JP2004199084A - Method for forming resist pattern - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a practical method for forming a resist pattern by a PCM (portable comfortable mask) method which can be carried out with electron beams and which uses a specified material as an upper layer material having a high absorption wavelength range to be able to give a mask at the time of exposure of a lower layer and hardly producing a mixing region with the lower layer film. <P>SOLUTION: The method includes processes of: forming a lower layer photosensitive material film on a substrate; forming an upper layer photosensitive material film containing a substituted or unsubstituted benzene ring or polycyclic condensed aromatic ring or alicyclic skeleton on the lower layer photosensitive material film; exposing a specified region of the upper layer photosensitive material film to electron beams; dissolving and removing the exposed part or the unexposed part of the upper layer photosensitive material film after exposure with an alkali aqueous solution to develop; and irradiating the entire region with the light of 190 to 260 nm wavelengths while using the upper layer photosensitive material film pattern obtained by the above developing process as a mask, and developing to selectively dissolve and remove the exposed part to transfer the pattern of the upper layer photosensitive material film to the lower layer photosensitive material film. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体素子、TFT(薄膜トランジスタ)、光ディスクなどの製造工程における微細加工に用いられるレジストパターン形成方法に関する。   The present invention relates to a method for forming a resist pattern used for fine processing in a manufacturing process of a semiconductor element, a TFT (thin film transistor), an optical disk, and the like.

以前よりLSIを始めとする電子部品の製造プロセスでは、フォトリソグラフィーを利用した微細加工技術が採用されている。すなわち、まずレジスト液を基板などの上に塗布してレジスト膜を成膜し、次いで得られたレジスト膜に対してパターン光の露光を行なった後、アルカリ現像等の処理を施してレジストパターンを形成する。続いて、このレジストパターンを耐エッチングマスクとして露出した基板などの表面をドライエッチングすることで、微細な幅の線や開孔部を形設し、最後にレジストをアッシング除去するというものである。   2. Description of the Related Art Microfabrication technology using photolithography has been employed in the manufacturing processes of electronic components such as LSIs. That is, first, a resist solution is applied on a substrate or the like to form a resist film, and then the obtained resist film is exposed to pattern light, and then subjected to processing such as alkali development to form a resist pattern. Form. Subsequently, the surface of the exposed substrate or the like is dry-etched using the resist pattern as an etching-resistant mask to form fine-width lines and openings, and finally, the resist is removed by ashing.

したがって、ここで用いられるレジストには、一般に高いドライエッチング耐性が求められる。こういった観点から、これまでは芳香族化合物を含有するレジストが広く用いられてきており、具体的にはアルカリ可溶性であるノボラック樹脂などをベース樹脂としたものが数多く開発されている。   Therefore, the resist used here is generally required to have high dry etching resistance. From such a viewpoint, resists containing an aromatic compound have been widely used so far, and specifically, a large number of resists using an alkali-soluble novolak resin or the like as a base resin have been developed.

一方LSIなどの高密度集積化に伴い、上述したような微細加工技術は近年サブハーフミクロンオーダーにまで及んでおり、今後こうした微細化はさらに顕著になることが予想されている。このため、フォトリソグラフィーにおける光源の短波長化が進行しており、現在波長193nmのArFエキシマレーザ光や波長218nmのYAGレーザの5倍高調波光による微細なレジストパターンの形成が試みられている。   On the other hand, with the high-density integration of LSI and the like, the above-mentioned fine processing technology has recently reached the order of the sub-half micron, and such fine processing is expected to become more remarkable in the future. For this reason, the wavelength of the light source in photolithography has been shortened, and an attempt is currently being made to form a fine resist pattern using ArF excimer laser light having a wavelength of 193 nm or fifth harmonic light of a YAG laser having a wavelength of 218 nm.

然るに、これまで一般的であったノボラック樹脂をベース樹脂としたレジストでは、上述した通りの短波長光に対してノボラック樹脂のベンゼン核での光吸収が大きい傾向がある。したがって、レジストパターンを形成しようとすると、露光時にレジスト膜の基板側にまで光を充分に到達させることが難しく、結果的にパターン形状の良好なパターンを高感度、高精度で形成することは困難であった。   However, a resist using a novolak resin as a base resin, which has been generally used until now, tends to have a large light absorption at the benzene nucleus of the novolak resin with respect to the short-wavelength light as described above. Therefore, when trying to form a resist pattern, it is difficult to sufficiently reach light to the substrate side of the resist film during exposure, and as a result, it is difficult to form a pattern having a good pattern shape with high sensitivity and high precision Met.

ところで、PCM(ポータブルコンフォータブルマスク)法と呼ばれるパターン形成方法が1979年、Proc.SPIE.174,114においてB.J.Linによって示されている。これは、上層のレジストパターンを形成し、それをマスクとして下層を一括露光するパターン形成方法である。このPCM法で行なわれたものとして、A.W.McCulloughらによって1986年、Proc.SPIE.631,316に次のように報告されている。これにおいては、PMGI(ポリジメチルグルタルイミド)を下層材料として用い、上層のノボラック−ナフトキノンジアジドで形成したパターンをマスクとして一括露光してパターンを形成したものである。   Incidentally, a pattern forming method called a PCM (Portable Comfortable Mask) method was described in Proc. SPIE. 174,114. J. Shown by Lin. This is a pattern forming method in which an upper layer resist pattern is formed, and the lower layer is collectively exposed using the resist pattern as a mask. As performed by this PCM method, A.I. W. 1986, by McCullough et al., Proc. SPIE. 631, 316 report as follows. In this method, PMGI (polydimethylglutarimide) is used as a lower layer material, and a pattern is formed by batch exposure using a pattern formed of novolak-naphthoquinonediazide in an upper layer as a mask.

上述したようなPCM法は、下層をも露光・現像という工程でパターンを転写・形成するので、エッチングによるパターンの転写・形成にみられるスカムと呼ばれるごみ等が発生しないという利点を有している。その後も、多様なPCM法が提案されてきている。しかしながら、従来のPCM法では、下層感光性材料が通常のフェノール樹脂と比較してドライエッチング耐性が低い場合が多く、実用的でなかった。前述のA.W.McCulloughらの例では、上層感光性材料として、ノボラック−ナフトキノンジアジドという水銀ランプによるリソグラフィーで用いられる材料を用い、下層感光性材料としては、PMGIという水銀ランプよりも波長の短いKrFエキシマレーザー光によるリソグラフィーで用いられる材料が採用されている。このため、上層のパターンを形成するための露光光の波長が長く、光学的に細かいパターンを形成する優位性は存在していなかった。さらに、実際に感光性層を積層化するうえで、層間のミキシング等の問題により、微細パターンを形成しにくいという問題があった。   The PCM method as described above has an advantage in that since the pattern is transferred and formed even in the step of exposing and developing the lower layer, dust or the like called scum which is observed in the transfer and formation of the pattern by etching does not occur. . Since then, various PCM methods have been proposed. However, in the conventional PCM method, the lower layer photosensitive material is often impractical in dry etching resistance as compared with a normal phenol resin, and is not practical. A. As described above. W. In the example of McCullough et al., A novolak-naphthoquinonediazide material used in lithography using a mercury lamp is used as the upper photosensitive material, and a lithography using a KrF excimer laser beam called PMGI having a shorter wavelength than the mercury lamp is used as the lower photosensitive material. The materials used in are adopted. For this reason, the wavelength of exposure light for forming an upper layer pattern is long, and there is no advantage in forming an optically fine pattern. Further, there is a problem that it is difficult to form a fine pattern due to a problem such as mixing between layers when actually laminating the photosensitive layers.

上述したように、ノボラック樹脂をベース樹脂としたレジストはドライエッチング耐性が高くかつアルカリ現像が可能であるものの、短波長光に対する透明性が不十分であるため、ArFエキシマレーザ光やYAGレーザの5倍高調波光を用いたフォトリソグラフィーにも適したレジストの開発が強く望まれている。このような点を考慮して、最近は芳香族化合物にかわり脂環式化合物を含有するレジストが注目されており、例えば特開平4−39665号には、ドライエッチング耐性、短波長光に対する透明性とも良好なレジストとして、アダマンタン骨格を有する重合体をベース樹脂としたものが提案されている。またここでは、アダマンタン骨格を有する化合物をカルボン酸基を有するアクリル系化合物と共重合させることで重合体にアルカリ溶解性を付与し、アルカリ現像でレジストパターンを形成した例も示されている。   As described above, a resist using a novolak resin as a base resin has high dry etching resistance and can be alkali-developed, but has insufficient transparency with respect to short-wavelength light, so that a resist of ArF excimer laser light or YAG laser cannot be used. There is a strong demand for the development of a resist suitable for photolithography using harmonic light. In view of these points, a resist containing an alicyclic compound instead of an aromatic compound has recently attracted attention. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-39665 discloses a resist having dry etching resistance and transparency to short wavelength light. A resist using a polymer having an adamantane skeleton as a base resin has been proposed as a good resist. Here, there is also shown an example in which a compound having an adamantane skeleton is copolymerized with an acrylic compound having a carboxylic acid group to impart alkali solubility to the polymer, and a resist pattern is formed by alkali development.

しかしながら、脂環式化合物を含有するレジストについてこうしてアルカリ現像でレジストパターンを形成する場合、アダマンタン骨格のような脂環式構造とカルボン酸基との間でアルカリ溶解性が大きく相違するため、様々な問題が発生する。例えば、現像時にレジスト膜の所定の領域の溶解・除去が不均一なものとなり解像性の低下を招く一方、レジスト膜が残存するはずの領域でも部分的な溶解が生じてクラックや表面あれの原因となる。また、レジスト膜と基板との界面にアルカリ溶液が浸透して、レジストパターンが剥離してしまうこともあり、十分な密着性が得られない。さらに、重合体において脂環式構造を有する部分とカルボン酸部分との相分離が進みやすく、均一なレジスト液が調製され難いうえその塗布性も充分ではない。   However, in the case of forming a resist pattern by alkali development with respect to a resist containing an alicyclic compound in this way, alkali solubility differs greatly between an alicyclic structure such as an adamantane skeleton and a carboxylic acid group. Problems arise. For example, during development, dissolution / removal of a predetermined region of the resist film becomes non-uniform, resulting in a decrease in resolution. On the other hand, partial dissolution occurs even in a region where the resist film is to remain, thereby causing cracks and surface roughness. Cause. In addition, the alkaline solution may penetrate into the interface between the resist film and the substrate, and the resist pattern may be peeled off, so that sufficient adhesion cannot be obtained. Further, the phase separation between a portion having an alicyclic structure and a carboxylic acid portion in the polymer is apt to proceed, and it is difficult to prepare a uniform resist solution, and its coatability is not sufficient.

なお、高感度なレジストとして、酸の触媒作用を利用した化学増幅型レジストが開発されているが、この化学増幅型レジストは、露光後、PEBまでの時間による影響を受けやすい。特に、大気中に含まれるアミンの影響により得られるレジストパターンの形状が劣化し、場合によっては基板からの剥がれなどが生じることがある。   As a highly sensitive resist, a chemically amplified resist utilizing the catalytic action of an acid has been developed. However, this chemically amplified resist is easily affected by the time from exposure to PEB. In particular, the shape of the resist pattern obtained due to the effect of amines contained in the air deteriorates, and in some cases, peeling off from the substrate may occur.

また、上述したように従来のPCM法においては、上層感光性材料が、下層感光性材料より波長の長いリソグラフィーで用いられる材料が採用されており、光学的に細かいパターンを形成する優位性は何等存在していなかった。   As described above, in the conventional PCM method, the upper layer photosensitive material employs a material used in lithography having a longer wavelength than the lower layer photosensitive material, and there is no advantage in forming an optically fine pattern. Did not exist.

そこで本発明は、電子線で行なうことができ、下層の露光時にマスクとなり得る高い吸収波長帯を有し、下層膜との間にミキシング等を形成しにくい特定の材料を上層材料として用いたPCM法による実用的なレジストパターン形成方法を提供すること目的とする。   Therefore, the present invention provides a PCM using a specific material as an upper layer material which can be performed by an electron beam, has a high absorption wavelength band which can be used as a mask at the time of exposure of the lower layer, and hardly forms a mixing or the like with the lower layer film. It is an object of the present invention to provide a practical method of forming a resist pattern by a method.

