JP2000231191A - フォトレジスト架橋剤用単量体、フォトレジスト架橋剤、フォトレジスト組成物、フォトレジストパターン形成方法、および半導体素子 - Google Patents
フォトレジスト架橋剤用単量体、フォトレジスト架橋剤、フォトレジスト組成物、フォトレジストパターン形成方法、および半導体素子Info
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Abstract
rF(193nm)又はEUV用のフォトレジスト組成
物を提供する。 【解決手段】下記一般式(1)に示される単量体からな
るフォトレジスト架橋剤を含むフォトレジスト組成物で
ある。 【化1】 前記式で、X1及びX2は、それぞれCH2、CH2C
H2、O又はSであり、pは0〜5中で選択される整数
であり、R1及びR2はそれぞれアルキル、エステル、ケ
トン、カルボン酸、アセタール、R3及びR4はそれぞれ
水素又はメチルである。
Description
いることができる新しいフォトレジスト組成物のため
の、フォトレジスト架橋剤用単量体、ネガティブ型フォ
トレジスト架橋剤、ネガティブ型フォトレジスト組成
物、及びこれを利用したフォトレジストパターン形成方
法に関するものである。より詳しくは、高集積半導体素
子の微細回路の製作時、KrF(248nm)、ArF(193
nm)、E−ビーム、イオンビーム、或いはEUVの光源を
用いた光リソグラフィー工程に適するフォトレジスト用
架橋剤、及びこれを利用したフォトレジスト組成物に関
するものである。
度を達成するため、近来は化学増幅性のDUV(Deep U
ltra Violet)フォトレジストが脚光を浴びており、そ
の組成は光酸発生剤(photoacid generator)と酸に敏
感に反応する構造のマトリックス高分子を配合して製造
する。このようなフォトレジストの作用機構は、光酸発
生剤が光源から紫外線光を受けると酸を発生させ、この
ように発生した酸によりマトリックス高分子の主鎖又は
側鎖と架橋剤が反応して架橋結合が発生し、光を受けた
部分は現像液に溶解せず無くならなくなる。このように
してマスクの像を基板上にネガ画像として残すことがで
きる。
グラフィー工程では、解像度は光源の波長に依存し光源
の波長が小さくなるほど微細パターンを形成させること
ができる。しかし、微細パターン形成のため露光光源の
波長が小さくなるほど、即ちArF(193nm)或いは
EUV(extremely UV)を用いるときは、この光源によ
りレンズに変形が生じることになり寿命が短くなる欠点
がある。一方、一般に用いられる架橋剤であるメラミン
(melamine)は酸と架橋が形成され得る作用基が3個所
しかない。さらに、架橋が形成されるとき酸が架橋結合
により消費されるため多量の酸を発生させなければなら
ず、したがって露光時多量のエネルギーが必要である。
このような欠点の克服のためにはより強力な架橋剤が必
要であり、さらに、この架橋剤が化学増幅型であるため
少量のエネルギーでもフォトレジスト樹脂と架橋するよ
うにしなければならない。しかし、このような原理の架
橋剤は開発されていない。
単量体を提供することを目的とする。また、本発明は前
記架橋単量体を利用した新規の化学増幅型フォトレジス
ト架橋剤を提供する。さらに、極短波長光源を採用する
フォトレジスト工程に適したフォトレジスト組成物を提
供することを目的とする。前記フォトレジスト組成物を
利用するフォトレジストパターン形成方法と、この方法
により製造される半導体素子を提供することをさらなる
目的とする。
め、請求項1に記載の発明は、下記一般式(1)に示さ
れることを特徴とするフォトレジスト架橋剤用単量体で
ある。
CH2CH2、O又はSであり、pは、0〜5中で選択さ
れる整数であり、R1及びR2はそれぞれ炭素数1〜10
の主鎖又は側鎖置換されたアルキル、炭素数1〜10の
主鎖又は側鎖置換されたエステル、炭素数1〜10の主
鎖又は側鎖置換されたケトン、炭素数1〜10の主鎖又
は側鎖置換されたカルボン酸、炭素数1〜10の主鎖又
は側鎖置換されたアセタール、一つ以上の水酸基(−O
H)を含む炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換されたア
ルキル、一つ以上の水酸基(−OH)を含む炭素数1〜
10の主鎖又は側鎖置換されたエステル、一つ以上の水
