JP2006003527A - Positive resist and pattern forming method using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the transparency of a resist and to provide a resist capable of forming a fine pattern by a high contrast resist, and to provide a resist pattern forming method using the same. <P>SOLUTION: Protective groups have been introduced into a chemically amplified resist resin so as to suppress its alkali solubility. By using the protective groups containing two or more functional moieties, capable of bonding to the resin per group, it is made possible for the resin to have a crosslinked structure, such as resin-protective group-resin. With this structure, the molecular weight of the resin increases, as compared with that of the conventional resin, accordingly though the protective groups are small, alkali dissolution suppressing effect can be increased, and dissolution contrast is enhanced. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、IC等の半導体製造工程、液晶、サーマルヘッド等の回路基板の製造、その他のフォトアプリケーション工程に適用されるパターン形成方法に関し、特にF2エキシマレーザーを用いる半導体素子の微細加工に好適に用いられるパターン形成方法に関する。   The present invention relates to a pattern forming method applied to a semiconductor manufacturing process such as an IC, a circuit board such as a liquid crystal or a thermal head, and other photo application processes, and is particularly suitable for microfabrication of a semiconductor element using an F2 excimer laser. The present invention relates to a pattern forming method used.

半導体集積回路の高集積化が進み、集積回路の微細化が急速に進んでいる。微細化に対応するために、リソグラフィー工程では露光光源の短波長化が進んでいる。KrFエキシマレーザー(248nm)はすでに実用化されており、さらに短波長のArFエキシマレーザー(193nm)も実用化が始まりつつある。今後も更なる微細化要求は続くと予想され、この要求に応える方法として、F2エキシマレーザー(157nm)が有望視されており、今日、開発が急速に進んでいる。   High integration of semiconductor integrated circuits is progressing, and miniaturization of integrated circuits is rapidly progressing. In order to cope with miniaturization, the exposure light source has been shortened in the lithography process. The KrF excimer laser (248 nm) has already been put into practical use, and the short wavelength ArF excimer laser (193 nm) is also being put into practical use. The demand for further miniaturization is expected to continue in the future, and F2 excimer laser (157 nm) is considered promising as a method to meet this demand, and development is progressing rapidly today.

従来のi線およびKrFエキシマレーザーでは、レジストとしてノボラック樹脂やポリビニルフェノール樹脂等の芳香環含有樹脂を用いてきた。ArFエキシマレーザーでは芳香環の光吸収が強く問題となったために、脂環式樹脂への変更が行われた。しかし、F2エキシマレーザーでは、ベンゼン環含有樹脂および脂環式樹脂いずれも光吸収が大きく、使用に適さない。このため、光吸収の小さいフッ素含有非芳香環樹脂の検討、開発が行われている(非特許文献1参照)。   Conventional i-line and KrF excimer lasers have used aromatic ring-containing resins such as novolac resins and polyvinylphenol resins as resists. In the ArF excimer laser, the light absorption of the aromatic ring has become a serious problem, so the alicyclic resin has been changed. However, in the F2 excimer laser, both the benzene ring-containing resin and the alicyclic resin have large light absorption and are not suitable for use. For this reason, examination and development of a fluorine-containing non-aromatic ring resin with low light absorption have been performed (see Non-Patent Document 1).

これまでに開発されたフッ素含有樹脂自体は光吸収が小さく良好であるが、感光性を付与するために必要である酸発生剤や保護基による光吸収が大きく、感光性組成物(レジスト)としての透明性は必ずしも十分ではない。
S. Ishikawa et al., Proc.SPIE, vol.5039, 580(2003)
Fluorine-containing resins developed so far have good light absorption and good light absorption, but they have large light absorption by acid generators and protecting groups necessary for imparting photosensitivity. As a photosensitive composition (resist) The transparency of is not always sufficient.
S. Ishikawa et al., Proc.SPIE, vol.5039, 580 (2003)

レジストの透明性を向上するために、光吸収の少ない保護基を選定する必要がある。しかし、このような保護基は分子量が小さいため、透明性は向上するが、アルカリ溶解阻止能力は低下してしまうという問題があった。   In order to improve the transparency of the resist, it is necessary to select a protecting group with little light absorption. However, since such a protecting group has a low molecular weight, the transparency is improved, but there is a problem that the ability to inhibit alkali dissolution is lowered.

本発明は、アルカリ溶解阻止能力の向上という問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、レジストの透明性を向上させ、高コントラストレジストによる微細パターンを形成することが可能なレジスト及びこれを用いたレジストパターン形成方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the problem of improving the ability to inhibit alkali dissolution, and its purpose is to improve the transparency of the resist and to form a resist capable of forming a fine pattern with a high contrast resist. It is to provide a resist pattern forming method used.

本発明者は、レジストパターン形成方法を鋭意検討した結果、一保護基内に二箇所以上樹脂−保護基結合を行う部位が存在する保護基を用いることにより、上記目的が達成されることを知得し本発明に至ったものである。   As a result of earnestly examining the resist pattern formation method, the present inventor has found that the above object can be achieved by using a protecting group having two or more sites where a resin-protecting group bond is present in one protecting group. This has resulted in the present invention.

