JP7349013B2 - フォトリソグラフィ用工程液組成物及びこれを用いたパターン形成方法 - Google Patents
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
- C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
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Description
このため、より微細なパターンを形成するために、より小さな波長帯の光源を必要とするが、現在、極紫外線(EUV、extreme ultra violet、13.5nm波長)光源を用いたリソグラフィ技術が盛んに用いられており、これを用いてより微細な波長を実現することができるようになった。
しかし、極紫外線用フォトレジストのエッチング(etching)耐性が依然として改善されていないので、アスペクト比の大きいフォトレジストパターンが継続的に必要とされており、これにより現像中にパターンのリフティング欠陥が容易に起こることにより、製造工程で工程マージンが大幅に減少するという問題が発生している。
そこで、微細パターン形成中に発生するリフティング欠陥レベルを改善するための技術の開発が求められている。パターンリフティング欠陥レベルを改善するために、フォトレジストの性能向上が最善であり得るが、すべての性能を満足させるフォトレジストの新規開発が困難な現実を無視することができない状況である。
フォトレジストの新規開発の必要性は残しておいても、他の方法でパターンリフティングレベルを改善するための努力が続けられている。
超純水を主に使用する水系タイプの工程液組成物に、疎水性に近い炭化水素系界面活性剤を使用する場合、フォトレジスト壁面の疎水化を誘導してパターンのメルティング(melting)減少及び崩壊減少を誘導することができるが、炭化水素系界面活性剤同士が凝集する傾向が強いため、工程液組成物の物性が均一にならず、使用中にむしろ凝集した炭化水素系界面活性剤によって欠陥(defect)を誘発させる可能性がある。つまり、炭化水素系界面活性剤を使用する場合、メルティング改善のために使用量を増加させなければならず、これは、フォトレジストにダメージ(Damage)が発生するおそれがある。また、毛細管力を減少させるために、工程液組成物の表面張力を下げる目的で不適切な界面活性剤を過量使用する場合、パターンのメルティングを誘導してむしろパターン崩壊をさらに誘発させることができる。
現在、ほとんどのフォトリソグラフィ現像工程に使用する代表的な現像液として、純水を基本としてテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを一定の濃度(大部分の工程ではテトラメチルアンモニウムヒドロキシド2.38重量%に水97.62重量%を混合して使用している)で希釈して使用している。
テトラメチルアンモニウムヒドロキシドが含まれている工程液組成物の場合、露光された微細パターンを弱化させ、毛細管力が大きいか不均一であってパターンを崩すものと推定することができる。
したがって、露光されたパターンの崩壊を改善し、さらに工程で要求されるフォトレジストパターンのLWR(Line Width Roughness)及び欠陥を改善するためには、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドよりも相対的に露光されたパターンに及ぼす力が弱い物質に対する検討が必要である。
本発明では、フッ素系界面活性剤を使用し、これに加えて、トリオール(Triol)誘導体、テトラオール(Tetraol)誘導体、又はこれらの混合物よりなる群から選択される物質を使用する場合、パターン崩壊を始めとして、LWRや欠陥が改善されることを確認した。
また、本発明は、さらに好ましい第2の実施形態であり、フッ素系界面活性剤0.0001~0.1重量%;トリオール(Triol)誘導体、テトラオール(Tetraol)誘導体又はこれらの混合物よりなる群から選択される物質0.00001~1.0重量%;及び残量の水;からなり、表面張力45mN/m以下、接触角65°以下であることを特徴とする、フォトレジスト現象中に発生するフォトレジストパターンのリフティング欠陥レベル改善用工程液組成物を提供する。
