JP2007248801A - Negative resist composition and patterning method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative resist composition for electron beams or X-rays for improving a dissolution rate with an alkali developer while keeping desired high sensitivity/high resolution and environmental stability of a resist film. <P>SOLUTION: The negative resist composition contains at least: a compound (A) which generates an acid by irradiation with electron beams or X-rays; an alkali soluble resin (B); a crosslinking agent (C) which produces a crosslinked structure with the generated acid; and a polycyclic aromatic derivative dissolution accelerator (D) which is soluble in a resist solvent, emits secondary electrons by irradiation with electron beams or X-rays and is easily ionized. The composition may further contain a nitrogen-containing basic compound (E). A patterning method is disclosed which includes steps of forming a resist film from the above negative resist composition and exposing and developing. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、高感度および矩形プロファイルを両立することができ、さらにレジスト残査が少なくエッチング耐性が高い電子線またはX線用ネガ型化学増幅型レジスト組成物と、そのレジストを用いたパターン形成方法に関する。   The present invention provides both a high sensitivity and a rectangular profile, and further has a resist residue and a low etching resistance, an electron beam or X-ray negative chemically amplified resist composition, and a pattern forming method using the resist About.

近年、種々の電子線ポジ型レジスト組成物が提案されている(例えば特許文献1参照)。例えば電子線を光源として利用したパターン形成プロセスは、I線、エキシマレーザー等の放射線を光源として利用したプロセスに比べ、高解像度化が可能であるとして、次世代の256メガ、1ギガ、4ギガ等の超高集積度半導体素子の製造にその適用が検討されている。   In recent years, various electron beam positive resist compositions have been proposed (see, for example, Patent Document 1). For example, a pattern formation process using an electron beam as a light source can achieve higher resolution than a process using radiation such as an I-line or excimer laser as a light source. Next generation 256 mega, 1 giga, 4 giga Its application is being studied for the production of ultra-highly integrated semiconductor devices such as the above.

しかし、電子線またはX線を用いたパターン形成は、I線、エキシマレーザーとの光源を用いたパターン形成における露光メカニズムが異なる。また、露光される電子線またはX線は、ほとんどがレジスト膜中を通過し、パターン形成に必要とされる化学反応に寄与するエネルギーに変換されにくい。また、電子線またはX線露光においては、真空中での露光となるためレジスト組成物膜の安定性が求められる。
以上のことから、化学増幅型ポジレジストの場合、光酸発生剤の含有量を多くし、酸解離性樹脂に嵩高い構造を持つものなどを導入することにより、所望の性能を達成している。
特開2002−258483号公報
However, pattern formation using an electron beam or X-ray differs in the exposure mechanism in pattern formation using a light source with an I-line or excimer laser. Moreover, most of the electron beam or X-ray to be exposed passes through the resist film and is not easily converted into energy that contributes to a chemical reaction required for pattern formation. In addition, in the electron beam or X-ray exposure, since the exposure is performed in vacuum, the stability of the resist composition film is required.
From the above, in the case of a chemically amplified positive resist, the desired performance is achieved by increasing the content of the photoacid generator and introducing a bulky structure into the acid-dissociable resin. .
JP 2002-254843 A

しかしながら、光酸発生剤の含有量を多くすると、アルカリ現像溶液への溶解抑止効果が働き、さらに酸解離性樹脂の構造を嵩高くすることで親水性が低下するという問題が生じる。そして、レジスト組成物膜のアルカリ現像液に対する溶解速度が低下し、現像工程の裕度がなくなり微細化が進むパターン寸法の制御が困難になっている。
さらに、レジストのエッチング耐性が向上すれば、エッチングの際のプロセス裕度が広くなり今後の微細化に有利になる。
以上のことから、電子線またはX線を利用したパターン形成プロセスを実用化させるためには、現状の性能を保持しつつ感度およびアルカリ現像液に対する溶解速度を向上し、エッチング耐性を高めることが必須であった。
However, when the content of the photoacid generator is increased, the effect of inhibiting dissolution in an alkali developing solution works, and further, the structure of the acid dissociable resin becomes bulky, resulting in a problem that hydrophilicity is lowered. And the dissolution rate with respect to the alkaline developing solution of a resist composition film falls, the tolerance of a development process is lost, and the control of the pattern dimension which refines | miniaturizes becomes difficult.
Furthermore, if the etching resistance of the resist is improved, the process tolerance at the time of etching becomes wider, which is advantageous for future miniaturization.
From the above, in order to put the pattern forming process using electron beam or X-ray into practical use, it is essential to improve sensitivity and dissolution rate in alkaline developer, and improve etching resistance while maintaining the current performance. Met.

一般的に化学増幅型レジストにおいて、感度、解像度が達成される機構は、エネルギー照射した際の酸発生剤からの酸の発生が重要である。
例えば、紫外線照射の場合は、酸発生剤の紫外線吸収による化学的分解により酸が発生する。
これに対して、電子線およびX線照射の場合、例えば「Jpn.Appl. Phys.、31、1992、4301」等の報告にあるように、ほとんどの放射線は、レジストフィルムを付きぬける上、酸発生剤自身の吸収は少なく、レジスト中に含まれる高分子化合物等が2次電子を放出し、イオン化する。そして、そのイオンが、酸発生剤に寄与することによって酸が発生する。
よって、電子線およびX線用化学増幅型レジストにおいて、高感度化、高解像度化を目指すには、2次電子を放出し、イオン化しやすい化合物が採用される。
In general, in a chemically amplified resist, generation of an acid from an acid generator upon energy irradiation is important as a mechanism for achieving sensitivity and resolution.
For example, in the case of ultraviolet irradiation, an acid is generated by chemical decomposition due to ultraviolet absorption of the acid generator.
On the other hand, in the case of electron beam and X-ray irradiation, as reported in “Jpn. Appl. Phys., 31, 1992, 4301”, etc. The generator itself absorbs little, and the polymer compound contained in the resist emits secondary electrons and is ionized. And the acid generate | occur | produces because the ion contributes to an acid generator.
Therefore, in the chemically amplified resist for electron beams and X-rays, in order to achieve high sensitivity and high resolution, a compound that emits secondary electrons and is easily ionized is employed.

一方、高エッチング耐性を実現するには、大西パラメータ、リングパラーメーターを算出し、化合物の分子設計を行なうことが古くから知られている。これらのパラメータから、ヘテロ原子を含まない環状構造を持つ有機化合物が有利であり、レジストを構成する樹脂等は、これらの構造を採用することが多い。   On the other hand, in order to achieve high etching resistance, it has long been known to calculate molecular parameters of compounds by calculating Onishi parameters and ring parameters. From these parameters, an organic compound having a cyclic structure that does not contain a hetero atom is advantageous, and the resin and the like constituting the resist often adopt these structures.

そこで、本発明の目的は、所望の高感度・高解像度およびレジスト膜の環境安定性を持ちつつ、アルカリ現像液に対する溶解速度を向上させることのできる電子線またはX線用ネガ型レジスト組成物を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an electron beam or X-ray negative resist composition capable of improving the dissolution rate in an alkaline developer while having the desired high sensitivity and high resolution and environmental stability of the resist film. It is to provide.

本願の発明者等は上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、電子線またはX線ポジレジスト組成物にアルカリ現像液に対し、溶解度を向上させ、さらに感度、解像度さらにエッチング耐性を向上させる溶解促進剤を添加することにより、高感度・高解像度・高環境安定性・高パターン寸法制御および高エッチング耐性が図れることを見出した。すなわち、本発明は下記の構成を含むものである。   The inventors of the present application have made extensive studies to solve the above-mentioned problems. As a result, the solubility of an electron beam or X-ray positive resist composition in an alkali developer is improved, and sensitivity, resolution, and etching resistance are further improved. It was found that high sensitivity, high resolution, high environmental stability, high pattern size control, and high etching resistance can be achieved by adding a dissolution accelerator. That is, the present invention includes the following configuration.

