JP2001235861A - Pattern forming method and method for producing semiconductor device using same - Google Patents

Pattern forming method and method for producing semiconductor device using same

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JP2001235861A
JP2001235861A JP2000048872A JP2000048872A JP2001235861A JP 2001235861 A JP2001235861 A JP 2001235861A JP 2000048872 A JP2000048872 A JP 2000048872A JP 2000048872 A JP2000048872 A JP 2000048872A JP 2001235861 A JP2001235861 A JP 2001235861A
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Japan
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acid
pattern
film
exposure
solution
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JP2000048872A
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Japanese (ja)
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Koji Hattori
孝司 服部
Yoshiyuki Yokoyama
義之 横山
Hiroshi Shiraishi
洋 白石
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a negative pattern which is transparent in the far UV region of <=250 nm wavelength in exposure, does not swell while having a chemical structure with high dry etching resistance and is excellent in resolving power. SOLUTION: The pattern forming method includes a step for coating a substrate with a photosensitive composition containing a ketocarboxylic acid having a ν- or δ-ketocarboxylic acid structure and an acid generating agent which generates an acid by exposure, a step for selectively exposing the resulting coating film to make the exposed region insoluble in a developing solution and a step for developing the coating film with the developing solution. The ketocarboxylic acid in the photosensitive composition is converted to an enol lactone structure insoluble in the developing solution by the action of the acid generated from the acid generating agent in exposure. The ketocarboxylic acid in the exposed region forms the enol lactone structure insoluble in the developing solution because a carboxyl group and a ketone molecule in the same molecule cause esterification reaction under the action of the generated acid. For example, exposure with ArF excimer laser beam of 193 nm wavelength and development with an alkali solution are carried out.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、パターン形成方法
及びそれを用いた半導体装置の製造方法に係り、特に紫
外光源である高圧水銀ランプやKrFエキシマレーザ等
より短波長の線源であるArFエキシマレーザ光等の波
長250nm以下の遠紫外線を用いた光リソグラフィプ
ロセスに好適なネガ型のパターン形成方法及びそれを用
いた半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a pattern and a method for manufacturing a semiconductor device using the same. The present invention relates to a negative-type pattern forming method suitable for a photolithography process using far-ultraviolet light having a wavelength of 250 nm or less such as a laser beam and a method for manufacturing a semiconductor device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置等の電子デバイス中にミクロ
ンあるいはサブミクロン単位の微細パターンをつくり込
むフォトリソグラフィ技術は、量産微細加工技術の中核
を担ってきた。最近の半導体装置の高集積化、高密度化
の要求は、微細加工技術に多くの進歩をもたらした。特
に最小加工寸法が露光波長に迫るのに伴い、高圧水銀ラ
ンプのg線(436nm)、i線(365nm)からK
rFエキシマレーザ(248nm)と、より短波長の光
源を用いたフォトリソグラフィ技術が開発されてきた。
2. Description of the Related Art A photolithography technique for forming a microscopic pattern on the order of microns or submicrons in an electronic device such as a semiconductor device has played a central role in mass production fine processing technology. The recent demand for higher integration and higher density of semiconductor devices has brought many advances in fine processing technology. In particular, as the minimum processing dimension approaches the exposure wavelength, the g-line (436 nm) and i-line (365 nm)
Photolithography techniques using an rF excimer laser (248 nm) and a shorter wavelength light source have been developed.

【0003】これら露光波長の変更に応じて、フォトレ
ジストもそれぞれの波長に対応した材料が開発されてき
た。従来、これらの波長に適したフォトレジストでは、
各々感光剤あるいは感光機構は異なるが、いずれもフェ
ノール構造を有する樹脂あるいは高分子材料の水性アル
カリ可溶性を利用した水性アルカリ現像が工業的に利用
されてきた。これら樹脂あるいは高分子材料は必然的に
芳香環を多く含み、これはレジストパターン形成後のド
ライエッチング工程でのエッチング耐性を高める化学構
造要素でもあった。
[0003] In response to these changes in the exposure wavelength, photoresists have been developed with materials corresponding to the respective wavelengths. Conventionally, in photoresists suitable for these wavelengths,
Although the sensitizer and the sensitizing mechanism are different from each other, aqueous alkali development utilizing aqueous alkali solubility of a resin or polymer material having a phenol structure has been industrially used. These resins or polymer materials inevitably contain a large number of aromatic rings, which are also chemical structural elements that enhance the etching resistance in a dry etching step after the formation of a resist pattern.

【0004】このようなフェノール構造を有する樹脂を
用いたネガ型レジストとしては、例えば特開昭62−1
64045号公報に記載のような架橋型のものと、特開
平4−165359号公報に記載のような溶解阻害型の
ものとがある。いずれの場合も、得られるレジストパタ
ーンは、膨潤することなくサブミクロンの微細パターン
の形成が可能である。
A negative resist using such a resin having a phenol structure is disclosed in, for example, JP-A-62-1.
There are a cross-linking type as described in 64045 and a dissolution-inhibiting type as described in JP-A-4-165359. In any case, the obtained resist pattern can form a submicron fine pattern without swelling.

【0005】近年、最小加工寸法が0.25μmより更
に小さい領域のフォトリソグラフィとしてArFエキシ
マレーザ(193nm)を光源に用いたフォトリソグラ
フィへの期待が大きくなっている。しかし、この波長は
芳香環による吸収極大にあたり、フェノール構造を主成
分とする従来工業的に利用されてきたフォトレジスト材
料では、露光潜像が形成できるのはフォトレジスト膜の
極表面に限定され、水性アルカリ現像により微細なレジ
ストパターンを形成するのが困難であった。
[0005] In recent years, expectations have been growing for photolithography using an ArF excimer laser (193 nm) as a light source as a photolithography in a region where the minimum processing dimension is smaller than 0.25 µm. However, this wavelength is the absorption maximum due to the aromatic ring, and in the conventional industrially used photoresist material having a phenol structure as a main component, an exposure latent image can be formed only on the extreme surface of the photoresist film, It was difficult to form a fine resist pattern by aqueous alkali development.

【0006】これに対して、この波長領域で透過率が高
く、かつドライエッチング耐性も高い種々のレジスト材
料が提案されている。ArFエキシマレーザの波長19
3nmを含む遠紫外線領域で透明で、芳香環に代えてド
ライエッチング耐性をレジスト材料に付与できる化学構
造として、例えばアダマンタン骨格の利用が特開平4−
39665号公報、特開平5−265212号公報に、
同様にノルボルナン骨格の利用が特開平5−80515
号公報、特開平5−257284号公報等に開示されて
いる。
On the other hand, various resist materials having high transmittance in this wavelength region and high dry etching resistance have been proposed. ArF excimer laser wavelength 19
As a chemical structure that is transparent in the far ultraviolet region including 3 nm and can impart dry etching resistance to a resist material instead of an aromatic ring, for example, use of an adamantane skeleton is disclosed in
39665, JP-A-5-265212,
Similarly, the use of a norbornane skeleton is disclosed in JP-A-5-80515.
And JP-A-5-257284.

【0007】また、これらの構造に加え、トリシクロデ
カニル基等、脂環族構造一般が有効であることは特開平
7−28237号公報、特開平8−259626号公報
等に開示されている。
[0007] In addition to these structures, it is disclosed in JP-A-7-28237 and JP-A-8-259626 that general alicyclic structures such as tricyclodecanyl groups are effective. .

【0008】ArFエキシマレーザの波長193nmを
含む遠紫外線領域で透明な化学構造を持った高分子で、
水性アルカリ現像性可能にしたレジスト材料に関して
は、例えば特開平4−39665号公報、特開平4−1
84345号公報、特開平4−226461号公報、特
開平5−80515号公報等で開示されているように、
アクリル酸あるいはメタクリル酸のカルボン酸構造を利
用することが試みられている。これらでは、水性アルカ
リ現像で現像液に溶解する部分の水性アルカリ可溶性
を、アクリル酸あるいはメタクリル酸のカルボン酸構造
によっている。また、特開平8−259626号公報に
は、メタクリル酸エステル側鎖に導入された脂環族構造
にカルボン酸基を付与した高分子化合物が開示されてい
る。
A polymer having a chemical structure transparent in a deep ultraviolet region including a wavelength of 193 nm of an ArF excimer laser,
Regarding the resist material which is made developable with aqueous alkali, see, for example, JP-A-4-39665 and JP-A-4-4-1.
No. 84345, JP-A-4-226461, JP-A-5-80515, etc.
Attempts have been made to utilize the carboxylic acid structure of acrylic acid or methacrylic acid. In these, the aqueous alkali solubility of the portion dissolved in the developer in aqueous alkali development depends on the carboxylic acid structure of acrylic acid or methacrylic acid. JP-A-8-259626 discloses a polymer compound in which a carboxylic acid group is added to an alicyclic structure introduced into a methacrylic acid ester side chain.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来アルカリ可溶性基
として用いられてきたフェノール構造では、pKa=1
0.0(フェノール)であるのに対して、これらカルボ
ン酸構造では、pKa=4.8(酢酸)と値が低く酸性
度が高い。したがって、それらをベース樹脂のアルカリ
可溶性基として用いる場合、一般に同じモル分率では、
カルボン酸構造を有する樹脂の方が水性アルカリ中での
溶解速度が大きく、また、フェノール構造を有する樹脂
が溶けない低濃度のアルカリ現像液中でも、カルボン酸
構造を有する樹脂は溶解する。
In the phenol structure conventionally used as an alkali-soluble group, pKa = 1
In contrast to 0.0 (phenol), these carboxylic acid structures have a low pKa = 4.8 (acetic acid) and a high acidity. Therefore, when they are used as alkali-soluble groups of the base resin, generally at the same mole fraction,
A resin having a carboxylic acid structure has a higher dissolution rate in an aqueous alkali, and a resin having a carboxylic acid structure dissolves even in a low-concentration alkaline developer in which a resin having a phenol structure does not dissolve.

【0010】上記のようなカルボン酸を有する樹脂を用
いた場合、例えば特開昭62−164045号公報に見
られるような架橋剤を用いると、架橋した部分に酸性度
が高いカルボン酸が残存するために、そこにアルカリ現
像液が浸潤し、膨潤して微細パターンが形成できないと
いう欠点があった。
When a resin having a carboxylic acid as described above is used, a carboxylic acid having a high acidity remains in a cross-linked portion when a cross-linking agent as disclosed in, for example, JP-A-62-164045 is used. For this reason, there is a disadvantage that the alkaline developer infiltrates there, swells and a fine pattern cannot be formed.

【0011】また、例えば特開平4−165359号公
報に見られるように、露光で発生した酸で溶解阻害作用
のある化合物が形成されるものを用いると、カルボン酸
を有する樹脂では溶解のコントラストがつかず、ネガ型
レジストにならないという欠点があった。
Further, as shown in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-165359, when a compound having a dissolution inhibiting action is formed by an acid generated by exposure, a resin having a carboxylic acid has a dissolution contrast. There was a drawback that it did not form a negative resist.

【0012】したがって、本発明の第1の目的は、水性
アルカリ現像液で微細パターンが膨潤することなく現像
できるパターン形成方法、具体的にはカルボン酸を有す
る材料を露光処理による分子内エステル化反応によりラ
クトン化し、解像性能の優れたネガ型のパターンが形成
できるパターン形成方法を提供することにある。
Accordingly, a first object of the present invention is to provide a pattern forming method capable of developing a fine pattern without swelling with an aqueous alkaline developer, specifically, an intramolecular esterification reaction of a material having a carboxylic acid by exposure treatment. To provide a pattern forming method capable of forming a negative pattern having excellent resolution performance.

【0013】また、本発明の第2の目的は、そのような
パターン形成方法を用いた半導体装置の製造方法を提供
することにある。
It is a second object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device using such a pattern forming method.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の第1の目的を達成
するために、本発明のパターン形成方法は、所定の基板
上に感光性組成物からなる塗膜を形成する工程と、前記
塗膜を選択的に露光することにより露光領域を現像液に
対し不溶化する露光工程と、前記露光領域を現像液で現
像する工程とを含むパターン形成方法であって、前記感
光性組成物を、γ―ケトカルボン酸構造及びδ―ケトカ
ルボン酸構造を有する少なくとも1種のケトカルボン酸
と露光により酸を発生する酸発生剤とを含む感光性組成
物で構成したことを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems In order to achieve the first object, a pattern forming method of the present invention comprises a step of forming a coating film made of a photosensitive composition on a predetermined substrate; An exposure step of insolubilizing an exposed area with a developer by selectively exposing the film, and a pattern forming method including a step of developing the exposed area with a developer, wherein the photosensitive composition has γ A photosensitive composition comprising at least one kind of ketocarboxylic acid having a -ketocarboxylic acid structure and a δ-ketocarboxylic acid structure and an acid generator that generates an acid upon exposure.

【0015】すなわち、露光工程においては、塗膜の露
光領域のケトカルボン酸が、酸発生剤から発生した酸の
作用(酸触媒反応により)で分子内エステル化反応が生
じて、ケトカルボン酸構造の一部または全てがカルボン
酸エステル構造であるエノール―γ―ラクトン構造(5
員環)もしくはエノール―δ―ラクトン構造(6員環)
に変わり、水性アルカリ現像液に可溶であったものが不
溶になる。
That is, in the exposure step, the ketocarboxylic acid in the exposed region of the coating film undergoes an intramolecular esterification reaction due to the action of an acid generated from the acid generator (by an acid catalyzed reaction), and the ketocarboxylic acid structure is removed. Enol-γ-lactone structure in which part or all is a carboxylic acid ester structure (5
Membered ring) or enol-δ-lactone structure (6-membered ring)
And what was soluble in the aqueous alkaline developer becomes insoluble.

【0016】すなわち、露光処理時に酸発生剤から発生
した酸の作用により、ケトカルボン酸のカルボキシル基
とケトン基とが分子内でエステル化反応(脱水反応)を
起こし、その結果、5員環構造を生成した場合にエノー
ル―γ―ラクトン構造となり、6員環構造を生成した場
合にエノール―δ―ラクトン構造となる。エノール―ラ
クトン構造とはラクトン構造に二重結合を有するものを
意味している。
That is, by the action of the acid generated from the acid generator during the exposure treatment, the carboxyl group and the ketone group of the ketocarboxylic acid undergo an esterification reaction (dehydration reaction) in the molecule, and as a result, a five-membered ring structure is formed. When it is formed, it has an enol-γ-lactone structure, and when it has a 6-membered ring structure, it has an enol-δ-lactone structure. The enol-lactone structure means a lactone structure having a double bond.