また、本発明は、最も好ましい第4の実施形態であり、フッ素系界面活性剤0.001~0.1重量%;トリオール(Triol)誘導体、テトラオール(Tetraol)誘導体又はこれらの混合物よりなる群から選択される物質0.0001~1.0重量%;及び残量の水;からなり、表面張力45mN/m以下、接触角65°以下であることを特徴とする、フォトレジスト現象中に発生するフォトレジストパターンのリフティング欠陥レベル改善用工程液組成物を提供する。
前記実施形態によるトリオール誘導体物質は、C3~C10からなるものであり、1,2,3-プロパントリオール、1,2,4-ブタントリオール、1,1,4-ブタントリオール、1,3,5-ペンタントリオール、1,2,5-ペンタントリオール、2,3,4-ペンタントリオール、1,2,3-ヘキサントリオール、1,2,6-ヘキサントリオール、1,3,4-ヘキサントリオール、1,4,5-ヘキサントリオール、2,3,4-ヘキサントリオール、1,2,3-ヘプタントリオール、1,2,4-ヘプタントリオール、1,2,6-ヘプタントリオール、1,3,5-ヘプタントリオール、1,4,7-ヘプタントリオール、2,3,4-ヘプタントリオール、2,4,6-ヘプタントリオール、1,2,8-オクタントリオール、1,3,5-オクタントリオール、1,4,7-オクタントリオール、ブタン-1,1,1-トリオール、2-メチル-1,2,3-プロパントリオール,5-メチルヘキサン-1,2,3-トリオール、2,6-ジメチル-3-ヘプテン-2,4,6-トリオール、ベンゼン-1,3,5-トリオール、2-メチル-ベンゼン-1,2,3-トリオール、5-メチル-ベンゼン-1,2,3-トリオール、2,4,6-トリメチルベンゼン-1,3,5-トリオール、ナフタレン-1,4,5-トリオール,5,6,7,8-テトラヒドロナフタレン-1,6,7-トリオール、5-ヒドロメチルベンゼン-1,2,3-トリオール、5-イソプロピル-2-メチル-5-シクロヘキセン-1,2,4-トリオール、4-イソプロピル-4-シクロヘキセン-1,2,3-トリオール、又はこれらの混合物よりなる群から選択されるものであり得る。
また、本発明は、(a)半導体基板にフォトレジストを塗布して膜を形成するステップと、(b)フォトレジスト膜を露光した後、現像してパターンを形成するステップと、(c)前記フォトレジストパターンを前記フォトレジストパターンのリフティング欠陥改善用工程液組成物で洗浄するステップと;から構成されることを特徴とする、フォトレジストパターン形成方法を提供する。
毛細管力を減少させるために工程液組成物の表面張力を下げる目的で不適な界面活性剤を過量使用する場合、パターンのメルティングを誘導してむしろパターンリフティング欠陥をさらに誘発させることができる。
パターンリフティング欠陥を改善するためには、工程液組成物の表面張力を減少させるとともにフォトレジストパターンのメルティングを防止する界面活性剤の選択が重要である。
本発明の工程液組成物は、フォトレジストに優れた効果を発揮し、特にフォトレジストの表面の水に対する接触角が75°以上の疎水性を有するフォトレジストの現像中に発生するパターンのリフティング欠陥を改善するという効果がある。
長期間の数多くの研究を介して開発された本発明は、「フッ素アクリルカルボキシレート(Fluoroacryl carboxylate)、フッ素アルキルエーテル(Fluoroalkyl ether)、フッ素アルキレンエーテル(Fluoroalkylene ether)、フッ素アルキルサルフェート(Fluoroalkyl sulfate)、フッ素アルキルホスフェート(Fluoroalkyl phosphate)、フッ素アクリルコポリマー(Fluoroacryl co-polymer)、フッ素コポリマー(Fluoro co-polymer)、過フッ素化酸(perfluorinated acid)、過フッ素化カルボン酸塩(perfluorinated carboxylate)、過フッ素化スルホン酸塩(perfluorianted