JP2006178004A - Radiation sensitive composition and method for manufacturing electronic device using the same - Google Patents

Radiation sensitive composition and method for manufacturing electronic device using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radiation sensitive composition giving a high-resolution positive pattern having reduced edge roughness, and to provide a method for manufacturing an electronic device using the same. <P>SOLUTION: The radiation sensitive composition contains as a principal component a compound or resin having a structure in which at least two or more polynuclear phenolic compounds having five or more benzene rings and five or more hydroxyl groups, wherein the number of hydroxyl groups bonding to one benzene ring is two or less, link through an acid decomposable group, wherein the purity of the polynuclear phenolic compounds is ≥90% with respect to a ratio of a peak area corresponding to the principal component measured by gel permeation chromatography. By using the positive radiation sensitive composition as a resist, a high-resolution positive pattern having reduced edge roughness is obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体集積回路、光ディスク、ハードディスク等の電子装置の製造技術に関し、特に、微細パターンを精度よく形成するためのリソグラフィー工程で使用する感放射線組成物に関する。   The present invention relates to a manufacturing technique of an electronic device such as a semiconductor integrated circuit, an optical disk, and a hard disk, and particularly relates to a radiation-sensitive composition used in a lithography process for accurately forming a fine pattern.

近年、半導体集積回路の高集積化および微細化に伴い、リソグラフィ技術においても、露光光源がi線(365nm)からKrFエキシマレーザ(248nm)、ArFエキシマレーザ(193nm)、Fエキシマレーザ(157nm)へと短波長化が進められ、さらに極紫外線(EUV)、電子線、X線を用いたリソグラフィも検討されている。現在、最小加工寸法は、0.2μm〜0.1μmのレジストパターン形成が盛んに行なわれており、先端的な研究では、0.1μm以下のパターン形成を対象にしているものもある。 In recent years, with the high integration and miniaturization of semiconductor integrated circuits, the exposure light source is also changed from i-line (365 nm) to KrF excimer laser (248 nm), ArF excimer laser (193 nm), and F 2 excimer laser (157 nm). Shortening of the wavelength has been promoted, and lithography using extreme ultraviolet (EUV), electron beam, and X-ray is also being studied. At present, resist patterns having a minimum processing dimension of 0.2 μm to 0.1 μm are actively formed, and some advanced researches target pattern formation of 0.1 μm or less.

上記のような微細加工に用いるレジストとしては、高い解像度以外にも、感度や良好なパターン形状が要求される。このような要求を満たすレジストとして、露光により生成した酸の触媒作用により、現像液に対する溶解性を変化させる反応を起こす化学増幅系レジストが注目され、多数の化学増幅系レジスト組成物が提案されている。   As a resist used for the fine processing as described above, in addition to high resolution, sensitivity and a good pattern shape are required. As resists that satisfy these requirements, chemical amplification resists that cause a reaction that changes the solubility in a developing solution by the catalytic action of acid generated by exposure have attracted attention, and many chemical amplification resist compositions have been proposed. Yes.

ポジ型の化学増幅系レジスト組成物としては、マトリックス樹脂、露光により誘起される酸触媒反応によって現像媒体親和性物質に変化する化合物、および露光により酸を発生する酸発生剤を含む3成分系と、マトリックス樹脂自体が現像媒体親和性に変化する樹脂および露光により酸を発生する酸発生剤を含む2成分系とがある。   The positive chemically amplified resist composition includes a three-component system including a matrix resin, a compound that changes to a development medium affinity substance by an acid-catalyzed reaction induced by exposure, and an acid generator that generates acid by exposure. There are two-component systems including a resin in which the matrix resin itself changes to affinity for the development medium and an acid generator that generates an acid upon exposure.

上記現像媒体親和性物質に変化する化合物としては、例えばアセタール、ケタール、t−ブトキシカルボニル基等の酸分解性基で一部または全部の水酸基を保護したフェノール性化合物誘導体がある。また、マトリックス樹脂自体が現像媒体親和性に変化する樹脂としては、例えば、ポリヒドロキシスチレンの水酸基を酸分解性基で保護した樹脂、ビニルフェノールとアクリルモノマーの共重合体のアルカリ可溶性基(水酸基、カルボキシ基)を酸分解性基で保護した樹脂、脂環式化合物とアクリルモノマーのアルカリ可溶性基を酸分解性基で保護した樹脂がある。   Examples of the compound that changes to the development medium affinity substance include phenolic compound derivatives in which some or all of the hydroxyl groups are protected with acid-decomposable groups such as acetal, ketal, and t-butoxycarbonyl group. Examples of the resin whose matrix resin itself changes to development medium affinity include, for example, a resin in which the hydroxyl group of polyhydroxystyrene is protected with an acid-decomposable group, and the alkali-soluble group (hydroxyl group, copolymer of vinylphenol and acrylic monomer). There are resins in which a carboxyl group) is protected with an acid-decomposable group, and resins in which alkali-soluble groups of alicyclic compounds and acrylic monomers are protected with an acid-decomposable group.

しかしながら、上記した従来のレジストは、微細化に伴ってエッジラフネスが顕在化するという問題がある。エッジラフネス(またはラインエッジラフネス)とは、レジストのラインパターンと基板との界面のエッジが、ライン方向と垂直な方向に不規則に変動した形状を呈することである。このパターンを真上から観察するとエッジが凸凹に見え、その凸凹のサイズは数nm〜数十nm程度に達する。この凹凸は、エッチングによってレジストパターンから回路パターンヘと転写されるため、回路パターンの電気特性不良を引き起こし、歩留まりを低下させる原因となる。現状では、この凹凸のサイズをラインパターン幅の10%以下にすることが求められ、例えば90nm幅のラインパターンを形成する場合、ラインエッジラフネスを9nm以下に低減することが要求されている。   However, the above-described conventional resist has a problem that edge roughness becomes apparent as the size is reduced. The edge roughness (or line edge roughness) is that the edge of the interface between the resist line pattern and the substrate exhibits a shape that varies irregularly in a direction perpendicular to the line direction. When this pattern is observed from directly above, the edges appear uneven, and the size of the unevenness reaches several nanometers to several tens of nanometers. Since the unevenness is transferred from the resist pattern to the circuit pattern by etching, the electrical characteristics of the circuit pattern are deteriorated and the yield is reduced. At present, the size of the unevenness is required to be 10% or less of the line pattern width. For example, when forming a 90 nm wide line pattern, it is required to reduce the line edge roughness to 9 nm or less.

従来のポジ型感放射線組成物は、高分子樹脂(重量平均分子量5000以上)をレジストマトリックスに用いているため、その樹脂1分子の大きさをガウス鎖両端間距離の2乗平均とみなせば、数nm〜数十nm程度と見積もることができる。さらに、高分子樹脂は、様々な分子量を有する高分子によって構成されている。分子量の異なる高分子は、現像液に対する溶解性が異なるため、これをマトリックスに用いる限り、エッジラフネスの低減は非常に困難である。   Since the conventional positive radiation sensitive composition uses a polymer resin (weight average molecular weight of 5000 or more) for the resist matrix, if the size of one molecule of the resin is regarded as the mean square of the distance between both ends of the Gaussian chain, It can be estimated to be several nanometers to several tens of nanometers. Furthermore, the polymer resin is composed of polymers having various molecular weights. Since polymers having different molecular weights have different solubility in a developing solution, it is very difficult to reduce edge roughness as long as they are used as a matrix.

