JP2004264352A

JP2004264352A - 感放射線性樹脂組成物、その製造法並びにそれを用いた半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2004264352A
Application number: JP2003032339A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Murakami; 健一村上; Taku Sasa; 卓佐々; Takehiro Yoshikawa; 雄裕吉川; Masahito Nishikawa; 雅人西川; Takeshi Kimura; 健木村; Yoshiaki Kinoshita; 義章木下
Original assignee: Clariant Japan KK; FASL Japan Ltd
Current assignee: Clariant Japan KK; FASL Japan Ltd
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2004-09-24
Anticipated expiration: 2023-02-10
Also published as: KR20050109483A; WO2004070473A1; CN1748181A; TWI340294B; US20070160927A1; CN100568098C; JP4222850B2; DE112004000257T5; TW200422777A; DE112004000257B4

Abstract

【課題】良好な感度および解像力を有するとともに、プロセス裕度およびプロセス安定性に優れた化学増幅型感放射線性樹脂組成物を用いて、特に０．２μｍ以下の微細レジストパターンを形成する際に、マイクロブリッジ等のパターン欠陥の発生の極めて少ないパターニングを実現する。
【解決手段】化学増幅型感放射線性樹脂組成物として、組成物中のベース樹脂であるアルカリ可溶性樹脂あるいは酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性樹脂における、多角光散乱法によるゲル透過クロマトグラフィー法により求めた重量平均分子量のポリスチレン換算値が１００万以上の超高分子量成分が１ｐｐｍ以下であるものを用い、これを被加工対象２上に塗布してフォトレジスト膜３を形成した後、露光、現像することにより０．２μｍ以下の微細レジストパターン４を形成する。次いでドライエッチングを行い、半導体装置のゲート電極やホール形状、溝形状などのパターニングを行う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体等の電子部品やマイクロマシンなどの三次元微細構造物を製造する際の微細加工において、フォトレジストとして好適に使用することができる化学増幅型感放射線性樹脂組成物およびその製造法並びにそれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体等の電子部品や三次元微細構造物などの製造における微細加工においては、フォトリソグラフィー法が一般に利用されている。フォトリソグラフィー法においては、レジストパターンを形成するためポジ型またはネガ型の感放射線性樹脂組成物が用いられている。これら感放射線性樹脂組成物のうち、ポジ型フォトレジストとしては、例えば、アルカリ可溶性樹脂と感光性物質であるキノンジアジド化合物とからなる感放射線性樹脂組成物が広く利用されている。
【０００３】
ところで、近年、ＬＳＩの高集積化と高速度化に伴い、微細電子デバイス製造業界においてはデザインルールがクオーターミクロンあるいは更にそれ以下への微細化が求められている。このようなデザインルールの更なる微細化に対応するためには、露光光源として可視光線あるいは近紫外線（波長４００〜３００ｎｍ）など従来使用されてきたものでは充分でなく、ＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）、Ｆ_２エキシマレーザー（１５７ｎｍ）等の遠紫外線や更にはＸ線、電子線等のようなより短波長の放射線を用いることが必要とされ、これら露光光源を用いるリソグラフィープロセスが提案され、実用化が図られつつある。またこのデザインルールの微細化に対応するため、微細加工の際にフォトレジストとして用いられる感放射線性樹脂組成物にも更なる高解像性が要求されている。さらに、感放射線性樹脂組成物には、高解像性に加え、感度、画像寸法の正確さなどの性能向上も同時に求められている。このような要求を満たす短波長の放射線に感光性を有する高解像度の感放射線性樹脂組成物として、「化学増幅型感放射線性樹脂組成物」が提案されている。この化学増幅型感放射線性樹脂組成物は、放射線の照射により酸を発生する光酸発生剤を含んでおり、放射線の照射によりこの光酸発生化合物から酸が発生され、発生された酸による触媒的な働きにより画像形成がなされるものである。この化学増幅型感放射線性樹脂組成物は、酸の触媒的働きにより高い感度が得られる点等で有利であるため、従来の感放射線性樹脂組成物に取って代わって、使用されつつある。
【０００４】
化学増幅型感放射線性樹脂組成物も、従来の感放射線性樹脂組成物と同様に、ポジ型およびネガ型があり、化学増幅型ポジ型感放射線性樹脂組成物として、ベース樹脂、光酸発生剤からなる二成分系、ベース樹脂、光酸発生剤、酸解離性基を有する溶解阻止剤からなる三成分系が知られている。そして、これら化学増幅型ポジ型感放射線性樹脂組成物としては、ポリヒドロキシスチレン樹脂を基本とするベース樹脂等からなる多くの感放射線性樹脂組成物が報告されている。このポリヒドロキシスチレン樹脂を基本とするベース樹脂としては、例えば、樹脂のフェノール性水酸基が部分的にまたは全てにおいて酸により開裂しうる保護基であるｔ−ブトキシカルボニル基（例えば、特許文献１、２参照）、ｔ−ブチル基、トリメチルシリル基、テトラヒドロピラニル基（例えば、特許文献３参照）、２−（アルコキシエチル）基（例えば、特許文献４参照）またはそれらの組み合わせによって保護されているものなどが報告されている。また、ヒドロキシスチレンとアクリル酸またはメタクリル酸とからなる二元または三元共重合樹脂であって、そのカルボン酸が部分的にまたは全てにおいて酸により開裂し得る保護基、例えばｔ−ブチル基（例えば、特許文献５、６参照）、アミル基またはテトラヒドロピラニル基により保護されたものなども有用なものとして報告されている。さらに、特許文献７には、化学増幅型ポジ型レジストの酸解離性基含有樹脂の酸解離性基として、ｔ−ブチル基、ｔ−ブトキシカルボニルメチル基、ｔ−ブトキシカルボニル基、１−メトキシエチル基、１−エトキシエチル基等も報告されている。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第４，４９１，６２８号明細書
【特許文献２】
米国特許第５，４０３，６９５号明細書
【特許文献３】
米国特許第５，３５０，６６０号明細書
【特許文献４】
米国特許第５，４６８，５８９号明細書
【特許文献５】
米国特許第４，４９１，６２８号明細書
【特許文献６】
米国特許第５，４８２，８１６号明細書
【特許文献７】
特開平１１−１２５９０７号公報
【０００６】
さらに、ＡｒＦエキシマレーザー露光用ポジ型化学増幅レジスト用ポリマーとしては、ＡｒＦエキシマレーザーの透過性および耐ドライエッチング性の観点から脂環式環を有するものがよいことが知られている。このような脂環式環としては、例えば、ボルナン環、ノルボルナン環、トリシクロデカン環、テトラシクロデカン環、アダマンタン環などが挙げられる。具体的なポリマーとしては、（メタ）アクリル酸の脂環式エステルから導かれる重合単位を有するもの、脂環式カルボン酸のビニルエステルまたはイソプロペニルエステルから導かれる重合単位を有するものなど（例えば、非特許文献１参照）、酸によって解離する基に脂環式基を導入したポリマー（例えば、非特許文献２参照）、２−ノルボルネンと無水マレイン酸の交互共重合体構造を含むポリマー（例えば、非特許文献３参照）などが挙げられる。これらの他にも、ノルボルネン環等の脂環式構造を主鎖に有するモノマー（モノマー１）や無水マレイン酸、カルボキシル基を有するビニルモノマー（モノマー２）の重合体（例えば、特許文献８参照）或いは前記モノマーと第三モノマーとして保護基で保護されたアクリレートやメタクリレートとの共重合体、エステル部にアダマンタン骨格を持つアクリル酸エステルの重合体（例えば、特許文献９参照）やアダマンタン骨格を持つアクリル酸エステルとメタクリル酸、メバロニックラクトン・メタクリレート等との共重合体（例えば、特許文献１０参照）、さらにγ−ブチロラクトンのような含酸素複素環基を側鎖に有するテレビ酸のポリビニルフェノールエステル等を繰り返し単位として含むポリマー（例えば、特許文献１１参照）等がある。