sulfonate)又はこれらの混合物よりなる群から選択されるものであるフッ素系界面活性剤0.00001~0.1重量%;C3~C10からなるトリオール誘導体物質としての、1,2,3-プロパントリオール、1,2,4-ブタントリオール、1,1,4-ブタントリオール、1,3,5-ペンタントリオール、1,2,5-ペンタントリオール、2,3,4-ペンタントリオール、1,2,3-ヘキサントリオール、1,2,6-ヘキサントリオール、1,3,4-ヘキサントリオール、1,4,5-ヘキサントリオール、2,3,4-ヘキサントリオール、1,2,3-ヘプタントリオール、1,2,4-ヘプタントリオール、1,2,6-ヘプタントリオール、1,3,5-ヘプタントリオール、1,4,7-ヘプタントリオール、2,3,4-ヘプタントリオール、2,4,6-ヘプタントリオール、1,2,8-オクタントリオール、1,3,5-オクタントリオール、1,4,7-オクタントリオール、ブタン-1,1,1-トリオール、2-メチル-1,2,3-プロパントリオール、5-メチルヘキサン-1,2,3-トリオール、2,6-ジメチル-3-ヘプテン-2,4,6-トリオール、ベンゼン-1,3,5-トリオール、2-メチル-ベンゼン-1,2,3-トリオール、5-メチル-ベンゼン-1,2,3-トリオール、2,4,6-トリメチルベンゼン-1,3,5-トリオール、ナフタレン-1,4,5-トリオール、5,6,7,8-テトラヒドロナフタレン-1,6,7-トリオール、5-ヒドロメチルベンゼン-1,2,3-トリオール、5-イソプロピル-2-メチル-5-シクロヘキセン-1,2,4-トリオール、4-イソプロピル-4-シクロヘキセン-1,2,3-トリオール、C4~C14からなるテトラオール誘導体物質としての、1,2,3,4-ブタンテトラオール、1,2,3,4-ペンタンテトラオール、1,2,4,5-ペンタンテトラオール、1,2,3,4-ヘキサンテトラオール、1,2,3,5-ヘキサンテトラオール、1,2,3,6-ヘキサンテトラオール、1,2,4,5-ヘキサンテトラオール、1,2,4,6-ヘキサンテトラオールオール、1,2,5,6-ヘキサンテトラオール、1,3,4,5-ヘキサンテトラオール、1,3,4,6-ヘキサンテトラオール、2,3,4,5-ヘキサンテトラオール、1,2,6,7-ヘプタンテトラオール、2,3,4,5-ヘプタンテトラオール、1,1,1,2-オクタンテトラオール、1,2,7,8-オクタンテトラオール、1,2,3,8-オクタンテトラオール、1,3,5,7-オクタンテトラオール、2,3,5,7-オクタンテトラオール、4,5,6,7-オクタンテトラオール、3,7-ジメチル-3-オクテン-1,2,6,7-テトラオール、3-ヘキシン-1,2,5,6-テトラオール、2,5-ジメチル-3-ヘキシン-1,2,5,6-テトラオール、アントラセン-1,4,9,10-テトラオール、又はこれらの混合物よりなる群から選択されたものであるトリオール誘導体又はテトラオール誘導体単独又は混合物0.00001~1.0重量%;及び残量の水;からなる、フォトレジストパターンのリフティング欠陥改善用工程液組成物」に関するものであり、このような本発明の工程液組成物の組成成分及び組成比を実施例1~実施例80として設定して、これと対比される組成成分及び組成比を比較例1~比較例13として設定した。
以下、本発明の好適な実施例及びこれと比較するための比較例について説明する。しかしながら、下記実施例は本発明の好適な一実施例に過ぎず、本発明が下記実施例に限定されるものではない。
フッ素アクリルカルボキシレート0.001重量%及び1,2,3-プロパントリオール0.01重量%が含まれている、フォトレジストパターンの崩壊レベルを改善するための工程液組成物を、次の方法で製造した。
フッ素アクリルカルボキシレート0.001重量%及び1,2,3-プロパントリオール0.01重量%を残量の蒸留水に投入して5時間攪拌した後、微細固形分不純物を除去するために0.01μmのフィルターに通過させ、フォトレジストパターンの崩壊レベルを改善するための工程液組成物を製造した。
[実施例2~実施例80]
表1乃至表15に記載されている組成に従って、実施例1と同様にフォトレジストパターンの欠陥レベルを改善するための工程液組成物を製造した。
[比較例1]
一般に、半導体素子製造工程中の現像工程の最終洗浄液として使用される蒸留水を用意した。
[比較例2~比較例13]
表1乃至表15に記載されている組成に従って、実施例と比較するために実施例1と同様に工程液組成物を製造した。
[実験例1~実験例80、比較実験例1~比較実験例13]
