JP2000031020A - パターン形成材料およびそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

パターン形成材料およびそれを用いたパターン形成方法

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JP2000031020A
JP2000031020A JP10198353A JP19835398A JP2000031020A JP 2000031020 A JP2000031020 A JP 2000031020A JP 10198353 A JP10198353 A JP 10198353A JP 19835398 A JP19835398 A JP 19835398A JP 2000031020 A JP2000031020 A JP 2000031020A
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Sonoko Utaka
園子 右高
Masaichi Uchino
正市 内野
Toshio Sakamizu
登志夫 逆水
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Hitachi Ltd
Showa Denko Materials Co Ltd
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Hitachi Chemical Co Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】形成パターンの剛直性を向上し、かつ放射線照
射前後の塗膜放置によるパターン形状の劣化を防ぐ。 【解決手段】ポリヒドロキシスチレンのフェノール水酸
基の一部が保護された樹脂およびそれを含む混合樹脂,
芳香環に直接結合した炭素上に水酸基を有する三級アル
コール,放射線の照射により酸を発生する酸前駆体、な
らびに塩基性化合物または有機塩を含むパターン形成材
料。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置等の微
細加工に用いられるパターン形成材料およびパターン形
成方法に係わり、特に電子線,紫外線等放射線のパター
ン状照射によりパターン潜像形成部に酸を生成せしめ、
この酸を触媒とする反応によって、上記照射部のアルカ
リ水溶液に対する溶解性を低下させ、アルカリ水溶液を
現像液とする工程によりパターンを現出させるネガ型パ
ターン形成材料に関する。
【0002】
【従来の技術】電子線,紫外線等放射線のパターン照射
によりパターン潜像形成部に酸を生成せしめ、この酸を
触媒とする反応によって、上記照射部の現像液に対する
溶解性を変化させ、現像工程によりネガ型パターンを現
出させるパターン形成材料およびそれを用いたパターン
形成方法に関しては、特開昭62−164045号,特開平2−2
17855号等に記載のものが知られている。これら従来例
には、放射線の照射で酸を生成する酸前駆体と、酸触媒
下で架橋しアルカリ水溶液に対する溶解性を減少させる
ネガ型パターン形成材料が記載されている。上記従来例
に記載のような酸触媒による架橋反応を利用したネガ型
パターン形成材料(以下架橋系パターン形成材料とい
う)のアルカリ水溶液に対する溶解性は、架橋反応によ
る分子量の増大によって変化する。
【0003】これら架橋系パターン形成材料のベースポ
リマーとしては、主にノボラック樹脂が挙げられてい
る。しかしながらベースポリマーにノボラック樹脂を用
いると、形成パターン側壁のラフネスが大きい、溶解速
度が遅いなどの問題がある。これに対してポリヒドロキ
シスチレンをネガ型パターン形成材料のベースポリマー
として用いると、ノボラック樹脂を用いた時と比べて形
成パターン側壁のラフネスが軽減し、溶解性にすぐれる
という利点がある。しかし、サブハーフミクロンのパタ
ーン形成において、架橋系パターン形成材料にポリヒド
ロキシスチレンを用いると、マイクロブリッジ形成によ
るパターンの寸法精度低下が見られるという問題があっ
た。
【0004】この問題の解決方法としては、プロシーデ
ィングズ オブ エスピーアイイー(Proc.SPIE )21
95:152(1994)に記載のように、3800未
満の低分子量ポリヒドロキシスチレンと1.2重量%T
MAH 現像液の起用が知られている。
【0005】また、ポリヒドロキシスチレンとアクリル
樹脂とのコポリマーを用いた架橋系パターン形成材料に
よってマイクロブリッジの形成が低減出来ることが特開
平8−328253号に開示されている。しかしながら、これ
らのパターン形成材料は希釈現像液を使用しなければな
らないことや、ポリヒドロキシスチレンとアクリル・ポ
リマーとのコポリマーが、高分子混合物の10重量%以
下だと依然としてマイクロブリッジ形成が起こるという
問題がある。
【0006】これらの問題を解決する新しいネガ型パタ
ーン形成材料として、アルカリ水溶液に対する溶解性の
変化が架橋反応でなく分子の極性変換反応に基づくネガ
型パターン形成材料(以下極性変換系パターン形成材料
という)として、特開平2−290917号,特開平4−165359
号,特開平7−104473号に記載のものが知られている。
