JP2001222109A - 露光方法 - Google Patents
露光方法Info
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Materials For Photolithography (AREA)
- Phenolic Resins Or Amino Resins (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Abstract
上の極微細加工を可能とする。 【解決手段】 X線、真空紫外線、極紫外線、軟X線の
いずれかでレジスト層を選択的に露光して所定の形状に
パターニングするに際し、レジスト層を構成する高分子
材料として、芳香族環を含む既存レジスト材料における
芳香族環のπ電子系をより拡張した高分子材料を用い
る。これにより、高分子材料を構成する原子全体に占め
る酸素原子の割合が相対的に少なくなり、高分子材料全
体の光学的な吸収が抑えられる。
Description
において極微細加工を行うための露光方法に関するもの
である。
素子の高集積化に伴い、例えば0.1μm以下の極微細
パターンの加工を可能にする新たなプロセス技術の確立
が急務となっている。
ラフィの技術が不可欠であり、露光波長の短波長化によ
り光学的な解像度を向上し極微細加工に対応するため
に、従来の水銀ランプやエキシマレーザによる紫外線に
加えて、波長7nm〜16nm付近の極紫外線(EU
V: Extreme ultraviolet)を用いた新しい露光技術の
開発が精力的に進められている。
紫外線EUVの波長領域では、通常のレジスト材料はそ
の光学的な吸収が大きく、照射した光がレジスト層の下
部にまで到達せず、レジストパターンが劣化するという
問題がある。
工の大きな妨げとなり、その改善が望まれる。
提案されたものであり、極紫外線EUVの波長領域にお
けるレジスト層の光透過率の問題を解消し、これまで以
上の極微細加工が可能な露光方法を提供することを目的
とする。
めに、本発明は、X線、真空紫外線、極紫外線、軟X線
のいずれかでレジスト層を選択的に露光して所定の形状
にパターニングする露光方法において、レジスト層を構
成する高分子材料として、芳香族環を含む既存レジスト
材料における芳香族環のπ電子系をより拡張した高分子
材料、下記化3に示される化合物、並びに下記化4に示
される化合物のうち、少なくとも1つを用いることを特
徴とする。
出願前に公知となっている全てのレジスト材料を指す。
は、レジスト特性を発現するために酸素原子の存在が不
可欠である。高分子材料の中で、照射光に起因して何ら
かの化学反応を起こし、照射部と未照射部の物性値の変
化をもたらしてレジスト特性発現の起因となる部分は、
エステル基、フェノール基、アルコール基、カルボキシ
ル基等、必ず酸素を含む基である。
素の光学的な吸収は炭素や水素よりも大きく、高分子材
料の光透過率を低下する原因となる。酸素原子一原子当
たりの光学的な吸収は、炭素原子の約3倍、水素原子の
約50〜100倍と非常に大きい。
材料は、芳香族環を含む既存レジスト材料における芳香
族環のπ電子系をより拡張している高分子材料、構造式
(1)に示されるφがベンゼン環以外の芳香族環又は複
素環、例えばナフタレン環等のベンゼン環より大きい構
造を有する化合物、並びに構造式(2)に示されるφが
ベンゼン環以外の芳香族環若しくは複素環、例えばナフ
タレン環等のベンゼン環より大きい構造を有する化合物
のうち、少なくとも1つである。従って、レジスト層を
構成する高分子材料は、高分子材料を構成する原子に占
める酸素原子の割合が相対的に少なくなり、高分子材料
全体の光学的な吸収が抑えられる。
について、詳細に説明する。
おける極微細パターンの加工に応用されるものであり、
具体的には、基板上に感光作用を有するレジスト層を塗
布形成する工程と、レジスト層をX線、真空紫外線、極
紫外線、軟X線のいずれかで選択的に露光して感光させ
る工程と、レジスト層を現像によって所定のパターンに
する工程とからなる。
外線、極紫外線、軟X線のいずれか任意の露光波長を使
用することができるが、特に、波長7nm〜16nmの
極紫外線を使用することで、これまで以上の解像度の露
光が可能となる。
を利用した縮小投影による露光を行う。
例えばノボラック樹脂、ポリヒドロキシスチレン樹脂、
アクリル樹脂、エステル基、カルボキシル基もしくはフ
ェノール基を有するシロキサン樹脂、シルセスキオキサ