実施例1~実施例80及び比較例1~比較例13でパターンが形成されたシリコンウェーハに対してパターンリフティング欠陥を測定し、実験例1~実験例80、比較実験例1~比較実験例13として示した。その結果を表16に記載した。
露光エネルギーとフォーカスをスプリットした後、クリティカルディメンション-走査電子顕微鏡(CD-SEM、日立製作所製)を用いて全ブロック(block)89個のうち、パターンが崩れていないブロックの数を測定した。
(2)透明度
製造された工程液組成物の透明度を目視で確認し、透明又は不透明で表示した。
(3)表面張力及び接触角
表面張力測定機[K-100、Kruss社製]、接触角測定機[DSA-100、Kruss社製]を用いて、それぞれ製造された工程液組成物の表面張力と接触角を測定した。
実施例1~実施例80及び比較例1~比較例13でパターンが形成されたシリコンウェーハに対してパターンリフティング欠陥レベル及び透明度、接触角、表面張力を測定し、実験例1~実験例80、比較実験例1~比較実験例13として示し、その結果を表16に記載した。
(1)パターンリフティング防止の確認
露光エネルギーとフォーカスをスプリットした後、クリティカルディメンション-走査電子顕微鏡(CD-SEM、日立製作所製)を用いて、全ブロック(block)89個のうち、パターンが崩れていないブロックの数を測定した。
(2)透明度
製造された工程液組成物の透明度を目視で確認し、透明又は不透明で表示した。
(3)接触角、表面張力
接触角測定機[DSA-100、Kruss社製]、表面張力測定機[K-100、Kruss社製]を用いて、それぞれ製造された工程液組成物の表面張力と接触角を測定した。
また、実験例1~実験例80に該当する工程液組成物のうち、フッ素アクリルカルボキシレート(Fluoroacryl carboxylate)、フッ素アルキルエーテル(Fluoroalkyl eter)、フッ素アルキレンエーテル(Fluoroalkylene eter)、フッ素アルキルサルフェート(Fluoroalky sulfate)、フッ素アルキルホスフェート(Fluoroalkyl phosphate)、フッ素アクリルコポリマー(Fluoroacryl co-polymer)、フッ素コポリマー(Fluoro co-polymer)、過フッ素化酸(perfluorinated acid)、過フッ素化カルボン酸塩(perfluorinated carboxylate)、過フッ素化スルホン酸塩(perfluorianted sulfonate)の中から選択されたフッ素系界面活性剤0.0001~0.1重量%;C3~C10からなるトリオール誘導体物質としての、1,2,3-プロパントリオール、1,2,4-ブタントリオール、1,1,4-ブタントリオール、1,3,5-ペンタントリオール、1,2,5-ペンタントリオール、2,3,4-ペンタントリオール、1,2,3-ヘキサントリオール、1,2,6-ヘキサントリオール、1,3,4-ヘキサントリオール、1,4,5-ヘキサントリオール、2,3,4-ヘキサントリオール、1,2,3-ヘプタントリオール、1,2,4-ヘプタントリオール、1,2,6-ヘプタントリオール、1,3,5-ヘプタントリオール、1,4,7-ヘプタントリオール、2,3,4-ヘプタントリオール、2,4,6-ヘプタントリオール、1,2,8-オクタントリオール、1,3,5-オクタントリオール、1,4,7-オクタントリオール、ブタン-1,1,1-トリオール、2-メチル-1,2,3-プロパントリオール、5-メチルヘキサン-1,2,3-トリオール、2,6-ジメチル-3-ヘプテン-2,4,6-トリオール、ベンゼン-1,3,5-トリオール、2-メチル-ベンゼン-1,2,3-トリオール、5-メチル-ベンゼン-1,2,3-トリオール、2,4,6-トリメチルベンゼン-1,3,5-トリオール、ナフタレン-1,4,5-トリオール、5,6,7,8-テトラヒドロナフタレン-1,6,7-トリオール、5-ヒドロメチルベンゼン-1,2,3-トリオール、5-イソプロピル-2-メチル-5-シクロヘキセン-1,2,4-トリオール、4-イソプロピル-4-シクロヘキセン-1,2,3-トリオール、C4~C14からなるテトラオール誘導体物質としての、1,2,3,4-ブタンテトラオール、1,2,3,4-ペンタンテトラオール、1,2,4,5-ペンタンテトラオール、1,2,3,4-ヘキサンテトラオール、1,2,3,