【0017】その結果、水性アルカリによる現像でネガ
型のパターンが形成される。生成したエノール―γ―ラ
クトンもしくはエノール―δ―ラクトン構造は、通常用
いられているテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド
水溶液では加水分解されず、現像中も安定である。な
お、酸触媒反応を起こすための酸は、露光時の露光光で
ある活性化学線(波長250nm以下の遠紫外光)の照
射により酸を発生する酸発生剤を用いることにより実現
される。
As a result, a negative pattern is formed by development with an aqueous alkali. The resulting enol-γ-lactone or enol-δ-lactone structure is not hydrolyzed by a commonly used aqueous solution of tetraalkylammonium hydroxide and is stable during development. The acid for causing the acid-catalyzed reaction is realized by using an acid generator that generates an acid by irradiation with active actinic radiation (far ultraviolet light having a wavelength of 250 nm or less) as exposure light at the time of exposure.

【0018】この種の酸発生剤としては、例えばトリフ
ェニルスルホニウムトリフレートなどのオニウム塩、ト
リフルオロメタンスルホニルオキシナフチルイミドなど
のスルホニルオキシイミド、スルホン酸エステル等が挙
げられるが、露光時の露光光である活性化学線、例えば
ArFエキシマレーザ(波長193nm)等の照射によ
り酸を発生するものであれば良い。
Examples of this type of acid generator include onium salts such as triphenylsulfonium triflate, sulfonyloxyimides such as trifluoromethanesulfonyloxynaphthylimide, and sulfonic acid esters. Any material that generates an acid by irradiation with a certain actinic ray, for example, an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) or the like may be used.

【0019】上記のような露光によりエノール―γ―ラ
クトン構造もしくはエノール―δ―ラクトン構造を生ず
るためのケトカルボン酸の構造としては、γ―ケトカル
ボン酸構造もしくはδ―ケトカルボン酸構造が望まし
い。これらのγ―ケトカルボン酸構造もしくはδ―ケト
カルボン酸構造はそれぞれ単独で用いることもできる
し、あるいは両方が混在した状態で用いることもでき
る。
The ketocarboxylic acid structure for producing an enol-γ-lactone structure or an enol-δ-lactone structure by exposure as described above is preferably a γ-ketocarboxylic acid structure or a δ-ketocarboxylic acid structure. Each of these γ-ketocarboxylic acid structures or δ-ketocarboxylic acid structures can be used alone, or both can be used in a mixed state.

【0020】γ―ケトカルボン酸構造もしくはδ―ケト
カルボン酸構造では、露光時の酸触媒反応による分子内
エステル化で5員環あるいは6員環が形成できるので、
容易にエノールラクトン化が起こる。この反応は、分子
内エステル化反応であるため、露光時の反応によりカル
ボン酸の数が大きく減少する。したがって、露光時の反
応が分子間で起き、しかもカルボン酸の量が露光部と未
露光部でほとんど変化しない従来の架橋反応によるもの
とは異なるため、露光されて不溶化する部分に現像液の
浸透が起きにくく、従来技術の問題点であった現像後の
パターンの膨潤がない。
In a γ-ketocarboxylic acid structure or a δ-ketocarboxylic acid structure, a 5- or 6-membered ring can be formed by intramolecular esterification by an acid-catalyzed reaction at the time of exposure.
Enol lactonization readily occurs. Since this reaction is an intramolecular esterification reaction, the number of carboxylic acids is greatly reduced by the reaction at the time of exposure. Therefore, the reaction at the time of exposure occurs between molecules, and the amount of carboxylic acid is different from the conventional crosslinking reaction in which the amount of carboxylic acid hardly changes between exposed and unexposed portions. Is less likely to occur, and there is no swelling of the pattern after development, which is a problem of the prior art.

【0021】上記ケトカルボン酸の類似構造として本発
明者等は先にγ―ヒドロキシ酸またはδ―ヒドロキシ酸
構造を提案しており、これらもγ―ラクトンまたはδ―
ラクトンを酸触媒反応により生じる。しかしながら、こ
れらγ―ヒドロキシ酸またはδ―ヒドロキシ酸構造は、
溶液にした場合、室温では安定性が低く、徐々にγ―ラ
クトンまたはδ―ラクトン構造に変化する。したがっ
て、レジスト溶液にした場合、そのままでは保存安定性
が悪いという欠点があった。
The present inventors have previously proposed a γ-hydroxy acid or δ-hydroxy acid structure as a similar structure to the above ketocarboxylic acid, and these are also γ-lactone or δ-hydroxy acid.
The lactone is produced by an acid-catalyzed reaction. However, these γ-hydroxy acid or δ-hydroxy acid structures
When made into a solution, it has low stability at room temperature and gradually changes to a γ-lactone or δ-lactone structure. Therefore, when used as a resist solution, there is a drawback that storage stability is poor if used as it is.

【0022】これに対して、本発明のγ―ケトカルボン
酸構造もしくはδ―ケトカルボン酸構造を有するケトカ
ルボン酸は溶液中でも安定に存在する。
On the other hand, the ketocarboxylic acid having a γ-ketocarboxylic acid structure or a δ-ketocarboxylic acid structure of the present invention is stably present in a solution.

【0023】本発明のパターン形成方法で用いる、上記
ケトカルボン酸構造を有するケトカルボン酸は、下記式
(1)もしくは式(2)で示される化学構造を有するも
のであることが望ましい。
The ketocarboxylic acid having a ketocarboxylic acid structure used in the pattern forming method of the present invention preferably has a chemical structure represented by the following formula (1) or (2).

【0024】[0024]

【化3】 Embedded image

【0025】[0025]

【化4】 Embedded image

【0026】ただし、式中のR1は炭素数1から10の
アルキル基を表し、R2、R3、R4、R5、R6及びR
7は、水素もしくは炭素数1から10のアルキル基を表
し、それらのアルキル基は互いにつながって環状アルキ
ル基を形成していても良い。
Wherein R 1 in the formula represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 and R
7 represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and these alkyl groups may be connected to each other to form a cyclic alkyl group.

【0027】特にR1とR2が環状アルキル基を形成して
いるケトカルボン酸の場合は、露光処理によって構造的
に、エノール―γ―ラクトンもしくはエノール―δ―ラ
クトンの5員環もしくは6員環を形成し易く、それによ
って現像液に、より溶解し難いものとなるので望まし
い。
Particularly, in the case of a ketocarboxylic acid in which R 1 and R 2 form a cyclic alkyl group, a 5- or 6-membered ring of enol-γ-lactone or enol-δ-lactone is structurally exposed to light. Is desirable because it makes the compound less soluble in a developer.

【0028】上記式(1)もしくは式(2)で示される
ケトカルボン酸構造は、上記感光性組成物を構成する膜
形成成分に含まれることが望ましい。膜形成成分として
は、一般的には重量平均分子量1,000〜300,0
00程度の高分子化合物が挙げられるが、高分子化合物
でなくても、溶媒によって塗布が可能であれば良く、膜
の形成が可能なオリゴマーや低分子化合物であっても良
い。なお、前記ケトカルボン酸構造が膜形成成分に含ま
れる数は、その膜形成成分が用いる現像液に可溶になる
量以上であれば良い。
The ketocarboxylic acid structure represented by the above formula (1) or (2) is desirably contained in a film forming component constituting the above photosensitive composition. The film-forming component generally has a weight average molecular weight of 1,000 to 300,0.
Although a high molecular compound of about 00 is mentioned, it is not limited to a high molecular compound as long as it can be applied with a solvent, and may be an oligomer or a low molecular compound capable of forming a film. The number of the ketocarboxylic acid structure contained in the film-forming component may be at least the amount at which the film-forming component becomes soluble in the developer used.

【0029】ここで式(1)もしくは式(2)で表され
るケトカルボン酸構造が高分子化合物に含まれ、しかも
主鎖に直接含まれる場合は、立体的に式(1)もしくは
式(2)中のカルボン酸部分(−COOH)とケトン部分
(=CO)とが遠くなる場合があり、エノールラクトン化
の反応が起こり難い場合がある。これに対して式(1)
もしくは式(2)で表されるケトカルボン酸構造が、高
分子化合物の側鎖に含まれた場合は、立体的にそのカル
ボン酸部分とケトン部分が遠くなりにくいので、エノー
ルラクトン化が容易に起こりやすく高感度でパターン形
成ができるのでより望ましい。
Here, when the ketocarboxylic acid structure represented by the formula (1) or (2) is contained in the polymer compound and is directly contained in the main chain, it is sterically represented by the formula (1) or the formula (2). Carboxylic acid moiety (-COOH) and ketone moiety in
(= CO) in some cases, and the enol lactonization reaction may be difficult to occur. Equation (1)
Alternatively, when the ketocarboxylic acid structure represented by the formula (2) is included in the side chain of the polymer compound, the carboxylic acid moiety and the ketone moiety are hardly distant from each other, so that enol lactonization easily occurs. It is more desirable because it is easy to form a pattern with high sensitivity.

【0030】上記の膜形成成分あるいはそれを含む感光
組成物は、さらに脂環式構造を含むことが望ましい。脂
環族構造としては、アダマンチル、ノルボルナン、トリ
シクロデカンやアンドロスタンの構造が挙げられる。こ
れらの構造は、ドライエッチング耐性が高く、遠紫外
光、特にArFエキシマレーザ光の波長領域で透明であ
ることから、そのような構造含有させることにより、露
光時の露光光の透過率を低減させることなく、しかもド
ライエッチング耐性を向上できる。
The above-mentioned film-forming component or the photosensitive composition containing the same preferably further contains an alicyclic structure. Examples of the alicyclic structure include structures of adamantyl, norbornane, tricyclodecane and androstane. These structures have high dry etching resistance and are transparent in the wavelength region of far ultraviolet light, particularly ArF excimer laser light. Therefore, by including such a structure, the transmittance of exposure light during exposure is reduced. And dry etching resistance can be improved.

【0031】すなわち、この感光性組成物を含むレジス
ト膜を露光、現像して所定のネガ形パターンを形成し、
これをドライエッチングのレジストマスクとした場合
に、プラズマ等のエッチングに対して、耐性が高いため
信頼性が高く安定したパターンを基板に転写することが
できる。
That is, the resist film containing the photosensitive composition is exposed and developed to form a predetermined negative pattern,
When this is used as a resist mask for dry etching, a highly reliable and stable pattern can be transferred to a substrate because of its high resistance to etching such as plasma.

【0032】上記式(1)もしくは式(2)で表される
ケトカルボン酸構造が高分子化合物の側鎖に含まれ、か
つ脂環族構造を含む好ましい高分子化合物の例として、
下記の式(3)及び(4)が挙げられる。
As an example of a preferred polymer compound in which the ketocarboxylic acid structure represented by the above formula (1) or (2) is contained in the side chain of the polymer compound and has an alicyclic structure,
The following equations (3) and (4) are given.

【0033】[0033]

【化5】 Embedded image

【0034】[0034]

【化6】 Embedded image

【0035】ここでRは、水素あるいはメチル基を表
し、nは1または2を表す。Xは例えばポリメタクリル
酸構造、もしはポリノルボルネン構造を表す。そして、
n=1の場合にはγ−ケトカルボン酸、n=2の場合に
はδ−ケトカルボン酸となる。
Here, R represents hydrogen or a methyl group, and n represents 1 or 2. X represents, for example, a polymethacrylic acid structure or a polynorbornene structure. And
When n = 1, it is γ-ketocarboxylic acid, and when n = 2, it is δ-ketocarboxylic acid.

【0036】これらの構造は、後述するようにアンドロ
スタン構造から容易に合成ができ、また、アンドロスタ
ン構造に由来する脂環族構造を含むためにドライエッチ
ング耐性が高くなるので望ましい。
These structures are desirable because they can be easily synthesized from the androstane structure as described later, and because they contain an alicyclic structure derived from the androstane structure, the dry etching resistance increases.

【0037】上記式(3)もしくは式(4)で示される
ケトカルボン酸構造は、本発明のパターン形成方法で用
いられる感光性組成物の膜形成成分として含まれること
が望ましい。膜形成成分としては,一般的には重量平均
分子量1,000〜300,000程度の上記Xを主鎖
とする高分子化合物が挙げられるが、高分子化合物でな
くても、溶媒によって塗布が可能であれば良く、膜の形
成が可能なオリゴマーや低分子化合物であっても良い。
なお、前記ケトカルボン酸構造が膜形成成分に含まれる
数は、その膜形成成分が用いる現像液に可溶になる量以
上であれば良い。
The ketocarboxylic acid structure represented by the above formula (3) or (4) is desirably included as a film forming component of the photosensitive composition used in the pattern forming method of the present invention. As the film-forming component, a polymer compound having a weight average molecular weight of about 1,000 to 300,000 and having the above-mentioned X as a main chain can be generally mentioned. Any oligomer or low molecular compound capable of forming a film may be used.
The number of the ketocarboxylic acid structure contained in the film-forming component may be at least the amount at which the film-forming component becomes soluble in the developer used.

【0038】ここで露光時の活性化学線の照射により酸
を発生する酸発生剤としては、例えばトリフェニルスル
ホニウムトリフレート、ジメチルフェニルスルホニウム
トリフレート、ジメチル−4−ヒドロキシナフチルトリ
フレート等のオニウム塩,N−トリフルオロメタンスル
ホニルオキシナフチルイミド、N−メタンスルホニルオ
キシナフチルイミド、N−トリフルオロメタンスルホニ
ルオキシスクシイミド、N−パーフルオロオクタンスル
ホニルオキシスクシイミド等のスルホニルオキシイミ
ド、さらにはスルホン酸エステル等が挙げられるが、活
性化学線、例えばArFエキシマレーザ等の照射により
酸を発生するものであれば良く、これらに限定されるも
のではない。また、これらの酸発生剤は、2種類以上を
混合して用いても良い。
Examples of the acid generator that generates an acid upon irradiation with actinic radiation during exposure include onium salts such as triphenylsulfonium triflate, dimethylphenylsulfonium triflate and dimethyl-4-hydroxynaphthyl triflate. Sulfonyloxyimides such as N-trifluoromethanesulfonyloxynaphthylimide, N-methanesulfonyloxynaphthylimide, N-trifluoromethanesulfonyloxysuccinimide, N-perfluorooctanesulfonyloxysuccinimide, and further sulfonic acid esters and the like. Examples thereof include, but are not limited to, those that generate an acid by irradiation with an actinic ray, for example, an ArF excimer laser. These acid generators may be used as a mixture of two or more.

【0039】それらの酸発生剤は、感光性組成物の膜形
成成分100重量部に対して、0.1重量部から50重
量部用いるのが望ましく、0.5重量部から20重量部
の範囲で用いるのがより望ましい。
The acid generator is preferably used in an amount of 0.1 to 50 parts by weight, and more preferably 0.5 to 20 parts by weight, based on 100 parts by weight of the film-forming component of the photosensitive composition. It is more preferable to use it.

