JP2008286924A - 化学増幅型レジスト材料、トップコート膜形成用材料及びそれらを用いたパターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】化学増幅型レジストにおけるパターンの解像性を向上できるようにする。
【解決手段】基板101の上に、ポリマーと光酸発生剤とカルバモイルオキシムとを含む化学増幅型レジストからなるレジスト膜102を形成する。続いて、レジスト膜102に露光光104を選択的に照射することによりパターン露光を行なう。その後、パターン露光が行なわれたレジスト膜102を加熱し、加熱されたレジスト膜102に対して現像を行なって、レジスト膜102からレジストパターン102aを形成する。
【選択図】図3
【解決手段】基板101の上に、ポリマーと光酸発生剤とカルバモイルオキシムとを含む化学増幅型レジストからなるレジスト膜102を形成する。続いて、レジスト膜102に露光光104を選択的に照射することによりパターン露光を行なう。その後、パターン露光が行なわれたレジスト膜102を加熱し、加熱されたレジスト膜102に対して現像を行なって、レジスト膜102からレジストパターン102aを形成する。
【選択図】図3
Description
本発明は、半導体装置の製造プロセス等において用いられる化学増幅型レジスト材料、レジスト膜の上に形成されるトップコート膜形成用材料及びこれらを用いたパターン形成方法に関する。
半導体集積回路の大集積化及び半導体素子のダウンサイジングに伴って、リソグラフィ技術の開発の加速が望まれている。現在のところ、露光光には、水銀ランプ、KrFエキシマレーザ又はArFエキシマレーザ等を用いる光リソグラフィによりパターン形成が行なわれている。さらに、最近では、液浸リソグラフィ(immersion lithography)法のArF光源への適用が試みられている。このような状況から、ArFエキシマレーザリソグラフィの65nmノード以降への延命化が重要視されており、それに用いるレジスト材料の開発が進められている。
ArF光源用のレジスト材料には、該レジスト材料の主成分であるポリマーの組成を変更して、パターンの解像性を改善しようとする報告がなされている(例えば、非特許文献1を参照。)。
以下、従来の化学増幅型レジストを用いたパターン形成方法について図9(a)〜図9(d)を参照しながら説明する。
まず、以下の組成を有するポジ型の化学増幅型レジスト材料を準備する。
ポリ(2-メチル-2-アダマンチルメタクリレート(50mol%)−γ-ブチロラクトンメタクリレート(40mol%)−2-ヒドロキシアダマンタンメタクリレート(10mol%))(ベースポリマー)…………………………………………………………………………………………………2g
トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸(光酸発生剤)………………………………………………………………………………………………………0.06g
トリエタノールアミン(クエンチャー)………………………………………0.001g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(溶媒)……………………20g
次に、図9(a)に示すように、基板1の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布し、続いて、ホットプレートにより90℃の温度下で60秒間加熱して、0.35μmの厚さを持つレジスト膜2を形成する。
トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸(光酸発生剤)………………………………………………………………………………………………………0.06g
トリエタノールアミン(クエンチャー)………………………………………0.001g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(溶媒)……………………20g
次に、図9(a)に示すように、基板1の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布し、続いて、ホットプレートにより90℃の温度下で60秒間加熱して、0.35μmの厚さを持つレジスト膜2を形成する。
次に、図9(b)に示すように、NA(開口数)が0.85であるArFエキシマレーザよりなる露光光4をマスク3を介してレジスト膜2に照射してパターン露光を行なう。
次に、図9(c)に示すように、パターン露光が行なわれたレジスト膜2に対して、ホットプレートにより110℃の温度下で60秒間加熱する。
次に、図9(d)に示すように、濃度が2.38wt%のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液(アルカリ性現像液)により現像を行なって、レジスト膜2の未露光部からなり、0.065μmのライン幅を有するレジストパターン2aを得ることができる。
S.-W. Yoon et al., "Influence of resin properties to resist performance at ArF lithography", Proc. SPIE, vol.5376, p.583 (2004)
S.-W. Yoon et al., "Influence of resin properties to resist performance at ArF lithography", Proc. SPIE, vol.5376, p.583 (2004)
しかしながら、図9(d)に示すように、前記従来のポリマーの組成を変更する等の方法では、パターンの解像性及びその形状が全く改善されないということが分かった。
このように、形状が不良なレジストパターン2aを用いて被処理膜に対してエッチングを行なうと、被処理膜から得られるパターンの形状も不良になってしまうため、半導体装置の製造プロセスにおける生産性及び歩留まりが低下してしまうという問題が生じる。
本発明は、前記従来の問題に鑑み、化学増幅型レジストにおけるパターンの解像性を向上できるようにすることを目的とする。
本願発明者らは、従来の化学増幅型レジストの解像性不良の要因として、種々の検討により、露光後加熱(PEB:post exposure bake)を行なう際の光酸発生剤から発生する酸の拡散が大きく、このため、パターンのコントラストが劣化するということを突き止めた。このことから、本願発明者らは、さらなる検討を重ねた結果、カルバモイルオキシムを化学増幅型レジストに添加すると、露光後加熱時に、カルバモイルオキシムから発生する塩基により酸の過度な拡散が抑制されることにより、コントラストが向上するという知見を得ている。