本発明の一態様にかかるレジストパターン形成方法は、基板上に下層感光性材料膜を形成する工程と、前記下層感光性材料膜の上に、置換もしくは非置換のベンゼン環または多環縮合芳香環または脂環式骨格を含む上層感光性材料膜を形成する工程と、前記上層感光性材料膜の所定の領域に電子線を照射して露光を施す工程と、前記露光後の上層感光性材料膜の露光部または未露光部をアルカリ水溶液で溶解除去して現像する工程と、前記現像する工程の後に得られた上層感光性材料膜パターンをマスクとして波長190〜260nmの光を一括照射し、現像処理を施して露光部を選択的に溶解・除去することにより、前記上層感光性材料膜パターンを前記下層感光性材料膜に転写する工程とを具備することを特徴とする。   The method for forming a resist pattern according to one embodiment of the present invention includes a step of forming a lower photosensitive material film on a substrate, and a step of forming a substituted or unsubstituted benzene ring or a polycyclic fused aromatic ring on the lower photosensitive material film. Or a step of forming an upper photosensitive material film containing an alicyclic skeleton, a step of irradiating a predetermined region of the upper photosensitive material film with an electron beam and exposing the same, and an upper photosensitive material film after the exposure. Dissolving and removing the exposed or unexposed portion of the film with an aqueous alkali solution and developing; and using the upper photosensitive material film pattern obtained after the developing process as a mask, collectively irradiating light having a wavelength of 190 to 260 nm, Transferring the upper photosensitive material film pattern to the lower photosensitive material film by performing a treatment to selectively dissolve and remove the exposed portions.

本発明によれば、電子線で行なうことができ、下層の露光時にマスクとなり得る高い吸収波長帯を有し、下層膜との間にミキシング等を形成しにくい特定の材料を上層材料として用いたPCM法による実用的なレジストパターン形成方法が提供される。   According to the present invention, a specific material which can be performed by an electron beam, has a high absorption wavelength band which can be used as a mask at the time of exposure of the lower layer, and hardly forms mixing with the lower layer film is used as the upper layer material. A practical resist pattern forming method by the PCM method is provided.

以下、本発明を詳細に説明する。本発明において、アルカリ可溶性樹脂としては、アクリル酸、およびメタクリル酸等の共重合体からなるアルカリ可溶性樹脂を使用することができる。より具体的には、メンチルメタクリレート、メチルメタクリレートおよびメタクリル酸からなる共重合体;ビニルナフタレン、メンチルアクリレート、メチルメタクリレート、およびメタクリル酸からなる共重合体などが挙げられる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the present invention, as the alkali-soluble resin, an alkali-soluble resin composed of a copolymer such as acrylic acid and methacrylic acid can be used. More specifically, a copolymer composed of menthyl methacrylate, methyl methacrylate and methacrylic acid; a copolymer composed of vinyl naphthalene, menthyl acrylate, methyl methacrylate, and methacrylic acid, and the like can be mentioned.

本発明では、アルカリ可溶性樹脂が脂環式構造もしくは縮合多環式構造を有しているので、193nmにおける透明性が良いという利点に加えて、得られるレジストパターンに高いドライエッチング耐性を付与することができる。脂環式構造としては、一般式Cn H2n(nは3以上の整数)で表わされる環状シクロ化合物や環状ビシクロ化合物、およびそれらの縮合環などが挙げられる。具体的には、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環やこれらに橋かけ炭化水素が導入されたもの、スピロヘプタン、スピロオクタンなどのスピロ環、ノルボニル環、アダマンチル環、ボルネン環、メンチル環、メンタン環などのテルペン環、ツジャン、サビネン、ツジョン、カラン、カレン、ピナン、ノルピナン、ボルナン、フェンカン、トリシクレン、コレステリック環などのステロイド骨格、胆汁酸、ジギタロイド類、ショウノウ環、イソショウノウ環、セスキテルペン環、サントン環、ジテルペン環、トリテルペン環、ステロイドサポニン類などが例示される。なお、脂環式骨格としては、天然に存在し、しかも環境に優しいとの観点から、置換または非置換のメンチル基を有する化合物が特に好ましい。   In the present invention, since the alkali-soluble resin has an alicyclic structure or a condensed polycyclic structure, in addition to the advantage of good transparency at 193 nm, it is possible to impart high dry etching resistance to the obtained resist pattern. Can be. Examples of the alicyclic structure include a cyclic cyclo compound and a cyclic bicyclo compound represented by the general formula Cn H2n (n is an integer of 3 or more), and condensed rings thereof. Specifically, cyclobutane ring, cyclopentane ring, cyclohexane ring, cycloheptane ring and those in which a bridging hydrocarbon is introduced, spiroheptane, spiro ring such as spirooctane, norbornyl ring, adamantyl ring, bornene ring, Menthyl ring, terpene ring such as menthane ring, tujang, sabinen, tsujong, karan, karen, pinan, norpinan, bournan, fencan, tricyclene, cholesteric ring and other steroid skeleton, bile acids, digitaloids, camphor ring, isophane ring, Examples include a sesquiterpene ring, a Sandton ring, a diterpene ring, a triterpene ring, and steroid saponins. In addition, as the alicyclic skeleton, a compound having a substituted or unsubstituted menthyl group is particularly preferable from the viewpoint of being naturally occurring and being environmentally friendly.

一方、縮合多環式構造を有するものとしては、例えば、以下に示すものが挙げられる。例えば、インデン、インダン、ベンゾブルデン、1−インダノン、2−インダノン、1,3−インダジオン、ニンヒドリン、ナフタレン、メチルナフタレン、エチルナフタレン、ジメチルナフタレン、カダレン、ビニルナフタレン、1,2−ジヒドロナフタレン、1,4−ジヒドロナフタレン、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレンテトラリン、1,2,3,4,5,6,7,8−オクタヒドロナフタレン、シス−デカリン、トランス−デカリン、フルオロナフタレン、クロロナフタレン、ブロモナフタレン、ヨードナフタレン、ジクロロナフタレン、(クロロメチル)ナフタレン、1−ナフトール、2−ナフトール、ナフタレンジオール、1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフトール、1,2,3,4−テトラヒドロ−2−ナフトール、5,6,7,8−テトラヒドロ−1−ナフトール、5,6,7,8−テトラヒドロ−2−ナフトール、デカヒドロ−1−ナフトール、デカヒドロ−2−ナフトール、クロロナフトール、ニトロナフトール、アミノナフトール、メトキシナフタレン、エトキシナフタレン、ナフチルエーテル、酢酸ナフチル、ナフトアルデヒド、ナフタレンジカルバルデヒド、ヒドロキシナフトアルデヒド、ジナフチルケトン、1(2H)−ナフタレン、α−テトラロン、β−テトラロン、α−デカロン、β−デカロン、1,2−ナフトキノン、1,4−ナフトキノン、2,6−ナフトキノン、2−メチル−1,4−ナフトキノン、5−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、イソナフタザリン、ナフトエ酸、1−ナフトール−4−カルボン酸、ナフタル酸、ナフタル酸無水物、1−ナフチル酢酸、チオナフトール、N,N−ジメチルナフチルアミン、ナフトニトリル、ニトロナフタレン、ペンタレン、アズレン、ヘプタレン、フルオレン、9−フェニルフルオレン、ニトロフルオレン、9−フルオレノール、フルオレノン、アントラセン、メチルアントラセン、ジメチルアントラセン、9,10−ジヒドロアントラセン、アントロール、アントラノール、ヒドロアントラノール、ジヒドロキシアントラセン、アントラガノール、1(4H)−アントラセノン、アントロン、アントラロビン、クリサロビン、オキサントロン、アントラセンカルボン酸、アントラミン、ニトロアントラセン、アントラセンキノン、アントラキノン、メチルアントラキノン、ヒドロキシアントラキノン、フェナントレン、フェナントロール、フェナントレンヒドロキノン、フェナントラキノン、ビフェニレン、s−インダセン、as−インダセン、フェナレン、テトラセン、クリセン、5,6−クリソキノン、ピレン、1,6−ピレンキノン、トリフェニレン、ベンゾ[α]アントラセン、ベンゾ[α]アントラセン−7,12−キノン、ベンザントロン、アセアントリレン、アセフェナントリレン、アセフェナントレン、17H−シクロペンタ[α]−フェナントレン、フルオランテン、プレイアデン、ペンタセン、ペンタフェン、ピセン、ピリレン、ジベンゾ[a,j]アントラセン、ベンゾ[α]ピレン、コロネン、ピラントレン、およびピラントロンなどが挙げられる。これらの縮合多環式骨格の吸収帯も、一般にベンゼン核の吸収帯からシフトし、短波長領域において高い吸収をもたない。このため、これらの骨格を該アルカリ可溶性アクリル系樹脂中に含むことによってドライエッチング耐性を有するレジストパターンを形成可能な感光性材料が得られる。   On the other hand, examples having a condensed polycyclic structure include the following. For example, indene, indane, benzobulden, 1-indanone, 2-indanone, 1,3-indadione, ninhydrin, naphthalene, methylnaphthalene, ethylnaphthalene, dimethylnaphthalene, cadallene, vinylnaphthalene, 1,2-dihydronaphthalene, 1,4 Dihydronaphthalene, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalenetetralin, 1,2,3,4,5,6,7,8-octahydronaphthalene, cis-decalin, trans-decalin, fluoronaphthalene, chloronaphthalene, Bromonaphthalene, iodonaphthalene, dichloronaphthalene, (chloromethyl) naphthalene, 1-naphthol, 2-naphthol, naphthalene diol, 1,2,3,4-tetrahydro-1-naphthol, 1,2,3,4-tetrahydro- 2-naft 5,6,7,8-tetrahydro-1-naphthol, 5,6,7,8-tetrahydro-2-naphthol, decahydro-1-naphthol, decahydro-2-naphthol, chloronaphthol, nitronaphthol, aminonaphthol , Methoxynaphthalene, ethoxynaphthalene, naphthyl ether, naphthyl acetate, naphthaldehyde, naphthalenedicarbaldehyde, hydroxynaphthaldehyde, dinaphthyl ketone, 1 (2H) -naphthalene, α-tetralone, β-tetralone, α-decalone, β- Decalone, 1,2-naphthoquinone, 1,4-naphthoquinone, 2,6-naphthoquinone, 2-methyl-1,4-naphthoquinone, 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone, isonaphthazarin, naphthoic acid, 1-naphthol-4 Carboxylic acids, naphthalic acids, naphthalic acids Phthalic anhydride, 1-naphthylacetic acid, thionaphthol, N, N-dimethylnaphthylamine, naphthonitrile, nitronaphthalene, pentalene, azulene, heptalene, fluorene, 9-phenylfluorene, nitrofluorene, 9-fluorenol, fluorenone, anthracene, Methylanthracene, dimethylanthracene, 9,10-dihydroanthracene, anthrol, anthranol, hydroanthranol, dihydroxyanthracene, anthraganol, 1 (4H) -anthracenone, anthrone, anthralobine, chrysarobin, oxantrone, anthracene carboxylic acid, Anthramine, nitroanthracene, anthracenequinone, anthraquinone, methylanthraquinone, hydroxyanthraquinone, phenanthrene, Enanthrol, phenanthrene hydroquinone, phenanthraquinone, biphenylene, s-indacene, as-indacene, phenalene, tetracene, chrysene, 5,6-chrysquinone, pyrene, 1,6-pyrenequinone, triphenylene, benzo [α] anthracene, benzo [Α] anthracene-7,12-quinone, benzantrone, aceanthrylene, acephenanthrylene, acephenanthrene, 17H-cyclopenta [α] -phenanthrene, fluoranthene, preiaden, pentacene, pentaphene, picene, pyrylene, dibenzo [a , J] anthracene, benzo [α] pyrene, coronene, pyranthrene and pyranthrone. The absorption bands of these fused polycyclic skeletons also generally shift from the absorption band of the benzene nucleus, and do not have high absorption in a short wavelength region. Therefore, a photosensitive material capable of forming a resist pattern having dry etching resistance by including these skeletons in the alkali-soluble acrylic resin is obtained.

また、本発明に用いられる感光性材料は、ArFエキシマレーザー等の光学特性評価にも使用可能である。したがって、得られるレジストパターンをエッチングマスクとして用いない場合には、脂環式骨格やナフタレン骨格、アントラセン骨格をアルカリ可溶性樹脂中に含有させなくともよい。   Further, the photosensitive material used in the present invention can also be used for evaluating optical characteristics such as an ArF excimer laser. Therefore, when the obtained resist pattern is not used as an etching mask, the alicyclic skeleton, naphthalene skeleton, and anthracene skeleton need not be contained in the alkali-soluble resin.

本発明におけるアルカリ可溶性樹脂が脂環式骨格を含む場合には、かかるポリマーは、例えば、酸性置換基が導入された脂環式構造と重合性二重結合とを分子中に有する重合性化合物を、ラジカル重合、カチオン重合およびアニオン重合等で重合させたり、チグラーナッタ触媒下で重合させることで容易に得ることができる。一般に、脂環式構造および重合性二重結合を分子中に有する重合性化合物は、後者の触媒を用いることによって高分子量のポリマーとすることができる。しかしながら本発明では、低分子量のポリマーであっても、成膜さえできれば何等問題ないため、ラジカル重合などの簡便な手法を用いて重合し、低分子量化合物と高分子量化合物との混合した状態で用いてもよい。   When the alkali-soluble resin in the present invention contains an alicyclic skeleton, such a polymer is, for example, a polymerizable compound having an alicyclic structure having an acidic substituent introduced therein and a polymerizable double bond in a molecule. It can be easily obtained by polymerizing by radical polymerization, cationic polymerization, anionic polymerization or the like, or by polymerizing in the presence of a Ziegler-Natta catalyst. Generally, a polymerizable compound having an alicyclic structure and a polymerizable double bond in a molecule can be converted into a high molecular weight polymer by using the latter catalyst. However, in the present invention, even if it is a low molecular weight polymer, there is no problem as long as it can form a film, so it is polymerized using a simple method such as radical polymerization and used in a mixed state of a low molecular weight compound and a high molecular weight compound. May be.