【０００７】
さらに、Ｆ_２エキシマレーザー照射用化学増幅型レジスト用ポリマーについても、含フッ素ポリマーを初めとする種々のポリマーが好ましいものとして知られている。例えば、フッ素原子を少なくとも１個有するアルキル基を有する繰り返し単位を含む高分子化合物（例えば、特許文献１２参照）、酸不安定基によりフェノール性水酸基の一部が置換され、更にフェノール核がフッ素原子またはトリフルオロメチル基により置換されたフェノール樹脂（例えば、特許文献１３参照）、主鎖の炭素原子の少なくとも１つがフッ素原子またはトリフルオロメチル基で置換され、水酸基の一部が酸不安定基で置換されていてもよいポリビニルアルコール類（例えば、特許文献１４参照）、フッ素化されたアクリル酸のフッ素化アルキル基を有するシリル化アルキレンアルコールとのエステルを繰り返し単位として有する高分子化合物（例えば、特許文献１５参照）、ベースポリマー中の酸解離性ユニットに含フッ素芳香環を有するエステル基を導入させたポリマー（例えば、特許文献１６参照）、２種類の異なる酸不安定基で保護されたフッ素化された２種類のアクリル誘導体および炭素数１〜２０の直鎖状、分岐状、もしくは環状の一価の炭化水素基もしくはフッ素化された一価の炭化水素基をエーテル単位として含むフッ化ビニルからなる高分子化合物（例えば、特許文献１７参照）、酸不安定基で保護されたカルボキシル基あるいはシアノ基が炭素数３〜２０の２価あるいは（Ｃ＋１）価（Ｃは１〜４の整数）の環状の炭化水素基で結合されたポリシロキサン（例えば、特許文献１８参照）、ポリマー骨格の主鎖及び／又は側鎖にフッ素原子置換した構造を有し、且つ酸の作用によって分解し、アルカリ現像液に対する溶解度を増大する基を有するフッ素基含有樹脂（例えば、特許文献１９参照）、フッ素原子置換されたアリール基が直接あるいは炭素数１〜１０の炭化水素基で結合されたポリシロキサン（例えば、特許文献２０参照）などが挙げられる。
【０００８】
また、電子線照射用化学増幅型レジスト用ポリマーとしては、例えば、一般式（１）：
【０００９】
【化１】

【００１０】
（式中、Ｒ^１は水素原子、フッ素原子、塩素原子あるいはアルキル基もしくはシリル基、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４はフッ素原子、塩素原子あるいはアルキル基もしくはアルコキシ基、ｎは０または１を示す。）で表される単量体単位を含む樹脂、（例えば、特許文献２１参照）、アセトキシ、ｔ−ブチル基、テトラヒドロピラニル基、メチルアダマンチル基等により、ｐ−ヒドロキシスチレンの水酸基あるいは共重合するモノマーのカルボキシル基を保護したｐ−ヒドロキシスチレンあるいはその誘導体の共重合樹脂（例えば、特許文献２２参照）、一般式（２）：
【００１１】
【化２】

【００１２】
（式中、Ｒ^１、Ｒ^２は水素原子、アルキル基、あるいは酸脱離性の保護基を示す。）または一般式（３）：
【００１３】
【化３】

【００１４】
（式中、Ｒ^３は１または２以上の、水素原子、アルキル基、あるいは酸脱離性の保護基を示し、ｎは０から４の整数を示す。）から選ばれる少なくとも１種の単量体単位が含まれている樹脂（例えば、特許文献２３参照）、少なくとも約１２５立方オングストロームの分子容を有する第三エステル脂環式基を含み、フォト酸レイビルエステル基とフェノール性の繰り返し単位を含むポリマーを含む樹脂（例えば、特許文献２４参照）などが挙げられる。これら電子線照射用化学増幅型レジスト用ポリマーは遠紫外照射用化学増幅型レジスト用樹脂としても好適に用いられる。
【００１５】
【特許文献８】
特開平１０−１０７３９号公報
【特許文献９】
特開平４−３９６６５号公報
【特許文献１０】
特開２０００−３３８６７６号公報
【特許文献１１】
特開平７−１８１６７７号公報
【特許文献１２】
特開２００１−１７４９９７号公報
【特許文献１３】
特開２００１−１６３９４５号公報
【特許文献１４】
特開２００１−１３３９７９号公報
【特許文献１５】
特開２００１−２２６４３２号公報
【特許文献１６】
特開２００２−２４９５２０号公報
【特許文献１７】
特開２００２−２９３８４０号公報
【特許文献１８】
特開２００２−３３２３５３号公報
【特許文献１９】
特開２００２−３３３７１５号公報
【特許文献２０】
特開２００２−３３８６９０号公報
【特許文献２１】
特開２００１−２２０７３号公報
【特許文献２２】
特開２００１−２７８０６号公報
【特許文献２３】
特開２００１−８１１３９号公報
【特許文献２４】
特開２００１−１９４７９２号公報
【非特許文献１】
Ｄ．Ｃ．ホーファー（Ｈｏｆｅｒ）他，「ジャーナルフォトポリマーサイエンスアンドテクノロジー（ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」，第９巻．第３号（１９９６），３８７−３９８頁
【非特許文献２】
Ｓ．イワサ（Ｉｗａｓａ）他，「ジャーナルフォトポリマーサイエンスアンドテクノロジー（ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」，第９巻．第３号（１９９６），４４７−４５６頁
【非特許文献３】
Ｔ．Ｉ．ワロー（Ｗａｌｌｏｗ）他，「Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ１９９６」，２７２４，３５５−３６４
【００１６】
一方、化学増幅型ネガ型感放射線性樹脂組成物としては、ベース樹脂、光酸発生剤、架橋剤からなり、例えば、ヘキサメトキシメチルメラミンなどの架橋剤とアルカリ可溶性フェノール系樹脂との組合わせからなるもの（例えば、特許文献２５、２６参照）などが報告されている。また、ネガ型化学増幅型レジストに適したアルカリ可溶性樹脂としては、ノボラック型フェノール樹脂、分子量分布を狭めたポリビニルフェノール樹脂、水素添加により一部環状アルコール構造に変換したフェノール樹脂、ポリビニルフェノールのＯＨ基の一部をアルキル基で保護した樹脂、アシル基等の酸に不活性な保護基を有するポリビニルフェノール樹脂、スチレンあるいは（メタ）アクリレートと共重合したポリビニルフェノール樹脂、カルボキシル基を有する樹脂など架橋剤によって架橋される種々のアルカリ可溶性の樹脂が知られており、これら樹脂は、紫外線、遠紫外線、電子線またはＸ線用ネガ型化学増幅型レジスト用ベース樹脂として用いられている（例えば、特許文献２７参照）。また、電子線またはＸ線照射用ネガ型化学増幅型レジスト用ベース樹脂としては、例えば、パラ位に水酸基を有し、オルト位にアルコキシル基を有するｐ−ヒドロキシスチレンを単量体単位として含む樹脂（例えば特許文献２８）、一般式（４）：
【００１７】
【化４】

【００１８】
（式中、Ｒは水素原子またはメチル基を表す。）で表される構造単位を含むアルカリ可溶性樹脂（例えば、特許文献２９参照）、側鎖にベンゼン環、ビフェニル環、ターフェニル環、あるいはナフタレン環、アンスラセン環などの縮合環を有し、これらの環がフェノール性水酸基やアルコキシ基により置換されている繰り返し単位を含むアルカリ可溶性樹脂（例えば、特許文献３０参照）、フェノール性水酸基が部分的に、アルキルエーテル化、アリールエーテル化、アルケニルエーテル化されたポリビニルフェノールあるいは水素添加ポリビニルフェノールなどのアルカリ可溶性樹脂（例えば、特許文献３１参照）、一般式（５）：
【００１９】
【化５】

【００２０】
（式中、Ｒ_１は水素原子などを、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４は水素原子、置換基を有していても良いアルキル基などを、Ａは単結合、アルキレン、−Ｏ−、−ＳＯ_２−、−ＣＯＯＲ−、−ＯＣＯＲ−、−ＣＯＮＨＲ−（Ｒは単結合または連結基）などの結合を、ｎは１〜３の整数を表す。）で表される繰り返し単位を有するアルカリ可溶性樹脂（特許文献２７）が挙げられる。