すなわち、本発明の第1の発明は、電子線またはX線の照射により酸を発生する化合物(A)と、アルカリ可溶性となる樹脂(B)と、発生した酸により架橋反応を起こす架橋剤(C)と、レジスト用溶剤に可溶で、電子線またはX線を照射した際に2次電子を放出し、イオン化しやすい多環式芳香族誘導体溶解促進剤(D)とを含有することを特徴とする。
また、本発明の第2の発明は、更に含窒素塩基性化合物(E)を含有することを特徴とする。さらに本発明の第3の発明は、更に界面活性剤(F)を含有することを特徴とする。
That is, the first invention of the present invention comprises a compound (A) that generates an acid upon irradiation with an electron beam or X-ray, a resin (B) that becomes alkali-soluble, and a crosslinking agent that causes a crosslinking reaction with the generated acid ( And C) and a polycyclic aromatic derivative dissolution accelerator (D) that is soluble in a resist solvent, emits secondary electrons when irradiated with an electron beam or X-ray, and is easily ionized. Features.
The second invention of the present invention is characterized by further containing a nitrogen-containing basic compound (E). Furthermore, the third invention of the present invention is characterized by further containing a surfactant (F).

また本発明の第4の発明は、ネガ型レジスト組成物によりレジスト膜を形成し、該レジスト膜を露光、現像する工程を含むパターン形成方法であって、前記ネガ型レジスト組成物は、電子線またはX線の照射により酸を発生する化合物(A)と、アルカリ可溶性となる樹脂(B)と、発生した酸により架橋反応を起こす架橋剤(C)と、レジスト用溶剤に可溶で、電子線またはX線を照射した際に2次電子を放出し、イオン化しやすい多環式芳香族誘導体溶解促進剤(D)とを含有することを特徴とする。
また本発明の第5の発明は、ネガ型レジスト組成物が更に含窒素塩基性化合物(E)を含有することを特徴とする。さらに本発明の第6の発明は、ネガ型レジスト組成物が更に界面活性剤(F)を含有することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a pattern forming method comprising a step of forming a resist film from a negative resist composition, exposing and developing the resist film, and the negative resist composition comprises an electron beam Alternatively, the compound (A) that generates an acid upon irradiation with X-rays, the resin (B) that becomes alkali-soluble, the crosslinking agent (C) that causes a crosslinking reaction with the generated acid, and a solvent that is soluble in a resist solvent, It contains a polycyclic aromatic derivative dissolution accelerator (D) that emits secondary electrons when irradiated with X-rays or X-rays and is easily ionized.
The fifth invention of the present invention is characterized in that the negative resist composition further contains a nitrogen-containing basic compound (E). Furthermore, the sixth invention of the present invention is characterized in that the negative resist composition further contains a surfactant (F).

本発明のネガ型レジスト組成物及びパターン形成方法によれば、電子線あるいはX線の照射によって2次電子を放出しやすい溶解促進剤を用いることによって、高感度が達成される。また、溶解速度が著しく向上することから高解像度なパターンが得られ、現像不良などの基板欠陥形成を防止できる。
また、このようなレジスト膜は、ドライエッチング耐性、耐熱性、機械的強度にも優れており、更なる薄膜化進めることができるため、今後ますます微細化が進行すると予想される半導体デバイスおよび半導体デバイス用フォトマスク製造用の化学増幅型レジストとして極めて有用である。
According to the negative resist composition and the pattern forming method of the present invention, high sensitivity is achieved by using a dissolution accelerator that easily emits secondary electrons upon irradiation with an electron beam or X-ray. Further, since the dissolution rate is remarkably improved, a high resolution pattern can be obtained, and the formation of substrate defects such as development defects can be prevented.
Such resist films are also excellent in dry etching resistance, heat resistance, and mechanical strength, and can be further thinned. Therefore, semiconductor devices and semiconductors that are expected to become increasingly finer in the future. It is extremely useful as a chemically amplified resist for manufacturing a photomask for devices.

以下、本発明のレジスト組成物に使用する化合物について詳細を説明する。
(a)電子線またはX線の照射により酸を発生する化合物 (A)(光酸発生剤)について
本例で使用される光酸発生剤として、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、あるいは半導体レジスト等に使用されている公知の光(400〜200nmの紫外線、遠紫外線、特に好ましくは、g線、h線、I線、KrFエキシマレーザー光)、ArFエキシマレーザー光、電子線、X線、分子線またはイオンビームにより酸を発生する化合物及びそれらの混合物を適宜に選択して使用することができる。
Hereinafter, the compound used for the resist composition of the present invention will be described in detail.
(A) Compound that generates acid upon irradiation with electron beam or X-ray (A) (photoacid generator) As a photoacid generator used in this example, a photoinitiator for photocationic polymerization, a photoradical polymerization Known light (400-200 nm ultraviolet light, far ultraviolet light, particularly preferably g-line, h-line, I-line) used for photoinitiators, photodecolorants of dyes, photochromic agents, semiconductor resists, etc. , KrF excimer laser light), ArF excimer laser light, electron beam, X-ray, molecular beam or ion beam, and a mixture thereof and a mixture thereof can be appropriately selected and used.

また、その他の本例に用いられる光酸発生剤としては、例えばジアゾニウム塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、セレノニウム塩、アルソニウム塩等のオニウム塩、有機ハロゲン化合物、有機金属/有機ハロゲン化物、O−ニトロベンジル型保護基を有する光酸発生剤、イミノスルフォネート等に代表される光分解してスルホン酸を発生する化合物、ジスルホン化合物、ジアゾケトスルホン、ジアゾジスルホン化合物等を挙げることができる。また、これらの光により酸を発生する基、あるいは化合物をポリマーの主鎖または側鎖に導入した化合物を用いることができる。   Other examples of photoacid generators used in this example include diazonium salts, ammonium salts, phosphonium salts, iodonium salts, sulfonium salts, selenonium salts, onium salts such as arsonium salts, organic halogen compounds, organic metals / organics. Listed are halides, photoacid generators having an O-nitrobenzyl-type protecting group, compounds that generate sulfonic acids by photolysis, such as iminosulfonates, disulfone compounds, diazoketosulfones, and diazodisulfone compounds. be able to. In addition, a group in which an acid is generated by light or a compound in which a compound is introduced into the main chain or side chain of a polymer can be used.

