JP2618978B2 - Resist material and pattern forming method using the resist material - Google Patents

Resist material and pattern forming method using the resist material

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [概要] 半導体集積回路の製造に際してパターニングに使用さ
れる放射線感応性ポジ型レジスト、およびこのレジスト
を用いるパターン形成方法に関し、 ドライエッチング耐性にすぐれ、なおかつ実用に適し
た高感度および解像性を持つレジストを提供するととも
にこのレジストを使用して微細パターンを形成する方法
を提供することを目的とし、 露光用レジスト材料に下記一般式で示される共重合体
を用いるように構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] A radiation-sensitive positive resist used for patterning in the manufacture of a semiconductor integrated circuit and a pattern forming method using the resist are excellent in dry etching resistance and suitable for practical use. The purpose of the present invention is to provide a resist having sensitivity and resolution and to provide a method for forming a fine pattern using the resist, such that a copolymer represented by the following general formula is used as a resist material for exposure. Configure.

但し、Xはフェニル基又はその誘導体である。 Here, X is a phenyl group or a derivative thereof.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明は、半導体集積回路の製造に際してパターニン
グに使用される放射線感応性レジスト、およびこのレジ
ストを用いるパターン形成方法に関するものである。
The present invention relates to a radiation-sensitive resist used for patterning in manufacturing a semiconductor integrated circuit, and a pattern forming method using the resist.

近年、半導体集積回路の製造においては、素子の高密
度化、高集積化の要請が一層高まるのに伴って、回路パ
ターンの超微細化技術確立が進められている。この動向
の中でリソグラフィーにおいては従来の紫外線に変わっ
て波長の短い遠紫外線、X線、電子線などの高エネルギ
ー放射線を用いて、パターンを形成する方法が開発され
ている。これに伴い、これらの高エネルギー放射線に感
応する高性能レジスト材料の開発が不可欠である。
2. Description of the Related Art In recent years, in the manufacture of semiconductor integrated circuits, as the demand for higher density and higher integration of elements has further increased, the establishment of ultra-fine circuit pattern technology has been promoted. In this trend, in lithography, a method for forming a pattern using high energy radiation such as far ultraviolet rays, X-rays, and electron beams having a short wavelength instead of conventional ultraviolet rays has been developed. Accordingly, development of a high-performance resist material that is sensitive to such high-energy radiation is indispensable.

高エネルギー放射線を使用する半導体集積回路製造に
際しては、基板上にレジスト材料を塗布した後、放射線
を照射し、現像することによって得られた微細パターン
をマスクとして基板をエッチングする手法が採られてい
る。
In the production of semiconductor integrated circuits using high-energy radiation, a method is employed in which a resist material is applied onto a substrate, and then the substrate is etched using a fine pattern obtained by irradiating and developing the radiation, as a mask. .

かかる製造工程において、レジストには、高感度が求
められ、またサブミクロン領域のパターンが得られる高
解像性が求められている。また、エッチング工程に関し
てはサイドエッチングの大きいウエットエッチング法に
代わり、反応性スパッタリングなどによるドライエッチ
ング法に移行している。このため、レジストには更にド
ライエッチング耐性が要求されている。
In such a manufacturing process, the resist is required to have high sensitivity and high resolution for obtaining a pattern in a submicron region. As for the etching process, a dry etching method using reactive sputtering or the like has been replaced with a wet etching method having a large side etching. For this reason, the resist is further required to have dry etching resistance.

[従来の技術] 従来、放射線感応性を持つポジ型レジストにおいて
は、高分子に放射線を照射することにより分子量を低下
させ分子量の違いによる溶解度差を利用してポジパター
ンを得るものが多く開発されてきたが、上記性能をすべ
て満足するものはない。たとえば、PMMA(メタクリル酸
メチル重合体)は、解像性にすぐれたレジスト材料であ
るが、感度(Dg゜)は電子線に対し、50〜100μC/cm2
度であるので実用的高感度とはいえず、またドライエッ
チング耐性も充分ではない。下記一般式の重合体を用い
たEBR−9(東レ(株)の商品名)は、PMMAに比べると
高エネルギー放射線に対する分解効率は高く、このため
高感度となるが、ドライエッチング耐性は著しく悪くな
る。
[Prior art] Conventionally, many radiation-sensitive positive resists have been developed in which a polymer is irradiated with radiation to reduce the molecular weight and obtain a positive pattern by utilizing a solubility difference caused by a difference in molecular weight. However, none satisfy the above performance. For example, PMMA (methyl methacrylate polymer) is a resist material with excellent resolution, but its sensitivity (Dg ゜) is about 50 to 100 μC / cm 2 with respect to electron beams, so it has practically high sensitivity. However, dry etching resistance is not sufficient. EBR-9 (trade name of Toray Industries, Inc.) using a polymer of the following general formula has a higher decomposition efficiency for high-energy radiation than PMMA, and therefore has high sensitivity, but has extremely poor dry etching resistance. Become.