またこのとき、ポリマーのアルカリ溶解性調整やレジスト膜と基板との密着性向上の観点から、アクリル酸や無水マレイン酸およびこれらのエステル置換体、ビニルフェノール、ビニルナフトール、ヒドロキシエチルメタクリレート、SO2 などと共重合させることが好ましい。さらに、これらアルカリ可溶性化合物のアルカリ可溶性基について、アルカリ溶液に対する溶解抑止能を有する酸分解性基で保護してなる化合物を共重合させても構わない。しかしながら、レジストの短波長光に対する透明性を考慮すると、ベンゼン核など短波長域での光吸収の大きい分子骨格を有していない化合物と共重合させることが好ましく、具体的には波長193nmの光に対するポリマーの吸光度が1μm当たり4以下であることが好ましく、2以下であることがより好ましい。ただし、中間層を有する基板において上層レジストとして本発明の感光性材料を用いる場合は、膜厚を薄くすることができるので、上述のような吸光度が1μm当たり8程度まで大きくても構わない。 Further, at this time, from the viewpoint of adjusting the alkali solubility of the polymer and improving the adhesion between the resist film and the substrate, acrylic acid, maleic anhydride and their ester-substituted products, vinyl phenol, vinyl naphthol, hydroxyethyl methacrylate, SO 2 etc. Is preferably copolymerized with Further, a compound obtained by protecting the alkali-soluble group of these alkali-soluble compounds with an acid-decomposable group having an ability to inhibit dissolution in an alkali solution may be copolymerized. However, in consideration of the transparency of the resist to short-wavelength light, it is preferable to copolymerize with a compound such as a benzene nucleus that does not have a molecular skeleton having a large light absorption in a short wavelength region, and specifically, a light having a wavelength of 193 nm. Is preferably 4 or less, more preferably 2 or less per μm. However, when the photosensitive material of the present invention is used as an upper resist on a substrate having an intermediate layer, the film thickness can be reduced, so that the absorbance as described above may be as large as about 8 per μm.

ただしここで、アクリル酸などアルカリ可溶性化合物の共重合比は、共重合体中1〜50%、さらには10〜50%の範囲内であることが好ましい。何となれば、1%未満だとポリマーのアルカリ溶解性が不充分となるおそれがあり、逆に50%を越えると不均一な溶解を生じ、レジストパターンを形成しにくい傾向があるためである。   However, here, the copolymerization ratio of the alkali-soluble compound such as acrylic acid is preferably in the range of 1 to 50%, more preferably 10 to 50% in the copolymer. If the amount is less than 1%, the alkali solubility of the polymer may be insufficient. On the other hand, if the amount exceeds 50%, uneven dissolution may occur, and a resist pattern may not be easily formed.

なお、上述したようなポリマーの平均分子量は、500〜500,000、より好ましくは5,000〜15,000の範囲に設定されることが好ましい。何となれば、ポリマーの平均分子量が500未満だと、機械的強度の十分なレジスト膜を成膜するうえで不利となり、逆に500,000を越えると、解像性の良好なレジストパターンを形成することが困難となるからである。これらの化合物は、通常、種々の分子量を有する成分を含む混合体であるが、本発明では、比較的低い分子量の化合物でも効力を発揮する。例えば、500〜1,000の分子量に多く局在した場合も、不均一な溶解を抑制することができる。さらにこの場合、樹脂中には多くの単量体が残存していても、アルカリ現像液に対する溶解特性や得られるレジストパターンのドライエッチング耐性を劣化させることは少ない。   The average molecular weight of the above-mentioned polymer is preferably set in the range of 500 to 500,000, more preferably 5,000 to 15,000. If the average molecular weight of the polymer is less than 500, it is disadvantageous in forming a resist film having sufficient mechanical strength, and if it exceeds 500,000, a resist pattern having good resolution can be formed. It becomes difficult to do so. These compounds are usually mixtures containing components having various molecular weights, but in the present invention, even compounds having relatively low molecular weights are effective. For example, even when a large amount is localized at a molecular weight of 500 to 1,000, uneven dissolution can be suppressed. Further, in this case, even if many monomers remain in the resin, it hardly deteriorates the solubility characteristics in an alkali developing solution and the dry etching resistance of the obtained resist pattern.

一方、本発明の感光性材料の他の成分であるジアゾ化合物としては、例えば、下記一般式(1)で表わされるジアゾ化合物、p−ベンゾキノンスルホン酸のβ−ナフチルアミドのようなp−キノンジアジド類、英国特許第723382号明細書に記載されたp−イミノキノンジアジド類、英国特許第1110017号明細書に記載されたジアゾニウム塩とホルムアルデヒドとの有機溶媒可溶の縮合生成物類、p−ジアゾジフェニルアミン塩および4,4−ビスメトキシメチルジフェニルエーテルとホルムアルデヒドとの共縮合生成物のような芳香族ジアゾニウム塩類、および他の芳香族生成物類とホルムアルデヒドとの共重合生成物類、ならびに英国特許第745886号明細書に記載されたアジド化合物類のような芳香族アジド類等を挙げることができる。

Figure 2004199084
On the other hand, examples of the diazo compound as another component of the photosensitive material of the present invention include a diazo compound represented by the following general formula (1) and p-quinonediazides such as β-naphthylamide of p-benzoquinonesulfonic acid. P-iminoquinonediazides described in British Patent No. 723 382, organic solvent-soluble condensation products of diazonium salts and formaldehyde described in British Patent No. 1110017, p-diazodiphenylamine salts And aromatic diazonium salts such as co-condensation products of 4,4-bismethoxymethyldiphenyl ether and formaldehyde, and copolymerization products of other aromatic products with formaldehyde, and British Patent No. 745886 Aromatic azides such as the azide compounds described in It is possible.
Figure 2004199084

上記一般式(1)中、R1 ,R2 は、同一でも異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1〜20の置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換のアリール基、Siを含む炭素数1〜20の置換もしくは非置換のアルキル基、Siを含む置換もしくは非置換のアリール基のうち任意に選択される基である。 In the general formula (1), R 1 and R 2 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group, Si, And a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms and a substituted or unsubstituted aryl group containing Si.

上述したジアゾ化合物のなかで、ポジ型感光剤としては、特にo−ナフトキノンジアジドスルホン酸もしくはo−ナフトキノンジアジドカルボン酸の芳香族エステルまたはアミドのようなo−キノンジアジド類が、環境性および耐熱性の観点から好ましく用いられる。なかでも、ポリヒドロキシベンゾフェノンのナフトキノンジアドスルホン酸エステル類はより好ましく、具体的には、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノンの1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル類や2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンの1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル類等が最も好ましい。   Among the diazo compounds described above, as a positive-type photosensitizer, o-quinonediazides such as aromatic esters or amides of o-naphthoquinonediazidesulfonic acid or o-naphthoquinonediazidecarboxylic acid are particularly environmentally friendly and heat-resistant. It is preferably used from the viewpoint. Among them, naphthoquinone diadsulfonic acid esters of polyhydroxybenzophenone are more preferable, and specifically, 1,2-naphthoquinonediazidosulfonic acid esters of 2,3,4-trihydroxybenzophenone and 2,3,4,4 Most preferred are 1,2-naphthoquinonediazidosulfonic acid esters of 4'-tetrahydroxybenzophenone.

前述の感光剤として好適な2種類のうち後者のもの(2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンの1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル類)は、レジストの耐熱性を向上できるために好ましい。また、これらの感光剤において、1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸による2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンのエステル化率は、この化合物中の水酸基総数の40〜100%とすることが望ましい。これは、エステル化率が40%未満であると、解像性が低下するおそれがあるからである。   The latter (1,2,3-naphthoquinonediazidesulfonic acid esters of 2,3,4,4'-tetrahydroxybenzophenone) of the two preferable photosensitive agents described above are useful for improving the heat resistance of the resist. preferable. In these photosensitizers, the esterification rate of 2,3,4,4'-tetrahydroxybenzophenone by 1,2-naphthoquinonediazidosulfonic acid may be 40 to 100% of the total number of hydroxyl groups in the compound. desirable. This is because if the esterification ratio is less than 40%, the resolution may be reduced.

例えば、ナフトキノンジアジドの導入数は、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンの1つの分子当たり、平均1.6〜4個を示しており、一般に1、2、3、4の導入数を有するテトラヒドロキシベンゾフェノンの混合物である。   For example, the number of introduced naphthoquinonediazides indicates an average of 1.6 to 4 per molecule of 2,3,4,4'-tetrahydroxybenzophenone, and generally, the number of introduced 1,2,3,4 Is a mixture of tetrahydroxybenzophenones having the formula:

本発明の感光性材料において、上述したようなジアゾ化合物の配合量は、アルカリ可溶性樹脂に対して20〜60wt%であることが好ましく、30〜50wt%であることがより好ましい。これは、20wt%未満の場合には、ジアゾ化合物を配合した効果を十分に得られず、一方60wt%を越えると、アルカリ可溶性樹脂の特性であるArFエキシマレーザー光に対する透明性が損なわれるおそれがあるからである。   In the photosensitive material of the present invention, the amount of the diazo compound as described above is preferably 20 to 60 wt%, more preferably 30 to 50 wt%, based on the alkali-soluble resin. If the amount is less than 20% by weight, the effect of adding the diazo compound cannot be sufficiently obtained, while if the amount exceeds 60% by weight, transparency to ArF excimer laser light, which is a property of the alkali-soluble resin, may be impaired. Because there is.

なお、ジアゾ化合物は、アルカリ可溶性樹脂の側鎖に導入されていてもよく、この場合、アルカリ可溶性樹脂は前述したような理由から、脂環式骨格を有していることが好ましい。このようにジアゾ化合物がアルカリ可溶性樹脂中に含まれる場合も、その割合は20〜60wt%であることが好ましく、30〜50wt%であることがより好ましい。   The diazo compound may be introduced into a side chain of the alkali-soluble resin. In this case, the alkali-soluble resin preferably has an alicyclic skeleton for the above-described reason. As described above, even when the diazo compound is contained in the alkali-soluble resin, the ratio is preferably 20 to 60% by weight, and more preferably 30 to 50% by weight.

本発明の感光性材料は、アルカリ可溶性樹脂とジアゾ化合物、あるいはジアゾ化合物を側鎖に有するアルカリ可溶性樹脂を所定の溶媒に溶解することによって調製することができる。   The photosensitive material of the present invention can be prepared by dissolving an alkali-soluble resin and a diazo compound or an alkali-soluble resin having a diazo compound in a side chain in a predetermined solvent.

ここで用いられる溶媒としては、例えば、シクロヘキサノン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系溶媒;メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテートなどのセロソルブ系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル、γ−ブチロラクトンなどのエステル系溶媒;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのグリコール系溶媒;ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホリックトリアミドジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどの含窒素系溶媒などが挙げられる。さらに、溶解性向上のためこれらにジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアルデヒド、N−メチルピロリジノン等を添加した混合溶媒を用いることができる。また、メチルプロピオン酸メチル等のプロピオン酸誘導体、乳酸エチル等の乳酸エステル類やPGMEA(プロピレングリコールモノエチルアセテート)等も、低毒性であり好ましく用いられ得る。なお本発明において、このような溶媒は単独でまたは2種以上を混合して用いることができ、さらにイソプロピルアルコール、エチルアルコール、メチルアルコール、ブチルアルコール、n−ブチルアルコール、s−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、イソブチルアルコールなどの脂肪族アルコールやトルエン、キシレンなどの芳香族系溶媒が含有されていても構わない。   Examples of the solvent used herein include, for example, ketone solvents such as cyclohexanone, acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; cellosolve solvents such as methyl cellosolve, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, butyl cellosolve acetate; ethyl acetate, butyl acetate; Ester solvents such as isoamyl acetate and γ-butyrolactone; glycol solvents such as propylene glycol monomethyl ether acetate; and nitrogen-containing solvents such as dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoric triamide dimethylformamide and N-methylpyrrolidone. Further, a mixed solvent to which dimethylsulfoxide, dimethylformaldehyde, N-methylpyrrolidinone and the like are added for improving the solubility can be used. Further, propionic acid derivatives such as methyl methyl propionate, lactate esters such as ethyl lactate, PGMEA (propylene glycol monoethyl acetate), and the like have low toxicity and can be preferably used. In the present invention, such a solvent can be used alone or in combination of two or more. Further, isopropyl alcohol, ethyl alcohol, methyl alcohol, butyl alcohol, n-butyl alcohol, s-butyl alcohol, t- An aliphatic solvent such as butyl alcohol and isobutyl alcohol and an aromatic solvent such as toluene and xylene may be contained.

