JP2643261B2 - ネガ型感光性組成物及びパタン形成方法 - Google Patents

ネガ型感光性組成物及びパタン形成方法

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JP2643261B2 JP63069082A JP6908288A JP2643261B2 JP 2643261 B2 JP2643261 B2 JP 2643261B2 JP 63069082 A JP63069082 A JP 63069082A JP 6908288 A JP6908288 A JP 6908288A JP 2643261 B2 JP2643261 B2 JP 2643261B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、感光性組成物及びパタン形成方法に係り、
特に微細加工に適したホトレジスト(感光性耐食被膜形
成材料)である感光性組成物及びパタン形成方法に関す
る。
〔従来の技術〕
感光性組成物は種々の用途に用いられ、例えば半導体
素子の製造に用いられている。半導体素子、特にLSI、V
LSI等の半導体素子の性能を向上させるためには、その
加工の微細度を向上させることが必要である。
現在、露光にはg線(436nm)の縮小投影露光装置が
広く用いられている。微細度の向上のために、微小投影
レンズのNA(開口数)を大きくしたり、g線からi線
(365nm)への短波長化の努力がなされている。露光領
域を小さくせずに前者のNAを大きくすることは技術的に
難しい。高NAの露光光学系ができたとしても、焦点深度
が浅くなり、簡単な単層の塗膜を用いるプロセスが使え
なくなってしまい実用上の問題が生じる。後者の露光波
長の短波長化は実用上かなり有望である。もちろん、短
波長化されても、高解像度等のレジストへの要求は変わ
らない。
最近、短波長領域の中ではKrFエキシマレーザを用い
た露光プロセスが注目を集めている。それはKrFエキシ
マレーザの露光波長が248nmとかなり短く、また出力も
大きく、安定であるためである。例えば、第47回応用物
理学会学術講演会講演予稿集p.323,29a−ZF−2(198
6)にポジ型のホトレジストとしてMP2400(シプレージ
ャパン製)を用い、KrFエキシマレーザ露光した結果が
報告されている。また、第34回応用物理学関係連合講演
会講演予稿集、第二分冊、p.432.30a−N−8(1987)
にポジ型のホトレジストとしてPMMAを用い、KrFエキシ
マレーザ露光した結果が報告されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、感度と解像度の両者について配慮さ
れておらず、高感度でかつ高解像度という特性を同時に
示すことについては問題があった。すなわち、MP2400は
1μmの厚さで露光波長の248nmにおける吸光度が0.46
であり、ポジ型のホトレジストとしてはかなり大きく、
そのために入射光が充分にホトレジストの下部にまで到
達せず、MP2400のパタンの断面形状はかなり悪化して逆
台形になるという問題があった。また、PMMAの場合は吸
収が弱すぎるため、その感度は32J/cm2とかなり低感度
で実用上問題であった。さらにPMMAをシリコンウェハ上
で用いた場合には、80%以上の入射光がシリコンウェハ
基板まで届くために、大きな定在波が生じて微細パタン
を解像することができないという問題もあった。
本発明の目的は、短波長光、例えばKrFエキシマレー
ザの露光波長の248nmに対して高感度で高解像度を有す
る感光性材料及びそれを用いたパタン形成方法を提供す
ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明のネガ型感光性組
成物は、4,4′−ジアジド−3,3′−ジメトキシビフェニ
ルと高分子化合物とを含むネガ型感光性組成物の塗膜の
ミクロン単位で表した膜厚と、248nmにおける吸光度と
の積の値が、0.5〜1.5の範囲になるようにしたものであ
る。
また、上記目的を達成するために、本発明のパタン形
成方法は、4,4′−ジアジド−3,3′−ジメトキシビフェ
ニルと高分子化合物とを含む感光性組成物を基板上に塗
布して塗膜とし、かつ、この塗膜を、膜厚のミクロン単
位で表した値と248nmの波長における吸光度との積の値
が0.5〜1.5の範囲にあるようにして、この塗膜に上記波
長の光によりパタン露光を行ない、現像により所定のネ
ガ型のパタンとするようにしたものである。
ネガ型のホトレジストの透過率が小さすぎると、塗膜
表面での光の吸収が強すぎて現像後のパタンが逆台形に
なってしまい、垂直な形状を作ったり、線幅の制御をす
るのが難しいという欠点がある。逆に透過率が大きすぎ
ると下地からの反射や基板の形状の影響を受けやすいと
いう問題を生じる。
本発明においては感光性成分である4,4′−ジアジド
−3,3′−ジメトキシビフェニルと高分子化合物との組
成比を適宜定め、塗膜の吸光度を所定の値にすることが
できる。
短波長の光として、247〜249nmに発振波長領域を持つ
KrFエキシマレーザの光を用いることができる。これ以
外にもArFエキシマレーザ(発振波長193nm)、KrClエキ
シマレーザ(同222nm)、XeClエキシマレーザ(同308n
m)等の光を用いることができる。レーザ、特にエキシ