一方、単位構造中に芳香環を有する下記一般式の如き
材料は、ドライエッチング耐性はすぐれているが、放射
線に対する感応性は乏しく、非常な低感度となる。
On the other hand, a material having an aromatic ring in the unit structure represented by the following general formula has excellent dry etching resistance, but has poor sensitivity to radiation and extremely low sensitivity.

[発明が解決しようとする課題] 従って、従来は、ドライエッチング耐性に優れ、実用
的な高感度を持つ材料を得ることが出来ず、前述の性能
を満たす放射線感応性レジストはなかった。
[Problems to be Solved by the Invention] Accordingly, conventionally, a material having excellent dry etching resistance and high practical sensitivity has not been obtained, and there has been no radiation-sensitive resist satisfying the above-mentioned performance.

本発明はドライエッチング耐性にすぐれ、なおかつ実
用に適した高感度および解像性を持つレジストを提供す
るとともにこのレジストを使用して微細パターンを形成
する方法を提供することを目的とするものである。
It is an object of the present invention to provide a resist having excellent dry etching resistance and high sensitivity and resolution suitable for practical use, and to provide a method for forming a fine pattern using this resist. .

[課題を解決するための手段] 本発明は下記高分子が放射線に対し、実用的な高感度
を有し、耐ドライエッチング性にすぐれることを利用す
るものである。
[Means for Solving the Problems] The present invention utilizes the fact that the following polymer has practical high sensitivity to radiation and excellent dry etching resistance.

但し、Xはフェニル基又はその誘導体である。 Here, X is a phenyl group or a derivative thereof.

すなわち、本発明の第1は、上記一般式で示される共
重合体を用いたことを特徴とする放射線露光用ポジレジ
スト材料であり、その第2は、上記一般式で示される共
重合体を用いたポジレジストを基板に塗布し、高エネル
ギー放射線を照射して形成したマスクを用いて、基板を
ドライエッチングすることを特徴とするパターン形成方
法である。
That is, the first of the present invention is a positive resist material for radiation exposure, characterized by using a copolymer represented by the above general formula, and the second is a copolymer comprising the copolymer represented by the above general formula. A pattern forming method characterized in that the used positive resist is applied to a substrate, and the substrate is dry-etched using a mask formed by irradiating high-energy radiation.

[作用] 本発明に用いられる上記一般式で示される共重合体は
芳香環を構造中に含むため耐ドライエッチング性にすぐ
れており、一方アクリロトリル骨格はα位が電子吸引基
で置換されているためポリマー主鎖が切れやすくなり、
高感度となる。したがって、この共重合体は耐ドライエ
ッチング性にすぐれた実用的な感度を持つポジレジスト
となる。フェニル基の誘導体としては、−R,−OR(Rは
アルキル),−OHなどで置換されたものを用いることが
できる。
[Action] The copolymer represented by the above general formula used in the present invention has excellent dry etching resistance because it contains an aromatic ring in its structure, while the acrylotrile skeleton has the α-position substituted with an electron-withdrawing group. Therefore, the polymer main chain is easily broken,
High sensitivity. Therefore, this copolymer becomes a positive resist having practical sensitivity excellent in dry etching resistance. As the derivative of the phenyl group, those substituted with -R, -OR (R is alkyl), -OH or the like can be used.

以下、実施例によりさらに詳しく本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

[実施例] 実施例 1 α−メチルスチレンとα−クロロアクリロニトリルを
9:1の比率で仕込み、1,4−ジオキサンを溶媒としてAIBN
によるラジカル重合を行い、Mw=4万,分散度1.6,組成
比1:1の共重合体を得た。このポリマーをシクロヘキサ
ノン溶液とした後、Si wafer上に1.0μm厚にスピンコ
ートし、170℃で20分間ベーキングを行った。得られた
レジスト膜を加速電圧20KVの電子線を用いて露光量を変
化させて露光した結果、Dg 0=20μC/cm2の感度が得られ
た(第1図参照)。第1図の感度曲線の傾き(γ)は4.
0であった。このレジスト膜に0.375μmラインアンドス
ペースを解像した。次にCF4+CHF3ガスを用いて反応性
スパッタエッチングし、レジスト膜の膜減りを調べたと
ころ、第1表の結果が得られ、エッチング耐性はポジ型
フォトレジストであるOFPR−800と同等であることが分
かった。
EXAMPLES Example 1 α-Methylstyrene and α-chloroacrylonitrile
Charged at a ratio of 9: 1, AIBN using 1,4-dioxane as a solvent
Was performed to obtain a copolymer having Mw = 40,000, a dispersity of 1.6, and a composition ratio of 1: 1. After making this polymer a cyclohexanone solution, it was spin-coated on a Si wafer to a thickness of 1.0 μm and baked at 170 ° C. for 20 minutes. The resulting resist film using an electron beam at an acceleration voltage 20KV changing the amount of exposure result of the exposure, the sensitivity of the D g 0 = 20μC / cm 2 was obtained (see FIG. 1). The slope (γ) of the sensitivity curve in FIG.
It was 0. A 0.375 μm line and space was resolved on this resist film. Next, reactive sputter etching was performed using CF 4 + CHF 3 gas, and the reduction of the resist film was examined. The results shown in Table 1 were obtained. The etching resistance was equivalent to that of OFPR-800 which is a positive type photoresist. I found it.