以下、図1を参照しながら本発明の原理を説明する。図1は本発明に係る化学増幅型レジスト材料からなり、基板51の上に形成されたレジスト膜52における露光後加熱時の光酸発生剤から発生した酸53及びカルバモイルオキシムから発生した塩基54を示している。レジスト膜52の露光部52aにおいては、露光光により発生した酸53が露光後加熱により主に未露光部52bに拡散しようとする。このとき、未露光部52bに加熱により発生した塩基54により酸の拡散が抑制される。これにより、不要な酸53による化学増幅型レジストの反応が抑制されることから、パターンのコントラストを向上させることができる。
また、レジスト膜の上面に形成され、該レジスト膜を保護するトップコート膜形成用材料にカルバモイルオキシムを導入すれば、特にレジスト膜の表層部における酸の拡散を抑制することができる。レジスト膜の表層部においては、露光光により発生した酸が多いことから、コントラストの劣化の要因となる過度の酸の拡散を妨げることができる。この様子を図2を参照しながら説明する。図2は基板51の上に形成されたレジスト膜52における露光後加熱時の光酸発生剤から発生した酸53及び本発明に係るトップコート膜55に導入されたカルバモイルオキシムから発生した塩基54を示している。レジスト膜52の露光部52aにおいては露光光により発生した酸53が露光後加熱によりレジスト膜52の主に未露光部52bに拡散しようとするが、トップコート膜55に加熱により発生した塩基54により酸の拡散が抑制される。これにより、レジスト膜52の特にパターン上部における不要な酸53による化学増幅型レジストの反応が抑制されることから、パターンのコントラストを向上させることができると共にパターンのラフネスをも低減させることができる。
なお、本発明において、トップコート膜形成用材料だけでなく、レジスト材料にもカルバモイルオキシムを含めてもよい。このようにすると、レジスト膜及びトップコート膜における塩基の効果により、過度の酸の拡散をより効率的に抑制することができる。
本発明に係る化学増幅型レジスト材料又はトップコート膜形成用材料を用いた半導体製造プロセスは、通常のドライ露光又は液浸露光において効果を発揮する。トップコート膜を用いた液浸露光の場合には、トップコート膜が液浸用の液体とレジスト膜との接触を防止して、液浸用の液体がレジスト膜に浸透し難くするという効果をも有する。
ところで、通常の化学増幅型レジストにクェンチャーとして添加される塩基は、最初からレジスト中に含まれている塩基であり、露光後加熱時の酸の拡散を十分に抑制することはできない。これは、最初からレジストに含まれているため、露光部に生じた酸の量を全体に低下させるに過ぎず、露光部に生じた拡散前の酸をも失活させてしまうからである。
本発明に係るカルバモイルオキシムは、[化1]に示すように、加熱によりイソシアナートとオキシムとを生成し、イソシアナートとオキシムとはそれぞれ大気中の水分により、[化2]及び[化3]に示すように、それぞれ塩基であるアミンを生成する。
ところで、通常のカルバメート(=ウレタン)は、加熱によらなくても、酸等により容易に分解してイソシアナートとアルコールとを生成する。生成したイソシアナートが加水分解したアミンの影響で露光時の酸を失活させて正常なパターンを形成できない。これに対し、本発明に係るカルバモイルオキシムは、酸及び光により分解しないため、このような懸念はない。また、カルバモイルオキシムは1分子から2つのアミン(塩基)を生成するため、光酸発生剤からの酸の拡散をより効率的に抑制できるという特徴を有している。
具体的に、本発明に係る化学増幅型レジスト材料は、ポリマーと、光酸発生剤と、カルバモイルオキシムとを含むことを特徴とする。
本発明の化学増幅型レジスト材料において、光酸発生剤には、トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸、トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸、ジフェニルヨードニウムノナフルオロブタンスルフォン酸又はジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルフォン酸を用いることができる。
また、本発明に係るトップコート膜形成用材料は、化学増幅型レジストからなるレジスト膜の上に形成されるトップコート膜形成用材料を対象とし、カルバモイルオキシムと、アルカリ可溶性ポリマーとを含むことを特徴とする。
本発明のトップコート膜形成用材料において、アルカリ可溶性ポリマーには、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリノルボルネンメチルカルボン酸、ポリノルボルネンカルボン酸、ポリノルボルネンメチルヘキサフルオロイソプロピルアルコール、ポリノルボルネンヘキサフルオロイソプロピルアルコール又はポリビニルアルコールを用いることができる。
本発明の化学増幅型レジスト材料又はトップコート膜形成用材料において、カルバモイルオキシムには、2-ブタノン-2-(メタクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-2-(メタクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-2-(アクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-2-(アクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-n-ブチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-イソブチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-n-プロピルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-イソプロピルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-エチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-メチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(メタクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(メタクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(アクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(アクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-n-ブチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-イソブチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-n-プロピルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-イソプロピルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-エチルカルバモイルオキシム又は2-プロパノン-メチルカルバモイルオキシムを用いることができる。