ン樹脂、ポリシクロオレフィン樹脂等を基本骨格とする
ものである。
等の芳香族環を含むことが多い。これは、これらの高分
子材料が芳香族環を含む場合、レジスト材料のエッチン
グ耐性がより良好となるからである。
に起因して何らかの化学反応を起こし、照射部と未照射
部の物性値の変化をもたらしてレジスト特性発現の起因
となる部分は、エステル基、フェノール基、アルコール
基、カルボキシル基等、酸素を含む基である。
収は、例えば、7nmでは、Si>F>O>N>C>
H、10nm及び11nmでもSi>F>O>N>C>
H、12nmではF>Si>O>N>C>H、13nm
及び16nmではF>O>N>C>Si>Hの順に大き
い。すなわち、酸素を含むことは、高分子材料の極紫外
線EUVの波長領域における光学的な吸収の観点からは
不利である。
用いる高分子材料の極紫外線EUVの波長領域での吸収
を低下させるため、酸素原子に対する炭素原子及び水素
原子の割合を増加させ、相対的に酸素原子を薄めてやる
こととする。
は、上記基本骨格を有しており、芳香族環を含む既存レ
ジスト材料における芳香族環のπ電子系をより拡張した
高分子材料、構造式(1)に示される化合物、並びに構
造式(2)に示される化合物のうち、少なくとも1つを
用いる。
芳香族環を含む既存レジスト材料における芳香族環のπ
電子系をより拡張した高分子材料としては、例えば、ベ
ンゼン環を含む既存レジスト材料のベンゼン環部をナフ
タレン環やアントラセン環等で置換したものが挙げられ
る。芳香族環のπ電子系を拡張した高分子材料は、高分
子材料を構成する原子に占める炭素原子及び水素原子の
割合が増加している。
びに構造式(2)に示される化合物としては、φがベン
ゼン環以外の芳香族環若しくは複素環、例えばナフタレ
ン環等のベンゼン環より大きい構造を有する化合物が挙
げられる。
ン環であり、且つo=0である化合物は、既存レジスト
材料の一つであるポリヒドロキシスチレン樹脂である。
並びに、構造式(2)に示されるφがベンゼン環であ
り、o=1であり、R3がメチル基である化合物は、既
存レジスト材料の一つであるノボラック樹脂である。
造式(2)に示される化合物は、既存レジスト材料と比
較すると、高分子材料を構成する原子に占める炭素原子
及び水素原子の割合が増加している。
高分子材料は、高分子材料を構成する原子に占める酸素
原子の割合が相対的に少ないので、高分子材料全体の極
紫外線EUVの波長領域の吸収が抑えられている。
して、上記基本骨格を有しており、芳香族環を含む既存
レジスト材料における芳香族環のπ電子系をより拡張し
た高分子材料、構造式(1)に示される化合物、並びに
構造式(2)に示される化合物のうち少なくとも1つを
用いることにより、極紫外線波長での吸収係数の低い高
分子材料を提供することができる。
させることによって、レジスト材料全体の密度が著しく
増加してしまうと、逆に極紫外線波長の吸収係数が増大
してしまう可能性がある。
ところ、レジスト層を構成する高分子材料として、芳香
族環を含む既存レジスト材料における芳香族環のπ電子
系をより拡張した高分子材料、構造式(1)で示される
化合物、並びに構造式(2)で示される化合物のうち、
少なくとも1つを用いた場合であっても、レジスト材料
全体の密度の著しい増加は起こらず、極紫外線波長の吸
収係数の低下を有効に利用することが可能であることが
判明した。
子材料は、露光波長域における線吸収係数が3.80μ
-1以下であることが好ましく、3.70μ-1以下である
ことがより好ましい。
ジスト層の透過率は、膜厚が300nmの場合で約30
%以上の十分高い値となる。線吸収係数が3.80μ-1
を越えて、これよりも透過率の値が小さくなると、照射
した光がレジスト層の下部まで十分には達せず、良好な
矩形のレジストパターンを生成することができなくなる
虞れがある。
いて説明する。
の波長13nmでの線吸収係数の理論導出を行った。
の理論導出にあたっては、各原子1つあたりの波長13
nmでの吸収係数と、高分子材料の密度が必要になる。
係数としては、Atomic Data and Nuclear Tables(Henk
e,B.L.; Gullikson,E.M; Davis,J.C 1993,54,181)にお
いて与えられた値を用いた。
関しては、この値と密度の実験値から求められる波長1
3nmでの線吸収係数が、実験値と非常に良く一致する
ことが知られている[J.Vac.Sci.Technol.B(Kubiak,G.