上述のようにして調製された本発明の感光性材料を用いたパターンの形成プロセスについて説明する。まず、上述したような有機溶媒に溶解された感光性材料の溶液を、回転塗布法やディッピング法などで所定に基板上に塗布した後、150℃以下好ましくは70〜120℃で乾燥してレジスト膜を形成する。   A process for forming a pattern using the photosensitive material of the present invention prepared as described above will be described. First, a solution of a photosensitive material dissolved in an organic solvent as described above is applied to a predetermined substrate by a spin coating method, a dipping method, or the like, and then dried at 150 ° C. or less, preferably at 70 to 120 ° C. Form a film.

なおここでの基板としては、例えばシリコンウェハ、表面に各種の絶縁膜や電極、配線などが形成されたシリコンウェハ、ブランクマスク、GaAs、AlGaAsなどの III−V族化合物半導体ウェハ、クロムまたは酸化クロム蒸着マスク、アルミ蒸着基板、IBPSGコート基板、PSGコート基板、SOGコート基板、カーボン膜スパッタ基板などを使用することができる。   The substrate used herein may be, for example, a silicon wafer, a silicon wafer having various insulating films, electrodes, wirings, etc. formed on its surface, a blank mask, a III-V group compound semiconductor wafer such as GaAs or AlGaAs, chromium or chromium oxide. An evaporation mask, an aluminum evaporation substrate, an IBPSG coated substrate, a PSG coated substrate, an SOG coated substrate, a carbon film sputtered substrate, or the like can be used.

さらに、これらの基板上にポリシランやポリシリコン等からなる中間層を0.5〜5μm程度の膜厚で形成した後、本発明の感光性材料を塗布して上層レジストとして用いることもできる。   Furthermore, after forming an intermediate layer made of polysilane, polysilicon or the like on these substrates with a thickness of about 0.5 to 5 μm, the photosensitive material of the present invention can be applied and used as an upper layer resist.

なお、溶媒の蒸発後、基板上に形成されるレジスト膜の膜厚は、用途によって異なるが、通常0.05〜15μmの範囲内にあることが好ましい。この範囲を逸脱すると、感度が著しく低下したり、解像度が低下するおそれがある。   The thickness of the resist film formed on the substrate after the evaporation of the solvent varies depending on the application, but is usually preferably in the range of 0.05 to 15 μm. Outside of this range, the sensitivity may be significantly reduced or the resolution may be reduced.

次いで、基板上に形成されたレジスト膜に対し、所望のパターンに従って、所定のマスクパターンを介して化学線を照射するか、またはレジスト膜表面に化学線を直接走査させてレジスト膜を露光する。上述した通り、本発明の感光性材料は、短波長光をはじめ広範囲の波長域に対して優れた透明性を有しているので、ここでの化学線としては紫外線、X線、低圧水銀ランプ光のi線、h線、g線、キセノンランプ光、KrFやArF,F2 等のエキシマレーザー光等のdeepUV光やシンクロトロンオービタルラジエーション(SOR)、電子線(EB)、γ線、イオンビームなどを使用することが可能であるが、本発明の感光性材料は、ArFのエキシマレーザー光等の短波長光に対して特に効果を発揮する。なお、露光後のレジスト膜に対しては、100℃程度のベークを行なっても構わない。 Next, the resist film formed on the substrate is exposed to actinic radiation through a predetermined mask pattern according to a desired pattern, or the resist film is exposed by directly scanning the resist film surface with actinic radiation. As described above, the photosensitive material of the present invention has excellent transparency over a wide wavelength range including short-wavelength light, and therefore, the actinic rays used here are ultraviolet rays, X-rays, and low-pressure mercury lamps. i-line light, h-line, g-line, a xenon lamp light, KrF and ArF, deep UV light or synchrotron orbital Raj instantiation of excimer laser light such as F 2 (SOR), electron beam (EB), gamma-rays, ion beams Although the light-sensitive material of the present invention is particularly effective for short-wavelength light such as an excimer laser light of ArF. The exposed resist film may be baked at about 100 ° C.

次いで、浸漬法、スプレー法などでレジスト膜を現像し、露光部または未露光部のレジスト膜をアルカリ溶液に選択的に溶解・除去して、所望のパターンを形成する。このときアルカリ溶液の具体例としては、テトラメチルアンモニウムハイドロキシド水溶液、コリン水溶液などの有機アルカリ水溶液や、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどの無機アルカリ水溶液、これらにアルコールや界面活性剤などを添加した溶液が挙げられる。なおここでのアルカリ溶液の濃度は、露光部と未露光部とで溶解速度の差を十分なものとする観点から、15wt%以下であることが好ましい。   Next, the resist film is developed by an immersion method, a spray method, or the like, and the exposed or unexposed portion of the resist film is selectively dissolved and removed in an alkaline solution to form a desired pattern. At this time, specific examples of the alkaline solution include an aqueous solution of an organic alkali such as an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide and choline, an aqueous solution of an inorganic alkali such as potassium hydroxide and sodium hydroxide, and an alcohol and a surfactant added thereto. Solution. Here, the concentration of the alkaline solution is preferably 15 wt% or less from the viewpoint of ensuring a sufficient dissolution rate difference between the exposed part and the unexposed part.

現像後の基板およびレジストパターンに対しては、水等を用いてリンス処理を施してもよい。本発明の感光性材料は、アルカリ可溶性樹脂とジアゾ化合物とを含有しており、ArFエキシマレーザー光に対する透明性が良好である。このため、高感度、高精度でレジストパターンを形成することが可能である。   The substrate and the resist pattern after the development may be subjected to a rinsing process using water or the like. The photosensitive material of the present invention contains an alkali-soluble resin and a diazo compound, and has good transparency to ArF excimer laser light. Therefore, a resist pattern can be formed with high sensitivity and high accuracy.

したがって、このように透明性に優れる本発明の感光性材料を用いて形成されたレジストパターンは極めて解像性が良好であり、しかも、得られるレジストパターンと基板との密着性も高く、基板からの剥がれ等は全く発生しない。このため、例えば本発明の感光性材料を用いて形成されたレジストパターンをエッチングマスクとしたドライエッチングにより、露出した基板などのクォーターミクロン以下の超微細なパターンを忠実に転写することができる。   Therefore, the resist pattern formed using the photosensitive material of the present invention having excellent transparency has extremely good resolution, and furthermore, the obtained resist pattern and the adhesion between the substrate and the substrate are high. Peeling does not occur at all. Therefore, for example, an ultrafine pattern of quarter micron or less such as an exposed substrate can be faithfully transferred by dry etching using a resist pattern formed using the photosensitive material of the present invention as an etching mask.

なお、脂環式骨格もしくは縮合多環式骨格を含むアルカリ可溶性樹脂を本発明の感光性材料の成分として配合した場合には、得られたレジストパターンにおいて、一方の炭素−炭素結合が切れても他方の結合が残る。このため、かかるレジストパターンは、高いドライエッチング耐性を有している。   When an alkali-soluble resin containing an alicyclic skeleton or a condensed polycyclic skeleton is blended as a component of the photosensitive material of the present invention, even if one of the carbon-carbon bonds is broken in the obtained resist pattern. The other bond remains. Therefore, such a resist pattern has high dry etching resistance.

本発明の感光性材料を用いたパターン形成プロセスにおいては、上述したような工程以外の他の工程が付加されても何等差支えなく、例えばレジスト膜の下地としての平坦化層形成工程、レジスト膜と下地との密着性向上のための前処理工程、レジスト膜の現像後に水などで除去するリンス工程、ドライエッチング前の紫外線の再照射工程を適宜施すことが可能である。   In the pattern forming process using the photosensitive material of the present invention, any other steps other than the steps described above may be added without any problem, for example, a flattening layer forming step as a base of a resist film, a resist film A pretreatment step for improving the adhesion to the base, a rinsing step of removing the resist film with water after development, and a re-irradiation step of ultraviolet rays before dry etching can be appropriately performed.

本発明のパターン形成方法は、多層レジストプロセスにも好ましく応用することができる。このプロセスについて、以下に説明する。本発明のパターン形成方法を多層プロセスに応用する場合には、例えば、第1の化学放射線としてのArFエキシマレーザー光によって露光される上層と、第2の化学放射線としての200〜260nmの波長範囲の光によって露光される下層とを形成することができる。あるいは、低加速電子線によって露光される上層と、190〜260nmの波長範囲の光によって露光される下層とを形成してもよい。   The pattern forming method of the present invention can be preferably applied to a multilayer resist process. This process is described below. When the pattern forming method of the present invention is applied to a multilayer process, for example, an upper layer exposed by an ArF excimer laser beam as a first actinic radiation and a second actinic radiation having a wavelength range of 200 to 260 nm are used. A lower layer exposed by light can be formed. Alternatively, an upper layer exposed by a low-acceleration electron beam and a lower layer exposed by light in a wavelength range of 190 to 260 nm may be formed.

前者において該上層に用いる感光性材料としては、193nmで高い透明性をもち、220nm付近に高い吸収をもつナフチル基などを含む縮合多環式骨格を含有した感光性材料が好ましい。この場合、下層には200〜260nmの波長範囲によい透明性をもち、高いドライエッチング耐性を有する化学式(P−1)〜(P−4)で表わされるようなフェノール系樹脂などのレジストを用いることが好ましい。   In the former, the photosensitive material used for the upper layer is preferably a photosensitive material having a high transparency at 193 nm and containing a condensed polycyclic skeleton containing a naphthyl group having a high absorption at around 220 nm. In this case, a resist such as a phenolic resin represented by chemical formulas (P-1) to (P-4) having good transparency in a wavelength range of 200 to 260 nm and high dry etching resistance is used for the lower layer. Is preferred.

一方、後者において上層に用いる感光性材料としては、低加速電子線で感度よく露光・現像することができる190〜260nmの波長範囲に吸収をもつ置換もしくは非置換の多環縮合芳香環またはベンゼン環を有するものが好ましく、下層に用いる感光性材料としては、波長190〜260nmの光によって露光され、高いドライエッチング耐性をもつ材料が好ましい。上層が220nm付近に吸収をもつ多環縮合芳香環を有する場合には、下層としては、下記化学式(P−1)〜(P−4)で表わされるようなフェノール系樹脂とするとよく、一方、上層が193nm付近に吸収をもつベンゼン環を有する場合には、下層を脂環式骨格を有するアクリル系樹脂とすることが好ましい。   On the other hand, as the photosensitive material used for the upper layer in the latter, a substituted or unsubstituted polycyclic condensed aromatic ring or a benzene ring having an absorption in a wavelength range of 190 to 260 nm, which can be exposed and developed with low acceleration electron beam with high sensitivity. The photosensitive material used for the lower layer is preferably a material which is exposed to light having a wavelength of 190 to 260 nm and has high dry etching resistance. When the upper layer has a polycyclic fused aromatic ring having an absorption at around 220 nm, the lower layer may be a phenolic resin represented by the following chemical formulas (P-1) to (P-4). When the upper layer has a benzene ring having absorption at around 193 nm, the lower layer is preferably made of an acrylic resin having an alicyclic skeleton.

ここで、多環縮合芳香環としては、縮合多環式骨格のうち、置換もしくは非置換のナフタレン、アントラセン等が挙げられる。また、ベンゼン環を有するものとしては、フェノール樹脂、ノボラック樹脂などが挙げられる。

Figure 2004199084
Here, examples of the polycyclic fused aromatic ring include, among fused polycyclic skeletons, substituted or unsubstituted naphthalene and anthracene. Examples of those having a benzene ring include phenol resins and novolak resins.
Figure 2004199084

ここで一般に、下層に十分なドライエッチング耐性があれば上層には必要なく、上層としては下層の露光時にマスクとなり得る吸光度を有していればよい。上層の膜厚もこの条件を満たすものであればよい。よって、膜厚は薄くすることができ、高い感度を敢えて要求しないので、化学増幅型レジストに加えて非化学増幅型レジストも好ましく用いられる。   Here, in general, if the lower layer has sufficient dry etching resistance, the upper layer is not necessary, and the upper layer only needs to have an absorbance that can serve as a mask when exposing the lower layer. The thickness of the upper layer only needs to satisfy this condition. Therefore, since the film thickness can be reduced and a high sensitivity is not required, a non-chemically amplified resist is preferably used in addition to the chemically amplified resist.

ところで、上層と下層との感光性材料層を形成する場合、しばしば層間で溶媒同士が混ざり合ってしまうミキシングが問題になる。層を形成する際に、上層と下層との感光性材料間にバリアコートと呼ばれる、上層および下層のいずれの層ともミキシングを起こさない層を形成することも解決方法の1つである。しかしながら、工程の短縮、材料の削減といった観点からすると、そのようなバリアコート層を含まない方が好ましい。   In the case where the upper and lower photosensitive material layers are formed, there is often a problem of mixing in which solvents are mixed between the layers. When forming the layer, one of the solutions is to form a layer called a barrier coat, which does not cause mixing with any of the upper layer and the lower layer, between the photosensitive materials of the upper layer and the lower layer. However, it is preferable not to include such a barrier coat layer from the viewpoint of shortening the process and reducing the material.