酸基(−OH)を含む炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置
換されたケトン、一つ以上の水酸基(−OH)を含む炭
素数1〜10の主鎖又は側鎖置換されたカルボン酸、一
つ以上の水酸基(−OH)を含む炭素数1〜10の主鎖
又は側鎖置換されたアセタール等であり、R3及びR4は
それぞれ水素又はメチルである。
フォトレジスト架橋剤用単量体において、下記式(4)
又は下記式(5)の化合物であることを特徴とする。
または2に記載のフォトレジスト架橋剤用単量体、(i
i)そのホモ重合体、及び(iii)その共重合体からなる
群から選択されることを特徴とするフォトレジスト架橋
剤である。
フォトレジスト架橋剤において、前記共重合体は、
(i)第1単量体として、請求項1または2に記載のフ
ォトレジスト架橋剤用単量体と、(ii)第2単量体とし
て、無水マレイン酸を含むことがより好ましい。
フォトレジスト架橋剤において、前記共重合体は、(ii
i)第3単量体として、(メタ)アクリル酸をさらに含
む下記一般式(6)の化合物であるとさらに好ましい。
H2、O又はSであり、pは、0〜5中で選択される整
数であり、R1及びR2はそれぞれ炭素数1〜10の主鎖
又は側鎖置換されたアルキル、炭素数1〜10の主鎖又
は側鎖置換されたエステル、炭素数1〜10の主鎖又は
側鎖置換されたケトン、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖
置換されたカルボン酸、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖
置換されたアセタール、一つ以上の水酸基(−OH)を
含む炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換されたアルキ
ル、一つ以上の水酸基(−OH)を含む炭素数1〜10
の主鎖又は側鎖置換されたエステル、一つ以上の水酸基
(−OH)を含む炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換さ
れたケトン、一つ以上の水酸基(−OH)を含む炭素数
1〜10の主鎖又は側鎖置換されたカルボン酸、又は一
つ以上の水酸基(−OH)を含む炭素数1〜10の主鎖
又は側鎖置換されたアセタール等であり、R3、R4及び
R5は、それぞれ水素又はメチルであり、a:b:c
は、重合に係わる各単量体の重合比である。
フォトレジスト架橋剤において、前記共重合体は、(ii
i)第3単量体として、下記一般式(27)の化合物を
さらに含む下記一般式(7)の化合物であると好まし
い。
H2、O又はSであり、Z1及びZ2は、それぞれCH2、
CH2CH2、O又はSであり、p及びqは、それぞれ0
〜5中で選択された整数であり、R1、R2、R8、R9、
R10及びR11はそれぞれ炭素数1〜10の主鎖又は側鎖
置換されたアルキル、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置
換されたエステル、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換
されたケトン、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換され
たカルボン酸、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換され
たアセタール、一つ以上の水酸基(−OH)を含む炭素
数1〜10の主鎖又は側鎖置換されたアルキル、一つ以
上の水酸基(−OH)を含む炭素数1〜10の主鎖又は
側鎖置換されたエステル、一つ以上の水酸基(−OH)
を含む炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換されたケト
ン、一つ以上の水酸基(−OH)を含む炭素数1〜10
の主鎖又は側鎖置換されたカルボン酸、又は一つ以上の
水酸基(−OH)を含む炭素数1〜10の主鎖又は側鎖
置換されたアセタール等であり、R3、R4、R6及びR7
はそれぞれ水素又はメチルであり、a:b:cは重合に
関与する各単量体の重合比である。
フォトレジスト架橋剤が、下記式(10)、式(1
1)、式(13)、式(14)、式(16)、式(1
7)、式(19)及び式(21)からなる群から選択さ
れることを特徴とする。
である。
いずれかに記載のフォトレジスト架橋剤において、a:
b:cは、10〜89モル%:10〜89モル%:1〜
