JP4563927B2 - 基板及びその製造方法、並びにそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents
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Description
前述のように、従来、中間層膜となる反射防止用ケイ素樹脂膜として、優れたレジストコンパティビリティと有機膜エッチング時の高いエッチング耐性の両方を兼ね備えたものは存在せず、その開発が求められていた。
基板10は、有機膜11の上に、反射防止用ケイ素樹脂膜16、その上にフォトレジスト膜14を順次形成したものである。そして、反射防止用ケイ素樹脂膜16は、下層ケイ素樹脂膜12と、下層ケイ素樹脂膜12よりケイ素含有量の少ない上層ケイ素樹脂膜13を含む。
ケイ素含有量、炭素含有量の変更方法の一例を、下記に示すモノマーを加水分解縮合させたケイ素樹脂を例に挙げて説明する。
これらのモノマー中の炭素含有量、ケイ素含有量を基に、加水分解縮合させるモノマーの種類、配合比を決定することで、下記のように、ケイ素樹脂中のケイ素含有量、炭素含有量を正確に制御することができる。
例えば、ケイ素含有量を17質量%、炭素含有量を54質量%とするためには、モノマー1を20mol%、モノマー2を80mol%の割合で重合させれば良い。
また、ケイ素含有量を24質量%、炭素含有量を40質量%とするためには、モノマー1を10mol%、モノマー2を45mol%、モノマー4を45mol%の割合で重合させれば良い。
あるいは、ケイ素含有量を32質量%、炭素含有量を32質量%とするためには、モノマー1を10mol%、モノマー2を12mol%、モノマー3を78mol%の割合で重合させれば良い。
先ず、図2(a)に示すようにパターンが形成される基板10を準備する。
有機膜11は、基板10上にスピンコート法などで形成する。この有機膜は、基板10をエッチングするときのマスクとして作用するので、エッチング耐性が高いことが望ましく、上層の下層ケイ素樹脂膜12とミキシングしないことが求められるので、スピンコート等で塗布した後に熱あるいは酸によって架橋することが望ましい。
フォトレジスト膜14を形成する方法としては、有機膜11等の形成時と同様にスピンコート法が好ましく用いられる。フォトレジスト膜材料をスピンコート法などで塗布後、プリベークを行うのが好ましい。プリベーク条件としては、80℃から180℃の温度範囲で10秒から300秒の時間範囲が好ましい。
(上記式中、Pは水素原子、ヒドロキシル基、エポキシ環(OCH2CH−)、炭素数1〜4のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルキルカルボニルオキシ基、又は炭素数1〜6のアルキルカルボニル基であり、Q1とQ2とQ3とQ4は各々独立して−CqH2q−pPp−(式中、Pは上記と同様であり、pは0〜3の整数であり、qは0〜10の整数である。)、uは0〜3の整数であり、S1とS2は各々独立して−O−、−CO−、−OCO−、−COO−又はOCOOを表す。v1、v2、v3は、各々独立して0又は1を表す。これらとともに、Tの例を以下に示す。TにおいてQ2とQ3と結合する位置は、特に限定されないが、立体的な要因による反応性や反応に用いる市販試薬の入手性等を考慮して適宜選択できる。)
特に波長200nm以下のリソグラフィ用には、上記光吸収基がべンゼン環を含むものであることが好ましい。
加水分解反応における水の量は、モノマー1モル当たり0.2〜10モルを添加することが好ましい。この時に、触媒を用いることもでき、酢酸、プロピオン酸、オレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、サリチル酸、安息香酸、ギ酸、マロン酸、フタル酸、フマル酸、クエン酸、酒石酸、塩酸、硫酸、硝酸、スルホン酸、メチルスルホン酸、トシル酸、トリフルオロメタンスルホン酸などの酸、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウム、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、コリンヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドなどの塩基、テトラアルコキシチタン、トリアルコキシモノ(アセチルアセトナート)チタン、テトラアルコキシジルコニウム、トリアルコキシ
モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウムなどの金属キレート化合物を挙げることができる。
