JPH0812940A - 反射防止膜材料 - Google Patents

反射防止膜材料

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JPH0812940A
JPH0812940A JP6169971A JP16997194A JPH0812940A JP H0812940 A JPH0812940 A JP H0812940A JP 6169971 A JP6169971 A JP 6169971A JP 16997194 A JP16997194 A JP 16997194A JP H0812940 A JPH0812940 A JP H0812940A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 化学増幅型レジストの下層の反射防止膜材料
として用いた場合、微細で寸法精度が高く、簡便で生産
性が高く、再現性良くレジストパターンを形成すること
ができる反射防止膜材料を得る。 【構成】 反射防止膜材料の主成分として有機溶剤可溶
性ポリイミドを配合すると共に、有機溶剤を配合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特に遠紫外線、電子
線、X線などの高エネルギー線に対して高い感度を有
し、アルカリ水溶液で現像することによりパターン形成
できる、微細加工技術に適した化学増幅型レジストの下
層として好適な反射防止膜材料に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】LSI
の高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化
が求められているなか、現在汎用技術として用いられて
いる光露光では、光源の波長に由来する本質的な解像度
の限界に近づきつつある。g線(436nm)もしくは
i線(365nm)を光源とする光露光では、おおよそ
0.5μmのパターンルールが限界とされており、これ
を用いて製作したLSIの集積度は、16MビットDR
AM相当までとなる。しかし、LSIの試作はすでにこ
の段階まできており、更なる微細化技術の開発が急務と
なっている。
【0003】このような背景により、次世代の微細加工
技術として遠紫外線リソグラフィーが有望視されてい
る。遠紫外線リソグラフィーは、0.3〜0.4μmの
加工も可能であり、光吸収の低いレジスト材料を用いた
場合、基板に対して垂直に近い側壁を有したパターン形
成が可能になる。更に、近年、遠紫外線の光源として高
輝度なKrFエキシマレーザーを利用する技術が注目さ
れており、これが量産技術として用いられるには、光吸
収が低く、高感度なレジスト材料が要望されている。
【0004】このような点から近年開発された酸を触媒
とした化学増幅ポジ型レジスト材料(特公平2−276
60号、特開昭63−27829号公報、米国特許第
4,491,628号、同第5,310,619号公報
等参照)は、感度、解像性、ドライエッチング耐性が高
く、優れた特徴を有した遠紫外線リソグラフィーに特に
有望なレジスト材料である。
【0005】しかしながら、遠紫外線リソグラフィーに
おいては、単波長光を用いていることから起こる定在波
(Standing Wave)の影響、更に基板に段
差がある場合、段差部分でレジスト層の膜厚が変動する
ための光干渉の影響、段差部分からのハレーションの影
響などを受け、レジスト像の寸法精度が低下することに
より、正確なパターンサイズに加工ができないという問
題がある。
【0006】更に、化学増幅型レジストは、パターンプ
ロファイルの基板依存性が高く、特に基板が窒化膜の場
合、ポジ型レジストでは図1−1に示すように基板1上
のレジストパターン5の基板との接触部分に裾引き(F
ooting)、ネガ型レジストでは図1−2に示すよ
うに基板1上のレジストパターン5の基板との接触部分
にノッチング(Notching)が発生するという問
題がある(薄島他,1994年春期応用物理学会関連予
稿集,p566,29a,MB−10/福島他,199
4年春期応用物理学会関連予稿集,p566,29p,
MB−1参照)。これは、窒化膜中のN−H結合が化学
増幅レジスト−窒化膜基板界面の酸を失活させるために
起こってしまうと考えられている。
【0007】そこで、上記問題点を解決したパターン形
成法として、ARC(レジスト下層に形成した反射防止
膜)法が提案されている(B.W.Dudley.e
t.al.,SPIE Vol.1672 アドバンス
・イン・レジスト・テクノロジー・アンド・プロセッシ
ング(Advances in Resist Tec
hnology and Processing)I
X,638(1992)./谷他,1994年春期応用
物理学会関連予稿集,p567,29p,MB−4参
照)。このARC法としては、反射防止膜として無機膜
又は有機膜を使用する方法が一般的であるが、無機膜に
よるARC法は、無機膜を形成するためにスパッタもし
くはCVD(化学蒸着)による方法を採らなければなら
なく、そのための装置が非常に高額であるという問題点
がある。
【0008】また、有機膜によるARC法は、有機膜を
