新製品紹介

ArF液浸用トップコート材料
Topcoat Material for ArF Immersion
電子材料事業部 電子材料部
Electronics Materials Division, Electronics Materials Department

１ はじめにすことで，大口径の光学系を可能にし，微細化を達成す

半導体メーカは微細化による高集積化，高性能化，低る技術である（図２）．すでにレンズ開口数（NA）が１．
３５のコスト化の実現が競争力強化に繋がることから，競って微ArF液浸露光機が製品化されており，４０nm以下のパ細加工技術の開発を進めてきた．微細加工技術においてターン形成が可能であることが確認されている．

フォトリソグラフィはその鍵を握る技術である．そこでは露光

本報では，液浸リソグラフィ向け材料における課題と，光源を短波長化することでより微細なパターンの形成を可

この新技術向けに開発したArF液浸用トップコート材料に能にしてきた．フォトレジストを含むリソグラフィ材料の開発

ついて紹介する．

はこの光源の変遷に対応すべく行われてきた（図１）．
近年，ArF液浸リソグラフィという新しい露光技術が開発，実用化され，最先端のLSIメーカの中にはこの技術で量産を開始したところも出てきた．

２ 液浸用リソ材料における課題と対策
液浸技術ではフォトレジストと純水が接することでさまざまな問題が起こる．液浸用レジストに求められる特性を図３に

液浸リソグラフィとは，従来の光源の短波長化による微示す．微細化に伴う解像性能の向上やLWR（Line Width

細化と異なり，投影レンズ／ウェハ間の空間を空気より屈折Roughness：レジストパターンの幅のバラツキ）の低減などに率の高い純水（波長１９３nmにおける屈折率は１．
４４）で満た加え，液浸特有の要求として，レジストへの純水の進入

図132

各世代のレジストの SEM 写真
JSR TECHNICAL REVIEW No.115/2008

ドライ露光装置（従来）

レンズ／ウェ ハー 間 は 空 気（n＝１．
００）
最大NAは０．
９３まで
６５nmノード（hp９０nm）まで対応

液浸露光装置レンズ／ウェハー間は純水（n＝１．
４４）
最大NAは１．
３５まで可能４５nmノ ード（hp６５nm）〜２２nm
ノード（hp３２nm）に対応
液浸専用設計のためドライ露光はできない

図２ ドライ露光と液浸露光の比較

やPAG（光酸発生剤）などレジスト成分の純水中への溶出防止，高い表面撥水性などの対応が必要となる．純水へのレジスト成分溶出はレジスト性能（特に形状）への悪影響はもとより，溶出したものが露光機汚染につながることから厳しく規制されている．また，ウェハ露光はスキャン方式で行なわれるため純水がウェハの上をスムーズに移動できるようにレジスト表面は高い撥水性を有する必要がある．
これらの解決法として２つの考えが提案されている．ひとつはレジスト表面を液浸用トップコート材により保護する方法，もうひとつは溶出や撥水性の問題をクリアした液浸対応レジストの開発である．通常，トップコート材を使う場合をトップコートプロセス，液浸対応レジストを用いる場合をノントップコートプロセスと呼ぶ．両者の比較を表１に示す．

図3

液浸レジストの設計コンセプト

従来のArFレジストがそのまま使えることからトップコートプロセスが開発・量産化の面で先行し，現在LSIの量産に適用されている．

表１ トップコートプロセスとノントップコートプロセスの比較
トップコートプロセス

溶出抑制，高撥水性を上層膜が受け持つ．
ドライ用のレジストがそのまま使えるなど，レジスト設計の自由度が増す．
工程が増えるためコスト増となる．
JSR TECHNICAL REVIEW No.115/2008

ノントップコートプロセス

低溶出，高撥水性を持つ専用レジストの材料開発が必要．
レジストごとに装置適性を調べる必要あり．
工程が増えないため比較的低コストになる．
33

３ 液浸用トップコート材料に求められる要求特性の関係にあり，両者のバランス点を高い位置に持っていくこ

液浸用トップコート材料に求められる要求性能とその目とが要求される．

的を表２に示す．

また液浸露光機内ではトップコート上の純水は前後左右レジスト成分の溶出防止能や表面撥水性の他に，レジへ動かされるため，ダイナミックな撥水性の指標として動的スト現像時に剥離できるようアルカリ現像液に対する十分な接触角が用いられる（図４）．水膜通過後の水滴残りがパ溶解性を持つことや，塗布時にレジスト膜に対してダメーターン欠陥（ウォーターマーク欠陥）として嫌われるため，特ジを与えないことなどが実用性能として重要である．に後退接触角の高い材料が好ましい．

