JP2001255655A - Pattern forming method, method for producing semiconductor device and photosensitive composition - Google Patents

Pattern forming method, method for producing semiconductor device and photosensitive composition

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JP2001255655A
JP2001255655A JP2000068604A JP2000068604A JP2001255655A JP 2001255655 A JP2001255655 A JP 2001255655A JP 2000068604 A JP2000068604 A JP 2000068604A JP 2000068604 A JP2000068604 A JP 2000068604A JP 2001255655 A JP2001255655 A JP 2001255655A
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pattern
acid structure
photosensitive composition
film
forming method
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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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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a negative type pattern which is transparent in the far UV region including 193 nm wavelength of ArF excimer laser light, does not swell while having such a chemical structure as to ensure high dry etching resistance and has superior resolution. SOLUTION: The negative type pattern which does not swell in aqueous alkali development and has high resolution is formed by using a reaction in which part or the whole of a γ- or δ-alkoxycarboxylic acid structure is converted to a lactone structure by an acid catalyzed reaction.

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、半導体装置等の製
造プロセスにおける微細加工技術である感光性組成物を
用いたマイクロリソグラフィプロセス、およびこのマイ
クロリソグラフィプロセスを含む半導体装置等の製造方
法に関する。さらに詳しくは、現用の紫外光源である高
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220nm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
ガ型のパタン形成方法および半導体装置の製造方法およ
びそれに用いる感光性組成物に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microlithography process using a photosensitive composition, which is a fine processing technique in a manufacturing process of a semiconductor device or the like, and a method of manufacturing a semiconductor device or the like including the microlithography process. More specifically, a negative type suitable for a photolithography process using a deep ultraviolet light having a wavelength of 220 nm or less, such as an ArF excimer laser beam, which is a line source having a shorter wavelength than a high pressure mercury lamp or a KrF excimer laser, which is a current ultraviolet light source. The present invention relates to a pattern forming method, a method for manufacturing a semiconductor device, and a photosensitive composition used for the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体等の電子装置中にミクロンあるい
はサブミクロン単位の微細パタ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KrF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。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。
2. Description of the Related Art A photolithography technique for forming a fine pattern on the order of microns or submicrons in an electronic device such as a semiconductor has played a central role in mass production fine processing technology. The recent demand for higher integration and higher density of semiconductor devices is
Many advances have been made in microfabrication technology. In particular, as the minimum processing size approaches the exposure wavelength, photolithography technology using a KrF excimer laser (248 nm) from g-line (436 nm) and i-line (365 nm) of a high-pressure mercury lamp and a shorter wavelength light source is developed. It has been. In response to these changes in the exposure wavelength, materials corresponding to the respective wavelengths of the photoresist have been developed.

【0003】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。
Conventionally, photoresists suitable for these wavelengths have different sensitizers or photosensitive mechanisms. However, aqueous alkali development using the aqueous alkali solubility of a resin or polymer material having a phenol structure is industrially required. Has been used. These resins or polymer materials inevitably contain a large amount of aromatic rings, which was also a chemical structural element for improving 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、特開昭62−1640
45のような架橋型のものと、特開平4−165359
のような溶解阻害型のものがある。いずれの場合も、膨
潤することなくサブミクロンの微細パタン形成が可能で
ある。
A negative resist using such a resin having a phenol structure is disclosed in JP-A-62-1640.
45 and a cross-linking type such as JP-A-4-165359
And a dissolution inhibiting type such as In any case, a submicron fine pattern can be formed without swelling.

【0005】近年、最小加工寸法が0.25μmよりさ
ら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 having a minimum processing dimension 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、アダマンタン骨格の利用が特開平4−3966
5、特開平5−265212に、同様にノルボルナン骨
格の利用が特開平5−80515、特開平5−2572
84に開示されている。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、特開平8−259626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
The use of an adamantane skeleton 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 in place of an aromatic ring is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-3966.
5, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-265212, and Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-80515 and 5-2572 similarly disclose the use of a norbornane skeleton.
84. In addition to these structures, it is disclosed in JP-A-7-28237 and JP-A-8-259626 that general alicyclic structures such as a tricyclodecanyl group are effective.

【0007】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、
特開平4−39665、特開平4−184345、特開
平4−226461、特開平5−80515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8−259
626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。
As for a resist material which is made of a polymer having a chemical structure transparent in a far ultraviolet region including a wavelength of 193 nm of an ArF excimer laser and which can be developed with aqueous alkali,
As disclosed in JP-A-4-39665, JP-A-4-184345, JP-A-4-226461, JP-A-5-80515, etc., attempts have been made to utilize a 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. Also, JP-A-8-259
No. 626 discloses a polymer compound in which a carboxylic acid group is added to an alicyclic structure introduced into a methacrylic ester side chain.

【0008】[0008]

【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=
10.0(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 =
In contrast to 10.0 (phenol), these carboxylic acid structures have a low value of pKa = 4.8 (acetic acid),
High acidity. Therefore, when they are used as the alkali-soluble groups of the base resin, the resin having a carboxylic acid structure generally has a higher dissolution rate in an aqueous alkali at the same mole fraction, and has a lower dissolution rate than the resin having a phenol structure. The resin having a carboxylic acid structure dissolves even in an alkaline developer having a high concentration.

【0009】上記のようなカルボン酸を有する樹脂を用
いた場合、特開昭62−164045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、膨潤して微細パタンが形成できないという欠点があ
った。また、特開平4−165359に見られる、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。
When a resin having a carboxylic acid as described above is used, if a crosslinking agent as disclosed in JP-A-62-164045 is used, a carboxylic acid having a high acidity remains in a crosslinked portion. There was a drawback that the alkaline developer infiltrated there and swelled to form no fine pattern. In addition, when a compound having a dissolution inhibiting action is formed by an acid generated upon exposure as disclosed in JP-A-4-165359, a resin having a carboxylic acid does not provide a dissolution contrast and does not produce a negative resist. There was a disadvantage.

【0010】本発明の第1の目的は、水性アルカリ現像
液で微細パタンが膨潤することなく現像でき、カルボン
酸を有する材料のエステル化を用いた解像性能の優れた
ネガ型のパタン形成方法を提供することにある。本発明
の第2の目的は、そのようなパタ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である。さらに本発
明の第3の目的は、そのようなパタン形成方法や半導体
装置の製造方法に用いる感光性組成物を提供することに
ある。
A first object of the present invention is to provide a negative pattern forming method which can be developed without swelling of a fine pattern in an aqueous alkaline developer and which has excellent resolution performance by esterification of a material having a carboxylic acid. Is to provide. A second object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device using such a pattern forming method. Further, a third object of the present invention is to provide a photosensitive composition used in such a method for forming a pattern or a method for manufacturing a semiconductor device.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、本発明のパタン形成方法は、所定の基板上
にγ−アルコキシカルボン酸構造またはδ−アルコキシ
カルボン酸構造を含む感光性組成物からなる塗膜を形成
する工程と、前記塗膜に所定のパタンの活性化学線を照
射して、前記活性放射線の照射部分のカルボン酸構造を
γ−ラクトン構造またはδ−ラクトン構造に変化させる
工程とを有することを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object of the present invention, a method for forming a pattern according to the present invention is directed to a method for forming a photosensitive composition comprising a γ-alkoxycarboxylic acid structure or a δ-alkoxycarboxylic acid structure on a predetermined substrate. A step of forming a coating film composed of a composition, and irradiating the coating film with actinic radiation of a predetermined pattern to change the carboxylic acid structure of the irradiated portion of the actinic radiation to a γ-lactone structure or a δ-lactone structure. And a step of causing

【0012】γ−またはδ−アルコキシカルボン酸構造
は、酸触媒反応によりγ−ラクトンまたはδ−ラクトン
構造に変化する。これにより、水性アルカリ現像液に可
溶であったものが不溶になる。その結果、水性アルカリ
による現像でネガ型のパタンが形成される。生成したγ
−ラクトンまたは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。
The γ- or δ-alkoxycarboxylic acid structure changes to a γ-lactone or δ-lactone structure by an acid-catalyzed reaction. Thereby, what was soluble in the aqueous alkaline developer becomes insoluble. As a result, a negative pattern is formed by development with an aqueous alkali. Generated γ
The -lactone or δ-lactone structure is not hydrolyzed by a commonly used aqueous solution of tetraalkylammonium hydroxide and is stable during development.

【0013】なお酸触媒反応を起こすための酸は、活性
放射線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。このような活性化学線の照射により
酸を発生する化合物としては、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、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いずれでもよい。
The acid for causing the acid-catalyzed reaction is realized by using an acid generator that generates an acid upon irradiation with actinic radiation. Compounds that generate an acid upon irradiation with such actinic radiation include onium salts such as triphenylsulfonium triflate, sulfonyloxyimides such as trifluoromethanesulfonyloxynaphthylimide, and sulfonate esters. Any material may be used as long as it generates an acid by irradiation with a line, for example, an ArF excimer laser.

【0014】上記のγ−アルコキシカルボン酸構造また
はδ−アルコキシ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、両方が混在した状態で用いることも
できる。γ−アルコキシカルボン酸構造あるいはδ−ア
ルコキシカルボン酸構造では、酸触媒により脱アルコー
ル反応を起こし、分子内エステル化して、5員環あるい
は6員環構造のラクトンを形成する。この反応では、カ
ルボン酸の数が大きく減少する。したがって、反応が分
子間で起き、しかもカルボン酸の数が露光部と未露光部
でほとんど変化しない架橋反応とは異なり、露光されて
不溶化する部分に対する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ンの膨潤がない。
The above γ-alkoxycarboxylic acid structure or δ-alkoxycarboxylic acid structure can be used alone or in a mixed state. In a γ-alkoxycarboxylic acid structure or a δ-alkoxycarboxylic acid structure, a dealcoholation reaction is caused by an acid catalyst, and intramolecular esterification is performed to form a 5- or 6-membered lactone. In this reaction, the number of carboxylic acids is greatly reduced. Therefore, unlike the cross-linking reaction in which the reaction occurs between molecules and the number of carboxylic acids hardly changes between exposed and unexposed parts, the penetration of the developing solution into the exposed and insolubilized parts is unlikely to occur, which is a problem of the prior art. There is no swelling of the pattern after development which was a point.