そこで、レジストマトリックスに低分子材料を用いることが提案されている。ポジ型感放射先組成物として特許文献1(特開2000−305270号公報)に記載されているように、多核フェノールの水酸基を酸分解性基で保護した低分子化合物をレジストマトリックスとしたものが提案されている。このように低分子材料は、高分子樹脂に比べその分子サイズ、分子量分布を小さくできることから、エッジラフネスをある程度改善することが期待できる。   Therefore, it has been proposed to use a low molecular material for the resist matrix. As described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-305270) as a positive-type radiation-sensitive composition, a low molecular weight compound in which the hydroxyl group of polynuclear phenol is protected with an acid-decomposable group is used as a resist matrix. Proposed. Thus, since the low molecular weight material can reduce the molecular size and molecular weight distribution compared to the polymer resin, it can be expected to improve the edge roughness to some extent.

しかし、上記特許文献の低分子材料は、分子材料のアルカリ可溶性基を酸分解性基で保護した化合物を、ポジ型のレジストマトリックスとして用いると、レジスト膜が結晶化を起こし易く、組成物が均一に分布した膜が得られず、十分なレジスト特性(解像度、感度、エッジラフネス)が得られない、加えてレジストパターンが低分子化合物であることから耐熱性が悪いという問題があった。   However, in the low molecular weight material of the above-mentioned patent document, when a compound in which the alkali-soluble group of the molecular material is protected with an acid-decomposable group is used as a positive resist matrix, the resist film is easily crystallized and the composition is uniform. Thus, there is a problem in that a film distributed in the region cannot be obtained, sufficient resist characteristics (resolution, sensitivity, edge roughness) cannot be obtained, and in addition, the resist pattern is a low-molecular compound, so that the heat resistance is poor.

そこで、ポジ型レジストのラフネス低減要求に応える組成物として、特許文献2(特開2000−292927号公報)では、分子量変化型の高性能なマトリックス樹脂が提案されている。この樹脂として、アルカリ可溶性に優れた多核フェノール化合物および多分散度が小さい樹脂を酸分解性基を介して結合させた樹脂を使用するものである。分子量変化型の樹脂は、酸触媒反応によって、元の低分子量樹脂および多分散度が小さい樹脂が再生される。従って、露光部の溶解性向上と共に、露光部で現出する分子サイズの低分子量化、均一化が図れ、高解像度でエッジラフネスの小さなポジ型パターンの形成が可能となる。
特開2000−305270号公報 特開2000−292927号公報
Therefore, as a composition that meets the demand for reducing the roughness of a positive resist, Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-292927) proposes a high-performance matrix resin of a molecular weight change type. As this resin, a resin in which a polynuclear phenol compound excellent in alkali solubility and a resin having a low polydispersity are bonded via an acid-decomposable group is used. As for the molecular weight change type resin, an original low molecular weight resin and a resin having a low polydispersity are regenerated by an acid-catalyzed reaction. Accordingly, the solubility of the exposed portion can be improved, the molecular weight appearing in the exposed portion can be reduced and the molecular weight can be reduced, and a positive pattern with high resolution and small edge roughness can be formed.
JP 2000-305270 A JP 2000-292927 A

しかし、特許文献2に記載されているような分子量変化型の樹脂を使用しても、0.1μm以下の微細加工のラインエッジラフネスに対する要求を満足させることは難しく、さらなる改善が必要である。   However, even if a molecular weight change type resin as described in Patent Document 2 is used, it is difficult to satisfy the demand for fine edge line edge roughness of 0.1 μm or less, and further improvement is required.

多核フェノール化合物には、合成時の副反応生成物(不純物)がある割合含まれている。例えば、特許文献2に記載されている単分散のトリスフェノール類へのヒドロキシベンジル基付加体の合成では、得られた多核フェノール化合物に3〜36%の不純物が含まれている。   The polynuclear phenol compound contains a certain proportion of side reaction products (impurities) during synthesis. For example, in the synthesis of a hydroxybenzyl group adduct to monodispersed trisphenols described in Patent Document 2, the resulting polynuclear phenol compound contains 3 to 36% impurities.

最近の本発明者等の研究によれば、上記不純物は、主成分の低分子材料と化学構造およびアルカリ可溶性が異なるため、エッジラフネス低減の障害となることが明らかとなってきた。   According to recent studies by the present inventors, it has been clarified that the impurities are an obstacle to the reduction of edge roughness because the chemical structure and alkali solubility are different from the low molecular weight material as the main component.

本発明の目的は、エッジラフネスの低減した高解像度のポジ型パターンが得られる感放射線組成物を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a radiation-sensitive composition capable of obtaining a high-resolution positive pattern with reduced edge roughness.

本発明の他の目的は、上記感放射線組成物を用いた電子装置の製造方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a method for producing an electronic device using the radiation sensitive composition.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本発明者らは、鋭意検討の結果、多核フェノール化合物の純度によって分子量変化型樹脂を用いたレジストの感度およびエッジラフネスが大きく変化することを見出し、本発明に至った。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that the sensitivity and edge roughness of a resist using a molecular weight changing resin greatly change depending on the purity of the polynuclear phenol compound, and have reached the present invention.

すなわち、上記した本発明の第1の目的は、放射線照射により分子量が減少する感放射線組成物において、ベンゼン環を5個以上、水酸基を5個以上有し、かつ1個のベンゼン環に有する水酸基が2個以下である多核フェノール化合物を酸分解性基を介して少なくとも2個以上結合した構造を有する化合物もしくは樹脂を主成分とする感放射線組成物であって、前記多核フェノール化合物の純度がゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した主成分に該当するピーク面積の割合で90%以上であることを特徴とする組成物およびこの組成を用いたパターン形成方法により達成される。   That is, the above first object of the present invention is to provide a hydroxyl group having 5 or more benzene rings, 5 or more hydroxyl groups, and one benzene ring in a radiation-sensitive composition whose molecular weight is reduced by irradiation. Is a radiation-sensitive composition comprising as a main component a compound or resin having a structure in which at least two polynuclear phenol compounds having 2 or less are bonded via an acid-decomposable group, and the purity of the polynuclear phenol compound is a gel This is achieved by a composition characterized in that the ratio of the peak area corresponding to the main component measured by permeation chromatography is 90% or more and a pattern forming method using this composition.

本発明の多核フェノール化合物としては、ベンゼン環を5個以上、水酸基を5個以上有し、かつ1個のベンゼン環に有する水酸基が2個以下であるものが好ましい。ベンゼン環および水酸基の数がこれよりも少ない場合は、酸分解性基を介して結合した化合物の分子量が小さくなるために、アルカリ水溶液に対する溶解性が高くなり、0.1μm以下の解像度を得ることが難しくなる。   As the polynuclear phenol compound of the present invention, those having 5 or more benzene rings, 5 or more hydroxyl groups, and 2 or less hydroxyl groups in one benzene ring are preferable. When the number of benzene rings and hydroxyl groups is smaller than this, the molecular weight of the compound bonded via the acid-decomposable group is small, so that the solubility in an alkaline aqueous solution is high, and a resolution of 0.1 μm or less is obtained. Becomes difficult.