第1の本発明は、保護基によって保護された酸感応性フッ素含有樹脂と、露光光照射により酸を発生する光酸発生剤とを含む化学増幅型のポジ型レジストであって、
前記保護基が、フッ素含有樹脂との結合部位を少なくとも2個有するものであることを特徴とするポジ型レジストである。
The first aspect of the present invention is a chemically amplified positive resist comprising an acid-sensitive fluorine-containing resin protected by a protecting group, and a photoacid generator that generates an acid by exposure light irradiation,
The positive resist is characterized in that the protective group has at least two binding sites with a fluorine-containing resin.

前記第1の本発明において、前記保護基と前記フッ素含有樹脂との結合が、アセタール結合であることが好ましい。   In the first aspect of the present invention, the bond between the protective group and the fluorine-containing resin is preferably an acetal bond.

第2の本発明は、フッ素含有樹脂をベースポリマーとし、活性光線照射により酸を発生し、その酸の作用により該フッ素含有樹脂の保護基を開裂する光酸発生剤を添加した化学増幅レジストを用いたパターン形成方法において、
前記フッ素含有樹脂の保護基として、フッ素含有樹脂との結合部位が少なくとも2個有するものを用いたことを特徴とするパターン形成方法である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a chemically amplified resist comprising a fluorine-containing resin as a base polymer, added with a photoacid generator that generates an acid upon irradiation with actinic light and cleaves a protective group of the fluorine-containing resin by the action of the acid. In the pattern forming method used,
In the pattern forming method, the protective group of the fluorine-containing resin is one having at least two binding sites with the fluorine-containing resin.

前記第2の本発明において、前記保護基と前記フッ素含有樹脂との結合が、アセタール結合であることが好ましい。
また、前記第2の本発明において、前記露光の活性光線がF2エキシマレーザー光であることが好ましい。
In the second aspect of the present invention, the bond between the protective group and the fluorine-containing resin is preferably an acetal bond.
In the second aspect of the present invention, the actinic ray for exposure is preferably F2 excimer laser light.

本発明の保護基を有する樹脂をレジストとして用いることにより、未露光部のアルカリ溶解性を効果的に抑制することが可能になる。結果として、露光部と未露光部の現像速度の差が大きくなるので、レジストの解像性能が向上し微細パターンの形成が可能になる。   By using the resin having a protective group of the present invention as a resist, it is possible to effectively suppress alkali solubility in the unexposed area. As a result, the difference in the developing speed between the exposed portion and the unexposed portion is increased, so that the resolution performance of the resist is improved and a fine pattern can be formed.

以下本発明の原理について説明する。
フッ素樹脂に限らず一般的に、分子量が低い樹脂ほど、溶媒や現像液への溶解能力が大きくなり、逆に、分子量が大きくなると不溶になっていくことが知られている。
このため、単一保護基内に樹脂−保護基結合を行う部位が1個である保護基を用いた場合と比較し、単一保護基内に樹脂−保護基結合を行う部位が2個以上である保護基を用いた場合は、樹脂−保護基−樹脂という形態をとれるために、保護化された樹脂の分子量が増大する。このような保護基を持つ樹脂は、低保護率であってもアルカリ可溶性が低いため、未露光部の現像速度が低下する。この結果、未露光部と露光部の現像速度の差が拡大し、コントラストに優れたレジストを得ることができる。
The principle of the present invention will be described below.
It is known that not only fluororesins but generally resins having a lower molecular weight have a higher ability to dissolve in a solvent or developer, and conversely become insoluble as the molecular weight increases.
For this reason, compared with the case where a single protecting group has a single site that performs resin-protecting group bonding, two or more sites that perform resin-protecting group bonding in a single protecting group. When the protecting group is used, the molecular weight of the protected resin increases because it can take the form of resin-protecting group-resin. Since the resin having such a protecting group has low alkali solubility even at a low protection rate, the developing speed of the unexposed area is lowered. As a result, the difference in development speed between the unexposed area and the exposed area is enlarged, and a resist having excellent contrast can be obtained.

また、F2(157nm)リソグラフィーにおいては保護基自体に透明性が求められるために、157nmで光吸収の小さいアセタールタイプの保護基を用いると効果的である。   Further, in F2 (157 nm) lithography, since the protecting group itself is required to be transparent, it is effective to use an acetal type protecting group having a small light absorption at 157 nm.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[レジスト]
本実施の形態のレジストは、ポジ型の化学増幅型レジストで、ベースポリマーとなる酸感受性フッ素含有樹脂、光酸発生剤を溶剤に溶解したものであり、さらに必要に応じてこれらに界面活性剤、酸拡散防止剤などを添加することもできる。以下これらの各成分について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[Resist]
The resist of the present embodiment is a positive chemically amplified resist in which an acid-sensitive fluorine-containing resin serving as a base polymer and a photoacid generator are dissolved in a solvent, and if necessary, a surfactant. An acid diffusion inhibitor or the like can also be added. Each of these components will be described below.