また、これらは単独で、または必要に応じて2種以上混合して使用することができる。より具体的には、光酸発生剤として、以下のa1〜a7に示すような化合物を例示することができる。   Moreover, these can be used individually or in mixture of 2 or more types as needed. More specifically, compounds as shown in the following a1 to a7 can be exemplified as the photoacid generator.

a1.ヨードニウム塩化合物
ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−メトキシフェニルフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−メトキシフェニルフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムテトラフルオロボレート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェートビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウム10−カンファースルホネート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムp−トルエンスルホネートなど。
a1. Iodonium salt compound Diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate, 4-methoxyphenylphenyliodonium hexafluoroantimonate, 4-methoxyphenylphenyliodonium trifluoromethanesulfonate, bis (4-tert-butylphenyl) iodonium tetrafluoroborate, bis (4-tert- Butylphenyl) iodonium hexafluorophosphate bis (4-tert-butylphenyl) iodonium hexafluoroantimonate, bis (4-tert-butylphenyl) iodonium trifluoromethanesulfonate, bis (4-tert-butylphenyl) iodonium 10-camphorsulfonate Bis (4-tert-butylphenyl) iodonium p-toluenesulfonate and the like.

a2.スルホニウム塩化合物
シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウムパーフルオロオクタンスルホネート、メチルジフェニルスルホニウムパーフルオロオクタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−メトキシフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−メトキシフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−メチルフェニルジフェニルスルホニウムメタンスルホネート、4−メチルフェニルジフェニルスルホニウムパーフルオロオクタンスルホネート、4−メチルフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−tert−ブチルフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−フェニルチオフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、4−フェニルチオフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、1−(2−ナフトイルメチル)チオラニウムヘキサフルオロアンチモネート、1−(2−ナフトイルメチル)チオラニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルジメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネートなど。
a2. Sulfonium salt compound Cyclohexylmethyl (2-oxocyclohexyl) sulfonium perfluorooctane sulfonate, methyl diphenylsulfonium perfluorooctane sulfonate, triphenylsulfonium hexafluorophosphate, triphenylsulfonium hexafluoroantimonate, triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 4-methoxy Phenyldiphenylsulfonium hexafluoroantimonate, 4-methoxyphenyldiphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 4-methylphenyldiphenylsulfonium methanesulfonate, 4-methylphenyldiphenylsulfonium perfluorooctanesulfonate, 4-methylphenyldiphenylsulfonium trifluor Oromethanesulfonate, 2,4,6-trimethylphenyldiphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 4-tert-butylphenyldiphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 4-phenylthiophenyldiphenylsulfonium hexafluorophosphate, 4-phenylthiophenyldiphenylsulfonium hexafluoro Antimonate, 1- (2-naphthoylmethyl) thiolanium hexafluoroantimonate, 1- (2-naphthoylmethyl) thiolanium trifluoromethanesulfonate, 4-hydroxy-1-naphthyldimethylsulfonium hexafluoroantimonate, 4- Hydroxy-1-naphthyldimethylsulfonium trifluoromethanesulfonate and the like.

a3.有機ハロゲン化合物
2−メチル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2,4,6−トリス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−クロロフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−メトキシ−1−ナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(ベンゾ[d][1,3]ジオキソラン−5−イル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(3,4,5−トリメトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(3,4−ジメトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(2,4−ジメトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(2−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−ブトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−ペンチルオキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジンなど。
a3. Organic halogen compounds 2-methyl-4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2,4,6-tris (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2-phenyl-4 , 6-Bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (4-chlorophenyl) -4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (4-methoxyphenyl) ) -4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (4-methoxy-1-naphthyl) -4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (Benzo [d] [1,3] dioxolan-5-yl) -4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (4-methoxystyryl) -4,6- Bis (trichloromethyl) -1,3 , 5-triazine, 2- (3,4,5-trimethoxystyryl) -4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (3,4-dimethoxystyryl) -4, 6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (2,4-dimethoxystyryl) -4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (2- Methoxystyryl) -4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (4-butoxystyryl) -4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2 -(4-pentyloxystyryl) -4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine and the like.

a4.スルホネート化合物
1−ベンゾイル−1−フェニルメチルp−トルエンスルホネート(通称ベンゾイントシレート)、2−ベンゾイル−2−ヒドロキシ−2−フェニルエチルp−トルエンスルホネート(通称α−メチロールベンゾイントシレート)、1,2,3−ベンゼントリイルトリスメタンスルホネート、2,6−ジニトロベンジルp−トルエンスルホネート、2−ニトロベンジルp−トルエンスルホネート、4−ニトロベンジルp−トルエンスルホネートなど。
a4. Sulfonate compounds 1-benzoyl-1-phenylmethyl p-toluenesulfonate (common name benzoin tosylate), 2-benzoyl-2-hydroxy-2-phenylethyl p-toluenesulfonate (common name α-methylol benzoin tosylate), 1,2 , 3-Benzenetriyltrismethanesulfonate, 2,6-dinitrobenzyl p-toluenesulfonate, 2-nitrobenzyl p-toluenesulfonate, 4-nitrobenzyl p-toluenesulfonate, and the like.

a5.ジスルホン化合物
ジフェニルジスルホン、ジ−p−トリルジスルホンなど。
a5. Disulfone compounds Diphenyl disulfone, di-p-tolyl disulfone and the like.

a6.ジアゾメタン化合物
ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−クロロフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トリルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−tert−ブチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4−キシリルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、(ベンゾイル)(フェニルスルホニル)ジアゾメタンなど。
a6. Diazomethane compounds Bis (phenylsulfonyl) diazomethane, bis (4-chlorophenylsulfonyl) diazomethane, bis (p-tolylsulfonyl) diazomethane, bis (4-tert-butylphenylsulfonyl) diazomethane, bis (2,4-xylylsulfonyl) diazomethane , Bis (cyclohexylsulfonyl) diazomethane, bis (tert-butylsulfonyl) diazomethane, (benzoyl) (phenylsulfonyl) diazomethane, and the like.

a7.N−スルホニルオキシイミド化合物
N−(エチルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(イソプロピルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(ブチルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(フェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ナフタルイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ナフタルイミドなど。
a7. N-sulfonyloxyimide compound N- (ethylsulfonyloxy) succinimide, N- (isopropylsulfonyloxy) succinimide, N- (butylsulfonyloxy) succinimide, N- (10-camphorsulfonyloxy) succinimide, N- (phenylsulfonyloxy) ) Succinimide, N- (trifluoromethylsulfonyloxy) succinimide, N- (trifluoromethylsulfonyloxy) phthalimide, N- (trifluoromethylsulfonyloxy) -5-norbornene-2,3-dicarboximide, N- ( Trifluoromethylsulfonyloxy) naphthalimide, N- (10-camphorsulfonyloxy) naphthalimide, and the like.

これらのなかでも、本発明で規定する樹脂との組合せで好ましい酸発生剤としては、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウム10−カンファースルホネート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムp−トルエンスルホネート、シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウムパーフルオロオクタンスルホネート、メチルジフェニルスルホニウムパーフルオロオクタンスルホネート、4−メチルフェニルジフェニルスルホニウムメタンスルホネート、4−メチルフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−メチルフェニルジフェニルスルホニウムパーフルオロオクタンスルホネート、ビス(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トリルスルホニル)ジアゾメタンなどを挙げることができる。   Among these, preferred acid generators in combination with the resin specified in the present invention include bis (4-tert-butylphenyl) iodonium 10-camphorsulfonate, bis (4-tert-butylphenyl) iodonium p-toluene. Sulfonate, cyclohexylmethyl (2-oxocyclohexyl) sulfonium perfluorooctane sulfonate, methyldiphenylsulfonium perfluorooctane sulfonate, 4-methylphenyldiphenylsulfonium methanesulfonate, 4-methylphenyldiphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 4-methylphenyldiphenylsulfonium persulfate Fluorooctane sulfonate, bis (tert-butylsulfonyl) diazomethane, bis (cyclohexylsulfonyl) diazomethane, Such as scan (p- tolyl) diazomethane can be given.

