、ここに記載されている少なくとも1種の界面活性剤A及び少なくとも1種の疎水剤Bを含む水溶液に、少なくとも1回接触させる工程、及び
(3)水溶液を基板との接触から外す工程。
(i)含浸フォトレジスト層、EUVフォトレジスト層又はeBeam(電子ビーム)フォトレジスト層を基板に設ける工程、
(ii)フォトレジスト層を化学線に、マスクを介して、含浸液を使用して或いは使用することなく、暴露する工程、
(iii)暴露されたフォトレジスト層を現像液で現像し、50nm以下、特に好ましくは32nm以下、最も好ましくは22nm以下のライン間寸法及び2以上、好ましくは10を超える、さらに好ましくは50を超える、最も好ましくは75以下のアスペクト比を有するパターンを得る工程、
(iv)現像したパターン化フォトレジストに化学リンス溶液を施す工程、及び
(v)化学リンス溶液を施した後、半導体基板を、好ましくはスピン乾燥するか、又はマランゴニ(Marangoni)効果を用いる方法で乾燥する工程。
A1:フッ素化界面活性剤(非イオン)、
B1:トリ−(C>6)アルキルメチルアンモニウム塩、
A2:(C>10)アルキルアミンオキシド界面活性剤(非イオン)、及び
A3:アルケンアセチレンジオール(非イオン)。
ライン間構造及びライン幅26nm及びアスペクト比約4を備えた挑戦的特徴部分寸法を有するパターン化フォトレジスト層の製造を、非イオン界面活性剤Aを用いて行った。フォトレジストライン間スペースは52nm[L(ライン)26nm、P(ピッチ)78nm]であった。
化学リンス溶液において、疎水剤Bを界面活性剤A1の代わりに使用した以外は、実施例1を繰り返した。0.002質量%濃度溶液の表面張力は約44mN/mであった。
3種の化学リンス溶液において、ただ、非イオン界面活性剤A1の代わりに非イオン界面活性剤A1及び疎水剤B1の組み合せを用いた以外は、実施例1を繰り返した。さらに、A1の濃度を、実施例1に従う同じ値、即ち0.00005及び0.0002質量%で変化させ、一方、B1化合物の濃度は、比較例2と同様に同じ値、0.002質量%に一定にした。リンス処方の表面張力も、界面活性剤A1の量の増加とともに、32から36mN/mに低下した。
異なるライン間のフォトレジスト構造、即ち、100nm厚さフォトレジスト層から得られるライン幅40nm、ピッチ120nm、アスペクト比約2を有するもの、を用いた以外は、実施例1を繰り返した。フォトレジストライン間スペースは80nm[L(ライン)40nm、P(ピッチ)120nm]であった。さらに、添加剤A2、A3、B1(A2:A3:B1が2.5:2.5:1(質量比)である)を含む水溶液のリンス組成物を用いた。結果を図6に示した。崩壊は観察されなかった。
水溶液のリンス処方が添加剤B2のみ0.002質量%(実施例4で使用したB1の濃度と同じ)で含む以外は実施例4を繰り返した。水溶液の表面張力は約44mN/mであった。結果を図7に示した。アニオン界面活性剤が使用された実施例4(図6)と対照的に、図7では激しい崩壊がみられた。
1 基板
2 フォトレジストパターン、又は高いアスペクト比スタック(HARS)
4 界面活性剤/疎水剤を含まない洗浄溶液
Claims (22)
- 少なくとも1種の非イオン界面活性剤A及び少なくとも1種の疎水剤Bを含む水溶性組成物で、50nm以下のライン間寸法を有するパターンを含む基板を処理する方法であって、
(a)少なくとも1種の界面活性剤Aが、10mN/m〜35mN/mの平衡表面張力を有し、この平衡表面張力は、臨界ミセル濃度における少なくも1種の界面活性剤Aの水溶液より決定され、
(b)疎水剤Bは、水の基板に対する接触角が、基板を疎水剤Bの水溶液と接触させることにより、この接触前の水の基板に対する接触角に比較して、5〜95°増加するように選択され、
前記水溶性組成物は、有機溶媒を5重量%を超えて含まないことを特徴とする方法。 - 界面活性剤Aが、基板に対して0°〜30°の平衡接触角を有する請求項1に記載の方法。
- 非イオン界面活性剤Aが、短鎖分岐パーフルオロアルキル界面活性剤(A1)、シリコンを基礎とする界面活性剤(A2)、エチレンオキシド及びプロピレンオキシドのアルコキシ末端共重合体の界面活性剤(A3)、アルキルポリグリコシド及びソルベートの界面活性剤(A4)、アルキルアミンオキシド界面活性剤(A5)及びアセチレンジオール界面活性剤(A6)から選択される請求項2に記載の方法。
- 短鎖分岐パーフルオロアルキル界面活性剤(A1)が、少なくとも3個の短鎖パーフルオロアルキル基Rfを含み、このRfがトリフルオロエチル、パーフルオロエチル、ペンタフルオロエチル、1−へプタフルオロプロピル、2−へプタフルオロプロピル、及びペンタフルオロスルファニルから選択される請求項3に記載の方法。