(ベースポリマー)
本実施の形態のレジストの構成成分であるベースポリマーすなわち酸感受性フッ素含有樹脂は、樹脂の骨格もしくは側鎖にフッ素原子を有し、また、水酸基、カルボキシル基、アミド基、イミド基、スルホン酸基などの親水性基(極性基)を樹脂骨格もしくは側鎖に含有するものであって、これらの親水性基(極性基)は、保護基と結合している。このベースポリマーにおいて酸感受性とは、ベースポリマーが化学増幅型レジストとして基板表面に成膜され、露光した場合、レジストに添加されている光酸発生剤から発生した酸の作用により、前記保護基がベースポリマーから離脱し、ベースポリマーはアルカリ現像液に可溶となることを意味しており、このような酸感受性ベースポリマーを用いて露光した基板を現像処理することにより、レジストが溶解除去されパターンが形成される。
(Base polymer)
The base polymer that is a constituent component of the resist of the present embodiment, that is, the acid-sensitive fluorine-containing resin has a fluorine atom in the resin skeleton or side chain, and also has a hydroxyl group, carboxyl group, amide group, imide group, sulfonic acid group. These hydrophilic groups (polar groups) are contained in the resin skeleton or side chain, and these hydrophilic groups (polar groups) are bonded to protective groups. Acid sensitivity in this base polymer means that when the base polymer is formed on the substrate surface as a chemically amplified resist and exposed to light, the protecting group is formed by the action of an acid generated from the photoacid generator added to the resist. This means that the base polymer is released from the base polymer and becomes soluble in an alkali developer. The resist is dissolved and removed by developing the exposed substrate using such an acid-sensitive base polymer. Is formed.

前記ベースポリマーを構成するフッ素含有樹脂としては、例えば特開2003−140349号公報などに見られる従来公知のレジスト用フッ素樹脂を用いることができる。具体的には、フッ素置換アルキレン基や、フッ素置換ノルボルネンを骨格とした樹脂、フッ素置換アクリル酸またはメタクリル酸などのポリマーあるいはコポリマー、テトラフルオロエチレンとノルボルネンとの共重合体、さらにパーフルオロアルキル基またはパーフルオロアルキレン基含有樹脂などのポリマー骨格に、水酸基、カルボキシル基、アミノ基などの親水性基(極性基)を導入した公知のレジスト樹脂を挙げることができる。   As the fluorine-containing resin constituting the base polymer, conventionally known resist fluororesins found in, for example, JP-A-2003-140349 can be used. Specifically, a fluorine-substituted alkylene group, a resin having a fluorine-substituted norbornene skeleton, a polymer or copolymer such as fluorine-substituted acrylic acid or methacrylic acid, a copolymer of tetrafluoroethylene and norbornene, and a perfluoroalkyl group or Examples include known resist resins in which a hydrophilic group (polar group) such as a hydroxyl group, a carboxyl group, or an amino group is introduced into a polymer skeleton such as a perfluoroalkylene group-containing resin.

本発明においては、前記ベースポリマーの親水性基(極性基)を保護基によって保護し、アルカリ可溶性を阻止している。この保護基を構成する1分子に、ベースポリマーの親水性基(極性基)と結合する部位を2以上有している化合物を用いる点に特徴を有している。このような保護基を用いることによって、保護基は、2つのベースポリマー分子との間で架橋反応し、ベースポリマーの分子量を増大せしめ、これによって、小さな分子量の保護基を用いても、効果的にレジストのみ露光部のアルカリ現像液溶解阻止能力を向上させることができる。   In the present invention, the hydrophilic group (polar group) of the base polymer is protected by a protecting group to prevent alkali solubility. It is characterized in that a compound having two or more sites bonded to the hydrophilic group (polar group) of the base polymer is used for one molecule constituting this protective group. By using such a protecting group, the protecting group cross-links between the two base polymer molecules, increasing the molecular weight of the base polymer, which is effective even with small molecular weight protecting groups. In addition, it is possible to improve the ability to inhibit dissolution of the alkaline developer in the exposed portion of only the resist.

本実施の形態において用いることができる保護基であるベースポリマーの親水性基(極性基)と反応する部位(官能基)を2以上有するものは、下記化学式1によって示されるような基とすることができる。下記化学式1において、一般には、Rがメチレン基で、Rが水素原子、Rがメチル基であるものをアセタール結合というが、本発明においては、下記化学式1で示される結合を全てアセタール結合と称する。特に、下記化学式1において、R,R,及びRに含まれる炭素数の合計は、4以下であることが、ベースポリマーの透明性を維持しながらアルカリ溶解阻止能を向上させることができるために好ましい。 Those having two or more sites (functional groups) that react with the hydrophilic group (polar group) of the base polymer, which is a protective group that can be used in this embodiment, should be groups as shown by the following chemical formula 1. Can do. In the following chemical formula 1, a compound in which R 0 is a methylene group, R 1 is a hydrogen atom, and R 2 is a methyl group is called an acetal bond. In the present invention, all the bonds represented by the following chemical formula 1 are all acetal. This is called bonding. In particular, in the following chemical formula 1, the total number of carbon atoms contained in R 0 , R 1 , and R 2 is 4 or less, thereby improving the alkali dissolution inhibiting ability while maintaining the transparency of the base polymer. It is preferable because it is possible.

Figure 2006003527

式中、Rは、メチレン基、エチレン基、などの直鎖アルキレン基であり、
,Rは、水素、メチル基、エチル基など直鎖アルキル基を表し、これらは同一であっても異なっていても良い。
Figure 2006003527

In the formula, R 0 is a linear alkylene group such as a methylene group or an ethylene group,
R 1 and R 2 represent a linear alkyl group such as hydrogen, a methyl group, and an ethyl group, and these may be the same or different.