40モル%であることを特徴とする。
ジスト樹脂と、(ii)請求項3〜8のいずれか記載のフ
ォトレジスト架橋剤の1つ以上と、(iii)光酸発生剤
と、(iv)有機溶媒を含むことを特徴とするフォトレジ
スト組成物である。
のフォトレジスト組成物において、前記フォトレジスト
樹脂は、1以上の水酸基(−OH)を有する通常のフォ
トレジスト用重合体であることを特徴とする。
記載のフォトレジスト組成物において、前記フォトレジ
スト樹脂は、下記式(22)〜(26)からなる群から
選択される1以上であることを特徴とする。
脂を構成する各単量体の重合比である。
のフォトレジスト組成物において、前記光酸発生剤は、
ジフェニル沃素塩ヘキサフルオロホスフェート、ジフェ
ニル沃素塩ヘキサフルオロ−アルセネート、ジフェニル
沃素塩ヘキサフルオロ−アンチモネート、ジフェニル−
パラメトキシフェニル−トリフレート、ジフェニル−パ
ラトルエニル−トリフレート、ジフェニル−パライソブ
チルフェニル−トリフレート、ジフェニル−パラ−t−
ブチルフェニル−トリフレート、トリフェニルスルホニ
ウム−ヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルスル
ホニウム−ヘキサフルオロアルセネート、トリフェニル
スルホニウム−ヘキサフルオロアンチモネート、トリフ
ェニルスルホニウム−トリフレート及びジブチルナフチ
ルスルホニウム−トリフレートからなる群から選択され
る1又は2以上であることを特徴とする。
のフォトレジスト組成物において、前記有機溶媒は、2
−メトキシエチルアセテート、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及
びプロピレングリコール−メチルエーテルアセテートか
らなる群から選択されることを特徴とする。
9〜13のいずれか記載のフォトレジスト組成物を、所
定の被食刻層上部に塗布してフォトレジスト膜を形成す
る段階と、(b)露光装置を利用して前記フォトレジス
ト膜を露光する段階と、(c)(b)の結果物を現像す
る段階を含むことを特徴とするフォトレジストパターン
形成方法である。
載のフォトレジストパターン形成方法において、前記露
光装置は、ArF(193nm)とKrF(248n
m)を含むDUV(deep ultra violet)、E−ビー
ム、X線及びEUV(extremely UV)からなる群から選
択される光源を用いることを特徴とする。
載のフォトレジストパターン形成方法において、前記現
像工程は、アルカリ現像液を用いて行うことを特徴とす
る。
載のフォトレジストパターン形成方法において、前記ア
ルカリ現像液は、0.01〜5wt(重量)%のTMA
H(tetramethyl anmmonium hydroxide)水溶液である
ことを特徴とする。
載のフォトレジストパターン形成方法において、前記ア
ルカリ現像液は、2.38wt%のTMAH水溶液であ
ることを特徴とする。
載のフォトレジストパターン形成方法において、前記
(b)段階の前及び/又は後に、ベーク工程をさらに含
むことを特徴とする。
載のフォトレジストパターン形成方法において、前記ベ
ーク工程は、70〜200℃で1〜5分間行われること
を特徴とする。
載のフォトレジストパターン形成方法において、前記フ
ォトレジストパターンは、ネガティブパターンであるこ
とを特徴とする。
21のいずれかに記載の方法により製造されたことを特
徴とする半導体素子である。
>本発明者等は、数多い実験を重ねて前記一般式(1)
の化合物がネガティブフォトレジストの架橋剤用単量体
として適した特性を有することを見出した。前記一般式
(1)の化合物からなる架橋剤あるいはこれを含む架橋
剤は、酸の存在下で水酸基(−OH)を有するフォトレ
ジスト樹脂と反応して前記フォトレジスト樹脂間架橋結
合を誘導する。さらに、フォトレジスト樹脂と結合しな
がら再び酸(H+)を発生させ、連鎖的な架橋反応を誘
導できる化学増幅型架橋剤である。したがって、ポスト
ベーク工程で露光部のフォトレジスト樹脂が高密度に硬
化され得るため、優れたネガティブパターンを得ること
ができる。
係るフォトレジスト架橋剤用単量体は、それ自体を架橋
剤として用いることができるが、そのホモ重合体又は共
重合体の形態も架橋剤として用いられ得る。特に、下記
一般式(6)又は一般式(7)は本発明に係る好ましい
架橋剤の例である。
H2、O又はSであり、Z1及びZ2は、それぞれCH2、