【0040】また、本発明のパターン形成方法で用いる
感光性組成物には、解像性向上やプロセス安定性及び保
存安定性向上のために、例えば2−ベンジルピリジン、
トリペンチルアミン、トリエタノールアミンなどの塩基
性化合物や、ヨウ化テトラメチルアンモニウム、塩化テ
トラペンチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルホスホ
ニウムなどの塩を添加しても良い。これら塩基性化合物
や塩は、用いる酸発生剤に対して0.01重量部から1
00重量部を添加することが望ましい。
The photosensitive composition used in the pattern forming method of the present invention includes, for example, 2-benzylpyridine for improving resolution, process stability and storage stability.
Basic compounds such as tripentylamine and triethanolamine, and salts such as tetramethylammonium iodide, tetrapentylammonium chloride and tetraethylphosphonium iodide may be added. These basic compounds and salts are used in an amount of 0.01 to 1 part by weight based on the acid generator used.
It is desirable to add 00 parts by weight.

【0041】また、上記感光性組成物には、形成したパ
ターンの耐熱性を高めるために、架橋剤としてヘキサメ
トキシメチルメラミン、1,3,4,6−テトラキス
(メトキシメチル)グルコルウリル、1,4−ジオキサン
−2,3−ジオール等を含有させることができる。これ
らの架橋剤は、感光性組成物の膜形成成分100重量部
に対して、0.1重量部から50重量部用いるのが望ま
しい。
In order to enhance the heat resistance of the formed pattern, hexamethoxymethylmelamine, 1,3,4,6-tetrakis is used as a crosslinking agent.
(Methoxymethyl) glucoururil, 1,4-dioxane-2,3-diol and the like can be contained. These crosslinking agents are desirably used in an amount of 0.1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the film forming component of the photosensitive composition.

【0042】なお、感光性組成物は、溶媒に溶かして溶
液として所定の基板に回転塗布して用いられる。この
際、上記の構成成分が十分に溶解し、かつ回転塗布で均
一な塗布膜が形成可能な溶媒であればいかなる溶媒でも
良い。また、式(1)もしくは式(2)の構造を有する
ケトカルボン酸は、単独でも2種類以上を混合して用い
ても良い。
The photosensitive composition is used by dissolving it in a solvent and spin-coating it onto a predetermined substrate as a solution. At this time, any solvent may be used as long as the above components are sufficiently dissolved and a uniform coating film can be formed by spin coating. The ketocarboxylic acid having the structure of the formula (1) or the formula (2) may be used alone or as a mixture of two or more.

【0043】本発明のパターン形成方法の露光工程に用
いる活性化学線は、波長250nm以下の遠紫外光、例
えばArFエキシマレーザ光のような真空紫外光が挙げ
られる。なお、電子線、EUV、エックス線等も用いる
ことが出来る。
The active actinic radiation used in the exposure step of the pattern forming method of the present invention includes far ultraviolet light having a wavelength of 250 nm or less, for example, vacuum ultraviolet light such as ArF excimer laser light. Note that an electron beam, EUV, X-ray, or the like can also be used.

【0044】また、所定のパターンの活性放射線を照射
する露光工程においては、通常ArFエキシマレーザ光
のような真空紫外光を予め準備された所定のマスクを介
して露光するか、レチクルを介して所定のパターンを形
成して露光する。この際、変形照明法や位相シフトマス
クに代表される周知の超解像技術を用いた場合に、より
高解像性のパターンが得られるので望ましい。
In the exposure step of irradiating a predetermined pattern of actinic radiation, vacuum ultraviolet light such as ArF excimer laser light is usually exposed through a predetermined mask prepared in advance, or a predetermined reticle is irradiated through a reticle. Is formed and exposed. At this time, it is desirable to use a well-known super-resolution technique typified by a modified illumination method or a phase shift mask because a pattern with higher resolution can be obtained.

【0045】本発明の現像工程で用いる水性アルカリ現
像液は、炭素数1から5のテトラアルキルアンモニウム
ヒドロキシド水溶液であることが望ましい。また、i線
及びg線レジスト、KrFエキシマレーザレジストの現
像に使われてきた汎用の2.38%のテトラメチルアン
モニウムヒドロキシド水溶液が適している。
The aqueous alkaline developer used in the developing step of the present invention is preferably an aqueous solution of a tetraalkylammonium hydroxide having 1 to 5 carbon atoms. Also, a general-purpose 2.38% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution used for developing i-line and g-line resists and KrF excimer laser resists is suitable.

【0046】本発明のパターン形成方法では、活性化学
線を照射する露光工程の後、水性アルカリ現像液を用い
て現像する工程の前に、塗膜を加熱する工程を含むこと
が望ましい。この塗膜を加熱する工程により、エノール
ラクトンが生成する酸触媒反応がより効率的に進行す
る。
The pattern forming method of the present invention preferably includes a step of heating the coating film after the exposure step of irradiating with actinic radiation and before the step of developing using an aqueous alkaline developer. By the step of heating the coating film, the acid-catalyzed reaction for producing enol lactone proceeds more efficiently.

【0047】本発明のパターン形成方法は、半導体装置
の製造に好適であることは勿論のこと、その他、例えば
液晶表示装置、プリント配線基板など高精細のパターン
形成を必要とする種々の電子部品や電子装置の製造工程
に適している。レジストパターンの代表的な適用例は、
基板を選択的にエッチングする際のマスクとして使用す
るものであるが、その他、基板へイオン打ち込みする際
のマスクとして、さらには基板からレジストパターンを
除去せずに例えば配線基板のソルダーレジストのように
基板上にレジストパターンを絶縁膜として積極的に残す
もの、また、レジスト(感光性組成物)に導電性を付与
することにより導体パターンとして形成するものなど種
々な用途が挙げられる。
The pattern forming method of the present invention is not only suitable for the manufacture of semiconductor devices, but also various other electronic components and the like, such as liquid crystal display devices and printed wiring boards, which require high-definition patterns. Suitable for electronic device manufacturing process. A typical application example of a resist pattern is
It is used as a mask when selectively etching the substrate, but also as a mask when implanting ions into the substrate, and further without removing the resist pattern from the substrate, for example, as a solder resist of a wiring substrate. There are various uses such as a method of positively leaving a resist pattern as an insulating film on a substrate and a method of forming a conductive pattern by imparting conductivity to a resist (photosensitive composition).

【0048】したがって、上記第2の目的を達成するた
めに、本発明の半導体装置の製造方法においては、前述
した本発明のパターン形成方法により半導体基板上にレ
ジストパターンを形成し、それをマスクとして、基板を
エッチング加工する工程か、もしくは基板にイオンを打
ち込む工程を含むようにしたものである。
Therefore, in order to achieve the second object, in the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a resist pattern is formed on a semiconductor substrate by the above-described pattern forming method of the present invention, and the resist pattern is used as a mask. And a step of etching the substrate or a step of implanting ions into the substrate.

【0049】すなわち、上記基板をエッチング加工する
工程を含む半導体装置の製造方法を例に説明すれば、半
導体基板上に形成した絶縁膜及び導体膜の少なくとも一
方にレジストパターンを形成する工程と、前記レジスト
パターンをマスクにして前記絶縁膜及び導体膜の少なく
とも一方を選択的にエッチングする工程とを有する半導
体装置の製造方法において、前記レジストパターンを形
成する工程を上記第1の目的を達成できるパターン形成
方法で構成することを特徴とする。
In other words, a method of manufacturing a semiconductor device including the step of etching the above substrate will be described as an example. A step of forming a resist pattern on at least one of an insulating film and a conductive film formed on a semiconductor substrate, Selectively etching at least one of the insulating film and the conductor film using a resist pattern as a mask, wherein the step of forming the resist pattern comprises forming a pattern capable of achieving the first object. It is characterized in that it is constituted by a method.

【0050】本発明の半導体の製造方法で用いられるエ
ッチング加工法としては、プラズマエッチング、反応性
イオンエッチング、反応性イオンエッチング、反応性イ
オンビームエッチング等の、いわゆるドライエッチング
法や、ウエットエッチング法が挙げられる。
Examples of the etching method used in the semiconductor manufacturing method of the present invention include a so-called dry etching method such as plasma etching, reactive ion etching, reactive ion etching, and reactive ion beam etching, and a wet etching method. No.

【0051】本発明の半導体装置の製造方法において加
工される基板としては、CVD法や熱酸化法で形成され
た二酸化珪素膜、塗布性ガラス膜などの酸化膜、あるい
は窒化珪素膜等の窒化膜が挙げられる。また、アルミニ
ウムやその合金、タングステンなどの各種金属膜、多結
晶シリコン等が挙げられる。
The substrate to be processed in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is an oxide film such as a silicon dioxide film or a coatable glass film formed by a CVD method or a thermal oxidation method, or a nitride film such as a silicon nitride film. Is mentioned. In addition, various metal films such as aluminum and its alloys, tungsten, and polycrystalline silicon can be used.

【0052】本発明の半導体装置の製造方法で作られる
素子、特にメモリ素子は、微細なパターン形成が可能で
あることから、その集積度を上げることができる。した
がって、素子を小さく作ることができるため、1枚のウ
エハから取れる素子の数が増えて、歩留まりが向上す
る。
An element, particularly a memory element, manufactured by the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention can form a fine pattern, so that the degree of integration can be increased. Therefore, since the elements can be made small, the number of elements that can be obtained from one wafer increases, and the yield improves.

【0053】[0053]

【発明の実施の形態】以下、本発明のパターン形成方法
及びそれを用いた半導体装置の製造方法に適用する感光
性組成物の主要成分となるケトカルボン酸構造を有する
化合物の合成例について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a synthesis example of a compound having a ketocarboxylic acid structure, which is a main component of a photosensitive composition applied to a pattern forming method of the present invention and a method of manufacturing a semiconductor device using the same, will be described.

【0054】〈合成例1〉δ−ケトカルボン酸構造を有
するポリマー(1d)の合成:この式(1d)で表せる
高分子化合物は、後述するように、その側鎖は式(2)
に属し、それをさらに具体化した式(3)で示した構造
のケトカルボン酸構造を有するものである。
<Synthesis Example 1> Synthesis of polymer (1d) having δ-ketocarboxylic acid structure: The polymer represented by the formula (1d) has a side chain of the formula (2) as described later.
Which further has a ketocarboxylic acid structure of the structure represented by the formula (3).

【0055】先ず、テストステロン9.6g、ジシクロ
へキシルカルボジイミド11.4g、4−ピロリジノピ
リジン0.53gをテトラヒドロフラン120gに溶解
し、そこへメタクリル酸4.6gを滴下した。
First, 9.6 g of testosterone, 11.4 g of dicyclohexylcarbodiimide and 0.53 g of 4-pyrrolidinopyridine were dissolved in 120 g of tetrahydrofuran, and 4.6 g of methacrylic acid was added dropwise thereto.

【0056】滴下後、室温で約4時間攪拌を行って反応
させた後、析出した塩であるジシクロヘキシルウレアを
ろ別し、ろ液にジエチルエーテル250mlを加えて、
そのろ液を5%酢酸水溶液100mlで2回洗浄、次い
で0.5N炭酸水素ナトリウム水溶液100mlで2回
洗浄、最後に水100mlで2回洗浄を行った後、溶液
を硫酸ナトリウムで乾燥した。
After the dropwise addition, the mixture was stirred and reacted at room temperature for about 4 hours. The precipitated salt, dicyclohexylurea, was separated by filtration, and 250 ml of diethyl ether was added to the filtrate.
The filtrate was washed twice with 100 ml of a 5% aqueous acetic acid solution, then twice with 100 ml of a 0.5N aqueous sodium hydrogen carbonate solution, and finally twice with 100 ml of water, and the solution was dried over sodium sulfate.

【0057】溶液を乾燥後、硫酸ナトリウムをろ別し、
溶液を減圧留去した。その後、酢酸エチルで再結晶を行
って、次式(1a)で示す8.4gのメタクリル酸テス
トステロンを得た(収率70%)。
After drying the solution, the sodium sulfate was filtered off,
The solution was distilled off under reduced pressure. Thereafter, recrystallization was performed with ethyl acetate to obtain 8.4 g of testosterone methacrylate represented by the following formula (1a) (yield: 70%).

【0058】[0058]

【化7】 Embedded image

【0059】次に、β−コレスタノール11.7g、ト
リエチルアミン4.1gをTHF100mlに溶解し、
窒素気流下、0℃でメタクリル酸クロリド4.2gのT
HF20ml溶液を滴下した。
Next, 11.7 g of β-cholestanol and 4.1 g of triethylamine were dissolved in 100 ml of THF.
Under a nitrogen stream at 0 ° C., 4.2 g of T
A 20 ml solution of HF was added dropwise.

【0060】滴下後、室温で数時間攪拌した後、トリエ
チルアミン塩酸塩をろ別した。ろ液にジエチルエーテル
200mlを加え、0.5N塩酸水溶液100mlで2
回洗浄、その後、0.5N炭酸水素ナトリウム水溶液1
00mlで2回洗浄、最後に水100mlで2回洗浄を
行った。
After the dropwise addition, the mixture was stirred at room temperature for several hours, and then triethylamine hydrochloride was filtered off. 200 ml of diethyl ether was added to the filtrate, and 100 ml of a 0.5N hydrochloric acid aqueous solution was added.
Washing, then 0.5N aqueous sodium hydrogen carbonate solution 1
Washing was performed twice with 00 ml and finally twice with 100 ml of water.

【0061】ろ液を硫酸ナトリウムで乾燥した後、硫酸
ナトリウムをろ別、溶媒を減圧留去した。その後、エタ
ノールで再結晶を行って、次式(1b)で示す8.2g
のメタクリル酸β−コレスタノールを得た(収率60
%)。
After the filtrate was dried over sodium sulfate, the sodium sulfate was filtered off and the solvent was distilled off under reduced pressure. Thereafter, recrystallization was performed with ethanol, and 8.2 g of the following formula (1b) was obtained.
Β-cholestanol methacrylate was obtained (yield: 60).
%).

【0062】[0062]

【化8】 Embedded image

【0063】次に、温度計、冷却管、窒素導入管をつけ
た300ml3つ口フラスコに、合成したメタクリル酸
テストステロン〔式(1a)〕5.3g、メタクリル酸
β−コレスタノール〔式(1b)〕6.9g、ジメチル
−2,2’−アゾビス(イソブチレート)0.73g、
テトラヒドロフラン150gを入れ、窒素を導入しなが
ら70℃で加熱環流して、7時間重合を行った。
Next, 5.3 g of the synthesized testosterone methacrylate [formula (1a)], β-cholestanol methacrylate [formula (1b)] were placed in a 300 ml three-necked flask equipped with a thermometer, a cooling tube, and a nitrogen inlet tube. 6.9 g, dimethyl-2,2'-azobis (isobutyrate) 0.73 g,
150 g of tetrahydrofuran was added, and the mixture was heated to reflux at 70 ° C. while introducing nitrogen to carry out polymerization for 7 hours.