本発明のパターン形成方法においては、上述したようなミキシングを生じにくい材料を使用しているためにその影響は極めて少ない。さらに一般にミキシングを防ぐためには、溶解しにくい材料が下層に用いられる。例えば、上層をArFエキシマレーザーで露光する場合、ポリヒドロキシスチレンベースのKrFエキシマレーザー用下層レジストに対しては、キシレン溶媒のArFエキシマレーザー用レジストを用いることができる。なお、キシレン溶媒の化学増幅型ArFエキシマレーザー用レジストを用いる場合、酸発生剤としては、ナフタリジルトリフレートなどの非イオン系光酸発生剤が好ましく用いられる。また、導入率の高いキノンジアジド化合物が、感光剤としても光酸発生剤としても好適に用いられる。   In the pattern forming method of the present invention, the use of a material that does not easily cause the above-described mixing has very little effect. Furthermore, in order to prevent mixing, a material that is difficult to dissolve is generally used for the lower layer. For example, when the upper layer is exposed by an ArF excimer laser, a resist for an ArF excimer laser using a xylene solvent can be used for the polyhydroxystyrene-based lower resist for a KrF excimer laser. When a resist for a chemically amplified ArF excimer laser using a xylene solvent is used, a nonionic photoacid generator such as naphthalidyl triflate is preferably used as the acid generator. Also, a quinonediazide compound having a high introduction rate is suitably used as a photosensitizer and a photoacid generator.

さらに、上層ArFエキシマレーザー用レジストに特願平8−221230に記したような、ノボラックやナフトールノボラック等の光吸収性化合物を、193nmにおける透明性が著しく低下しない程度に含有させてもよい。これによって、210〜260nmの波長範囲で高い吸光度をもたせることができる。このノボラックやナフトールノボラックは溶解抑止剤としても作用する。   Further, a light absorbing compound such as novolak or naphthol novolak, as described in Japanese Patent Application No. 8-222230, may be contained in the upper layer ArF excimer laser resist to such an extent that the transparency at 193 nm is not remarkably reduced. Thereby, high absorbance can be provided in the wavelength range of 210 to 260 nm. This novolak or naphthol novolak also acts as a dissolution inhibitor.

一方、上層を電子線で露光する場合には、10keV以下の低加速の電子線が、パターン形成におけるレジスト感度の観点から好ましい。本発明で用いる電子線レジスト材料としては、ノボラックやポリスチレン樹脂からなる、193nmにおいて高い吸光度を有するものが好ましく用いられる。   On the other hand, when exposing the upper layer with an electron beam, a low acceleration electron beam of 10 keV or less is preferable from the viewpoint of resist sensitivity in pattern formation. As the electron beam resist material used in the present invention, a material made of novolak or polystyrene resin and having a high absorbance at 193 nm is preferably used.

以下、合成例および実施例により本発明をより詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Synthesis Examples and Examples.

(合成例1)
<側鎖に脂環式構造を有するアルカリ可溶性アクリル系樹脂の合成>
メンチルメタクリレート、メチルメタクリレート、メタクリル酸をそれぞれ33mol%、29mol%、38mol%、計6.0gをテトラヒドロフラン(THF)20gに混合した。続いて、得られた溶液にアゾイソブチルニトリル(AIBN)を0.73g添加し、攪拌しながら60℃で35時間加熱することによって反応させた後、反応液をn−ヘキサンに滴下した。その後、沈殿物を濾過、乾燥することで、重量平均分子量(スチレン換算)約10,000の共重合体を得た。
(Synthesis example 1)
<Synthesis of alkali-soluble acrylic resin having alicyclic structure in side chain>
Mentyl methacrylate, methyl methacrylate, and methacrylic acid were mixed in a total of 6.0 g, each of 33 mol%, 29 mol%, and 38 mol%, in 20 g of tetrahydrofuran (THF). Subsequently, 0.73 g of azoisobutylnitrile (AIBN) was added to the obtained solution, and the mixture was reacted by heating at 60 ° C. for 35 hours with stirring, and then the reaction solution was dropped into n-hexane. Thereafter, the precipitate was filtered and dried to obtain a copolymer having a weight average molecular weight (in terms of styrene) of about 10,000.

(合成例2)
<側鎖に脂環式構造及びジアゾ化合物を有するアルカリ可溶性アクリル系樹脂の合成>
等モルのヒドロキシエチルメタクリレートと、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸クロライドとをジオキサンに溶解して10wt%のジオキサン溶液を得た。続いて、この溶液を20℃に保ちながら、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸クロライドの1.2当量に相当する量のトリエチルアミンを、このジオキサン溶液にゆっくりと滴下して析出した塩を濾別し、多量の0.2%シュウ酸溶液に投入した。析出物を濾過し、次いでこれをイオン交換水で洗浄した後、真空乾燥してヒドロキエチルメタクリレートナフトキノンジアジドスルホン酸エステルを得た。
(Synthesis example 2)
<Synthesis of alkali-soluble acrylic resin having alicyclic structure and diazo compound in side chain>
Equimolar amounts of hydroxyethyl methacrylate and 1,2-naphthoquinonediazide-4-sulfonic acid chloride were dissolved in dioxane to obtain a 10 wt% dioxane solution. Subsequently, while maintaining this solution at 20 ° C., triethylamine in an amount equivalent to 1.2 equivalents of 1,2-naphthoquinonediazide-4-sulfonic acid chloride was slowly dropped into this dioxane solution to precipitate a salt precipitated. It was separated by filtration and poured into a large amount of a 0.2% oxalic acid solution. The precipitate was filtered, washed with ion-exchanged water, and dried under vacuum to obtain hydroxyethyl methacrylate naphthoquinonediazide sulfonate.

次に、メンチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレートナフトキノンジアジドスルホン酸エステル、メタクリル酸を、それぞれ33mol%、29mol%、38mol%、計6.0gをテトラヒドロフラン(THF)20gに混合した。続いて、得られた溶液にアゾイソブチルニトリル(AIBN)を0.73g添加し、攪拌しながら60℃で35時間加熱することによって反応させた後、反応液をn−ヘキサンに滴下した。その後、沈殿物を濾過、乾燥することで、重量平均分子量(スチレン換算)約10,000の共重合体を得た。   Next, a total of 6.0 g each of 33 mol%, 29 mol%, and 38 mol% of menthyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate naphthoquinonediazide sulfonic acid ester, and methacrylic acid were mixed with 20 g of tetrahydrofuran (THF). Subsequently, 0.73 g of azoisobutylnitrile (AIBN) was added to the obtained solution, and the mixture was heated at 60 ° C. for 35 hours with stirring to cause a reaction. Then, the reaction solution was dropped into n-hexane. Thereafter, the precipitate was filtered and dried to obtain a copolymer having a weight average molecular weight (in terms of styrene) of about 10,000.

(合成例3)
<側鎖に縮合多環式構造を有するアルカリ可溶性アクリル系樹脂の合成>
ビニルナフタレン、メチルメタクリレート、メタクリル酸をそれぞれ30mol%、30mol%、40mol%、計6.0gをテトラヒドロフラン(THF)20gに混合した。続いて、得られた溶液にアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)を0.60g添加し、攪拌しながら60℃で35時間加熱することによって反応させた。その後、反応液をn−ヘキサンに滴下し、沈殿物を濾過、乾燥することで、重量平均分子量(スチレン換算)約7,000の共重合体を得た。
(Synthesis example 3)
<Synthesis of alkali-soluble acrylic resin having condensed polycyclic structure in side chain>
A total of 6.0 g of 30 mol%, 30 mol%, and 40 mol% of vinylnaphthalene, methyl methacrylate, and methacrylic acid were mixed with 20 g of tetrahydrofuran (THF). Subsequently, 0.60 g of azobisisobutyronitrile (AIBN) was added to the obtained solution, and the mixture was reacted by heating at 60 ° C. for 35 hours with stirring. Thereafter, the reaction solution was dropped into n-hexane, and the precipitate was filtered and dried to obtain a copolymer having a weight average molecular weight (in terms of styrene) of about 7,000.

(合成例4)
<側鎖に脂環式構造および縮合多環式構造を有するアルカリ可溶性アクリル系樹脂の合成>
ビニルナフタレン、メンチルメタクリレート、メチルメタクリレート、メタクリル酸を、それぞれ15mol%、20mol%、30mol%、35mol%、計6.0gをテトラヒドロフラン(THF)20gに混合した。続いて、得られた溶液にアゾイソブチロニトリル(AIBN)を0.60g添加し、攪拌しながら60℃で35時間加熱することによって反応させた。その後、反応液をn−ヘキサンに滴下し、沈殿物を濾過、乾燥することで、重量平均分子量(スチレン換算)約7,000の共重合体を得た。
(Synthesis example 4)
<Synthesis of alkali-soluble acrylic resin having alicyclic structure and condensed polycyclic structure in side chain>
Vinyl naphthalene, menthyl methacrylate, methyl methacrylate, and methacrylic acid were mixed in 20 g of tetrahydrofuran (THF) in total of 6.0 g each of 15 mol%, 20 mol%, 30 mol%, and 35 mol%. Subsequently, 0.60 g of azoisobutyronitrile (AIBN) was added to the obtained solution, and the mixture was reacted by heating at 60 ° C. for 35 hours with stirring. Thereafter, the reaction solution was dropped into n-hexane, and the precipitate was filtered and dried to obtain a copolymer having a weight average molecular weight (in terms of styrene) of about 7,000.

(合成例5)
<側鎖に脂環式構造および縮合多環式構造を有する化学増幅型アクリル系樹脂の合成>
ビニルナフタレン、メンチルアクリレート、テトラヒドロピラニルメタクリレート、メタクリル酸をそれぞれ26.2mol%、19.4mol%、21.6mol%、32.7mol%、計9.43gをテトラヒドロフラン(THF)20gに混合した。続いて、得られた溶液にアゾイソブチロニトリル(AIBN)を1.6g添加し、攪拌しながら60℃で40時間加熱することによって反応させた。その後、反応液をn−ヘキサンに滴下し、沈殿物を濾過、乾燥することで重量平均分子量(スチレン換算)約6,000の共重合体を得た。
(Synthesis example 5)
<Synthesis of chemically amplified acrylic resin having alicyclic structure and condensed polycyclic structure in side chain>
Vinyl naphthalene, menthyl acrylate, tetrahydropyranyl methacrylate, and methacrylic acid were mixed with 26.2 mol%, 19.4 mol%, 21.6 mol%, 32.7 mol%, respectively, 9.43 g in total, in 20 g of tetrahydrofuran (THF). Subsequently, 1.6 g of azoisobutyronitrile (AIBN) was added to the obtained solution, and reacted by heating at 60 ° C. for 40 hours with stirring. Thereafter, the reaction solution was dropped into n-hexane, and the precipitate was filtered and dried to obtain a copolymer having a weight average molecular weight (styrene conversion) of about 6,000.

(合成例6)
<溶解抑止剤:1−アダマンチルカルボニル−2,2’−ジtert−ブトキシカルボニルエタンの合成>
マロン酸ジtert−ブチル0.02molをTHFに溶解し、水素化ナトリウム0.02molを分散した溶液中に徐々に0℃で加えた。水素発生が終了した後、反応系を室温にし、0.02molのアダマンチル(ブロモメチル)ケトンのTHF溶液を導入した。その後、室温で5時間反応させた。次いで、反応液を大量の氷水中に投入して反応液をエーテル抽出し、油層を蓚酸水溶液で1回、続いて水で2回水洗した。最後に、乾燥−濃縮して1−アダマンチルカルボニル−2,2’−ジtert−ブトキシカルボニルエタン(AdTB)を得た。
(Synthesis example 6)
<Solution inhibitor: Synthesis of 1-adamantylcarbonyl-2,2′-ditert-butoxycarbonylethane>
0.02 mol of di-tert-butyl malonate was dissolved in THF, and gradually added at 0 ° C. to a solution in which 0.02 mol of sodium hydride was dispersed. After the completion of hydrogen generation, the reaction system was brought to room temperature, and a THF solution of adamantyl (bromomethyl) ketone (0.02 mol) was introduced. Thereafter, the reaction was performed at room temperature for 5 hours. Next, the reaction solution was poured into a large amount of ice water, and the reaction solution was extracted with ether. The oil layer was washed once with an aqueous oxalic acid solution and subsequently twice with water. Finally, it was dried and concentrated to obtain 1-adamantylcarbonyl-2,2'-ditert-butoxycarbonylethane (AdTB).