【００２１】
【特許文献２５】
米国特許第５，３７６，５０４号明細書
【特許文献２６】
米国特許第５，３８９，４９１号明細書
【特許文献２７】
特開２００１−３３７４５２号公報
【特許文献２８】
特開２００１−１１４８２５号公報
【特許文献２９】
特開２００１−１７４９９４号公報
【特許文献３０】
特開２００１−１７４９９５号公報
【特許文献３１】
特開２００１−２４２６２５号公報
【００２２】
また、化学増幅型ポジ型およびネガ型フォトレジストに用いられる光酸発生剤としては、イオン性のオニウム塩、特にヘキサフルオロアンチモネートおよびトリフルオロメタンスルフォネート（例えば、特許文献３２参照）、または脂肪族性／芳香族性スルフォネート（例えば、特許文献３３参照）などのような強い非親核性陰イオンとのヨードニウム塩またはスルフォニウム塩（例えば、特許文献３４、３５参照）などが報告されている。また、ある種のハロゲン化水素を発生する光酸発生剤がネガ型フォトレジストに有効であること（例えば、特許文献３６参照）も提案されている。さらに、「放射線照射により沸点が１５０℃以上のカルボン酸を発生する化合物」と「カルボン酸以外の酸を発生する化合物」との組み合わせからなる光酸発生剤を用いること（例えば、特許文献３７参照）も提案されている。
このように、化学増幅型感放射線性樹脂組成物は、ベース樹脂、光酸発生剤、更には架橋剤等の観点から数多くの改良が行われ、実用化されてきた。
【００２３】
【特許文献３２】
米国特許第５，５６９，７８４号明細書
【特許文献３３】
米国特許第５，６２４，７８７号明細書
【特許文献３４】
米国特許第４，０５８，４００号明細書
【特許文献３５】
米国特許第４，９３３，３７７号明細書
【特許文献３６】
米国特許第５，５９９，９４９号明細書
【特許文献３７】
特開平１１−１２５９０７号公報
【００２４】
しかしながら、半導体素子の集積回路の集積度は、年々高まっており、それに伴い高解像力が要求されるようになってくると、特にクォーターミクロン以下の微細パターンにおいて、現像時にパターン間のレジストが除去されず残留することにより生じると考えられているマイクロブリッジの発生などを含めてのパターン欠陥が大きな問題となってきた。このようなパターン欠陥が生ずると、設計通りのパターンを得ることができないばかりでなく、実用に供される優れたパターン形状を得ることができなくなり、半導体製造等の製造プロセスにおいて非常に低い歩留まりを招くこととなり重要な解決課題となっている。
【００２５】
上記パターン欠陥の問題は、最近の微細化、特に０．２μｍ以下のパターン形成において顕在化してきた問題であり、これまでこれらの課題を解決する手段として具体的に挙げられたものがなかったのが実状である。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような状況に鑑み、本発明は、半導体製造等に用いられる化学増幅型フォトレジストで良好な感度および解像力を有すると共に、パターン形状が優れ、プロセス裕度、プロセス安定性に優れ、特に微細パターンにおけるマイクロブリッヂ等のパターン欠陥の少ない化学増幅型感放射線性樹脂組成物およびその製造法並びにそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究、検討を行った結果、半導体装置などの製造の際にフォトレジストとして有用な化学増幅型感放射線性樹脂組成物において、（イ）多角光散乱（ＭｕｌｔｉＡｎｇｌｅＬａｓｅｒＬｉｇｈｔＳｃａｔｔｅｒｉｎｇ；以下「ＭＡＬＳ」ということがある）検出器を用いたゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）法、すなわち多角光散乱法（ＭＡＬＳ法）によるゲル透過クロマトグラフィー法により求めたポリスチレン換算重量平均分子量が１００万以上である超高分子量成分の含有量を、組成物中所定量以下とするか、（ロ）化学増幅型感放射線製樹脂組成物を構成するベース樹脂として、前記方法により求めたポリスチレン換算重量平均分子量が１００万以上の超高分子量成分が所定量以下である樹脂を用い、前記（イ）の化学増幅型感放射線性樹脂組成物を形成するか、（ハ）ベース樹脂の原料となるアルカリ可溶性樹脂として、前記方法で求めたポリスチレン換算重量平均分子量が１００万以上の超高分子量成分が所定量以下の樹脂を用い、この樹脂から製造された酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性樹脂をベース樹脂として用いて前記（イ）の化学増幅型感放射線性樹脂組成物を形成することにより、また（ニ）ベース樹脂あるいはベース樹脂の原料樹脂の超高分子量体量をＭＡＬＳ法によるゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）法により求めて、前記超高分子量体量が所定量以下のものを選別して使用することにより上記目的を達成し得ることを見出し、本発明に至ったものである。
【００２８】
すなわち、本発明は、少なくとも（１）アルカリ可溶性樹脂あるいは酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性樹脂であるベース樹脂、（２）放射線の照射により酸を発生する光酸発生剤および（３）溶剤を含有する化学増幅型感放射線性樹脂組成物において、前記アルカリ可溶性樹脂あるいは酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性樹脂の重量平均分子量のポリスチレン換算値が１００万以上の超高分子量成分が、ＭＡＬＳ法によるゲル透過クロマトグラフィー法により求めて当該組成物中に０．２ｐｐｍ以下であることを特徴とする化学増幅型感放射線性樹脂組成物に関する。
【００２９】
また、本発明は、上記化学増幅型感放射線性樹脂組成物において、前記ベース樹脂あるいは酸解離性保護基で保護される前のアルカリ可溶性樹脂は、ポリスチレン換算重量平均分子量が１００万以上の超高分子量成分が、ＭＡＬＳ法によるゲル透過クロマトグラフィー法により求めて樹脂成分中に１ｐｐｍ以下であることを特徴とする化学増幅型感放射線性樹脂組成物に関する。
【００３０】
更に、本発明は、上記各化学増幅型感放射線性樹脂組成物の製造において、ポリスチレン換算重量平均分子量が１００万以上の超高分子量成分をＭＡＬＳ法によるゲル透過クロマトグラフィー法により求めて除去する工程を含む化学増幅型感放射線性樹脂組成物の製造法に関する。
【００３１】
また、本発明は、被加工対象上に化学増幅型感放射線性樹脂組成物を塗布してフォトレジスト膜を形成し、前記フォトレジスト膜を所望形状に加工する工程と、前記により得られたレジストパターンをマスクとして前記被加工対象をエッチングする工程とを含み、前記レジストは、少なくとも（１）アルカリ可溶性樹脂あるいは酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性樹脂であるベース樹脂、（２）放射線の照射により酸を発生する光酸発生剤および（３）溶剤を含有する化学増幅型感放射線性樹脂組成物であり、前記アルカリ可溶性樹脂あるいは酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性樹脂の重量平均分子量のポリスチレン換算値が１００万以上の超高分子量成分が、ＭＡＬＳ法によるゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）法により求めて当該組成物中に０．２ｐｐｍ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
【００３２】
また、本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記化学増幅型感放射線性樹脂組成物の前記ベース樹脂あるいは酸解離性保護基で保護される前のアルカリ可溶性樹脂が、ポリスチレン換算重量平均分子量が１００万以上の超高分子量成分が、ＭＡＬＳ法によるゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）法により求めて樹脂成分中に１ｐｐｍ以下のものからなることを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