特にアルカリ溶解性と表面撥水性とは一般にトレードオフ

４ JSRの液浸用トップコート材料の特徴
表２ 現像液可溶トップコート材料に求められる要求性能
要求性能

JSRの液浸用トップコート材料「TCXシリーズ」
は，特別目的なアルカリ可溶性ポリマーとアルコール溶剤によって構成さ水を透過しない・レジストへの水しみ込み防止
・純水へのレジスト成分溶出防止

れる．

高い表面撥水性・スキャン露光時の安定動作・ウォーターマーク欠陥の抑制

トレードオフを打破する必要があった．JSRでは他に類を見アルカリ現像液に可溶・レジスト現像時に同時に剥離とで，高い撥水性を持ちながらアルカリ現像液に速やかに高透明性・光学イメージを崩さない・レジストのリソ性能を損なわない
レジストへのダメージフリー
・多様なArFレジストとマッチングする

前述のようにトップコート膜にはアルカリ溶解性と撥水性のないユニークな構造のアルカリ可溶性モノマーを使用するこ溶解するポリマーの開発に成功した．図５に本ポリマーを用いた液浸トップコート材料の（a）
撥水性（後退接触角）と（b）
溶出抑制能を示す．トップコート膜表面の後退接触角
は６９度と液浸露光機で使うのに十分な撥水性を持つ．
PAGの溶出量も１／１００以下に低減され露光機スペックをクリアする．さらにアルコール溶剤の選択で多様なArFレジストに対してダメージフリーな液浸用トップコート材料に仕上げている．液浸対応性能の高さと共にこの汎用性の広さがデバイスメーカから高い評価を得て，非常に多くの採用を勝ち取ることができた．
図６にTCXシリーズを使って液浸露光した結果を，図７に欠 陥 評 価の結 果を示 す．５０nmL/Sパターンで 広い

図4

液浸露光機のスキャン露光時の水の動きフォーカスマージンを確保すると共に，懸念されたウォーウェハーに引きずられ水が長く引き出される．このとターマークなどの液浸起因欠陥のない，良好な結果が得き末端がちぎれて水滴となるとウェハー上にウォーられている．

ターマークとして残る．

図5

液浸用トップコート「 TCX シリーズ」の性能（ a ）後退接触角，（ b ）レジスト感光剤（ PAG ）の純水への溶出量

34

JSR TECHNICAL REVIEW No.115/2008

図6

液浸露光機での 50nmLS のフォーカス依存性評価結果
液浸用トップコート「 TCX シリーズ」
を使用

図7

液浸露光機での欠陥評価結果
液浸用トップコート「 TCX シリーズ」
を使用

５ まとめている．例えば，液浸露光機はスループット向上のために本報では液浸用トップコートの要求特性とJSRが開発しスキャン速度が年々高速化しており，より撥水性の高い材

たArF液浸用トップコート材料「TCXシリーズ」の特長につ料が求められている．トップコート材料の場合アルカリ可溶いて説明した．

性とのトレードオフとなりハードルは高いが，改良研究が開当初トップコートプロセスは，液浸対応レジストを使った発グループにて進められている．

ノントップコートプロセスが登場するまでの一時的なソリュー

JSRは今回紹介したArF液浸用トップコート材料の他にションと見られていた．しかし，ノントップコートプロセスのも，液浸対応レジストや塗布型ハードマスク材料などレジ立ち上げには幾多の技術障壁が存在し簡単に置き換えがストを中心とした液浸リソグラフィ材料をトータルで提供して進む状況にはない．ゆえに引き続き多くのユーザーでトップおり，引続きお客様の液浸プロセス立ち上げに貢献していコートが使用されると考えており，ユーザー要求も高度化しきたいと考える．

JSR TECHNICAL REVIEW No.115/2008

35