これら極性変換系パターン形成材料のアルカリ現像液に
対する溶解性変化は分子量の増大を伴わないので、ベー
スポリマーにポリヒドロキシスチレンを用いてもマイク
ロブリッジの形成が起こらない。
【0007】しかしながら、ポリヒドロキシスチレンを
ベースポリマーとする極性変換系パターン形成材料には
形成したパターンの剛直性が低く、形成後の現像処理中
にパターンが倒れるという問題がある。また、大気中に
存在するアンモニアやアミン等の汚染物質を取り込み易
く、放射線照射前後の塗膜放置によりパターン形状が劣
化するという問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ポリ
ヒドロキシスチレンをベースポリマーとした極性変換パ
ターン形成材料において、形成パターンの剛直性を向上
し、かつ放射線照射前後の塗膜放置によるパターン形状
の劣化を防ぎ、これによって微細加工の高精度化を図
り、高解像性のパターンを現出させるパターン形成材料
およびそれを用いたパターン形成方法を提供することに
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的は、ポリヒドロ
キシスチレンのフェノール水酸基の一部が保護された樹
脂およびその混合樹脂,芳香環に直接結合した炭素上に
水酸基を有する三級アルコール,放射線の照射により酸
を発生する酸前駆体、ならびに塩基性化合物または有機
塩を含むことを特徴とするパターン形成材料、ならびに
このパターン形成材料を用いたパターン形成方法によっ
て達成される。
【0010】ポリヒドロキシスチレンのフェノール水酸
基の一部を保護している保護基としては、ベンゼンスル
ホニル基,クロロベンゼンスルホニル基,メチルベンゼ
ンスルホニル基,エチルベンゼンスルホニル基,プロピ
ルベンゼンスルホニル基,メトキシベンゼンスルホニル
基,エトキシベンゼンスルホニル基,プロポキシベンゼ
ンスルホニル基,アセトアミノベンゼンスルホニル基,
ナフタレンスルホニル基,クロロナフタレンスルホニル
基,メチルナフタレンスルホニル基,エチルナフタレン
スルホニル基,プロピルナフタレンスルホニル基,メト
キシナフタレンスルホニル基,エトキシナフタレンスル
ホニル基,プロポキシナフタレンスルホニル基,アセト
アミノナフタレンスルホニル基,ベンゼンカルボニル
基,クロロベンゼンカルボニル基,メチルベンゼンカル
ボニル基,エチルベンゼンカルボニル基,プロピルベン
ゼンカルボニル基,メトキシベンゼンカルボニル基,エ
トキシベンゼンカルボニル基,プロポキシベンゼンカル
ボニル基,イソプロピロキシカルボニル基,アセトアミ
ノベンゼンカルボニル基,ナフタレンカルボニル基,ク
ロロナフタレンカルボニル基,メチルナフタレンカルボ
ニル基,エチルナフタレンカルボニル基,プロピルナフ
タレンカルボニル基,メトキシナフタレンカルボニル
基,エトキシナフタレンカルボニル基,プロポキシナフ
タレンカルボニル基,アセトアミノナフタレンカルボニ
ル基などが挙げられる。これらの保護基による保護率
は、ポリヒドロキシスチレンのフェノール水酸基に対
し、0.01 〜20モル%の範囲が好ましく、特に0.
08 〜5モル%の範囲が好適である。保護率がこの範
囲より小さいと剛直性の向上ならびに放射線照射前後の
塗膜放置によるパターン劣化に対する効果が低い。ま
た、これ以上だと塗布膜の現像性が低下する。また、ポ
リヒドロキシスチレンの好ましい分子量は、500から
20000の範囲であり、特に1000から8000の範囲
が好適である。
【0011】ポリヒドロキシスチレンのフェノール水酸
基の一部が保護された樹脂は、ノボラック樹脂,m,p
−クレゾールノボラック樹脂,ハロゲン化ノボラック樹
脂,ポリヒドロキシスチレン,ハロゲン化ポリヒドロキ
シスチレン、またはヒドロキシスチレン/スチレン共重
合体,ポリメチルグルタイルミド等のアルカリ可溶性高
分子化合物と任意の混合率で混合して使用できる。
【0012】また芳香環に直接結合した炭素上に水酸基
を有する三級アルコールとして、下記一般式(28)〜
(39)で表される群から選ばれた少なくとも1つの化
合物が好ましい。
【0013】
【化28】
【0014】
【化29】
【0015】
【化30】
【0016】
【化31】
【0017】
【化32】
【0018】
【化33】
【0019】
【化34】
【0020】
【化35】
【0021】
【化36】
【0022】
【化37】
【0023】
【化38】
【0024】
【化39】
【0025】ここでR1,R2は炭素数1〜4の置換ま
たは無置換アルキル基を表わす。R3,R4,R5およ
びR6は水素,ハロゲン,炭素数1〜4の置換または無
置換アルキル基、炭素数1〜4の置換または無置換アル
コキシ基,フェニル基,メトキシ基,シクロプロピル基
の中から選ばれる原子または原子団を表わす。R1〜R
6は同一であってもよく、異なっていてもよい。
【0026】本発明に用いられる芳香環に直接結合した
炭素上に水酸基を有する三級アルコールとしては、例え
ば1,3−ビス(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ベン
ゼン、1,3−ビス(3−ヒドロキシ−3−ペンチル)
ベンゼン、1,3−ビス(2−ヒドロキシ−2−プロピ