本発明に用いられる多核フェノール化合物は、例えば2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、α,α,α’−トリス(4−ヒドロキシフェニル)−1−エチル−4−イソプロピルベンゼン、2,6−ビス[(2−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)メチル]−4−メチルフェノール、2,2’−メチレンビス[6−[(2−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)メチル]−4−メチルフェノール]、2,4,6−トリス(4−ヒドロキシフェニルメチル)1,3−ベンゼンジオール、4−[ビス(4−ヒドロキシフェニル)メチル]−2−メトキシフェノール、α,α,α’−トリス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル]−1−エチル−4−イソプロピルベンゼン、4,4’−[(4−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2−シクロヘキシル−5−メチルフェノール]、4,4’,4’’,4’’’−(1、2−エタンジイリデン)テトラキスフェノール、4,4’,4’’,4’’’−(1、2−エタンジイリデン)テトラキス[2−メチルフェノール]、2,6−ビス[(4−ヒドロキシフェニル)メチル]−4−メチルフェノール、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等にヒドロキシベンジル基、ヒドロキシアルキルベンジル基、ジヒドロキシベンジル基から選ばれる少なくとも1種類が3〜6の範囲で置換した化合物、さらに上記化合物にヒドロキシベンジル基、ヒドロキシアルキルベンジル基、ジヒドロキシベンジル基、ヒドロキシフェニルエーテル基、ヒドロキシアルキルフェニルエーテル基、ジヒドロキシフェニルエーテル基から選ばれる少なくとも1種類が3〜12の範囲で付加した化合物、さらに4,4’−メチレンビス[2−[ジ(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)]メチル]フェノールおよびこの化合物にヒドロキシベンジル基、ヒドロキシアルキルベンジル基、ジヒドロキシベンジル基から選ばれる少なくとも1種類が3〜6の範囲で置換した化合物が挙げられる。   Examples of the polynuclear phenol compound used in the present invention include 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, tris (4-hydroxyphenyl) methane, tris (4-hydroxyphenyl) ethane, α, α, α′-tris. (4-hydroxyphenyl) -1-ethyl-4-isopropylbenzene, 2,6-bis [(2-hydroxy-5-methylphenyl) methyl] -4-methylphenol, 2,2′-methylenebis [6- [ (2-hydroxy-5-methylphenyl) methyl] -4-methylphenol], 2,4,6-tris (4-hydroxyphenylmethyl) 1,3-benzenediol, 4- [bis (4-hydroxyphenyl) Methyl] -2-methoxyphenol, α, α, α′-tris (4-hydroxy-3-methylphenyl] -1-ethyl-4- Sopropylbenzene, 4,4 ′-[(4-hydroxyphenyl) methylene] bis [2-cyclohexyl-5-methylphenol], 4,4 ′, 4 ″, 4 ′ ″-(1,2-ethanediylidene ) Tetrakisphenol, 4,4 ′, 4 ″, 4 ′ ″-(1,2-ethanediylidene) tetrakis [2-methylphenol], 2,6-bis [(4-hydroxyphenyl) methyl] -4- A compound in which at least one selected from a hydroxybenzyl group, a hydroxyalkylbenzyl group, and a dihydroxybenzyl group is substituted with methylphenol, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, etc. in the range of 3-6, Hydroxybenzyl, hydroxyalkylbenzyl, dihydroxybenzyl, hydroxyphenyl ether , A compound obtained by adding at least one selected from a hydroxyalkylphenyl ether group and a dihydroxyphenyl ether group in the range of 3 to 12, and 4,4′-methylenebis [2- [di (4-hydroxy-2,5-dimethyl Phenyl)] methyl] phenol and compounds obtained by substituting at least one selected from a hydroxybenzyl group, a hydroxyalkylbenzyl group and a dihydroxybenzyl group in the range of 3-6.

上記ヒドロキシベンジル基、ヒドロキシアルキルベンジル基、ジヒドロキシベンジル基の付加体の合成は、目的とする化合物以外に副生成物として、多核フェノールの2量体や多量体が生成する。上記合成は、多核フェノールに塩基触媒下でホルマリンを反応させてメチロール化多核フェノールを製造し、次いで酸触媒下で上記メチロールとフェノール化合物を反応させることで行われる。この酸触媒下の反応でメチロール同士が縮合し、多核フェノールの2量体、多量体が生成することになる。   In the synthesis of adducts of the above-mentioned hydroxybenzyl group, hydroxyalkylbenzyl group, and dihydroxybenzyl group, dimers and multimers of polynuclear phenol are produced as by-products in addition to the target compound. The synthesis is performed by reacting polynuclear phenol with formalin under a base catalyst to produce a methylolated polynuclear phenol, and then reacting the methylol with a phenol compound under an acid catalyst. In the reaction under the acid catalyst, methylols are condensed with each other to produce dinuclear and multimeric polynuclear phenols.

これらの副生成物は、目的とする付加体とは化学構造およびアルカリ可溶性が異なる。従って、多核フェノールの純度は、90%以上が好ましい。これより副生成物を多く含む多核フェノールで分子量変化型の樹脂を形成した場合、酸触媒分解反応の効率およびアルカリ可溶性が不均一となり、レジスト感度の低下およびエッジラフネスが大きくなる。さらに、レジストスカムの増加も生じるため、エッチングでの寸法ばらつきが大きくなり、好ましくない。   These by-products differ from the target adduct in chemical structure and alkali solubility. Therefore, the purity of the polynuclear phenol is preferably 90% or more. When a molecular weight change type resin is formed from polynuclear phenol containing more by-products than this, the efficiency and alkali solubility of the acid-catalyzed decomposition reaction are non-uniform, and the resist sensitivity is lowered and the edge roughness is increased. Further, since the resist scum increases, the dimensional variation in etching increases, which is not preferable.

上記多核フェノール化合物を少なくとも2個結合できる化合物としては、1分子中に少なくとも2個以上のビニルエーテル基を有する化合物が好ましい。上記ビニルエーテル化合物と多核フェノールと酸触媒付加反応によって分子量変化型の樹脂を得ることができる。例えば、レゾルシノール、カテコール、ヒドロキノンなどのフェノール性水酸基を2個以上有するフェノール類、ピロガロール、ヒドロキシヒドロキノン等のフェノール性水酸基を3個以上有するフェノール類、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等のビスフェノール類、トリスフェノール類、三核体のフェノール類、テトラキスフェノール類のヒドロキシル基の水素原子の一部または全部をエチルビニルエーテル基、メチルビニルエーテル基、ビニルエーテル基から選ばれる少なくとも1種類で置換した化合物が好ましい。さらに、カルボキシ基を有する芳香族カルボン酸類たとえば、トリメシン酸の全部をエチルビニルエーテル基、メチルビニルエーテル基、ビニルエーテル基から選ばれる少なくとも1種類で置換した化合物が好ましい。   As the compound capable of binding at least two polynuclear phenol compounds, a compound having at least two vinyl ether groups in one molecule is preferable. A molecular weight change type resin can be obtained by the above-mentioned vinyl ether compound, polynuclear phenol and acid catalyst addition reaction. For example, phenols having two or more phenolic hydroxyl groups such as resorcinol, catechol and hydroquinone, phenols having three or more phenolic hydroxyl groups such as pyrogallol and hydroxyhydroquinone, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, etc. Compounds in which some or all of the hydrogen atoms of the hydroxyl groups of bisphenols, trisphenols, trinuclear phenols, and tetrakisphenols are substituted with at least one selected from ethyl vinyl ether groups, methyl vinyl ether groups, and vinyl ether groups Is preferred. Furthermore, aromatic carboxylic acids having a carboxy group, for example, compounds in which all of trimesic acid is substituted with at least one selected from an ethyl vinyl ether group, a methyl vinyl ether group, and a vinyl ether group are preferred.