【0064】重合後、n−ヘキサン1000mlへ溶液
を注ぎ、ポリマーを析出させ乾燥して次式(1c)で示
すメタクリル酸テストステロン−メタクリル酸β−コレ
スタノール共重合体を11.6g得た(収率95%)。
After the polymerization, the solution was poured into 1000 ml of n-hexane, and the polymer was precipitated and dried to obtain 11.6 g of testosterone methacrylate-β-cholestanol methacrylate copolymer represented by the following formula (1c). 95%).

【0065】[0065]

【化9】 Embedded image

【0066】また、ゲルパーミエーションクロマトグラ
フィー(GPC)によりテトラヒドロフラン中で、この
ポリマーのポリスチレン換算の分子量を調べたところ、
重量平均分子量が15、000数平均分子量が10,0
00であった。
Further, when the molecular weight of this polymer in terms of polystyrene was examined in tetrahydrofuran by gel permeation chromatography (GPC),
Weight average molecular weight of 15,000 Number average molecular weight of 10.0
00.

【0067】次に得られたポリマー〔式(1c)で示し
た〕をLemieux-von Rudloff酸化することにより、テス
トステロン構造の二重結合をδ−ケトカルボン酸構造に
変換した。
Next, the double bond of the testosterone structure was converted to a δ-ketocarboxylic acid structure by subjecting the obtained polymer [shown by the formula (1c)] to Lemieux-von Rudloff oxidation.

【0068】すなわち、500mlフラスコに式(1
c)で示したメタクリル酸テストステロン−メタクリル
酸β−コレスタノール共重合体10gとテトラヒドロフ
ラン150ml、t−ブタノール50mlを入れ、そこ
に2.5g炭酸カリウムを水30mlに溶かしたものを
加えた。
That is, the formula (1) is placed in a 500 ml flask.
10 g of testosterone methacrylate-β-cholestanol methacrylate copolymer, 150 ml of tetrahydrofuran and 50 ml of t-butanol shown in c) were added, and 2.5 g of potassium carbonate dissolved in 30 ml of water was added thereto.

【0069】別途、過ヨウ素酸ナトリウム18gを水1
60mlに溶かして、過ヨウ素酸ナトリウム水溶液を調
製し、そのうちの40mlを先のポリマー溶液に室温で
加えた。続いて別途調整した過マンガン酸カリウム0.
11gを水12mlに溶かしたもののうち、4mlを先
のポリマー溶液に室温で加えた。
Separately, 18 g of sodium periodate was added to water 1
The resultant was dissolved in 60 ml to prepare an aqueous solution of sodium periodate, and 40 ml of the solution was added to the above polymer solution at room temperature. Subsequently, separately adjusted potassium permanganate was added.
Of 11 g dissolved in 12 ml of water, 4 ml was added to the above polymer solution at room temperature.

【0070】次に残りの過ヨウ素酸ナトリウム水溶液の
うち60mlを約10分間で滴下し、さらにつづく30
分間で、残りの過ヨウ素酸ナトリウム水溶液60mlを
滴下した。なお、過ヨウ素酸ナトリウム水溶液を滴下す
る際に、時々、残りの過マンガン酸カリウム水溶液を加
えて、反応中のポリマー溶液が赤紫色を保つようにし
た。
Next, 60 ml of the remaining aqueous solution of sodium periodate was added dropwise over a period of about 10 minutes.
In a minute, 60 ml of the remaining aqueous solution of sodium periodate was added dropwise. When the aqueous solution of sodium periodate was added dropwise, the remaining aqueous solution of potassium permanganate was sometimes added so that the polymer solution during the reaction remained purple-red.

【0071】過ヨウ素酸ナトリウム水溶液を滴下後、室
温で数時間攪拌した後、氷冷して亜硫酸水素ナトリウム
水溶液を反応液が黄色になるまで加えた。さらにその溶
液に1N硫酸水溶液を加え、pH3程度の酸性にした。
この反応液にジエチルエーテルを加えて100mlで3
回抽出を行った後、エーテル溶液を5%炭酸水素ナトリ
ウム水溶液100mlで2回洗浄した。
After the aqueous sodium periodate solution was added dropwise, the mixture was stirred at room temperature for several hours, cooled with ice, and an aqueous sodium hydrogen sulfite solution was added until the reaction solution turned yellow. Further, a 1N aqueous solution of sulfuric acid was added to the solution to make the solution acidic to about pH 3.
Diethyl ether was added to the reaction solution, and 100 ml was added.
After performing the extraction twice, the ether solution was washed twice with 100 ml of a 5% aqueous sodium hydrogen carbonate solution.

【0072】エーテル溶液は、炭酸水素ナトリウム水溶
液で洗浄すると黄色から無色になった。エーテル溶液を
水100mlで3回洗浄した後、硫酸マグネシウムで溶
液を乾燥した。
When the ether solution was washed with an aqueous solution of sodium hydrogen carbonate, the color of the solution turned from yellow to colorless. After washing the ether solution three times with 100 ml of water, the solution was dried with magnesium sulfate.

【0073】乾燥後、硫酸マグネシウムをろ別し、溶媒
を減圧留去して100ml程度に濃縮した後、n−ヘキ
サン500mlへ注ぎ、沈殿したポリマーを乾燥して白
色粉末状のポリマー8.0gを得た。得られたポリマー
の構造は、種々の分析法から式(1c)のテストステロ
ンの二重結合が酸化されて開環し、次式(1d)で示す
δ−ケトカルボン酸構造になったポリマーであることが
わかった。
After drying, the magnesium sulfate was filtered off, the solvent was distilled off under reduced pressure and concentrated to about 100 ml, then poured into 500 ml of n-hexane, and the precipitated polymer was dried to obtain 8.0 g of a white powdery polymer. Obtained. According to various analytical methods, the obtained polymer has a structure in which the double bond of testosterone of the formula (1c) is oxidized and ring-opened to form a δ-ketocarboxylic acid structure represented by the following formula (1d). I understood.

【0074】[0074]

【化10】 Embedded image

【0075】得られたポリマー(1d)100重量部を
1−メトキシ−2−プロパノール600重量部に溶解
し、孔径0.2μmのフィルターで濾過した。それを回
転塗布し、100℃で2分間ベークしてポリマー膜を得
た。シリコン基板上に塗布した膜(膜厚400nm)を
テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(濃度
2.38重量%)に浸したところ、干渉色が変化しなが
ら2.0秒で溶け、残膜が0になった。また、溶解速度
モニターを用いて溶解を調べたところ、膨潤せずに溶解
していることがわかった。
100 parts by weight of the obtained polymer (1d) was dissolved in 600 parts by weight of 1-methoxy-2-propanol and filtered with a filter having a pore size of 0.2 μm. It was spin-coated and baked at 100 ° C. for 2 minutes to obtain a polymer film. When the film (thickness: 400 nm) applied on the silicon substrate was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (concentration: 2.38% by weight), the interference color changed and was dissolved in 2.0 seconds, and the remaining film became zero. became. When the dissolution was examined using a dissolution rate monitor, it was found that the dissolution was observed without swelling.

【0076】フッ化リチウム基板上に塗布した膜の吸収
スペクトルを、真空紫外分光装置(ARC社製)で測定
したところ、193nmの吸光度が、膜厚1.0μmで
0.25であり、吸収が小さいことがわかった。
When the absorption spectrum of the film coated on the lithium fluoride substrate was measured with a vacuum ultraviolet spectrometer (manufactured by ARC), the absorbance at 193 nm was 0.25 at a film thickness of 1.0 μm. It turned out to be small.

【0077】〈合成例2〉δ−ケトカルボン酸構造を有
する化合物(2b)の合成:この式(2b)で表した化
合物は、後述するように、式(3)に示した側鎖のケト
カルボン酸構造を有するもので、高分子化合物ではない
が露光により環状化して現像液に不溶化しパターンが形
成できるものである。
<Synthesis Example 2> Synthesis of compound (2b) having a δ-ketocarboxylic acid structure: The compound represented by the formula (2b) is a compound having a side chain ketocarboxylic acid represented by the formula (3), as described later. Although it has a structure, it is not a high molecular compound, but it can be circularized by exposure to light and insoluble in a developer to form a pattern.

【0078】上記合成例1で用いたメタクリル酸の代わ
りにデヒドロコール酸10.4gを用いてテストステロ
ン7.1gのエステル化を行い、次式(2a)に示すデ
ヒドロコール酸テストステロンエステルを13.0g得
た。
[0078] 7.1 g of testosterone was esterified using 10.4 g of dehydrocholic acid instead of methacrylic acid used in Synthesis Example 1 above, and 13.0 g of testosterone dehydrocholic acid represented by the following formula (2a) was obtained. Obtained.

【0079】[0079]

【化11】 Embedded image

【0080】得られたデヒドロコール酸テストステロン
エステル10.0gを用いて、合成例1中に示したLemi
eux-von Rudloff酸化を同様に行い、ジエチルエーテル
/n−へキサンで再沈殿する代わりに、ジエチルエーテ
ルを留去した後、エタノールで再結晶して、次式(2
b)に示すδ−ケトカルボン酸構造を有する化合物を
6.5g得た。
Using 10.0 g of the obtained testosterone dehydrocholate, Lemi shown in Synthesis Example 1 was used.
Eux-von Rudloff oxidation was similarly performed, and instead of reprecipitation with diethyl ether / n-hexane, diethyl ether was distilled off and recrystallized with ethanol to obtain the following formula (2)
6.5 g of a compound having a δ-ketocarboxylic acid structure shown in b) was obtained.

【0081】[0081]

【化12】 Embedded image

【0082】得られた化合物(2b)は分子量673の
低分子化合物であるが、化合物(2b)100重量部を
シクロヘキサノン700重量部に溶解し、孔径0.2μ
mのフィルターで濾過した後、回転塗布して80℃で2
分間ベークすることにより均一な塗膜を得ることができ
た。
The resulting compound (2b) is a low molecular weight compound having a molecular weight of 673. 100 parts by weight of the compound (2b) is dissolved in 700 parts by weight of cyclohexanone, and the compound having a pore size of 0.2 μm is obtained.
m, then spin-coated and dried at 80 ° C for 2 hours.
By baking for a minute, a uniform coating film could be obtained.

【0083】シリコン基板上に塗布した膜(膜厚300
nm)をテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液
(濃度0.113重量%)に浸したところ、干渉色が変
化しながら2.0秒で溶け、残膜が0になった。また、
溶解速度モニターを用いて溶解を調べたところ、膨潤せ
ずに溶解していることがわかった。
A film (thickness: 300) applied on a silicon substrate
nm) was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (concentration: 0.113% by weight) and melted in 2.0 seconds while the interference color changed, and the residual film became zero. Also,
When the dissolution was examined using a dissolution rate monitor, the dissolution was found to have occurred without swelling.

【0084】フッ化リチウム基板上に塗布した膜の吸収
スペクトルを、真空紫外分光装置(ARC社製)で測定
したところ、193nmの吸光度が、膜厚1.0μmで
0.20であり、吸収が小さいことがわかった。
When the absorption spectrum of the film coated on the lithium fluoride substrate was measured by a vacuum ultraviolet spectrometer (manufactured by ARC), the absorbance at 193 nm was 0.20 at a film thickness of 1.0 μm. It turned out to be small.

【0085】〈合成例3〉γ−ケトカルボン酸構造を有
するポリマー(3e)の合成:この式(3e)で表した
化合物は、後述するように、式(4)に示した側鎖のケ
トカルボン酸構造を有する高分子化合物である。
<Synthesis Example 3> Synthesis of polymer (3e) having a γ-ketocarboxylic acid structure: The compound represented by the formula (3e) is a compound having a side chain ketocarboxylic acid represented by the formula (4), as described later. It is a polymer compound having a structure.

【0086】合成例1のβ−コレスタノール〔式(1
b)で表示した〕の代わりに、エピアンドロステロン1
8.9gを用いて下記の式(3a)に示すメタクリル酸
エピアンドロステロンの合成を行った。エピアンドロス
テロンの量に合わせて、トリエチルアミン4.1g、メ
タクリル酸クロリド4.2gを用いた。組成物をテトラ
ヒドロフラン/n−ヘキサン混合溶媒で再結晶した結
果、メタクリル酸エピアンドロステロンを16.5g得
た(収率70%)。
The β-cholestanol of Synthesis Example 1 [formula (1)
b)) instead of epiandrosterone 1
Using 8.9 g, epiandrosterone methacrylate represented by the following formula (3a) was synthesized. 4.1 g of triethylamine and 4.2 g of methacrylic acid chloride were used in accordance with the amount of epiandrosterone. As a result of recrystallizing the composition with a mixed solvent of tetrahydrofuran / n-hexane, 16.5 g of epiandrosterone methacrylate was obtained (yield 70%).

【0087】[0087]

【化13】 Embedded image

【0088】水酸化カリウム存在下で乾燥し蒸留したピ
ロリジン3.6g、ここで合成した式(3a)のメタク
リル酸エピアンドロステロン15g、重合禁止剤として
t−ブチルカテコール0.1gを無水ベンゼンに溶解
し、窒素気流下で生成する水を除去しながら約5時間加
熱還流を行った。ベンゼン及び過剰のピロリジンを減圧
留去後、残留物をテトラヒドロフラン/n−ヘキサン混
合溶媒で再結晶して次式(3b)に示すエナミン14g
を得た(収率80%)。
3.6 g of pyrrolidine dried and distilled in the presence of potassium hydroxide, 15 g of epiandrosterone methacrylate of formula (3a) synthesized here, and 0.1 g of t-butylcatechol as a polymerization inhibitor were dissolved in anhydrous benzene. Then, the mixture was heated and refluxed for about 5 hours while removing water generated under a nitrogen stream. After distilling off benzene and excess pyrrolidine under reduced pressure, the residue was recrystallized with a mixed solvent of tetrahydrofuran / n-hexane to obtain 14 g of enamine represented by the following formula (3b).
Was obtained (80% yield).