ル)−5−メトキシベンゼン、5−クロロ−1,3−ビ
ス(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ベンゼン、5−ブ
ロモ−1,3−ビス(2−ヒドロキシ−2−プロピル)
ベンゼン、1,4−ビス(2−ヒドロキシ−2−プロピ
ル)ベンゼン、1,4−ビス(3−ヒドロキシ−3−ペ
ンチル)ベンゼン、1,4−ビス(2−ヒドロキシ−2
−プロピル)−2,3,5,6−テトラメチルベンゼ
ン、2−クロロ−1,4−ビス(2−ヒドロキシ−2−
プロピル)ベンゼン、2−ブロモ−1,4−ビス(2−
ヒドロキシ−2−プロピル)ベンゼン、1,3,5−ト
リス(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ベンゼン、1,
3,5−トリス(3−ヒドロキシ−3−ペンチル)ベン
ゼン、1,5−ビス(2−ヒドロキシ−2−プロピル)
ナフタレン、1,4−ビス(2−ヒドロキシ−2−プロ
ピル)ナフタレン、9,10−ビス(2−ヒドロキシ−
2−プロピル)アントラセン、等が挙げられる。
【0027】上記芳香環に直接結合した炭素上に水酸基
を有する三級アルコールの中でも2−ヒドロキシイソプ
ロピル基を同一芳香環上に3つ以上有する三級アルコー
ルは露光前加熱処理時における揮発が少なく、本発明の
パターン形成材料に用いるアルコール化合物としてより
好ましい。
【0028】本発明で用いる塩基性化合物または有機塩
として、下記一般式(40)〜(54)で表される群から少
なくとも1つの化合物が好ましい。
【0029】
【化40】
【0030】
【化41】
【0031】
【化42】
【0032】
【化43】
【0033】
【化44】
【0034】
【化45】
【0035】
【化46】
【0036】
【化47】
【0037】
【化48】
【0038】
【化49】
【0039】
【化50】
【0040】
【化51】
【0041】
【化52】
【0042】
【化53】
【0043】
【化54】
【0044】ここでR1〜R7は水素,炭素数1〜4の
置換、または無置換アルキル基,フェニル基,ベンジル
基,フェネチル基,ピリジル基,シクロヘキシル基,p
−トリル基,キノリル基,アリル基,メトキシメチル基
の中から選ばれる原子または原子団を表わす。R1〜R
7は同一であってもよく、異なっていてもよい。R8〜
R11は水素、1〜7個の炭素原子を有する、直鎖また
は分岐鎖の置換、または無置換アルキル基,フェニル
基,ベンジル基の中から選ばれる原子または原子団を表
わす。R8〜R11は同一であってもよく、異なってい
てもよい。X−はハロゲン,ヘキサフルオロアンチモネ
ート,ヘキサフルオロアルセナート,テトラフルオロフ
ォスフェート,テトラフルオロボレート,トルエンスル
ホネート,トリフルオロアセテート,トリフルオロメタ
ンスルホネート,パークロレートからなる群から選ばれ
たアニオンを表わす。
【0045】本発明に用いられる塩基性化合物としては
例えばアニリン,ベンジルアミン,チラミン,2−アミ
ノキノリン,3−アミノジフェニル,4−アミノフェノ
ール,5−アミノインダン,5−アミノインダゾール,
シクロヘキシルアミン,ジフェニルアミン,ジシクロヘ
キシルアミン、2,2−ジピリジルアミン、トリ−n−
メチルアミン,トリフェニルアミン,ピリジン、2−ピ
コリン、2,6−ルチジン、6−アミノ−2,4−ルチ
ジン、2,4−ジアミノピリジン、2−ベンジルピリジ
ン、3−ベンジルピリジン、4−ベンジルピリジン、4
−フェニルピリジン、2,6−ジ−p−トリルピリジ
ン,アメリン,ベンゾグアナミン,N(2),N(2)−
ジアリルメラミン,アミノメラミン,ヘキサ(メトキシ
メチル)メラミン,キノリン、2,2−ビキノリン、4
−アミノ−2−メチルキノリン、2,4−ジメチルキノ
リン、4,4−ジフェニル−2,2−ジピリジル、2,
2−ビ−4−ピコリン、1,3−ジ(4−ピリジル)プ
ロパン、1,2−ジ(2−ピリジル)エチレンなどが挙
げられる。
【0046】また有機塩としては、例えばテトラメチル
アンモニウムクロリド,テトラメチルアンモニウムブロ
ミド,テトラメチルアンモニウムヨージド,テトラメチ
ルアンモニウムトリフルオロメタンスルホネート,テト
ラメチルアンモニウムパラトルエンスルホネート,トリ
エチルベンジルアンモニウムクロリド,トリエチルベン
ジルアンモニウムブロミド,トリエチルベンジルアンモ
ニウムヨージド,テトラブチルアンモニウムトリフルオ
ロメタンスルホネート,テトラ−n−ブチルアンモニウ
ムパークロレート,トリメチルスルホニウムクロリド,
トリメチルスルホニウムブロミド,トリメチルスルホニ
ウムヨージド,テトラエチルホスホニウムクロリド,テ
トラエチルホスホニウムブロミド,テトラエチルホスホ
ニウムヨージド,テトラフェニルホスホニウムクロリ
ド,テトラフェニルホスホニウムブロミド,テトラフェ
ニルホスホニウムヨージド,メチルトリフェニルホスホ
ニウムクロリド,メチルトリフェニルホスホニウムブロ
ミド,メチルトリフェニルホスホニウムヨージド,テト
ラ−n−ブチルアンモニウムクロリド,テトラ−n−ブ
チルアンモニウムブロミド,テトラ−n−アミルアンモ
ニウムクロリド,テトラ−n−アミルアンモニウムブロ