形成するための装置が安価なコーターのみで、しかも処
理時間が無機膜よりも短いためにスループットが良いと
いう長所を持っているが、遠紫外線(波長245〜25
5nm)リソグラフィーにおいて正確なパターンサイズ
に加工するための要求特性である「遠紫外線における複
素屈折率の虚数部k、即ち消光係数kが0.3以上」か
つ「裾引きもしくはノッチングを引き起こさない」とい
う条件を満たす材料が未だ無いという問題点がある。更
に、現在知られている化学増幅型レジストではなく、ジ
アゾナフトキノン化合物を用いた汎用レジストの反射防
止膜材料(特公平6−12452号公報参照)は、ポリ
アミド酸を主成分として用い、膜形成後、例えば140
℃以上、30分以上の加熱処理をすることにより、ポリ
イミドに化学変換する手法を用いているため、消光係数
kの値を満たすものの、窒化膜と同様、加熱処理後も膜
内のN−H結合(ポリアミド酸主鎖中のアミン残基及び
末端アミン残基)を不活性基であるイミド基に変換しき
れず、また高温加熱することによりアンモニアが発生す
るため、裾引き、ノッチングを引き起こしてしまい、適
当ではない。また、他のジアゾナフトキノン化合物を用
いた汎用レジストの反射防止膜材料(米国特許第5,2
34,990号)は、ポリサルホンを主成分として用い
ているため、裾引き、ノッチングを引き起こさないもの
の、消光係数kの値が要求値に満たない。
【0009】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
り、微細で寸法精度が高く、簡便で生産性が高く、再現
性良くレジストパターンを形成することを可能にし得る
化学増幅型レジストの下層として好適な反射防止膜材料
を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は上記
目的を達成するため鋭意検討を行った結果、遠紫外線、
電子線、X線などの高エネルギー線、特に遠紫外線(波
長245〜255nm)に対して高い感度を有し、アル
カリ水溶液で現像することによりパターン形成できるA
RC法による微細加工技術に適した化学増幅型レジスト
の下層として用いられる反射防止膜材料として、有機溶
剤可溶性ポリイミド、特に下記一般式(5),(7),
(8),(9)で示される化合物から選ばれる化合物を
主成分として配合することにより、上記した遠紫外線リ
ソグラフィーにおける要求特性である「遠紫外線におけ
る複素屈折率の虚数部k、即ち消光係数kが0.3以
上」かつ「裾引きもしくはノッチングを引き起こさな
い」という条件を満たす材料になり得ることを知見し
た。
【0011】即ち、有機溶剤可溶性ポリイミドを主成分
とする反射防止膜材料で反射防止層を形成したARC法
によりパターン形成した場合、消光係数kが0.3以上
となり、レジスト−反射防止層界面での光の反射率を抑
え、かつ透過率を大幅に低減することができるので、レ
ジスト層での定在波、ハレーションによるパターン寸法
の変動量をレジスト単層に比べ抑えることができるため
レジスト像の寸法精度を向上させることができ、しかも
特に末端アミン残基を無水フタル酸誘導体等で修飾する
ことにより、N−H結合を除去できるため、裾引き、ノ
ッチングを引き起こすことなく、プロセス的にも例えば
140℃以上、30分以上という高温、長時間の加熱処
理が不要となるため、より簡便であるということを知見
した。
【0012】更に、露光部のレジスト−反射防止層界面
に酸を供給することを目的に、上記反射防止膜材料中に
酸発生剤又は有機酸を添加することにより、よりレジス
ト像の寸法精度を向上させることができることも知見
し、本発明をなすに至った。
【0013】従って、本発明は、有機溶剤可溶性ポリイ
ミドと有機溶剤とを含有してなることを特徴とする反射
防止膜材料を提供する。
【0014】以下、本発明につき更に詳述すると、本発
明の反射防止膜材料の主成分である有機溶剤可溶性ポリ
イミドとしては、後述のスピンコート可能な有機溶剤に
可溶なものであれば種々のポリイミドを使用することが
できるが、特に対数粘度範囲が0.01〜5dl/g、
とりわけ0.05〜1dl/gのものが好適である。対
数粘度範囲が0.01dl/gに満たないと膜を形成し
得ない場合があり、5dl/gを超えると有機溶剤に不
溶となる場合がある。
【0015】なお、対数粘度はポリイミド濃度が0.5
g/100mlDMF(N,N−ジメチルホルムアミ
ド)の溶液を使用し、30℃の測定条件で測定した結果
より、次式で求めることができる。
【0016】
【数1】
【0017】上記の有機溶剤可溶性ポリイミドとして
は、下記一般式(1)乃至(4)で示される構造を有す
るものが好適である。
【0018】
【化4】
【0019】更に、このような有機溶剤可溶性ポリイミ
ドとしては、末端アミン残基が無水フタル酸誘導体で修
飾されたものがより好ましく、具体的には下記化合物を
例示することができる。なお、これら化合物の中でもと
りわけ下記式(5),(7),(8),(9)の化合物
が好適である。
【0020】
【化5】
【0021】
【化6】
【0022】有機溶剤可溶性ポリイミドの配合量は、反
射防止層の膜厚を100〜2000Å(0.01〜0.