前記ベースポリマーに前記保護基を導入する手段は、高分子物質の合成手段として慣用の方法を採用することができる。すなわち、ベースポリマーの親水性基(極性基)とアセタール結合形成性分子との反応は、エステル化反応、エーテル化反応、アミド化反応などであり、これらの反応については、すでに周知の手段を採用することができる。   As a means for introducing the protecting group into the base polymer, a conventional method can be employed as a means for synthesizing a polymer substance. That is, the reaction between the hydrophilic group (polar group) of the base polymer and the acetal bond-forming molecule is an esterification reaction, an etherification reaction, an amidation reaction, etc., and well-known means are adopted for these reactions. can do.

前記保護基で保護する親水性基(極性基)は、ベースポリマー骨格中に存在する親水性基の5〜35%の範囲が好ましい。この割合が前記範囲を下回った場合、ベースポリマー自体の溶解性が高く、露光部と未露光部の溶解のコントラストが低下する。一方、前記割合が上回った場合、現像液不溶成分による残渣(溶け残り)が発生しやすくなる問題がある。   The hydrophilic group (polar group) protected by the protective group is preferably in the range of 5 to 35% of the hydrophilic group present in the base polymer skeleton. When this ratio is less than the above range, the solubility of the base polymer itself is high, and the dissolution contrast between the exposed and unexposed areas decreases. On the other hand, when the ratio exceeds the above, there is a problem that a residue (undissolved) due to a developer insoluble component is likely to be generated.

ベースポリマーに前記保護基を導入するには、親水性基を有するベースポリマーと、2以上の官能基を有する保護基形成性化合物とを反応させることによって行うことができる。これによって、1分子の保護基形成性化合物が、複数のベースポリマーの親水性基(極性基)と反応して、ベースポリマーを架橋し、分子量が増加する。   The introduction of the protective group into the base polymer can be performed by reacting a base polymer having a hydrophilic group with a protective group-forming compound having two or more functional groups. As a result, one molecule of the protective group-forming compound reacts with the hydrophilic group (polar group) of a plurality of base polymers to crosslink the base polymer and increase the molecular weight.

(光酸発生剤)
本実施の形態において用いる光酸発生剤としては、従来公知のものを採用することができるが、具体的にはビススルホニウジアゾメタン類、ニトロベンジル誘導体、ポリヒドロキシ化合物と脂肪族または芳香族スルホン酸エステル類、オニウム塩、スルホニルカルボニルアルカン類、スルホニルカルボニルジアゾメタン類、ハロゲン含有トリアジン化合物類、オキシムスルホネート系化合物類、フェニルスルホニルオキシフタルイミド類などの化合物が挙げられる。
この光酸発生剤は、レジストの固形分に対して、2〜10重量%の範囲で添加して用いることができる。この量が、前記範囲を下回った場合、感度劣化
の問題があり、一方、光酸発生剤の量が前記範囲を上回った場合、酸発生剤による透明性の悪化の問題がある。
(Photoacid generator)
As the photoacid generator used in the present embodiment, conventionally known photoacid generators can be used. Specifically, bissulfoniudiazomethanes, nitrobenzyl derivatives, polyhydroxy compounds and aliphatic or aromatic sulfonic acids. Examples include esters, onium salts, sulfonylcarbonylalkanes, sulfonylcarbonyldiazomethanes, halogen-containing triazine compounds, oxime sulfonate compounds, and phenylsulfonyloxyphthalimides.
This photo-acid generator can be added and used in the range of 2 to 10% by weight with respect to the solid content of the resist. When this amount is below the above range, there is a problem of sensitivity deterioration. On the other hand, when the amount of the photoacid generator is above the above range, there is a problem of transparency deterioration due to the acid generator.

(溶剤)
前記レジストのベースポリマー等を溶解する溶剤としては、一般に使用されている溶剤を用いることが可能であり、具体的には、エチレンクロライド、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、メチルエチルケトン、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、2−メトキシエチルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、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、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トルエン、酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、N,N,−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフランなどを用いることができる。これらの内で、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)が特に好ましい。
本実施の形態のレジストの濃度は、4〜15重量%の範囲とすることができる。
(solvent)
As the solvent for dissolving the resist base polymer and the like, a commonly used solvent can be used. Specifically, ethylene chloride, cyclohexanone, cyclopentanone, 2-heptanone, γ-butyrolactone, methyl ethyl ketone. , Ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, 2-methoxyethyl acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, toluene, ethyl acetate, methyl lactate, Ethyl lactate, methyl methoxypropionate, ethyl ethoxypropionate, ethyl pyruvate, propyl pyruvate, N, N, -dimethyl Le formamide, dimethyl sulfoxide, N- methylpyrrolidone, or the like can be used tetrahydrofuran. Of these, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) is particularly preferred.
The resist concentration in this embodiment can be in the range of 4 to 15% by weight.

