JP6950662B2 - 基板保護膜形成用材料及びパターン形成方法 - Google Patents
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Description
1.(A)酸不安定基によりカルボキシ基が保護された構造を有する繰り返し単位(a1)と、環状エステル、環状炭酸エステル及び環状スルホン酸エステルから選ばれる構造を有する繰り返し単位(a2)とを含むポリマー、
(B)熱酸発生剤、並びに
(C)有機溶剤
を含み、レジスト膜と基板との間に形成される基板保護膜形成用材料。
2.繰り返し単位(a1)が、下記式(a1)で表されるものである1の基板保護膜形成用材料。
3.繰り返し単位(a2)が、下記式(a2)で表されるものである1又は2の基板保護膜形成用材料。
4.(A)成分のポリマーが、更にカルボキシ基を含む繰り返し単位(a3)を含む1〜3のいずれかの基板保護膜形成用材料。
5.(i)1〜4のいずれかの基板保護膜形成用材料を用いて基板上に基板保護膜を形成する工程と、(ii)前記基板保護膜上に、レジスト材料を用いてレジスト膜を形成する工程と、(iii)前記レジスト膜を高エネルギー線で露光する工程と、(iv)前記露光したレジスト膜を、現像液を用いて現像する工程と、(v)現像後に有機溶剤又は塩基性水溶液を用いて保護膜を全て又は部分選択的に溶解除去する工程を含むパターン形成方法。
6.工程(iv)に用いられる現像液が、2−オクタノン、2−ノナノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、2−ヘキサノン、3−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、2−メチルシクロヘキサノン、3−メチルシクロヘキサノン、4−メチルシクロヘキサノン、アセトフェノン、2′−メチルアセトフェノン、4′−メチルアセトフェノン、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸フェニル、吉草酸メチル、2−ヒドロキシイソ酪酸メチル、2−ヒドロキシイソ酪酸エチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、酢酸フェニル、酢酸ベンジル、フェニル酢酸メチル、3−フェニルプロピオン酸メチルから選ばれる1種以上の有機溶剤を含み、現像液中のこれらの有機溶剤の含有量が60質量%以上である5のパターン形成方法。
7.前記レジスト膜が、ケイ素、又は周期表の第4周期、第5周期及び第6周期の金属から選ばれる1種若しくは複数種の元素を2質量%以上含む5又は6のパターン形成方法。
本発明の基板保護膜形成用材料は、(A)酸不安定基によりカルボキシ基が保護された構造を有する繰り返し単位(a1)と、環状エステル、環状炭酸エステル及び環状スルホン酸エステルから選ばれる構造を有する繰り返し単位(a2)とを含むポリマー、(B)熱酸発生剤、並びに(C)有機溶剤を含む。なお、基板保護膜とは、レジスト膜と基板との間に形成される膜である。
(A)成分のポリマー(以下、ポリマーAともいう。)は、酸不安定基によりカルボキシ基が保護された構造を有する繰り返し単位(a1)と、環状エステル、環状炭酸エステル及び環状スルホン酸エステルから選ばれる構造を有する繰り返し単位(a2)を含む。
(B)成分の熱酸発生剤は、加熱により酸を発生する化合物である。(B)熱酸発生剤は、室温下では安定で、(A)成分のポリマーに含まれる酸不安定基の脱保護反応に必要な酸を、加熱により発生させることができる化合物であれば、特に限定されない。このような化合物としては、以下に示すフルオロアルカンスルホン酸イオン、フルオロベンゼンスルホン酸イオン、スルホンイミド酸イオン、メチド酸イオン等の強酸アニオンと1級〜4級のアンモニウムカチオンとの対からなるアンモニウム塩が挙げられる。
(C)成分の有機溶剤は、各成分を溶解可能なものであれば特に限定されない。このような有機溶剤としては、シクロヘキサノン、メチル−2−n−アミルケトン等のケトン類;3−メトキシブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール等のアルコール類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸tert−ブチル、プロピオン酸tert−ブチル、プロピレングリコールモノtert−ブチルエーテルアセテート等のエステル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類、及びこれらの混合溶剤が挙げられる。
本発明の基板保護膜形成用材料は、更に必要に応じて、保存安定性改善や塗布性改善のために、塩基性化合物や界面活性剤等のその他の成分を含んでもよい。
本発明のパターン形成方法は、(i)前記基板保護膜形成用材料を用いて基板上に基板保護膜を形成する工程と、(ii)前記基板保護膜上に、レジスト材料を用いてレジスト膜を形成する工程と、(iii)前記レジスト膜を高エネルギー線で露光する工程と、(iv)前記露光したレジスト膜を、現像液を用いて現像する工程と、(v)現像後に有機溶剤又は塩基性水溶液を用いて保護膜を全て又は部分選択的に溶解除去する工程を含む。
[合成例1]基板保護膜形成用材料用ポリマーの合成
各々のモノマーを組み合わせてTHF中で共重合反応を行い、メタノールに晶出し、更にヘキサンで洗浄を繰り返した後に単離、乾燥して、以下に示す組成のポリマー(ポリマー1〜ポリマー17)を得た。得られたベースポリマーの組成は1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPC(溶剤:THF、標準:ポリスチレン)により確認した。