2μm)に設定するために、全体の1〜20%(重量
%、以下同様)、特に3〜10%が望ましく、1%に満
たないと膜厚が100Åより薄くなって反射防止効果が
小さくなる場合があり、20%を超えると膜厚が200
0Åより厚くなってエッチング時の負担が大きくなり、
好ましくない場合がある。
【0023】次に、有機溶剤としては、スピンコート可
能なものが望ましく、例えばシクロヘキサノンなどのケ
トン類、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などのエーテル類、
メチル−3−メトキシプロピオネート、エチル−3−エ
トキシプロピオネートなどのエステル類が挙げられ、こ
れらを単独で又は2種以上を混合して使用できる。これ
らの中では、有機溶剤可溶性ポリイミド、酸発生剤の溶
解性が最も優れているシクロヘキサノン、ジエチレング
リコールジメチルエーテル、メチル−3−メトキシプロ
ピオネートが好ましく使用される。
【0024】有機溶剤の使用量は、全体の80〜99
%、特に90〜97%が好ましい。
【0025】本発明材料には、更に露光部のレジスト−
反射防止層界面に酸を供給することを目的として酸発生
剤を添加することが好ましい。
【0026】酸発生剤としては、例えばオニウム塩、ピ
ロガロールトリメシレート誘導体、オキシムスルホン酸
誘導体、2,6−ジニトロベンジルスルホン酸誘導体、
ジアゾナフトキノンスルホン酸エステル誘導体、2,4
−ビストリクロロメチル−6−アリール−1,3,5−
トリアジン誘導体、α,α’−ビスアリールスルホニル
ジアゾメタン誘導体などを挙げることができるが、特に
下記一般式(10)で表わされるオニウム塩が好適に用
いられる。
【0027】 (R ’)mMY (10) (式中、R ’は同種又は異種の非置換又は置換芳香族
基、Mはスルホニウム又はヨードニウム、Yはp−トル
エンスルホネート又はトリフルオロメタンスルホネート
である。mは2又は3である。)
【0028】ここで、上記芳香族基としては、フェニル
基、炭素数1〜10のアルキル基やアルコキシ基などで
置換されたフェニル基等を例示することができる。
【0029】上記式(10)のオニウム塩として具体的
には、下記のヨードニウム塩やスルホニウム塩を挙げる
ことができる。
【0030】
【化7】
【0031】酸発生剤の配合量は、有機溶剤可溶性ポリ
イミド100部(重量部、以下同様)に対し1〜100
部、特に3〜25部が好ましく、1部に満たないと露光
部のレジスト−反射防止層界面に酸の供給が不十分とな
り、酸発生剤添加の効果がほとんどない場合があり、1
00部を超えると消光係数kの値が0.3を満たさない
場合がある。
【0032】更に、本発明では、塗布性を向上させるた
めに界面活性剤を添加することもできる。また、基板の
反射率特性に応じ、遠紫外線(波長245〜255n
m)領域でのモル吸光係数が20,000以上の少なく
とも1種類の吸光剤を添加することもできる。また、反
射防止層に酸を供給するために、例えば、酢酸、プロパ
ン酸、酪酸、p−トルエンスルホン酸、トリフルオロメ
タンスルホン酸、トリフルオロ酸等の有機酸を加えるこ
ともできる。なお、界面活性剤、吸光剤、有機酸の添加
量は、本発明の効果を妨げない範囲で通常量とすること
ができる。
【0033】本発明の反射防止膜材料は、上記成分を混
合することにより得ることができ、波長245〜255
nmの遠紫外線及び波長248nmのKrFエキシマレ
ーザーによる微細パターニングに最適であるが、勿論ジ
アゾナフトキノン化合物を用いた汎用レジストの反射防
止膜として使用しても何等問題はない。
【0034】本発明の反射防止膜材料を用いてレジスト
パターンを形成するには、公知の方法を採用し得、例え
ば図2に示すポジ型の化学増幅型レジストを用いたリソ