【0015】類似の構造として、γ−ヒドロキシ酸また
はδ−ヒドロキシ酸構造も、酸触媒反応によりγ−ラク
トンまたはδ−ラクトンを生じる。しかしながら、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、特に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という欠点があっ
た。これに対してγ−アルコキシカルボン酸構造または
δ−アルコキシカルボン酸構造は、溶液中でも安定に存
在する。
As a similar structure, the γ-hydroxy acid or δ-hydroxy acid structure also generates γ-lactone or δ-lactone by an acid-catalyzed reaction. However, γ-
The hydroxy acid or δ-hydroxy acid structure has a drawback that when it is made into a solution, its stability is low particularly at room temperature, and it gradually changes to a γ-lactone or δ-lactone structure. On the other hand, the γ-alkoxycarboxylic acid structure or δ-alkoxycarboxylic acid structure is stably present even in a solution.

【0016】本発明のパタン形成方法で用いられる、上
記のカルボン酸構造は、下記化学式(1)または(2)
で示される化学構造であることが望ましい。ここで、式
中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8は、水素ま
たは炭素数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
いてもよい。また式中R9は、炭素数1から5のアルキ
ル基を表す。
The carboxylic acid structure used in the pattern forming method of the present invention has the following chemical formula (1) or (2)
It is desirable that the chemical structure represented by Here, in the formula, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , and R 8 represent hydrogen or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and the alkyl groups are connected to each other. May form a cyclic alkyl group. In the formula, R 9 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.

【0017】[0017]

【化3】 Embedded image

【0018】[0018]

【化4】 Embedded image

【0019】また、特にR1とR3、またはR3とR5、ま
たはR5とR7のいずれかが環状アルキル基を形成してい
る場合は、構造的にγ−ラクトンまたはδ−ラクトンの
5員環または6員環を形成しやすいので、より望まし
い。
In particular, when either R 1 and R 3 , or R 3 and R 5 , or R 5 and R 7 form a cyclic alkyl group, γ-lactone or δ-lactone is structurally present. Is more preferable because a 5- or 6-membered ring of the formula (1) is easily formed.

【0020】さらに、少なくとも上記化学式(1)また
は(2)で示されるカルボン酸構造は、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1,00
0〜300,000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
であればよく、膜の形成が可能なオリゴマーや低分子化
合物であってもよい。なお前記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よい。
Further, it is desirable that at least the carboxylic acid structure represented by the chemical formula (1) or (2) is contained in the film-forming component constituting the photosensitive composition. The film-forming component generally has a weight average molecular weight of 1,000.
A polymer compound having a molecular weight of about 0 to 300,000 may be used. However, the polymer compound may be an oligomer or a low molecular compound capable of forming a film, as long as it can be coated with a solvent. The number of the carboxylic 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.

【0021】上記化学式(1)または(2)で表される
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、立体的に上記化学式(1)または
(2)中のカルボン酸部分とアルコキシ基の部分が遠く
なる場合があり、ラクトン化の反応が起こりにくい場合
がある。これに対して上記化学式(1)または(2)で
表されるカルボン酸構造が側鎖に含まれた場合は、立体
的にそのカルボン酸部分とアルコキシ基の部分が遠くな
りにくいので、ラクトン化が容易に起こりやすく、高感
度でパタン形成ができるのでより望ましい。
When the carboxylic acid structure represented by the above formula (1) or (2) is contained in the polymer compound and is directly contained in the main chain, the carboxylic acid structure is stereoscopically expressed in the above formula (1) or (2). In some cases, the carboxylic acid portion and the alkoxy group portion may be distant, and the lactonization reaction may not easily occur. On the other hand, when the carboxylic acid structure represented by the above chemical formula (1) or (2) is included in the side chain, the carboxylic acid portion and the alkoxy group portion are hardly distant from each other in a steric manner, so that the lactonization occurs. This is more preferable because it easily occurs and a pattern can be formed with high sensitivity.

【0022】上記の膜形成成分あるいはそれを含む感光
性組成物は、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あげられる。
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、そのような構造を含有させることにより、
透過率を低減させることなくドライエッチング耐性を向
上できる。
The above film-forming component or the photosensitive composition containing the same preferably further contains an alicyclic structure.
Examples of the alicyclic structure include adamantyl, norbornane, tricyclodecane and androstane structures.
Since these structures have high dry etching resistance and are transparent in the wavelength region of far ultraviolet light, particularly ArF excimer laser light, by including such a structure,
Dry etching resistance can be improved without reducing transmittance.

【0023】本発明に用いる活性化学線は波長250nm
以下の遠紫外光、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
等も用いることができる。
The actinic radiation used in the present invention has a wavelength of 250 nm.
The following deep ultraviolet light and vacuum ultraviolet light such as ArF excimer laser light are mentioned. Note that an electron beam, EUV, X-ray, or the like can also be used.

【0024】本発明で所定のパタンの活性放射線を照射
する際は、通常ArFエキシマレーザ光のような真空紫
外光をマスクやレチクルを介して所定のパタン状にす
る。この際、変形照明法や位相シフトマスクに代表され
る超解像技術を用いると、より高解像性のパタンが得ら
れるので望ましい。
When irradiating a predetermined pattern of actinic radiation in the present invention, vacuum ultraviolet light such as ArF excimer laser light is usually formed into a predetermined pattern through a mask or a reticle. At this time, it is preferable to use a super-resolution technique typified by a modified illumination method or a phase shift mask because a pattern with higher resolution can be obtained.

【0025】本発明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線および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、およびそれを適当に希釈したものが
適している。
The aqueous alkaline developer used in the present invention is preferably an aqueous solution of a tetraalkylammonium hydroxide having 1 to 5 carbon atoms. Also suitable are general-purpose 2.38% tetramethylammonium hydroxide aqueous solutions used for developing i-line and g-line resists and KrF excimer laser resists, and those appropriately diluted.

【0026】本発明のパタン形成方法では、活性化学線
を照射する工程の後、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、ラクトンが生成
する酸触媒脱アルコール反応がより効率的に進行する。
The pattern forming method of the present invention desirably includes a step of heating the coating film after the step of irradiating with actinic radiation and before the step of developing with an aqueous alkaline developer. By the step of heating the coating film, the acid-catalyzed dealcoholization reaction that produces lactone proceeds more efficiently.

【0027】上記本発明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は半導体基板上に上記記載の
いずれかのパタン形成方法によりレジストパタンを形成
し、それをもとに、基板をエッチング加工する工程もし
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。
In order to achieve the object of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises forming a resist pattern on a semiconductor substrate by any of the pattern forming methods described above, And a step of implanting ions into the substrate.

【0028】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、反応性イオンビームエッチング等の
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 dry etching methods such as plasma etching, reactive ion etching, and reactive ion beam etching, and wet etching methods.

【0029】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 of manufacturing a semiconductor device according to 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.

【0030】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枚のウェ
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.

【0031】本発明の感光性組成物は、前述の通り、ア
ルカリ可溶性基としてγ−アルコキシカルボン酸構造ま
たはδ−アルコキシカルボン酸構造を有する化合物、お
よび活性化学線の照射により酸を発生する化合物を少な
くとも含むようにしたものである。
As described above, the photosensitive composition of the present invention comprises a compound having a γ-alkoxycarboxylic acid structure or a δ-alkoxycarboxylic acid structure as an alkali-soluble group, and a compound capable of generating an acid upon irradiation with actinic radiation. It is intended to include at least.

【0032】上記カルボン酸構造は、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1,000〜3
00,000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
よく、膜の形成が可能なオリゴマーや低分子化合物であ
ってもよい。なお前記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
る量以上であればよい。
The carboxylic acid structure is desirably contained in a film forming component constituting the photosensitive composition. The film-forming component generally has a weight average molecular weight of 1,000 to 3,
Although a high molecular compound of about 000 is mentioned, it is not limited to a high molecular compound as long as it can be coated with a solvent, and may be an oligomer or a low molecular compound capable of forming a film. The number of the carboxylic 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.

【0033】上記活性化学線の照射により酸を発生する
化合物としては、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A
rFエキシマレーザ等の照射により酸を発生するもので
あればよく、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種類以上を同時に用いてもよい。
Examples of the compound capable of generating an acid upon irradiation with actinic radiation include onium salts such as triphenylsulfonium triflate, dimethylphenylsulfonium triflate and dimethyl-4-hydroxynaphthyl triflate, and N-trifluoromethanesulfonyloxynaphthyl. Imides, sulfonyloxyimides such as N-methanesulfonyloxynaphthylimide, N-trifluoromethanesulfonyloxysuccinimide, N-perfluorooctanesulfonyloxysuccinimide, and sulfonate esters; , For example, A
It is sufficient that an acid is generated by irradiation with an rF excimer laser or the like, and the invention is not limited thereto. These acid generators may be used in combination of two or more.

【0034】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.

【0035】また本発明の感光性組成物には、解像性向
上やプロセス安定性および保存安定性向上のための、2
−ベンジルピリジン、フェニルピリジン、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
塩を添加してもよい。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100重量部
を添加することが望ましい。
Further, the photosensitive composition of the present invention has two components for improving resolution, process stability and storage stability.
-Basic compounds such as benzylpyridine, phenylpyridine, tripentylamine, triethanolamine,
Salts such as tetramethylammonium iodide, tetrapentylammonium chloride and tetraethylphosphonium iodide may be added. It is desirable to add 0.01 to 100 parts by weight of these basic compounds and salts to the acid generator used.