【0089】[0089]

【化14】 Embedded image

【0090】窒素気流下、合成した式(3b)に示すエ
ナミン14gの乾燥メタノール溶液100mlにブロモ
酢酸エチル6.8g、重合禁止剤としてt−ブチルカテ
コール0.1gを加え、約8時間還流した。還流後、2
0mlの水を加えて、さらに1時間還流を行った。その
後、水200mlを加え、エチルエーテルで抽出を行
い、水洗後、エーテル層を無水硫酸マグネシウムで乾燥
し、溶媒を減圧留去した後、エタノールで再結晶して、
次式(3c)に示すγ−ケトエステル構造を有するメタ
クリル酸エステル化合物を9.0g得た(収率59
%)。
Under a nitrogen stream, 6.8 g of ethyl bromoacetate and 0.1 g of t-butylcatechol as a polymerization inhibitor were added to 100 ml of a dry methanol solution of 14 g of the enamine represented by the formula (3b), and the mixture was refluxed for about 8 hours. After reflux, 2
0 ml of water was added, and the mixture was further refluxed for 1 hour. Thereafter, 200 ml of water was added, and the mixture was extracted with ethyl ether. After washing with water, the ether layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was distilled off under reduced pressure.
9.0 g of a methacrylate compound having a γ-ketoester structure represented by the following formula (3c) was obtained (yield: 59).
%).

【0091】[0091]

【化15】 Embedded image

【0092】温度計、冷却管、窒素導入管をつけた30
0ml3つ口フラスコに、合成したγ−ケトエステル構
造を有する式(3c)に示すメタクリル酸エステル化合
物8.0g、合成例1の式(1b)に示したメタクリル
酸β−コレスタノール5.5g、ジメチル−2,2’−
アゾビス(イソブチレート)0.68g、テトラヒドロ
フラン150gを入れ、窒素を導入しながら70℃で加
熱環流して、7時間重合を行った。重合後、n−ヘキサ
ン1000mlへ溶液を注ぎ、ポリマーを析出させ乾燥
して次式(3d)に示すメタクリル酸エステル化合物
(3c)とメタクリル酸β−コレスタノール(1b)と
の共重合体を12.1g得た(収率90%)。
A thermometer, a cooling pipe, and a nitrogen introduction pipe were attached.
In a 0 ml three-necked flask, 8.0 g of the synthesized methacrylate compound represented by the formula (3c) having a γ-ketoester structure, 5.5 g of β-cholestanol methacrylate represented by the formula (1b) of Synthesis Example 1, dimethyl -2,2'-
0.68 g of azobis (isobutyrate) and 150 g of tetrahydrofuran were added, and the mixture was heated under reflux at 70 ° C. while introducing nitrogen to carry out polymerization for 7 hours. After the polymerization, the solution was poured into 1000 ml of n-hexane, the polymer was precipitated and dried, and a copolymer of methacrylic acid ester compound (3c) and β-cholestanol methacrylate (1b) represented by the following formula (3d) was added to 12 0.1 g (yield 90%).

【0093】[0093]

【化16】 Embedded image

【0094】また、ゲルパーミエーションクロマトグラ
フィー(GPC)によりテトラヒドロフラン中で、この
ポリマーのポリスチレン換算の分子量を調べたところ、
重量平均分子量が12、000数平均分子量が9,00
0であった。
Further, when the molecular weight of this polymer in terms of polystyrene was determined in gel permeation chromatography (GPC) in tetrahydrofuran,
Weight average molecular weight of 12,000 Number average molecular weight of 9000
It was 0.

【0095】得られた共重合体(3d)11gをテトラ
ヒドロフラン50mlに溶解し、そこへ0.1N水酸化
ナトリウム水溶液50mlをさらに加えて、3時間加熱
還流した。還流後、それに0.1N塩酸水溶液を徐々に
加えて弱酸性にした。この溶液に酢酸エチルを加えて抽
出を2回行い、得られた有機層を2回水洗した。洗浄
後、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥し、乾燥後、溶
媒を減圧留去して濃縮し、それをn−へキサン300m
lに再沈殿して、白色粉末状のポリマー9.5gを得
た。得られたポリマーの構造は、種々の分析法から次式
(3e)に示すγ−ケトカルボン酸構造を有するポリマ
ーであることがわかった。
11 g of the obtained copolymer (3d) was dissolved in 50 ml of tetrahydrofuran, 50 ml of a 0.1N aqueous sodium hydroxide solution was further added thereto, and the mixture was heated under reflux for 3 hours. After the reflux, a 0.1N aqueous hydrochloric acid solution was gradually added to the mixture to make it weakly acidic. Ethyl acetate was added to this solution and extraction was performed twice, and the obtained organic layer was washed twice with water. After washing, the organic layer was dried over anhydrous sodium sulfate, and after drying, the solvent was distilled off under reduced pressure and concentrated.
The precipitate was reprecipitated to give 9.5 g of a white powdery polymer. The structure of the obtained polymer was found from various analytical methods to be a polymer having a γ-ketocarboxylic acid structure represented by the following formula (3e).

【0096】[0096]

【化17】 Embedded image

【0097】得られたポリマー(3e)100重量部を
ジアセトンアルコール600重量部に溶解し、孔径0.
2μmのフィルターで濾過した。それを回転塗布し、1
00℃で2分間ベークしてポリマー膜を得た。シリコン
基板上に塗布した膜(膜厚450nm)をテトラメチル
アンモニウムヒドロキシド水溶液(濃度2.38重量
%)に浸したところ、干渉色が変化しながら3.0秒で
溶け、残膜が0になった。また、溶解速度モニターを用
いて溶解を調べたところ、膨潤せずに溶解していること
がわかった。
100 parts by weight of the obtained polymer (3e) was dissolved in 600 parts by weight of diacetone alcohol to obtain a polymer having a pore size of 0.
Filtered with a 2 μm filter. Spin it on, 1
Baking was performed at 00 ° C. for 2 minutes to obtain a polymer film. When the film (film thickness 450 nm) applied on the silicon substrate was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (concentration 2.38% by weight), the interference color changed and melted in 3.0 seconds, and the remaining film became zero. became. When the dissolution was examined using a dissolution rate monitor, it was found that the dissolution was observed without swelling.

【0098】フッ化リチウム基板上に塗布した膜の吸収
スペクトルを、真空紫外分光装置(ARC社製)で測定
したところ、193nmの吸光度が、膜厚1.0μmで
0.27であり、吸収が小さいことがわかった。
When the absorption spectrum of the film coated on the lithium fluoride substrate was measured with a vacuum ultraviolet spectrometer (manufactured by ARC), the absorbance at 193 nm was 0.27 at a film thickness of 1.0 μm. It turned out to be small.

【0099】〈合成例4〉γ−ケトカルボン酸構造を有
するポリマー(4d)の合成:この式(4d)で表せる
高分子化合物は、後述するように、その側鎖に式(1)
に示したγ−ケトカルボン酸構造を有するものである。
<Synthesis Example 4> Synthesis of polymer (4d) having γ-ketocarboxylic acid structure: As described later, the polymer represented by the formula (4d) has a side chain of the formula (1)
Which have the γ-ketocarboxylic acid structure shown in (1).

【0100】先ず、5−ノルボルネン−2−カルボン酸
20.7gを90%のギ酸40mlに溶解し、それに3
0%過酸化水素水溶液を加えて、50℃で2時間加熱し
た。加熱後、溶液を室温に冷却した後、炭酸水素ナトリ
ウム水溶液を加えてアルカリ性にしたのち、ジエチルエ
ーテルで2回抽出した。抽出後、有機層を2回水洗し、
無水硫酸ナトリウムで乾燥した。乾燥後、溶媒を減圧留
去し、酢酸エチル−ヘキサンで再結晶して、次式(4
a)に示すラクトンを15.2g得た(収率60%)。
First, 20.7 g of 5-norbornene-2-carboxylic acid was dissolved in 40 ml of 90% formic acid.
A 0% aqueous hydrogen peroxide solution was added, and the mixture was heated at 50 ° C. for 2 hours. After heating, the solution was cooled to room temperature, made alkaline by adding an aqueous solution of sodium hydrogen carbonate, and then extracted twice with diethyl ether. After extraction, the organic layer is washed twice with water,
Dry over anhydrous sodium sulfate. After drying, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was recrystallized from ethyl acetate-hexane.
15.2 g of the lactone shown in a) was obtained (60% yield).

【0101】[0101]

【化18】 Embedded image

【0102】得られたラクトン(4a)14gに、0.
5N水酸化ナトリウム水溶液170mlを加え、30分
間加熱する。冷却後、この溶液にフェノールフタレイン
溶液1滴を加え、過剰の塩基を0.6N塩酸水溶液で中
和する。この溶液に二酸化ルテニウム水和物0.16g
を加え、20℃に冷却し、激しくかき混ぜ、ヨウ素酸ナ
トリウム1.8gを15mlの水に溶かした溶液を加え
ると溶液は黄色に変化する。
To 14 g of the obtained lactone (4a), 0.
Add 170 ml of 5N aqueous sodium hydroxide solution and heat for 30 minutes. After cooling, one drop of phenolphthalein solution is added to this solution and the excess base is neutralized with 0.6N aqueous hydrochloric acid. 0.16 g of ruthenium dioxide hydrate was added to this solution.
, Cooled to 20 ° C., stirred vigorously, and added a solution of 1.8 g of sodium iodate in 15 ml of water, the solution turned yellow.

【0103】黒色の二酸化ルテニウムの沈殿が析出して
から、さらに同量の過ヨウ素酸ナトリウム溶液を追加す
る。溶液の黄色が消えなくなるまでこれを繰り返し、最
後に過剰の酸化剤を2−プロパノールで分解した後、反
応溶液を酸性にする。この反応溶液を酢酸エチルで5回
抽出し、抽出液を無水硫酸マグネシウムで中和し、溶媒
を減圧留去し、これをさらにアセトンで再結晶して、次
式(4b)に示すγ−ケトカルボン酸を13.8g得た
(収率90%)。
After the precipitation of black ruthenium dioxide precipitates, the same amount of sodium periodate solution is added. This is repeated until the yellow color of the solution does not disappear, and finally the excess oxidizing agent is decomposed with 2-propanol and the reaction solution is acidified. The reaction solution was extracted five times with ethyl acetate, the extract was neutralized with anhydrous magnesium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure, and this was further recrystallized with acetone to obtain a γ-ketocarbonate represented by the following formula (4b). 13.8 g of the acid was obtained (90% yield).

【0104】[0104]

【化19】 Embedded image

【0105】合成例1に示した式(1b)のメタクリル
酸β−コレスタノールと同様にして、β−コレスタノー
ルの代わりに合成したγ−ケト酸(4b)を用いて、次
式(4c)に示すγ−ケトカルボン酸構造を持つメタク
リル酸エステルを合成した(収率70%)。
In the same manner as in β-cholestanol methacrylate of the formula (1b) shown in Synthesis Example 1, using the synthesized γ-keto acid (4b) instead of β-cholestanol, the following formula (4c) A methacrylate having a γ-ketocarboxylic acid structure shown in (1) was synthesized (yield 70%).

【0106】[0106]

【化20】 Embedded image

【0107】温度計、冷却管、窒素導入管をつけた30
0ml3つ口フラスコに、合成したγ−ケト酸構造を持
つメタクリル酸エステル(4c)2.4g、メタクリル
酸β−コレスタノール(1b)10.7g、ジメチル−
2,2’−アゾビス(イソブチレート)0.72g、テ
トラヒドロフラン150gを入れ、窒素を導入しながら
70℃で加熱環流して、7時間重合を行った。重合後、
n−ヘキサン1000mlへ溶液を注ぎ、ポリマーを析
出させ乾燥して次式(4d)に示すγ−ケトカルボン酸
構造を有するポリマーを12.0g得た(収率92
%)。
A thermometer, a cooling pipe and a nitrogen introduction pipe were attached.
In a 0 ml three-necked flask, 2.4 g of the synthesized methacrylate (4c) having a γ-keto acid structure, 10.7 g of β-cholestanol methacrylate (1b), and dimethyl-
0.72 g of 2,2′-azobis (isobutyrate) and 150 g of tetrahydrofuran were added, and the mixture was refluxed at 70 ° C. while introducing nitrogen to carry out polymerization for 7 hours. After polymerization,
The solution was poured into 1000 ml of n-hexane, and the polymer was precipitated and dried to obtain 12.0 g of a polymer having a γ-ketocarboxylic acid structure represented by the following formula (4d) (yield: 92).
%).

【0108】[0108]

【化21】 Embedded image

【0109】また、ゲルパーミエーションクロマトグラ
フィー(GPC)によりテトラヒドロフラン中で、この
ポリマーのポリスチレン換算の分子量を調べたところ、
重量平均分子量が11、000数平均分子量が8,00
0であった。
Further, when the molecular weight of this polymer in terms of polystyrene was examined in tetrahydrofuran by gel permeation chromatography (GPC),
Weight average molecular weight of 11,000 Number average molecular weight of 8,000
It was 0.

【0110】得られたポリマー(4d)100重量部を
1−メトキシ−2−プロパノール600重量部に溶解
し、孔径0.2μmのフィルターで濾過した。それを回
転塗布し、100℃で2分間ベークしてポリマー膜を得
た。シリコン基板上に塗布した膜(膜厚430nm)を
テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(濃度
2.38重量%)に浸したところ、干渉色が変化しなが
ら2.7秒で溶け、残膜が0になった。また、溶解速度
モニターを用いて溶解を調べたところ、膨潤せずに溶解
していることがわかった。
100 parts by weight of the obtained polymer (4d) was dissolved in 600 parts by weight of 1-methoxy-2-propanol and filtered with a filter having a pore size of 0.2 μm. It was spin-coated and baked at 100 ° C. for 2 minutes to obtain a polymer film. When the film (430 nm in thickness) applied on the silicon substrate was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (concentration: 2.38% by weight), it melted in 2.7 seconds while the interference color changed, and the remaining film became zero. became. When the dissolution was examined using a dissolution rate monitor, it was found that the dissolution was observed without swelling.

【0111】フッ化リチウム基板上に塗布した膜の吸収
スペクトルを、真空紫外分光装置(ARC社製)で測定
したところ、193nmの吸光度が、膜厚1.0μmで
0.22であり、吸収が小さいことがわかった。
When the absorption spectrum of the film coated on the lithium fluoride substrate was measured with a vacuum ultraviolet spectrometer (manufactured by ARC), the absorbance at 193 nm was 0.22 at a film thickness of 1.0 μm, and the absorption was It turned out to be small.

【0112】[0112]

【実施例】〈実施例1〉合成例1で合成した式(1d)
のδ−ケトカルボン酸構造を有するポリマー100重量
部、酸発生剤トリフェニルスルホニウムトリフレート2
重量部、2−ベンジルピリジン0.01重量部を1−メ
トキシ−2−プロパノール600重量部に溶解し、孔径
0.20μmのテフロンフィルターを用いて、ろ過し、
感光性組成物を構成するレジスト溶液とした。
<Example 1> Formula (1d) synthesized in Synthesis Example 1
100 parts by weight of a polymer having a δ-ketocarboxylic acid structure, triphenylsulfonium triflate 2
Parts by weight, 0.01 parts by weight of 2-benzylpyridine was dissolved in 600 parts by weight of 1-methoxy-2-propanol, and filtered using a Teflon filter having a pore size of 0.20 μm,
This was used as a resist solution constituting the photosensitive composition.