【００３３】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明の化学増幅型感放射線性樹脂組成物においては、ベース樹脂として、アルカリ可溶性樹脂、あるいは酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性樹脂であって、該酸解離性保護基が解離したときにアルカリ可溶性となる樹脂が用いられる。これらベース樹脂としては、本明細書において従来技術として既に例示した化学増幅型感放射線性樹脂組成物を含め、従来化学増幅型感放射線性樹脂組成物のベース樹脂として用いられているアルカリ可溶性樹脂、酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性樹脂のいずれのものをも用いることができる。
【００３４】
これらベース樹脂のうち、化学増幅型ポジ型感放射性樹脂組成物で用いられる酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性または難溶性樹脂としては、例えば、酸解離性保護基でアルカリ可溶性樹脂が部分的に保護されたものが挙げられる。このような酸解離性保護基でアルカリ可溶性樹脂が部分的に保護されたアルカリ不溶性または難溶性樹脂の例としては、代表的には、（ｉ）（ａ）ヒドロキシスチレン類の単独重合体またはこれと他のモノマーとの共重合体あるいはフェノール樹脂と、（ｂ）ビニルエーテル化合物あるいはジアルキルジカルボナート（アルキル基の炭素数は１〜５である。）との反応生成物、（ｉｉ）ヒドロキシスチレン類とビニルエーテル化合物あるいはジアルキルジカルボナート（アルキル基の炭素数は１〜５である。）との反応生成物の単一重合体あるいはこれと他のモノマーとの共重合体、あるいは（ｉｉｉ）これら保護基により保護された基を有する単一重合体あるいは共重合体の保護基の一部を必要に応じ酸により解離させたものが挙げられる。
【００３５】
これら重合体を製造するために用いられるヒドロキシスチレン類としては、４−ヒドロキシスチレン、３−ヒドロキシスチレンおよび２−ヒドロキシスチレンが好ましいものである。これら４−、３−、または２−ヒドロキシスチレンは、上記のように単独重合によりポリ（４−ヒドロキシスチレン）、ポリ（３−ヒドロキシスチレン）およびポリ（２−ヒドロキシスチレン）とされるか、または、４−、３−、または２−ヒドロキシスチレンが他のモノマーと共重合され、二元あるいは三元共重合体などとされた後保護基が導入されるか、あるいはこれらと他のモノマーとを共重合することによりアルカリ不溶性の樹脂とされる。さらには、このようにして製造された保護基を有するアルカリ不溶性樹脂の保護基の一部を酸により解離させて製造してもよい。
【００３６】
上記共重合体を製造するために用いられるヒドロキシスチレン類と共重合される他のモノマーとしては、例えばスチレン、４−、３−または２−アセトキシスチレン、４−、３−または２−アルコキシスチレン、α−メチルスチレン、４−、３−または２−アルキルスチレン、３−アルキル−４−ヒドロキシスチレン、３，５−ジアルキル−４−ヒドロキシスチレン、４−、３−または２−クロロスチレン、３−クロロ−４−ヒドロキシスチレン、３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシスチレン、３−ブロモ−４−ヒドロキシスチレン、３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシスチレン、ビニルベンジルクロライド、２−ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、ビニルアニリン、ビニル安息香酸、ビニル安息香酸エステル類、Ｎ−ビニルピロリドン、１−ビニルイミダゾール、４−または２−ビニルピリジン、１−ビニル−２−ピロリドン、Ｎ−ビニルラクタム、９−ビニルカルバゾール、アクリル酸とアクリル酸エステルおよびそれらの誘導体、メタクリル酸とメタクリル酸エステルおよびそれらの誘導体、例えばメチルメタクリレートとその誘導体、メタクリルアミドとその誘導体、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、４−ビニルフェノキシ酢酸とその誘導体、例えば４−ビニルフェノキシ酢酸エステル類、マレイミドとその誘導体、Ｎ−ヒドロキシマレイミドとその誘導体、無水マレイン酸、マレイン酸またはフマル酸とその誘導体、例えばマレイン酸またはフマル酸エステル、ビニルトリメチルシラン、ビニルトリメトキシシラン、またはビニルノルボルネンとその誘導体等が挙げられる。
【００３７】
さらに、他のモノマーの好ましい例としては、イソプロペニルフェノール、プロペニルフェノール、（４−ヒドロキシフェニル）アクリレートまたはメタクリレート、（３−ヒドロキシフェニル）アクリレートまたはメタクリレート、（２−ヒドロキシフェニル）アクリレートまたはメタクリレート、Ｎ−（４−ヒドロキシフェニル）アクリルアミドまたはメタクリルアミド、Ｎ−（３−ヒドロキシフェニル）アクリルアミドまたはメタクリルアミド、Ｎ−（２−ヒドロキシフェニル）アクリルアミドまたはメタクリルアミド、Ｎ−（４−ヒドロキシベンジル）アクリルアミドまたはメタクリルアミド、Ｎ−（３−ヒドロキシベンジル）アクリルアミドまたはメタクリルアミド、Ｎ−（２−ヒドロキシベンジル）アクリルアミドまたはメタクリルアミド、３−（２−ヒドロキシ−ヘキサフルオロプロピル−２）−スチレン、４−（２−ヒドロキシ−ヘキサフルオロプロピル−２）−スチレンなどが挙げられる。
【００３８】
また、酸解離性保護基で保護される前のアルカリ可溶性樹脂としては、上記ヒドロキシスチレン類の単独重合体またはこれと他のモノマーとの共重合体あるいはフェノール樹脂以外にも、上記他のモノマーとして挙げられたモノマーの中で側鎖にあるいは側鎖としてフェノール性の水酸基あるいはカルボキシル基を有するビニルモノマーの単独重合体またはこれと側鎖にフェノール性の水酸基あるいはカルボキシル基を有しないビニルモノマーとの共重合体が用いられてもよい。
【００３９】
アルカリ可溶性を与える基を変成して酸により解離し得る保護基を形成するビニルエーテル化合物としては、ｎ−ブチルビニルエーテル、ｔ−ブチルビニルエーテル等が好ましいものとして挙げられる。これらビニルエーテル化合物は、単独であるいは２種以上組み合わせて用いることができる。
【００４０】
また、アルカリ可溶性を与える基を変成して酸により解離し得る保護基を形成する化合物であるジアルキルカルボナートとしては、例えばジ−ｔ−ブチルジカルボナートが好ましい化合物として挙げられる。
【００４１】
なお、酸解離性保護基としては、上記例示された具体例を含め、ｔｅｒｔ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルおよびｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルメチルのような３級炭素が酸素原子に結合する基：テトラヒドロ−２−ピラニル、テトラヒドロ−２−フリル、１−メトキシエチル、１−エトキシエチル、１−（２−メチルプロポキシ）エチル、１−（２−メトキシエトキシ）エチル、１−（２−アセトキシエトキシ）エチル、１−〔２−（１−アダマンチルオキシ）エトキシ〕エチルおよび１−〔２−（１−アダマンタンカルボニルオキシ）エトキシ〕エチルのようなアセタール型の基：３−オキソシクロヘキシル、４−メチルテトラヒドロ−２−ピロン−４−イルおよび２−メチル−２−アダマンチルのような非芳香族環状化合物の残基など種々のものを挙げることができる。これらは単に酸解離性保護基の具体例を例示したに過ぎないもので、本発明において用いられる酸解離性保護基含有樹脂の酸解離性保護基がこれら具体的に例示されたものに限定されるものではない。
【００４２】
また、本発明の化学増幅型ポジ型感放射線性樹脂組成物において用いられるアルカリ可溶性樹脂としては、前記酸解離性保護基で保護される前のアルカリ可溶性樹脂と同様なものが好ましいものとして挙げられる。
【００４３】