【0036】また本発明の感光性組成物には、形成した
パタ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−ジオールなど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。
The photosensitive composition of the present invention contains hexamethoxymethyl melamine, 1,3,4,6-tetrakis (methoxymethyl) glucoluril and 1,3,4,6-tetrakis (methoxymethyl) glucoluril in order to enhance the heat resistance of the formed pattern. 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.

【0037】なお本発明の感光性組成物は、溶媒に溶か
して溶液として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
よく、それらは単独でも2種類以上を混合して用いても
よい。
The photosensitive composition of the present invention is used by dissolving it in a solvent and spin-coating it on a 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, and they may be used alone or as a mixture of two or more.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明をさら
に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限
定されるものではない。まず実施例に先立ち、本発明で
用いた材料の合成例を示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to these examples. First, prior to the examples, synthetic examples of the materials used in the present invention will be described.

【0039】〈合成例1〉γ−メトキシカルボン酸構造
を有するポリマー(3c)の合成 温度計、冷却管、窒素導入管をつけた500mlの3つ口
フラスコに、5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプ
ト−2−エン26.4g、シトラコン酸無水物25.2
g、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)4.1
g、テトラヒドロフラン300gを入れ、窒素を導入し
ながら70℃で加熱環流して、8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5−メチレンビシクロ〔2.2.
1〕ヘプト−2−エン−シトラコン酸無水物共重合体
(3a)19.4gを得た(収率38%)。
<Synthesis Example 1> Synthesis of polymer (3c) having γ-methoxycarboxylic acid structure 5-Methylenebicyclo [2.2] was placed in a 500 ml three-necked flask equipped with a thermometer, a cooling tube and a nitrogen inlet tube. .1] hept-2-ene 26.4 g, citraconic anhydride 25.2
g, 2,2'-azobis (isobutyronitrile) 4.1
g and 300 g of tetrahydrofuran, and the mixture was refluxed at 70 ° C. while introducing nitrogen to carry out polymerization for 8 hours. After the polymerization, the solution was poured into 1000 ml of n-hexane to precipitate a polymer, which was dried and dried with 5-methylenebicyclo [2.2.
1] 19.4 g of hept-2-ene-citraconic anhydride copolymer (3a) was obtained (yield 38%).

【0040】得られたポリマーの構造は、種々の分析法
から下記化学式(3a)の構造が主であることがわかっ
た(ここで、式中、nは整数を表す)。
The structure of the obtained polymer was found to be mainly the structure of the following chemical formula (3a) from various analytical methods (where n represents an integer).

【0041】[0041]

【化5】 Embedded image

【0042】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2,200、数平均分子量が1,600
であった。
When the molecular weight of this polymer in tetrahydrofuran was measured by gel permeation chromatography (GPC), the weight average molecular weight was 2,200 and the number average molecular weight was 1,600.
Met.

【0043】500mlの3つ口フラスコに水素化ホウ素
ナトリウム3.0gとテトラヒドロフラン100gを入
れ、アイスバスにより0℃に冷却し、窒素下で攪拌しな
がら、上記で合成した5−メチレンビシクロ〔2.2.
1〕ヘプト−2−エン−シトラコン酸無水物共重合体1
7.4gをテトラヒドロフラン120gに溶解したもの
を、約1時間かけて滴下した。滴下後、数時間攪拌した
後、一晩放置した。
In a 500 ml three-necked flask, 3.0 g of sodium borohydride and 100 g of tetrahydrofuran were placed, cooled to 0 ° C. by an ice bath, and stirred under nitrogen to obtain 5-methylenebicyclo [2. 2.
1] Hept-2-ene-citraconic anhydride copolymer 1
A solution of 7.4 g in 120 g of tetrahydrofuran was added dropwise over about 1 hour. After the dropwise addition, the mixture was stirred for several hours and left overnight.

【0044】上記溶液を約300mlの水に注ぎ、攪拌し
た後、それに約1N塩酸水溶液を徐々に加え、pH4程
度の弱酸性にした。この溶液に酢酸エチル約200mlを
加えて抽出を2回行い、得られた有機層を150mlの水
で3回洗浄した。洗浄後、有機層を無水硫酸ナトリウム
で乾燥し、さらに溶媒を減圧留去して減らし、n−ヘキ
サン800ml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13.8gを得た。
After the above solution was poured into about 300 ml of water and stirred, about 1N aqueous hydrochloric acid was gradually added to the solution to make it weakly acidic at about pH 4. About 200 ml of ethyl acetate was added to this solution and extraction was performed twice, and the obtained organic layer was washed three times with 150 ml of water. After washing, the organic layer was dried over anhydrous sodium sulfate, and the solvent was further reduced by distillation under reduced pressure. The residue was poured into 800 ml of n-hexane, and the precipitated polymer was dried to obtain 13.8 g of a white powdery polymer.

【0045】得られたポリマーの構造は、種々の分析法
から前記化学式(3a)の無水物の部分が還元されてラ
クトン化した構造およびそれがさらに開環したγ−ヒド
ロキシ酸構造を少なくとも有する化6または化7に示す
化学式(3b)のポリマーであることがわかった(ここ
で、式中、lおよびmは整数を表す)。
According to various analytical methods, the obtained polymer has a structure in which the anhydride portion of the chemical formula (3a) has been reduced to form a lactone, and a compound having at least a ring-opened γ-hydroxy acid structure. It was found to be a polymer represented by the chemical formula (3b) shown in Chemical formula 6 or Chemical formula 7 (wherein, l and m represent integers).

【0046】[0046]

【化6】 Embedded image

【0047】[0047]

【化7】 Embedded image

【0048】つぎに水酸化ナトリウム6.0gを水10
0mlに溶かした中に、ポリマー(3b)9.2gを分散
させ、そこに硫酸ジメチル13.2gを室温で滴下し
た。滴下後、溶液を加熱還流させ、5時間反応させた。
加熱を始めると30分ほどで、ポリマーが分散している
状態から均一な状態になった。
Next, 6.0 g of sodium hydroxide was added to 10 parts of water.
9.2 g of the polymer (3b) was dispersed in 0 ml of the solution, and 13.2 g of dimethyl sulfate was added dropwise at room temperature. After the dropwise addition, the solution was heated to reflux and reacted for 5 hours.
In about 30 minutes after the heating was started, the polymer was changed from the dispersed state to the uniform state.

【0049】反応後、水200mlを足し、それに約0.
5N塩酸水溶液を徐々に加えて、pH4程度の弱酸性に
した。この溶液に酢酸エチル120mlとテトラヒドロフ
ラン60mlを加えて2回抽出を行い、得られた有機層を
150mlの水で3回洗浄した。洗浄後、有機層を無水硫
酸ナトリウムで乾燥し、さらに溶媒を減圧留去して減ら
してn−ヘキサン700mlへ注ぎ、沈殿したポリマーを
乾燥して乳白色粉末状のポリマー7.9gを得た。得ら
れたポリマーの構造は、種々の分析からγ−メトキシ酸
構造を有する化8または化9に示す化学式(3c)のポ
リマーであることがわかった(ここで、式中、lおよび
mは整数を表す)。
After the reaction, 200 ml of water was added, and about 0.
A 5N hydrochloric acid aqueous solution was gradually added to make the solution weakly acidic at about pH 4. 120 ml of ethyl acetate and 60 ml of tetrahydrofuran were added to this solution, and the mixture was extracted twice, and the obtained organic layer was washed three times with 150 ml of water. After washing, the organic layer was dried over anhydrous sodium sulfate, and the solvent was distilled off under reduced pressure. The solvent was reduced and poured into 700 ml of n-hexane. The precipitated polymer was dried to obtain 7.9 g of a milky white powdery polymer. From various analyses, the structure of the obtained polymer was found to be a polymer having a γ-methoxy acid structure and having the chemical formula (3c) shown in Chemical formula 8 or Chemical formula 9 (wherein, 1 and m are integers) Represents).

【0050】[0050]

【化8】 Embedded image

【0051】[0051]

【化9】 Embedded image

【0052】得られたポリマー(3c)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のフィルタで濾過した。それをシリコン基板上に
回転塗布し、100℃で2分間ベークしてポリマー膜を
得た。
100 parts by weight of the obtained polymer (3c) was dissolved in 600 parts by weight of diacetone alcohol, and the pore size was adjusted to 0.
Filtered with a 2 μm filter. It was spin-coated on a silicon substrate and baked at 100 ° C. for 2 minutes to obtain a polymer film.

【0053】基板上に塗布した膜(膜厚410nm)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
5.2秒で溶け、残膜が0になった。また溶解速度モニ
ターを用いて溶解性を調べたところ、膨潤せずに表面化
から逐次的に溶解していることがわかった。なお希釈し
た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%)に浸した場合、溶解は起こらなかっ
た。
The film (film thickness 410 nm) applied on the substrate is coated with an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (concentration 2.
(38% by weight), it melted in 5.2 seconds while the interference color changed, and the residual film became zero. In addition, when the solubility was examined using a dissolution rate monitor, it was found that the dissolution occurred sequentially from the surface formation without swelling. When immersed in a diluted aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (concentration: 0.113% by weight), no dissolution occurred.

【0054】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
0.75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 0.75 at a film thickness of 1.0 μm. It turned out to be small.