【0113】ヘキサメチルジシラザンで処理したシリコ
ン基板上に、上記のレジスト溶液を回転塗布し、塗布後
100℃で2分間加熱処理して、膜厚0.35μmのレ
ジスト膜を形成した。この膜の吸収スペクトルを、紫外
可視分光光度計で測定したところ、波長193nmにお
ける光の透過率は60%であった。
The above-mentioned resist solution was spin-coated on a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane, and then heated at 100 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.35 μm. When the absorption spectrum of this film was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer, the light transmittance at a wavelength of 193 nm was 60%.

【0114】ArFエキシマレーザステッパー(ISI
Microstep、NA=0.60)を用いて、レ
ベンソン型の位相シフトマスクを介してこのレジスト膜
の露光をおこなった。露光後100℃で2分間露光後ベ
ークを行った。
ArF excimer laser stepper (ISI
The resist film was exposed to light through a Levenson-type phase shift mask using Microstep (NA = 0.60). After exposure, baking was performed at 100 ° C. for 2 minutes.

【0115】23℃のテトラメチルアンモニウムヒドロ
キシド水溶液(2.38重量%)にレジスト膜を浸漬し
たところ、膜の未露光部は5秒で溶解した。そこで現像
は、その2倍の時間の10秒間行い、続いて15秒間純
水でリンスした。その結果、露光量25mJ/cm
2で、ネガ型の0.12μmラインアンドスペースパタ
ーンが得られた。
When the resist film was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (2.38% by weight) at 23 ° C., the unexposed portion of the film was dissolved in 5 seconds. Therefore, development was performed twice as long as that for 10 seconds, followed by rinsing with pure water for 15 seconds. As a result, the exposure amount was 25 mJ / cm
2 , a negative 0.12 μm line and space pattern was obtained.

【0116】この際、パターンの膨潤は見られなかっ
た。なお、得られたパターンのついた基板を、テトラヒ
ドロフランに浸漬したところ、パターンは瞬時に溶解
し、架橋が起きていないことがわかった。
At this time, no swelling of the pattern was observed. When the obtained substrate with the pattern was immersed in tetrahydrofuran, the pattern was instantaneously dissolved, and it was found that no cross-linking had occurred.

【0117】すなわち、このことから露光により現像液
に不溶となったパターンの形成は、式(1d)のδ−ケ
トカルボン酸構造を有するポリマーの側鎖に存在するカ
ルボキシル基とケトンが酸発生剤から生じた酸により分
子内でエステル化反応が起って、δ−ケトカルボン酸構
造がエノール−δ−ラクトン構造に変化し、現像液に対
して不溶となったものであり、高分子間の架橋反応によ
るものではないことがわかる。
That is, the formation of the pattern which became insoluble in the developing solution due to the exposure can be achieved by converting the carboxyl group and ketone present in the side chain of the polymer having the δ-ketocarboxylic acid structure of the formula (1d) from the acid generator. An esterification reaction occurs in the molecule due to the generated acid, and the δ-ketocarboxylic acid structure is changed to an enol-δ-lactone structure, which is insoluble in a developing solution. It is understood that it is not due to.

【0118】また、このレジスト溶液は、室温(23
℃)で7日間保存しても感度、解像度に変化がなく、保
存安定性が良いことがわかった。
This resist solution was heated at room temperature (23 ° C.).
° C) for 7 days, there was no change in sensitivity and resolution, indicating good storage stability.

【0119】さらに上記のレジスト膜について、CHF
3ガスを用いて平行平板型の反応性イオンエッチング装
置により、エッチングを行った。条件は、CHF3流量
35sccm、ガス圧10mTorr、RFバイアスパワー 15
0Wを用いた。その結果、このレジストのエッチレート
は、市販のノボラック樹脂を1.0とした場合に、1.
18であり、ドライエッチング耐性が高いことがわかっ
た。
Further, regarding the above resist film, CHF
Etching was performed using a parallel plate type reactive ion etching apparatus using three gases. The conditions were: CHF 3 flow rate 35 sccm, gas pressure 10 mTorr, RF bias power 15
0 W was used. As a result, the etch rate of this resist was 1. when the commercially available novolak resin was 1.0.
18, indicating that the dry etching resistance was high.

【0120】NaCl板上に塗布した上記レジストに、
同様にArFエキシマ光を25mJ/cm2照射し、露光
前および露光後ベーク後の赤外吸収スペクトルをパーキ
ンエルマー社製FT−1720Xにより測定した。その
結果、露光後ベーク後にカルボン酸に起因する3466
cm-1付近のピークが大きく減少していることがわかっ
た。また、ラクトンに起因する1712cm-1のピーク
が増加していることがわかった。
[0120] The above resist applied on the NaCl plate was
Similarly, ArF excimer light was irradiated at 25 mJ / cm 2 , and the infrared absorption spectra before and after baking after exposure were measured by FT-1720X manufactured by Perkin Elmer. As a result, 3466 caused by carboxylic acid after post-exposure bake
It was found that the peak around cm -1 was greatly reduced. It was also found that the peak at 1712 cm -1 due to lactone had increased.

【0121】レジスト膜は初めδ−ケトカルボン酸構造
を有するポリマー(1d)の構造であり、そのカルボン
酸により現像液(アルカリ)に可溶であった。ArFエ
キシマレーザ露光により、酸発生剤トリフェニルスルホ
ニウムトリフレートからトリフルオロメタンスルホン酸
が発生した。露光後ベーク中にその酸を触媒として、ポ
リマー中のδ―ヒドロキシカルボン酸の構造が分子内脱
水してエステル化して、エノール−δ−ラクトンの構造
を生じた。その結果、露光部がアルカリ現像液に不溶と
なり、ネガ型のパターンが形成された。この際のネガ化
の機構は架橋反応ではなく、ラクトン化によるカルボン
酸の量の大幅な減少であるために膨潤が避けられ微細パ
ターンが形成できた。
The resist film initially had a structure of the polymer (1d) having a δ-ketocarboxylic acid structure, and was soluble in a developing solution (alkali) by the carboxylic acid. ArF excimer laser exposure generated trifluoromethanesulfonic acid from the acid generator triphenylsulfonium triflate. During the post-exposure bake, using the acid as a catalyst, the structure of the δ-hydroxycarboxylic acid in the polymer was intramolecularly dehydrated and esterified to give an enol-δ-lactone structure. As a result, the exposed portion became insoluble in the alkali developing solution, and a negative pattern was formed. The mechanism of the negative conversion at this time was not a crosslinking reaction but a large decrease in the amount of the carboxylic acid due to lactonization, so that swelling was avoided and a fine pattern could be formed.

【0122】〈実施例2〉実施例1で用いた式(1d)
に示すδ−ケトカルボン酸構造を有するポリマーの代わ
りに、合成例2で合成した式(2b)に示すδ−ケトカ
ルボン酸構造を有する化合物を100重量部、酸発生剤
2重量部、テトラペンチルアンモニウムクロリド0.0
1重量部をシクロヘキサノン600重量部に溶解し、孔
径0.20μmのテフロンフィルターを用いてろ過し、
感光性組成物を構成するレジスト溶液とした。
<Embodiment 2> Equation (1d) used in Embodiment 1
100 parts by weight of a compound having a δ-ketocarboxylic acid structure represented by the formula (2b) synthesized in Synthesis Example 2 instead of the polymer having a δ-ketocarboxylic acid structure shown in Chemical Formula 2, 2 parts by weight of an acid generator, and tetrapentylammonium chloride 0.0
1 part by weight was dissolved in 600 parts by weight of cyclohexanone, and filtered using a Teflon filter having a pore size of 0.20 μm,
This was used as a resist solution constituting the photosensitive composition.

【0123】実施例1と同様にヘキサメチルジシラザン
で処理したシリコン基板上に、上記のレジスト溶液を回
転塗布し、塗布後100℃で2分間加熱処理して、膜厚
0.30μmのレジスト膜を形成した。この膜の吸収ス
ペクトルを、紫外可視分光光度計で測定したところ、波
長193nmの透過率は65%であった。
The resist solution described above was spin-coated on a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane in the same manner as in Example 1, and after the coating, heat-treated at 100 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.30 μm. Was formed. When the absorption spectrum of this film was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer, the transmittance at a wavelength of 193 nm was 65%.

【0124】実施例1と同様にArFエキシマレーザス
テッパによりクロムマスクを介して、露光を行い、その
後100℃で2分間露光後ベークを行った。23℃のテ
トラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(0.11
3重量%)にレジスト膜を浸漬したところ、膜の未露光
部は3.0秒で溶解した。そこで現像は、その約3倍の
時間の10秒間行い、続けて10秒間純水でリンスし
た。その結果、露光量30mJ/cm2で、ネガ型の
0.19μmラインアンドスペースパターンが得られ
た。この際、パターンの膨潤は見られなかった。
Exposure was carried out through a chromium mask using an ArF excimer laser stepper in the same manner as in Example 1, followed by baking after exposure at 100 ° C. for 2 minutes. 23 ° C. tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (0.11
(3% by weight), the unexposed portion of the film dissolved in 3.0 seconds. Therefore, the development was carried out for about 10 times, which is about three times as long as that, followed by rinsing with pure water for 10 seconds. As a result, a negative 0.19 μm line and space pattern was obtained at an exposure dose of 30 mJ / cm 2 . At this time, no swelling of the pattern was observed.

【0125】式(2b)に示すδ−ケトカルボン酸構造
を有する化合物は、合成例2で示したように分子量67
3の低分子化合物であるが、露光後のレジストパターン
は、実施例1と同様に、δ−ケトカルボン酸構造を有す
る化合物が、分子内のカルボキシル基とケトンとのエス
テル化反応のよりエノール−δ−ラクトン構造に変化し
てアルカリ現像液に不溶となったものである。
The compound having a δ-ketocarboxylic acid structure represented by the formula (2b) has a molecular weight of 67 as shown in Synthesis Example 2.
3, the resist pattern after the exposure was the same as in Example 1, except that the compound having a δ-ketocarboxylic acid structure was converted from the enol-δ by the esterification reaction between a carboxyl group in the molecule and a ketone. -A lactone structure which has become insoluble in an alkaline developer.

【0126】さらに、上記レジスト膜について、実施例
1の条件でエッチングを行った。その結果、このレジス
トのエッチレートは、市販のノボラック樹脂の塗膜のエ
ッチングレートを1.0としたときに、1.25であり
ドライエッチング耐性が高いことがわかった。
Further, the above resist film was etched under the conditions of Example 1. As a result, the etch rate of this resist was 1.25, assuming that the etching rate of a commercially available novolak resin coating film was 1.0, indicating that the dry etching resistance was high.

【0127】〈実施例3〉合成例1で合成した式(1
d)に示すδ−ケトカルボン酸構造を有するポリマーを
100重量部、合成例2で合成した式(2b)に示すδ
−ケトカルボン酸構造を有する化合物30重量部、酸発
生剤トリフェニルスルホニウムノナフレート3重量部、
ヨウ化テトラメチルアンモニウム0.015重量部をジ
アセトンアルコール600重量部に溶解し、孔径0.2
0μmのテフロンフィルターを用いてろ過し、感光性組
成物を構成するレジスト溶液とした。
Example 3 Formula (1) synthesized in Synthesis Example 1
100 parts by weight of the polymer having a δ-ketocarboxylic acid structure shown in d), and δ shown in the formula (2b) synthesized in Synthesis Example 2
30 parts by weight of a compound having a ketocarboxylic acid structure, 3 parts by weight of an acid generator triphenylsulfonium nonaflate,
Dissolve 0.015 parts by weight of tetramethylammonium iodide in 600 parts by weight of diacetone alcohol,
The solution was filtered using a 0 μm Teflon filter to obtain a resist solution constituting the photosensitive composition.

【0128】実施例1と同様にヘキサメチルジシラザン
で処理したシリコン基板上に、上記のレジスト溶液を回
転塗布し、塗布後100℃で2分間加熱処理して、膜厚
0.38μmのレジスト膜を形成した。この膜の吸収ス
ペクトルを、紫外可視分光光度計で測定したところ、波
長193nmの透過率は62%であった。
The resist solution described above was spin-coated on a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane in the same manner as in Example 1, and then heated at 100 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.38 μm. Was formed. When the absorption spectrum of this film was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer, the transmittance at a wavelength of 193 nm was 62%.

【0129】実施例1と同様に位相シフトマスクを通じ
てArFエキシマレーザステッパで露光し、その後10
0℃で2分間露光後ベークを行った。23℃のテトラメ
チルアンモニウムヒドロキシド水溶液(2.38重量
%)にレジスト膜を浸漬したところ、膜の未露光部は
4.0秒で溶解した。そこで現像は、その2倍の時間の
8秒間行い、続けて10秒間純水でリンスした。その結
果、露光量28mJ/cm2で、ネガ型の0.12μm
ラインアンドスペースパターンが得られた。この際、パ
ターンの膨潤は見られなかった。
As in the case of the first embodiment, exposure is performed by an ArF excimer laser stepper through a phase shift mask.
A post-exposure bake was performed at 0 ° C. for 2 minutes. When the resist film was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (2.38% by weight) at 23 ° C., the unexposed portion of the film was dissolved in 4.0 seconds. Therefore, development was carried out for 8 seconds, twice as long, followed by rinsing with pure water for 10 seconds. As a result, at a light exposure of 28 mJ / cm 2 , a negative 0.12 μm
A line and space pattern was obtained. At this time, no swelling of the pattern was observed.

【0130】また、このレジスト膜をKrFエキシマレ
ーザステッパー(NA=0.45)を用いて、レベンソ
ン型の位相シフトマスクを介して露光をおこなった。露
光後ベークを100℃で2分間行った後、23℃のテト
ラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(2.38重
量%)にレジスト膜を浸漬したところ、膜の未露光部は
4.0秒で溶解した。
The resist film was exposed through a Levenson-type phase shift mask using a KrF excimer laser stepper (NA = 0.45). After baking at 100 ° C. for 2 minutes after exposure, when the resist film was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (2.38% by weight) at 23 ° C., the unexposed portion of the film dissolved in 4.0 seconds. .

【0131】そこで現像は、その2倍の時間の8秒間行
い、続けて10秒間純水でリンスした。その結果、露光
量50mJ/cm2で、ネガ型の0.18μmラインア
ンドスペースパターンが得られた。この際、パターンの
膨潤は見られなかった。また、このレジスト溶液は、室
温(23℃)で7日間保存しても感度、解像度に変化が
なく、保存安定性が良いことがわかった。
Therefore, the development was performed twice as long as that for 8 seconds, followed by rinsing with pure water for 10 seconds. As a result, a negative 0.18 μm line and space pattern was obtained at an exposure dose of 50 mJ / cm 2. At this time, no swelling of the pattern was observed. This resist solution showed no change in sensitivity and resolution even when stored at room temperature (23 ° C.) for 7 days, indicating that storage stability was good.