有機溶媒としては、水溶性のものが好ましく、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、アセトン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、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メチルエーテル、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、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、プロピレングリコールモノプロピルエーテル及びこれらの混合物などが好ましい。
触媒は水に添加していても良いし、有機溶媒中に添加しておいても良い。反応温度は0〜100℃、好ましくは10〜80℃である。水の滴下時に10〜50℃に加熱し、その後40〜80℃に昇温させて熟成させる方法が好ましい。
Si−OH/Si−OR=20/80よりSi−ORの割合が少なければ、Si−OH同士の縮合やSi−OHとSi−OR間での縮合が容易に進行し、十分な強度があり、インターミキシングのほとんど発生しない塗布膜を得ることができる。
i.下記一般式(P1a−1)、(P1a−2)、(P1a−3)又は(P1b)のオニウム塩、
ii.下記一般式(P2)のジアゾメタン誘導体、
iii.下記一般式(P3)のグリオキシム誘導体、
iv.下記一般式(P4)のビススルホン誘導体、
v.下記一般式(P5)のN−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル、
vi.β−ケトスルホン酸誘導体、
vii.ジスルホン誘導体、
viii.ニトロベンジルスルホネート誘導体、
ix.スルホン酸エステル誘導体
等が挙げられる。
R105とR106のアラルキル基としてはベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基、ニトロ基又はアセチル基で置換されていてもよいフェニル基としては、フェニル基、トリル基、p−tert−ブトキシフェニル基、p−アセチルフェニル基、p−ニトロフェニル基等が挙げられ、炭素数3〜5のヘテロ芳香族基としては、ピリジル基、フリル基等が挙げられる。
ジスルホン誘導体としては、ジフェニルジスルホン誘導体、ジシクロヘキシルジスルホン誘導体等のジスルホン誘導体を挙げることができる。
ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−プロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン等のジアゾメタン誘導体、
ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジエチルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジエチルグリオキシム等のグリオキシム誘導体、
ビスナフチルスルホニルメタン等のビススルホン誘導体、
N−ヒドロキシスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−プロパンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド2−プロパンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−ペンタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドp−トルエンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシナフタルイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシナフタルイミドベンゼンスルホン酸エステル等のN−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル誘導体が用いられる。
酸発生剤の添加量は、ケイ素樹脂100質量部に対して好ましくは0.1〜50質量部、より好ましくは0.3〜40質量部である。0.1質量部以上であれば酸発生量が十分であり、架橋反応がより十分になる。また、50重量部以下であれば上層のフォトレジスト膜へ酸が移動することによるミキシング現象が起こる可能性がより小さい。
中和剤の添加量は、ケイ素樹脂100部(質量部、以下同様)に対して好ましくは0〜50部、より好ましくは0〜40部である。
図3は、本発明のパターン形成方法の一例を示す説明図である。
図2(e)に示したように、本発明の基板の製造方法により、有機膜の上に、反射防止用ケイ素樹脂膜、その上にフォトレジスト膜を順次形成した基板を製造した後、先ず、図3(a)に示すように、パターン回路領域の露光を行う。
本発明では、下層ケイ素樹脂膜12より上層ケイ素樹脂膜13のケイ素含有量が少ない。ケイ素含有量が少なければ、レジストコンパティビリティに優れたものとなる。