また、さらにシクロアルカン類、ビフェニル類、ナフタレン類、およびアントラセン類でヒドロキシル基またはグリコロイル基を2個以上有する化合物のヒドロキシル基の水素原子の一部または全部をエチルビニルエーテル基、メチルビニルエーテル基、ビニルエーテル基から選ばれる少なくとも1種類で置換した化合物も用いることができる。   Further, some or all of the hydrogen atoms of the hydroxyl group of cycloalkanes, biphenyls, naphthalenes, and anthracenes having two or more hydroxyl groups or glycoloyl groups are ethyl vinyl ether groups, methyl vinyl ether groups, vinyl ether groups. A compound substituted with at least one selected from can also be used.

本発明の感放射線組成物は、上記各成分を溶解する溶媒に溶かして基板上に塗布するものであり、使用できる溶媒としては、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、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、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、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸メチル、乳酸エチル、ジアセトンアルコール、シクロヘキサノン、2−ヘプタノンが挙げられるが、これらに限定されない。   The radiation-sensitive composition of the present invention is one that is dissolved in a solvent that dissolves each of the above components and applied onto a substrate. Examples of usable solvents include methyl cellosolve, ethyl cellosolve, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, propylene glycol. Examples include, but are not limited to, monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, methyl methoxypropionate, methyl ethoxypropionate, ethyl lactate, diacetone alcohol, cyclohexanone, and 2-heptanone.

本発明のレジスト組成物には、例えばストリエーション(塗布ムラ)を防いだり、現像性を良くしたりするための界面活性剤、樹脂の溶解速度を調整するためのビスフェノール類、トリスフェノールアルカン類、三核体のフェノール類、テトラキスフェノール類等の低分子フェノール化合物、酸触媒により脱保護(分離)する保護基(アセタール基、ケタール基、t−ブトキシカルボニル基等)を含む化合物または重合体、レジスト溶液の保存安定剤、酸触媒の非露光部への拡散を抑制するための塩基性化合物、オニウムハライド等のイオン解離性化合物、テトラエチレングリコール等の保湿剤を必要に応じて配合することができる。   The resist composition of the present invention includes, for example, a surfactant for preventing striation (coating unevenness) and improving developability, bisphenols for adjusting the resin dissolution rate, trisphenol alkanes, Low molecular phenolic compounds such as trinuclear phenols and tetrakisphenols, compounds or polymers containing protecting groups (acetal groups, ketal groups, t-butoxycarbonyl groups, etc.) that are deprotected (separated) by acid catalysts, resists A storage stabilizer for the solution, a basic compound for suppressing diffusion of the acid catalyst to the non-exposed portion, an ion dissociative compound such as onium halide, and a humectant such as tetraethylene glycol can be blended as necessary. .

また、上記多核フェノールは、分子間の相互作用が小さく、従来のレジストのように高分子鎖の絡み合いがないため、二酸化炭素等の非極性の超臨界流体に対して溶解性を持つことができる。   In addition, the polynuclear phenol has a small interaction between molecules and has no polymer chain entanglement like a conventional resist, so it can have solubility in nonpolar supercritical fluids such as carbon dioxide. .

二酸化炭素は、臨界点以上の圧力と温度(二酸化炭素の臨界点:31℃、73気圧)で超臨界状態となり、ヘキサンに匹敵する溶解力を有することが知られている。ただし、この溶解力は圧力を増加させ、流体の密度の増加に依存して強くすることができる。従って、多核フェノール化合物を酸分解性基を介して少なくとも2個以上結合した構造により、超臨界流体に不溶のマトリックス樹脂となる。この樹脂を用いた化学増幅系レジストは、露光部で元の多核フェノールが再生し、超臨界流体に可溶となるため、ポジ型パターンを得ることができる。多核フェノールは、酸分解性基を介して少なくとも2個以上結合した構造を形成する前に必要に応じて、極性の低い酸分解性基(例えばテトラヒドロピラニル基、パーフルオロアルキルアセタール基)またはアルキルエーテル基、パーフルオロアルキルエーテル基で水酸基を保護することができる。   Carbon dioxide is known to be in a supercritical state at a pressure and temperature above the critical point (temperature critical point of carbon dioxide: 31 ° C., 73 atm) and to have a dissolving power comparable to hexane. However, this dissolving power increases the pressure and can be made stronger depending on the increase in fluid density. Therefore, a matrix resin insoluble in a supercritical fluid is formed by a structure in which at least two polynuclear phenol compounds are bonded via an acid-decomposable group. In the chemically amplified resist using this resin, the original polynuclear phenol is regenerated in the exposed area and becomes soluble in the supercritical fluid, so that a positive pattern can be obtained. The polynuclear phenol may have a low-polarity acid-decomposable group (for example, a tetrahydropyranyl group or a perfluoroalkyl acetal group) or an alkyl, if necessary, before forming a structure in which at least two or more are bonded via an acid-decomposable group A hydroxyl group can be protected with an ether group or a perfluoroalkyl ether group.

上記の多核フェノール化合物を酸分解性基を介して少なくとも2個以上結合した構造を有する化合物もしくは樹脂を主成分とする感放射線組成物は、例えば次のように現像処理する(図1参照)。レジスト露光は従来のリソグラフィ装置で行い、その露光したウエハを超臨界現像装置にセットし、現像−リンス−乾燥を行なう。なお、乾燥の際に二酸化炭素を気体として放出する。具体的に現像処理プロセスを図2に示す。超臨界流体として二酸化炭素を用いた時の容器内の圧力と時間の関係を示すグラフである。液体二酸化炭素は、温度31℃の場合、73気圧で臨界圧力に達し、超臨界流体となる。これより高い圧力、好ましくは100〜300気圧で所定の時間現像し、その後73気圧でリンスを行い、さらに減圧することで、超臨界二酸化炭素が気体へと状態変化し、これを容器外に放出することによりレジストパターンの乾燥が終了する。   A radiation-sensitive composition containing as a main component a compound or resin having a structure in which at least two polynuclear phenol compounds are bonded via an acid-decomposable group is developed, for example, as follows (see FIG. 1). The resist exposure is performed by a conventional lithography apparatus, the exposed wafer is set in a supercritical developing apparatus, and development-rinse-drying is performed. Carbon dioxide is released as a gas during drying. A specific development process is shown in FIG. It is a graph which shows the pressure in a container when using carbon dioxide as a supercritical fluid, and the relationship of time. When the temperature is 31 ° C., the liquid carbon dioxide reaches a critical pressure at 73 atm and becomes a supercritical fluid. Development is performed for a predetermined time at a pressure higher than this, preferably 100 to 300 atm. After that, rinsing is performed at 73 atm, and further depressurization changes the state of supercritical carbon dioxide into a gas, which is released to the outside of the container. This completes the drying of the resist pattern.