CH2CH2、O又はSであり、p及びqは、それぞれ0
〜5中で選択された整数であり、R1、R2、R8、R9、
R10及びR11はそれぞれ炭素数1〜10の主鎖又は側鎖
置換されたアルキル、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置
換されたエステル、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換
されたケトン、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換され
たカルボン酸、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換され
たアセタール、一つ以上の水酸基(−OH)を含む炭素
数1〜10の主鎖又は側鎖置換されたアルキル、一つ以
上の水酸基(−OH)を含む炭素数1〜10の主鎖又は
側鎖置換されたエステル、一つ以上の水酸基(−OH)
を含む炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換されたケト
ン、一つ以上の水酸基(−OH)を含む炭素数1〜10
の主鎖又は側鎖置換されたカルボン酸、又は一つ以上の
水酸基(−OH)を含む炭素数1〜10の主鎖又は側鎖
置換されたアセタール等であり、R3、R4、R5、R6及
びR7は、それぞれ水素又はメチルであり、a:b:c
は、それぞれ重合比であり、10〜89モル%:10〜
89モル%:1〜40モル%が好ましい。
ンの形成>以下では、本発明に係る架橋剤を利用したネ
ガティブフォトレジスト組成物の製造方法を説明する。
本発明に係る架橋剤は化学増幅型架橋剤であるため、本
発明に係るフォトレジスト組成物は(i)フォトレジス
ト樹脂と、(ii)本発明に係る架橋剤と、(iii)光酸
発生剤を含み、これらの物質を混合させるため(iv)有
機溶媒を用いる。
ジスト用重合体を意味するものであり、特に、極短波長
(250nm以下)に適したものが好ましい。前記光酸
発生剤はオニウム塩化合物、ハロゲン化合物、ジアゾケ
トン化合物、スルホン化合物及びスルホン酸化合物等の
一般的な光酸発生剤を全て用いることができ、より好ま
しくは硫化塩及びヨードニウム塩を含むオニウム塩系化
合物を用いるのがよい。その例としては、ジフェニル沃
素塩ヘキサフルオロホスフェート、ジフェニル沃素塩ヘ
キサフルオロ−アルセネート、ジフェニル沃素塩ヘキサ
フルオロ−アンチモネート、ジフェニル−パラメトキシ
フェニル−トリフレート、ジフェニル−パラトルエニル
−トリフレート、ジフェニル−パライソブチルフェニル
−トリフレート、ジフェニル−パラ−t−ブチルフェニ
ル−トリフレート、トリフェニルスルホニウム−ヘキサ
フルオロホスフェート、トリフェニルスルホニウム−ヘ
キサフルオロアルセネート、トリフェニルスルホニウム
−ヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホ
ニウム−トリフレート、ジブチルナフチルスルホニウム
−トリフレート中の1又は2以上を用いることができ
る。
チルアセテート、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、プロピレン
グリコール−メチルエーテルアセテート、又はその他の
通常の有機溶媒を用いることができる。
においては、本発明のフォトレジスト組成物をシリコン
ウェーハ上にスピン塗布して薄膜を形成した後、70〜
200℃、より好ましくは80〜150℃のオーブン又
は熱板で1〜5分間ソフトベークを行い、遠紫外線露光
装置又はエキシマレーザ露光装置を利用して露光した
後、70〜200℃、より好ましくは100〜200℃
でポストベークを行う。このとき、露光源にはArF
(193nm)又はKrF(248nm)を含むDUV
(deep ultra violet)、E−ビーム、X線、又はEU
V(extremely ultra violet)等を用いることもでき、
露光エネルギーは0.1〜100mJ/cm2が好ましい。
このように露光したウェーハをアルカリ現像液、例えば
0.01〜5wt%のTMAH水溶液、特に2.38w
t%又は2.5wt%TMAH水溶液に一定時間の間、
好ましくは40秒間沈漬して現像することにより超微細
パターンを得ることができる。
下記反応式1を参照してより詳しく説明すれば次の通り
である。先ず、本発明に係る架橋剤とフォトレジスト樹