上記ベース樹脂として用いられるアルカリ可溶性樹脂、酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性の樹脂、および酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性の樹脂を製造するための原料となるアルカリ可溶性樹脂は、多角度光散乱検出器により検出されるポリスチレン換算重量平均分子量が１００万以上の超高分子量成分が樹脂成分中１ｐｐｍ以下であることは必ずしも必要ではないが、１ｐｐｍ以下であることが好ましく、より好ましく０．１ｐｐｍ以下、さらに好ましくは０．０１ｐｐｍ以下である。このような好ましい特性を有する樹脂は、従来化学増幅型ポジ型感放射線性樹脂組成物で用いられている、アルカリ可溶性樹脂およびアルカリ可溶性を与える基が酸により開裂できる保護基により部分的に保護されているアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性の樹脂の中から、例えば、ポリスチレン換算重量平均分子量が１００万以上の超高分子量成分をＭＡＬＳ検出器を用いたゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）法により求めて選別して取得してもよいし、前記樹脂を溶剤抽出法、濾過分離法、溶剤洗浄法など公知の方法を用いて調製し、重量平均分子量が１００万以上の超高分子量成分の樹脂中の含有率が上記所定値以下となるようなものをＭＡＬＳ法によるゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）法により求めて選別して取得してもよい。
【００４４】
一方、光酸発生剤は、放射線により酸を発生する化合物であり、光酸発生剤の例としては、オニウム塩、ハロゲン含有化合物、ジアゾメタン化合物、スルホン化合物、スルホン酸化合物などをはじめとし、従来例えば化学増幅型感放射線性樹脂組成物における光酸発生剤として用いられているもののいずれのものであってもよい。これら光酸発生剤の好ましいものとしては、オニウム塩では、例えばトリフレートあるいはヘキサフレートとのヨードニウム塩、スルホニウム塩、ジアゾニウム塩、アンモニウム塩、ピリジニウム塩等が、ハロゲン含有化合物では、ハロアルキル基含有炭化水素化合物あるいはハロアルキル基含有複素環式化合物、例えば、フェニル−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、メトキシフェニル−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジンなどの（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン誘導体や、トリブロモネオペンチルアルコール、ヘキサブロモヘキサンなどの臭素化化合物、ヘキサヨードヘキサンなどのヨウ素化合物などが挙げられる。また、ジアゾメタン化合物では、例えばビス（トリフルオロメチルスルホニウム）ジアゾメタン、ビス（シクロヘキシルスルホニウム）ジアゾメタンなどが挙げられる。スルホン化合物では、β−ケトスルホン、β−スルホニルスルホン等が、スルホン酸化合物では、アルキル（Ｃ_１ _〜 _１２）スルホン酸エステル、ハロアルキル（Ｃ_１ _〜 _１２）スルホン酸エステル、アリールスルホン酸エステル、イミノスルホナート等が挙げられる。
【００４５】
これらの光酸発生剤は、単独でまたは２種以上混合して使用することができ、その配合量は、アルカリ不溶あるいは難溶性樹脂１００重量部当たり、通常０．１〜１０重量部、好ましくは、０．５〜５．０重量部である。
【００４６】
さらに、本発明の化学増幅型ポジ型感放射線性樹脂組成物においてアルカリ可溶性樹脂が用いられる場合には、溶解抑止剤が共に用いられる。また、酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性の樹脂が用いられる場合においても、必要であれば、溶解抑止剤が用いられる。この溶解抑止剤としては、例えばフェノール系化合物のフェノール性水酸基を酸の作用により解裂する基で保護した化合物が挙げられる。溶解抑止剤は、光酸発生剤から生成された酸により保護基が解裂される前にはアルカリ現像液に対し不溶性または難溶性であるが、保護基が解裂した後にはアルカリ現像液に可溶性、すなわちアルカリ可溶性となる化合物である。この溶解抑止剤は、保護基の解裂前にはアルカリ可溶性樹脂に対し溶解抑止能を有するが、酸の作用により解裂した後はこのような能力を消失し、通常溶解促進剤として作用する。溶解抑止剤の酸の作用により解裂する基としては、例えば、上記酸解離性保護基として挙げられた、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基などが挙げられる。溶解抑止剤の具体例としては、例えば、２，２−ビス（４−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルオキシフェニル）プロパン、ビス（４−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルオキシフェニル）スルホン、３，５−ビス（４−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルオキシフェニル）−１，１，３−トリメチルインダン等が挙げられる。
【００４７】
また、本発明の化学増幅型ポジ型感放射線性樹脂組成物には、添加剤として塩基性化合物を配合することが好ましい。この塩基性化合物は、露光により光酸発生剤から生じた酸のレジスト膜中における拡散現象を制御し、解像度を向上させたり、露光裕度等を向上させることができる。このような塩基性化合物としては、第１級、第２級または第３級の脂肪族アミン類、芳香族アミン類、複素環アミン類、アルキル基またはアリール基などを有する窒素化合物、アミド基またはイミド基含有化合物等が挙げられる。
【００４８】
他方、本発明の化学増幅型ネガ型感放射線性樹脂組成物は、それ自体アルカリ可溶性である樹脂（アルカリ可溶性樹脂）、光酸発生剤、および該アルカリ可溶性樹脂が酸感応型自己架橋性樹脂でない場合においては架橋剤を含む。化学増幅型ネガ型感放射線性樹脂組成物においては、光酸発生剤から生じた酸によって、前記自己架橋性樹脂が架橋されるか、架橋剤によってアルカリ可溶性樹脂が架橋されることにより、放射線照射部がアルカリ現像液に対し不溶性とされる。
【００４９】
上記化学増幅型ネガ型感放射線性樹脂組成物で用いられるアルカリ可溶性樹脂および光酸発生剤としては、先に化学増幅型ポジ型感放射線性樹脂組成物において例示したものと同様のものが好ましいものとして挙げられる。また架橋剤は、放射線照射部で発生した酸の作用を受けてアルカリ可溶性樹脂を架橋させ、硬化させるものであればよく、特に限定されるものではないが、メラミン系、ベンゾグアナミン系、尿素系などの種々の架橋剤、例えば、ヘキサメチロールメラミン、ペンタメチロールメラミン、テトラメチロールメラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、ペンタメトキシメチルメラミンおよびテトラメトキシメチルメラミンのようなメチロール化メラミンまたはそのアルキルエーテル体、テトラメチロールベンゾグアナミン、テトラメトキシメチルベンゾグアナミンおよびトリメトキシメチルベンゾグアナミンのようなメチロール化ベンゾグアナミンまたはそのアルキルエーテル体、Ｎ，Ｎ−ジメチロール尿素またはそのジアルキルエーテル体、３，５−ビス（ヒドロキシメチル）ペルヒドロ−１，３，５−オキサジアジン−４−オン（ジメチロールウロン）またはそのアルキルエーテル体、テトラメチロールグリオキザールジウレインまたはそのテトラメチルエーテル体、２，６−ビス（ヒドロキシメチル）４−メチルフェノールまたはそのアルキルエーテル体、４−ｔｅｒｔ−ブチル−２，６−ビス（ヒドロキシメチル）フェノールまたはそのアルキルエーテル体、５−エチル−１，３−ビス（ヒドロキシメチル）ペルヒドロ−１，３，５−トリアジン−２−オン（Ｎ−エチルジメチロールトリアゾン）またはそのアルキルエーテル体などが好ましいものとして挙げられる。また、アルコキシアルキル化メラミン樹脂やアルコキシアルキル化尿素樹脂などのアルコキシアルキル化アミノ樹脂、例えばメトキシメチル化メラミン樹脂、エトキシメチル化メラミン樹脂、プロポキシメチル化メラミン樹脂、ブトキシメチル化メラミン樹脂、メトキシメチル化尿素樹脂、エトキシメチル化尿素樹脂、プロポキシメチル化尿素樹脂、ブトキシメチル化尿素樹脂なども好ましいものである。