【0055】〈合成例2〉γ−エトキシカルボン酸構造
を有するポリマー(4c)の合成 合成例1で用いたシトラコン酸無水物の代わりにマレイ
ン酸無水物を用いて、重合を行った。5−メチレンビシ
クロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン21.2gと無水
マレイン酸19.6gを2,2’−アゾビス(イソブチ
ロニトリル)2.56gにより重合して、5−メチレン
ビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン−無水マレイ
ン酸共重合体(4a)37.5gを得た(収率92
%)。
<Synthesis Example 2> Synthesis of polymer (4c) having γ-ethoxycarboxylic acid structure Polymerization was carried out using maleic anhydride instead of citraconic anhydride used in Synthesis Example 1. 21.2 g of 5-methylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene and 19.6 g of maleic anhydride were polymerized with 2.56 g of 2,2'-azobis (isobutyronitrile) to give 5-methylene. 37.5 g of bicyclo [2.2.1] hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (4a) was obtained (yield: 92).
%).

【0056】得られたポリマーの構造は、種々の分析法
から下記化10に示す化学式(4a)の構造が主である
ことがわかった(ここで、式中のnは整数を表す)。ま
た、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5、800、数平均分子量が
2、500であった。
The structure of the obtained polymer was found to be mainly the structure of the chemical formula (4a) shown in the following formula 10 from various analytical methods (where n represents an integer). In addition, when the molecular weight of this polymer in terms of polystyrene was examined, the weight average molecular weight was 5,800 and the number average molecular weight was 2,500.

【0057】[0057]

【化10】 Embedded image

【0058】合成例1と同様にして、水素化ホウ素ナト
リウムにより無水物の部分を還元、加水分解したとこ
ろ、得られたポリマーの構造は、種々の分析法から(4
a)の無水物の部分が還元されてラクトン化した構造お
よびそれがさらに開環したγ−ヒドロキシ酸構造を少な
くとも有する化11または化12に示す化学式(4b)
のポリマーであることがわかった(ここで、式中のlお
よびmは整数を表す)。
When the anhydride portion was reduced and hydrolyzed with sodium borohydride in the same manner as in Synthesis Example 1, the structure of the obtained polymer was determined by various analytical methods according to (4).
Chemical formula (4b) represented by chemical formula (4b) having a structure in which the anhydride portion of a) is reduced and lactonized, and which has at least a ring-opened γ-hydroxy acid structure.
(Wherein l and m represent integers).

【0059】[0059]

【化11】 Embedded image

【0060】[0060]

【化12】 Embedded image

【0061】つぎに水酸化ナトリウム6.0gを水10
0mlに溶かした中に、ポリマー(4b)10.0gを分
散させ、そこに硫酸ジエチル17.3gを室温で滴下し
た。滴下後、溶液を加熱還流させ、5時間反応させた。
加熱を始めると30分ほどで、ポリマーが分散している
状態から均一な状態になった。
Next, 6.0 g of sodium hydroxide was added to 10 parts of water.
In a 0 ml solution, 10.0 g of the polymer (4b) was dispersed, and 17.3 g of diethyl sulfate was added dropwise at room temperature. After the dropwise addition, the solution was heated to reflux and reacted for 5 hours.
In about 30 minutes after the heating was started, the polymer was changed from the dispersed state to the uniform state.

【0062】反応後、水200mlを足し、それに約0.
5N塩酸水溶液を徐々に加えて、pH4程度の弱酸性に
した。この溶液に酢酸エチル120mlとテトラヒドロフ
ラン60mlを加えて2回抽出を行い、得られた有機層を
150mlの水で3回洗浄した。洗浄後、有機層を無水硫
酸ナトリウムで乾燥し、さらに溶媒を減圧留去して減ら
し、n−ヘキサン700mlへ注ぎ、沈殿したポリマーを
乾燥して乳白色粉末状のポリマー8.9gを得た。得ら
れたポリマーの構造は、種々の分析法から化13または
化14に示すγ−エトキシ酸構造を有する化学式(4
c)のポリマーであることがわかった(ここで、式中の
lおよびmは整数を表す)。
After the reaction, 200 ml of water was added, and about
A 5N hydrochloric acid aqueous solution was gradually added to make the solution weakly acidic at about pH 4. 120 ml of ethyl acetate and 60 ml of tetrahydrofuran were added to this solution, and the mixture was extracted twice, and the obtained organic layer was washed three times with 150 ml of water. After washing, the organic layer was dried over anhydrous sodium sulfate, and the solvent was further reduced by distillation under reduced pressure. The residue was poured into 700 ml of n-hexane, and the precipitated polymer was dried to obtain 8.9 g of a milky white powdery polymer. According to various analytical methods, the structure of the obtained polymer was represented by the chemical formula (4) having a γ-ethoxy acid structure shown in Chemical formula 13 or Chemical formula 14.
c) (wherein l and m represent integers).

【0063】[0063]

【化13】 Embedded image

【0064】[0064]

【化14】 Embedded image

【0065】得られたポリマー(4c)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のフィルタで濾過した。それをシリコン基板上に
回転塗布し、100℃で2分間ベークしてポリマー膜を
得た。
100 parts by weight of the obtained polymer (4c) was dissolved in 600 parts by weight of diacetone alcohol, and the pore size was adjusted to 0.
Filtered with a 2 μm filter. It was spin-coated on a silicon substrate and baked at 100 ° C. for 2 minutes to obtain a polymer film.

【0066】上記基板上に塗布した膜(膜厚470nm)
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6.2秒で溶け、残膜が0になった。つぎにその膜
を、2.38重量%のテトラメチルアンモニウムヒドロ
キシド水溶液に浸したところ、膜は瞬時にして溶解し、
溶解速度は測定できなかった。
A film applied on the substrate (film thickness 470 nm)
Was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (concentration: 0.113% by weight) and dissolved in 6.2 seconds while the interference color changed, and the residual film became zero. Next, when the film was immersed in a 2.38% by weight aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide, the film was instantaneously dissolved,
The dissolution rate could not be measured.

【0067】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
0.82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 0.82 at a film thickness of 1.0 μm. It turned out to be small.

【0068】〈合成例3〉δ−メトキシカルボン酸構造
を有するポリマー(5e)の合成 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。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。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、8.4gのメタクリル酸テ
ストステロン(5a)を得た(収率70%)。
Synthesis Example 3 Synthesis of Polymer (5e) Having δ-Methoxycarboxylic Acid Structure 9.6 g of testosterone, 11.4 g of dicyclohexylcarbodiimide and 0.53 g of 4-pyrrolidinopyridine were dissolved in 120 g of tetrahydrofuran. 4.6 g of methacrylic acid was dripped there. After the dropwise addition, the mixture was stirred at room temperature for about 4 hours to react, and then the precipitated salt, dicyclohexylurea, was separated by filtration and 250 ml of diethyl ether was added to the filtrate.
And the filtrate is washed twice with 100 ml of a 5% aqueous acetic acid solution, and then with 100 ml of a 0.5N aqueous sodium hydrogen carbonate solution.
After washing twice with 100 ml of water at the end,
The solution was dried over sodium sulfate. After drying the solution, sodium sulfate was filtered off and the solution was distilled off under reduced pressure. Then, recrystallization was performed with ethyl acetate to obtain 8.4 g of testosterone methacrylate (5a) (yield: 70%).

【0069】温度計、冷却管、窒素導入管をつけた30
0mlの3つ口フラスコに、合成したメタクリル酸テスト
ステロン(5a)8.0g、ジメチル−2,2’−アゾ
ビス(イソブチレート)0.48g、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10
00mlへ溶液を注ぎ、ポリマーを析出させ、乾燥して化
15に示すポリメタクリル酸テストステロン(5b、n
は整数を表す)7.6gを得た(収率95%)。
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 testosterone methacrylate (5a), 0.48 g of dimethyl-2,2'-azobis (isobutyrate), and 150 g of tetrahydrofuran were placed, and heated to 70 ° C. while introducing nitrogen. And polymerized for 7 hours. After polymerization, n-hexane 10
The solution was poured into 100 ml of the solution, and the polymer was precipitated and dried. The testosterone polymethacrylate (5b, n
7.6 g was obtained (95% yield).

【0070】[0070]

【化15】 Embedded image

【0071】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8,00、数平均分子量6,000であ
った。
When the molecular weight of this polymer in terms of polystyrene was examined in gel permeation chromatography (GPC) in tetrahydrofuran, the weight average molecular weight was 8,000 and the number average molecular weight was 6,000.

【0072】つぎに得られたポリマーを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。500mlフラスコにポリメタクリル酸テストス
テロン(5b)7.5gとテトラヒドロフラン150m
l、t−ブタノール50mlを入れ、そこに3.75g炭
酸カリウムを水30mlに溶かしたものを加えた。別途、
過ヨウ素酸ナトリウム27gを水160ml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40
mlを先のポリマー溶液に室温で加えた。
Next, the obtained polymer was subjected to Lemieux.
The double bond of the testosterone structure was converted to a δ-ketocarboxylic acid structure by -von Rudoff oxidation. 7.5 g of testosterone polymethacrylate (5b) and 150 m of tetrahydrofuran are placed in a 500 ml flask.
l, 50 ml of t-butanol was added, and a solution obtained by dissolving 3.75 g of potassium carbonate in 30 ml of water was added thereto. Separately,
Dissolve 27g of sodium periodate in 160ml of water,
An aqueous sodium periodate solution was prepared, of which 40
ml was added to the previous polymer solution at room temperature.

【0073】続いて別途調整した過マンガン酸カリウム
0.165g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。つぎに残りの過ヨウ
素酸ナトリウム水溶液のうち60mlを約10分間で滴下
し、さらに続く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紫色を
保つようにした。
Subsequently, 4 ml of a separately prepared solution of 0.165 g of potassium permanganate dissolved in 12 ml of water was added to the above polymer solution at room temperature. Next, 60 ml of the remaining aqueous solution of sodium periodate was added dropwise over about 10 minutes, and 60 ml of the remaining aqueous solution of sodium periodate was added dropwise over the next 30 minutes. When the aqueous solution of sodium periodate was dropped, the remaining aqueous solution of potassium permanganate was sometimes added so that the polymer solution during the reaction remained purple.

