JP6267532B2 - 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による光量低下によって、ウエハー面に到達する光の強度が低い。このため、低い光量でスループットを稼ぐために高感度レジストの開発が急務である。
しかしながら、レジストの感度を上げると解像度とエッジラフネス(LER:Line Edge Roughness、LWR:Line Width Roughness)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。
通常、化学増幅型レジストには空気中のアミンコンタミネーションの影響を受けにくくするためにアミンクエンチャーが添加されているが、ArFレジストなどに比べてEUVレジストのアミンクエンチャーの添加量は数分の一である。このため、EUVレジストはレジスト表面からのアミンの影響を受けてT−top形状になりやすい。
環境の影響を遮断するためにはレジスト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いt−BOC(tertiary‐butoxy carbonyl)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於いても、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。
ここで、EUVリソグラフィープロセスに於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(非特許文献1)。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出来、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。
一方、OOB光を吸収するための保護膜をレジストの上層に設けることが提案されている。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。
前記炭素数6乃至10のエーテル化合物は、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−t−アミルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテルから選ばれる1種以上の溶媒を含有する。
前記レジスト保護膜材料は、炭素数7乃至12の炭化水素化合物の1気圧(1013hPa)における沸点は、85℃以上、250℃以下の範囲内である。
前記パターン形成方法は、前記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を同時に行う。
本発明のレジスト保護膜材料は、アルカリ現像液に可溶なためにレジスト膜の現像と同時に剥離が可能である。更に、レジスト膜を溶解することが無く、ミキシング層を形成することも無いので、現像後のレジスト形状に変化を与えることがない。更には、EUVレーザーから発生する波長140nm〜300nmのアウトオブバンド(OOB)光を吸収し、これにフォトレジストが感光することを防ぐ効果も併せ持つ。
また、本発明のレジスト保護膜材料によれば、レジスト層を溶解させることがない炭化水素系溶媒とレジスト膜の溶解が小さいエーテル系溶媒とを混合した溶媒に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ポリスチレンを溶解させたレジスト保護膜材料をレジストの上層に用いることによって、ポリヒドロキシスチレン系のフォトレジスト層に於いても、ほとんどダメージを与えずに保護膜層とフォトレジスト層との間にミキシング層を形成することがなく、現像後のレジストパターンの膜減りを抑えることが出来、これによってエッジラフネスを向上させることが出来る。
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少ないエーテル系の溶剤に溶解するというメリットがある。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ほとんどない炭化水素系の単独溶媒には溶解しないが、エーテル系の溶剤と炭化水素系の混合溶媒には溶解するために、溶媒によるレジスト膜へのダメージを最小限に抑えることが可能である。
q1、q2、q3、及びq4の繰り返し単位の中ではアセナフチレン類のq3を共重合することが最もアウトガスの発生を抑えることが出来、OOB光の遮断効果が高く、好ましく用いることが出来る。
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、さら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質量%〜5質量%(0.001質量%以上、5質量%以下)、特に0.01質量%〜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℃(20℃以上、200℃以下)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。
酸発生剤の具体例としては、特許文献5の段落[0122]〜[0142]に記載されている。
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。
本実施形態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、上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、特許文献7参照)。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。