本発明において、カルバモイルオキシムのレジスト材料への添加量は、レジストを構成するポリマーに対して数wt%とすることが好ましい。ここで、レジスト材料に添加されるカルバモイルオキシムは、露光後加熱時に発生する酸の過度の拡散を抑制する一方で、過度の塩基は酸を過剰に失活させるため、適当量の塩基が必要となる。従って、好ましくは、0.1wt%〜5wt%である。
なお、露光後加熱により、カルバモイルオキシムから塩基が発生する温度は、カルバモイルオキシムの置換基により塩基の発生温度は異なるが、110℃以上且つ130℃以下程度である。すなわち、化学増幅型レジストのプリベーク温度及びトップコート膜のベーク温度よりも高い。このため、レジストのプリベーク時及びトップコート膜のベーク時に塩基が発生する可能性は小さい。なお、万一、レジストのプリベーク時及びトップコート膜のベーク時に塩基が若干発生したとしても、露光時に発生する酸を若干中和させる程度であるため、大きな問題とはならない。
また、カルバモイルオキシムを合成するには、イソシアネートとオキシムとを酸の存在下で脱水縮合させることにより可能である。
本発明に係る第1のパターン形成方法は、基板の上に、ポリマーと光酸発生剤とカルバモイルオキシムとを含む化学増幅型レジストからなるレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜に露光光を選択的に照射することによりパターン露光を行なう工程と、パターン露光が行なわれたレジスト膜を加熱する工程と、加熱されたレジスト膜に対して現像を行なって、レジスト膜からレジストパターンを形成する工程とを備えていることを特徴とする。
第1のパターン形成方法によると、化学増幅型レジストにカルバモイルオキシムを含むため、露光後の加熱時にレジスト膜の露光部に発生し未露光部にまで拡散する酸を、カルバモイルオキシムが分解して生じるアミンにより失活させることができる。これにより、レジストパターンのコントラストが向上するため、良好なパターン形状を得ることができる。
第1のパターン形成方法において、パターン露光は、レジスト膜の上に液体を配した状態(液浸露光)で行なってもよい。
本発明に係る第2のパターン形成方法は、基板の上に化学増幅型レジストからなるレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜の上に、カルバモイルオキシムとアルカリ可溶性ポリマーとを含むトップコート膜を形成する工程と、トップコート膜を介してレジスト膜に露光光を選択的に照射することによりパターン露光を行なう工程と、パターン露光が行なわれたレジスト膜及びトップコート膜を加熱する工程と、加熱されたレジスト膜に対して現像を行なって、レジスト膜からレジストパターンを形成する工程とを備えていることを特徴とする。
第2のパターン形成方法によると、レジスト膜の上に形成されるトップコート膜にカルバモイルオキシムを含むため、露光後の加熱時にレジスト膜の露光部に発生し未露光部にまで拡散する酸を、トップコート膜に添加されたカルバモイルオキシムが分解して生じるアミンにより失活させることができる。これにより、レジストパターンのコントラストが向上するため、良好なパターン形状を得ることができる。
第2のパターン形成方法において、パターン露光は、レジスト膜の上に液体を配した状態(液浸露光)で行なってもよい。
第2のパターン形成方法において、化学増幅型レジストは、カルバモイルオキシムを含むことが好ましい。
第1又は第2のパターン形成方法において、液浸用の液体には水を用いることができる。
この場合に、液体は酸性溶液であることが好ましい。
この場合に、酸性溶液には、硫酸セシウム(Cs2SO4)水溶液又はリン酸(H3PO4)水溶液を用いることができる。
第1又は第2のパターン形成方法において、露光光には、ArFエキシマレーザ光を用いることができる。
また、第1又は第2のパターン形成方法において、露光光には、KrFエキシマレーザ光、Xe2レーザ光、F2レーザ光、KrArレーザ光又はAr2レーザ光を用いることができる。
第1又は第2のパターン形成方法において、ドライ露光時の露光光には、極紫外(EUV)光又は電子線(EB)を用いることができる。
本発明に係る化学増幅型レジスト材料、トップコート膜形成用材料及びそれらを用いたパターン形成方法によると、光酸発生剤から生じた酸の過度の拡散を抑止できるため、解像性やパターン形状に優れたレジストパターンを得ることができる。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る化学増幅型レジスト材料を用いるパターン形成方法について図3(a)〜図3(d)を参照しながら説明する。
本発明の第1の実施形態に係る化学増幅型レジスト材料を用いるパターン形成方法について図3(a)〜図3(d)を参照しながら説明する。
まず、以下の組成を有するポジ型の化学増幅型レジスト材料を準備する。
ポリ(2-メチル-2-アダマンチルメタクリレート(50mol%)−γ-ブチロラクトンメタクリレート(40mol%)−2-ヒドロキシアダマンタンメタクリレート(10mol%))(ベースポリマー)……………………………………………………………………………………………2g
トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸(光酸発生剤)………………………………………………………………………………………………………0.06g
トリエタノールアミン(クエンチャー)………………………………………0.001g
2-ブタノン-n-ブチルカルバモイルオキシム(塩基発生剤)…………………0.02g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(溶媒)……………………20g
次に、図3(a)に示すように、基板101の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布し、続いて、ホットプレートにより90℃の温度下で60秒間加熱して、0.35μmの厚さを持つレジスト膜102を形成する。
トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸(光酸発生剤)………………………………………………………………………………………………………0.06g
トリエタノールアミン(クエンチャー)………………………………………0.001g
2-ブタノン-n-ブチルカルバモイルオキシム(塩基発生剤)…………………0.02g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(溶媒)……………………20g