本発明の電子装置の製造方法は、基板上に上記したパターン形成方法によってレジストパターンを形成し、これをマスクにして基板をエッチング加工する工程を含む。上記本発明の電子装置の製造方法で用いられるエッチング加工としては、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング等のドライエッチング法が挙げられる。また、本発明の電子装置の製造方法において加工される基板としては、CVD法や熱酸化法で形成された二酸化珪素膜、塗布型ガラス膜などの酸化膜、あるいは窒化珪素膜等の窒化膜が挙げられる。また、アルミニウムやその合金、タングステンなどの各種金属膜、多結晶シリコン等が挙げられる。   The method for manufacturing an electronic device of the present invention includes a step of forming a resist pattern on a substrate by the above-described pattern forming method, and etching the substrate using the resist pattern as a mask. Examples of the etching process used in the method for manufacturing an electronic device according to the present invention include dry etching methods such as plasma etching and reactive ion etching. In addition, as a substrate processed in the method for manufacturing an electronic device of the present invention, a silicon dioxide film formed by a CVD method or a thermal oxidation method, an oxide film such as a coating type glass film, or a nitride film such as a silicon nitride film is used. Can be mentioned. Moreover, aluminum, its alloy, various metal films, such as tungsten, polycrystalline silicon, etc. are mentioned.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

活性化学線、特に光、紫外線、遠紫外線、真空紫外線、極紫外線、X線、イオン線、または電子線の露光対して高解像度でエッジラフネスの小さなレジストパターンを形成できる。また、パターン露光されたレジスト膜に対して超臨界流体中で現像を行なうことにより、ポジ型レジストパターンを形成できる。しかも、水および現像液の廃液処理、環境汚染の心配がいらないため、IC、LSIなどの半導体デバイス製造の微細加エプロセスに好適に用いられる。   Resist patterns with high resolution and small edge roughness can be formed for exposure to active actinic radiation, particularly light, ultraviolet, far ultraviolet, vacuum ultraviolet, extreme ultraviolet, X-ray, ion beam, or electron beam. Further, a positive resist pattern can be formed by developing the resist film subjected to pattern exposure in a supercritical fluid. In addition, since there is no need to worry about wastewater treatment of water and developer and environmental pollution, it is preferably used in a fine process for manufacturing semiconductor devices such as IC and LSI.

次に、本発明を実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。はじめに、本発明で用いた材料の合成例を示す。   EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these. First, synthesis examples of materials used in the present invention will be shown.

(樹脂合成例1)
多核フェノール原料として、α,α,α’−トリス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)−1−エチル−4−イソプロピルベンゼンヘの4−ヒドロキシベンジル基ヘキサ付加体(本州化学工業(株)製の多核フェノール化合物に対する商品名TPPA−1000P(分子量=1060))を用いた。この多核フェノールの純度は、示差屈折計L−3310(日立製)を検出器としてゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)システムL−6000(日立製)を用いて測定した。GPCカラムの構成は、ゲルパックA−140、A−120、A−110(日立化成製)をこの順に接続したものである。展開溶媒には、テトラヒドロフラン(和光純薬製)を使用した。その結果、主成分に該当するピーク面積の割合は73%であった。この多核フェノール:150gをアニソール:450gに溶解し、キシレン:675gを加えて2時間攪拌した後、24時間静置した。上澄み液を減圧下で濃縮してヘキサン中に固体を析出させ、濾過後、真空乾燥して生成物:10gを得た。得られた多核フェノール(α,α,α’−トリス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)−1−エチル−4−イソプロピルベンゼンヘの4−ヒドロキシベンジル基ヘキサ付加体)の純度は98%であった。図3にその分子量分布を示す。
(Resin synthesis example 1)
As a polynuclear phenol raw material, α, α, α′-tris (4-hydroxy-3-methylphenyl) -1-ethyl-4-isopropylbenzene to 4-hydroxybenzyl group hexaadduct (manufactured by Honshu Chemical Industry Co., Ltd.) (Trade name TPPA-1000P (molecular weight = 1060)) for the polynuclear phenol compound. The purity of the polynuclear phenol was measured using a gel permeation chromatography (GPC) system L-6000 (manufactured by Hitachi) using a differential refractometer L-3310 (manufactured by Hitachi) as a detector. The GPC column has a configuration in which gel packs A-140, A-120, and A-110 (manufactured by Hitachi Chemical) are connected in this order. Tetrahydrofuran (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as the developing solvent. As a result, the ratio of the peak area corresponding to the main component was 73%. 150 g of this polynuclear phenol was dissolved in 450 g of anisole, 675 g of xylene was added and stirred for 2 hours, and then allowed to stand for 24 hours. The supernatant was concentrated under reduced pressure to precipitate a solid in hexane, filtered and vacuum dried to obtain 10 g of product. The purity of the resulting polynuclear phenol (α, α, α′-tris (4-hydroxy-3-methylphenyl) -1-ethyl-4-isopropylbenzene to 4-hydroxybenzyl group hexaadduct) is 98%. there were. FIG. 3 shows the molecular weight distribution.

この高純度多核フェノール化合物:8g、ビニルエーテル化合物として、1,3,5−トリス(2−ビニルオキシ)エトキシ)ベンゼン(フロログルシンが有する3つの水酸基の水素のすべてがエチルビニルエーテルで置換した化合物):1.6gを酢酸エチル:70mlに溶解した。これに、2−エチルヘキシルフォスフェート(東京化成工業(株)製):0.3gを加え、50℃で5時間反応させた。その後、反応液を分液ロートに移し、3Nの水酸化カリウムを100ml加えて洗浄し、中性になるまで水洗した。水洗した酢酸エチル溶液を減圧下で濃縮してヘキサン中に固体を析出させ、濾過後、真空乾燥して生成物を得た。この生成物は、GPCによりポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw):5940、多分散度:3.3を有する樹脂であった。   This high-purity polynuclear phenol compound: 8 g, as a vinyl ether compound, 1,3,5-tris (2-vinyloxy) ethoxy) benzene (a compound in which all three hydrogen atoms of phloroglucin are substituted with ethyl vinyl ether): 1. 6 g was dissolved in 70 ml of ethyl acetate. To this, 0.3 g of 2-ethylhexyl phosphate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added and reacted at 50 ° C. for 5 hours. Thereafter, the reaction solution was transferred to a separatory funnel, washed by adding 100 ml of 3N potassium hydroxide, and washed with water until neutrality. The ethyl acetate solution washed with water was concentrated under reduced pressure to precipitate a solid in hexane, filtered and dried in vacuo to give the product. This product was a resin having a polystyrene-reduced weight average molecular weight (Mw): 5940 and polydispersity: 3.3 by GPC.