【００５０】
これら架橋剤は、単独でまたは２種以上混合して使用でき、その配合量は、アルカリ可溶性樹脂１００重量部当たり、通常２〜５０重量部、好ましくは、５〜３０重量部である。
【００５１】
本発明においては、化学増幅型感放射性樹脂組成物を構成する、アルカリ可溶性樹脂、酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性の樹脂、光酸発生剤、溶解抑止剤、架橋剤および以下に記載する任意成分である添加剤等は、溶剤に溶解されて、化学増幅型感放射線性樹脂組成物として用いられる。本発明において用いられる溶剤としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のエチレングリコールモノアルキルエーテル類、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、乳酸メチル、乳酸エチル等の乳酸エステル類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、メチルエチルケトン、２−ヘプタノン、シクロヘキサノン等のケトン類、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン等のアミド類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類等を好ましいものとして挙げることができる。これらの溶剤は、単独でまたは２種以上を混合して使用される。
【００５２】
さらに、本発明の感放射線性樹脂組成物には、必要に応じ染料、接着助剤および界面活性剤等を配合することができる。染料の例としては、メチルバイオレット、クリスタルバイオレット、マラカイトグリーン等が、接着助剤の例としては、ヘキサメチルジシラザン、クロロメチルシラン等が、界面活性剤の例としては、非イオン系界面活性剤、例えばポリグリコール類とその誘導体、すなわちポリプロピレングリコールまたはポリオキシエチレンラウリルエーテル、フッ素含有界面活性剤、例えばフロラード（商品名、住友３Ｍ社製）、メガファック（商品名、大日本インキ化学工業社製）、スルフロン（商品名、旭硝子社製）、および有機シロキサン界面活性剤、例えばＫＰ３４１（商品名、信越化学工業社製）などが挙げられる。
【００５３】
また、本発明の化学増幅型感放射線性樹脂組成物は、ＭＡＬＳ法によるゲル透過クロマトグラフィー法により求めた重量平均分子量がポリスチレン換算値で１００万以上である超高分子量成分の組成物中での含有量が、０．２ｐｐｍ以下であり、好ましくは０．０２ｐｐｍ、より好ましくは０．００２ｐｐｍ以下である。本発明の化学増幅型感放射線性樹脂組成物を製造するためには、上記したように、ベース樹脂自身あるいは酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性樹脂を製造するために用いられるアルカリ可溶性樹脂として、ＭＡＬＳ法によるゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）法により求めた重量平均分子量がポリスチレン換算値で１００万以上の超高分子量である成分の樹脂中の含有量が１ｐｐｍ以下のものを用いることが好ましい。すなわち、前記超高分子量成分の樹脂中の含有量が１ｐｐｍ以下のものを用いる場合、組成物中での該超高分子量成分の含有率が０．２ｐｐｍ以下の感放射線性樹脂組成物が直接得られるか、若しくは得られた感放射線性樹脂組成物の該超高分子量成分の含有率が０．２ｐｐｍ以上となった場合においても、感放射線性樹脂組成物を濾過するなどの方法で、簡便かつ短時間の処理により超高分子量成分を分別でき、組成物中での該超高分子量の含有量を０．２ｐｐｍ以下に容易に調製可能となる。このようにして得られた組成物について、組成物中の超高分子量成分量が０．２ｐｐｍ以下になっていることをＭＡＬＳ法によるゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）法により確認し、本発明の感放射線性樹脂組成物として選別し、使用される。また、ベース樹脂として前記超高分子量成分の含有量が樹脂中１ｐｐｍ以上のものを用いる場合には、組成物とした段階で組成物中の前記超高分子量成分の含有量を０．２ｐｐｍ以下になるよう調製することが必要とされることが多いが、この際にも得られた感放射線性樹脂組成物を濾過分離法などを利用して前記超高分子量成分を分離し、組成物中の前記超高分子量成分の含有量を前記所定範囲となるよう調製、選別してやればよい。
【００５４】
なお、アルカリ可溶性樹脂、酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性樹脂、光酸発生剤、溶解抑止剤、架橋剤、任意成分である添加剤等については、更に必要であれば、先行技術として例示した文献などを参照されたい。本発明においては、ポジ型あるいはネガ型化学増幅型感放射線性樹脂組成物中のベース樹脂のポリスチレン換算値が重量平均分子量で１００万以上の超高分子量成分が、多角光散乱法によるゲル透過クロマトグラフィー法により求めて当該組成物中に０．２ｐｐｍ以下であればよく、この要件を満たせばベース樹脂として従来知られたアルカリ可溶性樹脂、酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性樹脂であれば、樹脂の種類を問わず、何れのものであっても使用でき、また該組成物は、紫外線、ＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザー、Ｆ_２エキシマレーザーなどの遠紫外線、Ｘ線、電子線照射用の何れのものであってもよい。
【００５５】
以下では、上記本発明の化学増幅型感放射線性樹脂組成物を用い、露光光源としてＫｒＦエキシマレーザーを用いての半導体装置の製造方法を一例としてあげて、半導体装置の製造方法を図を参照しつつ更に詳細に説明する。
【００５６】
図１に、本発明の化学増幅型ポジ型放射線性樹脂組成物を用いて基板上の被加工対象上に凹状の溝状レジストパターンを形成する方法を示す。まず、シリコンウエハ等のシリコン半導体基板１上に多結晶シリコン膜などの導電膜やシリコン酸化膜等の絶縁膜等の被加工対象２を形成し、この被加工対象上に本発明の化学増幅型ポジ型感放射線性樹脂組成物を回転塗布し、必要に応じプリベーク（例えば、ベーク温度：７０〜１５０℃で１分程度）を行ってフォトレジスト膜３を形成する（図１（ａ））。次いで、図示されていないが、フォトレジスト膜３にレチクルなどの露光用マスクを介し、ＫｒＦエキシマレーザを露光光源として用いてパターン露光を行う。露光後、必要に応じポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ）を行った（例えば、ベーク温度：５０〜１５０℃）後、現像し、必要であれば現像後ベークを行い（例えば、ベーク温度：６０〜１２０℃）、溝状パターン４ａを有するレジストマスク４を形成する（図１（ｂ））。そして、レジストマスク４を用いて被加工対象２をドライエッチングし、溝状パターン４ａに倣った幅０．２μｍ以下、ここでは０．１５μｍの溝５を形成する（図１（ｃ））。
【００５７】
また、図２に被加工対象に凸状パターンとしてゲート電極を形成する方法を示す。まず、シリコン半導体基板１上に薄いシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１１を形成した後、被加工対象である多結晶シリコン膜１２を形成し、この多結晶シリコン膜１２上に上記した本発明の化学増幅型ネガ型感放射線性樹脂組成物を回転塗布し、必要に応じプリベークしてネガ型のフォトレジスト膜１３を形成する（図２（ａ））。次いで、マスクを通して露光した後現像し、必要に応じＰＥＢを行うことにより電極形状のレジストマスク１４を形成する（図２（ｂ））。更にこのレジストマスク１４を用いて多結晶シリコン膜１２およびゲート絶縁膜１１をドライエッチングし、レジストマスク１４の形状に倣ったゲート長が０．２μｍ以下、ここでは０．１５μｍのゲート電極１５を形成する（図２（ｃ））。ＭＯＳトランジスタであれば、レジストマスクを灰化処理等により除去した後、不純物イオンの打ち込みを行い、ソース・ドレイン領域１６を形成する（図２（ｄ））。このゲート電極を形成する際には、ゲート電極とともにゲート電極に電圧を印加するための配線が同時に形成されてもよい。