次に、図3(a)に示すように、基板101の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布し、続いて、ホットプレートにより90℃の温度下で60秒間加熱して、0.35μmの厚さを持つレジスト膜102を形成する。
次に、図3(b)に示すように、NA(開口数)が0.85であるArFエキシマレーザ光であって、マスク103を透過した露光光104をレジスト膜102に照射してパターン露光を行なう。
次に、図3(c)に示すように、パターン露光が行なわれたレジスト膜102に対して、ホットプレートにより110℃の温度下で60秒間加熱する(露光後ベーク)。
次に、図3(d)に示すように、ベークされたレジスト膜102に対して、濃度が0.26Nのテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液により現像を行なって、レジスト膜102の未露光部よりなり、0.065μmのライン幅で良好な形状を有するレジストパターン102aを得る。
このように、第1の実施形態によると、化学増幅型レジスト材料に、加熱により塩基を発生する塩基発生剤として2-ブタノン-n-ブチルカルバモイルオキシムを添加しているため、該カルバモイルオキシムから生じる塩基(アミン)による酸の拡散、特にレジスト膜102の未露光部への拡散が抑制される。これにより、光コントラストが向上して、解像性が良好なパターン形状を持つレジストパターン102aを形成することができる。
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る化学増幅型レジスト材料を用いるパターン形成方法について図4(a)〜図4(d)を参照しながら説明する。
以下、本発明の第2の実施形態に係る化学増幅型レジスト材料を用いるパターン形成方法について図4(a)〜図4(d)を参照しながら説明する。
まず、以下の組成を有するポジ型の化学増幅型レジスト材料を準備する。
ポリ(2-メチル-2-アダマンチルメタクリレート(50mol%)−γ-ブチロラクトンメタクリレート(40mol%)−2-ヒドロキシアダマンタンメタクリレート(10mol%))(ベースポリマー)……………………………………………………………………………………………2g
トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸(光酸発生剤)………………………………………………………………………………………………………0.06g
トリエタノールアミン(クエンチャー)………………………………………0.001g
2-ブタノン-2-(メタクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム(塩基発生剤)……………………………………………………………………………………………0.01g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(溶媒)……………………20g
次に、図4(a)に示すように、基板201の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布し、続いて、ホットプレートにより90℃の温度下で60秒間加熱して、0.35μmの厚さを持つレジスト膜202を形成する。
トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸(光酸発生剤)………………………………………………………………………………………………………0.06g
トリエタノールアミン(クエンチャー)………………………………………0.001g
2-ブタノン-2-(メタクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム(塩基発生剤)……………………………………………………………………………………………0.01g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(溶媒)……………………20g
次に、図4(a)に示すように、基板201の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布し、続いて、ホットプレートにより90℃の温度下で60秒間加熱して、0.35μmの厚さを持つレジスト膜202を形成する。
次に、図4(b)に示すように、レジスト膜202と投影レンズ206との間に、例えばパドル(液盛り)法により水よりなる液浸用の液体204を配して、NAが0.85であるArFエキシマレーザ光であって、マスク(図示せず)を透過した露光光205をレジスト膜102に照射してパターン露光を行なう。
次に、図4(c)に示すように、パターン露光が行なわれたレジスト膜202に対して、ホットプレートにより115℃の温度下で60秒間加熱する(露光後ベーク)。
次に、図4(d)に示すように、ベークされたレジスト膜202に対して、濃度が0.26Nのテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液により現像を行なって、レジスト膜202の未露光部よりなり、0.065μmのライン幅で良好な形状を有するレジストパターン202aを得る。
このように、第2の実施形態によると、液浸リソグラフィ法において、化学増幅型レジスト材料に、加熱により塩基を発生する塩基発生剤として2-ブタノン-2-(メタクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシムを添加しているため、該カルバモイルオキシムから生じる塩基(アミン)による酸の拡散、特にレジスト膜202の未露光部への拡散が抑制される。これにより、光コントラストが向上して、解像性が良好なパターン形状を持つレジストパターン202aを形成することができる。
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態に係る化学増幅型レジスト材料を用いるパターン形成方法について図5(a)〜図5(d)及び図6を参照しながら説明する。
以下、本発明の第3の実施形態に係る化学増幅型レジスト材料を用いるパターン形成方法について図5(a)〜図5(d)及び図6を参照しながら説明する。
まず、以下の組成を有するポジ型の化学増幅型レジスト材料を準備する。
ポリ(2-メチル-2-アダマンチルメタクリレート(50mol%)−γ-ブチロラクトンメタクリレート(40mol%)−2-ヒドロキシアダマンタンメタクリレート(10mol%))(ベースポリマー)……………………………………………………………………………………………2g
トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸(光酸発生剤)………………………………………………………………………………………………………0.06g
