JP2010002538A - 感光性組成物、これを用いたパターン形成方法、半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、波長1〜300nm帯の高エネルギー線が照射される感光性組成物である。この感光性組成物は、バインダー樹脂と、高エネルギー線がバインダー樹脂に照射されたとき、高エネルギー線を吸収したバインダー樹脂から放出される光電子と反応する光電子吸収剤と、を含有する。
【選択図】なし
Description
バインダー樹脂と、
前記高エネルギー線が前記バインダー樹脂に照射されたとき、前記高エネルギー線を吸収した前記バインダー樹脂から放出される光電子と反応する光電子吸収剤と、
を含有することを特徴とする感光性組成物
が提供される。
波長1〜300nm帯の高エネルギー線で露光するステップと、
現像処理するステップと、
を含むことを特徴とするパターン形成方法
が提供される。
前記リソグラフィ工程は、
上記の感光性組成物を含有するレジスト材料を用い、基板上にレジスト膜を形成する工程と、
波長1〜300nm帯の高エネルギー線で露光する工程と、
現像処理する工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法
が提供される。
光電子吸収剤は、バインダー樹脂から放出される光電子に対して、バインダー樹脂を構成する化合物(以下、樹脂化合物ともいう)よりも励起断面積及びイオン化エネルギーが高い金属原子を含んでいる。
バインダー樹脂(B)は、アルカリ現像液に可溶であるという性質を有する樹脂(B0)に酸解離性基を結合させた化合物であれば特に限定されない。
光酸発生剤は、高エネルギー線の照射により酸を発生することができる。この光酸発生剤(C)としては、例えばジアリールヨードニウム塩、トリアリールスルフォニウム塩、フェニルジアゾニウム塩などのオニウム化合物、イミドスルフォネート誘導体、トシラート化合物、ベンジル誘導体のカルボナート化合物、ならびにトリアジン誘導体のハロゲン化物などが挙げられる。
Ar2I+Y− (6)
(化7)
Ar3S+Y− (7)
熱拡散抑制剤は、露光により光酸発生剤から生じた酸のレジスト被膜中における拡散を制御して、未露光領域での好ましくない化学反応を制御する作用等を有する。この様な酸拡散制御剤を使用することにより、レジスト組成物の貯蔵安定性が向上し、また解像性が向上するとともに、露光前の引き置き時間、露光後の引き置き時間(Post Exposure Time Delay;PED)の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性に極めて優れたものとなる。
接着助剤(E)は、感光性組成物の接着性を向上させることができる。該接着助剤としては、好ましくは、カルボキシル基、メタクリロイル基、イソシアナート基、エポキシ基などの反応性置換基を有するシラン化合物(官能性シランカップリング剤)が挙げられる。
フェノール性水酸基の水素の60%をt−ブトキシカルボニル基で置換したポリヒドロキシスチレン10gとジメチルジフェニルガリウム1g、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート0.2gおよびジアミノジフェニルメタン0.02gを3−メトキシプロピオン酸メチル120gに溶解した後、0.2μmのフィルターで濾過して組成物溶液(I)を調製した。調製した組成物溶液を、シリコンウェハー上に塗布した後に、100℃で2分間ベーキングを行い、膜厚60nmのレジスト膜を形成した。形成したレジスト膜に波長13.5nmのEUV光を用いて、ライン・アンド・スペース・パターンを10mJ/cm2照射した後、90℃で2分間露光後ベークを行い、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間、23℃にて現像し、次いで水で30秒間リンスした。走査型電子顕微鏡を用いて、レジストパターンを観察すると、線幅30nm幅のラインアンドスペースパターンを解像していた。ラインエッジラフネスを測定すると、2nmの値を得た。
実施例1で用いた組成物溶液(I)において、ジメチルジフェニルガリウムを添加しない組成物溶液を調製し、EUV光の照射量を変化させた以外は実施例1と同様にしてパターン形成を行った。その結果、20mJ/cm2照射した場合に35nmのラインアンドスペースパターンが解像され、ラインエッジラフネスは5nmであった。
実施例1で用いた組成物溶液(I)において、ジメチルジフェニルガリウムの代わりに臭化ガリウムを用いた組成物溶液を調製し、EUV光の照射量を変化させた以外は実施例1と同様にしてパターン形成を行った。感度15mJ/cm2であった。走査型電子顕微鏡を用いて、上記レジストパターンを観察すると、線幅30nm幅のラインアンドスペースパターンを解像していた。ラインエッジラフネスを測定すると、3nmの値を得た。
実施例1で用いた組成物溶液(I)において、ジメチルジフェニルガリウムの代わりに塩化ガリウム・フタロシアニンを用いた組成物溶液を調製し、EUV光の照射量を変化させた以外は第一の実施例と同様にしてパターン形成を行った。感度17mJ/cm2であった。走査型電子顕微鏡を用いて、上記レジストパターンを観察すると、線幅30nm幅のラインアンドスペースパターンを解像していた。ラインエッジラフネスを測定すると、2nmの値を得た。