(実施例1)
上記樹脂合成例1の樹脂を2−ヘプタノンに溶解して、固形分濃度7重量%の溶液を調合した。シリコンウエハ上に上述のレジスト液を滴下し、回転塗布後110℃、2分間熱処理して0.15μmの厚さのレジスト膜を得た。このレジスト膜は、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)2.38重量%を含む水溶液を現像液に用いて浸漬し、塗膜が溶解する時間から溶解速度(nm/秒)を求めた。その結果、塗膜の溶解速度は、1.Onm/秒であった。次に、樹脂合成例の樹脂:100重量部、露光により酸を発生する化合物としてトリフェニルスルホニウムトリフルオロブタンスルホネート:4重量部を2−ヘプタノンに溶解し、固形分濃度7重量%に調合したレジスト溶液をシリコンウエハ上に滴下して回転塗布した後、110℃、2分間熱処理して、0.15μmの厚さのレジスト膜を得た。次いで、電子線描画装置(電子線の加速電圧は30kV)を用い、この基板に照射量を段階的に変化させて電子線を照射後、90℃、2分間熱処理してレジスト膜の潜像部分に対する溶解性を増加させる反応を促進した。上述の熱処理後、TMAH1.2重量%を含む水溶液に60秒間浸漬して現像を行なったところ、感度曲線は、3.5μC/cmの高感度で膜減りもなく、高コントラストを得た。さらに、この感放射線組成物を上記と同様に基板に塗布し、電子線描画装置(電子線の加速電圧は75kV)で、パターン状電子線を照射した後、90℃、2分間熱処理してレジスト膜の潜像部分のアルカリ水溶液に対する溶解性を増加させる反応を促進した。上述の熱処理後、TMAH1.2重量%を含む水溶液に60秒間浸漬して現像を行なったところ、電子線照射量17μC/cmで80nmの線/間隔の微細パターンが形成された。このパターンの線幅を走査型電子顕微鏡を用いて32点測定した結果、線幅のばらつき(3σ)が5.3nmと高い寸法精度が得られていることがわかった。
Example 1
The resin of Resin Synthesis Example 1 was dissolved in 2-heptanone to prepare a solution having a solid content concentration of 7% by weight. The above resist solution was dropped on a silicon wafer, heat-treated at 110 ° C. for 2 minutes after spin coating, and a resist film having a thickness of 0.15 μm was obtained. This resist film was immersed in an aqueous solution containing 2.38% by weight of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) in a developing solution, and the dissolution rate (nm / second) was determined from the time required for the coating to dissolve. As a result, the dissolution rate of the coating film was 1. Onm / sec. Next, 100 parts by weight of resin in a resin synthesis example, and 4 parts by weight of triphenylsulfonium trifluorobutanesulfonate as a compound that generates an acid upon exposure, a resist prepared by dissolving in 2-heptanone to a solid content concentration of 7% by weight The solution was dropped onto a silicon wafer and spin-coated, and then heat treated at 110 ° C. for 2 minutes to obtain a resist film having a thickness of 0.15 μm. Next, using an electron beam lithography apparatus (acceleration voltage of the electron beam is 30 kV), this substrate is irradiated with an electron beam in a stepwise manner, and then subjected to heat treatment at 90 ° C. for 2 minutes to form a latent image portion of the resist film. Promoted the reaction to increase the solubility in. After the heat treatment described above, development was carried out by immersing in an aqueous solution containing 1.2% by weight of TMAH for 60 seconds. As a result, the sensitivity curve was as high as 3.5 μC / cm 2 and the film was not reduced, and high contrast was obtained. Further, the radiation-sensitive composition was applied to the substrate in the same manner as described above, and after irradiation with a patterned electron beam with an electron beam drawing apparatus (electron beam acceleration voltage was 75 kV), the resist was subjected to heat treatment at 90 ° C. for 2 minutes. The reaction to increase the solubility of the latent image portion of the film in an aqueous alkaline solution was promoted. After the above heat treatment, development was performed by immersing in an aqueous solution containing 1.2% by weight of TMAH for 60 seconds. As a result, a fine pattern of 80 nm lines / intervals was formed at an electron beam irradiation dose of 17 μC / cm 2 . As a result of measuring the line width of this pattern at 32 points using a scanning electron microscope, it was found that the variation in line width (3σ) was as high as 5.3 nm.

(比較例1)
樹脂合成例1で用いた高純度多核フェノールの代わりに、α,α,α’−トリス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)−1−エチル−4−イソプロピルベンゼンヘの4−ヒドロキシベンジル基ヘキサ付加体(本州化学工業(株)製の多核フェノール化合物に対する商品名TPPA−1000P(分子量=1060))をそのまま用い、以下、樹脂合成例1と同様に合成した樹脂を用いた(GPCによりポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw):10100、多分散度:4.5)。この樹脂を実施例1と同様に塗膜の溶解速度を測定した結果、塗膜の溶解速度は、1.0nm/秒であった。さらに、実施例1と同様にレジスト溶液を調合し、30kVでの感度を測定した結果、7μC/cmの感度であった。さらに、電子線描画装置(電子線の加速電圧は75kV)を用い、80nmの線/間隔のパターンを形成した結果、25μC/cmの感度で、線幅のばらつき(3σ)が8.2nmであった。
(Comparative Example 1)
Instead of the high-purity polynuclear phenol used in Resin Synthesis Example 1, 4-hydroxybenzyl group hexa to α, α, α′-tris (4-hydroxy-3-methylphenyl) -1-ethyl-4-isopropylbenzene The adduct (trade name TPPA-1000P (molecular weight = 1060) for the polynuclear phenol compound manufactured by Honshu Chemical Industry Co., Ltd.) was used as it was, and the resin synthesized in the same manner as in Resin Synthesis Example 1 was used (polystyrene conversion by GPC). Weight average molecular weight (Mw): 10100, polydispersity: 4.5). As a result of measuring the dissolution rate of the coating film of this resin in the same manner as in Example 1, the dissolution rate of the coating film was 1.0 nm / sec. Further, a resist solution was prepared in the same manner as in Example 1, and the sensitivity at 30 kV was measured. As a result, the sensitivity was 7 μC / cm 2 . Furthermore, as a result of forming an 80 nm line / spacing pattern using an electron beam drawing apparatus (electron beam acceleration voltage is 75 kV), the line width variation (3σ) is 8.2 nm with a sensitivity of 25 μC / cm 2. there were.

(実施例2)
樹脂合成例1で用いたα,α,α’−トリス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)−1−エチル−4−イソプロピルベンゼンヘの4−ヒドロキシベンジル基ヘキサ付加体の代わりに、4,4’−メチレンビス[2−[ジ(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)]メチル]フェノール(純度98%)を用い、以下、樹脂合成例1と同様に合成した樹脂を用いた(GPCによりポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw):3970、多分散度:1.9)。この樹脂を実施例1と同様に塗膜の溶解速度を測定した結果、塗膜の溶解速度は、1.0nm/秒であった。さらに、実施例1と同様にレジスト溶液を調合し、30kVでの感度を測定した結果、2μC/emの感度であった。さらに、電子線描画装置(電子線の加速電圧は75kV)を用い、80nmの線/間隔のパターンを形成した結果、16μC/cmの感度で、線幅のばらつき(3σ)が6.0nmであった。
(Example 2)
In place of the 4-hydroxybenzyl group hexa adduct of α, α, α′-tris (4-hydroxy-3-methylphenyl) -1-ethyl-4-isopropylbenzene used in Resin Synthesis Example 1, 4′-methylenebis [2- [di (4-hydroxy-2,5-dimethylphenyl)] methyl] phenol (purity 98%) was used, and a resin synthesized in the same manner as in Resin Synthesis Example 1 was used (GPC). By weight average molecular weight in terms of polystyrene (Mw): 3970, polydispersity: 1.9). As a result of measuring the dissolution rate of the coating film of this resin in the same manner as in Example 1, the dissolution rate of the coating film was 1.0 nm / sec. Further, a resist solution was prepared in the same manner as in Example 1, and the sensitivity at 30 kV was measured. As a result, the sensitivity was 2 μC / em 2 . Furthermore, as a result of forming an 80 nm line / spacing pattern using an electron beam drawing apparatus (electron beam acceleration voltage is 75 kV), the line width variation (3σ) is 6.0 nm with a sensitivity of 16 μC / cm 2. there were.

(実施例3)
トリフルオロエチルエーテル基で水酸基が置換された4,4’−メチレンビス[2−[ジ(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)]メチル]フェノール(トリフルオロエチルエーテル基の置換率は50%)を多核フェノールに用い、以下、樹脂合成例1と同様に合成した樹脂を用いた(GPCによりポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw):2100、多分散度:1.3)。
(Example 3)
4,4′-methylenebis [2- [di (4-hydroxy-2,5-dimethylphenyl)] methyl] phenol having a hydroxyl group substituted with a trifluoroethyl ether group (the substitution rate of the trifluoroethyl ether group is 50%) ) Was used for polynuclear phenol, and a resin synthesized in the same manner as in Resin Synthesis Example 1 was used (weight average molecular weight (Mw) in terms of polystyrene by GPC: 2100, polydispersity: 1.3).