ミド,テトラ−n−アミルアンモニウムヨージド,テト
ラエチルスルホキソニウムヨージド,ピリジニウムパラ
トルエンスルホネート、N−フルオロピリジニウムトリ
フルオロメタンスルホネート等が挙げられる。
【0047】本発明で用いられる酸前駆体はトリアリー
ルスルホニウム塩や、ナフトイルメチルテトラメチレン
スルホニウム塩,ジアリールヨードニウム塩などのオニ
ウム塩を用いることができる。オニウム塩の対アニオン
はトリフルオロメタンスルホン酸,トリフルオロ酢酸,
メタンスルホン酸などのアルキルスルホン酸,トルエン
スルホン酸などのアリールスルホン酸,テトラフルオロ
ホウ素酸,ヘキサフルオロアンチモン酸,ヘキサフルオ
ロヒ素酸などのようなルイス酸が用いられる。またこれ
以外にも酸前駆体として特開平2−245756 号に記載のア
ルキルおよびアリールスルホン酸エステルを用いること
もできる。
【0048】本発明のパターン形成材料においてポリヒ
ドロキシスチレンのフェノール水酸基の一部が保護され
た樹脂およびそれを含む混合樹脂,芳香環に直接結合し
た炭素上に水酸基を有する三級アルコール,放射線の照
射によって酸を生成する酸前駆体、塩基性化合物または
有機塩の組成比が、100重量部,1〜50重量部,
0.01〜30,0.0001〜5重量部の範囲であるこ
とが望ましい。アルコールの量がこの範囲よりも大きい
と相分離が起こるために均一な塗膜の形成が困難であ
り、小さいと塗膜の不溶化が十分進行しない。また、酸
発生剤の量がこの範囲よりも大きいと現像時間が長くな
り、小さいと十分な感度が得られない。また、塩基性化
合物または有機塩の量がこの範囲よりも小さいと寸法精
度向上に効果がなく、大きいと十分な感度が得られなく
なる。
【0049】本発明で用いる酸前駆体は、放射線の照射
によって強酸を生成する。この生成した酸によって本発
明に用いる三級アルコールは分子内脱水縮合を起こし、
非極性の化合物に変換される。この分子内脱水縮合によ
る極性変化反応をポリヒドロキシスチレンのフェノール
水酸基の一部が保護された樹脂中で誘起すると、反応が
誘起された領域ではポリヒドロキシスチレンのアルカリ
水溶液に対する溶解性が減少するので、ネガ型のパター
ンが形成される。この時ポリヒドロキシスチレンのフェ
ノール水酸基と三級アルコールとの分子間脱水反応は起
こらず、不溶化反応が分子量の増大を伴わずに進行す
る。このため、現像液の浸透に伴う架橋部分の膨潤が起
こらず、マイクロブリッジの形成が起こらない。
【0050】また、ポリヒドロキシレンのフェノール水
酸基の一部を保護することにより出来る疎水基は、放射
線照射前後に大気中に存在するアンモニアやアミンなど
の塩基性物質または水分の取り込みを防ぎ、これにより
パターンの剛直性の減少ならびに放射線照射前後の塗膜
放置によるパターン形状の劣化を防ぐ。
【0051】また、本発明に用いた三級アルコールは、
アルカリ可溶性樹脂と混合するとアルカリ可溶性樹脂の
現像性を促進する効果を持つため、ポリヒドロキシスチ
レンのフェノール水酸基の一部が保護された樹脂および
それを含む混合樹脂と組み合わせることにより、ポリヒ
ドロキシスチレンと同等の現像性を持つ。
【0052】本発明のパターン形成材料は、極性変化に
触媒反応を利用しているため、放射線照射量が僅かであ
っても、効率良くネガ化反応が起こるので高感度であ
る。本発明のパターン形成材料は不溶化反応の活性化エ
ネルギーが低く、しかも放射線照射によって発生した酸
が膜中の塩基性化合物または有機塩によって捕捉され、
その拡散が抑制されるので、加熱工程で生じるウエハ面
内の温度分布にパターン寸法が影響を受けにくいという
特徴を有する。また、溶液保存時に低温熱分解を起こし
た微量の酸は、本発明の塩基性化合物または有機塩によ
って効率よく捕捉されるため、溶液保存によるパターン
形成材料の劣化が少ない。
【0053】図1に架橋系パターン形成材料、ポリヒド
ロキシスチレンをベースポリマーとする極性変化パター
ン形成材料、ならびに本発明のパターン形成材料を用い
て、放射線照射量に対する規格化膜厚を測定した結果を
示す。
【0054】本発明のパターン形成材料の場合、他のパ
ターン形成材料と比較して初期膜厚に対する残存膜厚の
減少が少なく、感度,コントラストが向上している。こ
れにより本発明のパターン形成材料を用いれば、パター
ン形状が向上し、高精度のパターンが高感度で形成可能
になる。これによって半導体デバイス製造の歩留まりを
向上させることができ、実用性の高いパターン形成方法
を提供することが出来る。
【0055】
【発明の実施の形態】(実施例1)重量平均分子量8,
000のポリヒドロキシスチレンの水酸基の0.5モル
%がエトキシベンゼンカルボニル基で保護された樹脂:
100重量部、ジフェニルヨードニウムトリフレート:
2重量部、1,3−ビス(2−ヒドロキシ−2−プロピ
ル)ベンゼン:20重量部、2,6−ルチジン:0.1
重量部をプロピレングリコールモノメチルエーテルに溶
解させた。これを、孔径0.1μm のメンブレンフィル
ターで濾過した後、24℃のクリーンルーム内に1ケ月
保存した。保存前後の感度および現像時間を測定したと
ころ変化は見られず、良好な保存安定性を示した。
【0056】次に、上記パターン形成材料をシリコンウ
エハ上に回転塗布し、80℃,2分間熱処理して、0.