トリエタノールアミン(クエンチャー)………………………………………0.001g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(溶媒)……………………20g
次に、図5(a)に示すように、基板301の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布し、続いて、ホットプレートにより90℃の温度下で60秒間加熱して、0.35μmの厚さを持つレジスト膜302を形成する。
トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸(光酸発生剤)………………………………………………………………………………………………………0.06g
トリエタノールアミン(クエンチャー)………………………………………0.001g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(溶媒)……………………20g
次に、図5(a)に示すように、基板301の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布し、続いて、ホットプレートにより90℃の温度下で60秒間加熱して、0.35μmの厚さを持つレジスト膜302を形成する。
次に、図5(b)に示すように、例えばスピン塗布法により、レジスト膜302の上に以下の組成を有するトップコート膜形成用材料を塗布し、続いて、ホットプレートにより85℃の温度下で60秒間加熱して、厚さが0.1μmのトップコート膜303を成膜する。
ポリノルボルネンメチルヘキサフルオロイソプロピルアルコール(アルカリ可溶性ポリマー)……………………………………………………………………………………………1g
2-プロパノン-n-ブチルカルバモイルオキシム(塩基発生剤)………………0.02g
n−ブチルアルコール(溶媒)…………………………………………………………20g
次に、図5(c)に示すように、NAが0.85であるArFエキシマレーザ光であって、マスク304を透過した露光光104をトップコート膜303を介してレジスト膜302に照射してパターン露光を行なう。
2-プロパノン-n-ブチルカルバモイルオキシム(塩基発生剤)………………0.02g
n−ブチルアルコール(溶媒)…………………………………………………………20g
次に、図5(c)に示すように、NAが0.85であるArFエキシマレーザ光であって、マスク304を透過した露光光104をトップコート膜303を介してレジスト膜302に照射してパターン露光を行なう。
次に、図5(d)に示すように、パターン露光が行なわれたレジスト膜302及びトップコート膜303に対して、ホットプレートにより110℃の温度下で60秒間加熱する(露光後ベーク)。
次に、図6に示すように、ベークされたレジスト膜302に対して、濃度が0.26Nのテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液により現像を行なって、レジスト膜302の未露光部よりなり、0.065μmのライン幅で良好な形状を有するレジストパターン302aを得る。このとき、トップコート膜303は、アルカリ可溶性ポリマーからなるため、アルカリ性現像液により容易に除去される。
このように、第3の実施形態によると、レジスト膜302の上に形成されるトップコート膜303に、加熱により塩基を発生する塩基発生剤として2-プロパノン-n-ブチルカルバモイルオキシムを添加しているため、該カルバモイルオキシムから生じる塩基(アミン)による酸の拡散、特にレジスト膜302における未露光部の上部への拡散が抑制される。これにより、光コントラストが向上して、解像性が良好なパターン形状を持つレジストパターン302aを形成することができる。
(第4の実施形態)
以下、本発明の第4の実施形態に係る化学増幅型レジスト材料を用いるパターン形成方法について図7(a)〜図7(d)及び図8を参照しながら説明する。
以下、本発明の第4の実施形態に係る化学増幅型レジスト材料を用いるパターン形成方法について図7(a)〜図7(d)及び図8を参照しながら説明する。
まず、以下の組成を有するポジ型の化学増幅型レジスト材料を準備する。
ポリ(2-メチル-2-アダマンチルメタクリレート(50mol%)−γ-ブチロラクトンメタクリレート(40mol%)−2-ヒドロキシアダマンタンメタクリレート(10mol%))(ベースポリマー)……………………………………………………………………………………………2g
トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸(光酸発生剤)………………………………………………………………………………………………………0.06g
トリエタノールアミン(クエンチャー)………………………………………0.001g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(溶媒)……………………20g
次に、図7(a)に示すように、基板401の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布し、続いて、ホットプレートにより90℃の温度下で60秒間加熱して、0.35μmの厚さを持つレジスト膜402を形成する。
トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸(光酸発生剤)………………………………………………………………………………………………………0.06g
トリエタノールアミン(クエンチャー)………………………………………0.001g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(溶媒)……………………20g
次に、図7(a)に示すように、基板401の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布し、続いて、ホットプレートにより90℃の温度下で60秒間加熱して、0.35μmの厚さを持つレジスト膜402を形成する。
次に、図7(b)に示すように、例えばスピン塗布法により、レジスト膜402の上に以下の組成を有するトップコート膜形成用材料を塗布し、続いて、ホットプレートにより85℃の温度下で60秒間加熱して、厚さが0.1μmのトップコート膜403を成膜する。
ポリノルボルネンメチルヘキサフルオロイソプロピルアルコール(アルカリ可溶性ポリマー)……………………………………………………………………………………………1g
2-ブタノン-n-ブチルカルバモイルオキシム(塩基発生剤)………………0.015g
イソブチルアルコール(溶媒)…………………………………………………………20g
次に、図7(c)に示すように、トップコート膜403と投影レンズ406との間に、例えばパドル(液盛り)法により水よりなる液浸用の液体404を配して、NAが0.85であるArFエキシマレーザ光であって、マスク(図示せず)を透過した露光光405をトップコート膜403を介してレジスト膜402に照射してパターン露光を行なう。