(酸拡散抑制剤)
化学増幅型レジストにおいては、露光によって光酸発生剤から生じた酸が触媒となって、ベースポリマーの保護基の脱離反応を促進し、パターン形成を行うが、露光後のベーキング処理において、酸がレジスト内を移動することがある。この場合、レジストの未露光部においても浸入してきた酸によってベースポリマーの保護基の離脱反応が発生し、パターンの精度が低下する。これを阻止するために、酸拡散防止剤を使用することができる。具体的には、置換アミン系化合物、ニトリル化合物、N−メチルピロリドンなどの有機塩基化合物を用いることができる。
(Acid diffusion inhibitor)
In chemically amplified resists, the acid generated from the photoacid generator upon exposure serves as a catalyst to promote the elimination reaction of the protective group of the base polymer and form a pattern. In the baking process after exposure, May move in the resist. In this case, the acid that has entered even in the unexposed portion of the resist causes a separation reaction of the protective group of the base polymer, and the accuracy of the pattern decreases. An acid diffusion inhibitor can be used to prevent this. Specifically, organic base compounds such as substituted amine compounds, nitrile compounds, and N-methylpyrrolidone can be used.

[プロセス]
以下、本実施の形態であるパターン形成方法のプロセスについて説明する。
このプロセスは、主として基板上にレジストを塗布する工程、このレジスト層を加熱するプリベーク工程、プリベークしたレジスト層に遠紫外線を照射して露光する露光工程、露光したレジスト層を加熱するポストベーク工程、現像してパターンを形成する現像工程、及びリンス・乾燥工程から構成される。
以下各工程に従って本実施の形態を説明する。
[process]
Hereinafter, the process of the pattern formation method which is this Embodiment is demonstrated.
This process mainly includes a step of applying a resist on a substrate, a pre-bake step for heating the resist layer, an exposure step for irradiating the pre-baked resist layer with far ultraviolet light, and a post-bake step for heating the exposed resist layer. It consists of a developing step for developing to form a pattern, and a rinsing / drying step.
The present embodiment will be described below in accordance with each process.

(レジスト塗布工程)
まず、シリコンウエハ等の基板、あるいはその表面に、金属配線、層間絶縁膜、酸化膜、窒化膜、ポリシリコン層、アルミニウム配線など各種機能膜などの下地層を形成した基板、あるいは、さらにその表面に、レジストと基板との密着性を向上させるためのシランカップリング剤処理を施した基板、あるいは基板表面に反射防止膜を形成した基板などの被処理基板表面に、公知の溶剤に溶解したレジスト材料を、スピンコーター、ディップコーター、ローラーコーターなどの塗布装置を用いて塗布する。塗布厚は、数十nmから数μmの範囲で決定することができる。前記反射防止膜としては、従来公知の有機反射防止膜あるいは無機反射防止膜を用いることができる。前記、基板には回路が形成されていてもよい。
(Resist application process)
First, a substrate such as a silicon wafer, or a substrate on which a base layer such as a metal wiring, an interlayer insulating film, an oxide film, a nitride film, a polysilicon layer, or an aluminum wiring is formed, or a surface thereof. In addition, a resist dissolved in a known solvent on a surface of a substrate to be treated such as a substrate treated with a silane coupling agent for improving the adhesion between the resist and the substrate, or a substrate having an antireflection film formed on the surface of the substrate. The material is applied using a coating device such as a spin coater, dip coater, or roller coater. The coating thickness can be determined in the range of several tens of nm to several μm. As the antireflection film, a conventionally known organic antireflection film or inorganic antireflection film can be used. The circuit may be formed on the substrate.

(プリベーク処理工程)
次いで、前記被処理基板に塗布したレジストを乾燥した後、プリベーク処理を施す。この処理は、ホットプレートなどを用いて、温度条件70〜150℃で、30〜300秒間加熱処理することによって行うことができる。これによって、塗布されたレジスト層中に残存している溶剤を揮散させる。熱処理後、レジスト層を備えた基板を室温程度までに冷却する。
(Pre-baking process)
Next, after drying the resist applied to the substrate to be processed, a pre-baking process is performed. This treatment can be performed by heat treatment at a temperature condition of 70 to 150 ° C. for 30 to 300 seconds using a hot plate or the like. Thereby, the solvent remaining in the applied resist layer is volatilized. After the heat treatment, the substrate provided with the resist layer is cooled to about room temperature.

(露光工程)
次いで、所要のマスクを用いて、波長200nm以下のエキシマレーザー、好ましくはF2エキシマレーザー光を用いて、レジスト層に露光を行う。本実施の形態においては、特にF2エキシマレーザーを用いることが、微細パターンを形成する上では、好ましい。
この工程において、エキシマレーザーによる露光量は、露光パターンによって大きく依存し、一概には決定できないが、通常2〜200mJ/cmの範囲で設定できる。
(Exposure process)
Next, the resist layer is exposed using an excimer laser having a wavelength of 200 nm or less, preferably F2 excimer laser light, using a required mask. In the present embodiment, it is particularly preferable to use an F2 excimer laser in forming a fine pattern.
In this step, the amount of exposure by the excimer laser greatly depends on the exposure pattern and cannot be determined unconditionally, but can usually be set in the range of 2 to 200 mJ / cm 2 .