これらの光酸発生剤の添加量は、組成物中の固形分を基準として、通常0.001〜40重量%の範囲で用いられ、好ましくは5〜30重量%の範囲で使用される。光酸発生剤の添加量が、5重量%より少ないと感度が低くなり、また添加量が40重量%より多いと溶解抑止効果が働き、プロファイルの悪化や、プロセス(特にベーク)マージンが狭くなり好ましくない。   The added amount of these photoacid generators is usually used in the range of 0.001 to 40% by weight, preferably in the range of 5 to 30% by weight, based on the solid content in the composition. If the amount of photoacid generator added is less than 5% by weight, the sensitivity will be low, and if the amount added is more than 40% by weight, the dissolution inhibiting effect will work and the profile will deteriorate and the process (especially baking) margin will be narrowed. It is not preferable.

(b)アルカリ可溶性樹脂(B)について、
(B)成分のアルカリ可溶性となる樹脂は、特に制限はなく、従来の電子線またはX線ポジ型レジスト組成物において周知のものを用いることができる。このようなアルカリ可溶性樹脂としては、フェノール、m−クレゾール、p−クレゾール、キシレノ−ル、トリメチルフェノールなどのフェノール類とホルムアルデヒドなどのアルデヒド類とを酸性触媒下に縮合させて得られたノボラック樹脂、ヒドロキシスチレンの単独重合体やヒドロキシスチレンと他のスチレン系単量体との共重合体、ヒドロキシスチレンとアクリル酸またはメタクリル酸あるいはその誘導体との共重合体などのポリヒドロキシスチレン系樹脂、アクリル酸またはメタクリル酸とその誘導体との共重合体であるアクリル酸またはメタクリル酸系樹脂などのアルカリ可溶性樹脂に、水酸基あるいはカルボン酸基の一部を置換基で保護されたものなどがあげられる。
(B) About the alkali-soluble resin (B)
The resin that is alkali-soluble as the component (B) is not particularly limited, and any conventional electron beam or X-ray positive resist composition can be used. Examples of such alkali-soluble resins include novolak resins obtained by condensing phenols such as phenol, m-cresol, p-cresol, xylenol, and trimethylphenol with aldehydes such as formaldehyde in the presence of an acidic catalyst, Polyhydroxystyrene resins such as homopolymers of hydroxystyrene, copolymers of hydroxystyrene and other styrene monomers, copolymers of hydroxystyrene and acrylic acid or methacrylic acid or derivatives thereof, acrylic acid or Examples include an alkali-soluble resin such as acrylic acid or a methacrylic acid resin, which is a copolymer of methacrylic acid and a derivative thereof, in which a hydroxyl group or a part of a carboxylic acid group is protected with a substituent.

上記のヒドロキシスチレンと共重合させるスチレン系単量体としては、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、o−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p―クロロスチレン、ビニルナフタレン、ビニルフルオレン、ビニルフェナントレン、ビニルアントラセンなどが挙げられる。また、上記アクリル酸またはメタクリル酸の誘導体としては、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸2−ヒドロキシルプロピル、アクリルアミド、アクリロニトリル及び対応するメタクリル酸誘導体を挙げることができる。   Examples of the styrene monomer copolymerized with the above hydroxystyrene include styrene, α-methylstyrene, p-methylstyrene, o-methylstyrene, p-methoxystyrene, p-chlorostyrene, vinylnaphthalene, vinylfluorene, vinyl. Examples include phenanthrene and vinyl anthracene. Examples of the acrylic acid or methacrylic acid derivative include methyl acrylate, ethyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxylpropyl acrylate, acrylamide, acrylonitrile, and corresponding methacrylic acid derivatives. .

アルカリ可溶性樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定したポリスチレン換算重量分子量(以下、「Mw」という)は、好ましくは1,000〜150,000、さらに好ましくは3,000〜100,000である。アルカリ可溶性樹脂は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。   The polystyrene-reduced weight molecular weight (hereinafter referred to as “Mw”) measured by gel permeation chromatography of the alkali-soluble resin is preferably 1,000 to 150,000, more preferably 3,000 to 100,000. The alkali-soluble resins can be used alone or in admixture of two or more.

(c)架橋剤(C)について、
架橋剤(C)は、ノボラック樹脂やポリビニルフェノールなどのアルカリ可溶性樹脂を架橋させて硬化させうるものであればよく、具体的には、ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基、アシルオキシメチル基、またはアルコキシメチルエーテル基を2個以上有する化合物あるいは、エポキシ基を有する化合物が挙げられる。
(C) About the crosslinking agent (C)
The crosslinking agent (C) is not particularly limited as long as it can cure an alkali-soluble resin such as a novolak resin or polyvinylphenol by crosslinking, and specifically includes a hydroxymethyl group, an alkoxymethyl group, an acyloxymethyl group, or an alkoxymethyl group. Examples thereof include compounds having two or more ether groups or compounds having an epoxy group.

更に好ましくは、アルコキシメチル化、アシルオキシメチル化メラミン化合物、アルコキシメチル化、アシルオキシメチル化ウレア化合物、ヒドロキシメチル化、アルコキシメチル化、アシルオキシメチル化フェノール化合物、およびアルコキシメチルエーテル化フェノール化合物が挙げられる。   More preferred are alkoxymethylated, acyloxymethylated melamine compounds, alkoxymethylated, acyloxymethylated urea compounds, hydroxymethylated, alkoxymethylated, acyloxymethylated phenol compounds, and alkoxymethyl etherified phenol compounds.

上記のメラミン化合物としては、分子量が1200以下のものが好ましい。更に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、テトラメトキシメチルメラミン等が好ましい。   As said melamine compound, a molecular weight is 1200 or less. Furthermore, hexamethylol melamine, pentamethylol melamine, tetramethylol melamine, hexamethoxymethyl melamine, pentamethoxymethyl melamine, tetramethoxymethyl melamine and the like are preferable.

フェノール化合物としては、分子量が1200以下のものが好ましい。更に、分子内にベンゼン環を1個以上含み、更にヒドロキシメチル基またはアルコキシメチル基を合わせて2個以上有するフェノール誘導体を挙げることができる。
具体的には、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−4−メチルフェノール、4−tert-ブチル-2,6−ビス(ヒドロキシメチル)フェノール等が挙げられる。これら架橋剤は、単独で、あるいは2種類を混合して用いても良い。
As the phenol compound, those having a molecular weight of 1200 or less are preferable. Furthermore, the phenol derivative which contains 1 or more benzene rings in a molecule | numerator, and also has 2 or more hydroxymethyl groups or alkoxymethyl groups further can be mentioned.
Specific examples include 2,6-bis (hydroxymethyl) -4-methylphenol and 4-tert-butyl-2,6-bis (hydroxymethyl) phenol. These crosslinking agents may be used alone or in combination of two kinds.

エポキシ化合物としては、一つ以上のエポキシ基を含む、モノマー、ダイマー、オリゴマー、ポリマー状のエポキシ化合物を挙げることができる。例えば、ビスフェノールAとエピクロルヒドリンとの反応生成物、低分子量フェノール-ホルムアルデヒド樹脂とエピクロルヒドリンとの反応生成物等が挙げられる。   Examples of the epoxy compound include monomer, dimer, oligomer, and polymer epoxy compounds containing one or more epoxy groups. Examples thereof include a reaction product of bisphenol A and epichlorohydrin, a reaction product of a low molecular weight phenol-formaldehyde resin and epichlorohydrin, and the like.

架橋剤は、全レジスト組成物固形分中、一般的に3〜60重量%、好ましくは5〜30%重量%の添加量で用いられる。架橋剤の添加量が3重量%未満であると、レジスト膜におけるアルカリ現像液に対する残膜率が低下する。また、30重量%を超えると解像力が低下し、さらにレジスト溶液の保存安定性も低下し、好ましくない。   The crosslinking agent is generally used in an amount of 3 to 60% by weight, preferably 5 to 30% by weight, based on the total solid content of the resist composition. When the addition amount of the crosslinking agent is less than 3% by weight, the remaining film ratio of the resist film with respect to the alkaline developer is lowered. On the other hand, if it exceeds 30% by weight, the resolving power is lowered, and the storage stability of the resist solution is also lowered, which is not preferable.