この樹脂:100重量部、酸発生剤としてジフェニルヨードニウムトリフレート:10重量部を酢酸メチルセロソルブに溶解して、固形分濃度8重量%のレジスト溶液を調合した。上述のレジストをシリコンウエハ上に滴下し、回転塗布後110℃、2分間熱処理して0.15μmの厚さのレジスト膜を得た。電子線描画装置(電子線の加速電圧は30kV)を用い、この基板に照射量を段階的に変化させて電子線を照射後、90℃、2分間熱処理してレジスト膜の潜像部分に対する溶解性を増加させる反応を促進した。   100 parts by weight of this resin and 10 parts by weight of diphenyliodonium triflate as an acid generator were dissolved in methyl cellosolve to prepare a resist solution having a solid concentration of 8% by weight. The above-mentioned resist was dropped on a silicon wafer, heat-treated at 110 ° C. for 2 minutes after spin coating, and a resist film having a thickness of 0.15 μm was obtained. Using an electron beam lithography system (acceleration voltage of the electron beam is 30 kV), this substrate is irradiated with an electron beam in a stepwise manner, and then heat treated at 90 ° C. for 2 minutes to dissolve the latent image portion of the resist film. Promoted reactions that increase sex.

上述の熱処理後、図4に示す超臨界現像装置を用いてウエハの処理を行なった。現像装置は、高圧二酸化炭素ガス容器401、高圧ポンプ402が配管403により、ウエハを固定できる高圧容器405に接続されている。配管の403の途中には、二酸化炭素の流量を制御するバルブ404がある。また、高圧容器405の周囲には、温度調整器406が装着されている。高圧容器405に導入された二酸化炭素は、排出口408から排出される。なお、ここで気化して排出された二酸化炭素は、回収されて液化二酸化炭素として再生することにより再利用を可能とし、かつ環境への影響を防止する策を採っている。   After the above heat treatment, the wafer was processed using the supercritical developing apparatus shown in FIG. In the developing device, a high-pressure carbon dioxide gas container 401 and a high-pressure pump 402 are connected by a pipe 403 to a high-pressure container 405 that can fix a wafer. In the middle of the pipe 403 is a valve 404 that controls the flow rate of carbon dioxide. A temperature regulator 406 is attached around the high-pressure vessel 405. Carbon dioxide introduced into the high-pressure vessel 405 is discharged from the discharge port 408. Here, the carbon dioxide that has been vaporized and discharged is recovered and regenerated as liquefied carbon dioxide so that it can be reused, and measures are taken to prevent the influence on the environment.

二酸化炭素の排出量は、バルブ407で制御される。高圧容器405内の圧力は、二酸化炭素導入バルブ404と排出バルブ407とを制御することにより変化させることができる。露光した基板409は、温度が36℃(この温度は、臨界温度31℃近傍の温度として用いた。)の高圧容器405内に固定し、密閉した。この後、高圧ポンプ402を作動させ、バルブ404を開放し、400ミリリットル/分の流量で二酸化炭素を高圧容器405内に導入した。この時、二酸化炭素を容器から排出させながら、導入量を排出量に比べて過剰にすることにより、高圧容器内の圧力を設定している。   The discharge amount of carbon dioxide is controlled by a valve 407. The pressure in the high-pressure vessel 405 can be changed by controlling the carbon dioxide introduction valve 404 and the discharge valve 407. The exposed substrate 409 was fixed and sealed in a high-pressure vessel 405 having a temperature of 36 ° C. (this temperature was used as a temperature near the critical temperature of 31 ° C.). Thereafter, the high-pressure pump 402 was operated, the valve 404 was opened, and carbon dioxide was introduced into the high-pressure vessel 405 at a flow rate of 400 ml / min. At this time, the pressure in the high-pressure vessel is set by making the introduction amount excessive compared to the discharge amount while discharging carbon dioxide from the vessel.

容器内を200気圧まで上昇し、2分間現像を行なった後、現像容器内を36℃に保ったまま、圧力を73気圧に減圧し、5分間リンスを行なった。なお、減圧は導入バルブ404からの注入量を減少させ、排出バルブ407からの排出量を増加させて73気圧にした。また、リンスには新しい流体を導入し、使った流体は高圧容器から放出した。リンス後、導入バルブ404を閉じ、36℃を保ったままで1リットル/分の流量で二酸化炭素を排出し、大気圧まで減圧を行なった。上記の現像処理後、露光部の残留膜厚を測定した。この残留膜厚と露光量との関係から電子線感度を求めたところ、2μC/cmの高感度を得た。 After the inside of the container was raised to 200 atm and developed for 2 minutes, the pressure was reduced to 73 atm while maintaining the inside of the developing container at 36 ° C., and rinsed for 5 minutes. Note that the pressure reduction reduced the injection amount from the introduction valve 404 and increased the discharge amount from the discharge valve 407 to 73 atm. In addition, a new fluid was introduced into the rinse, and the used fluid was discharged from the high-pressure vessel. After rinsing, the introduction valve 404 was closed, carbon dioxide was discharged at a flow rate of 1 liter / min while maintaining 36 ° C., and the pressure was reduced to atmospheric pressure. After the above development processing, the residual film thickness in the exposed area was measured. When the electron beam sensitivity was determined from the relationship between the residual film thickness and the exposure dose, a high sensitivity of 2 μC / cm 2 was obtained.

本発明のパターン形成材料を0.15μmの膜厚で塗布した基板に電子線描画装置(電子線の加速電圧は75kV)を用い、12μC/cmの照射量で0.1μmのライン&スペースパタンを描画した。上記と同様のプロセスで現像を行なった結果、パターン倒れがない状態で、寸法どおりのパタンが形成でき、線幅のばらつき(3σ)は8.5nmであった。 Using an electron beam drawing apparatus (acceleration voltage of electron beam is 75 kV) on a substrate coated with the pattern forming material of the present invention with a film thickness of 0.15 μm, a line and space pattern of 0.1 μm at an irradiation dose of 12 μC / cm 2. Drawn. As a result of developing in the same process as described above, a pattern having a dimension could be formed without pattern collapse, and the variation in line width (3σ) was 8.5 nm.

(実施の形態1)
電子線描画技術を用いてシリコン半導体の層間絶縁膜を加工するプロセスに、本発明の感放射線組成物およびパターン形成方法を適用した実施の形態を図5に示す。
(Embodiment 1)
FIG. 5 shows an embodiment in which the radiation-sensitive composition and pattern forming method of the present invention are applied to a process of processing an interlayer insulating film of a silicon semiconductor using an electron beam drawing technique.

まず、p形シリコン単結晶からなる半導体基板501上に、SiOからなる素子分離用のフィールド絶縁膜502が設けられている。このフィールド絶縁膜502で周囲を囲まれた図示しない活性領域には、MOS・トランジスタあるいはバイポーラ・トランジスタなどの半導体素子が設けられている。フィールド絶縁膜502上には、第1層アルミニウム配線503がパターン形成され、さらにこれらのアルミニウム配線503上に層間絶縁膜504が設けられている。この層間絶縁膜504は、例えば、SiOで構成されている。層問絶縁膜504上には、本発明の感放射線組成物(実施例1)の塗膜505が形成されている(図5(a))。 First, a field insulating film 502 for element isolation made of SiO 2 is provided on a semiconductor substrate 501 made of p-type silicon single crystal. In an active region (not shown) surrounded by the field insulating film 502, a semiconductor element such as a MOS transistor or a bipolar transistor is provided. A first layer aluminum wiring 503 is patterned on the field insulating film 502, and an interlayer insulating film 504 is further provided on the aluminum wiring 503. This interlayer insulating film 504 is made of, for example, SiO 2 . On the layer insulating film 504, a coating film 505 of the radiation-sensitive composition of the present invention (Example 1) is formed (FIG. 5A).