脂を混合した後、所定の基板上に塗布する(第1段
階)。次いで、前記基板の所定領域を露光すれば、露光
部位では酸が発生する(第2段階)。露光部位で発生し
た酸により、R1又はR2の位置で、本発明に係る架橋剤
とフォトレジスト樹脂が架橋結合することになり、この
ような架橋結合の結果、再び酸が発生するため連鎖的な
架橋作用が行われる(第3段階)。下記反応式1は、架
橋剤として一般式(6)の重合体が用いられた場合を例
に挙げて示したものである。
般式(6)で定義した通りである。
り詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定され
るものではない。
ト架橋剤用単量体の製造方法を開示する。 (実施例1)シクロペンタジエン70g、テトラヒドロ
フラン100gを1000mlの円形フラスコに投入し
た後、−20℃に冷却された冷却器に投入して攪拌し
た。ここに、下記式(2)のアクロレイン95gをテト
ラヒドロフラン100gに稀釈してから、徐々に滴下し
た後冷却器を止めた。その状態で24時間攪拌した後、
真空ロータリーエバポレーターで溶媒及び未反応物質を
除去した。不純物を除去した後、50℃で減圧蒸留して
下記式(3)の単量体を得た。前記式(3)の単量体3
0g、メタノール200gを500mlの円形フラスコ
に投入し、ここにトリフルオロスルホン酸1mlを添加
した後、5時間攪拌した。攪拌後水酸化カリウム2gを
投入しpH8に合せてからロータリーエバポレーターで
メタノールを除去した後、50℃で真空蒸留して下記式
(4)の単量体を得た。
にエタノールを用いることを除いては、実施例1と同様
の方法で下記式(5)の単量体を得た。
剤の製造について具体的に示す。 (実施例3) (i)前記実施例1で得た式(4)の架橋単量体0.0
9モル(第1単量体)と、(ii)下記式(8)の無水マ
レイン酸0.1モル(第2単量体)と、(iii)下記式
(9)のアクリル酸0.01モル(第3単量体)を20
0mlの円形フラスコに投入し、ここに重合開始剤であ
るAIBN0.2gとテトラヒドロフラン8gを投入し
た後、窒素或いはアルゴン雰囲気下で65℃の温度で1
0時間反応させた。高分子反応完了後、エチルエーテル
溶媒で高分子沈澱を取って真空乾燥させ、下記式(1
0)の架橋重合体を得た。
架橋単量体の代りに実施例2で得た式(5)の架橋単量
体を用いることを除いては、実施例3と同様の方法で下
記式(11)の架橋重合体を得た。
アクリル酸の代りに下記式(12)の化合物、即ち5−
ノルボルネン−2−カルボン酸を用いることを除いて
は、実施例3と同様の方法で下記式(13)の架橋重合
体を得た。
として、前記式(4)の架橋単量体を用いる代りに前記
式(5)の架橋単量体を用い、(ii)第3単量体とし
て、式(9)のアクリル酸を用いる代りに前記式(1
2)の5−ノルボルネン−2−カルボン酸を用いたこと
を除いては、実施例3と同様の方法で下記式(14)の
架橋重合体を得た。
て、式(9)のアクリル酸を用いる代りに下記式(1
5)の化合物を用いることを除いては、実施例3と同様
の方法で下記式(16)の架橋重合体を得た。
として、前記式(4)の単量体を用いる代りに前記式
(5)の単量体を用い、(ii)第3単量体として、式
(9)のアクリル酸を用いる代りに前記式(15)の化
合物を用いることを除いては、実施例3と同様の方法で
下記式(17)の架橋重合体を得た。
として、式(9)のアクリル酸を用いる代りに下記式
(18)の化合物を用いることを除いては、実施例3と
同様の方法で下記式(19)の架橋重合体を得た。
体として、式(9)のアクリル酸を用いる代りに下記式
(20)の化合物を用いることを除いては、実施例3と
同様の方法で下記式(21)の架橋重合体を得た。
ト架橋剤を含むフォトレジスト組成物の製造及びパター
ンの形成について開示する。 (実施例11) (i)第1成分として、下記式(22)のフォトレジス
ト樹脂1gと、(ii)第2成分として、本発明の実施例
1で得られた前記式(4)の架橋剤10gを、(iii)
光酸発生剤であるトリフェニルスルホニウムトリフレー
ト0.6gと共に、(iv)有機溶媒である2−メトキシ
エチルアセテート66gに溶解してフォトレジスト組成
物を製造した。
量体の重合比である。
物を、シリコンウェーハ上に塗布して110℃で90秒
間ソフトベークした後、ArF露光装置で露光した。次
いで110℃で90秒間再びポストベークした後、2.