5-ヘキサンテトラオール、1,2,3,6-ヘキサンテトラオール、1,2,4,5-ヘキサンテトラオール、1,2,4,6-ヘキサンテトラオール、1,2,5,6-ヘキサンテトラオール、1,3,4,5-ヘキサンテトラオール、1,3,4,6-ヘキサンテトラオール、2,3,4,5-ヘキサンテトラオール、1,2,6,7-ヘプタンテトラオール、2,3,4,5-ヘプタンテトラオール、1,1,1,2-オクタンテトラオール、1,2,7,8-オクタンテトラオール、1,2,3,8-オクタンテトラオール、1,3,5,7-オクタンテトラオール、2,3,5,7-オクタンテトラオール、4,5,6,7-オクタンテトラオール、3,7-ジメチル-3-オクテン-1,2,6,7-テトラオール、3-ヘキシン-1,2,5,6-テトラオール、2,5-ジメチル-3-ヘキシン-1,2,5,6-テトラオール、アントラセン-1,4,9,10-テトラオール又はこれらの混合物よりなる群から選択されるものであるトリオール誘導体及びテトラオール誘導体物質単独又は混合物0.00001~1.0重量%;及び残量の水;からなる工程液組成物の場合は、比較実験例1~比較実験例13と比較したとき、パターンリフティング欠陥改善効果が好ましく増加することを確認することができた。
比較実験例1によるフォトレジストパターンの崩壊レベルを評価した結果は、図2に示すように、パターン崩壊が起こらないブロックの数が45個と測定された。
以上、本発明の特定の部分を詳細に説明したところ、当業分野における通常の知識を有する者にとって、このような具体的記述は単に好ましい実施形態に過ぎず、これにより本発明の範囲が限定されるものではないことは明らかであろう。したがって、本発明の実質的な範囲は、請求の範囲とこれらの等価物によって定義されるといえる。
Claims (4)
- フォトレジストパターン工程において、フォトレジスト表面の水に対する接触角が75°以上の疎水性を有するフォトレジストパターンのリフティング欠陥改善用工程液組成物であって、表面張力45mN/m以下であって、
フッ素アクリルカルボキシレート(Fluoroacryl carboxylate)、フッ素アルキルエーテル(Fluoroalkyl ether)、フッ素アルキレンエーテル(Fluoroalkylene ether)、フッ素アルキルサルフェート(Fluoroalkyl sulfate)、フッ素アルキルホスフェート(Fluoroalkyl phosphate)、フッ素アクリルコポリマー(Fluoroacryl co-polymer)、フッ素コポリマー(Fluoro co-polymer)、過フッ素化酸(perfluorinated acid)、過フッ素化カルボン酸塩(perfluorinated carboxylate)又はこれらの混合物よりなる群から選択されるフッ素系界面活性剤0.0001~0.1重量%、
1,2,3-プロパントリオール、1,2,3,4-ブタンテトラオール又はこれらの混合物よりなる群から選択される物質0.0001~1.0重量%、及び
残量の水からなることを特徴とする、フォトレジストパターンのリフティング欠陥改善用工程液組成物。 - 前記フッ素系界面活性剤0.001~0.1重量%、
前記1,2,3-プロパントリオール、1,2,3,4-ブタンテトラオール又はこれらの混合物よりなる群から選択される物質0.0001~1.0重量%、及び
残量の水からなる、請求項1に記載のフォトレジストパターンのリフティング欠陥改善用工程液組成物。 - フッ素系界面活性剤0.001~0.1重量%。
前記1,2,3-プロパントリオール、1,2,3,4-ブタンテトラオール又はこれらの混合物よりなる群から選択される物質0.001~1.0重量%、及び
残量の水からなる、請求項2に記載のフォトレジストパターンのリフティング欠陥改善用工程液組成物。 - (a)半導体基板にフォトレジストを塗布して膜を形成するステップと、
(b)フォトレジスト膜を露光した後、現像してパターンを形成するステップと、
(c)前記フォトレジストパターンを、請求項1~3のいずれか一項に記載のフォトレジストパターンのリフティング欠陥改善用工程液組成物で洗浄するステップとから構成されることを特徴とする、フォトレジストパターン形成方法。
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