(比較例 1) 代表的なポジレジストであるPMMAを実施例1と同様に
処理した結果を第1図、第1表および第2表に示す。こ
れらの結果と比較すると、本発明のレジストは感度、エ
ッチング耐性においてそれぞれ約2倍であり、解像力は
同等であった。
Comparative Example 1 The results of treating a typical positive resist, PMMA, in the same manner as in Example 1 are shown in FIG. 1, Table 1 and Table 2. As compared with these results, the resist of the present invention was about twice as high in sensitivity and etching resistance, and the resolution was the same.

(実施例 2) 実施例1において合成時の仕込み比を7:3にするとMw=
7万、分散度1.8、組成比1:1のポリマーが得られ、実施
例1と同じ性能を示した。
(Example 2) When the charge ratio at the time of synthesis in Example 1 is 7: 3, Mw =
A polymer having a molecular weight of 70,000, a dispersity of 1.8, and a composition ratio of 1: 1 was obtained, and showed the same performance as that of Example 1.

(比較例 2) 実施例2でα−クロロアクリロニトリルのかわりにα
位が電子供与基であるメタクリロニトリルを用いてラジ
カル重合を行った結果、Mw=6万、分散度1.7、組成比
1:1の共重合体が得られた。これを塗布、露光後、トル
エン/エチルベンゼン−1/1の混合溶媒を用いて現像し
たところ、Dg 0=2000μC/cm2と低感度であった。
Comparative Example 2 In Example 2, α was used instead of α-chloroacrylonitrile.
Radical polymerization using methacrylonitrile, whose position is an electron donating group, resulted in Mw = 60,000, dispersity 1.7, composition ratio
A 1: 1 copolymer was obtained. This coating, after exposure, development was carried out using a mixed solvent of toluene / ethylbenzene -1/1 had a lower sensitivity and D g 0 = 2000μC / cm 2 .

上記実施例及び比較例における現像条件は、酢酸ブチ
ルセロソルブ=10/1、90secであった。
The development conditions in the above Examples and Comparative Examples were butyl cellosolve = 10/1, 90 sec.

なお、反応性スパッタエッチの条件は次のとおりであ
った。
The conditions for the reactive sputter etch were as follows.

CF4/CHF3流量比=1/1 スパッタパワー=300W, 圧力0.3Torr (発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、ドライエッチ
ング耐性に優れ、実用的な高感度を有する放射線感応性
ポジ型レジストを得ることが出来、超微細パターンの形
成に寄与するところが大きい。
CF 4 / CHF 3 flow rate ratio = 1/1 Sputter power = 300 W, pressure 0.3 Torr (Effect of the Invention) As described above, according to the present invention, radiation having excellent dry etching resistance and practical high sensitivity A sensitive positive resist can be obtained, which greatly contributes to the formation of an ultrafine pattern.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、α−メチルスチレンとα−クロロアクリロニ
トリルの組成比1:1共重合体の感度曲線である。
FIG. 1 is a sensitivity curve of a 1: 1 copolymer of α-methylstyrene and α-chloroacrylonitrile.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−249049(JP,A) 特開 昭60−257445(JP,A) 特開 昭53−49956(JP,A) 特開 昭53−76825(JP,A) 特開 昭54−153633(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-61-249049 (JP, A) JP-A-60-257445 (JP, A) JP-A-53-49956 (JP, A) JP-A-53-49956 76825 (JP, A) JP-A-54-153633 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】下記一般式で示される共重合体を用いたこ
とを特徴とする放射線露光用レジスト材料。 但し、Xはフェニル基又はその誘導体である。
1. A resist material for radiation exposure, comprising a copolymer represented by the following general formula. Here, X is a phenyl group or a derivative thereof.
【請求項2】下記一般式で示される共重合体を用いたレ
ジストを基板に塗布し、高エネルギー放射線を照射して
形成したマスクを用いて、基板をドライエッチングする
ことを特徴とするパターン形成方法。 但し、Xはフェニル基又はその誘導体である。
2. A pattern forming method, comprising applying a resist using a copolymer represented by the following general formula to a substrate, and dry-etching the substrate using a mask formed by irradiating high-energy radiation. Method. Here, X is a phenyl group or a derivative thereof.
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