(d)溶解促進化合物(D)について
次に、成分(D)の溶解促進剤としては、例えば、フェノール性水酸基、カルボキシル基等を導入した化合物を挙げることができる。溶解促進剤は、電子線またはX線照射した際に、2次電子を放出しやすくイオン化する構造を持ち、さらにエッチングに対する耐性を示すような化合物が望ましい。また、低分子化合物でも高分子化合物でもよい。2次電子を放出しやすい化合物として多環式芳香族誘導体が挙げられる。これらは電子リッチな構造を持ち、照射された電子線あるいはX線の高いエネルギーを吸収しさらに2次電子を放出してイオン化し、酸発生剤へエネルギー移動をしやすくする。これらの骨格に上記アルカリ可溶性基を持たせたものが、本発明での溶解促進化合物である。溶解促進化合物の具体例としては、以下の化合物が挙げられる。
溶解促進剤として、レジスト溶剤に可溶な多環式芳香族誘導体は、ベンゼン環、あるいはヘテロ原子を含む環状不飽和結合を骨格として持つ化合物が好ましい。例えば、式(1)に示すようなカルボン酸あるいは式(2)のようなアルコ-ルが挙げられる。
(D) About dissolution promoting compound (D) Next, examples of the dissolution promoting agent of component (D) include compounds into which a phenolic hydroxyl group, a carboxyl group or the like is introduced. The dissolution accelerator is preferably a compound that has a structure that easily emits secondary electrons and is ionized when irradiated with an electron beam or X-ray, and further exhibits resistance to etching. Moreover, a low molecular compound or a high molecular compound may be sufficient. Examples of the compound that easily emits secondary electrons include polycyclic aromatic derivatives. These have an electron-rich structure, absorb the high energy of the irradiated electron beam or X-ray, and emit secondary electrons to ionize them, facilitating energy transfer to the acid generator. Those having these alkali-soluble groups in these skeletons are the dissolution promoting compounds in the present invention. Specific examples of the dissolution promoting compound include the following compounds.
As the dissolution accelerator, the polycyclic aromatic derivative soluble in the resist solvent is preferably a compound having a benzene ring or a cyclic unsaturated bond containing a hetero atom as a skeleton. For example, a carboxylic acid represented by the formula (1) or an alcohol represented by the formula (2) can be mentioned.

Figure 2007248801
Figure 2007248801

式(1)、(2)で置換基R1は、次のものが挙げられる。フェニル、ビフェニル、トリフェニレン、ナフタレン、フェナントレン、アントラセン、クリセン、ピレン、フルオレン、9,10−ジヒドロアントラセン、フェナジン、フェナントロリン、フェナントリジン、ジベンゾフラン、キサンテン等が好ましい。置換基R2は、次のものが挙げられる。フェニル、フェニルエーテル、メチレン等が好ましい。
また、m、nで表されるR2の数は、2が望ましい。0または1になると有機溶剤に不溶になる場合や、アルカリ現像液に溶けづらくなり欠陥等の原因になる。また、j、kで表されるカルボン酸あるいはアルコール基の数は、2以上が望ましい。
In the formulas (1) and (2), examples of the substituent R1 include the following. Phenyl, biphenyl, triphenylene, naphthalene, phenanthrene, anthracene, chrysene, pyrene, fluorene, 9,10-dihydroanthracene, phenazine, phenanthroline, phenanthridine, dibenzofuran, xanthene and the like are preferable. Examples of the substituent R2 include the following. Phenyl, phenyl ether, methylene and the like are preferred.
The number of R2 represented by m and n is preferably 2. When it becomes 0 or 1, it becomes insoluble in an organic solvent, or it becomes difficult to dissolve in an alkali developer, causing defects and the like. The number of carboxylic acid or alcohol groups represented by j and k is preferably 2 or more.

(e)含窒素塩基性化合物(E)(クエンチャー)について
また、化学増幅型のレジスト組成物を用いたリソグラフィーでは一般に、露光により発生した酸を触媒として連鎖的に化学反応を進行させるために露光後ベーク(ポスト・エクスポージャ・ベーク)を行うが、露光から露光後ベークまでの時間が長くなると、酸の失活に伴う性能劣化を引き起こすことが知られている。
さらに、発生した酸がレジスト塗膜中で必要以上に拡散することにより、未露光部にまで化学反応が広がり、パターン形状等の性能が劣化することがある。このような露光後の引き置きに伴う酸の失活による性能劣化を防止し、あるいは、酸の拡散を制御し、未露光部での反応を抑えるために、塩基性化合物、特に塩基性含窒素有機化合物、例えばアミン類をクェンチャーとして少量配合するのが有効であることが知られており、本発明においても、このような塩基性含窒素有機化合物をクェンチャーとして含有するのが好ましい。
(E) Nitrogen-containing basic compound (E) (quencher) In general, in lithography using a chemically amplified resist composition, in order to proceed a chemical reaction in a chain using an acid generated by exposure as a catalyst. Although post-exposure baking (post-exposure baking) is performed, it is known that if the time from exposure to post-exposure baking becomes longer, performance deterioration is caused by acid deactivation.
Furthermore, when the generated acid diffuses more than necessary in the resist coating film, a chemical reaction spreads to the unexposed area, and the performance such as the pattern shape may deteriorate. In order to prevent performance degradation due to acid deactivation due to such post-exposure holding, or to control acid diffusion and suppress reactions in unexposed areas, basic compounds, particularly basic nitrogen-containing compounds It is known that it is effective to add a small amount of an organic compound such as an amine as a quencher. In the present invention, it is preferable to contain such a basic nitrogen-containing organic compound as a quencher.

クェンチャーに用いる含窒素有機化合物は、1級アミン、2級アミン、3級アミン、不飽和環状アミン、4級アンモニウム塩などであることができ、より具体的には、以下のような化合物が例示される。   The nitrogen-containing organic compound used for the quencher can be a primary amine, a secondary amine, a tertiary amine, an unsaturated cyclic amine, a quaternary ammonium salt, and the like. More specifically, the following compounds are exemplified. Is done.

e1.1級アミン
ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、アニリン、2−,3−または4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、1−または2−ナフチルアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4′−ジアミノ−1,2−ジフェニルエタン、4,4′−ジアミノ−3,3′−ジメチルジフェニルメタン、4,4′−ジアミノ−3,3′−ジエチルジフェニルメタンなど。
e1.1 primary amine hexylamine, heptylamine, octylamine, nonylamine, decylamine, aniline, 2-, 3- or 4-methylaniline, 4-nitroaniline, 1- or 2-naphthylamine, ethylenediamine, tetramethylenediamine, hexa Methylenediamine, 4,4'-diamino-1,2-diphenylethane, 4,4'-diamino-3,3'-dimethyldiphenylmethane, 4,4'-diamino-3,3'-diethyldiphenylmethane, and the like.

e2.2級アミン
ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、N−メチルアニリン、ピペリジン、ジフェニルアミン、N−ベンジルイソプロピルアミンなど。
e2.2 secondary amine Dibutylamine, dipentylamine, dihexylamine, diheptylamine, dioctylamine, dinonylamine, didecylamine, N-methylaniline, piperidine, diphenylamine, N-benzylisopropylamine and the like.