各々のモノマーを組み合わせてTHF中で共重合反応を行い、メタノールに晶出し、更にヘキサンで洗浄を繰り返した後に単離、乾燥して、以下に示す組成のベースポリマー(PRP−1、PRP−2)を得た。得られたベースポリマーの組成は1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPC(溶剤:THF、標準:ポリスチレン)により確認した。
[実施例1−1〜1−16、比較例1−1〜1−4]
下記表1に示す組成で配合して溶剤に溶解させ、0.2μmのテフロン(登録商標)フィルターで濾過し、基板保護膜形成用材料(PL−1〜PL−20)を調製した。
CyHO:シクロヘキサノン
GBL:γ−ブチロラクトン
Mw=1,500
下記表2に示す組成で各成分を配合し、0.2μmのテフロン(登録商標)フィルターで濾過し、レジスト材料(R−1、R−2)を調製した。
[実施例2−1〜2−20、比較例2−1〜2−6]
シリコンウエハー上に基板保護膜形成用材料PL−1〜PL−20をそれぞれ回転塗布し、ホットプレートを用いて下記表3に記載した温度でそれぞれ60秒間ベークし、厚さが300nmの保護膜を作製した。
この上に、ウエハーを回転させながら、レジスト溶剤又は現像液として使用可能な以下の3種の溶剤のいずれかを30秒間滴下し、その後の膜厚を測定することで、溶解による膜厚減少量を算出した。膜厚減少量が10nm以上の場合は耐性不良、10nm未満の場合は耐性良好と判定した。結果を表3に併記する。
・PGMEA/CyHO:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート及びシク
ロヘキサノンの混合溶剤(7:3質量比)
・BA:酢酸ブチル
・HPO:2−ヘプタノン
[実施例3−1〜3−20、比較例3−1〜3−6]
シリコンウエハー上に基板保護膜形成用材料PL−1〜PL−20をそれぞれ回転塗布し、ホットプレートを用いて下記表4に記載した温度でそれぞれ60秒間ベークし、厚さが300nmの保護膜を作製した。
この上に、ウエハーを回転させながら、以下に示した2種の除去液を30秒間滴下し、その後の膜厚を測定することで、溶解による膜厚減少量を算出した。残存膜厚が10nm未満の場合は除去性良好、10nm以上の場合は除去性不良と判定した。結果を表4に併記する。
・TMAH:2.38質量%TMAH水溶液
・PGMEA/PGME:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート及びプロ
ピレングリコールモノメチルエーテルの混合溶剤(3:7質量比)
[実施例4−1〜4−4、比較例4−1〜4−4]
基板保護膜形成用材料PL−1及びPL−7を用いて、レジスト膜形成、レジスト膜の現像、溶解、及び基板保護膜溶解除去の工程を順に施した後の基板上の金属濃度を測定した。
これらの上に、更にレジスト材料R−1又はR−2を回転塗布し、ホットプレートを用いて105℃にて60秒間ベークし、膜厚60nmのレジスト膜を形成した。次に、ウエハーを回転させながら2−ヘプタノン現像液を30秒間滴下し、レジスト膜を溶解除去した。
更に、ウエハーを回転させながら、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート及びプロピレングリコールモノメチルエーテルの混合溶剤(3:7質量比)を30秒間滴下し、基板保護膜を溶解除去した。
その後、スピンオンカーボン膜基板上の表面についてX線光電子分光分析(XPS)を行い、レジスト材料由来の金属であるバリウム(Ba)又はセリウム(Ce)の濃度を調べた。XPS表面分析装置(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製K-ALPHA)を用い、光電子スペクトル上の、Ba−3d、Ce−3dの結合エネルギー位置に現れるピークに注目した。同様に、炭素、酸素、フッ素、窒素についても解析を行い、相対感度因子法により、ピーク強度面積より各元素の濃度(atomic %)を求めた。
Claims (6)
- (A)成分のポリマーが、更にカルボキシ基を含む繰り返し単位(a3)を含む請求項1又は2記載の基板保護膜形成用材料。
- (i)請求項1〜3のいずれか1項記載の基板保護膜形成用材料を用いて基板上に基板保護膜を形成する工程と、(ii)前記基板保護膜上に、レジスト材料を用いてレジスト膜を形成する工程と、(iii)前記レジスト膜を高エネルギー線で露光する工程と、(iv)前記露光したレジスト膜を、現像液を用いて現像する工程と、(v)現像後に有機溶剤又は塩基性水溶液を用いて保護膜を全て又は部分選択的に溶解除去する工程を含むパターン形成方法。
- 工程(iv)に用いられる現像液が、2−オクタノン、2−ノナノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、2−ヘキサノン、3−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、2−メチルシクロヘキサノン、3−メチルシクロヘキサノン、4−メチルシクロヘキサノン、アセトフェノン、2′−メチルアセトフェノン、4′−メチルアセトフェノン、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸フェニル、吉草酸メチル、2−ヒドロキシイソ酪酸メチル、2−ヒドロキシイソ酪酸エチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、酢酸フェニル、酢酸ベンジル、フェニル酢酸メチル、3−フェニルプロピオン酸メチルから選ばれる1種以上の有機溶剤を含み、現像液中のこれらの有機溶剤の含有量が60質量%以上である請求項4記載のパターン形成方法。
- 前記レジスト膜が、ケイ素、又は周期表の第4周期、第5周期及び第6周期の金属から選ばれる1種若しくは複数種の元素を2質量%以上含む請求項4又は5記載のパターン形成方法。
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