56μmの塗布膜を得た。この塗膜にKrFエキシマー
レーザステッパを用いてパターン照射後、80℃、2分
間熱処理して水酸化テトラメチルアンモニウム2.38
%水溶液で90秒間現像処理を行った。その結果、0.3
μmのラインとスペースの繰り返しパターンが露光量1
5.0mJ/cm2にて形成された。このパターン形成材料
の0.5μm のラインとスペースの繰り返しパターンに
おけるパターン寸法変動量は0.02μm/℃ 以下であ
り、同じパターン寸法における架橋系パターン形成材料
の寸法変動量(0.05μm/℃ ),極性変換系パター
ン形成材料の寸法変動量(0.03μm/℃ )と比較し
て小さいことがわかった。実施例のパターン形成材料を
用いたパターン形成方法によれば、KrFエキシマレー
ザ投影露光装置を用いた露光法によって高い寸法精度で
高解像度のパターンを形成することができ、工業的に有
利である。ここで、パターン寸法変動量は、露光後の加
熱処理温度が設定温度から1℃変化したときのパターン
寸法の変化量を表す。
【0057】(実施例2)重量平均分子量8,000の
ポリヒドロキシスチレンの水酸基の0.1モル%がアセ
トアミノベンゼンスルホニル基で保護された樹脂:10
0重量部、ジフェニルヨードニウムトリフレート:2.
5 重量部、1,3−ビス(2−ヒドロキシ−2−プロ
ピル)ベンゼン:20重量部、ベンジルアミン:0.0
5 重量部をプロピレングリコールモノメチルエーテル
に溶解させた。これを、孔径0.1μm のメンブレンフ
ィルターで濾過した後、シリコンウエハ上に回転塗布
し、100℃,2分間熱処理して、1μmの塗布膜を得
た。
【0058】この塗膜に位相シフトマスクを用いてi線
縮小投影露光装置にて光照射後、70℃,2分間熱処理
して水酸化テトラメチルアンモニウム2.38% 水溶液
で60秒間現像処理を行った。その結果、0.35μm
のラインとスペースの繰り返しパターンが露光量500
mJ/cm2 にて形成できた。このパターン形成材料の
0.5μm のラインとスペースの繰り返しパターンにお
けるパターン寸法変動量は0.02μm/℃ 以下であ
り、同じパターン寸法における架橋系パターン形成材料
の寸法変動量(0.05μm/℃ ),極性変換系パター
ン形成材料の寸法変動量(0.03μm/℃ )と比較し
て小さいことがわかった。本実施例のパターン形成材料
を用いたパターン形成方法によれば、i線縮小投影露光
装置と位相シフトマスクとの組合せによる露光法によっ
て高い寸法精度で高解像度のパターンを形成することが
でき、工業的に有利である。
【0059】(実施例3)重量平均分子量8,000 の
ポリヒドロキシスチレンの水酸基の1モル%がプロピル
ベンゼンカルボニル基で保護された樹脂:100重量
部,ナフトイルメチルテトラメチレンスルホニウムパラ
トルエンスルホネート:5重量部,1,4−ビス(2−
ヒドロキシ−2−プロピル)ベンゼン:20、2,6−
ルチジン0.05重量部をプロピレングリコールモノメチル
エーテルに溶解させた。これを、孔径0.1μm のメン
ブレンフィルターで濾過した後、24℃のクリーンルー
ム内に1ケ月保存した。保存前後の感度および現像時間
を測定したところ変化は見られず、良好な保存安定性を
示した。
【0060】次に、上記パターン形成材料をシリコンウ
エハ上に回転塗布し、95℃,2分間熱処理して、1μ
mの塗布膜を得た。この塗膜に位相シフトマスクを用い
てi線縮小投影露光装置にて光照射後、60℃,2分間
熱処理して水酸化テトラメチルアンモニウム2.38%
水溶液で60秒間現像処理を行った。
【0061】その結果、0.35μm のラインとスペー
スの繰り返しパターンが露光量500mJ/cm2にて形成で
きた。このパターン形成材料の0.5μmのラインとス
ペースの繰り返しパターンにおけるパターン寸法変動量
は0.02μm/℃ 以下であり、同じパターン寸法にお
ける架橋系パターン形成材料の寸法変動量(0.05μ
m/℃),極性変換系パターン形成材料の寸法変動量
(0.03μm/℃ )と比較して小さいことがわかっ
た。本実施例のパターン形成材料を用いたパターン形成
方法によれば、i線縮小投影露光装置と位相シフトマス
クとの組合せによる露光法によって高い寸法精度で高解
像度のパターンを形成することができ、工業的に有利で
ある。
【0062】(実施例4)重量平均分子量8,000 の
ポリヒドロキシスチレンの水酸基の1モル%がプロピル
ナフタレンカルボニル基で保護された樹脂:100重量
部、ジフェニルヨードニウムトリフレート:2重量部、
1,3,5−トリス(2−ヒドロキシ−2−プロピル)
ベンゼン:15重量部、フェニルピリジン0.05 重量
部をプロピレングリコールモノメチルエーテルに溶解さ
せた。これを、孔経0.1μm のメンブレンフィルター
で濾過した後、24℃のクリーンルーム内に1ケ月保存
した。保存前後の感度および現像時間を測定したところ
変化は見られず、良好な保存安定性を示した。
【0063】次に、上記パターン形成材料をシリコンウ
エハ上に回転塗布し、90℃,2分間熱処理して、1μ
mの塗布膜を得た。この塗膜に電子線描画装置(加速電
圧50kV)を用いて電子線照射後、75℃,2分間熱
処理して水酸化テトラメチルアンモニウム2.38%水
溶液で90秒間現像処理を行った。その結果、0.3μ
mのラインとスペースの繰り返しパターンが電子線照射
量8μC/cm2 にて形成できた。このパターン形成材料
の0.5μm のラインとスペースの繰り返しパターンに
おけるパターン寸法変動量は0.02μm/℃ 以下であ
り、同じパターン寸法における架橋系パターン形成材料
の寸法変動量(0.05μm/℃ ),極性変換系パター
ン形成材料の寸法変動量(0.03μm/℃ )と比較し
て小さいことがわかった。本実施例のパターン形成材料
を用いたパターン形成方法によれば、電子線照射装置を
用いたパターン形成方法によって高い寸法精度で高解像
度のパターンを形成することができ、工業的に有利であ
る。
【0064】(実施例5)重量平均分子量8,000 の
ポリヒドロキシスチレンの水酸基の2モル%がイソプロ
ピロキシカルボニル基で保護された樹脂:100重量
部、ジフェニルヨードニウムトリフレート:2重量部、
1,3,5−トリス(2−ヒドロキシ−2−プロピル)
ベンゼン:30重量部、2−ベンジルピリジン0.05
重量部をプロピレングリコールモノプロピルエーテルに
溶解させた。これを、孔径0.1μmのメンブレンフィ
ルターで濾過した後、24℃のクリーンルーム内に1ケ
月保存した。保存前後の感度および現像時間を測定した
ところ変化は見られず、良好な保存安定性を示した。
【0065】次に、上記パターン形成材料をシリコンウ
エハ上に回転塗布し、90℃,2分間熱処理して、1μ
mの塗布膜を得た。この塗膜に電子線描画装置(加速電
圧50kV)を用いて電子線照射後、75℃,2分間熱
処理して水酸化テトラメチルアンモニウム2.38%水
溶液で25秒間現像処理を行った。その結果、0.3μ
mのラインとスペースの繰り返しパターンが電子線照射
量8μC/cm2 にて形成できた。このパターン形成材料
の0.5μm のラインとスペースの繰り返しパターンに
おけるパターン寸法変動量は0.02μm/℃ 以下であ
り、同じパターン寸法における架橋系パターン形成材料
の寸法変動量(0.05μm/℃ ),極性変換系パター
ン形成材料の寸法変動量(0.03μm/℃ )と比較し
て小さいことがわかった。本実施例のパターン形成材料
を用いたパターン形成方法によれば、電子線照射装置を
用いたパターン形成方法によって高い寸法精度で高解像
度のパターンを形成することができ、工業的に有利であ
る。
【0066】(実施例6)重量平均分子量8,000の
ポリヒドロキシスチレンの水酸基の0.1モル%がアセ
トアミノベンゼンスルホニル基で保護された樹脂:10
0重量部、ジフェニルヨードニウムトリフレート:2重
量部、1,3−ビス(2−ヒドロキシ−2−プロピル)
ベンゼン:20重量部、テトラエチルアンモニウムパラ
トルエンスルホネート:0.5 重量部をプロピレングリ
コールモノメチルエーテルに溶解させた。これを、孔経
0.1μm のメンブレンフィルターで濾過した後、24
℃のクリーンルーム内に1ケ月保存した。保存前後の感
度および現像時間を測定したところ変化は見られず、良
好な保存安定性を示した。
【0067】次に、上記パターン形成材料をシリコンウ
エハ上に回転塗布し、80℃,2分間熱処理して、0.
56μm の塗布膜を得た。この塗膜にKrFエキシマ
レーザステッパを用いてパターン照射後、80℃,2分
間熱処理して水酸化テトラメチルアンモニウム2.38
%水溶液で90秒間現像処理を行った。その結果、0.