2-ブタノン-n-ブチルカルバモイルオキシム(塩基発生剤)………………0.015g
イソブチルアルコール(溶媒)…………………………………………………………20g
次に、図7(c)に示すように、トップコート膜403と投影レンズ406との間に、例えばパドル(液盛り)法により水よりなる液浸用の液体404を配して、NAが0.85であるArFエキシマレーザ光であって、マスク(図示せず)を透過した露光光405をトップコート膜403を介してレジスト膜402に照射してパターン露光を行なう。
次に、図7(d)に示すように、パターン露光が行なわれたレジスト膜402及びトップコート膜403に対して、ホットプレートにより110℃の温度下で60秒間加熱する(露光後ベーク)。
次に、図8に示すように、ベークされたレジスト膜402に対して、濃度が0.26Nのテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液により現像を行なって、レジスト膜402の未露光部よりなり、0.065μmのライン幅で良好な形状を有するレジストパターン402aを得る。このとき、トップコート膜403は、アルカリ可溶性ポリマーからなるため、アルカリ性現像液により容易に除去される。
このように、第4の実施形態によると、液浸リソグラフィ法において、レジスト膜402の上に形成されるトップコート膜403に、加熱により塩基を発生する塩基発生剤として2-ブタノン-n-ブチルカルバモイルオキシムを添加しているため、該カルバモイルオキシムから生じる塩基(アミン)による酸の拡散、特にレジスト膜402における未露光部の上部への拡散が抑制される。これにより、光コントラストが向上して、解像性が良好なパターン形状を持つレジストパターン402aを形成することができる。
なお、第1〜第4の実施形態に用いた化学増幅型レジスト材料並びに第3及び第4の実施形態に用いたトップコート膜形成用材料は一例であって、本発明は、上記の構成に限られない。
特に、第1の実施形態の化学増幅型レジスト材料に添加された塩基発生剤である2-ブタノン-n-ブチルカルバモイルオキシム、第2の実施形態の化学増幅型レジスト材料に添加された塩基発生剤である2-ブタノン-2-(メタクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、第3の実施形態のトップコート膜形成用材料に添加された塩基発生剤である2-プロパノン-n-ブチルカルバモイルオキシム、及び第4の実施形態のトップコート膜形成用材料に添加された塩基発生剤である2-ブタノン-n-ブチルカルバモイルオキシムは、これらに限定されない。例えば、これらの他に、カルバモイルオキシムからなる塩基発生剤として、2-ブタノン-2-(メタクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-2-(アクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-2-(アクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-イソブチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-n-プロピルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-イソプロピルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-エチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-メチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(メタクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(メタクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(アクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(アクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-イソブチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-n-プロピルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-イソプロピルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-エチルカルバモイルオキシム又は2-プロパノン-メチルカルバモイルオキシムを用いることができる。
また、光酸発生剤には、トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸及びトリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸の他に、ジフェニルヨードニウムノナフルオロブタンスルフォン酸又はジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルフォン酸を用いることができる。
また、第3及び第4の実施形態に用いたトップコート膜形成用材料を構成するアルカリ可溶性ポリマーには、ポリノルボルネンメチルヘキサフルオロイソプロピルアルコールに代えて、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリノルボルネンメチルカルボン酸、ポリノルボルネンカルボン酸、ポリノルボルネンヘキサフルオロイソプロピルアルコール又はポリビニールアルコールを用いることができる。
また、第2及び第4の実施形態において、液浸露光用の液体には水を用いたが、酸性溶液、例えば、硫酸セシウム(Cs2SO4)水溶液又はリン酸(H3PO4)水溶液を用いることができる。このときの酸性水溶液の好ましい濃度は、10wt%以上且つ60wt%以下である。
また、第1〜第4の実施形態法において、露光光には、ArFエキシマレーザ光を用いたが、コレに限られず、KrFエキシマレーザ光、Xe2レーザ光、F2レーザ光、KrArレーザ光又はAr2レーザ光を用いることができる。
さらに、液浸露光でない通常のドライ露光においては、露光光として、極紫外(EUV)光又は電子線(EB)を用いることができる。
本発明に係る化学増幅型レジスト材料、トップコート膜形成用材料及びそれらを用いたパターン形成方法は、解像性やパターン形状に優れたレジストパターンを得ることができ、半導体装置の製造プロセス等において微細なパターンを形成する際に有用である。
51 基板
52 レジスト膜