e3.3級アミン
トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、メチルジブチルアミン、メチルジペンチルアミン、メチルジヘキシルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、メチルジヘプチルアミン、メチルジオクチルアミン、メチルジノニルアミン、メチルジデシルアミン、エチルジブチルアミン、エチルジペンチルアミン、エチルジヘキシルアミン、エチルジヘプチルアミン、エチルジオクチルアミン、エチルジノニルアミン、エチルジデシルアミン、トリス〔2−(2−メトキシエトキシ)エチル〕アミン、トリイソプロパノールアミン、N,N−ジメチルアニリン、N,N−ジイソプロピルアニリンなど。
e3.3 tertiary amine triethylamine, trimethylamine, tripropylamine, tributylamine, tripentylamine, trihexylamine, triheptylamine, trioctylamine, trinonylamine, tridecylamine, methyldibutylamine, methyldipentylamine, methyldihexyl Amine, methyldicyclohexylamine, methyldiheptylamine, methyldioctylamine, methyldinonylamine, methyldidecylamine, ethyldibutylamine, ethyldipentylamine, ethyldihexylamine, ethyldiheptylamine, ethyldioctylamine, ethyldinonylamine Ethyldidecylamine, tris [2- (2-methoxyethoxy) ethyl] amine, triisopropanolamine, N, N-dimethylaniline, N, N-diisopropylaniline and the like.

e4.不飽和環状アミン
イミダゾール、ピリジン、4−メチルピリジン、4−メチルイミダゾール、ビピリジン、2,2′−ジピリジルアミン、ジ−2−ピリジルケトン、1,2−ジ(2−ピリジル)エタン、1,2−ジ(4−ピリジル)エタン、1,3−ジ(4−ピリジル)プロパン、1,2−ジ(2−ピリジル)エチレン、1,2−ジ(4−ピリジル)エチレン、1,2−ビス(4−ピリジルオキシ)エタン、4,4′−ジピリジルスルフィド、4,4′−ジピリジルジスルフィド、2,2′−ジピコリルアミン、3,3′−ジピコリルアミンなど。
e4. Unsaturated cyclic amine Imidazole, pyridine, 4-methylpyridine, 4-methylimidazole, bipyridine, 2,2'-dipyridylamine, di-2-pyridyl ketone, 1,2-di (2-pyridyl) ethane, 1,2 -Di (4-pyridyl) ethane, 1,3-di (4-pyridyl) propane, 1,2-di (2-pyridyl) ethylene, 1,2-di (4-pyridyl) ethylene, 1,2-bis (4-pyridyloxy) ethane, 4,4'-dipyridyl sulfide, 4,4'-dipyridyl disulfide, 2,2'-dipicolylamine, 3,3'-dipicolylamine and the like.

e5.4級アンモニウム塩
水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトライソプロピルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウムなど。
e5.4 quaternary ammonium salt Tetramethylammonium hydroxide, tetraisopropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide and the like.

これらのなかでも、2級アミン、3級アミン、4級アンモニウムが好ましく、N−ベンジルイソプロピルアミン、トリス〔2−(2−メトキシエトキシ)エチル〕アミン、トリイソプロパノールアミン、N,N−ジメチルアニリン、N,N−ジイソプロピルアニリン、水酸化テトラメチルアンモニウムが好ましい。また、クェンチャーとして用いる塩基性含窒素有機化合物は、基板上に形成されたレジスト膜のプリベーク後も、レジスト膜中に残存して効果を発揮するよう、プリベークの温度で蒸発しにくいものが好ましく、具体的には150℃以上の沸点を有する化合物が好ましい。   Among these, secondary amine, tertiary amine, and quaternary ammonium are preferable, and N-benzylisopropylamine, tris [2- (2-methoxyethoxy) ethyl] amine, triisopropanolamine, N, N-dimethylaniline, N, N-diisopropylaniline and tetramethylammonium hydroxide are preferred. In addition, the basic nitrogen-containing organic compound used as a quencher is preferably one that hardly evaporates at the pre-baking temperature so that it remains in the resist film and exerts its effect even after pre-baking of the resist film formed on the substrate. Specifically, a compound having a boiling point of 150 ° C. or higher is preferable.

その他の添加剤等
本発明のネガ型レジスト組成物に下地基板との塗れ性をよくする目的で使用できる界面活性剤は、フッ素系及び/またはシリコン系界面活性剤が好適に用いられ、フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤およびフッ素原子とケイ素原子の両方を含有する界面活性剤のいずれか、あるいは2種以上を含有することができる。
Other additives, etc. As the surfactant that can be used in the negative resist composition of the present invention for improving the wettability with the base substrate, fluorine-based and / or silicon-based surfactants are preferably used. Any one or more of surfactants, silicon surfactants, and surfactants containing both fluorine atoms and silicon atoms can be contained.

これらの界面活性剤の配合量は、本発明の組成物中の固形分を基準として、通常0.001重量%〜2重量%、好ましくは0.01重量%〜1重量%である。これらの界面活性剤は単独で添加してもよいし、また、いくつかの組み合わせで添加することもできる。   The compounding amount of these surfactants is usually 0.001% to 2% by weight, preferably 0.01% to 1% by weight, based on the solid content in the composition of the present invention. These surfactants may be added alone or in some combination.

レジスト組成物
本発明のレジスト組成物は通常、光酸発生剤(A)を5〜20重量%、アルカリ可溶製樹脂(B)を60〜90重量%、架橋剤(C)を5〜30重量%、そして溶解促進剤を5〜20重量%の範囲で含有する。中でも樹脂成分を70〜80重量%、酸発生剤を5〜10重量%、架橋剤を10〜20重量%、そして溶解促進剤を5〜10%の範囲とするのが好ましい。また、クェンチャーを含有させる場合は、同じくレジスト組成物の全固形分量を基準に、0.01〜1.0重量%の範囲で用いるのが好ましい。また本発明のレジスト組成物は、必要に応じて、増感剤、界面活性剤、安定剤、染料など、各種の添加物を少量含有することもできる。
Resist Composition The resist composition of the present invention usually has a photoacid generator (A) of 5 to 20% by weight, an alkali-soluble resin (B) of 60 to 90% by weight, and a crosslinking agent (C) of 5 to 30%. % By weight, and a solubility promoter in the range of 5 to 20% by weight. In particular, it is preferable that the resin component is 70 to 80% by weight, the acid generator is 5 to 10% by weight, the crosslinking agent is 10 to 20% by weight, and the dissolution accelerator is 5 to 10%. In addition, when the quencher is contained, it is preferably used in the range of 0.01 to 1.0% by weight based on the total solid content of the resist composition. Moreover, the resist composition of this invention can also contain a small amount of various additives, such as a sensitizer, surfactant, a stabilizer, and dye, as needed.

このレジスト組成物は通常、全固形分濃度が10〜50重量%となるよう、上記各成分を溶剤に混合してレジスト溶液とされ、シリコンウェハまたはマスク用石英の基板上に塗布される。ここで用いる溶剤は、各成分を溶解し、適当な乾燥速度を有するものであればよく、この分野で通常用いられているものが使用できる。例えば、エチルセロソルブアセテート、メ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のようなグリコールエーテルエステル類、エチルセロソルブ、メチルセロソルブ、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、ジエチレングリコールジメチルエーテルのようなグリコールモノまたはジエーテル類、乳酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル、ピルビン酸エチル、γ−ブチロラクトンのようなエステル類、2−ヘプタノン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトンのようなケトン類、キシレンのような芳香族炭化水素類、N−メチル−2−ピロリドンのようなラクタム類などが挙げられる。これらの溶剤は、それぞれ単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。   In general, the resist composition is mixed with a solvent to form a resist solution so that the total solid content concentration is 10 to 50% by weight, and is applied onto a silicon wafer or a mask quartz substrate. The solvent used here is not particularly limited as long as it dissolves each component and has an appropriate drying rate, and those commonly used in this field can be used. For example, ethyl cellosolve acetate, methyl cellosolve acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, glycol ether esters such as propylene glycol monoethyl ether acetate, ethyl cellosolve, methyl cellosolve, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether Glycol mono or diethers, ethyl lactate, butyl acetate, amyl acetate, ethyl pyruvate, esters such as γ-butyrolactone, ketones such as 2-heptanone, cyclohexanone, methyl isobutyl ketone, aroma such as xylene Group hydrocarbons and lactams such as N-methyl-2-pyrrolidone. These solvents can be used alone or in combination of two or more.