フォトレジスト膜14をマスクとして反射防止用ケイ素樹脂膜16をエッチングするには、フロン系ガス、窒素ガス、炭酸ガスなどを使ってエッチングを行う。
尚、ドライエッチング条件としては、上記酸素を含有するプラズマによる方法の他、水素−窒素を含有するガスプラズマによる方法等が使用できる。
本発明では、上層ケイ素樹脂膜より下層ケイ素樹脂膜の方がケイ素含有量が多い。ケイ素含有量が多ければ、有機膜をエッチングする際のエッチング耐性に優れたものとなる。
このように、本発明では、優れたレジストコンパティビリティと有機膜エッチング時の高いエッチング耐性を両立させるために、反射防止用ケイ素樹脂膜を上層ケイ素樹脂膜と下層ケイ素樹脂膜の2層を含むものとし、上層ケイ素樹脂膜としてレジストコンパティビリティに優れたものを用い、下層ケイ素樹脂膜として有機膜エッチング時のエッチング耐性の高いものを用いている。このため、高い精度で有機膜にパターンを転写することができる。
例えば、基板10の被加工部分が、酸化ケイ素、金属ケイ素等であれば、フッ素系ドライエッチング条件を用いるのが良い。フッ素系ドライエッチング条件を用いれば、基板のエッチングと同時に、有機膜11上に残っているケイ素樹脂膜16も除去される。しかしながら、これに制限されず、単層レジスト法で使用されるエッチング条件のいずれをも用いることができ、例えば、塩素系ドライエッチングで行っても良い。
以上のようにして、本発明では、高い精度で基板にパターンを形成することができる。
(合成例1)
3000mlのガラス製のフラスコに、エタノール1400g、純水700gおよび25%テトラエチルアンモニウムヒドロキシド50gを仕込み、攪拌した。この混合物に、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン139gとフェニルトリメトキシシラン32gの混合物を、液温40℃で滴下し、その後40℃、2時間攪拌した。反応終了後、酢酸を35g加えて反応を停止させ、減圧でエタノールを留去した。得られた液に、酢酸エチル2000ml加え水層を分別し、有機液層を超純水で2回洗浄、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を600g加え、液温を40℃に加熱しながらの減圧下で酢酸エチルを留去し、ポリマーのPGMEA溶液を得た。
3000mlのガラス製のフラスコに、エタノール1400g、純水700gおよび25%テトラエチルアンモニウムヒドロキシド50gを仕込み、攪拌した。この混合物に、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン79g、テトラエトキシシラン70gおよびフェニルトリメトキシシラン14gの混合物を、液温40℃で滴下し、その後40℃、2時間攪拌した。反応終了後、酢酸を35g加えて反応を停止させ、減圧でエタノールを留去した。得られた液に、酢酸エチル2000ml加え水層を分別し、有機液層を超純水で2回洗浄、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を600g加え、液温を40℃に加熱しながらの減圧下で酢酸エチルを留去し、ポリマーのPGMEA溶液を得た。
1000mlのガラス製のフラスコに、メタノール150g、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン22g、トリメトキシメチルシラン77g、フェニルトリメトキシシラン14gおよびシュウ酸1.5gの混合物に脱イオン水40gおよびメタノール20gの混合液を、液温40℃で滴下し、その後40℃、12時間攪拌した。反応終了後、減圧で溶媒を留去した。残渣を、酢酸エチル1000mlで溶解して、洗浄用の脱イオン水を水洗分液し、水層を分別後、更に有機液層を脱イオン水で2回洗浄した。ここにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を600g加え、液温を40℃に加熱しながらの減圧下で酢酸エチルを留去し、ポリマーのPGMEA溶液を得た。
1000mlのガラス製のフラスコに、メタノール150g、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン13g、トリメトキシメチルシラン41g、テトラエトキシシラン62g、フェニルトリメトキシシラン16gおよびマレイン酸1.5gの混合物に脱イオン水45gおよびメタノール20gの混合液を、液温40℃で滴下し、その後40℃、12時間攪拌した。反応終了後、減圧で溶媒を留去した。残渣を、酢酸エチル1000mlで溶解して、洗浄用の脱イオン水を水洗分液し、水層を分別後、更に有機液層を脱イオン水で2回洗浄した。これを液温を40℃に加熱しながらの減圧下で酢酸エチルを留去し、残渣をエタノール400gに溶解した。