(合成例7)
<溶解抑止剤の合成>
ナフトールをグリオキシル酸で縮合してノボラックオリゴマーを得、このノボラックオリゴマー10gを、3,4−ジヒドロピラン50mlに溶解させて触媒量の塩酸存在下で48時間撹拌した。その後、この溶液に水酸化ナトリウム塊を加え、しばらく撹拌した後、残さを濾別して油層を減圧濃縮乾燥し、さらに酢酸エチルに溶解して、5%シュウ酸水溶液で2回洗浄した。次いで、これを分液し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮乾固してピラニル化ナフトールノボラック(NV4THP)を得た。
(Synthesis example 7)
<Synthesis of dissolution inhibitor>
Naphthol was condensed with glyoxylic acid to obtain a novolak oligomer. 10 g of the novolak oligomer was dissolved in 50 ml of 3,4-dihydropyran and stirred for 48 hours in the presence of a catalytic amount of hydrochloric acid. Thereafter, a lump of sodium hydroxide was added to the solution, and the mixture was stirred for a while. The residue was filtered off, the oil layer was concentrated and dried under reduced pressure, further dissolved in ethyl acetate, and washed twice with a 5% oxalic acid aqueous solution. Next, this was separated, dried over anhydrous sodium sulfate, and concentrated to dryness to obtain a pyranylated naphthol novolak (NV4THP).

(合成例8)
<感光剤の合成>
α−ナフトール0.1gをTHF中に溶解した後、このTHF溶液に1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルフォニルクロリド0.1molを添加した。この混合液を0℃で撹拌しながら、その中にトリエチルアミン0.1モルを徐々に滴下した。析出した塩を濾別し、反応液を濃縮乾固した後、エタノール−ヘキサンを用いて再結晶し、ナフトールのナフトキノンジアジド化合物(NPNQ)を得た。
(Synthesis example 8)
<Synthesis of photosensitizer>
After dissolving 0.1 g of α-naphthol in THF, 0.1 mol of 1,2-naphthoquinonediazide-4-sulfonyl chloride was added to the THF solution. While stirring this mixture at 0 ° C., 0.1 mol of triethylamine was gradually dropped therein. The precipitated salt was separated by filtration, the reaction solution was concentrated to dryness, and then recrystallized using ethanol-hexane to obtain a naphthoquinonediazide compound of naphthol (NPNQ).

(参考例1)
合成例1で得られたポリマーに対し、ジアゾ化合物としてのナフトキノンジアジドを40wt%加え、これを8wt%のシクロヘキサノン溶液とした。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過した後、Siウェハー上にスピンコートによって塗布し、100℃で90秒間プリベークして膜厚0.2μmのレジスト膜を形成した。
(Reference Example 1)
To the polymer obtained in Synthesis Example 1, 40% by weight of naphthoquinonediazide as a diazo compound was added to obtain a 8% by weight cyclohexanone solution. This solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter, applied to a Si wafer by spin coating, and prebaked at 100 ° C. for 90 seconds to form a 0.2 μm thick resist film.

このレジスト膜に対して、波長193nmのArFエキシマレーザー光(NA=0.55)を照射して露光を施し、続いて、露光後のレジスト膜をアルカリ現像液としてのテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)の2.38%アルカリ水溶液で現像した。その結果、130mJ/cm2 のDOSE量で、0.15μmのラインアンドスペースパターンを解像することができた。なお、得られたパターンの基板との密着性も良好であり、パターンの剥がれは全く観察されなかった。 The resist film is exposed by irradiating it with ArF excimer laser light (NA = 0.55) having a wavelength of 193 nm. Subsequently, the exposed resist film is exposed to tetramethylammonium hydroxide (TMAH) as an alkali developing solution. ) Was developed with a 2.38% aqueous alkaline solution. As a result, a 0.15 μm line-and-space pattern could be resolved with a DOSE amount of 130 mJ / cm 2 . The obtained pattern had good adhesion to the substrate, and no peeling of the pattern was observed.

(参考例2)
合成例1で得られたポリマーに対し、メルドラム酸のジアゾ化合物を45wt%加え、これを8wt%の乳酸エチル溶液とした。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過した後、Siウェハー上にスピンコートによって塗布した後、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.2μmのレジスト膜を形成した。
(Reference Example 2)
To the polymer obtained in Synthesis Example 1, 45 wt% of a diazo compound of Meldrum's acid was added to obtain an 8 wt% ethyl lactate solution. This solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter, applied on a Si wafer by spin coating, and prebaked at 120 ° C. for 90 seconds to form a 0.2 μm thick resist film.

このレジスト膜に対して、波長193nmのArFエキシマレーザー光 (NA=0.55)を照射して露光を施し、続いて、露光後のレジスト膜をアルカリ現像液としてのTMAHの2.38%アルカリ水溶液で現像した。その結果、120mJ/cm2 のDOSE量で、0.15μmのラインアンドスペースパターンを解像することができた。なお、得られたパターンの基板との密着性も良好であり、パターンの剥がれは全く観察されなかった。 The resist film is exposed by irradiating it with ArF excimer laser light (NA = 0.55) having a wavelength of 193 nm. Subsequently, the exposed resist film is treated with 2.38% alkali of TMAH as an alkali developing solution. Developed in aqueous solution. As a result, a 0.15 μm line-and-space pattern could be resolved with a DOSE amount of 120 mJ / cm 2 . The obtained pattern had good adhesion to the substrate, and no peeling of the pattern was observed.

(参考例3)
合成例1で得られたポリマーに対し、ジアゾ化合物としてのナフトキノンジアジドを40wt%加え、これを8wt%のシクロヘキサノン溶液とした。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過した後、Siウェハー上にスピンコートによって塗布し、100℃で90秒間プリベークして膜厚0.5μmのレジスト膜を形成した。
(Reference Example 3)
To the polymer obtained in Synthesis Example 1, 40% by weight of naphthoquinonediazide as a diazo compound was added to obtain a 8% by weight cyclohexanone solution. This solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter, applied to a Si wafer by spin coating, and prebaked at 100 ° C. for 90 seconds to form a 0.5 μm thick resist film.

このレジスト膜を電子線で露光し、続いて、露光後のレジスト膜をアルカリ現像液としてのTMAHの2.38%アルカリ水溶液で現像した。その結果、50keVの加速電圧、30μC/cm2 のDOSE量で、0.15μmのラインアンドスペースパターンを解像することができた。なお、得られたパターンの基板との密着性も良好であり、パターンの剥がれは全く観察されなかった。 The resist film was exposed to an electron beam, and then the exposed resist film was developed with a 2.38% aqueous solution of TMAH as an alkaline developer. As a result, a 0.15 μm line-and-space pattern could be resolved with an acceleration voltage of 50 keV and a DOSE amount of 30 μC / cm 2 . The obtained pattern had good adhesion to the substrate, and no peeling of the pattern was observed.

(参考例4)
図1を参照して本参考例を説明する。
(Reference Example 4)
This embodiment will be described with reference to FIG.

まず、合成例1で得られたポリマーに対し、ジアゾ化合物としてのナフトキノンジアジドを40wt%加え、これを8wt%のシクロヘキサノン溶液として本発明のレジスト溶液を調製した。   First, naphthoquinonediazide as a diazo compound was added to the polymer obtained in Synthesis Example 1 in an amount of 40 wt%, and this was used as an 8 wt% cyclohexanone solution to prepare a resist solution of the present invention.

一方、図1(a)に示すように、Siウェハー11上にはノボラック系フォトレジストを塗布し、190℃でハードベークして膜厚0.8μmの下地層12を形成した。さらに、この下地層の上にSOG(スピンオングラス)を塗布し、200℃でベークして膜厚0.1μmの中間層13を形成した。   On the other hand, as shown in FIG. 1A, a novolak-based photoresist was applied on a Si wafer 11 and hard-baked at 190 ° C. to form an underlayer 12 having a thickness of 0.8 μm. Further, SOG (spin-on-glass) was applied on the underlayer and baked at 200 ° C. to form a 0.1 μm-thick intermediate layer 13.

前述のシクロヘキサノン溶液を、0.2μmのメンブレンフィルターで濾過した後、下地層および中間層が設けられSiウェハー上に、スピンコートにより塗布した後、100℃で90秒間プリベークして、図1(b)に示すような膜厚0.2μmの上層レジスト膜14を形成した。   The above cyclohexanone solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter, applied to a Si wafer provided with an underlayer and an intermediate layer by spin coating, and prebaked at 100 ° C. for 90 seconds to obtain a solution shown in FIG. 2), an upper resist film 14 having a thickness of 0.2 μm was formed.

このレジスト膜14に対して、波長193nmのArFエキシマレーザー光(NA=0.55)を照射して図1(c)に示すように露光を施し、続いて、露光後のレジスト膜をアルカリ現像液としてのTMAHの2.38%アルカリ水溶液で現像した。その結果、130mJ/cm2 のDOSE量で、図1(d)に示すような0.15μmのラインアンドスペースパターン14aを解像することができた。なお、得られたパターンの基板との密着性も良好であり、パターンの剥がれは全く観察されなかった。 The resist film 14 is irradiated with ArF excimer laser light (NA = 0.55) having a wavelength of 193 nm to expose the resist film 14 as shown in FIG. 1 (c). Development was carried out with a 2.38% aqueous solution of TMAH as a liquid. As a result, with a DOSE amount of 130 mJ / cm 2 , a 0.15 μm line and space pattern 14 a as shown in FIG. 1D could be resolved. The obtained pattern had good adhesion to the substrate, and no peeling of the pattern was observed.

続いて、上述のようにして形成されたレジストパターン14aをエッチングマスクとして用いて、中間層のSOG膜13をCF4 RIEによりエッチングして、図1(e)に示すようなパターニングされたSOG膜13aを形成した。さらに、上述のようにして得られたパターン14aおよび13aをエッチングマスクとして用いて、O2 RIEにより下層のノボラック系フォトレジスト膜12をエッチングした。その結果、レジストパターンを忠実に転写することができ、図1(f)に示すようなパターニングされたノボラック系フォトレジスト膜12aが得られた。 Subsequently, using the resist pattern 14a formed as described above as an etching mask, the SOG film 13 of the intermediate layer is etched by CF 4 RIE to form a patterned SOG film as shown in FIG. 13a was formed. Further, using the patterns 14a and 13a obtained as described above as an etching mask, the lower novolak-based photoresist film 12 was etched by O 2 RIE. As a result, the resist pattern was faithfully transferred, and a patterned novolak-based photoresist film 12a as shown in FIG. 1F was obtained.

(参考例5)
合成例2で得たポリマーを8wt%のシクロヘキサノン溶液とした。この溶液を0.2μmのメンブランフィルターで濾過した後、Siウェハー上にスピンコートによって塗布し、100℃で90秒間プリベークして膜厚0.3μmのレジスト膜を形成した。
(Reference Example 5)
The polymer obtained in Synthesis Example 2 was used as an 8 wt% cyclohexanone solution. This solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter, applied to a Si wafer by spin coating, and prebaked at 100 ° C. for 90 seconds to form a 0.3 μm thick resist film.

このレジスト膜に対し、波長193nmのArFエキシマレーザー光(NA=0.55)を照射して露光を施し、続いて、露光後のレジスト膜をアルカリ現像液としてのTMAHの2.38%アルカリ水溶液で露光した。その結果、100mJ/cm2 のDOSE量で0.15μmのラインアンドスペースパターンを解像することができた。なお、レジストパターンと基板との密着性も良好であり、パターンの剥がれは全く観察されなかった。 The resist film is exposed by irradiating it with ArF excimer laser light (NA = 0.55) having a wavelength of 193 nm. Subsequently, the exposed resist film is exposed to a 2.38% aqueous solution of TMAH as an alkaline developer. Exposure. As a result, a 0.15 μm line-and-space pattern could be resolved with a DOSE amount of 100 mJ / cm 2 . The adhesion between the resist pattern and the substrate was good, and no peeling of the pattern was observed.

(参考例6)
合成例3で得たポリマーに対し、ジアゾ化合物としてのナフトキノンジアジドを該ポリマーの20wt%加え、これを8wt%のシクロヘキサノン溶液とした。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過した。こうして得られた溶液をSiウエハー上にスピンコートによって塗布し、100℃で90秒間プリベークして膜厚0.17μmのレジスト膜を形成した。
(Reference Example 6)
To the polymer obtained in Synthesis Example 3, naphthoquinonediazide as a diazo compound was added in an amount of 20% by weight of the polymer to obtain an 8% by weight cyclohexanone solution. This solution was filtered with a 0.2 μm membrane filter. The solution thus obtained was applied on a Si wafer by spin coating, and prebaked at 100 ° C. for 90 seconds to form a resist film having a thickness of 0.17 μm.

このレジスト膜に対して、ArFエキシマレーザー(NA=0.55)を照射して露光を施し、続いて、露光後のレジスト膜をアルカリ現像液で現像した。その結果、140mJ/cm2 のDOSE量で、0.17μmのラインアンドスペースパターンを解像することができた。なお、得られたパターンの基板との密着性も良好であり、パターンの剥がれ等は全く観察されなかった。 This resist film was exposed by irradiating an ArF excimer laser (NA = 0.55), and then the exposed resist film was developed with an alkali developing solution. As a result, a 0.17 μm line-and-space pattern could be resolved with a DOSE amount of 140 mJ / cm 2 . The obtained pattern had good adhesion to the substrate, and no peeling of the pattern was observed at all.