本発明のレジスト組成物は、例えば以下のようにして用いることができる。すなわち、上記のように溶剤に溶解したレジスト溶液を、スピンコーティングなどの常法によって基板上に塗布し、乾燥(プリベーク)し、パターニングのための露光処理を施し、次いで化学反応を促進するための加熱処理を行った後、アルカリ現像液で現像することにより、レジストパターンを形成することができる。ここで用いるアルカリ現像液は、この分野で通常用いられているものでありうる。例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドや(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムヒドロキシドの1〜10重量%水溶液などが挙げられる。またこれらのアルカリ水溶液に、メタノールやエタノールのような水溶性有機溶剤、ある種の界面活性剤などを適当量添加して用いることも可能である。   The resist composition of the present invention can be used, for example, as follows. That is, a resist solution dissolved in a solvent as described above is applied onto a substrate by a conventional method such as spin coating, dried (prebaked), subjected to an exposure process for patterning, and then promotes a chemical reaction. After performing the heat treatment, a resist pattern can be formed by developing with an alkali developer. The alkali developer used here may be one commonly used in this field. Examples thereof include tetramethylammonium hydroxide and 1 to 10% by weight aqueous solution of (2-hydroxyethyl) trimethylammonium hydroxide. In addition, an appropriate amount of a water-soluble organic solvent such as methanol or ethanol, a certain surfactant, or the like can be added to these alkaline aqueous solutions.

以下、本発明の実施例について説明する。
なお、下記のレジスト組成物の割合は、一例を示したものであって、本発明は下記の値に限定されるものではなく、プロセス条件等によって調整できる。
Examples of the present invention will be described below.
In addition, the ratio of the following resist composition shows an example, Comprising: This invention is not limited to the following value, It can adjust with process conditions etc.

(比較例1)
市販のネガ型化学増幅型レジストFEN−271(富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製)を用いて、以下のように、合成石英基板上のクロム膜上に微細パターンを形成した。
まず、図1(a)に示すように、合成石英基板10上に形成されたクロム膜1の上にレジスト溶液を回転塗布、ベーク処理し、クロム膜1上にレジスト膜2を300nm形成した。そして、図1(b)、(c)に示すように加速電圧50KVの電子線描画装置を用いて電子線3を照射した。
次いで、露光後ベークを行い、2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド水溶液で、現像時間90秒で現像を行った。そして、クロム膜1上に200nmのライン&スペースパターン4aを形成し、そのとき、1:1のパターンが得られた感度を最適感度とした。
(Comparative Example 1)
Using a commercially available negative-type chemically amplified resist FEN-271 (Fuji Film Electronics Materials Co., Ltd.), a fine pattern was formed on the chromium film on the synthetic quartz substrate as follows.
First, as shown in FIG. 1A, a resist solution was spin-coated on the chromium film 1 formed on the synthetic quartz substrate 10 and baked to form a 300 nm resist film 2 on the chromium film 1. And as shown in FIG.1 (b), (c), the electron beam 3 was irradiated using the electron beam drawing apparatus of the acceleration voltage 50KV.
Subsequently, post-exposure baking was performed, and development was performed with a 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution with a development time of 90 seconds. Then, a 200 nm line & space pattern 4a was formed on the chromium film 1, and the sensitivity at which a 1: 1 pattern was obtained was determined as the optimum sensitivity.

尚、FEN−271は、光酸発生剤(A)、アルカリ可溶性樹脂(B)そして架橋剤(C)が主成分のネガ型化学増幅型レジストであり、溶解促進剤(D)は含まれていないので比較例とした。   FEN-271 is a negative chemically amplified resist mainly composed of a photoacid generator (A), an alkali-soluble resin (B), and a crosslinking agent (C), and does not contain a dissolution accelerator (D). Since it is not, it was set as the comparative example.

(実施例1)
市販のネガ型化学増幅型レジストFEN−271の固形分100質量部含むレジスト溶液に、溶解促進剤として9、9´−{ジ(4−ヒドロキシフェニル)}フルオレンを5質量部溶解させた。そして、比較例1と同様にクロム膜上にパターン形成を行い最適感度を求めた。
Example 1
5 parts by mass of 9,9 ′-{di (4-hydroxyphenyl)} fluorene as a dissolution accelerator was dissolved in a resist solution containing 100 parts by mass of a solid content of a commercially available negative-type chemically amplified resist FEN-271. Then, in the same manner as in Comparative Example 1, a pattern was formed on the chromium film to obtain the optimum sensitivity.

(実施例2)
市販のネガ型化学増幅型レジストFEN−271の固形分100質量部含むレジスト溶液に、溶解促進剤として9、9´−{ジ(4−ヒドロキシフェニル)}フルオレンを10質量部溶解させた。そして、比較例1と同様にクロム膜上にパターン形成を行い最適感度を求めた。
(Example 2)
10 parts by mass of 9,9 ′-{di (4-hydroxyphenyl)} fluorene as a dissolution accelerator was dissolved in a resist solution containing 100 parts by mass of a solid content of a commercially available negative-type chemically amplified resist FEN-271. Then, in the same manner as in Comparative Example 1, a pattern was formed on the chromium film to obtain the optimum sensitivity.

(実施例3)
市販のネガ型化学増幅型レジストFEN−271の固形分100質量部含むレジスト溶液に、溶解促進剤として9、9´−{ジ(4−ヒドロキシフェニル)}フルオレンを15質量部溶解させた。そして、比較例1と同様にクロム膜上にパターン形成を行い最適感度を求めた。
(Example 3)
15 parts by mass of 9,9 ′-{di (4-hydroxyphenyl)} fluorene as a dissolution accelerator was dissolved in a resist solution containing 100 parts by mass of a solid content of a commercially available negative-type chemically amplified resist FEN-271. Then, in the same manner as in Comparative Example 1, a pattern was formed on the chromium film to obtain the optimum sensitivity.

これらの結果を図2に示す。溶解促進剤を添加した系(実施例1〜3)において、比較例1より高感度化した結果が得られた。   These results are shown in FIG. In the system to which the dissolution accelerator was added (Examples 1 to 3), the result of higher sensitivity than Comparative Example 1 was obtained.

(比較例2)
市販のネガ型化学増幅型レジストFEN−271を用いて、以下のように、レジスト膜の溶解速度を測定した。
まず、基板上にレジスト溶液を回転塗布、ベーク処理した。そして、露光後ベークと同様なベークを行い(すなわち未露光部)2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド水溶液でのレジスト膜の溶解速度を測定した。溶解速度は、リソテックジャパン株式会社製現像速度測定装置QZ−R3Aを用いて行った。
(Comparative Example 2)
Using a commercially available negative chemically amplified resist FEN-271, the dissolution rate of the resist film was measured as follows.
First, the resist solution was spin-coated and baked on the substrate. Then, baking similar to the post-exposure baking was performed (that is, the unexposed portion), and the dissolution rate of the resist film in a 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution was measured. The dissolution rate was measured using a development rate measuring device QZ-R3A manufactured by RISOTEC JAPAN.