3μmのラインとスペースの繰り返しパターンが露光量
20mJ/cm2 にて形成された。このパターン形成材料
の0.5μm のラインとスペースの繰り返しパターンに
おけるパターン寸法変動量は0.025μm/℃ 以下で
あり、同じパターン寸法における架橋系パターン形成材
料の寸法変動量(0.05μm/℃ ),極性変換系パタ
ーン形成材料の寸法変動量(0.03μm/℃ )と比較
して小さいことがわかった。実施例のパターン形成材料
を用いたパターン形成方法によれば、KrFエキシマレ
ーザ投影露光装置を用いた露光法によって高い寸法精度
で高解像度のパターンを形成することができ、工業的に
有利である。
【0068】(実施例7)重量平均分子量8,000 の
ポリヒドロキシスチレンの水酸基の1モル%がプロピル
ベンゼンカルボニル基で保護された樹脂:100重量
部、ジフェニルヨードニウムトリフレート:2.5 重量
部、1,3−ビス(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ベ
ンゼン:20重量部、テトラ−n−ブチルアンモニウム
トリフルオロメタンスルホネート:0.5 重量部をプロ
ピレングリコールモノメチルエーテルに溶解させた。こ
れを、孔径0.1μm のメンブレンフィルターで濾過し
た後、シリコンウエハ上に回転塗布し、100℃,2分
間熱処理して、1μmの塗布膜を得た。この塗膜に位相
シフトマスクを用いてi線縮小投影露光装置にて光照射
後、70℃,2分間熱処理して水酸化テトラメチルアン
モニウム2.38% 水溶液で60秒間現像処理を行っ
た。その結果、0.35μm のラインとスペースの繰り
返しパターンが露光量500mJ/cm2 にて形成でき
た。
【0069】このパターン形成材料の0.5μm のライ
ンとスペースの繰り返しパターンにおけるパターン寸法
変動量は0.025μm/℃ 以下であり、同じパターン
寸法における架橋系パターン形成材料の寸法変動量
(0.05μm/℃ ),極性変換系パターン形成材料の
寸法変動量(0.03μm/℃ )と比較して小さいこと
がわかった。本実施例のパターン形成材料を用いたパタ
ーン形成方法によれば、i線縮小投影露光装置と位相シ
フトマスクとの組合せによる露光法によって高い寸法精
度で高解像度のパターンを形成することができ、工業的
に有利である。
【0070】(実施例8)重量平均分子量8,000 の
ポリヒドロキシスチレンの水酸基の2モル%がイソプロ
ピロキシカルボニル基で保護された樹脂:100重量
部、ジフェニルヨードニウムトリフレート:2重量部、
1,3,5−トリス(2−ヒドロキシ−2−プロピル)
ベンゼン:15重量部、トリメチルスルホニウムヨージ
ド0.05 重量部をプロピレングリコールモノメチルエ
ーテルに溶解させた。これを、孔径0.1μm のメンブ
レンフィルターで濾過した後、24℃のクリーンルーム
内に1ケ月保存した。保存前後の感度および現像時間を
測定したところ変化は見られず、良好な保存安定性を示
した。
【0071】次に、上記パターン形成材料をシリコンウ
エハ上に回転塗布し、90℃,2分間熱処理して、1μ
mの塗布膜を得た。この塗膜に電子線描画装置(加速電
圧50kV)を用いて電子線照射後、75℃,2分間熱
処理して水酸化テトラメチルアンモニウム2.38%水
溶液で90秒間現像処理を行った。その結果、0.3μ
mのラインとスペースの繰り返しパターンが電子線照射
量8μC/cm2 にて形成できた。このパターン形成材料
の0.5μm のラインとスペースの繰り返しパターンに
おけるパターン寸法変動量は0.025μm/℃ 以下で
あり、同じパターン寸法における架橋系パターン形成材
料の寸法変動量(0.05μm/℃ ),極性変換系パタ
ーン形成材料の寸法変動量(0.03μm/℃ )と比較
して小さいことがわかった。本実施例のパターン形成材
料を用いたパターン形成方法によれば、電子線照射装置
を用いたパターン形成方法によって高い寸法精度で高解
像度のパターンを形成することができ、工業的に有利で
ある。
【0072】(実施例9)図2に本発明のパターン形成
材料を用いた、パターン形成方法を示す。図2(a)に
示すように、半導体基板1上にタングステンの膜2を形
成し、その上にレジスト膜3を形成する。同図(b)に
示すように、放射線5をマスク4を通して照射してパタ
ーンの潜像6を形成する。アルカリ現像処理によりレジ
ストパターンを得る同図(c)。このパターンを介して
ドライエッチング処理を行い同図(d)、その後アッシ
ングによりレジストパターン膜3を除去し、配線パター
ンを得ることができた同図(e)。
【0073】
【発明の効果】本発明のパターン形成材料を用いれば、
形成パターンの剛直性を向上させ、かつ放射線照射前後
の塗膜放置によるパターン形状の劣化を防ぐことが出来
る。これによってパターン形成時の寸法精度が向上する
ので、集積回路製作時の歩留まりを良好にすることが可
能となり、工業的に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のパターン形成材料の、放射
線照射量に対する規格化膜厚の測定図。
【図2】本発明のパターン形成材料を用いたパターン形
成工程を示す断面図。
【符号の説明】
1…半導体基板、2…タングステン膜、3…レジスト
膜、4…マスク、5…放射線、6…潜像。