実施例1で用いた組成物溶液(I)において、ジメチルジフェニルガリウムの代わりにトリフェニルインジウムを用いた組成物溶液を調製し、EUV光の照射量を変化させた以外は実施例1と同様にしてパターン形成を行った。感度10mJ/cm2であった。走査型電子顕微鏡を用いて、上記レジストパターンを観察すると、線幅25nm幅のラインアンドスペースパターンを解像していた。ラインエッジラフネスを測定すると、1nmの値を得た。
実施例1で用いた波長13.5nmのEUV光の代わりに、波長0.4〜1nmのX線を用いたこと以外は実施例1と同様にしてパターン形成を行った。感度20mJ/cm2であった。走査型電子顕微鏡を用いて、上記レジストパターンを観察すると、線幅25nm幅のラインアンドスペースパターンを解像していた。ラインエッジラフネスを測定すると、5nmの値を得た。
実施例1で用いた組成物溶液(I)において、ジメチルジフェニルガリウムを添加しない組成物溶液を調製し、波長13.5nmのEUV光の代わりに、波長0.4〜1nmのX線の照射量を変化させた以外は同様にしてパターン形成を行った。その結果、50mJ/cm2照射した場合に35nmのラインアンドスペースパターンが解像され、ラインエッジラフネスは7nmであった。
ポリヒドロキシスチレン10gとジメチルジフェニルガリウム1g、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート0.2g、テトラメトキシルメチルグリコール2gおよびジアミノジフェニルメタン0.02gを3−メトキシプロピオン酸メチル120gに溶解した後、0.2μmのフィルターで濾過して組成物溶液(II)を調製した。調製した組成物溶液(II)を、シリコンウェハー上に塗布した後に、100℃で2分間ベーキングを行い、膜厚60nmのレジスト膜を形成した。形成したレジスト膜に波長13.5nmのEUV光を用いて、ライン・アンド・スペース・パターンを5mJ/cm2照射した後、90℃で1分間露光後ベークを行い、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間、23℃にて現像し、次いで水で30秒間リンスした。走査型電子顕微鏡を用いて、レジストパターンを観察すると、線幅50nm幅のネガ型ラインパターンを解像していた。ラインエッジラフネスを測定すると、7nmの値を得た。
実施例6で用いた組成物溶液(II)において、ジメチルジフェニルガリウムを添加しない組成物溶液を調製し、波長13.5nmのEUV光の照射量を変化させた以外は同様にしてパターン形成を行った。その結果、10mJ/cm2照射した場合に60nmのラインアンドスペースネガ型パターンが解像され、ラインエッジラフネスは10nmであった。
Claims (12)
- 波長1〜300nm帯の高エネルギー線が照射される感光性組成物であって、
バインダー樹脂と、
前記高エネルギー線が前記バインダー樹脂に照射されたとき、前記高エネルギー線を吸収した前記バインダー樹脂から放出される光電子と反応する光電子吸収剤と、
を含有することを特徴とする感光性組成物。 - 前記光電子吸収剤は、
前記高エネルギー線としてEUV(Extreme Ultra Violet)光を照射したとき前記バインダー樹脂から放出される前記光電子に対する反応断面積[×10−2nm]と前記EUV光に対する質量吸収係数[×104cm2/g]との比が0.8以上である金属原子を有することを特徴とする請求項1に記載の感光性組成物。 - 前記光電子の入射エネルギーが82.5eVであることを特徴とする請求項1または2に記載の感光性組成物。
- 前記光電子吸収剤は、ガリウムを有することを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の感光性組成物。
- 前記光電子吸収剤が、ガリウムを含有する無機化合物、有機金属化合物又は金属錯体であることを特徴とする請求項4に記載の感光性組成物。
- 前記光電子吸収剤は、インジウムを有することを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の感光性組成物。
- 前記光電子吸収剤が、インジウムを含有する無機化合物、有機金属化合物又は金属錯体であることを特徴とする請求項6に記載の感光性組成物。
- 前記高エネルギー線の照射により酸を発生する光酸発生剤をさらに含むことを特徴とする請求項1乃至7いずれかに記載の感光性組成物。
- 前記高エネルギー線がX線又はEUV光であることを特徴とする請求項1乃至8いずれかに記載の感光性組成物。
- 請求項1乃至9いずれかに記載の感光性組成物を含有するレジスト材料を用い、基板上にレジスト膜を形成するステップと、
波長1〜300nm帯の高エネルギー線で露光するステップと、
現像処理するステップと、
を含むことを特徴とするパターン形成方法。 - 前記高エネルギー線がX線又はEUV光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。
- リソグラフィ工程を含む半導体素子の製造方法であって、
前記リソグラフィ工程は、
請求項1乃至9いずれかに記載の感光性組成物を含有するレジスト材料を用い、基板上にレジスト膜を形成する工程と、
波長1〜300nm帯の高エネルギー線で露光する工程と、
現像処理する工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
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