- 第2の界面活性剤B(疎水剤B)は、水の基板に対する接触角が、基板を第2の界面活性剤B(疎水剤B)の水溶液と接触させることにより、この接触前の水の基板に対する接触角に比較して、少なくとも10°増加するように選択される請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 疎水剤Bが、30mN/m〜70mN/mの平衡表面張力を有する請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 疎水剤Bが、カチオン性、両親媒性又は両性イオン性である請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 疎水剤Bが、第4級アルキルアンモニウム化合物(B1)、ジェミニ型第4級アルキルアンモニウム化合物(B2)、及びポリアミン(B3)から選択される請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
- ジェミニ型第4級アルキルアンモニウム化合物(B2)が下記の一般式B−II:
Xは、2価の基であり、それぞれ繰り返し単位を1〜n個有し、それぞれ独立して、
(a)直鎖又は分岐のC1〜C20アルカンジイルであり、任意に置換されていてもよく、任意にO及びNから選択される5個以下のヘテロ原子で遮断されていても良く、
(b)C5〜C20シクロアルカンジイルであり、任意に置換されていてもよく、任意にO及びNから選択される5個以下のヘテロ原子で遮断されていても良く、
(c)式 -X1-A-X2- のC6〜C20有機基であり、X1及びX2は、独立してC1〜C7直鎖又は分岐のアルカンジイル基であり、AはC5〜C12芳香族部分又はC5〜C30シクロアルカンジイルであり、H原子は任意に置換されていても良く、C原子は任意にO及びNから選択される5個以下のヘテロ原子で遮断されていても良く、そして
(d)式B−IIaのポリオキシアルキレンの2価の基:
から選択され、
R1及びR2は、独立して、水素、直鎖又は分岐のC1〜C20アルキル基、C5〜C20シクロアルキル基、C5〜C20アリール基、C6〜C20アルキルアリール基、C6〜C20アリールアルキル基、C1〜C20ヒドロキシアルキル基及びC2〜C4オキシアルキレン単独又は共重合体から選択される1価の基であり、これらのすべての基はさらに置換されていても良く、
R3及びR4は、独立して、直鎖又は分岐のC5〜C30アルキル基、C5〜C30シクロアルキル基、C1〜C20ヒドロキシアルキル基及びC2〜C4オキシアルキレン単独又は共重合体から選択される1価の基であり、これらのすべての基はさらに置換されていても良く、一対のR3−R4、及び近接するR4− R4 及び R3−R3は、任意に一緒になって、上述の2価の基Xを形成してもよく、また分岐による分子の延長Qでも良く、さらにnが2以上の場合は、R3、R4又はR3及びR4は、水素原子であっても良く、
nは、1〜5の整数であるか、或いはX、R3及びR4の少なくとも1個がC2〜C4ポリオキシアルキレン基を含む場合、nは1〜10000の整数でも良く、少なくとも1個のQが存在する場合、nは分岐Qのすべての繰り返し単位を含むとの条件で、
Qは、
を有する請求項13に記載の方法。 - 疎水剤Bが、その表面のゼータ電位を、より正の電位に対して少なくとも10mVシフトする請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 集積回路装置、光学装置、マイクロマシン及び精密機械装置を製造する方法であって、
下記の工程:
(1)50nm以下のライン間寸法及び2以上のアスペクト比を有するパターン化材料層を有する基板を準備する工程、
(2)基板を、請求項1〜17のいずれか1項に記載の方法に記載されている少なくとも1種の界面活性剤A及び少なくとも1種の疎水剤Bを含む水溶液に、少なくとも1回接触させる工程、及び
(3)水溶液を基板との接触から外す工程
を含むことを特徴とする製造方法。 - パターン化材料層が、非フォトレジスト構造として32nm以下のライン間寸法及び10以上のアスペクト比を有し、フォトレジスト構造として2以上のアスペクト比を有する請求項18に記載の製造方法。
- パターン化材料層が、パターン化現像フォトレジスト層、パターン化バリヤー材料層、パターン化マルチスタック材料層、及びパターン化誘電材料層から選択される請求項18又は19に記載の製造方法。
- 水溶液が、水溶液の総質量に対して、0.0005〜1質量%の界面活性剤A及び0.0005〜1質量%の疎水剤Bを含む請求項18〜20のいずれか1項に記載の製造方法。
- 基板が、下記工程:
(i)含浸フォトレジスト層、EUVフォトレジスト層又は電子ビームフォトレジスト層を基板に設ける工程、
(ii)フォトレジスト層を化学線に、マスクを介して、含浸液を用いて或いは用いることなく、暴露する工程、
(iii)暴露されたフォトレジスト層を現像液で現像し、32nm以下のライン間寸法及び2を超えるアスペクト比を有するパターンを得る工程、
(iv)現像したパターン化フォトレジストに化学リンス溶液を施す工程、及び
(v)化学リンス溶液を施した後、半導体基板をスピン乾燥する工程
を含むフォトリソグラフィ法により準備され、且つ
含浸液、現像液及び化学リンス溶液の少なくとも1つが、請求項1〜17のいずれか1項に記載の方法に記載されている少なくとも1種の界面活性剤A及び少なくとも1種の疎水剤Bを含む水溶液である請求項18〜21のいずれか1項に記載の製造方法。
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