【0074】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
水溶液を茶色い反応液が紫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%亜硫酸水素
ナトリウム水溶液100mlで2回洗浄した。エーテル溶
液は、亜硫酸水素ナトリウム水溶液で洗浄すると紫色か
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。
After the aqueous solution of sodium periodate was added dropwise, the mixture was stirred at room temperature for several hours, cooled with ice, and an aqueous solution of sodium hydrogen sulfite was added until the brown reaction solution became purple. 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
After extraction three times, the ether solution was washed twice with 100 ml of a 5% aqueous sodium bisulfite solution. The ether solution became purple to colorless when washed with an aqueous solution of sodium hydrogen sulfite. After washing the ether solution three times with 100 ml of water, the solution was dried over magnesium sulfate.

【0075】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7.0gを得た。得られたポリマーの構
造は、種々の分析法から(5b)のテストステロンの二
重結合が酸化されて開環し、δ−ケトカルボン酸構造に
なった化16に示す化学式(5c、nは整数を表す)の
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 7.0 g of a white powdery polymer. Obtained. According to various analytical methods, the structure of the obtained polymer is represented by the chemical formula (5c, n is an integer) represented by Chemical Formula 16 in which the double bond of testosterone (5b) is oxidized to open the ring to form a δ-ketocarboxylic acid structure. ).

【0076】[0076]

【化16】 Embedded image

【0077】つぎに得られたポリマー(5c)6.8g
をテトラヒドロフラン100mlに溶解し、そこへ室温で
水素化ホウ素ナトリウム0.68gを10mlの水に溶か
したものを滴下した。滴下後、数時間攪拌したのち、水
100mlを加え、さらに0.5N塩酸水溶液を加えてp
H4程度の弱酸性にした。その後、この溶液に酢酸エチ
ル100ml、テトラヒドロフラン50mlを加えて2回抽
出を行った。抽出後、有機層を水100mlで3回洗浄
し、硫酸ナトリウムで乾燥した後、硫酸ナトリウムをろ
別し、さらに溶媒を減圧留去して、100ml程度に濃縮
した後、n−へキサン約300mlに注ぎ、沈殿したポリ
マーを乾燥して、白色粉末状のポリマー6.0gを得
た。種々の分析法から得られたポリマーは(5c)のケ
トン構造が還元されたδ−ヒドロキシ酸構造有する化1
7に示す化学式(5d、nは整数を表す)のポリマーで
あることがわかった。
Next, 6.8 g of the obtained polymer (5c) was obtained.
Was dissolved in 100 ml of tetrahydrofuran, and a solution prepared by dissolving 0.68 g of sodium borohydride in 10 ml of water was added dropwise at room temperature. After the dropwise addition, the mixture was stirred for several hours, 100 ml of water was added, and a 0.5N aqueous hydrochloric acid solution was further added to add p.
It was made weakly acidic to about H4. Thereafter, 100 ml of ethyl acetate and 50 ml of tetrahydrofuran were added to this solution, and extraction was performed twice. After extraction, the organic layer was washed three times with 100 ml of water, dried over sodium sulfate, filtered to remove sodium sulfate, further distilled off the solvent under reduced pressure, concentrated to about 100 ml, and then diluted with about 300 ml of n-hexane. , And the precipitated polymer was dried to obtain 6.0 g of a white powdery polymer. Polymers obtained by various analytical methods have a δ-hydroxy acid structure in which the ketone structure of (5c) is reduced.
The polymer was found to be a polymer having the chemical formula (5d, n represents an integer) shown in FIG.

【0078】[0078]

【化17】 Embedded image

【0079】つぎに水酸化ナトリウム3.0gを水20
0mlに溶かした中に、ポリマー(5d)5.5gを分散
させ、そこに硫酸ジメチル4.6gを室温で滴下した。
滴下後、溶液を加熱還流させ、8時間反応させた。加熱
を始めると30分ほどで、ポリマーが分散している状態
から均一な状態になった。
Next, 3.0 g of sodium hydroxide was added to 20 parts of water.
5.5 g of the polymer (5d) was dispersed in 0 ml of the solution, and 4.6 g of dimethyl sulfate was added dropwise thereto at room temperature.
After the dropwise addition, the solution was heated to reflux and reacted for 8 hours. In about 30 minutes after the heating was started, the polymer was changed from the dispersed state to the uniform state.

【0080】反応後、反応溶液に約0.5N塩酸水溶液
を徐々に加えて、pH4程度の弱酸性にした。この溶液
に酢酸エチル120mlとテトラヒドロフラン60mlを加
えて2回抽出を行い、得られた有機層を150mlの水で
3回洗浄した。洗浄後、有機層を無水硫酸ナトリウムで
乾燥後、さらに溶媒を減圧留去して減らし、n−ヘキサ
ン400mlへ注ぎ、沈殿したポリマーを乾燥して乳白色
粉末状のポリマー5.0gを得た。得られたポリマーの
構造は、種々の分析法から化18に示すδ−メトキシカ
ルボン酸構造を有する化学式(5e、nは整数を表す)
のポリマーであることがわかった。
After the reaction, about 0.5N aqueous hydrochloric acid was gradually added to the reaction solution to make it weakly acidic at about pH 4. 120 ml of ethyl acetate and 60 ml of tetrahydrofuran were added to this solution, and the mixture was extracted twice, and the obtained organic layer was washed three times with 150 ml of water. After washing, the organic layer was dried over anhydrous sodium sulfate, and the solvent was further distilled off under reduced pressure. The residue was poured into 400 ml of n-hexane, and the precipitated polymer was dried to obtain 5.0 g of a milky white powdery polymer. The structure of the obtained polymer was determined from various analytical methods according to the chemical formula (5e, n represents an integer) having a δ-methoxycarboxylic acid structure shown in Chemical formula 18.
Was found to be a polymer.

【0081】[0081]

【化18】 Embedded image

【0082】得られたポリマー(5e)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のフィルタで濾過した。それをシリ
コン基板上に回転塗布し、100℃で2分間ベークして
ポリマー膜を得た。上記基板上に塗布した膜(膜厚40
0nm)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性を調べたところ、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 (5e) 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 on a silicon substrate and baked at 100 ° C. for 2 minutes to obtain a polymer film. The film applied on the substrate (film thickness 40
(0 nm) was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (concentration: 2.38% by weight). In addition, when the solubility was examined using a dissolution rate monitor, it was found that the substance was dissolved without swelling.

【0083】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.

【0084】〈合成例4〉δ−メトキシカルボン酸構造
を有する化合物(6e)の合成 合成例3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、化19に示す化学式(6a)のデヒドロ
コール酸テストステロンエステル13.0gを得た。
<Synthesis Example 4> Synthesis of compound (6e) having δ-methoxycarboxylic acid structure Esterification of 7.1 g of testosterone using 10.4 g of dehydrocholic acid instead of methacrylic acid used in Synthesis Example 3. As a result, 13.0 g of testosterone dehydrocholate of the chemical formula (6a) shown in Chemical formula 19 was obtained.

【0085】[0085]

【化19】 Embedded image

【0086】得られたデヒドロコール酸テストステロン
エステル(6a)12.5gを用いて、合成例3中に示
したLemieux−von Rudloff酸化を同
様に行い、ジエチルエーテル/nー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、化20に示すδ−ケトカルボン酸構造
を有する化合物(6b)10.7gを得た。
Using 12.5 g of the obtained testosterone dehydrocholate (6a), the Lemieux-von Rudoff oxidation shown in Synthesis Example 3 was carried out in the same manner, and instead of reprecipitation with diethyl ether / n-hexane. Then, diethyl ether was distilled off, and the residue was recrystallized from ethanol to obtain 10.7 g of a compound (6b) having a δ-ketocarboxylic acid structure shown in Chemical formula 20.

【0087】[0087]

【化20】 Embedded image

【0088】つぎに上記δ−ケトカルボン酸構造を有す
る化合物(6b)10.0gを用いて、合成例3と同様
に水素化ホウ素ナトリウムによる還元を行い、化21に
示すδ−ヒドロキシ酸構造を有する化合物(6c)8.
5gを得た。
Next, 10.0 g of the compound having a δ-ketocarboxylic acid structure (6b) was reduced with sodium borohydride in the same manner as in Synthesis Example 3 to obtain a compound having the δ-hydroxy acid structure shown in Chemical Formula 21. Compound (6c) 8.
5 g were obtained.

【0089】[0089]

【化21】 Embedded image

【0090】さらに上記δ−ヒドロキシカルボン酸構造
を有する化合物(6c)8.0gを用いて、合成例3と
同様に硫酸ジメチルによるメチルエーテル化を行い、化
22に示すδ−メトキシカルボン酸構造を有する化合物
(6d)7.4gを得た。
Further, using 8.0 g of the compound (6c) having a δ-hydroxycarboxylic acid structure, methyl etherification with dimethyl sulfate was carried out in the same manner as in Synthesis Example 3 to obtain a δ-methoxycarboxylic acid structure shown in Chemical formula 22. The obtained compound (6d) (7.4 g) was obtained.

【0091】[0091]

【化22】 Embedded image

【0092】〈実施例1〉合成例1で合成したγ−メト
キシカルボン酸構造を有するポリマー(3c)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重量部をジア
セトンアルコール600重量部に溶解し、孔径0.20
μmのテフロンフィルタを用いてろ過し、レジスト溶液
とした。
Example 1 100 parts by weight of the polymer having a γ-methoxycarboxylic acid structure (3c) synthesized in Synthesis Example 1, 2 parts by weight of an acid generator triphenylsulfonium triflate, 0.01 part by weight of 2-benzylpyridine Was dissolved in 600 parts by weight of diacetone alcohol, and the pore size was 0.20.
Filtration was performed using a μm Teflon filter to obtain a resist solution.

【0093】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。
On a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane, the above-mentioned resist solution was spin-coated, followed by heating at 100 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.35 μm.