表1に示すようにポリマー1〜4(polymer1〜4)で示されるポリマー、AG1(下記構造式参照)で示される酸発生剤をFC−430(住友スリーエム社製)0.1重量%を含む有機溶剤中に表1に示す割合で溶解させ、0.1μmの弗素ポリマー製のフィルターでろ過することによってケイ素樹脂膜材料の溶液(Sol 1〜4)をそれぞれ調製した。
次いでドライエッチング耐性のテストを行った。
先ず、前記屈折率測定に用いたケイ素樹脂膜材料Sol 1〜4で、それぞれ、ケイ素樹脂膜Film1〜4を形成した。これらについて、CHF3/CF4系ガスおよび酸素系でのエッチング条件で、東京エレクトロン株式会社製ドライエッチング装置TE−8500Pを用い、ドライエッチング耐性試験を行った。
エッチング条件は下記に示す通りである。
チャンバー圧力 40Pa
RFパワー 1,300W
ギヤップ 9mm
CHF3ガス流量 30ml/min
CF4ガス流量 30ml/min
Arガス流量 100ml/min
時間 30sec
チャンバー圧力 60Pa
RFパワー 600W
ギヤップ 9mm
Arガス流量 40ml/min
O2ガス流量 60ml/min
時間 30sec
表2より、Film3,4は、酸素系でのエッチングに対して優れたエッチング耐性を示し、特に、下層の有機膜をエッチングする際に、優れたエッチングマスクとなることが判る。
まず基板上に、4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノールノボラック樹脂(分子量11000)の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液(樹脂28質量部、溶剤100質量部)を回転塗布し、250℃で1分間加熱して、膜厚300nmの有機膜を形成した。
更に、その上に、Sol 1を回転塗布し、180℃で90秒間加熱し、膜厚10nmの上層ケイ素樹脂膜を形成した。
このようにして、下層ケイ素樹脂膜と上層ケイ素樹脂膜を含む反射防止用ケイ素樹脂膜を形成した。
樹脂 : PolymerA(ポリマーA)(下記構造式参照)
10質量部
0.2質量部
塩基性添加物:トリエタノールアミン 0.02質量部
溶剤 :プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)
600質量部
次に、フォトレジスト膜のパターン回路領域をArF露光装置(ニコン社製;S305B、NA0.68、σ0.85、2/3輪帯照明、クロムマスク)で露光し、110℃で90秒間加熱後、2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液で現像し、110nmのラインアンドスペースパターンを得た。
得られたポジ型のレジストパターンを観察したところ、フッティング等は観察されず、矩形のパターンであることが確認できた。
次に、このようにしてパターンが転写された有機膜をエッチングマスクにして、基板のエッチングを行い、基板にパターンを形成した。この時、基板の被加工部分が、酸化ケイ素であったので、フッ素系ドライエッチング条件を使用した。このドライエッチング条件により、基板の被加工部分にパターンが形成されると同時に有機膜上の反射防止用ケイ素樹脂膜がエッチング除去された。
基板に形成されたパターンを観察したところ、良好なパターンが形成されていることが確認できた。
上層ケイ素樹脂膜材料として、Sol 1の代わりにSol 2を下層ケイ素樹脂膜の上に塗布し、膜厚5nmの上層ケイ素樹脂膜を形成したこと以外は、すべて上記実施例1と同様の手順で基板にパターンを形成した。
その結果、レジストパターンを形成した後、得られたポジ型のレジストパターンを観察したところ、フッティング等は観察されず、矩形のパターンであることが確認できた。
また、基板にパターンを形成した後、基板に形成されたパターンを観察したところ、良好なパターンが形成されていることが確認できた。
上層ケイ素樹脂膜材料として、Sol 1の代わりにSol 3を下層ケイ素樹脂膜の上に塗布し、膜厚5nmの上層ケイ素樹脂膜を形成したこと以外は、すべて上記実施例1と同様の手順で基板にパターンを形成した。
その結果、レジストパターンを形成した後、得られたポジ型のレジストパターンを観察したところ、ほぼ矩形のパターンであることが確認できた。但し、実施例1,2に比べて多少フッティングが観察された。
また、基板にパターンを形成した後、基板に形成されたパターンを観察したところ、良好なパターンが形成されていることが確認できた。
反射防止用ケイ素樹脂膜として、下層ケイ素樹脂膜と上層ケイ素樹脂膜の2層を形成するのではなく、Sol 1を有機膜上に塗布し、膜厚80nmのケイ素樹脂膜を1層のみ形成したこと以外は、すべて上記実施例1と同様の手順で基板にパターンを形成しようとした。
しかしながら、反射防止用ケイ素樹脂膜をエッチングマスクとして下層の有機膜をエッチングしてパターン転写する際、ケイ素樹脂膜のエッチング耐性が低く、有機膜を加工中にケイ素樹脂膜がエッチングガスによりすべて消失してしまい、有機膜の加工を完結することが出来なかった。