52a 露光部
52b 未露光部
53 酸
54 塩基
55 トップコート膜
101 基板
102 レジスト膜
102a レジストパターン
103 マスク
104 露光光
201 基板
202 レジスト膜
202a レジストパターン
204 液体
205 露光光
206 投影レンズ
301 基板
302 レジスト膜
302a レジストパターン
303 トップコート膜
304 マスク
305 露光光
401 基板
402 レジスト膜
402a レジストパターン
403 トップコート膜
404 液体
405 露光光
406 投影レンズ
52 レジスト膜
52a 露光部
52b 未露光部
53 酸
54 塩基
55 トップコート膜
101 基板
102 レジスト膜
102a レジストパターン
103 マスク
104 露光光
201 基板
202 レジスト膜
202a レジストパターン
204 液体
205 露光光
206 投影レンズ
301 基板
302 レジスト膜
302a レジストパターン
303 トップコート膜
304 マスク
305 露光光
401 基板
402 レジスト膜
402a レジストパターン
403 トップコート膜
404 液体
405 露光光
406 投影レンズ
Claims (20)
- ポリマーと、
光酸発生剤と、
カルバモイルオキシムとを含むことを特徴とする化学増幅型レジスト材料。 - 前記光酸発生剤は、トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸、トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸、ジフェニルヨードニウムノナフルオロブタンスルフォン酸又はジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルフォン酸であることを特徴とする請求項1に記載の化学増幅型レジスト材料。
- 前記カルバモイルオキシムは、2-ブタノン-2-(メタクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-2-(メタクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-2-(アクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-2-(アクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-n-ブチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-イソブチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-n-プロピルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-イソプロピルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-エチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-メチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(メタクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(メタクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(アクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(アクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-n-ブチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-イソブチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-n-プロピルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-イソプロピルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-エチルカルバモイルオキシム又は2-プロパノン-メチルカルバモイルオキシムであることを特徴とする請求項1に記載の化学増幅型レジスト材料。
- 化学増幅型レジストからなるレジスト膜の上に形成されるトップコート膜形成用材料であって、
カルバモイルオキシムと、
アルカリ可溶性ポリマーとを含むことを特徴とするトップコート膜形成用材料。 - 前記カルバモイルオキシムは、2-ブタノン-2-(メタクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-2-(メタクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-2-(アクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-2-(アクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-n-ブチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-イソブチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-n-プロピルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-イソプロピルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-エチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-メチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(メタクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(メタクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(アクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(アクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-n-ブチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-イソブチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-n-プロピルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-イソプロピルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-エチルカルバモイルオキシム又は2-プロパノン-メチルカルバモイルオキシムであることを特徴とする求項4に記載のトップコート膜形成用材料。