【００５８】
上記例では、感放射線性樹脂組成物の塗布法としてスピンコート法が用いられたが、感放射線性樹脂組成物の塗布は前記スピンコート法に限られるものでなく、ロールコート法、ランドコート法、流延塗布法、浸漬塗布法など従来公知の塗布法が用いられてもよい。また、被加工対象２としては、シリコン膜、酸化シリコン膜が例示されたが、例えば、アルミニウム、モリブデン、クロムなどの金属膜、ＩＴＯなどの金属酸化膜、リンシリケートガラス（ＰＳＧ）のような絶縁膜など、半導体装置において用いられる他の膜が被加工対象膜とされてもよい。シリコン膜も多結晶シリコン膜に限られず、アモルファスシリコン膜、単結晶シリコン膜であってもよく、これらシリコン膜がさらに不純物イオンを含むものであってもよい。更に、本発明の半導体装置を製造する方法においては、レジストパターンの形成は上記例示されたものに限られず、従来公知のフォトリソグラフィー法のいずれのものが用いられてもよい。例えば、露光光源としては、ＫｒＦエキシマレーザーの他、ＡｒＦエキシマレーザー、Ｆ_２エキシマレーザー光などの遠紫外線、紫外線、Ｘ線、電子線などによってもよいし、使用するマスク、露光法、現像法、現像剤、プリベーク条件、ＰＥＢ条件なども、従来公知の方法あるいは材料によってもよい。また、エッチング法も上記ドライエッチングに替えてウエットエッチングが採用されてもよいし、半導体製造工程も従来公知の方法のいずれが採用されてもよい。本発明の化学増幅型感放射線性樹脂組成物は、半導体装置の形成においてフォトリソグラフィー技術が用いられる全ての部位におけるエッチングレジスト、イオン注入マスク等として用いることができ、したがって本発明の半導体装置の製造方法により、例えば、半導体のソース・ドレイン領域、ゲート電極、ソース・ドレイン電極のコンタクトホール、トレンチ、メタル配線など、半導体装置の種々の部位の形成ができる。したがって、形成されるレジストパターンも上記凹状あるいは凸状細線形状の他、凹あるいは凸状の面状、ホール状など任意所望の形状のパターンとされてもよいし、さらにメタル配線を形成する際には配線形状とされてもよい。
【００５９】
【実施例】
本発明を以下の実施例で説明するが、本発明は、いかなる意味においてもこれら実施例に限定されるものではない。
【００６０】
実施例１
多角光散乱検出器による樹脂の超高分子量成分量測定
ポリヒドロキシスチレン（以下「ＰＨＳ」という）５．００ｇをジメチルホルムアミド（以下「ＤＭＦ」という）に溶解し１００ｇとする。このＰＨＳのＤＭＦ５ｗｔ％溶液を、臭化リチウムを５ミリモル／Ｌ溶解したＤＭＦを溶離液とするＧＰＣ（ゲル浸透クロマトグラフィー）により分子量に応じた分離を行い、多角光散乱検出器により超高分子量成分を検出する。ピーク面積を求め、ポリスチレンスタンダード面積との比較により濃度を算出する。
なお、以下では、ＧＰＣにより分子量に応じた分離を行い、多角光散乱検出器により超高分子量成分を検出し、濃度を算出する方法を指して、単に「ＭＡＬＳ法」ということがある。
【００６１】
原料樹脂の準備
超高分子量成分を５０ｐｐｍ含むＰＨＳを通常の濾過分離法を用い超高分子量成分を１ｐｐｍ以下にしたものを原料として用意した。
【００６２】
感放射線性樹脂組成物の調製
上記ＰＨＳを原料として用い、触媒としてカンファースルホン酸を用いてエチルビニルエーテルにより水酸基を保護し、その後更にジメチルアミノピリジンを触媒としてジ−ｔ−ブチルジカルボナートで水酸基を保護したポリ［ｐ−（１−エトキシエトキシ）スチレン−ｐ−ｔ―ブトキシカルボニル−ｐ−ヒドロキシスチレン］をＭＡＬＳ法にて超高分子量体成分が３ｐｐｍ以下であることを確認して、その固形分１００ｇに対して、トリフェニルスルフォニルトリフレート０．５６７ｇ、ビスシクロヘキシルスルフォニルジアゾメタン３．０ｇ、０．１ミリモル／ｇのトリフェニルスルフォニウムアセテート（ＴＰＳＡ）のＰＧＭＥＡ溶液７．９ｇ、ジシクロヘキシルメチルアミン０．０４ｇ、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド４．０ｇ、メガファック（商品名：レジストの塗布時の成膜、基板との親和性改良剤）０．０６ｇをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）により、固形分の比率を１２．０％に調整して感放射線性樹脂組成物を得た。この組成物はＭＡＬＳ法にて超高分子量体成分量が０．２ｐｐｍ以下になったことを確認できるまで濾過分離を行うことにより調製を行った。
【００６３】
感放射線性樹脂組成物の超高分子量成分量の測定（濃縮ＭＡＬＳ法）
上記で得た感放射線性樹脂組成物Ａ２００ｇを、直径４７ｍｍ、孔径０．０５μｍの超高分子量ポリエチレン製フィルターにて濾過した後、このフィルターをＤＭＦ５ｇに浸してサンプル溶液とする。これを上記「多角光散乱検出器による樹脂の超高分子量成分量測定」と同様の方法で測定し、感放射線性樹脂組成物中の超高分子量成分量を得た。この際、フィルターによる超高分子量成分の回収効率は１０％として算出した。得られた超高分子量成分量は０．２ｐｐｍであった。
【００６４】
なお、上記において、ＧＰＣの測定は、装置としてウォーターズ社のミレニアムシステム（９９９ポンプ、４１０ＲＩ検出器、７００オートサンプラー、解析ソフト（ソフト名：ミレニアム）搭載コンピューター）を用い、またカラムとして昭和電工社のＳｈｏｄｅｘＫＤ−８０６Ｍを２本直列につないだものを用いて行った。
【００６５】
また、多角光散乱検出器による測定は、検出器としてＷｙａｔｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のＤＡＷＮＥＯＳを用いて行った。
【００６６】
レジスト画像の形成
上記超高分子量成分量が０．２ｐｐｍの感放射線性樹脂組成物を半導体基板であるポリシリコンウエハー上に回転塗布し、９０℃で９０秒間ダイレクトホットプレートによりベークして、０．４５０μｍの膜厚のフォトレジスト膜を形成した。さらにこのフォトレジスト膜上に反射防止膜として水溶性有機膜を４４ｎｍの膜厚に塗布形成した。このレジスト膜を２４８．４ｎｍＫｒＦエキシマレーザー光により、ハーフトーンフェーズシフトマスクを介し選択的に露光し、１２０℃で９０秒間ダイレクトホットプレートによりポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ）した後、アルカリ現像液（２．３８重量％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）水溶液）で６０秒間パドル現像することにより、ポリシリコンウエハー上にトレンチパターンを得た。
【００６７】
得られるトレンチパターンのサイズは、露光量を選択することによりマスクサイズより小さく形成する（バイアスをかける）ことによって、１６０ｎｍに形成した。表面欠陥検査計（たとえば、ＫＬＡテンコール社製のＫＬＡ−２１１５もしくは、ＫＬＡ−２１３５）により、基板上の１６０ｎｍトレンチ内の欠陥数を計測したところ、８インチ基板上で５００個と良好な結果が得られた。露光量を変化させて１８０ｎｍのトレンチを形成したところ欠陥は観測されなかった。この時の欠陥のない溝状パターンのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真の図を図３に、またパターン欠陥として認識されるマイクロブリッジのＳＥＭ写真の図を図４に示す。
【００６８】
比較例１
感放射線性樹脂組成物の調製
超高分子量成分量が５０ｐｐｍのＰＨＳをそのまま使用し、触媒としてカンファースルホン酸を用いてエチルビニルエーテルにより水酸基を保護し、その後更にジメチルアミノピリジンを触媒としてジ−ｔ−ブチルジカルボナートで水酸基を保護することによって、ポリ［ｐ−（１−エトキシエトキシ）スチレン−ｐ−ｔ―ブトキシカルボニル−ｐ−ヒドロキシスチレン］を得た。これを組成材料として用い、組成物の濾過分離処理を行わなかったこと以外は実施例１と同様にして、感放射線性樹脂組成物Ｂを調製した。
【００６９】
感放射線性樹脂組成物の超高分子量成分量測定
上記感放射線性樹脂組成物Ｂの超高分子量成分量を実施例１と同様にして多角光散乱検出器により測定したところ、その値は２ｐｐｍであった。