D.; Kneedler,E.M.; Hwang,R.Q.; Schulberg,M.T.; Ber
ger,K.W.; Bjorkholm,J.E.;Mansfield,W.M. 1992,10,25
93 )。
理論を適用した(Bicerano, J.Predictions of Propert
ies of Polymers from their Structures, Marcel Dekk
er:New York,1993)。
の構造と多くの物性の相関を与える手法である。この手
法で計算された高分子の密度の誤差は、平均で2.2%
であることが知られている。このため、波長13nmで
の線吸収係数の予測の精度も平均で誤差2.2%であ
る。
のMSI社作成のソフトウェア“POLYMER”の中
のモジュール“Synthia”を用いた。使用した計
算機は、ダイキン工業社製のワークステーション“Oc
tane”である。
を基本骨格となる高分子(既存レジスト材料)とし、そ
の芳香族環部のπ電子系を拡張したとき、具体的にはベ
ンゼン環部をナフタレン環で置換した化合物(ポリビニ
ルナフトール)を以下に示すようにして合成した。
レンを100gと、アゾビスイソブチロニトリルとを5
00mlの脱水テトラヒドロフラン中に溶解させ、反応
溶液を十分にアルゴン置換した後に、昇温させて70℃
とし、この温度を維持した状態で撹拌を16時間行っ
た。
5リットルの脱イオン水中に注ぎ、この時に生じる白色
沈殿を濾取して乾燥させることで、ポリビニルナフタレ
ンの祖ポリマーを得た。
チルアミノピリジンを含む500mlのメタノール中に
分散させ、45℃で撹拌を行うことで、淡黄色である均
一溶液を得た。この溶液を10リットルの脱イオン水中
に注ぎ、この時に生じる白色沈殿を濾取し、テトラヒド
ロフラン/水から再沈殿を行うことで、ポリビニルナフ
トール48gを得た。
骨格となる高分子(既存レジスト材料)とし、その芳香
族環部のπ電子系を拡張したとき、具体的にはベンゼン
環部をアントラセン環で置換した化合物(ポリビニルヒ
ドロキシアントラセン)を以下に示すようにして合成し
た。
トラセンを140gと、アゾビスイソブチロニトリルと
を700mlの脱水テトラヒドロフラン中に溶解させ、
反応溶液を十分にアルゴン置換した後に、昇温させて9
0℃とし、この温度を維持した状態で撹拌を24時間行
った。
5リットルの脱イオン水中に注ぎ、この時に生じる白色
沈殿を濾取して乾燥させることで、ポリビニルアントラ
センの祖ポリマーを得た。
チルアミノピリジンを含む500mlのメタノール中に
分散させ、45℃で撹拌を行うことで、淡黄色である均
一溶液を得た。この溶液を10リットルの脱イオン水中
に注ぎ、この時に生じる白色沈殿を濾取し、テトラヒド
ロフラン/水から再沈殿を行うことで、ポリビニルアン
トラセン75gを得た。
フトール(化合物2とする)及びポリビニルアントラセ
ン(化合物5とする)の線吸収係数を計算により求め
た。更に、ポリヒドロキシスチレン樹脂(化合物1とす
る)を基本骨格となる高分子(既存レジスト材料)と
し、その芳香族環部のπ電子系を拡張したとき、具体的
には、ベンゼン環部を置換ナフタレン環やアントラセン
管や置換アントラセン環で置換した化合物の線吸収係数
をそれぞれ計算により求めた。
脂(化合物1)及びナフタレン環で置換した化合物2、
メチルナフタレン環で置換した化合物3、アントラセン
環で置換した化合物4,5、エチルアントラセン環で置
換した化合物6の構造は、下記の化5に示す通りであ
る。
m)の計算結果を表1に示す。
既存レジスト材料の芳香族環のπ電子系をより拡張する
ことにより、波長13nmでの線吸収係数が低下して
3.80μ-1以下となることがわかる。特に、ポリヒド
ロキシスチレン樹脂のベンゼン環部をメチルナフタレン
環で置換した化合物3、アントラセン環で置換した化合
物4,5、エチルアントラセン環で置換した化合物6
は、線吸収係数が3.70μ-1以下となることがわか
る。
を基本骨格となる高分子(既存レジスト材料)とし、構
造式(1)で示される化合物において、φがナフタレン
環であり、且つo=0である化合物(ポリビニルナフト
ール)は、上述のようにして作製された化合物2と同様
の化合物である。
2)、基本骨格となるポリヒドロキシスチレン樹脂(化
合物1)、及び構造式(1)で示される種々の化合物に
ついて線吸収係数をそれぞれ計算により求めた。
脂(化合物1)、φがナフタレン環である化合物2,
7,8、φがアントラセン環である化合物9の構造は、
下記の化6に示す通りである。
m)の計算結果を表2に示す。
示される化合物をレジスト材料として用いることによ
り、波長13nmでの線吸収係数が低下して3.80μ