- 前記アルカリ可溶性ポリマーは、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリノルボルネンメチルカルボン酸、ポリノルボルネンカルボン酸、ポリノルボルネンメチルヘキサフルオロイソプロピルアルコール、ポリノルボルネンヘキサフルオロイソプロピルアルコール又はポリビニルアルコールであることを特徴とする請求項4に記載のトップコート膜形成用材料。
- 基板の上に、ポリマーと光酸発生剤とカルバモイルオキシムとを含む化学増幅型レジストからなるレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に露光光を選択的に照射することによりパターン露光を行なう工程と、
パターン露光が行なわれた前記レジスト膜を加熱する工程と、
加熱された前記レジスト膜に対して現像を行なって、前記レジスト膜からレジストパターンを形成する工程とを備えていることを特徴とするパターン形成方法。 - 前記パターン露光は、前記レジスト膜の上に液体を配した状態で行なうことを特徴とする請求項7に記載のパターン形成方法。
- 前記光酸発生剤は、トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸、トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸、ジフェニルヨードニウムノナフルオロブタンスルフォン酸又はジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルフォン酸であることを特徴とする請求項7に記載のパターン形成方法。
- 基板の上に化学増幅型レジストからなるレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜の上に、カルバモイルオキシムとアルカリ可溶性ポリマーとを含むトップコート膜を形成する工程と、
前記トップコート膜を介して前記レジスト膜に露光光を選択的に照射することによりパターン露光を行なう工程と、
パターン露光が行なわれた前記レジスト膜及び前記トップコート膜を加熱する工程と、
加熱された前記レジスト膜に対して現像を行なって、前記レジスト膜からレジストパターンを形成する工程とを備えていることを特徴とするパターン形成方法。 - 前記パターン露光は、前記レジスト膜の上に液体を配した状態で行なうことを特徴とする請求項10に記載のパターン形成方法。
- 前記カルバモイルオキシムは、2-ブタノン-2-(メタクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-2-(メタクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-2-(アクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-2-(アクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-n-ブチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-イソブチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-n-プロピルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-イソプロピルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-エチルカルバモイルオキシム、2-ブタノン-メチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(メタクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(メタクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(アクリロイルオキシ)-エチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-2-(アクリロイルオキシ)-メチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-n-ブチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-イソブチルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-n-プロピルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-イソプロピルカルバモイルオキシム、2-プロパノン-エチルカルバモイルオキシム又は2-プロパノン-メチルカルバモイルオキシムであることを特徴とする請求項7又は10に記載のパターン形成方法。
- 前記アルカリ可溶性ポリマーは、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリノルボルネンメチルカルボン酸、ポリノルボルネンカルボン酸、ポリノルボルネンメチルヘキサフルオロイソプロピルアルコール、ポリノルボルネンヘキサフルオロイソプロピルアルコール又はポリビニルアルコールであることを特徴とする請求項10に記載のパターン形成方法。
- 前記化学増幅型レジストは、カルバモイルオキシムを含むことを特徴とする請求項10に記載のパターン形成方法。
- 前記液体は水であることを特徴とする請求項8又は11に記載のパターン形成方法。
- 前記液体は酸性溶液であることを特徴とする請求項8又は11に記載のパターン形成方法。
- 前記酸性溶液は、硫酸セシウム水溶液又はリン酸水溶液であることを特徴とする請求項16に記載のパターン形成方法。
- 前記露光光は、ArFエキシマレーザ光であることを特徴とする請求項7、8、10及び11のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記露光光は、KrFエキシマレーザ光、Xe2レーザ光、F2レーザ光、KrArレーザ光又はAr2レーザ光であることを特徴とする請求項7、8、10及び11のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記露光光は、極紫外(EUV)光又は電子線(EB)であることを特徴とする請求項7又は10に記載のパターン形成方法。
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