【0094】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。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8秒で溶解した。そこで現
像は、その2倍の時間の16秒間行い、続いて15秒間
純水でリンスした。
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. 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 8 seconds. Therefore, the development was performed for 16 seconds, twice as long, and then rinsed with pure water for 15 seconds.

【0095】その結果、露光量25mJ/cm2で、ネ
ガ型の0.12μmラインアンドスペースパタンが得ら
れた。この際、パタンの膨潤は見られなかった。なお、
得られたパタ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、パタンは瞬時に溶解し、架橋が起きてい
ないことがわかった。またこのレジスト溶液は、冷蔵庫
(6℃)で14日間保存しても感度、解像度に変化がな
く、保存安定性がよいことがわかった。
As a result, a negative 0.12 μm line and space pattern was obtained at an exposure dose of 25 mJ / cm 2 . At this time, no swelling of the pattern was observed. In addition,
When the obtained substrate having the pattern was immersed in tetrahydrofuran, the pattern was instantaneously dissolved, and it was found that no cross-linking had occurred. It was also found that this resist solution had no change in sensitivity and resolution even when stored in a refrigerator (6 ° C.) for 14 days, and had good storage stability.

【0096】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150W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、1.22であり、実用上十分高いドライエッチング
耐性を有していることがわかった。
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 a CHF 3 flow rate of 35 sccm, a gas pressure of 10 mTorr, and an RF bias power of 150 W. As a result, the etch rate of this resist was 1.22 when the commercially available novolak resin was 1.0, indicating that the resist had sufficiently high dry etching resistance for practical use.

【0097】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346
6cm-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。
The resist applied on the NaCl plate was
Similarly, irradiation with ArF excimer light was performed at 25 mJ / cm 2 , and infrared absorption spectra before and after baking after exposure were measured by FT-1720X manufactured by Perkin Elmer. As a result, after the post-exposure bake, 346
It was found that the peak around 6 cm -1 was greatly reduced. It was also found that the peak at 1712 cm -1 due to lactone had increased.

【0098】レジスト膜は初めγ−メトキシカルボン酸
構造を有するポリマー(3c)の構造であり、そのカル
ボン酸によりアルカリ可溶であった。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γ−メトキシカルボン酸の構造が分子内で脱メタノー
ル反応を起こしてエステル化し、γ−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、ネガ型のパタンが形成された。この際のネガ型化の
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発生せず、微細パ
タンが形成できた。
The resist film initially had the structure of the polymer (3c) having a γ-methoxycarboxylic acid structure, and was alkali-soluble 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 γ-methoxycarboxylic acid in the polymer undergoes a de-methanol reaction in the molecule to esterify it, resulting in a γ-lactone structure. As a result, the exposed portion became insoluble in the alkali developing solution, and a negative pattern was formed. At this time, the mechanism of the negative mold was not a crosslinking reaction but a large decrease in the amount of the carboxylic acid due to the lactonization, so that no swelling occurred and a fine pattern could be formed.

【0099】〈実施例2〉実施例1で用いたγ−メトキ
シカルボン酸構造を有するポリマー(3c)の代わり
に、合成例2で合成したγ−エトキシカルボン酸構造を
有する化合物(4c)を100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、テトラペン
チルアンモニウムクロリド0.01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(登録商標)フィルタを用いてろ過し、レジスト溶
液とした。
<Example 2> In place of the polymer (3c) having a γ-methoxycarboxylic acid structure used in Example 1, 100% of the compound (4c) having a γ-ethoxycarboxylic acid structure synthesized in Synthesis Example 2 was used. Parts by weight, 3 parts by weight of an acid generator triphenylsulfonium nonaflate and 0.01 parts by weight of tetrapentylammonium chloride are dissolved in 600 parts by weight of cyclohexanone, and filtered using a Teflon (registered trademark) filter having a pore size of 0.20 μm, A resist solution was used.

【0100】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。
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 coating, heat-treated at 100 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.30 μm. Was formed.

【0101】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10秒で溶解した。そこで現像は、その約2倍の時
間の20秒間行い、続けて15秒間純水でリンスした。
その結果、露光量40mJ/cm2で、ネガ型の0.1
6μmラインアンドスペースパタンが得られた。この
際、パタンの膨潤は見られなかった。またこのレジスト
溶液は、冷蔵庫(6℃)で14日間保存しても感度、解
像度に変化がなく、保存安定性がよいことがわかった。
Exposure was carried out through a chromium mask using an ArF excimer laser stepper in the same manner as in Example 1, and then baking was carried out 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 10 seconds. Therefore, the development was carried out for about 20 times, which is twice as long as that, followed by rinsing with pure water for 15 seconds.
As a result, at an exposure amount of 40 mJ / cm 2 , a negative type 0.1
A 6 μm line and space pattern was obtained. At this time, no swelling of the pattern was observed. It was also found that this resist solution had no change in sensitivity and resolution even when stored in a refrigerator (6 ° C.) for 14 days, and had good storage stability.

【0102】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, 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 1.25, assuming that the etching rate of a commercially available novolak resin coating film was 1.0, indicating that the dry etching resistance was high.

【0103】〈実施例3〉合成例3で合成したδ−メト
キシカルボン酸構造を有するポリマー(5e)を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3重量部、フェニルピリジン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を用いてろ過し、レ
ジスト溶液とした。
Example 3 The polymer (5e) having a δ-methoxycarboxylic acid structure synthesized in Synthesis Example 3 was added to 100
Parts by weight, 3 parts by weight of an acid generator, triphenylsulfonium triflate, and 0.015 parts by weight of phenylpyridine.
It was dissolved in 600 parts by weight of methoxy-2-propanol and filtered using a Teflon filter having a pore size of 0.20 μm to obtain a resist solution.

【0104】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
0.35μmのレジスト膜を形成した。
The above resist solution was spin-coated on a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane in the same manner as in Example 1, and after the coating, the resist solution was heated at 100 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.35 μm. Was formed.

【0105】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12
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15秒間純水でリンスした。
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 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 15 seconds.

【0106】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ンが得ら
れた。この際、パタンの膨潤は見られなかった。またこ
のレジスト溶液は、冷蔵庫(6℃)で14日間保存して
も感度、解像度に変化がなく、保存安定性がよいことが
わかった。
As a result, a negative 0.12 μm line and space pattern was obtained at an exposure dose of 28 mJ / cm 2 . At this time, no swelling of the pattern was observed. It was also found that this resist solution had no change in sensitivity and resolution even when stored in a refrigerator (6 ° C.) for 14 days, and had good storage stability.

【0107】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120℃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
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15秒間純水でリンスした。
The resist film was exposed through a Levenson-type phase shift mask using a KrF excimer laser stepper (NA = 0.45). After baking at 120 ° C. for 2 minutes after exposure, the resist film was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (2.38% by weight) at 23 ° C., and the unexposed portion of the film was 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 15 seconds.

【0108】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ンが得ら
れた。この際、パタ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、保存安定性がよいことがわ
かった。
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.

【0109】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.

【0110】〈実施例4〉合成例1で合成したγ−メト
キシカルボン酸構造を有するポリマー(3c)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0.20μ
mのテフロンフィルタを用いてろ過し、レジスト溶液と
した。
Example 4 100 g of the polymer (3c) having a γ-methoxycarboxylic acid structure synthesized in Synthesis Example 1 was used.
Parts by weight, 3 parts by weight of an acid generator, trifluoromethanesulfonyloxysuccinimide, and 10 parts by weight of 1,3,4,6-tetrakis (methoxymethyl) glucoluril are dissolved in 600 parts by weight of diacetone alcohol, and the pore size is 0.20 μm.
It was filtered using a Teflon filter of m to obtain a resist solution.

【0111】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。
The above resist solution was spin-coated on a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane in the same manner as in Example 1, 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.

【0112】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。
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 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.

【0113】その結果、露光量35mJ/cm2で、ネ
ガ型の0.13μmラインアンドスペースパタンが得ら
れた。この際、パタンの膨潤は見られなかった。またこ
のレジスト溶液は、冷蔵庫(6℃)で14日間保存して
も感度、解像度に変化がなく、保存安定性がよいことが
わかった。
As a result, a negative 0.13 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. It was also found that this resist solution had no change in sensitivity and resolution even when stored in a refrigerator (6 ° C.) for 14 days, and had good storage stability.

【0114】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1.20であり、実
用上十分高いドライエッチング耐性を有していることが
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 1.20 when the etching rate of a coating film of a commercially available novolak resin was 1.0, indicating that the resist had sufficiently high dry etching resistance for practical use. .

【0115】〈実施例5〉合成例1で合成したγ−メト
キシカルボン酸構造を有するポリマー(3c)を100
重量部、合成例4で合成したδ−メトキシカルボン酸構
造を有する化合物(6d)20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を用いてろ過しレジスト溶液とし
た。
Example 5 100 g of the polymer (3c) having a γ-methoxycarboxylic acid structure synthesized in Synthesis Example 1 was used.
Parts by weight, 20 parts by weight of the compound having a δ-methoxycarboxylic acid structure (6d) synthesized in Synthesis Example 4, 3 parts by weight of an acid generator dimethylphenylsulfonium triflate, 0.015 parts by weight of tetraethylphosphonium iodide, and diacetone alcohol Dissolved in 600 parts by weight, pore size 0.20μm
And filtered using a Teflon filter to obtain a resist solution.

【0116】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。
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 application, heat-treated at 90 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.33 μm. Was formed.

【0117】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2.5倍の時
間の10秒間行い、続けて10秒間純水でリンスした。
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, the development was performed for 2.5 seconds, 10 seconds, followed by rinsing with pure water for 10 seconds.