フロントページの続き (72)発明者 内野 正市 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 逆水 登志夫 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 2H025 AA02 AA03 AA13 AB16 AC01 AC04 AC06 AC08 AD01 BE00 BE10 CB16 CB29 CB41 CB45 CB52 CC20 EA04 FA12 FA17

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリヒドロキシスチレンのフェノール水酸
    基の一部が保護された樹脂およびそれを含む混合樹脂,
    芳香環に直接結合した炭素上に水酸基を有する三級アル
    コール,放射線の照射により酸を発生する酸前駆体、な
    らびに塩基性化合物または有機塩を含むことを特徴とす
    るパターン形成材料。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のパターン形成材料におい
    て芳香環に直接結合した炭素上に水酸基を有する三級ア
    ルコールとして、下記一般式(1)〜(12)で表され
    る群から選ばれた少なくとも1つの化合物を用いること
    を特徴とするパターン形成材料。 【化1】 【化2】 【化3】 【化4】 【化5】 【化6】 【化7】 【化8】 【化9】 【化10】 【化11】 【化12】 (ここでR1,R2は炭素数1〜4の置換または無置換
    アルキル基を表わす。R3,R4,R5およびR6は水
    素,ハロゲン,炭素数1〜4の置換または無置換アルキ
    ル基,炭素数1〜4の置換または無置換アルコキシ基,
    フェニル基,メトキシ基,シクロプロピル基の中から選
    ばれる原子または原子団を表わす。R1〜R6は同一で
    あってもよく、異なっていてもよい。)
  3. 【請求項3】請求項1に記載のパターン形成材料におい
    て塩基性化合物または有機塩として、下記一般式(1
    3)〜(27)で表される群から選ばれた少なくとも1
    つの化合物を用いることを特徴とするパターン形成材
    料。 【化13】 【化14】 【化15】 【化16】 【化17】 【化18】 【化19】 【化20】 【化21】 【化22】 【化23】 【化24】 【化25】 【化26】 【化27】 (ここでR1〜R7は水素,炭素数1〜4の置換、また
    は無置換アルキル基,フェニル基,ベンジル基,フェネ
    チル基,ピリジル基,シクロヘキシル基,p−トリル
    基,キノリル基,アリル基,メトキシメチル基の中から
    選ばれる原子または原子団を表わす。R1〜R7は同一
    であってもよく、異なっていてもよい。R8〜R11は
    水素、1〜7個の炭素原子を有する、直鎖または分岐鎖
    の置換、または無置換アルキル基,フェニル基,ベンジ
    ル基の中から選ばれる原子または原子団を表わす。R8
    〜R11は同一であってもよく、異なっていてもよい。
    X−はハロゲン,ヘキサフルオロアンチモネート,ヘキ
    サフルオロアルセナート,テトラフルオロフォスフェー
    ト,テトラフルオロボレート,トルエンスルホネート,
    トリフルオロアセテート,トリフルオロメタンスルホネ
    ート,パークロレートからなる群から選ばれたアニオン
    を表わす。)
  4. 【請求項4】請求項1または3のいずれかに記載のパタ
    ーン形成材料において、ポリヒドロキシスチレンのフェ
    ノール水酸基の一部が保護された樹脂およびそれを含む
    混合樹脂,芳香環に直接結合した炭素上に水酸基を有す
    る三級アルコール,放射線の照射によって酸を生成する
    酸前駆体および塩基性化合物または有機塩の組成比が、
    100重量部,1〜50重量部,0.01〜30重量
    部,0.0001〜5重量部の範囲であることを特徴と
    するパターン形成材料。
  5. 【請求項5】請求項1乃至4のいずれかに記載のパター
    ン形成材料からなる塗膜を形成する工程と、電子線,紫
    外線等放射線を用いて上記塗膜に所定のパターン潜像を
    形成する工程と、上記パターン潜像形成部のアルカリ水
    溶液に対する溶解性を変化させる反応を促進する工程
    と、アルカリ水溶液を現像液として、上記所定パターン
    を現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成
    方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001324811A (ja) * 2000-05-16 2001-11-22 Jsr Corp ネガ型感放射線性樹脂組成物
JP2002351062A (ja) * 2001-03-19 2002-12-04 Fuji Photo Film Co Ltd 電子線又はx線用ネガ型レジスト組成物
JP2010160447A (ja) * 2009-01-09 2010-07-22 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd レジスト組成物およびレジストパターン形成方法
JP2018087971A (ja) * 2016-11-18 2018-06-07 信越化学工業株式会社 化学増幅レジスト材料及びパターン形成方法
CN109298600A (zh) * 2017-07-25 2019-02-01 台湾永光化学工业股份有限公司 增幅型I-line光阻组合物

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