【0132】さらに上記レジスト膜について、実施例1
の条件でエッチングを行った。その結果、このレジスト
のエッチレートは、市販のノボラック樹脂の塗膜のエッ
チングレートを1.0としたときに、1.23でありド
ライエッチング耐性が高いことがわかった。
Further, with respect to the above resist film, Example 1
Etching was performed under the following conditions. As a result, the etch rate of this resist was 1.23 when the etching rate of a commercially available novolak resin coating film was 1.0, indicating that the dry etching resistance was high.

【0133】〈実施例4〉合成例1で合成したγ−ケト
カルボン酸構造を有するポリマー(3e)を100重量
部、酸発生剤トリフルオロメタンスルホニルオキシスク
シイミド3重量部,1,3,4,6−テトラキス(メト
キシメチル)グルコルウリル10重量部をジアセトンア
ルコール600重量部に溶解し、孔径0.20μmのテ
フロンフィルターを用いてろ過し、感光性組成物を構成
するレジスト溶液とした。
Example 4 100 parts by weight of the polymer having a γ-ketocarboxylic acid structure (3e) synthesized in Synthesis Example 1, 3 parts by weight of an acid generator trifluoromethanesulfonyloxysuccinimide, 1,3,4, 10 parts by weight of 6-tetrakis (methoxymethyl) glucoururil was dissolved in 600 parts by weight of diacetone alcohol, and filtered using a Teflon filter having a pore size of 0.20 μm to obtain a resist solution constituting a photosensitive composition.

【0134】実施例1と同様にヘキサメチルジシラザン
で処理したシリコン基板上に、上記のレジスト溶液を回
転塗布し、塗布後100℃で2分間加熱処理して、膜厚
0.30μmのレジスト膜を形成した。この膜の吸収ス
ペクトルを、紫外可視分光光度計で測定したところ、1
93nmの透過率は60%であった。
On a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane in the same manner as in Example 1, the above resist solution was spin-coated, and after coating, heat-treated at 100 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.30 μm. Was formed. The absorption spectrum of this film was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer.
The transmittance at 93 nm was 60%.

【0135】実施例1と同様に位相シフトマスクを通じ
てArFエキシマレーザステッパで露光し、その後10
0℃で2分間露光後ベークを行った。23℃のテトラメ
チルアンモニウムヒドロキシド水溶液(2.38重量
%)にレジスト膜を浸漬したところ、膜の未露光部は
5.0秒で溶解した。そこで現像は、その2倍の時間の
10秒間行い、続けて10秒間純水でリンスした。
Exposure was performed with an ArF excimer laser stepper through a phase shift mask as in the first embodiment.
A post-exposure bake was performed at 0 ° C. for 2 minutes. When the resist film was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (2.38% by weight) at 23 ° C., the unexposed portion of the film dissolved in 5.0 seconds. Therefore, the development was performed twice as long as that for 10 seconds, followed by rinsing with pure water for 10 seconds.

【0136】その結果、露光量35mJ/cm2で、ネ
ガ型の0.12μmラインアンドスペースパターンが得
られた。この際、パターンの膨潤は見られなかった。ま
た、このレジスト溶液は、室温(23℃)で7日間保存
しても感度、解像度に変化がなく、保存安定性が良いこ
とがわかった。
As a result, a negative 0.12 μm line and space pattern was obtained at an exposure amount of 35 mJ / cm 2 . At this time, no swelling of the pattern was observed. This resist solution showed no change in sensitivity and resolution even when stored at room temperature (23 ° C.) for 7 days, indicating that storage stability was good.

【0137】さらに上記レジスト膜について、実施例1
の条件でエッチングを行った。その結果、このレジスト
のエッチレートは,市販のノボラック樹脂の塗膜のエッ
チングレートを1.0としたときに,1.12でありド
ライエッチング耐性が高いことがわかった。
Further, with respect to the above resist film, Example 1
Etching was performed under the following conditions. As a result, the etch rate of this resist was 1.12 when the etching rate of the coating film of a commercially available novolak resin was 1.0, indicating that the dry etching resistance was high.

【0138】〈実施例5〉合成例4で合成した式(4
d)に示すγ−ケトカルボン酸構造を有するポリマーを
100重量部、酸発生剤ジメチルフェニルスルホニウム
トリフレート3重量部、ヨウ化テトラエチルホスホニウ
ム0.015重量部を1−メトキシ−2−プロパノール
600重量部に溶解し、孔径0.20μmのテフロンフ
ィルターを用いてろ過し、感光性組成物を構成するレジ
スト溶液とした。
Example 5 Formula (4) synthesized in Synthesis Example 4
100 parts by weight of the polymer having a γ-ketocarboxylic acid structure shown in d), 3 parts by weight of an acid generator, dimethylphenylsulfonium triflate, and 0.015 parts by weight of tetraethylphosphonium iodide were added to 600 parts by weight of 1-methoxy-2-propanol. After dissolution, the solution was filtered using a Teflon filter having a pore size of 0.20 μm to obtain a resist solution constituting the photosensitive composition.

【0139】実施例1と同様にヘキサメチルジシラザン
で処理したシリコン基板上に、上記のレジスト溶液を回
転塗布し、塗布後90℃で2分間加熱処理して、膜厚
0.33μmのレジスト膜を形成した。この膜の吸収ス
ペクトルを、紫外可視分光光度計で測定したところ、波
長193nmの透過率は62%であった。
On a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane in the same manner as in Example 1, the above-mentioned resist solution was spin-coated, followed by heating at 90 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.33 μm. Was formed. When the absorption spectrum of this film was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer, the transmittance at a wavelength of 193 nm was 62%.

【0140】実施例1と同様に位相シフトマスクを通じ
てArFエキシマレーザステッパで露光し、その後10
0℃で2分間露光後ベークを行った。23℃のテトラメ
チルアンモニウムヒドロキシド水溶液(2.38重量
%)にレジスト膜を浸漬したところ、膜の未露光部は
4.0秒で溶解した。
Exposure was performed with an ArF excimer laser stepper through a phase shift mask as in the first embodiment.
A post-exposure bake was performed at 0 ° C. for 2 minutes. When the resist film was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (2.38% by weight) at 23 ° C., the unexposed portion of the film was dissolved in 4.0 seconds.

【0141】そこで現像は、その2.5倍の時間の10
秒間行い、続けて10秒間純水でリンスした。その結
果、露光量27mJ/cm2で、ネガ型の0.12μm
ラインアンドスペースパターンが得られた。この際、パ
ターンの膨潤は見られなかった。
Therefore, development is performed for 2.5 times as long as 10 times.
After that, the sample was rinsed with pure water for 10 seconds. As a result, at an exposure amount of 27 mJ / cm 2 , a negative 0.12 μm
A line and space pattern was obtained. At this time, no swelling of the pattern was observed.

【0142】また、このレジスト膜を加速電圧50kV
の電子線描画装置を用いて、ラインアンドスペースパタ
ーンの露光を行った。露光後ベーク、現像はArFエキ
シマレーザ露光と同じ条件を用いたところ、露光量20
μC/cm2で、ネガ型の0.13μmラインアンドス
ペースパターンが得られた。この際、パターンの膨潤は
見られなかった。
This resist film was subjected to an acceleration voltage of 50 kV.
The exposure of the line-and-space pattern was performed using the electron beam lithography apparatus. Baking and development after exposure were performed under the same conditions as in the ArF excimer laser exposure.
At μC / cm 2 , a negative 0.13 μm line and space pattern was obtained. At this time, no swelling of the pattern was observed.

【0143】さらに上記レジスト膜について、実施例1
の条件でエッチングを行った。その結果、このレジスト
のエッチレートは、市販のノボラック樹脂の塗膜のエッ
チングレートを1.0としたときに、1.18であり、
ドライエッチング耐性が高いことがわかった。
Further, with respect to the above resist film, Example 1
Etching was performed under the following conditions. As a result, the etch rate of this resist was 1.18, when the etching rate of a commercially available novolak resin coating film was 1.0,
It was found that the dry etching resistance was high.

【0144】〈実施例6〉この実施例は、半導体装置の
製造工程におけるパターン形成工程に本発明を適用した
一例を示すものである。以下、図面にしたがって、具体
的に説明する。
<Embodiment 6> This embodiment shows an example in which the present invention is applied to a pattern forming step in a semiconductor device manufacturing process. Hereinafter, a specific description will be given with reference to the drawings.

【0145】図1は、周知のMOS(金属−酸化物−半
導体)型トランジスタの断面図を示す。同トランジスタ
は、ゲート電極18に印加する電圧により、ソース電極
16及びドレイン電極17間に流れるドレイン電流を制
御する構造となっている。
FIG. 1 is a sectional view of a well-known MOS (metal-oxide-semiconductor) transistor. The transistor has a structure in which a drain current flowing between the source electrode 16 and the drain electrode 17 is controlled by a voltage applied to the gate electrode 18.

【0146】ここでこのような構造を作る工程は、十数
工程からなるが、それらを大きく分けるとフィールド酸
化膜12を形成するまでの工程と、多結晶シリコンによ
るシリコンゲート15を形成するまでの工程と、最終工
程の3つにグループわけすることができる。
Here, the process of forming such a structure is comprised of more than a dozen processes, which can be roughly divided into a process up to the formation of the field oxide film 12 and a process up to the formation of the silicon gate 15 of polycrystalline silicon. The process can be grouped into three processes, a final process and a final process.

【0147】ここで、はじめのフィールド酸化膜12を
形成するまでの工程には、窒化シリコン膜上でレジスト
パターンを形成する工程が含まれる。このフィールド酸
化膜12の形成工程及びその後のシリコンゲート15の
形成工程の説明を主体に、図2の工程図にしたがって順
次説明する。
Here, the steps up to the formation of the first field oxide film 12 include the step of forming a resist pattern on the silicon nitride film. The process of forming the field oxide film 12 and the subsequent process of forming the silicon gate 15 will be mainly described with reference to the process chart of FIG.

【0148】図2は、本発明のパターン形成方法を用い
たフィールド酸化膜、及びシリコンゲートの形成工程を
示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a step of forming a field oxide film and a silicon gate using the pattern forming method of the present invention.

【0149】図2(a)に示すように、p型シリコンウ
エハ21上に50nmの酸化膜22を形成し、その上に
プラズマCVDにより、200nmの窒化シリコン膜2
3を形成し基板とする。
As shown in FIG. 2A, a 50 nm oxide film 22 is formed on a p-type silicon wafer 21 and a 200 nm silicon nitride film 2 is formed thereon by plasma CVD.
3 is formed as a substrate.

【0150】図2(b)に示すように、この基板に、実
施例3に示したレジスト溶液(感光性組成物)及びパタ
ーン形成方法により0.30μmラインのレジストパタ
ーン24の形成を行う。
As shown in FIG. 2B, a resist pattern 24 having a 0.30 μm line is formed on the substrate by the resist solution (photosensitive composition) and the pattern forming method shown in Example 3.

【0151】図2(c)に示すように、このレジストパ
ターン24をマスクとして、周知の方法で窒化シリコン
膜23をエッチングした後、このレジスト24を再びマ
スクにして、チャンネルストッパのためのホウ素のイオ
ン打ち込みを行う(図面省略)。
As shown in FIG. 2C, using the resist pattern 24 as a mask, the silicon nitride film 23 is etched by a well-known method. Perform ion implantation (illustration omitted).

【0152】図2(d)に示すようにレジスト24を剥
離後、図2(e)に示すように窒化シリコン膜23をマ
スクとする選択酸化により、素子分離領域に1.2μm
のフィールド酸化膜25を形成する。このとき窒化シリ
コン膜23上にも酸化膜25´が形成する。
After the resist 24 is stripped off as shown in FIG. 2D, as shown in FIG. 2E, a selective oxidation using the silicon nitride film 23 as a mask causes the element isolation region to have a thickness of 1.2 μm.
Of the field oxide film 25 is formed. At this time, an oxide film 25 'is also formed on the silicon nitride film 23.

【0153】このあと周知の方法に従い、ゲート形成の
工程と、最終工程を行った。すなわち、図2(f)に示
すように、窒化シリコン膜23をエッチング後、ゲート
領域を酸化し(図面省略)、多結晶シリコン26の成長
を行う。
Thereafter, a gate forming step and a final step were performed according to a known method. That is, as shown in FIG. 2F, after etching the silicon nitride film 23, the gate region is oxidized (not shown), and the polycrystalline silicon 26 is grown.

【0154】図2(g)に示すように、この基板に、実
施例1に示したレジスト溶液(感光性組成物)及びパタ
ーン形成方法を用いて、0.12μmラインのレジスト
パターン27の形成を行う。
As shown in FIG. 2G, a resist pattern 27 of 0.12 μm line was formed on this substrate by using the resist solution (photosensitive composition) and the pattern forming method shown in Example 1. Do.

【0155】図2(h)に示すように、このレジストパ
ターン27をマスクとして、周知の方法で多結晶シリコ
ン26のエッチングを行い、シリコンゲート28を形成
する。
As shown in FIG. 2H, using the resist pattern 27 as a mask, the polysilicon 26 is etched by a known method to form a silicon gate 28.

【0156】このあと、図面は省略したが周知の工程に
したがって、ソース、ドレイン領域の薄い酸化膜をエッ
チングし、ついで多結晶シリコンゲート28とソース、
ドレインにヒ素を拡散し、多結晶シリコンゲートとソー
ス、ドレイン領域に酸化膜を形成する。ゲート、ソー
ス、ドレインへのアルミニウム配線のためのコンタクト
を開口し、アルミニウム蒸着とパターンニングを行い、
さらに保護膜を形成し、ボンディングのためのパッドを
開講する。このようにして図1のようなMOS型トラン
ジスタを形成した。
Thereafter, a thin oxide film in the source and drain regions is etched in accordance with a well-known process (not shown), and then a polycrystalline silicon gate 28 and a source and a drain are formed.
Arsenic is diffused into the drain, and an oxide film is formed in the polycrystalline silicon gate and the source and drain regions. Open contacts for aluminum wiring to gate, source, drain, perform aluminum deposition and patterning,
Further, a protective film is formed, and a pad for bonding is opened. Thus, a MOS transistor as shown in FIG. 1 was formed.

【0157】ここではMOS型トランジスタ製造工程
の、特にフィールド酸化膜の形成工程及びシリコンゲー
トの形成工程に、本発明のパターン形成を適用した例に
ついて記述したが、本発明はこれに限らないのは言うま
でもなく、他の半導体素子の製造方法、工程に適用でき
ることは言うまでもない。
Here, an example is described in which the pattern formation of the present invention is applied to the MOS transistor manufacturing process, in particular, the field oxide film forming process and the silicon gate forming process. However, the present invention is not limited to this. It goes without saying that the present invention can be applied to other semiconductor element manufacturing methods and processes.