38wt%TMAH現像液で現像して0.13μmのL
/S超微細ネガティブパターンを得た(図1参照)。こ
のとき、照射された露光エネルギーは15mJ/cm2であ
り、このような小さな強度の露光エネルギーにおいても
フォトレジスト組成物の硬化感度が非常に優れていた
が、これは用いられた前記式(4)の架橋剤の卓越した
架橋能力のためである。
(4)の架橋剤の代りに式(5)の架橋剤を同量用いる
ことを除いては、前記実施例11と同様の方法でフォト
レジスト組成物を製造した後、これを利用してフォトレ
ジストパターンを形成した。その結果、0.20μmの
L/S超微細ネガティブパターンを得た(図2参照)。
脂の代りに下記式(23)のフォトレジスト樹脂を用
い、(ii)第2成分として、前記式(4)の架橋剤の代
りに前記式(10)の架橋剤を同量用いることを除いて
は、前記実施例11と同様の方法でフォトレジスト組成
物を製造した後、これを利用してフォトレジストパター
ンを形成した。その結果、0.20μmのL/S超微細
ネガティブパターンを得た(図3参照)。
量体の重合比である。
ト樹脂の代りに下記式(24)のフォトレジスト樹脂を
用い、(ii)第2成分として、前記式(4)の架橋剤の
代りに前記式(11)の架橋剤を同量用いることを除い
ては、前記実施例11と同様の方法でフォトレジスト組
成物を製造した後、これを利用してフォトレジストパタ
ーンを形成した。その結果、0.20μmのL/S超微
細ネガティブパターンを得た(図4参照)。
ト樹脂の代りに下記式(25)のフォトレジスト樹脂を
用い、(ii)第2成分として、前記式(4)の架橋剤の
代りに前記式(13)の架橋剤を同量用いることを除い
ては、前記実施例11と同様の方法でフォトレジスト組
成物を製造した後、これを利用してフォトレジストパタ
ーンを形成した。その結果、0.20μmのL/S超微
細ネガティブパターンを得た(図5参照)。
量体の重合比である。
ト樹脂の代りに下記式(26)のフォトレジスト樹脂を
用い、(ii)第2成分として、前記式(4)の架橋剤の
代りに前記式(14)の架橋剤を同量用いることを除い
ては、前記実施例11と同様の方法でフォトレジスト組
成物を製造した後、これを利用してフォトレジストパタ
ーンを形成した。その結果、0.20μmのL/S超微
細ネガティブパターンを得た(図6参照)。
量体の重合比である。
ト樹脂の代りに前記式(24)のフォトレジスト樹脂を
用い、(ii)第2成分として、前記式(4)の架橋剤の
代りに前記式(16)の架橋剤を同量用いることを除い
ては、前記実施例11と同様の方法でフォトレジスト組
成物を製造した後、これを利用してフォトレジストパタ
ーンを形成した。その結果、0.20μmのL/S超微
細ネガティブパターンを得た(図7参照)。
ト樹脂の代りに前記式(24)のフォトレジスト樹脂を
用い、(ii)第2成分として、前記式(4)の架橋剤の
代りに前記式(17)の架橋剤を同量用いることを除い
ては、前記実施例11と同様の方法でフォトレジスト組
成物を製造した後、これを利用してフォトレジストパタ
ーンを形成した。その結果、0.20μmのL/S超微
細ネガティブパターンを得た(図8参照)。
ト樹脂の代りに式(24)のフォトレジスト樹脂を用
い、(ii)第2成分として、前記式(4)の架橋剤の代
りに前記式(19)の架橋剤を同量用いることを除いて
は、前記実施例11と同様の方法でフォトレジスト組成
物を製造した後、これを利用してフォトレジストパター
ンを形成した。その結果、0.20μmのL/S超微細
ネガティブパターンを得た(図9参照)。
脂の代りに式(24)のフォトレジスト樹脂を用い、
(ii)第2成分として、前記式(4)の架橋剤の代りに
前記式(21)の架橋剤を同量用いることを除いては、
前記実施例11と同様の方法でフォトレジスト組成物を
製造した後、これを利用してフォトレジストパターンを
形成した。その結果、0.20μmのL/S超微細ネガ
ティブパターンを得た(図10参照)。
ォトレジスト組成物を製造すると、架橋の密度が非常に
大きいため露光部と非露光部でフォトレジスト樹脂の硬
化程度の差が著しくなり、したがって、より優れたプロ
ファイルを有するフォトレジストパターンを得ることが
できる。さらに、本発明による架橋剤は優れた化学増幅
型であるため、少量の光酸発生剤を用いても十分な効果
を達成でき、光酸発生剤が多量に含まれることにより誘
発される問題点を解決しており、光敏感性に優れ低い露
光エネルギーを照射することにより十分な露光効果を達
成できる。したがって、超微細パターン、特にArF
(193nm)光源のような極短波長領域の光源を採用
するフォトリソグラフィーに適する。
る。
Claims (22)
- 【請求項1】 下記一般式(1)に示されることを特徴
とするフォトレジスト架橋剤用単量体。 【化1】 前記式で、X1及びX2は、それぞれCH2、CH2C