-1以下となることがわかる。特に、化合物8及び9は、
線吸収係数が3.70μ-1以下となることがわかる。
なる高分子(既存レジスト材料)とし、その芳香族環部
のπ電子系を拡張したとき、具体的にはベンゼン環部を
ナフタレン環で置換した化合物を、以下に示すようにし
て合成した。
7%ホルムアルデヒド水溶液を75gと、35%濃塩酸
を0.1mlとを混合し、加熱して85℃とし、撹拌を
120分間行った。
沈殿させた。そして、樹脂を洗浄するために、応溶溶液
の上層を傾斜除去した後に純水を加える操作を3回繰り
返した。この操作の後に、装置内を85℃とした真空乾
燥機を用いて樹脂を乾燥させることで、ノボラック樹脂
のベンゼン環部をナフタレン環で置換した化合物を15
5g得た。
12とする)の線吸収係数を計算により求めた。また、
ノボラック樹脂(化合物10又は11とする)を基本骨
格となる高分子(既存レジスト材料)とし、その芳香族
環部のπ電子系を拡張したとき、具体的にはベンゼン環
部をアントラセン環で置換したときの線吸収係数をそれ
ぞれ計算により求めた。
0,11)及びナフタレン環で置換した化合物12、ア
ントラセン環で置換した化合物13の構造は、下記の化
7に示す通りである。
m)の計算結果を表3に示す。
既存レジスト材料の芳香族環のπ電子系をより拡張する
ことにより、波長13nmでの線吸収係数が低下するこ
とがわかる。また、芳香族環のπ電子系を拡張した高分
子材料は、何れも、線吸収係数が3.70μ-1以下とな
ることがわかる。
なる高分子(既存レジスト材料)とし、構造式(2)で
示される化合物において、φがナフタレン環であり、o
=1であり、R3がメチル基である化合物を以下に示す
ようにして合成した。
7%ホルムアルデヒド水溶液を75gと、35%濃塩酸
を0.1mlとを混合し、加熱して85℃とし、撹拌を
120分間行った。
沈殿させた。そして、樹脂を洗浄するために、応溶溶液
の上層を傾斜除去した後に純水を加える操作を3回繰り
返した。この操作の後に、装置内を85℃とした真空乾
燥機を用いて樹脂を乾燥させることで、ノボラック樹脂
のベンゼン環部をナフタレン環で置換した化合物を15
5g得た。
4とする)の線吸収係数を計算により求めた。更に、ノ
ボラック樹脂(化合物10とする)、及び構造式(2)
で示される化合物について、線吸収係数をそれぞれ計算
により求めた。
0)、φがナフタレン環である化合物14、φがアント
ラセン環である化合物15の構造は、下記の化8に示す
通りである。
m)の計算結果を表4に示す。
示される化合物をレジスト材料として用いることによ
り、波長13nmでの線吸収係数が低下することがわか
る。
を基本骨格となる高分子(既存レジスト材料)とし、そ
の芳香族環部のπ電子系を拡張したとき、具体的にはベ
ンゼン環部をアントラセン環で置換したときの線吸収係
数をそれぞれ計算により求めた。
6:ポリ(エチルフェニルメタクリレート))及びアン
トラセン環で置換した化合物17の構造は下記の化9に
示す通りである。
m)の計算結果を表5に示す。
既存レジスト材料の芳香族環のπ電子系をより拡張する
ことにより、波長13nmでの線吸収係数が低下するこ
とがわかる。また、芳香族環のπ電子系を拡張した化合
物17は、線吸収係数が3.70μ-1以下となることが
わかる。
子材料は、芳香族環を含む既存レジスト材料における芳
香族環のπ電子系をより拡張した高分子材料、構造式
(1)に示される化合物、並びに構造式(2)に示され
る化合物のうち少なくとも1つを用いられることによ
り、既存のレジスト材料における波長13nmでの線吸
収係数と比較すると、その線吸収係数が低下することが
わかる。
既存レジスト材料における芳香族環のπ電子系をより拡
張した高分子材料、構造式(1)に示される化合物、並
びに構造式(2)に示される化合物のうち少なくとも1
つを用いることにより、より好適な、透明性の高いレジ
スト材料を得ることができるのである。
してポリヒドロキシスチレン樹脂、ノボラック樹脂、ア
クリル樹脂を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限
られるものではなく、例えばその他のシロキサン系高分
子、シラン系高分子、ビニル系高分子、ポリイミド系高
分子、フッ素系高分子等についても、芳香族環が含まれ
る高分子である場合には適用可能である。
も、実施例のものに限らず、よりπ電子系を拡張するよ
うな置換であれば、例えば置換ピレン環、置換ピリジン
環、置換ピラン環、置換ピラジン環、置換ピロール環等
を用いてもよい。
(1)における置換基R1、R2、R3、R4、R5、並び
に構造式(2)における置換基R1、R2、R3、R4とし
て、水素原子若しくはメチル基、又はブチル基を例に挙