(ポストベーク工程(PEB))
次いで、露光を行ったレジスト層を備えた基板を加熱し、露光後ベーク(PEB)を行う。この工程の熱処理は、70〜150℃の範囲で、30〜300秒間行うが、この加熱処理は、化学増幅型レジストにおいて、溶解抑制剤の脱離反応を促進し、現像処理を容易にするために行うもので、加熱温度が上記範囲を下回った場合、感度(必要露光量)が著しく悪化する問題があり、一方、加熱温度が上記範囲を上回った場合、樹脂などの成分が分解する問題が発生する。また、加熱時間が上記範囲を下回った場合、感度劣化および線幅均一性の劣化の問題があり、加熱時間が上記範囲を上回った場合、スループットの悪化もしくは付帯設備が必要となる問題がある。レジストの種類によってはこの工程を省略することが可能である。PEB処理を行った場合には、被処理基板を概ね室温にまで冷却する。
(Post-bake process (PEB))
Next, the substrate provided with the exposed resist layer is heated, and post-exposure baking (PEB) is performed. The heat treatment in this step is performed in the range of 70 to 150 ° C. for 30 to 300 seconds. This heat treatment promotes the desorption reaction of the dissolution inhibitor and facilitates the development process in the chemically amplified resist. When the heating temperature is lower than the above range, the sensitivity (required exposure amount) is remarkably deteriorated. On the other hand, when the heating temperature is higher than the above range, the resin and other components are decomposed. appear. Further, when the heating time is below the above range, there is a problem of sensitivity deterioration and line width uniformity deterioration. When the heating time is above the above range, there is a problem that throughput is deteriorated or incidental equipment is required. Depending on the type of resist, this step can be omitted. When the PEB process is performed, the substrate to be processed is cooled to approximately room temperature.

(現像工程)
次いで、露光後、アルカリ現像液を用いて現像処理を行う。アルカリ現像液としては、公知の種々のアルカリ現像液を用いることができる。これらの現像液を構成する現像剤としては、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロキシド、テトラエチルアンモニウムハイドロキシド、テトラプロピルアンモニウムハイドロキシド、テトラブチルアンモニウムハイドロキシド等が挙げられる。これらの現像剤を水もしくは、メタノール、エタノールなどのアルコールに溶解して現像液として用いる。現像剤の濃度は、通常0.1〜15重量%の範囲で用いられる。このような現像液としては、2.38%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキシド水溶液が一般的に標準現像液として用いられている。現像液温度は、21〜25℃で、現像時間は、10秒間〜20分間とすることができる。
(Development process)
Next, after the exposure, development processing is performed using an alkali developer. As the alkali developer, various known alkali developers can be used. Examples of the developer constituting these developers include tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, and tetrabutylammonium hydroxide. These developers are dissolved in water or alcohol such as methanol or ethanol and used as a developer. The concentration of the developer is usually used in the range of 0.1 to 15% by weight. As such a developer, a 2.38% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution is generally used as a standard developer. The developer temperature can be 21 to 25 ° C., and the development time can be 10 seconds to 20 minutes.

(リンス・乾燥工程)
この工程は、前記工程において、現像して形成されたレジストパターンを純水で洗浄し、現像液及び溶解したレジストを除去する。次いで、これを乾燥して、表面にレジストのパターンが形成された基板を得ることができる。
以上の工程によって、F2エキシマレーザーを用いたパターン形成処理を行うことができる。このプロセスによれば、単一保護基内にベースポリマーと反応する部位が2以上存在する保護基を用いたレジストを採用したことによって、フッ素樹脂レジストのコントラストが向上し、その結果パターン異常発生の確率が大幅に低下する。
(Rinse and drying process)
In this step, the resist pattern formed by developing in the above step is washed with pure water, and the developer and the dissolved resist are removed. Then, this can be dried to obtain a substrate having a resist pattern formed on the surface.
Through the above steps, a pattern forming process using an F2 excimer laser can be performed. According to this process, the contrast of the fluororesin resist is improved by adopting a resist using a protecting group in which there are two or more sites that react with the base polymer in a single protecting group. Probability is greatly reduced.

上記実施の形態においては、主として基板上にレジストを塗布する工程、このレジスト層を加熱するプリベーク工程、プリベークしたレジスト層に遠紫外線を照射して露光する露光工程、露光したレジスト層を加熱するポストベーク工程、現像してパターンを形成する現像工程、及びリンス・乾燥工程からなるプロセスを示したが、本発明はベースポリマーの保護基として、2以上の結合部位を有するものを採用する限り、これにとらわれることなく、種々の変形が可能である。   In the above embodiment, mainly a step of applying a resist on the substrate, a pre-baking step of heating the resist layer, an exposure step of exposing the pre-baked resist layer by irradiating far ultraviolet rays, and a post for heating the exposed resist layer A process comprising a baking process, a development process for developing to form a pattern, and a rinsing / drying process has been shown. However, as long as the present invention employs a base polymer having a protective group having two or more binding sites, Various modifications are possible without being limited to the above.

また、上記実施の形態においては、単一保護基内にベースポリマーと反応する部位が2である例を示したが、化学的に合成可能であれば、3以上の複数であっても差し支えないことはもちろんである。   Moreover, in the said embodiment, although the site | part which reacts with a base polymer in the single protective group was 2, the example which may be 3 or more may be sufficient as long as it can synthesize | combine chemically. Of course.

以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely using an Example, this invention is not restrict | limited to the following Example.