H2、O又はSであり、pは、0〜5中で選択される整
数であり、R1及びR2はそれぞれ炭素数1〜10の主鎖
又は側鎖置換されたアルキル、炭素数1〜10の主鎖又
は側鎖置換されたエステル、炭素数1〜10の主鎖又は
側鎖置換されたケトン、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖
置換されたカルボン酸、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖
置換されたアセタール、一つ以上の水酸基(−OH)を
含む炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換されたアルキ
ル、一つ以上の水酸基(−OH)を含む炭素数1〜10
の主鎖又は側鎖置換されたエステル、一つ以上の水酸基
(−OH)を含む炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換さ
れたケトン、一つ以上の水酸基(−OH)を含む炭素数
1〜10の主鎖又は側鎖置換されたカルボン酸、一つ以
上の水酸基(−OH)を含む炭素数1〜10の主鎖又は
側鎖置換されたアセタール等であり、R3及びR4はそれ
ぞれ水素又はメチルである。 - 【請求項2】 下記式(4)又は下記式(5)の化合物
であることを特徴とする請求項1記載のフォトレジスト
架橋剤用単量体。 【化2】 - 【請求項3】 (i)請求項1または2に記載のフォト
レジスト架橋剤用単量体、(ii)そのホモ重合体、及び
(iii)その共重合体からなる群から選択されることを
特徴とするフォトレジスト架橋剤。 - 【請求項4】 前記共重合体は、(i)第1単量体とし
て、請求項1または2に記載のフォトレジスト架橋剤用
単量体と、(ii)第2単量体として、無水マレイン酸を
含むことを特徴とする請求項3記載のフォトレジスト架
橋剤。 - 【請求項5】 前記共重合体は、(iii)第3単量体と
して、(メタ)アクリル酸をさらに含む下記一般式
(6)の化合物であることを特徴とする請求項4記載の
フォトレジスト架橋剤。 【化3】 前記式で、X1及びX2は、それぞれCH2、CH2C
H2、O又はSであり、pは、0〜5中で選択される整
数であり、R1及びR2はそれぞれ炭素数1〜10の主鎖
又は側鎖置換されたアルキル、炭素数1〜10の主鎖又
は側鎖置換されたエステル、炭素数1〜10の主鎖又は
側鎖置換されたケトン、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖
置換されたカルボン酸、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖
置換されたアセタール、一つ以上の水酸基(−OH)を
含む炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換されたアルキ
ル、一つ以上の水酸基(−OH)を含む炭素数1〜10
の主鎖又は側鎖置換されたエステル、一つ以上の水酸基
(−OH)を含む炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換さ
れたケトン、一つ以上の水酸基(−OH)を含む炭素数
1〜10の主鎖又は側鎖置換されたカルボン酸、又は一
つ以上の水酸基(−OH)を含む炭素数1〜10の主鎖
又は側鎖置換されたアセタール等であり、R3、R4及び
R5は、それぞれ水素又はメチルであり、a:b:c
は、重合に係わる各単量体の重合比である。 - 【請求項6】 前記共重合体は、(iii)第3単量体と
して、下記一般式(27)の化合物をさらに含む下記一
般式(7)の化合物であることを特徴とする請求項4記
載のフォトレジスト架橋剤。 【化4】 前記式で、X1及びX2は、それぞれCH2、CH2C
H2、O又はSであり、Z1及びZ2は、それぞれCH2、
CH2CH2、O又はSであり、p及びqは、それぞれ0
〜5中で選択された整数であり、R1、R2、R8、R9、
R10及びR11はそれぞれ炭素数1〜10の主鎖又は側鎖
置換されたアルキル、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置
換されたエステル、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換
されたケトン、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換され
たカルボン酸、炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換され
たアセタール、一つ以上の水酸基(−OH)を含む炭素
数1〜10の主鎖又は側鎖置換されたアルキル、一つ以
上の水酸基(−OH)を含む炭素数1〜10の主鎖又は