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、上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濡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2nm〜200nm(2nm以上、200nm以下)、特には5nm〜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濡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。この時用いる溶媒としては、上述のフォトレジスト膜を溶解させない炭化水素系溶媒とエーテル系溶媒の混合溶媒とす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(PEB:Post Exposure Bake)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秒〜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出来る。
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、上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。
〔実施例、比較例〕
レジスト膜上に表2に示す溶剤をディスペンスし、30秒間静止後スピンドライして100℃で60秒間ホットプレートによりベークして溶剤を乾燥させた。溶剤のディスペンス前後の膜厚を測定し、溶剤のディスペンスによる膜厚減少量を求めた。結果を表2に示す。
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5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。
フォトレジストとしては、信越化学工業(株)製EUVレジスト、SEVR−140を用いた。200℃ベーク後、100℃で90秒ヘキサメチルジシラザン(HMDS)ベーパープライム処理した直径300mmのSiウエハー上にレジストを塗布し、105℃で60秒間ベークして膜厚50nmのレジスト膜を作成した。保護膜を形成する場合は、レジスト上に保護膜用液を塗布し、100℃で60秒間ベークして20nm膜厚の保護膜を形成した。これをASML社製EUVスキャナーNXE3100(NA0.25、σ0.8、通常照明)で露光し、95℃で60秒間ベーク(PEB)を行い、2.38質量%のTMAH水溶液で30秒間現像した。34nmラインアンドスペースが寸法通りになっている露光量を求め、エッジラフネス(LWR)を測定した。結果を表6に示す。
Claims (11)
- 前記レジスト保護膜材料は、
前記繰り返し単位pに加えて下記一般式(2)に記載の繰り返し単位q1乃至q4から選ばれる1種以上の繰り返し単位を共重合してなる高分子化合物をベースとす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。
- 前記レジスト保護膜材料は、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又は2に記載のレジスト保護膜材料。
- 前記炭素数6乃至10のエーテル化合物は、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−t−アミルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテルから選ばれる1種以上の溶媒を含有す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。
- 前記炭素数7乃至12の炭化水素化合物の1気圧(1013hPa)における沸点は、85℃以上250℃以下の範囲内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。
- 前記炭素数7乃至12の炭化水素化合物は、n−ヘプタン、イソヘプタン、3−メチルヘキサン、2,3−ジメチルペンタン、3−エチルペンタン、1,6−ヘプタジエン、5−メチル−1−ヘキシン、ノルボルナン、ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、1−メチル−1,4−シクロヘキサジエン、1−ヘプチン、2−ヘプチン、シクロヘプタン、シクロヘプテン、1,3−ジメチルシクロペンタン、エチルシクロペンタン、メチルシクロヘキサン、1−メチル−1−シクロヘキセン、3−メチル−1−シクロヘキセン、メチレンシクロヘキサン、4−メチル−1−シクロヘキセン、2−メチル−1−ヘキセン、2−メチル−2−ヘキセン、1−ヘプテン、2−ヘプテン、3−ヘプテン、n−オクタン、2,2−ジメチルヘキサン、2,3−ジメチルヘキサン、2,4−ジメチルヘキサン、2,5−ジメチルヘキサン、3,3−ジメチルヘキサン、3,4−ジメチルヘキサン、3−エチル−2−メチルペンタン、3−エチル−3−メチルペンタン、2−メチルヘプタン、3−メチルヘプタン、4−メチルヘプタン、2,2,3−トリメチルペンタン、2,2,4−トリメチルペンタン、シクロオクタン、シクロオクテン、1,2−ジメチルシクロヘキサン、1,3−ジメチルシクロヘキサン、1,4−ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ビニルシクロヘキサン、イソプロピルシクロペンタン、2,2−ジメチル−3−ヘキセン、2,4−ジメチル−1−ヘキセン、2,5−ジメチル−1−ヘキセン、2,5−ジメチル−2−ヘキセン、3,3−ジメチル−1−ヘキセン、3,4−ジメチル−1−ヘキセン、4,4−ジメチル−1−ヘキセン、2−エチル−1−ヘキセン、2−メチル−1−ヘプテン、1−オクテン、2−オクテン、3−オクテン、4−オクテン、1,7−オクタジエン、1−オクチン、2−オクチン、3−オクチン、4−オクチン、n−ノナン、2,3−ジメチルヘプタン、2,4−ジメチルヘプタン、2,5−ジメチルヘプタン、3,3−ジメチルヘプタン、3,4−ジメチルヘプタン、3,5−ジメチルヘプタン、4−エチルヘプタン、2−メチルオクタン、3−メチルオクタン、4−メチルオクタン、2,2,4,4−テトラメチルペンタン、2,2,4−トリメチルヘキサン、2,2,5−トリメチルヘキサン、2,2−ジメチル−3−ヘプテン、2,3−ジメチル−3−ヘプテン、2,4−ジメチル−1−ヘプテン、2,6−ジメチル−1−ヘプテン、2,6−ジメチル−3−ヘプテン、3,5−ジメチル−3−ヘプテン、2,4,4−トリメチル−1−ヘキセン、3,5,5−トリメチル−1−ヘキセン、1−エチル−2−メチルシクロヘキサン、1−エチル−3−メチルシクロヘキサン、1−エチル−4−メチルシクロヘキサン、プロピルシクロヘキサン、イソプロピルシクロヘキサン、1,1,3−トリメチルシクロヘキサン、1,1,4−トリメチルシクロヘキサン、1,2,3−トリメチルシクロヘキサン、1,2,4−トリメチルシクロヘキサン、1,3,5−トリメチルシクロヘキサン、アリルシクロヘキサン、ヒドリンダン、1,8−ノナジエン、1−ノニン、2−ノニン、3−ノニン、4−ノニン、1−ノネン、2−ノネン、3−ノネン、4−ノネン、n−デカン、3,3−ジメチルオクタン、3,5−ジメチルオクタン、4,4−ジメチルオクタン、3−エチル−3−メチルヘプタン、2−メチルノナン、3−メチルノナン、4−メチルノナン、tert−ブチルシクロヘキサン、ブチルシクロヘキサン、イソブチルシクロヘキサン、4−イソプロピル−1−メチルシクロヘキサン、ペンチルシクロペンタン、1,1,3,5−テトラメチルシクロヘキサン、シクロドデカン、1−デセン、2−デセン、3−デセン、4−デセン、5−デセン、1,9−デカジエン、デカヒドロナフタレン、1−デシン、2−デシン、3−デシン、4−デシン、5−デシン、1,5,9−デカトリエン、2,6−ジメチル−2,4,6−オクタトリエン、リモネン、ミルセン、1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエン、α−フェランドレン、ピネン、テルピネン、テトラヒドロジシクロペンタジエン、5,6−ジヒドロジシクロペンタジエン、ジシクロペンタジエン、1,4−デカジイン、1,5−デカジイン、1,9−デカジイン、2,8−デカジイン、4,6−デカジイン、n−ウンデカン、アミルシクロヘキサン、1−ウンデセン、1,10−ウンデカジエン、1−ウンデシン、3−ウンデシン、5−ウンデシン、トリシクロ[6.2.1.02,7]ウンデカ−4−エン、n−ドデカン、2−メチルウンデカン、3−メチルウンデカン、4−メチルウンデカン、5−メチルウンデカン、2,2,4,6,6−ペンタメチルヘプタン、1,3−ジメチルアダマンタン、1−エチルアダマンタン、1,5,9−シクロドデカトリエン、トルエン、キシレン、クメン、1,2,3−トリメチルベンゼン、1,2,4−トリメチルベンゼン、1,3,5−トリメチルベンゼン、スチレン、αメチルスチレン、ブチルベンゼン、sec−ブチルベンゼン、イソブチルベンゼン、シメン、ジエチルベンゼン、2−エチル−p−キシレン、2−プロピルトルエン、3−プロピルトルエン、4−プロピルトルエン、1,2,3,5−テトラメチルトルエン、1,2,4,5−テトラメチルトルエン、テトラヒドロナフタレン、4−フェニル−1−ブテン、tert−アミルベンゼン、アミルベンゼン、2−tert−ブチルトルエン、3−tert−ブチルトルエン、4−tert−ブチルトルエン、5−イソプロピル−m−キシレン、3−メチルエチルベンゼン、tert−ブチル−3−エチルベンゼン、4−tert−ブチル−o−キシレン、5−tert−ブチル−m−キシレン、tert−ブチル−p−キシレン、1,2−ジイソプロピルベンゼン、1,3−ジイソプロピルベンゼン、1,4−ジイソプロピルベンゼン、ジプロピルベンゼン、3,9−ドデカジイン、ペンタメチルベンゼン、ヘキサメチルベンゼン、ヘキシルベンゼン、1,3,5−トリエチルベンゼン、1,2,4−トリビニルシクロヘキサンから選ばれる1種以上の炭化水素系溶媒であることを特徴とする請求項5に記載のレジスト保護膜材料。
- 全溶媒中、前記炭素数7乃至12の炭化水素化合物系溶媒を30質量%以上含有することを特徴とする請求項1乃至4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を形成して露光を行った後に現像を行うリソグラフィーによるパターン形成方法であって、
レジスト保護膜材料として請求項1乃至7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を形成して真空中で露光を行うパターン形成方法であって、
レジスト保護膜材料として請求項1乃至7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。 - 前記露光には、波長が3nm以上15nm以下の範囲の光、又は電子線を用いることを特徴とする請求項9に記載のパターン形成方法。
- 前記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を同時に行うことを特徴とする請求項8乃至10に記載のパターン形成方法。
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