【0118】その結果、露光量27mJ/cm2で、ネ
ガ型の0.13μmラインアンドスペースパタンが得ら
れた。この際、パタンの膨潤は見られなかった。またこ
のレジスト溶液は、冷蔵庫(6℃)で14日間保存して
も感度、解像度に変化がなく、保存安定性がよいことが
わかった。
As a result, a negative 0.13 μm line and space pattern was obtained at an exposure dose of 27 mJ / cm 2 . At this time, no swelling of the pattern was observed. It was also found that this resist solution had no change in sensitivity and resolution even when stored in a refrigerator (6 ° C.) for 14 days, and had good storage stability.

【0119】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20μC
/cm2で、ネガ型の0.13μmラインアンドスペース
パタンが得られた。この際、パタンの膨潤は見られなか
った。
The resist film was exposed to a line and space pattern using an electron beam lithography apparatus with an acceleration voltage of 50 kV. Baking and development after exposure were performed under the same conditions as in the ArF excimer laser exposure.
/ Cm 2 , a negative type 0.13 μm line and space pattern was obtained. At this time, no swelling of the pattern was observed.

【0120】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、
実用上十分高いドライエッチング耐性を有していること
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 film had sufficiently high dry etching resistance for practical use.

【0121】〈実施例6〉図1に公知の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およびドレイン電極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。
Embodiment 6 FIG. 1 shows a well-known MOS (metal-
1 shows a cross-sectional view of an (oxide-semiconductor) transistor. The transistor operates according to the voltage applied to the gate electrode 18.
The structure is such that a drain current flowing between the source electrode 16 and the drain electrode 17 is controlled.

【0122】このような構造を作る工程は十数工程から
なるが、それらを大きく括ると、フィールド酸化膜形成
までの工程、ゲート形成までの工程および最終工程の3
グループに区分することができる。はじめのフィールド
酸化膜形成までの工程(図2)には、窒化シリコン膜上
でレジストパタンを形成する工程が含まれる。このフィ
ールド酸化膜形成を以下の実施例の様にして行った。
The process of forming such a structure comprises over a dozen steps, which can be broadly summarized as three steps, ie, a step up to formation of a field oxide film, a step up to gate formation, and a final step.
They can be divided into groups. The process up to the first field oxide film formation (FIG. 2) includes a process of forming a resist pattern on the silicon nitride film. This field oxide film was formed as in the following examples.

【0123】公知の方法により、図2(a)のようにp
型シリコンウェハ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
コン膜を形成し、基板とする。
By a known method, as shown in FIG.
A 50 nm oxide film 22 is formed on a mold silicon wafer 21, and a 200 nm silicon nitride film is formed thereon by plasma CVD to form a substrate.

【0124】この基板に、実施例1に示した材料および
方法により、0.30μmラインのレジストパタン24
の形成を行う(図2(b))。このレジストパタン24
をマスクとして公知の方法で窒化シリコン膜23をエッ
チングした後(図2(c))、再びこのレジスト24を
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。
A resist pattern 24 having a 0.30 μm line was formed on the substrate by using the material and method described in the first embodiment.
Is formed (FIG. 2B). This resist pattern 24
After the silicon nitride film 23 is etched by a known method using the mask as a mask (FIG. 2C), boron ion implantation for a channel stopper is performed again using the resist 24 as a mask.

【0125】レジスト24を剥離した後(図2
(d))、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(図2(e))。
After removing the resist 24 (FIG. 2)
(D)) A 1.2 μm field oxide film 25 is formed in the element isolation region by selective oxidation using the silicon nitride film 23 as a mask (FIG. 2E).

【0126】このあと、公知の方法にしたがってゲート
形成の工程と最終工程を行った。すなわち窒化シリコン
膜23をエッチング後、ゲートを酸化し、多結晶シリコ
ン26の成長を行う(図2(f))。この基板に実施例
3に示したパタン形成方法を用いて、0.12μmライ
ンのレジストパタン27の形成を行う(図2(g))。
このレジストパタン27をマスクとして、公知の方法で
多結晶シリコン26のエッチングを行い、ゲート28を
形成する(図2(h))。
Thereafter, a gate forming step and a final step were performed according to a known method. That is, after etching the silicon nitride film 23, the gate is oxidized to grow the polycrystalline silicon 26 (FIG. 2 (f)). A resist pattern 27 having a 0.12 μm line is formed on this substrate by using the pattern forming method described in the third embodiment (FIG. 2G).
Using this resist pattern 27 as a mask, the polycrystalline silicon 26 is etched by a known method to form a gate 28 (FIG. 2 (h)).

【0127】以下の工程は図示を省略するが、ソースお
よびドレインの薄い酸化膜をエッチングし、次いで多結
晶シリコンゲートとソース、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口する。
In the following steps, although not shown, the thin oxide film of the source and the drain is etched, and then arsenic is diffused into the polycrystalline silicon gate and the source and the drain.
An oxide film is formed on the polycrystalline silicon gate and the source and drain regions. Open contacts for aluminum wiring to the gate, source, and drain, perform aluminum deposition and patterning, further form a protective film, and open pads for bonding.

【0128】以上のようにして、図1のMOS型トラン
ジスタが形成される。ここではMOS型トランジスタに
ついて、特にフィールド酸化膜の形成方法を記述した
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。
As described above, the MOS transistor shown in FIG. 1 is formed. Here, a method of forming a field oxide film has been particularly described for a MOS transistor. However, it is needless to say that the present invention is not limited to this, but can be applied to other semiconductor element manufacturing methods and processes.

【0129】〈実施例7〉本発明の実施例1から5のい
ずれかに示したパタン形成方法を使って半導体メモリ素
子を作製した。図3は素子製造の主な工程を示す断面図
である。
Embodiment 7 A semiconductor memory device was manufactured by using the pattern forming method described in any of Embodiments 1 to 5 of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view showing main steps of manufacturing the device.

【0130】図3(a)に示すように、P型のSi半導
体31を基板に用い、その表面に公知の素子分離技術を
用い素子分離領域32を形成する。つぎに、例えば厚さ
150nm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の側壁にSiO2のサイドスペーサ
34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, a word line 33 having a structure in which, for example, polycrystalline Si having a thickness of 150 nm and SiO 2 having a thickness of 200 nm is laminated is formed, and further, for example, SiO 2 having a thickness of 150 nm is deposited by using a chemical vapor deposition method. Then, a side spacer 34 of SiO 2 is formed on the side wall of the word line.

【0131】つぎに、通常の方法でn拡散層35を形成
する。つぎに図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, an n diffusion layer 35 is formed by a usual method. Next, as shown in FIG. 3B, a data line 36 made of polycrystalline Si, a high melting point metal silicide, or a laminated film of these is formed through a normal process.

【0132】つぎに図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、PZ
T、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S
i、高融点金属、高融点金属シリサイド、あるいはA
l、Cu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, PZ
T, ferroelectric, or a composite film of these,
The capacitor insulating film 39 is formed. Continue with polycrystalline S
i, refractory metal, refractory metal silicide, or A
A plate electrode 40 is formed by applying a low-resistance conductor such as l or Cu.

【0133】つぎに図3(d)に示すように、通常の工
程を経て配線41を形成する。つぎに通常の配線形成工
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。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。
Next, as shown in FIG. 3D, a wiring 41 is formed through a normal process. Next, a memory element was manufactured through a normal wiring forming step and a passivation step. Note that, here, only typical manufacturing steps have been described, but other than this, ordinary manufacturing steps were used. Further, the present invention can be applied even if the order of each step is changed.

【0134】上記素子製造工程におけるリソグラフィ工
程では、ほとんどの工程に本発明の実施例1から3のい
ずれかに示したパタン形成方法を適用したが、ネガ型レ
ジストでパタン形成するのが不向きな工程やパタンの寸
法が大きい工程には、必ずしも本発明を適用する必要は
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ン形成には
本発明を適用しなかった。
In the lithography process in the device manufacturing process, the pattern forming method described in any one of Embodiments 1 to 3 of the present invention was applied to most of the processes. However, a process not suitable for forming a pattern with a negative resist was used. It is not always necessary to apply the present invention to a process in which 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.

【0135】つぎに、リソグラフィで形成したパタンに
ついて説明する。図4は製造したメモリ素子を構成する
代表的なパタンのメモリ部のパタン配置を示す。42が
ワード線、43がデータ線、44がアクティブ領域、4
5が蓄積電極、46が電極取り出し孔のパタンである。
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から3のパタン形
成方法を用いた。ここに示したパタ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。
Next, a pattern formed by lithography will be described. FIG. 4 shows a pattern arrangement of a memory portion of a typical pattern constituting a manufactured memory element. 42 is a word line, 43 is a data line, 44 is an active area,
5 is a storage electrode, and 46 is a pattern of an electrode extraction hole.
Also in this example, the pattern forming methods of Examples 1 to 3 of the present invention were used for all steps except for the 46 electrode extraction holes shown here. The present invention is used in processes using the minimum design rule other than the pattern formation shown here.

【0136】本発明を用いて作製した素子は、従来法を
用いて作製した素子と比較するとパタン間の寸法を小さ
くできた、そのため同じ構造の素子が小さくでき、半導
体素子を製造する際に1枚のウェハから製造できる個数
が増えて、歩留まりが向上した。
In the device manufactured by using the present invention, the size between the patterns could be reduced as compared with the device manufactured by using the conventional method. Therefore, the device having the same structure could be reduced. The number of wafers that can be manufactured from one wafer has increased, and the yield has improved.

【0137】〈比較例1〉合成例1で合成したγ−ヒド
ロキシ酸構造を有するポリマー(3b)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
テフロンフィルタを用いて、ろ過しレジスト溶液とし
た。
Comparative Example 1 100 parts by weight of the polymer (3b) having a γ-hydroxy acid structure synthesized in Synthesis Example 1,
2 parts by weight of an acid generator triphenylsulfonium triflate and 0.01 parts by weight of 2-benzylpyridine were 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.