【００７０】
レジスト画像の形成
上記超高分子量成分２ｐｐｍの感放射線性樹脂組成物を半導体基板であるポリシリコンウエハー上に回転塗布し、９０℃で９０秒間ダイレクトホットプレートによりベークして、０．４５０μｍの膜厚のレジスト膜を形成した。さらにレジスト膜上に反射防止膜として水溶性有機膜を４４ｎｍの膜厚に塗布形成した。このレジスト膜を２４８．４ｎｍＫｒＦエキシマレーザー光により、ハーフトーンフェーズシフトマスクを介し選択的に露光し、１２０℃で９０秒間ダイレクトホットプレートによりポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ）した後、アルカリ現像液（２．３８重量％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）水溶液）で６０秒間パドル現像することにより、ポリシリコンウエハー上にトレンチパターンを得た。
【００７１】
得られるトレンチパターンのサイズは、露光量を選択することによりマスクサイズより小さく形成する（バイアスをかける）ことによって、１６０ｎｍに形成した。表面欠陥検査計により、基板上の１６０ｎｍトレンチ内の欠陥数を計測したところ、８インチ基板上で７０００個の欠陥が観測された。この欠陥はトレンチサイズを１８０ｎｍにすると１００個に減少した。
【００７２】
実施例２
ポリ［ｐ−（１−エトキシエトキシ）スチレン−ｐ−ｔ―ブトキシカルボニル−ｐ−ヒドロキシスチレン］の原料ＰＨＳの超高分子量成分量が９ｐｐｍのものを使用すること以外は、実施例１と同様にして、感放射線性樹脂組成物Ｃを得た。得られた組成物Ｃの組成物中の超高分子成分量は０．１ｐｐｍであった。この組成物Ｃを用いて、画像形成並びに１６０ｎｍトレンチパターンの欠陥数測定を実施例１と同様に行った。結果を表１に示す。
【００７３】
比較例２
ポリ［ｐ−（１−エトキシエトキシ）スチレン−ｐ−ｔ―ブトキシカルボニル−ｐ−ヒドロキシスチレン］の原料ＰＨＳの超高分子量成分量が９ｐｐｍのものを使用すること以外は、比較例１と同様に行い、感放射線性樹脂組成物Ｄを得た。この組成物Ｄの組成物中の超高分子量成分量は１ｐｐｍであった。組成物Ｄを用いて、画像の形成並びに１６０ｎｍトレンチパターンの欠陥数測定を実施例１と同様に行った。結果を表１に示す。
【００７４】
実施例３
ポリ［ｐ−（１−エトキシエトキシ）スチレン−ｐ−ｔ―ブトキシカルボニル−ｐ−ヒドロキシスチレン］の原料ＰＨＳとして、樹脂中の超高分子量成分量が０．２ｐｐｍのものを使用すること以外は実施例１と同様に行い、感放射線性樹脂組成物Ｅを得た。組成物Ｅの超高分子量成分量は０．０１ｐｐｍであった。組成物Ｅを用いて、レジスト画像の形成並びに１６０ｎｍトレンチパターンの欠陥数測定を実施例１と同様に行った。結果を表１に示す。
【００７５】
実施例４
超高分子量成分量が０．２ｐｐｍのＰＨＳを使用し、それを原料として調製したポリ［ｐ−（１−エトキシエトキシ）スチレン−ｐ−ｔ―ブトキシカルボニル−ｐ−ヒドロキシスチレン］を使用すること、得られた組成物を濾過分離法により処理し、組成物中の超高分子量成分量がＭＡＬＳ法にて０．０２ｐｐｍとなるよう調製したこと以外は実施例１と同様に行い、感放射線性樹脂組成物Ｆを得た。組成物Ｆを用いて、実施例１と同様にしてレジスト画像の形成並びに１６０ｎｍトレンチパターンの欠陥数測定を行った。結果を表１に示す。
【００７６】
実施例５
比較例１の感放射線性樹脂組成物ＢをＭＡＬＳ法にて超高分子量体成分量が１ｐｐｍ以下になったことを確認できるまで濾過分離法により処理することによって感放射線性樹脂組成物Ｇを調製した。この組成物Ｇの組成物中の超高分子量成分量は０．１ｐｐｍであった。組成物Ｇを用いて、レジスト画像の形成並びに１６０ｎｍトレンチパターンの欠陥数測定を実施例１と同様に行った。結果を表１に示す。
【００７７】
【表１】

【００７８】
以上のことから、本発明の化学増幅型感放射線性樹脂組成物は、１８０ｎｍ、１６０ｎｍもしくはそれ以下のトレンチサイズのパターン形成において、マイクロブリッジ等の欠陥を大幅に削減できることが分かる。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明により、高感度、高解像度を有し、パターン形状に優れ欠陥の少ない化学増幅型型感放射線性樹脂組成物およびその製造法を提供することができる。これにより、半導体等の電子部品や三次元微細構造物製造のための微細加工において、設計通りのデザインルールに従ったパターン形成を高い精度並びに高いスループットで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を凹状パターンの形成に適用した一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明を凸状パターンの形成に適用した一例を示す概略断面図である。
【図３】欠陥のないパターンの上面観察ＳＥＭ写真を示す図である。
【図４】パターン欠陥であるマイクロブリッジが形成されたパターンのＴｉｌｔ−ＳＥＭ写真を示す図である。
【符号の説明】
１シリコン半導体基板
２被加工対象
３，１３フォトレジスト膜
４，１４レジストマスク
４ａ溝状パターン
５溝
１１ゲート絶縁膜
１２多結晶シリコン膜
１５ゲート電極
１６ソース／ドレイン

Claims

少なくとも（１）アルカリ可溶性樹脂あるいは酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性樹脂であるベース樹脂、（２）放射線の照射により酸を発生する光酸発生剤および（３）溶剤を含有する化学増幅型感放射線性樹脂組成物において、前記アルカリ可溶性樹脂あるいは酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性樹脂の重量平均分子量のポリスチレン換算値が１００万以上の超高分子量成分が、多角光散乱法によるゲル透過クロマトグラフィー法により求めて当該組成物中に０．２ｐｐｍ以下であることを特徴とする化学増幅型感放射線性樹脂組成物。
請求項１に記載の化学増幅型感放射線性樹脂組成物において、前記ベース樹脂あるいは酸解離性保護基で保護される前の原料アルカリ可溶性樹脂は、ポリスチレン換算重量平均分子量が１００万以上の超高分子量成分が、多角光散乱法によるゲル透過クロマトグラフィー法により求めて樹脂成分中に１ｐｐｍ以下のものであることを特徴とする化学増幅型感放射線性樹脂組成物。
請求項１または２に記載の化学増幅型感放射線性樹脂組成物の製造において、ポリスチレン換算重量平均分子量が１００万以上の超高分子量成分を多角光散乱法によるゲル透過クロマトグラフィー法により求めて除去する工程を含む化学増幅型感放射線性樹脂組成物の製造法。
被加工対象上に化学増幅型感放射線性樹脂組成物を塗布してフォトレジスト膜を形成し、前記フォトレジスト膜を所望形状に加工する工程と、
前記により得られたレジストパターンをマスクとして前記被加工対象をエッチングする工程とを含み、
前記フォトレジスト膜を形成する化学増幅型感放射線性樹脂組成物は、少なくとも（１）アルカリ可溶性樹脂あるいは酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性樹脂であるベース樹脂、（２）放射線の照射により酸を発生する光酸発生剤および（３）溶剤を含有し、前記アルカリ可溶性樹脂あるいは酸解離性保護基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性樹脂の重量平均分子量のポリスチレン換算値が１００万以上の超高分子量成分が、多角光散乱法によるゲル透過クロマトグラフィー法により求めて当該組成物中に０．２ｐｐｍ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項４記載の半導体装置の製造方法において、前記化学増幅型感放射線性樹脂組成物の前記ベース樹脂あるいは酸解離性保護基で保護される前の原料アルカリ可溶性樹脂は、ポリスチレン換算重量平均分子量が１００万以上の超高分子量成分が、多角光散乱法によるゲル透過クロマトグラフィー法により求めて樹脂成分中に１ｐｐｍ以下のものからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。