(実施例4)
実施例1で調整したレジスト溶液から、比較例2と同様な方法で溶解速度を測定した。
Example 4
From the resist solution prepared in Example 1, the dissolution rate was measured in the same manner as in Comparative Example 2.

(実施例5)
実施例2で調整したレジスト溶液から、比較例3と同様な方法で溶解速度を測定した。
(Example 5)
From the resist solution prepared in Example 2, the dissolution rate was measured in the same manner as in Comparative Example 3.

(実施例6)
実施例3で調整したレジスト溶液から、比較例2と同様な方法で溶解速度を測定した。
(Example 6)
From the resist solution prepared in Example 3, the dissolution rate was measured in the same manner as in Comparative Example 2.

これらの結果を図3に示す。この結果より、溶解促進剤を加えることにより溶解速度は数倍向上することが明らかになり、露光・未露光部の溶解速度差が4倍以上となり、高コントラスト化が達成できた。   These results are shown in FIG. From this result, it became clear that the dissolution rate was improved several times by adding a dissolution accelerator, and the difference in dissolution rate between the exposed and unexposed areas was 4 times or more, and high contrast was achieved.

(比較例3)
市販のネガ型化学増幅型レジストFEN−271を用いて、以下のように、レジスト膜のエッチング耐性を調べた。
比較例1でレジストパターンを作成した基板を、図1(c)に示すような電子サイクロトロン共鳴プラズマエッチング装置にて、エッチングガスCl、圧力0.93Pa、RIEパワー6W、ICPパワー250W、エッチング時間360秒の条件で合成石英基板10上のクロム膜に対してエッチング処理5を行った。そして、レジスト膜の時間あたりのエッチングレートを算出した。
(Comparative Example 3)
Using a commercially available negative chemically amplified resist FEN-271, the etching resistance of the resist film was examined as follows.
The substrate on which the resist pattern was created in Comparative Example 1 was subjected to etching gas Cl 2 , pressure 0.93 Pa, RIE power 6 W, ICP power 250 W, etching time using an electron cyclotron resonance plasma etching apparatus as shown in FIG. Etching 5 was performed on the chromium film on the synthetic quartz substrate 10 under conditions of 360 seconds. Then, the etching rate per hour of the resist film was calculated.

(実施例7)
実施例1で作成した基板から、比較例3と同様な方法でエッチングレートを求めた。
(Example 7)
The etching rate was determined from the substrate prepared in Example 1 by the same method as in Comparative Example 3.

(実施例8)
実施例2で作成した基板から、比較例3と同様な方法でエッチングレートを求めた。
(Example 8)
The etching rate was determined from the substrate prepared in Example 2 by the same method as in Comparative Example 3.

(実施例9)
実施例3で作成した基板から、比較例3と同様な方法でエッチングレートを求めた。
Example 9
The etching rate was determined from the substrate prepared in Example 3 by the same method as in Comparative Example 3.

エッチングレートを算出した結果を図4に示す。溶解抑止剤を導入した系においては、エッチング耐性が最大11%向上し、溶解抑止剤が耐ドライエッチング耐性を向上させることが明らかになった。   The result of calculating the etching rate is shown in FIG. In the system in which the dissolution inhibitor is introduced, the etching resistance is improved by up to 11%, and it has been revealed that the dissolution inhibitor improves the dry etching resistance.

超高集積度半導体素子の製造や、その製造に用いられるフォトマスクの製造に用いられる電子線またはX線用化学増幅型レジストとして好適に用いることができる。   It can be suitably used as an electron beam or X-ray chemically amplified resist used in the manufacture of an ultra-highly integrated semiconductor element or a photomask used in the manufacture.

本発明のレジスト組成物を用いた微細パターン形成プロセスの一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the fine pattern formation process using the resist composition of this invention. 本発明の実施例1〜3と比較例1との最適感度の測定結果を示す表である。It is a table | surface which shows the measurement result of the optimal sensitivity of Examples 1-3 of this invention and the comparative example 1. FIG. 本発明の実施例4〜6と比較例2との溶解速度の測定結果を示す表である。It is a table | surface which shows the measurement result of the dissolution rate of Examples 4-6 of this invention, and the comparative example 2. FIG. 本発明の実施例7〜9と比較例3とのエッチング特性の測定結果を示す表である。It is a table | surface which shows the measurement result of the etching characteristic of Examples 7-9 and Comparative Example 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1……クロム膜、2……レジスト膜、3……電子線、4a……ライン&スペースパターン、5……エッチング処理、10……合成石英基板。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Chrome film, 2 ... Resist film, 3 ... Electron beam, 4a ... Line & space pattern, 5 ... Etching process, 10 ... Synthetic quartz substrate.

Claims (6)

電子線またはX線の照射により酸を発生する化合物(A)と、アルカリ可溶性となる樹脂(B)と、発生した酸により架橋反応を起こす架橋剤(C)と、レジスト用溶剤に可溶で、電子線またはX線を照射した際に2次電子を放出し、イオン化しやすい多環式芳香族誘導体溶解促進剤(D)とを含有することを特徴とするネガ型レジスト組成物。   It is soluble in the compound (A) that generates an acid upon irradiation with an electron beam or X-ray, a resin (B) that becomes alkali-soluble, a crosslinking agent (C) that causes a crosslinking reaction with the generated acid, and a resist solvent. A negative resist composition comprising a polycyclic aromatic derivative dissolution accelerator (D) that emits secondary electrons when irradiated with an electron beam or X-ray and is easily ionized. 更に含窒素塩基性化合物(E)を含有することを特徴とする請求項1記載のネガ型レジスト組成物。   The negative resist composition according to claim 1, further comprising a nitrogen-containing basic compound (E). 更に界面活性剤(F)を含有することを特徴とする請求項1または2記載のネガ型レジスト組成物。   Furthermore, surfactant (F) is contained, The negative resist composition of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. ネガ型レジスト組成物によりレジスト膜を形成し、該レジスト膜を露光、現像する工程を含むパターン形成方法であって、
前記ネガ型レジスト組成物は、電子線またはX線の照射により酸を発生する化合物(A)と、アルカリ可溶性となる樹脂(B)と、発生した酸により架橋反応を起こす架橋剤(C)と、レジスト用溶剤に可溶で、電子線またはX線を照射した際に2次電子を放出し、イオン化しやすい多環式芳香族誘導体溶解促進剤(D)とを含有することを特徴とするパターン形成方法。
A pattern forming method comprising a step of forming a resist film with a negative resist composition, exposing and developing the resist film,
The negative resist composition includes a compound (A) that generates an acid upon irradiation with an electron beam or X-ray, a resin (B) that becomes alkali-soluble, and a crosslinking agent (C) that causes a crosslinking reaction with the generated acid. And a polycyclic aromatic derivative dissolution accelerator (D) that is soluble in a resist solvent, emits secondary electrons when irradiated with an electron beam or X-ray, and is easily ionized. Pattern forming method.
前記ネガ型レジスト組成物は、更に含窒素塩基性化合物(E)を含有することを特徴とする請求項4記載のパターン形成方法。   The pattern forming method according to claim 4, wherein the negative resist composition further contains a nitrogen-containing basic compound (E). 前記ネガ型レジスト組成物は、更に界面活性剤(F)を含有することを特徴とする請求項4または5記載のパターン形成方法。   The pattern forming method according to claim 4, wherein the negative resist composition further contains a surfactant (F).
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