【0138】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。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。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12秒で溶解し
た。そこで現像は、その2倍の時間の24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20
mJ/cm2で、ネガ型の0.13μmラインアンドスペ
ースパタンが得られた。この際、パタンの膨潤は見られ
なかった。
The above resist solution was spin-coated on a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane, and heated at 100 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.35 μm. This resist film was exposed through an Levenson-type phase shift mask using an ArF excimer laser stepper (ISI Microstep, NA = 0.60). After exposure, baking was performed at 100 ° 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 12 seconds. Therefore, the development was performed for 24 seconds, twice as long, and then rinsed with pure water for 15 seconds. As a result, the exposure amount 20
At mJ / cm 2 , a negative 0.13 μm line and space pattern was obtained. At this time, no swelling of the pattern was observed.

【0139】このレジスト溶液を冷凍庫(−8℃)で保
存したところ、7日間は未露光部の溶解速度は変化せ
ず、感度、解像度に変化はほとんど見られなかった。し
かしながら冷蔵庫(6℃)で保存した場合は、3日間で
未露光部が溶解する時間が23秒に増加し、全体が溶け
にくくなった結果、感度は15mJ/cm2に高感度化
した。しかし、解像度が0.14μm(ラインアンドス
ペース)に低下し、6℃では保存安定性が悪いことがわ
かった。
When this resist solution was stored in a freezer (−8 ° C.), the dissolution rate of the unexposed portion did not change for 7 days, and the sensitivity and resolution hardly changed. However, when stored in a refrigerator (6 ° C.), the time for dissolving the unexposed portion increased to 23 seconds in 3 days, and the whole became difficult to dissolve. As a result, the sensitivity was increased to 15 mJ / cm 2 . However, it was found that the resolution was reduced to 0.14 μm (line and space) and the storage stability was poor at 6 ° C.

【0140】[0140]

【発明の効果】アルコキシカルボン酸構造を有する樹脂
のラクトン化を用いることにより、波長220nm以下の
遠紫外線を用いた光リソグラフィプロセスにおいても水
性アルカリ現像液で微細パタ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パタン形成方法を安定
して得ることができる。
According to the present invention, by using lactonization of a resin having an alkoxycarboxylic acid structure, even in a photolithography process using far ultraviolet rays having a wavelength of 220 nm or less, development can be performed without swelling of a fine pattern with an aqueous alkali developer. A negative pattern forming method with excellent image performance can be stably obtained.

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

【図1】MOS型トランジスタの断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a MOS transistor.

【図2】本発明の一実施例によるトランジスタ形成工程
を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing a transistor forming process according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例による半導体メモリ素子の製
造工程を示す断面図。
FIG. 3 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention;

【図4】メモリ素子のメモリ部の代表的なパタン配置を
示す平面図。
FIG. 4 is a plan view showing a typical pattern arrangement of a memory section of a memory element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12、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
トパタン、26…多結晶シリコン膜、27…レジストパ
タン、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 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 oxide 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 AA08 AB16 AC04 AC08 AD01 BD02 BE00 BE07 BE10 CB43 FA12 FA17 FA41 2H096 AA25 BA01 BA06 EA03 EA05 FA01 GA09 HA23 HA30  ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Shiraishi 1-280 Higashi-Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo F-term in Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. 2H025 AA02 AA08 AB16 AC04 AC08 AD01 BD02 BE00 BE07 BE10 CB43 FA12 FA17 FA41 2H096 AA25 BA01 BA06 EA03 EA05 FA01 GA09 HA23 HA30

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基体上にγ−アルコキシカルボン酸構造ま
たはδ−アルコキシカルボン酸構造を含む感光性組成物
からなる塗膜を形成する工程と、前記塗膜に所定のパタ
ンの活性化学線を照射して、前記活性放射線の照射部分
のカルボン酸構造をγ−ラクトン構造またはδ−ラクト
ン構造に変化させる工程とを有することを特徴とするパ
タン形成方法。
1. A step of forming a coating film comprising a photosensitive composition containing a γ-alkoxycarboxylic acid structure or a δ-alkoxycarboxylic acid structure on a substrate, and irradiating the coating film with actinic radiation of a predetermined pattern. Changing the carboxylic acid structure of the irradiated portion of the actinic radiation to a γ-lactone structure or a δ-lactone structure.
【請求項2】請求項1に記載のパタン形成方法におい
て、上記γ−アルコキシカルボン酸またはδ−アルコキ
シカルボン酸構造は、下記化学式(1)または(2)で
示される化学構造(ただし式中R1、R2、R3、R4、R
5、R6、R7、R8は、水素または炭素数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よい。式中R9は、
炭素数1から5のアルキル基を表す)であることを特徴
とするパタン形成方法。 【化1】 【化2】
2. The method for forming a pattern according to claim 1, wherein the γ-alkoxycarboxylic acid or δ-alkoxycarboxylic acid structure has a chemical structure represented by the following chemical formula (1) or (2): 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R
5 , R 6 , R 7 and R 8 represent 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. Wherein R 9 is
Which represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms). Embedded image Embedded image
【請求項3】請求項2に記載のパタン形成方法におい
て、上記感光性組成物が高分子化合物を含み、少なくと
も上記高分子化合物が上記化学式(1)または(2)で
示されるカルボン酸構造を含むことを特徴とするパタン
形成方法。
3. The pattern forming method according to claim 2, wherein the photosensitive composition contains a polymer compound, and at least the polymer compound has a carboxylic acid structure represented by the chemical formula (1) or (2). A pattern forming method comprising:
【請求項4】請求項1から3のいずれかに記載のパタン
形成方法において、上記カルボン酸構造を含む感光性組
成物がさらに脂環族構造を含むことを特徴とするパタン
形成方法。
4. The pattern forming method according to claim 1, wherein the photosensitive composition containing a carboxylic acid structure further contains an alicyclic structure.
【請求項5】請求項1から4のいずれかに記載のパタン
形成方法において、上記活性化学線が波長250nm以下
の遠紫外光であることを特徴とするパタン形成方法。
5. The pattern forming method according to claim 1, wherein said active actinic ray is far ultraviolet light having a wavelength of 250 nm or less.
【請求項6】請求項1から5のいずれかに記載のパタン
形成方法において、上記活性化学線がArFエキシマレ
ーザ光であることを特徴とするパタン形成方法。
6. The pattern forming method according to claim 1, wherein the actinic radiation is ArF excimer laser light.
【請求項7】請求項1から6のいずれかに記載のパタン
形成方法において、上記所定のパタンの活性化学線が位
相シフトマスクを介したArFエキシマレーザ光である
ことを特徴とするパタン形成方法。
7. The pattern forming method according to claim 1, wherein the active actinic radiation of the predetermined pattern is ArF excimer laser light through a phase shift mask. .
【請求項8】請求項1から7のいずれかに記載のパタン
形成方法において、前記活性化学線を照射する工程の
後、水性アルカリ現像液を用いて前記塗膜にパタンを現
像する工程を有し、前記水性アルカリ現像液はテトラア
ルキルアンモニウムヒドロキシド水溶液であることを特
徴とするパタン形成方法。
8. The pattern forming method according to claim 1, further comprising, after the step of irradiating the actinic ray, developing a pattern on the coating film using an aqueous alkaline developer. A method for forming a pattern, wherein the aqueous alkaline developer is an aqueous solution of tetraalkylammonium hydroxide.
【請求項9】請求項8に記載のパタン形成方法におい
て、上記活性化学線を照射する工程の後、前上記水性ア
ルカリ現像液を用いて上記塗膜にパタンを現像する工程
の前に、前記塗膜を加熱する工程を含むこと特徴とする
パタン形成方法。
9. The pattern forming method according to claim 8, wherein after the step of irradiating the actinic radiation, before the step of developing the pattern on the coating film using the aqueous alkaline developer, A method for forming a pattern, comprising a step of heating a coating film.
【請求項10】請求項1から9のいずれかに記載のパタ
ン形成方法により、半導体基板上にレジストパタンを形
成する工程、前記レジストパタンをもとに、前記半導体
基板をエッチング加工する工程、もしくはイオンを打ち
込む工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
10. A step of forming a resist pattern on a semiconductor substrate by the pattern forming method according to any one of claims 1 to 9, a step of etching the semiconductor substrate based on the resist pattern, or A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of implanting ions.
【請求項11】アルカリ可溶性基としてγ−アルコキシ
カルボン酸構造またはδ−アルコキシカルボン酸構造を
有する化合物、および活性化学線の照射により酸を発生
する化合物を少なくとも含むことを特徴とする感光性組
成物。
11. A photosensitive composition comprising at least a compound having a γ-alkoxycarboxylic acid structure or a δ-alkoxycarboxylic acid structure as an alkali-soluble group, and a compound capable of generating an acid upon irradiation with active actinic radiation. .
【請求項12】請求項11に記載の感光性組成物におい
て、上記アルカリ可溶性基としてγ−アルコキシカルボ
ン酸構造またはδ−アルコキシカルボン酸構造を有する
化合物が、さらに脂環族構造を含むことを特徴とする感
光性組成物。
12. The photosensitive composition according to claim 11, wherein the compound having a γ-alkoxycarboxylic acid structure or a δ-alkoxycarboxylic acid structure as the alkali-soluble group further contains an alicyclic structure. Photosensitive composition.
【請求項13】請求項11または12に記載の感光性組
成物において、上記アルカリ可溶性基としてγ−アルコ
キシカルボン酸構造またはδ−アルコキシカルボン酸構
造を有する化合物が高分子化合物であることを特徴とす
る感光性組成物。
13. The photosensitive composition according to claim 11, wherein the compound having a γ-alkoxycarboxylic acid structure or a δ-alkoxycarboxylic acid structure as the alkali-soluble group is a high molecular compound. Photosensitive composition.
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