グラフィー工程により行うことができる。例えば、ま
ず、珪素、酸化珪素、窒化珪素、タングステンシリサイ
ド、アルミニウム等の高反射基板1上に本発明の反射防
止膜材料をスピンコートし、必要に応じてベーキングに
より(100℃程度、120秒以下の加熱により膜内の
残存溶剤を除くため)固化して反射防止層2を形成し、
この反射防止層2の上に化学増幅型のポジ型レジスト材
料をスピンコート、プリベークしてレジスト層3を形成
し、レジスト層3に波長245〜255nmの遠紫外線
もしくは波長248nmのKrFエキシマレーザー4等
の高エネルギー線を縮小投影法により所望のパターン形
状に露光し、即ち図2(c)においてA部分を露光し、
次いでPEB(Post Exposure Bak
e)を行い、現像液を用いて現像する方法により、レジ
ストパターン5を形成することができる(図2
(d))。なお、このアルカリ現像において、反射防止
層2は溶解しないので、酸素プラズマ等を用いて選択的
にエッチングを行うことにより、レジストパターン5を
精度良く転写し、エッチング後のレジストパターン6を
寸法精度良く形成することができる(図2(e))。
【0035】
【発明の効果】本発明の反射防止膜材料は、ARC法に
よるパターン形成において化学増幅型レジストの下層の
反射防止膜材料として用いた場合、その要求特性である
「遠紫外線における複素屈折率の虚数部k、即ち消光係
数kが0.3以上」かつ「裾引きもしくはノッチングを
引き起こさない」という条件を満たすので、微細で寸法
精度が高く、簡便で生産性が高く、しかも再現性良くレ
ジストパターンを形成することができる。なお、本発明
材料は、汎用レジストの反射防止膜としても使用でき
る。
【0036】
【実施例】以下、実施例を示して本発明を具体的に説明
するが、本発明は下記実施例に限定されるものではな
い。
【0037】〔実施例1〕ポジ型の化学増幅型レジスト
組成物として、下記の組成のものを使用した。 部分的に水酸基をt−ブトキシカルボニル基で保護したポリヒドロキシスチレン 75重量部 トリフルオロメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム 5重量部 2,2’−ビス(4−tert−ブトキシカルボニルオキシフェニル)プロパン 20重量部 1−エトキシ−2−プロパノール 500重量部 反射防止膜材料としては、下記の組成のものを使用した。 下記式で示される対数粘度0.2dl/gの有機溶剤可溶性ポリイミドA 5重量部 ジエチレングリコールジメチルエーテル 95重量部
【0038】
【化8】 図2に示すリソグラフィー工程に従ってレジストパター
ンを形成した。まず、上記反射防止膜材料を高反射基板
1(窒化珪素)上にスピンコートし、0.1μmの反射
防止層2を形成した(図2(a))。この場合、必要に
応じ100℃で90秒間のベークを行っても良い。
【0039】次いで、この反射防止層2上に上記ポジ型
の化学増幅型レジスト組成物をスピンコートし、100
℃で120秒間プリベークすることにより、0.6μm
から1.0μmの範囲でレジスト層3を形成した(図2
(b))。
【0040】これをエキシマレーザーステッパー(ニコ
ン社製,NSR−2005EX8A,NA−0.5)を
用いて露光し(図2(c))、90℃で60秒間PEB
を施し、2.38%のテトラメチルアンモニウムヒドロ
キシドの水溶液で現像を行うと、ポジ型のパターンを得
ることができた(図2(d))。
【0041】得られた0.30μmのラインアンドスペ
ースのレジストパターンの寸法バラツキを観察すると、
レジスト単層リソグラフィーでは約±0.050μm以
上で、しかも裾引きを起こしていたが、上記反射防止膜
材料を用いたリソグラフィーでは裾引き無しで約±0.