(参考例7)
合成例4で得られたポリマーに対し、ジアゾ化合物としてのナフトキノンジアジドを30wt%加え、これをシクロヘキサノン/PGMEAの3:1混合溶液に溶解して、8wt%の溶液を得た。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過した。一方、予めHMDS(ヘキサメチルジシラザン)によってSiウエハーに表面処理を施しておいた。このSiウエハー上にスピンコートによって前述の溶液を塗布し、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.2μmのレジスト膜を形成した。
(Reference Example 7)
To the polymer obtained in Synthesis Example 4, 30% by weight of naphthoquinonediazide as a diazo compound was added, and this was dissolved in a 3: 1 mixed solution of cyclohexanone / PGMEA to obtain an 8% by weight solution. This solution was filtered with a 0.2 μm membrane filter. On the other hand, the surface treatment was previously performed on the Si wafer with HMDS (hexamethyldisilazane). The above-described solution was applied onto the Si wafer by spin coating, and prebaked at 120 ° C. for 90 seconds to form a 0.2 μm-thick resist film.

このレジスト膜に対し、ArFエキシマレーザー光(NA=0.55)を照射して露光を施し、続いて、露光後のレジスト膜をアルカリ現像液で現像した。その結果、135mJ/cm2 のDOSE量で0.15μmのラインアンドスペースパターンを解像することができた。なお、レジストパターンと基板との密着性も良好であり、パターンの剥がれは全く観察されなかった。 The resist film was exposed by irradiating ArF excimer laser light (NA = 0.55), and then the exposed resist film was developed with an alkali developing solution. As a result, a 0.15 μm line-and-space pattern could be resolved with a DOSE amount of 135 mJ / cm 2 . The adhesion between the resist pattern and the substrate was good, and no peeling of the pattern was observed.

(参考例8)
図2を参照して、本参考例を説明する。
(Reference Example 8)
This embodiment will be described with reference to FIG.

まず、図2(a)に示すように、Siウエハー21上に、厚さ0.8μmの酸化珪素膜22をCVD(Chemical Vapor Deposition)により形成し、次いで、Al−Si−Cuからなる厚さ約0.7μmの下層配線層23と、CVD法によるSiO2 膜からなる層間絶縁膜24と、Al−Si−Cuからなる厚さ約0.7μmの上層配線膜25を順次形成した。 First, as shown in FIG. 2A, a 0.8 μm thick silicon oxide film 22 is formed on a Si wafer 21 by CVD (Chemical Vapor Deposition), and then a thickness of Al—Si—Cu is formed. A lower wiring layer 23 having a thickness of about 0.7 μm, an interlayer insulating film 24 made of a SiO 2 film by a CVD method, and an upper wiring film 25 made of Al—Si—Cu having a thickness of about 0.7 μm were sequentially formed.

一方、合成例4で得られたポリマーに対し、ジアゾ化合物としてのナフトキノンジアジドを30wt%加え、これをシクロヘキサノン/PGMEAの3:1混合溶液に溶解して、8wt%の溶液を得た。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過した。こうして得られた溶液を、Siウエハー上にスピンコートによって塗布し、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.3μmのレジスト膜26を上層配線膜25の上に形成した。   On the other hand, 30 wt% of naphthoquinonediazide as a diazo compound was added to the polymer obtained in Synthesis Example 4, and this was dissolved in a 3: 1 mixed solution of cyclohexanone / PGMEA to obtain an 8 wt% solution. This solution was filtered with a 0.2 μm membrane filter. The solution thus obtained was applied on a Si wafer by spin coating, and prebaked at 120 ° C. for 90 seconds to form a 0.3 μm-thick resist film 26 on the upper wiring film 25.

次いで、レジスト膜26に対し、ArFエキシマレーザー光(NA=0.55)を135mJ/cm2 のDOSE量で照射して露光を施し、露光後のレジスト膜をアルカリ現像液で現像して図2(b)に示すようなレジストパターン26aを形成した。さらに、このレジストパターン26aをマスクとして、CCl4 ガスを用いたRIE法により、上層配線膜をエッチングして上層配線25aを形成した。 Next, the resist film 26 is exposed by irradiating an ArF excimer laser beam (NA = 0.55) with a DOSE amount of 135 mJ / cm 2 , and the exposed resist film is developed with an alkali developing solution. A resist pattern 26a as shown in FIG. Further, using the resist pattern 26a as a mask, the upper wiring film was etched by RIE using CCl 4 gas to form the upper wiring 25a.

その後、レジストパターン26aをO2 プラズマ中で炭化して除去することにより、図2(c)に示すような2層配線が得られた。上層配線25aは、下層配線膜等によって生ずる段差の影響をほとんど受けず、設計寸法0.35μmに対し、±0.05μmの設計誤差であった。また、配線間隔0.35μm、線幅0.35μmの上層配線を形成した場合、断線や短絡等の不良は全く発生しなかった。 After that, the resist pattern 26a was carbonized and removed in O 2 plasma to obtain a two-layer wiring as shown in FIG. 2C. The upper wiring 25a was hardly affected by steps caused by the lower wiring film and the like, and had a design error of ± 0.05 μm with respect to the design dimension of 0.35 μm. When an upper layer wiring having a wiring interval of 0.35 μm and a line width of 0.35 μm was formed, no defect such as disconnection or short circuit occurred.

(参考例9)
図3を参照して、本参考例を説明する。
(Reference Example 9)
This embodiment will be described with reference to FIG.

まず、前述の化学式(P−1)で表わされるポリマーに対し、酸発生剤としてのオニウム塩(トリフェニルスルフォニウムトリフレート)を加えて、これをPGMEA溶液とした。次いで、このPGMEA溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過して下層レジスト形成用の溶液を得た。また、合成例4で得られたポリマーに対し感光剤としてのNPNQを40wt%混合し、これをキシレン溶液とした。このキシレン溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過して上層レジスト形成用の溶液を得た。   First, an onium salt (triphenylsulfonium triflate) as an acid generator was added to the polymer represented by the aforementioned chemical formula (P-1) to prepare a PGMEA solution. Next, the PGMEA solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter to obtain a solution for forming a lower resist. Further, NPNQ as a photosensitive agent was mixed at 40 wt% to the polymer obtained in Synthesis Example 4 to obtain a xylene solution. The xylene solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter to obtain a solution for forming an upper resist.

一方、図3(a)に示すように、Siウエハー31上に、厚さ0.8μmの酸化珪素膜32をCVD法により形成した。この上に、上述のようにして調製した下層レジスト形成用のレジスト溶液をスピンコートによって塗布し、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.4μmの下層レジスト膜33を形成した。   On the other hand, as shown in FIG. 3A, a 0.8 μm thick silicon oxide film 32 was formed on a Si wafer 31 by a CVD method. A resist solution for forming a lower layer resist prepared as described above was applied thereon by spin coating, and prebaked at 120 ° C. for 90 seconds to form a lower layer resist film 33 having a thickness of 0.4 μm.

さらに、下層レジスト膜33の上に、上述にようにして調製した上層レジスト形成用のレジスト溶液をスピンコートによって塗布し、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.2μmの上層レジスト膜34を形成した。   Further, on the lower resist film 33, the resist solution for forming an upper resist prepared as described above is applied by spin coating, and prebaked at 120 ° C. for 90 seconds to form an upper resist film 34 having a thickness of 0.2 μm. Formed.

得られた上層レジスト膜34に対し、ArFエキシマレーザーを照射し、アルカリ現像液で現像したところ、図3(b)に示すような線幅0.15μmのレジストパターン34aが得られた。さらに、このレジストパターン34aをマスクとして用いて、波長220nm付近の光を通す干渉フィルターを使って下層レジスト膜33に露光し、現像して図3(c)に示すような下層レジストパターン33aを得た。   The obtained upper resist film 34 was irradiated with an ArF excimer laser and developed with an alkali developing solution. As a result, a resist pattern 34a having a line width of 0.15 μm as shown in FIG. 3B was obtained. Further, using the resist pattern 34a as a mask, the lower resist film 33 is exposed to light using an interference filter that transmits light near a wavelength of 220 nm, and developed to obtain a lower resist pattern 33a as shown in FIG. Was.

こうして得られたレジストパターン34aおよび33aをマスクとして、CCl4 ガスを用いたRIE法により酸化珪素膜32をエッチングして図3(d)に示すような酸化珪素パターンを32aを得た後、O2 プラズマ中でレジストパターンを炭化して除去することにより図3(e)に示すような構造を得た。 Using the resist patterns 34a and 33a thus obtained as a mask, the silicon oxide film 32 is etched by RIE using CCl 4 gas to obtain a silicon oxide pattern 32a as shown in FIG. (2) The resist pattern was carbonized and removed in plasma to obtain a structure as shown in FIG.

本参考例により、酸化珪素膜にも、線幅0.15μmのパターンを形成できることがわかった。   According to this reference example, it was found that a pattern having a line width of 0.15 μm can be formed also on the silicon oxide film.

(実施例)
まず、合成例1で得られたポリマーに、感光剤としてナフトキノンジアジド(2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンのナフトキノンジアジド−4−スルフォン酸エステル)を加えて、これをPGMEA−シクロヘキサノン混合溶液に溶解した。次いで、この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過して下層レジスト形成用の溶液を得た。また、合成例5で得られたポリマーに、ナフタリジルトリフレート3wt%と、NV4THP20wt%とを加えて、乳酸エチル溶液とした。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過して上層レジスト形成用の溶液を得た。
(Example)
First, naphthoquinonediazide (naphthoquinonediazide-4-sulfonate of 2,3,4,4'-tetrahydroxybenzophenone) was added as a photosensitizer to the polymer obtained in Synthesis Example 1, and this was mixed with PGMEA-cyclohexanone. Dissolved in the solution. Next, this solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter to obtain a solution for forming a lower resist. Further, 3 wt% of naphthalidyl triflate and 20 wt% of NV4THP were added to the polymer obtained in Synthesis Example 5 to obtain an ethyl lactate solution. This solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter to obtain a solution for forming an upper layer resist.

一方、図3(a)に示すように、Siウエハー31上に、厚さ0.8μmの酸化珪素膜32をCVD法により形成した。この上に、上述のようにして調製した下層レジスト形成用のレジスト溶液をスピンコートによって塗布し、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.4μmの下層レジスト膜33を形成した。   On the other hand, as shown in FIG. 3A, a 0.8 μm thick silicon oxide film 32 was formed on a Si wafer 31 by a CVD method. The resist solution for forming a lower layer resist prepared as described above was applied thereon by spin coating, and prebaked at 120 ° C. for 90 seconds to form a lower layer resist film 33 having a thickness of 0.4 μm.

さらに、下層レジスト膜33の上に、上述にようにして調製した上層レジスト形成用のレジスト溶液をスピンコートによって塗布し、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.2μmの上層レジスト膜34を形成した。   Further, on the lower resist film 33, the resist solution for forming an upper resist prepared as described above is applied by spin coating, and prebaked at 120 ° C. for 90 seconds to form an upper resist film 34 having a thickness of 0.2 μm. Formed.

得られた上層レジスト膜34を5keVの電子線で露光し、アルカリ現像したところ、図3(b)に示すような線幅0.13μmのレジストパターン34aが得られた。さらに、このレジストパターンをマスクとしてArFエキシマレーザー光を照射して下層レジスト33に露光を施し、現像して図3(c)に示すような下層レジストパターン33aを得た。   The obtained upper resist film 34 was exposed to an electron beam of 5 keV and subjected to alkali development, whereby a resist pattern 34a having a line width of 0.13 μm as shown in FIG. 3B was obtained. Further, using this resist pattern as a mask, the lower resist 33 was exposed to light by irradiating ArF excimer laser light and developed to obtain a lower resist pattern 33a as shown in FIG. 3 (c).

こうして得られたレジストパターン34aおよび33aをマスクとして、CCl4 ガスを用いたRIE法により酸化珪素膜32をエッチングして図3(d)に示すような酸化珪素パターンを32aを得た後、O2 プラズマ中でレジストパターンを炭化して除去することにより図3(e)に示すような構造を得た。 Using the resist patterns 34a and 33a thus obtained as a mask, the silicon oxide film 32 is etched by RIE using CCl 4 gas to obtain a silicon oxide pattern 32a as shown in FIG. (2) The resist pattern was carbonized and removed in plasma to obtain a structure as shown in FIG.

本実施例により、酸化珪素膜にも、線幅0.13μmのパターンを形成できることがわかった。   According to this example, it was found that a pattern having a line width of 0.13 μm can be formed also on the silicon oxide film.