反射防止用ケイ素樹脂膜として、下層ケイ素樹脂膜と上層ケイ素樹脂膜の2層を形成するのではなく、Sol 4を有機膜上に塗布し、膜厚80nmのケイ素樹脂膜を1層のみ形成したこと以外は、すべて上記実施例1と同様の手順で基板にパターンを形成しようとした。
しかしながら、フォトレジスト膜にレジストパターンを形成後、得られたポジ型のパターンを観察したところ、激しいフッティングが観察され、エッチングマスクとしては不適当であることが判明した。
下層ケイ素樹脂膜材料として、Sol 4の代わりにSol 1を有機膜の上に塗布し、膜厚70nmの下層ケイ素樹脂膜を形成し、上層ケイ素樹脂膜材料として、Sol 1の代わりにSol 4を下層ケイ素樹脂膜の上に塗布し、膜厚10nmの上層ケイ素樹脂膜を形成したこと以外は、すべて上記実施例1と同様の手順で基板にパターンを形成しようとした。
しかしながら、フォトレジスト膜にレジストパターンを形成後、得られたポジ型のパターンを観察したところ、激しいフッティングが観察され、エッチングマスクとしては不適当であることが判明した。
13…上層ケイ素樹脂膜、 14…フォトレジスト膜、
16…反射防止用ケイ素樹脂膜。
Claims (10)
- 少なくとも、有機膜の上に、反射防止用ケイ素樹脂膜、その上にフォトレジスト膜を順次形成した基板であって、前記反射防止用ケイ素樹脂膜が、下層ケイ素樹脂膜と、該下層ケイ素樹脂膜よりケイ素含有量の少ない上層ケイ素樹脂膜を含むものであることを特徴とする基板。
- 前記下層ケイ素樹脂膜のケイ素含有量が、30質量%以上であることを特徴とする請求項1に記載の基板。
- 前記下層ケイ素樹脂膜の炭素含有量が、29質量%以下であり、前記上層ケイ素樹脂膜の炭素含有量が、前記下層ケイ素樹脂膜より多いものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の基板。
- 前記上層ケイ素樹脂膜のケイ素含有量が、前記下層ケイ素樹脂膜より少なく、かつ35質量%未満であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の基板。
- 少なくとも、有機膜の上に、反射防止用ケイ素樹脂膜、その上にフォトレジスト膜を順次形成した基板を製造する方法であって、少なくとも、基板の上に有機膜を形成し、該有機膜の上に下層ケイ素樹脂膜を形成し、該下層ケイ素樹脂膜の上に該下層ケイ素樹脂膜よりケイ素含有量の少ない上層ケイ素樹脂膜を形成して、前記下層ケイ素樹脂膜と前記上層ケイ素樹脂膜を含む反射防止用ケイ素樹脂膜を形成し、該反射防止用ケイ素樹脂膜の上にフォトレジスト膜を形成して、少なくとも、有機膜の上に、反射防止用ケイ素樹脂膜、その上にフォトレジスト膜を順次形成した基板を製造することを特徴とする基板の製造方法。
- 前記下層ケイ素樹脂膜のケイ素含有量を、30質量%以上とすることを特徴とする請求項5に記載の基板の製造方法。
- 前記下層ケイ素樹脂膜の炭素含有量を、29質量%以下とし、前記上層ケイ素樹脂膜の炭素含有量を、前記下層ケイ素樹脂膜より多いものとすることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の基板の製造方法。
- 前記上層ケイ素樹脂膜のケイ素含有量を、前記下層ケイ素樹脂膜より少なく、かつ35質量%未満とすることを特徴とする請求項5乃至請求項7のいずれか1項に記載の基板の製造方法。
- 基板にパターンを形成する方法であって、少なくとも、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の基板を準備し、該基板の前記フォトレジスト膜にレジストパターンを形成し、該レジストパターンが形成されたフォトレジスト膜をマスクにして前記反射防止用ケイ素樹脂膜にパターンを形成し、該パターンが形成された反射防止用ケイ素樹脂膜をマスクにして有機膜にパターンを形成し、該パターンが形成された有機膜をマスクにして前記基板にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
- 基板にパターンを形成する方法であって、少なくとも、請求項5乃至請求項8のいずれか1項に記載の基板の製造方法により、少なくとも、有機膜の上に、反射防止用ケイ素樹脂膜、その上にフォトレジスト膜を順次形成した基板を製造した後、前記フォトレジスト膜にレジストパターンを形成し、該レジストパターンが形成されたフォトレジスト膜をマスクにして前記反射防止用ケイ素樹脂膜にパターンを形成し、該パターンが形成された反射防止用ケイ素樹脂膜をマスクにして有機膜にパターンを形成し、該パターンが形成された有機膜をマスクにして前記基板にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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