020μmまで低減することができた。
【0042】その後、この場合酸素プラズマを用いて選
択的にエッチングを行ったところ、レジストパターン5
を精度良く忠実に転写し、エッチング後のレジストパタ
ーン6を寸法精度良く形成することができた(図2
(e))。
【0043】〔実施例2〕反射防止膜材料として、下記
の組成のものを使用した。 上記式Aの対数粘度0.2dl/gの有機溶剤可溶性ポリイミドA 4.5重量部 トリフルオロメタンスルホン酸ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニ ウム 0.5重量部 ジエチレングリコールジメチルエーテル 95重量部 上記反射防止膜材料を用いて実施例1と同様に評価した
ところ、得られた0.30μmのラインアンドスペース
のレジストパターンの寸法バラツキを観察すると、上記
反射防止膜材料を用いたリソグラフィーでは裾引き無し
で約±0.015μmまで低減することができた。
【0044】〔実施例3〕反射防止膜材料として、下記
の組成のものを使用した。 下記式で示される対数粘度0.15dl/gの有機溶剤可溶性ポリイミドB 5重量部 シクロヘキサノン 95重量部
【0045】
【化9】
【0046】上記反射防止膜材料を用いて実施例1と同
様に評価したところ、得られた0.30μmのラインア
ンドスペースのレジストパターンの寸法バラツキを観察
すると、上記反射防止膜材料を用いたリソグラフィーで
は裾引き無しで約±0.020μmまで低減することが
できた。
【0047】〔実施例4〕反射防止膜材料として、下記
の組成のものを使用した。 上記式Bの対数粘度0.2dl/gの有機溶剤可溶性ポリイミドB 5重量部 トリフルオロメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム 1重量部 シクロヘキサノン 94重量部 上記反射防止膜材料を用いて実施例1と同様に評価した
ところ、得られた0.30μmのラインアンドスペース
のレジストパターンの寸法バラツキを観察すると、上記
反射防止膜材料を用いたリソグラフィーでは裾引き無し
で約±0.015μmまで低減することができた。
【0048】〔実施例5〕反射防止膜材料として、下記
の組成のものを使用した。 下記式で示される対数粘度0.1dl/gの有機溶剤可溶性ポリイミドC 4.5重量部 トリフルオロメタンスルホン酸ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニ ウム 0.5重量部 ジエチレングリコールジメチルエーテル 95重量部
【0049】
【化10】
【0050】上記反射防止膜材料を用いて実施例1と同
様に評価したところ、得られた0.30μmのラインア
ンドスペースのレジストパターンの寸法バラツキを観察
すると、上記反射防止膜材料を用いたリソグラフィーで
は裾引き無しで約±0.015μmまで低減することが
できた。
【0051】〔実施例6〕反射防止膜材料として、下記
の組成のものを使用した。 下記式で示される対数粘度0.1dl/gの有機溶剤可溶性ポリイミドD 5重量部 ピロガロールトリメシレート 1重量部 ジエチレングリコールジメチルエーテル 94重量部
【0052】
【化11】
【0053】上記反射防止膜材料を用いて実施例1と同
様に評価したところ、得られた0.30μmのラインア
ンドスペースのレジストパターンの寸法バラツキを観察
すると、上記反射防止膜材料を用いたリソグラフィーで
は裾引き無しで約±0.018μmまで低減することが
できた。
【0054】〔実施例7〕反射防止膜材料として、下記
の組成のものを使用した。 下記式で示される対数粘度0.1dl/gの有機溶剤可溶性ポリイミドE 5重量部 トリフルオロメタンスルホン酸ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニ ウム 1重量部 ジエチレングリコールジメチルエーテル 94重量部
【0055】
【化12】
【0056】上記反射防止膜材料を用いて実施例1と同
様に評価したところ、得られた0.30μmのラインア
ンドスペースのレジストパターンの寸法バラツキを観察
すると、上記反射防止膜材料を用いたリソグラフィーで
は裾引き無しで約±0.015μmまで低減することが
できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】裾引き及びノッチングを示す概略図である。
【図2】本発明の反射防止膜材料を用いたレジストパタ
ーンの形成方法を示す工程概略図である。
【符号の説明】
1 基板 2 反射防止層 3 レジスト層 4 高エネルギー線 5 レジストパターン 6 エッチング後のパターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 一郎 茨城県鹿島郡神栖町大字東和田1番地 信 越化学工業株式会社高分子機能性材料研究 所内 (72)発明者 及川 勝之 新潟県中頸城郡頸城村大字西福島28−1 信越化学工業株式会社合成技術研究所内 (72)発明者 竹田 好文 新潟県中頸城郡頸城村大字西福島28−1 信越化学工業株式会社合成技術研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機溶剤可溶性ポリイミドと有機溶剤と
    を含有してなることを特徴とする反射防止膜材料。
  2. 【請求項2】 有機溶剤可溶性ポリイミドの対数粘度範
    囲が0.01〜5dl/gである請求項1記載の反射防
    止膜材料。
  3. 【請求項3】 有機溶剤可溶性ポリイミドが下記一般式
    で示される化合物から選ばれるものである請求項1又は
    2記載の反射防止膜材料。 【化1】 【化2】 【化3】
  4. 【請求項4】 酸発生剤を添加した請求項1乃至3のい
    ずれか1項記載の反射防止膜材料。
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