側鎖置換されたエステル、一つ以上の水酸基(−OH)
を含む炭素数1〜10の主鎖又は側鎖置換されたケト
ン、一つ以上の水酸基(−OH)を含む炭素数1〜10
の主鎖又は側鎖置換されたカルボン酸、又は一つ以上の
水酸基(−OH)を含む炭素数1〜10の主鎖又は側鎖
置換されたアセタール等であり、R3、R4、R6及びR7
はそれぞれ水素又はメチルであり、a:b:cは重合に
関与する各単量体の重合比である。 - 【請求項7】 下記式(10)、式(11)、式(1
3)、式(14)、式(16)、式(17)、式(1
9)及び式(21)からなる群から選択されることを特
徴とする請求項4記載のフォトレジスト架橋剤。 【化5】 【化6】 前記式で、a:b:cは重合に係わる各単量体の重合比
である。 - 【請求項8】 a:b:cは、10〜89モル%:10
〜89モル%:1〜40モル%であることを特徴とする
請求項5〜7のいずれかに記載のフォトレジスト架橋
剤。 - 【請求項9】(i)フォトレジスト樹脂と、(ii)請求
項3〜8のいずれか記載のフォトレジスト架橋剤の1つ
以上と、(iii)光酸発生剤と、(iv)有機溶媒を含む
ことを特徴とするフォトレジスト組成物。 - 【請求項10】 前記フォトレジスト樹脂は、1以上の
水酸基(−OH)を有する通常のフォトレジスト用重合
体であることを特徴とする請求項9記載のフォトレジス
ト組成物。 - 【請求項11】 前記フォトレジスト樹脂は、下記式
(22)〜(26)からなる群から選択される1以上で
あることを特徴とする請求項10に記載のフォトレジス
ト組成物。 【化7】 【化8】 前記式で、d:e:fはそれぞれ前記フォトレジスト樹
脂を構成する各単量体の重合比である。 - 【請求項12】 前記光酸発生剤は、ジフェニル沃素塩
ヘキサフルオロホスフェート、ジフェニル沃素塩ヘキサ
フルオロ−アルセネート、ジフェニル沃素塩ヘキサフル
オロ−アンチモネート、ジフェニル−パラメトキシフェ
ニル−トリフレート、ジフェニル−パラトルエニル−ト
リフレート、ジフェニル−パライソブチルフェニル−ト
リフレート、ジフェニル−パラ−t−ブチルフェニル−
トリフレート、トリフェニルスルホニウム−ヘキサフル
オロホスフェート、トリフェニルスルホニウム−ヘキサ
フルオロアルセネート、トリフェニルスルホニウム−ヘ
キサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウ
ム−トリフレート及びジブチルナフチルスルホニウム−
トリフレートからなる群から選択される1又は2以上で
あることを特徴とする請求項9記載のフォトレジスト組
成物。 - 【請求項13】 前記有機溶媒は、2−メトキシエチル
アセテート、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及びプロピレングリ
コール−メチルエーテルアセテートからなる群から選択
されることを特徴とする請求項9記載のフォトレジスト
組成物。 - 【請求項14】(a)請求項9〜13のいずれか記載の
フォトレジスト組成物を、所定の被食刻層上部に塗布し
てフォトレジスト膜を形成する段階と、(b)露光装置
を利用して前記フォトレジスト膜を露光する段階と、
(c)(b)の結果物を現像する段階を含むことを特徴
とするフォトレジストパターン形成方法。 - 【請求項15】 前記露光装置は、ArF(193n
m)とKrF(248nm)を含むDUV(deep ultra
violet)、E−ビーム、X線及びEUVからなる群か
ら選択される光源を用いることを特徴とする請求項14
記載のフォトレジストパターン形成方法。 - 【請求項16】 前記現像工程は、アルカリ現像液を用
いて行うことを特徴とする請求項14記載のフォトレジ
ストパターン形成方法。 - 【請求項17】 前記アルカリ現像液は、0.01〜5
wt%のTMAH水溶液であることを特徴とする請求項
16記載のフォトレジストパターン形成方法。 - 【請求項18】 前記アルカリ現像液は、2.38wt
%のTMAH水溶液であることを特徴とする請求項17
記載のフォトレジストパターン形成方法。 - 【請求項19】 前記(b)段階の前及び/又は後に、
ベーク工程をさらに含むことを特徴とする請求項14記
載のフォトレジストパターン形成方法。 - 【請求項20】 前記ベーク工程は、70〜200℃で
1〜5分間行われることを特徴とする請求項19記載の
フォトレジストパターン形成方法。 - 【請求項21】 前記フォトレジストパターンは、ネガ
ティブパターンであることを特徴とする請求項14記載
のフォトレジストパターン形成方法。 - 【請求項22】 請求項14〜21のいずれかに記載の
方法により製造されたことを特徴とする半導体素子。
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