げて説明したが、本発明はこれに限られるものではな
く、アルキル基、置換アルキル基、フェニル基、置換フ
ェニル基、エーテル基、置換エーテル基、エステル基、
置換エステル基、ハロゲン原子等を用いても良い。
明において、レジスト層を構成する高分子材料は、芳香
族環を含む既存レジスト材料における芳香族環のπ電子
系をより拡張して極紫外線の波長領域での光透過率を高
めた高分子材料、構造式(1)に示される化合物、並び
に構造式(2)に示される化合物のうち少なくとも1つ
を用いるので、極紫外線の波長領域での光透過率が高め
られている。従って、この高分子材料をレジスト層に用
いることにより、より良い形状のレジストパターンを得
ることができ、これまで以上の極微細加工が可能にな
る。
プロセスにおいて、高い透明性を有する高分子材料を用
いることにより、レジスト層の膜厚を厚くすることが可
能であり、レジスト層のエッチング耐性を向上させるこ
とができる。
Claims (4)
- 【請求項1】 X線、真空紫外線、極紫外線、軟X線の
いずれかでレジスト層を選択的に露光して所定の形状に
パターニングする露光方法において、 上記レジスト層を構成する高分子材料として、芳香族環
を含む既存レジスト材料における芳香族環のπ電子系を
より拡張した高分子材料、下記化1に示される化合物、
並びに下記化2に示される化合物のうち、少なくとも1
つを用いることを特徴とする露光方法。 【化1】 【化2】 - 【請求項2】 上記レジスト層を構成する高分子材料の
露光波長域での線吸収係数を3.80μ-1以下とするこ
とを特徴とする請求項1記載の露光方法。 - 【請求項3】 上記露光波長が7nm〜16nmである
ことを特徴とする請求項1記載の露光方法。 - 【請求項4】 上記露光は、縮小投影光学系を利用した
縮小投影による露光であることを特徴とする請求項1記
載の露光方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000035665A JP2001222109A (ja) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | 露光方法 |
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---|---|---|---|
JP2000035665A JP2001222109A (ja) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | 露光方法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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---|---|---|---|
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6764811B2 (en) | 2001-03-28 | 2004-07-20 | Matsushita Electric Industry Co., Ltd. | Pattern formation method |
JP2007316188A (ja) * | 2006-05-24 | 2007-12-06 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 反射防止膜材料およびパターン形成方法 |
WO2010119924A1 (ja) * | 2009-04-16 | 2010-10-21 | 富士フイルム株式会社 | カラーフィルタ用重合性組成物、カラーフィルタ、及び固体撮像素子 |
-
2000
- 2000-02-08 JP JP2000035665A patent/JP2001222109A/ja active Pending
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WO2010119924A1 (ja) * | 2009-04-16 | 2010-10-21 | 富士フイルム株式会社 | カラーフィルタ用重合性組成物、カラーフィルタ、及び固体撮像素子 |
US8663880B2 (en) | 2009-04-16 | 2014-03-04 | Fujifilm Corporation | Polymerizable composition for color filter, color filter, and solid-state imaging device |
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