【0158】〈実施例7〉上記実施例1〜5のいずれか
に示したパターン形成方法を使って半導体メモリ素子を
作製した。以下、図3に示した断面工程図にしたがって
説明する。図3は素子の製造の主な工程を示す断面図で
ある。
Example 7 A semiconductor memory device was manufactured by using the pattern forming method shown in any one of Examples 1 to 5. Hereinafter, description will be made with reference to the cross-sectional process diagram shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing main steps of manufacturing the device.

【0159】図3(a)に示すように、P型のSi半導体
31を基板に用い、その表面に周知の素子分離技術を用
い素子分離領域32を形成する。次に、例えば厚さ15
0nmの多結晶Siと厚さ200nmのSiO2を積層
した構造のワード線33を形成し、さらに化学気相成長
法を用いて例えば150nmのSiO2を被着し、異方
的に加工してワード線33の側壁にSiO2のサイドス
ペーサ34を形成する。次いで、通常の方法でn拡散層
35を形成する。
As shown in FIG. 3A, a P-type Si semiconductor 31 is used as a substrate, and an element isolation region 32 is formed on the surface thereof by using a known element isolation technique. Next, for example, the thickness 15
A word line 33 having a structure in which polycrystalline Si having a thickness of 0 nm and SiO 2 having a thickness of 200 nm is stacked is formed. Further, for example, SiO 2 having a thickness of 150 nm is deposited using a chemical vapor deposition method, and is processed anisotropically. A side spacer 34 of SiO 2 is formed on the side wall of the word line 33. Next, the n-diffusion layer 35 is formed by a usual method.

【0160】次に図3(b)に示すように、通常の工程を
経て多結晶Siまたは高融点金属金属シリサイド、ある
いはこれらの積層膜からなるデータ線36を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, a data line 36 made of polycrystalline Si, a refractory metal silicide, or a laminated film of these is formed through ordinary steps.

【0161】次に図3(c)に示すように、通常の工程を
経て多結晶Siからなる蓄積電極38を形成する。その
後、Ta25、Si34、SiO2、BST、PZT、
強誘電体、あるいはこれらの複合膜などを被着し、キャ
パシタ用絶縁膜39を形成する。引き続き多結晶Si、
高融点金属、高融点金属シリサイド、あるいはAl、C
u等の低抵抗な導体を被着しプレート電極40を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 3C, a storage electrode 38 made of polycrystalline Si is formed through a normal process. Then, Ta 2 O 5 , Si 3 N 4 , SiO 2 , BST, PZT,
A ferroelectric or a composite film of these is applied to form a capacitor insulating film 39. Continue with polycrystalline Si,
Refractory metal, refractory metal silicide, or Al, C
A plate electrode 40 is formed by applying a low-resistance conductor such as u.

【0162】次に図3(d)に示すように、通常の工程を
経て配線41を形成する。この後、通常の配線形成工程
やパッシベーション工程を経てメモリ素子を作製した。
Next, as shown in FIG. 3D, a wiring 41 is formed through a normal process. Thereafter, a memory element was manufactured through a normal wiring forming step and a passivation step.

【0163】なお、ここでは、代表的な製造工程のみを
説明したが、これ以外は通常の製造工程を用いた。ま
た、各工程の順番が前後しても本発明は適用できる。
Although only typical manufacturing steps have been described here, other normal manufacturing steps are used. Further, the present invention can be applied even if the order of each step is changed.

【0164】周知のように、メモリ素子の製造は、半導
体基板に半導体素子を形成する工程の外に、ワード線、
データ線、キャパシタ用電極等を形成するための導体薄
膜の形成工程及び配線層間を絶縁するための層間絶縁用
及びキャパシタ用の絶縁膜形成工程等の薄膜形成工程
と、これらの薄膜をエッチングによりパターン化するパ
ターン形成工程とを繰り返すことによって行われてい
る。
As is well known, the manufacture of a memory device includes a process of forming a semiconductor device on a semiconductor substrate, a process of forming a word line,
A thin film forming process such as a process of forming a conductor thin film for forming data lines, electrodes for capacitors, and a process of forming an insulating film for interlayer insulation and capacitors for insulating between wiring layers, and patterning these thin films by etching. This is performed by repeating the pattern forming process of forming a pattern.

【0165】このように薄膜を形成し、これを所定のレ
ジストマスクパターンを介して選択的にエッチングして
パターン化する工程をリソグラフィ工程と言っている
が、本実施例の素子製造工程における各リソグラフィ工
程では、ほとんどの工程に上記実施例1〜5のいずれか
に示したパターン形成方法を適用した。しかし、ネガ型
レジストでパターン形成するのが不向きな工程やパター
ンの寸法が大きい工程には本発明は必ずしも適用する必
要はない。例えばパッシベーション工程での導通孔形成
工程や、イオン打ち込みマスク形成用工程のパターン形
成には本発明は適用しなかった。
The process of forming a thin film and selectively etching and patterning the thin film through a predetermined resist mask pattern as described above is called a lithography process. In the steps, the pattern forming method shown in any one of Examples 1 to 5 was applied to most of the steps. However, the present invention does not necessarily need to be applied to a process where it is not suitable to form a pattern with a negative resist or a process where the size of the pattern is large. For example, the present invention was not applied to a conductive hole forming step in a passivation step or a pattern formation in an ion implantation mask forming step.

【0166】次に、図4にしたがってリソグラフィで形
成したパターンの形状について説明する。図4は、上記
実施例で製造したメモリ素子を構成する代表的なパター
ンのメモリ部のパターン配置を示した平面図である。
Next, the shape of a pattern formed by lithography will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a plan view showing a pattern arrangement of a memory portion of a typical pattern constituting a memory element manufactured in the above embodiment.

【0167】図中の42がワード線(33)、43がデ
ータ線(36)、44がアクティブ領域、45が蓄積電
極(38)、46が電極取り出し孔のパターンである。
この例においても、ここに示した46の電極取り出し孔
形成以外のすべてに本発明の実施例1〜5のパターン形
成方法を用いた。ここに示したパターン形成以外でも最
小設計ルールを用いている工程では本発明を用いた。
In the figure, reference numeral 42 denotes a word line (33), 43 denotes a data line (36), 44 denotes an active area, 45 denotes a storage electrode (38), and 46 denotes a pattern of an electrode extraction hole.
Also in this example, the pattern forming methods of Examples 1 to 5 of the present invention were used for all except for the 46 electrode extraction holes shown here. The present invention is used in the process using the minimum design rule other than the pattern formation shown here.

【0168】本実施例では、パターン間のラインアンド
スペースが0.12〜0.19μmという高精細パター
ンが形成できるパターン形成方法を適用しているので、
本発明を用いて作製したメモリ素子は、従来法を用いて
作製したメモリ素子と比較するとパターン間の寸法を著
しく小さくでき、そのため同じ構造の素子が小さくでき
るので、半導体素子を製造する際に1枚のウエハから製
造できる個数が増え、かつ、レジストパターンに現像液
による膨潤がないので歩留まりが向上した。
In this embodiment, a pattern forming method capable of forming a high-definition pattern having a line and space between patterns of 0.12 to 0.19 μm is applied.
A memory element manufactured by using the present invention can significantly reduce the dimension between patterns as compared with a memory element manufactured by using a conventional method, so that an element having the same structure can be reduced. Since the number of wafers that can be manufactured from one wafer increases, and the resist pattern does not swell with a developing solution, the yield is improved.

【0169】[0169]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により、カ
ルボン酸を有するレジスト材料で解像性能の優れたネガ
型パターンを形成すると言う所期の目的を達成すること
ができた。
As described in detail above, according to the present invention, the intended object of forming a negative pattern having excellent resolution performance with a resist material having a carboxylic acid can be achieved.

【0170】すなわち、γもしくはδ−ケトカルボン酸
構造を有するケトカルボン酸を主成分として含む感光性
組成物をレジスト溶液として基板に塗布し、これを露光
して水性アルカリ現像液で現像すれば、ケトカルボン酸
構造をエノールラクトン構造に変えて、微細パターンが
膨潤することなく現像でき、解像性能の優れたネガ型の
レジストパターンが実現できる。
That is, a photosensitive composition containing a ketocarboxylic acid having a γ- or δ-ketocarboxylic acid structure as a main component is applied as a resist solution to a substrate, which is exposed to light and developed with an aqueous alkaline developer to obtain a ketocarboxylic acid. By changing the structure to an enol lactone structure, a fine pattern can be developed without swelling, and a negative resist pattern having excellent resolution performance can be realized.

【0171】したがって、このレジストパターンを、各
種リソグラフィ工程のマスクパターンとして適用すれ
ば、所望の基板上に高精細パターンを容易に形成するこ
とができる。
Therefore, if this resist pattern is applied as a mask pattern in various lithography steps, a high-definition pattern can be easily formed on a desired substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】MOS(金属−酸化物−半導体)型トランジス
タの断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a MOS (metal-oxide-semiconductor) transistor.

【図2】図1のトランジスタを形成する断面工程図を示
したもので、本発明のパターン形成方をフィールド酸化
膜、及びシリコンゲートの形成工程に適用したもの。
FIG. 2 is a cross-sectional process diagram for forming the transistor of FIG. 1, in which the pattern forming method of the present invention is applied to a process of forming a field oxide film and a silicon gate.

【図3】本発明の一実施例となる半導体メモリ素子を製
造する断面工程図。
FIG. 3 is a sectional process view for manufacturing the semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention;

【図4】図3の工程で製造したメモリ素子におけるメモ
リ部のパターン配置を模式的に示した平面図。
FIG. 4 is a plan view schematically showing a pattern arrangement of a memory unit in the memory device manufactured in the process of FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12、25、25´…フィールド酸化膜、 13…ソースコンタクト、 14…ドレインコンタクト、 15…多結晶シリコン、 16…ソース電極、 17…ドレイン電極、 18…ゲート電極、 19…保護膜、 22…酸化膜、 24…レジストパターン、 26…多結晶シリコン膜、 27…レジストパターン、 28…多結晶シリコンゲート、 31…p型Si半導体基板、 32…素子分離領域、 33、42…ワード線、 34…サイドスペーサ、 35…n拡散層、 36、43…データ線、 38、45…蓄積電極、 39…キャパシタ用絶縁膜、 40…プレート電極、 41…配線、 44…アクティブ領域、 46…電極取り出し孔。 12, 25, 25 '... field oxide film, 13 ... source contact, 14 ... drain contact, 15 ... polycrystalline silicon, 16 ... source electrode, 17 ... drain electrode, 18 ... gate electrode, 19 ... protective film, 22 ... oxidation Film 24 resist pattern 26 polycrystalline silicon film 27 resist pattern 28 polycrystalline silicon gate 31 p-type Si semiconductor substrate 32 element isolation region 33 42 word line 34 side Spacer, 35 n-diffusion layer, 36, 43 data line, 38, 45 storage electrode, 39 insulating film for capacitor, 40 plate electrode, 41 wiring, 44 active area, 46 electrode extraction hole.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白石 洋 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 AB16 AC04 AD01 BD02 BE00 BE07 FA17 FA40 FA41 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Hiroshi Shiraishi 1-280 Higashi-Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo F-term in Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (Reference) 2H025 AA02 AB16 AC04 AD01 BD02 BE00 BE07 FA17 FA40 FA41

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に感光性組成物からなる塗膜を形成
する工程と、前記塗膜を選択的に露光することにより露
光領域を現像液に対し不溶化する露光工程と、前記露光
領域を現像液で現像する工程とを含むパターン形成方法
であって、前記感光性組成物を、γ―ケトカルボン酸構
造及びδ―ケトカルボン酸構造を有する少なくとも1種
のケトカルボン酸と露光により酸を発生する酸発生剤と
を含む感光性組成物で構成したことを特徴とするパター
ン形成方法。
A step of forming a coating film made of a photosensitive composition on a substrate, an exposure step of selectively exposing said coating film to insolubilize an exposed region with a developing solution; Developing with a developing solution, wherein the photosensitive composition is treated with at least one kind of ketocarboxylic acid having a γ-ketocarboxylic acid structure and a δ-ketocarboxylic acid structure to generate an acid upon exposure to light. A pattern forming method comprising a photosensitive composition containing a generator.
【請求項2】前記ケトカルボン酸は、下記式(1)もし
くは式(2)で示される化学構造を有するケトカルボン
酸を含むことを特徴とする請求項1記載のパターン形成
方法。 【化1】 【化2】 ただし、式中のR1は炭素数1から10のアルキル基を
表し、R2、R3、R4、R5、R6及びR7は、水素もしく
は炭素数1から10のアルキル基を表す。
2. The pattern forming method according to claim 1, wherein the ketocarboxylic acid contains a ketocarboxylic acid having a chemical structure represented by the following formula (1) or (2). Embedded image Embedded image Here, R 1 in the formula represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 and R 7 represent hydrogen or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. .
【請求項3】前記塗膜を選択的に露光することにより露
光領域を現像液に対し不溶化する露光工程においては、
波長250nm以下の遠紫外光で露光し、前記露光領域
を現像液で現像する工程においてはアルカリ現像液で現
像液することを特徴とする請求項1もしくは2記載のパ
ターン形成方法。
3. An exposure step of insolubilizing an exposed area with a developer by selectively exposing the coating film,
3. The pattern forming method according to claim 1, wherein the step of exposing the exposed area with a developing solution using a deep ultraviolet light having a wavelength of 250 nm or less comprises developing with an alkali developing solution.
【請求項4】半導体基板上にレジストパターンを形成す
る工程を、請求項1乃至3のいずれか一つに記載のパタ
ーン形成方法で構成したことを特徴とする半導体装置の
製造方法。
4. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the step of forming a resist pattern on a semiconductor substrate is performed by the pattern forming method according to claim 1.
【請求項5】半導体基板上に形成した絶縁膜及び導体膜
の少なくとも一方にレジストパターンを形成する工程
と、前記レジストパターンをマスクにして前記絶縁膜及
び導体膜の少なくとも一方を選択的にエッチングする工
程とを有する半導体装置の製造方法において、前記レジ
ストパターンを形成する工程を請求項1乃至3のいずれ
か一つに記載のパターン形成方法で構成したことを特徴
とする半導体装置の製造方法。
5. A step of forming a resist pattern on at least one of an insulating film and a conductive film formed on a semiconductor substrate, and selectively etching at least one of the insulating film and the conductive film using the resist pattern as a mask. 4. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming a resist pattern by the pattern forming method according to claim 1;
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