(比較例1)
比較例1のプロセスのフローを図1に示す。図1から明らかなように、本プロセスは、シリコン基板1表面にレジストの樹脂膜2を形成し、その後現像処理して、パターンを形成するものである。この現像処理により、レジストの樹脂膜2表面は、膜減りを生じている。本比較例では、一保護基内に、樹脂−保護基結合を行う部位が一ヶ所である保護基を有する樹脂を用いた。樹脂−保護基結合が可能な樹脂側の部位のうち、10%が保護化された樹脂である。この樹脂を7wt%のPGMEA溶液とした。続いて、シリコン基板1上に、上記樹脂溶液を回転塗布後110℃/60secでベークし、膜厚150nmの樹脂膜2を形成した。この樹脂膜を形成したシリコン基板を、2.38%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液で60秒間現像し、膜厚測定器で残膜量を調査したところ、膜減りが50nm生じていることを確認した。
(Comparative Example 1)
The process flow of Comparative Example 1 is shown in FIG. As is apparent from FIG. 1, in this process, a resist resin film 2 is formed on the surface of the silicon substrate 1 and then developed to form a pattern. Due to this development processing, the surface of the resist resin film 2 is reduced. In this comparative example, a resin having a protecting group in which one site for resin-protecting group bonding is present in one protecting group was used. Of the sites on the resin side where resin-protecting group bonding is possible, 10% is a protected resin. This resin was used as a 7 wt% PGMEA solution. Subsequently, the resin solution was spin-coated on the silicon substrate 1 and baked at 110 ° C./60 sec to form a resin film 2 having a thickness of 150 nm. The silicon substrate on which this resin film was formed was developed with a 2.38% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution for 60 seconds, and when the amount of the remaining film was investigated with a film thickness measuring device, it was confirmed that a film thickness reduction of 50 nm occurred. .

(実施例1)
図1に示したプロセスのフローで、本発明のプロセスを実施した。すなわち、レジストとして、一保護基内に、樹脂−保護基結合を行う部位が二ヶ所である保護基を有する樹脂を用いた。樹脂−保護基結合が可能な樹脂側の部位のうち、10%が保護化された樹脂である。この樹脂を7wt%のPGMEA溶液とした。続いて、シリコン基板1上に、上記樹脂溶液を回転塗布後110℃/60secでベークし、膜厚150nmの樹脂膜2を形成した。この樹脂膜を形成したシリコン基板を、2.38%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液で60秒間現像し、膜厚測定器で残膜量を調査したところ、膜減りが10nm生じていることを確認した。
(Example 1)
The process of the present invention was performed in the process flow shown in FIG. That is, as a resist, a resin having a protecting group with two sites for resin-protecting group bonding in one protecting group was used. Of the sites on the resin side where resin-protecting group bonding is possible, 10% is a protected resin. This resin was used as a 7 wt% PGMEA solution. Subsequently, the resin solution was spin-coated on the silicon substrate 1 and baked at 110 ° C./60 sec to form a resin film 2 having a thickness of 150 nm. The silicon substrate on which this resin film was formed was developed with a 2.38% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution for 60 seconds, and when the amount of the remaining film was investigated with a film thickness measuring device, it was confirmed that the film thickness was reduced by 10 nm. .

(比較例2)
比較例2のプロセスフロー図を図2に示す。この比較例は、シリコン基板1の表面に反射防止膜3を形成し、その表面にレジスト膜4を形成した後、露光・及び現像処理を行うものである。本比較例では、このレジスト材料として、一保護基内に、樹脂−保護基結合を行う部位が一ヶ所である保護基を有する樹脂を用いた。樹脂−保護基結合が可能な樹脂側の部位のうち、10%が保護化された樹脂である。この樹脂を7wt%のPGMEA溶液とし後、5wt%の酸発生剤(TPS−109、みどり化学)を添加し、レジストとした。
(Comparative Example 2)
A process flow diagram of Comparative Example 2 is shown in FIG. In this comparative example, an antireflection film 3 is formed on the surface of a silicon substrate 1 and a resist film 4 is formed on the surface, followed by exposure and development processing. In this comparative example, as this resist material, a resin having a protecting group having one site for resin-protecting group bonding in one protecting group was used. Of the sites on the resin side where resin-protecting group bonding is possible, 10% is a protected resin. This resin was made into a 7 wt% PGMEA solution, and then 5 wt% acid generator (TPS-109, Midori Kagaku) was added to form a resist.

続いて、シリコン基板1上に、反射防止膜材料(商品名:DUV30)を回転塗布し、後、205℃/60secのベーク処理を行い、反射防止膜3を形成した。この反射防止膜3上に、上記レジスト溶液を回転塗布し、後、110℃/60secでベークし、膜厚150nmのレジスト膜4を形成した。レジスト膜4にEXITECH社製F2露光機で露光を行い(NA0.85、σ0.3、LEVENSONレチクル)、後、110℃/60secでベーク処理を行った。続いて、2.38%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液で60秒間現像し、レジストの断面形状を確認したところ、80nmLSで図3(a)のように大きな膜減りが観察された。   Subsequently, an antireflection film material (trade name: DUV30) was spin-coated on the silicon substrate 1, and then a baking treatment at 205 ° C./60 sec was performed to form the antireflection film 3. The resist solution was spin-coated on the antireflection film 3 and then baked at 110 ° C./60 sec to form a resist film 4 having a thickness of 150 nm. The resist film 4 was exposed with an EXITTECH F2 exposure machine (NA 0.85, σ 0.3, LEVENSON reticle), and then baked at 110 ° C./60 sec. Subsequently, development was performed with a 2.38% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution for 60 seconds, and the cross-sectional shape of the resist was confirmed. As a result, a large film reduction was observed at 80 nm LS as shown in FIG.