(参考例10)
まず、前述の化学式(P−1)で表わされるポリマーに対し、酸発生剤としてのオニウム塩(トリフェニルスルフォニウムトリフレート)を加えて、これをPGMEA溶液とした。次いで、このPGMEA溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過して下層レジスト形成用の溶液を得た。また、合成例5で得られたポリマーに対し、合成例6で得られたAdTBを溶解抑止剤として加え、さらに3%のナフタリジルトリフレートを加えて、これをキシレン溶液とした。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過して、上層レジスト形成用の溶液を得た。
(Reference Example 10)
First, an onium salt (triphenylsulfonium triflate) as an acid generator was added to the polymer represented by the aforementioned chemical formula (P-1) to prepare a PGMEA solution. Next, the PGMEA solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter to obtain a solution for forming a lower resist. Further, to the polymer obtained in Synthesis Example 5, AdTB obtained in Synthesis Example 6 was added as a dissolution inhibitor, and 3% of naphthalidyl triflate was further added to obtain a xylene solution. This solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter to obtain a solution for forming an upper resist.

上述のようにして調製した下層レジスト用の溶液を用いて、Siウエハー上に膜厚0.4μmの下層レジスト膜を形成した。この上に、上層レジスト形成用の溶液をスピンコートによって塗布し、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.3μmの上層レジスト膜を形成した。   Using the solution for lower resist prepared as described above, a lower resist film having a thickness of 0.4 μm was formed on the Si wafer. A solution for forming an upper resist was applied thereon by spin coating, and prebaked at 120 ° C. for 90 seconds to form an upper resist film having a thickness of 0.3 μm.

こうして得られた上層レジスト膜に対し、ArFエキシマレーザーを30mJ/cm2 照射して露光を施し、110℃で1分間ベークした。次いで、0.238%のTMAHアルカリ現像液で現像したところ、線幅0.15μmの上層レジストパターンを形成することができた。 The upper resist film thus obtained was exposed to an ArF excimer laser at 30 mJ / cm 2 , and baked at 110 ° C. for 1 minute. Next, when developed with a 0.238% TMAH alkaline developer, an upper layer resist pattern having a line width of 0.15 μm could be formed.

さらに、得られた上層レジストパターンをマスクとして、波長250nm付近の光を通す干渉フィルターを使って下層レジストに露光し、140℃で1分間ベークした。最後に、2.38%のTMAH水溶液で現像したところ、基板上に0.15μmのパターンを転写することができた。   Further, using the obtained upper resist pattern as a mask, the lower resist was exposed to light using an interference filter that transmits light near a wavelength of 250 nm, and baked at 140 ° C. for 1 minute. Finally, when developed with a 2.38% TMAH aqueous solution, a 0.15 μm pattern could be transferred onto the substrate.

(参考例11)
まず、前述の化学式(P−1)で表わされるポリマーに対し、酸発生剤としてのオニウム塩(トリフェニルスルフォニウムトリフレート)を加えて、これをPGMEA溶液とした。次いで、このPGMEA溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過して下層レジスト形成用の溶液を得た。また、合成例5で得られたポリマーに対し、溶解抑止剤として合成例7で得られたNV4THPを20wt%加え、さらにナフタリジルトリフレートを3wt%加えて、これをキシレン溶液とした。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過して、上層レジスト形成用の溶液を得た。
(Reference Example 11)
First, an onium salt (triphenylsulfonium triflate) as an acid generator was added to the polymer represented by the aforementioned chemical formula (P-1) to prepare a PGMEA solution. Next, the PGMEA solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter to obtain a solution for forming a lower resist. Further, to the polymer obtained in Synthesis Example 5, 20 wt% of NV4THP obtained in Synthesis Example 7 was added as a dissolution inhibitor, and 3 wt% of naphthalidyl triflate was further added to obtain a xylene solution. This solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter to obtain a solution for forming an upper resist.

上述のようにして調製した下層レジスト用の溶液を用いて、Siウエハー上に膜厚0.4μmの下層レジスト膜を形成した。この上に、上層レジスト形成用の溶液をスピンコートによって塗布し、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.2μmの上層レジスト膜を形成した。   Using the solution for lower resist prepared as described above, a lower resist film having a thickness of 0.4 μm was formed on the Si wafer. A solution for forming an upper resist was applied thereon by spin coating, and prebaked at 120 ° C. for 90 seconds to form an upper resist film having a thickness of 0.2 μm.

こうして得られた上層レジスト膜に対し、ArFエキシマレーザーを35mJ/cm2 照射して露光を施し、110℃で1分間ベークした。次いで、0.238%のTMAHアルカリ現像液で現像したところ、線幅0.14μmの上層レジストパターンを形成することができた。 The upper resist film thus obtained was exposed to ArF excimer laser at 35 mJ / cm 2 , and baked at 110 ° C. for 1 minute. Subsequently, when the resist was developed with a 0.238% TMAH alkaline developer, an upper resist pattern having a line width of 0.14 μm could be formed.

さらに、得られた上層レジストパターンをマスクとして、波長230nm付近の光を通す干渉フィルターを使って5mJ/cm2 で下層レジストに露光し、140℃で1分間ベークした。最後に、2.38%のTMAH水溶液で現像したところ、基板上に0.14μmのパターンを転写することができた。 Further, using the obtained upper resist pattern as a mask, the lower resist was exposed to light at 5 mJ / cm 2 using an interference filter that transmits light near a wavelength of 230 nm, and baked at 140 ° C. for 1 minute. Finally, when developed with a 2.38% TMAH aqueous solution, a 0.14 μm pattern could be transferred onto the substrate.

以上の結果から、アルカリ可溶性アクリル系樹脂をベースポリマーとする本発明の感光性材料は、ArFエキシマレーザー光等の短波長光に対して高い透明性を有していることがわかる。一方、従来からあるポリ(ヒドロキシスチレン)やノボラック系樹脂を主成分としたレジストは、波長193nmにおける1μm当たりの吸収が30以上であり、ArFエキシマレーザー光をほとんど透過しないことを確認した。   From the above results, it is understood that the photosensitive material of the present invention using an alkali-soluble acrylic resin as a base polymer has high transparency to short wavelength light such as ArF excimer laser light. On the other hand, it was confirmed that a conventional resist mainly containing poly (hydroxystyrene) or a novolak resin had an absorption of 30 or more per 1 μm at a wavelength of 193 nm, and hardly transmitted ArF excimer laser light.

(比較例)
合成例1で得たポリマーに酸発生剤としてのトリフェニルスルフォニウムトリフレートをポリマーに対して1wt%加えてシクロヘキサノン溶液を得、この溶液を用いる以外は前述の参考例1と同様にしてレジスト膜を形成した。このレジスト膜に対して、ArFエキシマレーザー光(NA=0.55)を照射して露光を施し、露光後、直ちにこれを150℃で90秒間加熱し、さらにアルカリ現像液としてのTMAHの2.38%アルカリ水溶液で現像した。その結果、30mJ/cm2 のDOSE量で部分的に0.25μmのラインアンドスペースパターンを解像することができた。しかしながら、レジストパターンと基板との密着性は悪く、不均一な剥がれがレジスト膜に生じていたのを光学顕微鏡により確認した。
(Comparative example)
To the polymer obtained in Synthesis Example 1 was added 1% by weight of triphenylsulfonium triflate as an acid generator based on the polymer to obtain a cyclohexanone solution, and a resist film was prepared in the same manner as in Reference Example 1 except that this solution was used. Was formed. The resist film is exposed by irradiating an ArF excimer laser beam (NA = 0.55), and immediately after the exposure, is heated at 150 ° C. for 90 seconds. Development was carried out with a 38% aqueous alkaline solution. As a result, a line and space pattern of 0.25 μm could be partially resolved with a DOSE amount of 30 mJ / cm 2 . However, the adhesion between the resist pattern and the substrate was poor, and it was confirmed by an optical microscope that uneven peeling occurred in the resist film.

レジストパターン形成方法の工程の一例を表わす断面図。Sectional drawing showing an example of the process of the resist pattern formation method. レジストパターン形成方法の工程の他の例を表わす断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating another example of the step of the resist pattern forming method. 本発明の実施形態にかかるレジストパターン形成方法の工程の他の例を表わす断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating another example of the step of the resist pattern forming method according to the embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of reference numerals

11,21,31…Siウェハー; 12…下地層;
12a…ノボラック系フォトレジスト膜パターン; 13…中間層
13a…SOG膜パターン; 14…レジスト膜; 14a…レジストパターン
22,32…酸化珪素膜; 23…下層配線膜; 24…層間絶縁膜
25…上層配線膜; 25a…上層配線; 26…レジスト膜
26a…レジストパターン; 32a…酸化珪素パターン; 33…下層レジスト膜
33a…下層レジストパターン; 34…上層レジスト膜
34a…上層レジストパターン。
11, 21, 31: Si wafer; 12: Underlayer;
12a: novolak-based photoresist film pattern; 13: intermediate layer 13a: SOG film pattern; 14: resist film; 14a: resist pattern 22, 32: silicon oxide film; 23: lower wiring film; 24: interlayer insulating film 25: upper layer 25a: upper layer wiring; 26: resist film 26a: resist pattern; 32a: silicon oxide pattern; 33: lower layer resist film 33a: lower layer resist pattern; 34: upper layer resist film 34a: upper layer resist pattern.

Claims (10)

基板上に下層感光性材料膜を形成する工程と、
前記下層感光性材料膜の上に、置換もしくは非置換のベンゼン環または多環縮合芳香環または脂環式骨格を含む上層感光性材料膜を形成する工程と、
前記上層感光性材料膜の所定の領域に電子線を照射して露光を施す工程と、
前記露光後の上層感光性材料膜の露光部または未露光部をアルカリ水溶液で溶解除去して現像する工程と、
前記現像する工程の後に得られた上層感光性材料膜パターンをマスクとして波長190〜260nmの光を一括照射し、現像処理を施して露光部を選択的に溶解・除去することにより、前記上層感光性材料膜パターンを前記下層感光性材料膜に転写する工程とを具備するレジストパターン形成方法。
Forming a lower photosensitive material film on the substrate,
Forming an upper photosensitive material film containing a substituted or unsubstituted benzene ring or a polycyclic fused aromatic ring or an alicyclic skeleton on the lower photosensitive material film,
A step of irradiating a predetermined region of the upper photosensitive material film with an electron beam to perform exposure,
A step of dissolving and removing an exposed portion or an unexposed portion of the upper photosensitive material film after the exposure with an alkaline aqueous solution, and
Using the upper photosensitive material film pattern obtained after the developing step as a mask, light having a wavelength of 190 to 260 nm is collectively irradiated, and a developing process is performed to selectively dissolve and remove the exposed portions. Transferring a conductive material film pattern to the lower photosensitive material film.
前記下層感光性材料膜は、フェノール系樹脂を含むことを特徴とする請求項1に記載のレジストパターン形成方法。   2. The method according to claim 1, wherein the lower photosensitive material film contains a phenolic resin. 前記フェノール系樹脂は、下記化学式(P−1)〜(P−4)で表わされる化合物を含むことを特徴とする請求項1に記載のレジストパターン形成方法。
Figure 2004199084
The method according to claim 1, wherein the phenolic resin contains a compound represented by the following chemical formulas (P-1) to (P-4).
Figure 2004199084
前記下層感光性材料膜は、脂環式骨格を有するアクリル系樹脂を含むことを特徴とする請求項1に記載のレジストパターン形成方法。   2. The method according to claim 1, wherein the lower photosensitive material film includes an acrylic resin having an alicyclic skeleton. 前記脂環式骨格は、メンチル基もしくはアダマンチル基であることを特徴とする請求項4に記載のレジストパターン形成方法。   The method according to claim 4, wherein the alicyclic skeleton is a menthyl group or an adamantyl group. 前記上層感光性材料膜は、ベンゼン環または多環縮合芳香環を含むことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。   6. The method according to claim 1, wherein the upper photosensitive material film contains a benzene ring or a polycyclic fused aromatic ring. 前記上層感光性材料膜は、ナフタレンおよびアントラセンから選択される多環縮合芳香環を含むことを特徴とする請求項6に記載のレジストパターン形成方法。   7. The method according to claim 6, wherein the upper photosensitive material film contains a polycyclic fused aromatic ring selected from naphthalene and anthracene. 前記上層感光性材料は、フェノール樹脂およびノボラック樹脂から選択されるベンゼン環を含む材料を含有することを特徴とする請求項6に記載のレジストパターン形成方法。   7. The method according to claim 6, wherein the upper photosensitive material contains a material containing a benzene ring selected from a phenol resin and a novolak resin. 前記上層感光性材料膜は、脂環式骨格を含むことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。   7. The method according to claim 1, wherein the upper photosensitive material film includes an alicyclic skeleton. 前記脂環式骨格は、メンチル基もしくはアダマンチル基を含むことを特徴とする請求項9に記載のレジストパターン形成方法。   The method according to claim 9, wherein the alicyclic skeleton includes a menthyl group or an adamantyl group.
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