次に、所定の位置に電子線506を照射して、レジスト膜505上に潜像を形成した後、90℃、2分間熱処理して、レジストの潜像部分のアルカリ水溶液に対する溶解性を増加させる反応を促進した(図5(b))。上述の熱処理後、TMAH1.2重量%を含む水溶液に60秒間浸漬して現像を行ない、レジストパターン507を形成した(図5(c))。   Next, an electron beam 506 is irradiated at a predetermined position to form a latent image on the resist film 505, and then heat treated at 90 ° C. for 2 minutes to increase the solubility of the latent image portion of the resist in an alkaline aqueous solution. The reaction was accelerated (FIG. 5 (b)). After the above heat treatment, development was performed by immersing in an aqueous solution containing 1.2% by weight of TMAH for 60 seconds to form a resist pattern 507 (FIG. 5C).

次に、このレジスト膜507をマスクとして層間絶縁膜504をエッチングした後、レジスト膜507を除去することにより、第1層アルミニウム配線503と次工程で形成される第2層アルミニウム配線との導通をとるためのスルーホール508を形成した。   Next, the interlayer insulating film 504 is etched using the resist film 507 as a mask, and then the resist film 507 is removed, whereby conduction between the first layer aluminum wiring 503 and the second layer aluminum wiring formed in the next process is achieved. A through hole 508 for taking was formed.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

本発明は、半導体集積回路、光ディスク、ハードディスク等の電子装置の製造に適用され、特に、微細パターンを精度よく形成するためのリソグラフィ工程に利用することができる。   The present invention is applied to the manufacture of electronic devices such as semiconductor integrated circuits, optical disks, and hard disks, and can be used particularly in a lithography process for forming fine patterns with high accuracy.

超臨界流体現像型レジストのプロセスの工程図である。It is process drawing of the process of a supercritical fluid development type resist. 本発明による超臨界流体を用いたレジスト現像工程における時間と圧力の関係図である。It is a relationship diagram of time and pressure in a resist development process using a supercritical fluid according to the present invention. 本発明の多核フェノールの分子量分布図である。It is a molecular weight distribution map of the polynuclear phenol of the present invention. 本発明の一実施例に係るレジスト現像装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a resist developing apparatus according to an embodiment of the present invention. (a)〜(d)は、本発明の実施の形態を説明するためのプロセス断面図である。(A)-(d) is process sectional drawing for demonstrating embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

401 高圧二酸化炭素ガス容器
402 高圧ポンプ
403 配管
404 流量制御バルブ
405 高圧容器
406 温度調整器
407 排出量制御バルブ
408 排出口
409 基板
501 半導体基板
502 フィールド絶縁膜
503 アルミニウム配線
504 層間絶縁膜
505 レジスト膜
506 電子線
507 現像後のレジストパターン
508 スルーホール
401 High-pressure carbon dioxide gas container 402 High-pressure pump 403 Piping 404 Flow control valve 405 High-pressure container 406 Temperature regulator 407 Discharge control valve 408 Discharge port 409 Substrate 501 Semiconductor substrate 502 Field insulating film 503 Aluminum wiring 504 Interlayer insulating film 505 Resist film 506 Electron beam 507 Resist pattern 508 after development Through hole

Claims (5)

ベンゼン環を5個以上、水酸基を5個以上有し、かつ1個のベンゼン環に結合した水酸基が2個以下である多核フェノール化合物が酸分解性基を介して少なくとも2個以上結合した構造を有する化合物もしくは樹脂を主成分とし、放射線の照射によって分子量が減少する感放射線組成物であって、
前記多核フェノール化合物の純度は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した前記主成分に該当するピーク面積の割合で90%以上であることを特徴とする感放射線組成物。
A structure in which at least two polynuclear phenol compounds having 5 or more benzene rings and 5 or more hydroxyl groups and having 2 or less hydroxyl groups bonded to one benzene ring are bonded via an acid-decomposable group. A radiation-sensitive composition comprising a compound or resin as a main component, the molecular weight of which decreases by irradiation with radiation,
The radiation-sensitive composition according to claim 1, wherein the polynuclear phenol compound has a purity of 90% or more in terms of a peak area corresponding to the main component measured by gel permeation chromatography.
前記多核フェノール化合物は、5〜22個の前記ベンゼン環がメチレン炭素、メチン炭素、第四級炭素のうち一つ以上を介して相互に結合した構造を有することを特徴とする請求項1記載の感放射線組成物。   The polynuclear phenol compound has a structure in which 5 to 22 benzene rings are bonded to each other via one or more of methylene carbon, methine carbon, and quaternary carbon. Radiation sensitive composition. (a)電子装置製造用の基板上に感放射線組成物を主成分とするレジスト膜を塗布する工程、
(b)前記レジスト膜に所定パターンのマスクを介して放射線を照射することにより、所定パターンの潜像を形成する工程、
(c)前記所定パターンの潜像が形成された前記レジスト膜を現像することによって、前記基板上に所定パターンのレジスト膜を形成する工程、
(d)前記工程(c)で得られた前記所定パターンのレジスト膜をマスクにして前記基板をエッチングする工程を含み、
前記感放射線組成物は、ベンゼン環を5個以上、水酸基を5個以上有し、かつ1個のベンゼン環に結合した水酸基が2個以下である多核フェノール化合物が酸分解性基を介して少なくとも2個以上結合した構造を有する化合物もしくは樹脂を主成分とし、放射線の照射によって分子量が減少する感放射線組成物であって、
前記多核フェノール化合物の純度は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した前記主成分に該当するピーク面積の割合で90%以上であることを特徴とする電子装置の製造方法。
(A) The process of apply | coating the resist film which has a radiation sensitive composition as a main component on the board | substrate for electronic device manufacture,
(B) forming a latent image of a predetermined pattern by irradiating the resist film with radiation through a mask of a predetermined pattern;
(C) forming a resist film having a predetermined pattern on the substrate by developing the resist film on which the latent image having the predetermined pattern is formed;
(D) etching the substrate using the resist film of the predetermined pattern obtained in the step (c) as a mask,
In the radiation-sensitive composition, the polynuclear phenol compound having 5 or more benzene rings and 5 or more hydroxyl groups and having 2 or less hydroxyl groups bonded to one benzene ring is present at least via an acid-decomposable group. A radiation-sensitive composition comprising as a main component a compound or resin having a structure in which two or more are bonded, and having a molecular weight reduced by irradiation with radiation,
The purity of the polynuclear phenol compound is 90% or more in terms of the ratio of the peak area corresponding to the main component measured by gel permeation chromatography.
前記工程(c)の現像は、前記レジスト膜を超臨界状態の二酸化炭素雰囲気に曝すことによって行うことを特徴とする請求項3記載の電子装置の製造方法。   4. The method of manufacturing an electronic device according to claim 3, wherein the development in the step (c) is performed by exposing the resist film to a supercritical carbon dioxide atmosphere. 前記放射線は、電子線、X線または5〜15nmの波長を有する極紫外線であることを特徴とする請求項3記載の電子装置の製造方法。   4. The method of manufacturing an electronic device according to claim 3, wherein the radiation is an electron beam, an X-ray, or extreme ultraviolet rays having a wavelength of 5 to 15 nm.
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