(実施例2)
前記比較例2と同様に図2に示すプロセスフローにより、一保護基内に、樹脂−保護基結合を行う部位が二ヶ所である保護基を有する樹脂を用いてレジストパターンの形成を行った。すなわち、樹脂−保護基結合が可能な樹脂側の部位のうち、10%が保護化された樹脂である。この樹脂を7wt%のPGMEA溶液とし後、5wt%の酸発生剤(TPS−109、みどり化学)を添加し、レジストとした。
(Example 2)
As in Comparative Example 2, a resist pattern was formed by using a resin having a protecting group having two sites where a resin-protecting group is bonded in one protecting group by the process flow shown in FIG. That is, 10% of the resin-side sites capable of resin-protecting group bonding are protected. This resin was made into a 7 wt% PGMEA solution, and then 5 wt% acid generator (TPS-109, Midori Kagaku) was added to form a resist.

続いて、シリコン基板1上に、反射防止膜材料(商品名:DUV30)を回転塗布し、後、205℃/60secのベーク処理を行い、反射防止膜3を形成した。この反射防止膜3上に、上記レジスト溶液を回転塗布し、後、110℃/60secでベークし、膜厚150nmのレジスト膜4を形成した。レジスト膜4にEXITECH社製F2露光機で露光を行い(NA0.85、σ0.3、LEVENSONレチクル)、後、110℃/60secでベーク処理を行った。続いて、2.38%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液で60秒間現像し、レジストの断面形状を確認したところ、80nmLSで図3(b)のように膜減りが少ないパターンを観察できた。
Subsequently, an antireflection film material (trade name: DUV30) was spin-coated on the silicon substrate 1, and then a baking process at 205 ° C./60 sec was performed to form the antireflection film 3. The resist solution was spin-coated on the antireflection film 3 and then baked at 110 ° C./60 sec to form a resist film 4 having a thickness of 150 nm. The resist film 4 was exposed using an F2 exposure machine manufactured by EXITETECH (NA 0.85, σ 0.3, LEVENSON reticle), and then baked at 110 ° C./60 sec. Subsequently, development was performed with a 2.38% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution for 60 seconds, and the cross-sectional shape of the resist was confirmed. As a result, a pattern with less film loss was observed at 80 nm LS as shown in FIG.

基板上にレジスト膜を形成する場合のプロセスフローを示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the process flow in the case of forming a resist film on a board | substrate. 基板上に反射防止膜を形成した後レジスト膜を形成する場合のプロセスフローを示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the process flow in the case of forming a resist film after forming an antireflection film on a board | substrate. 比較例2及び実施例2で得られたレジストパターンを比較するための断面図。Sectional drawing for comparing the resist pattern obtained by the comparative example 2 and Example 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1. シリコンウエハ
2. 樹脂膜
3. 反射防止膜
4. レジスト膜
1. 1. Silicon wafer 2. Resin film 3. Antireflection film Resist film

Claims (5)

保護基によって保護された酸感応性フッ素含有樹脂と、露光光照射により酸を発生する光酸発生剤とを含む化学増幅型のポジ型レジストであって、
前記保護基が、フッ素含有樹脂との結合部位を少なくとも2個有するものであることを特徴とするポジ型レジスト。
A chemically amplified positive resist comprising an acid-sensitive fluorine-containing resin protected by a protecting group, and a photoacid generator that generates an acid by exposure light irradiation,
A positive resist, wherein the protective group has at least two binding sites with a fluorine-containing resin.
前記保護基と前記フッ素含有樹脂との結合が、アセタール結合であることを特徴とする請求項1に記載のポジ型レジスト。   2. The positive resist according to claim 1, wherein the bond between the protective group and the fluorine-containing resin is an acetal bond. フッ素含有樹脂をベースポリマーとし、活性光線照射により酸を発生し、その酸の作用により該フッ素含有樹脂の保護基を開裂する光酸発生剤を添加した化学増幅レジストを用いたパターン形成方法において、
前記フッ素含有樹脂の保護基として、フッ素含有樹脂との結合部位が少なくとも2個有するものを用いたことを特徴とするパターン形成方法。
In a pattern formation method using a chemically amplified resist in which a fluorine-containing resin is used as a base polymer, an acid is generated by irradiation with actinic rays, and a photoacid generator is added to cleave the protective group of the fluorine-containing resin by the action of the acid.
A pattern forming method using a protective group for the fluorine-containing resin having at least two binding sites with the fluorine-containing resin.
前記保護基と前記フッ素含有樹脂との結合が、アセタール結合であることを特徴とする請求項3に記載のパターン形成方法。   The pattern forming method according to claim 3, wherein the bond between the protective group and the fluorine-containing resin is an acetal bond. 前記露光の活性光線がF2エキシマレーザー光である請求項3または請求項4に記載のパターン形成方法。

5. The pattern forming method according to claim 3, wherein the actinic ray for exposure is F2 excimer laser light.

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