マレーザを用いるときは、その波長が短波長であると共
に、波長領域が極めて狭いので、感光剤の他の波長領域
における吸収を考慮にいれる必要がないので使用可能な
感光剤の種類が増えるという利点がある。
4,4′−ジアジド−3,3′−ジメトキシビフェニルの量
は、全体の量(アジド化合物と高分子化合物の合計量)
に対して5〜30重量%程度の範囲であることが好まし
く、5〜25重量%程度の範囲であることがより好まし
い。
本発明の高分子化合物としては、一般のネガ型のホト
レジストに用いられている高分子化合物が用いられる
が、特にアルカリ可溶性のものが好ましく、さらにドラ
イエッチング耐性のものが好ましい。このような高分子
化合物は多くはベンゼン環を有するものである。例えば
クレゾールノボラック樹脂等のフェノール類とホルムア
ルデヒドとの縮合反応生成物、フェノール類を含む共重
合体、ヒドロキシスチレン重合体、ヒドロキシスチレン
を含む共重合体等がある。
〔作用〕
本発明において、露光する光の波長を一般に用いられ
ている436nmより短波長とするので解像度が向上する。
例えばその波長を248nmとすれば、一般に用いられてい
る波長436nmの光で露光した場合より解像され得る最小
線幅は57%も小さくなる。
また、本発明において塗膜のミクロン単位で表した膜
厚と所定の短波長における吸光度の積の値が0.5〜1.5の
とき、すなわち、膜厚が1μmの塗膜であれば上記吸光
度が0.5〜1.5のとき、露光、現像後の塗膜の断面形状は
その端部が表面に対して実質的に垂直である。もしも上
記積の値を0.5未満の値、例えば0.4にすると、露光、現
像後の塗膜の断面形状はなだらかなテーパを持つ。一
方、上記積の値を1.5を越える値、例えば1.6にすると、
上記塗膜の断面形状は逆台形になり、いずれも好ましく
ない。
本発明の感光性組成物の塗膜を露光したとき、下地の
基板まで届く光量が例えば10%程度であるので定在波効
果が小さいため、上記断面形状がなだらかなテーパを持
たない。また逆に吸収が大であり過ぎると上記断面形状
は逆台形になるが、上記の積の値の範囲ではそのような
現象は認められない。
〔実施例〕
以下、実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。
実施例1 次の組成のホトレジスト溶液を調製した。1μm厚の
248nmにおける通過率が50%のポリ(p−ヒドロキシス
チレン)と4,4′−ジアジド−3,3′−ジメトキシビフェ
ニルを10:1の重量比でシクロヘキサノンに溶解させて、
ホトレジスト溶液を作った。シリコンウェハ上にスピン
塗布し、80℃で10分間ベークして厚さ1μmの塗膜を形
成した。この膜の吸光度と膜厚の積の値は0.5であっ
た。この膜を、KrFエキシマレーザ(Lambdaphysik製)
を用いて、照射量と照射位置を変えて露光した。露光後
塗膜を水酸化テトラメチルアンモニウム1.19%水溶液で
130秒間現像した。この操作により未露光部分の塗膜は
除去され、露光により不溶化した塗膜のみがウェハ上に
残った。この現像後の膜厚を触針式膜厚計(アルファー
ステップ200;Tencor Instruments製)によって測定し、
その値を露光量に対してプロットして、ホトレジストの
感光特性曲線を得た。このようにして、得られた感光特
性曲線を第1図に示す。
第1図から、本発明の感光性組成物が、実用上十分に
高い感度(8mJ/cm2)とコントラスト特性(2,3)を有す
ることが判る。
また、上記と同様にして製造した塗膜にKrFエキシマ
レーザの光を0.5μmのパタン幅を有するハードマスク
を介して30mJ/cm2だけ露光した。露光後塗膜を水酸化テ
トラメチルアンモニウム1.19%水溶液で130秒間現像
し、0.5μmの幅の良好なパタンを得た。
実施例2 実施例1に記載の高透過率のポリ(p−ヒドロキシス
チレン)の代わりに1μm厚の248nmにおける透過率が3
0%のポリ(p−ヒドロキシスチレン)(丸善石油製)
を用いた点を除いて、実施例1の方法を繰り返した。こ
の膜の吸光度と膜厚の積の値は0.7であった。その結
果、感度は10mJ/cm2で、コントラストは1.1で、0.5μm
の幅の良好なパタンを得た。
実施例3 実施例1に記載の高透過率のポリ(p−ヒドロキシス
チレン)の代わりに1μm厚の248nmにおける透過率50
%のクレゾールノボラック樹脂(日立化成製)を用いた
点を除いて、実施例1の方法を繰り返した。この膜の吸
光度と膜厚の積の値は0.5であった。その結果、感度は3
0mJ/cm2で、コントラストは1.5で、0.5μmの良好なパ
タンを得た。
比較例1 実施例1に記載の重量比の代わりに10:5の重量比で調
合した点を除いて、実施例1の方法と同様に処理した。
その結果、1μm厚の塗膜の吸光度は4.5で吸収が強す
ぎるために良好なパタンは得られなかった。
比較例2 実施例1に記載の重量比の代わりに10:0.3の重量比で
調合した点を除いて、実施例1の方法と同様に処理し
た。その結果、1μm厚の塗膜の吸光度は0.3で架橋が
不十分であるために膜減りが大きく、良好なパタンは得
られなかった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、塗膜のミクロン単位で表わした膜厚
と所定の短波長(例えば248nm)における吸光度との積
を0.5〜1.5の範囲とし、上記所定の短波長の光で露光す
ることにより、露光、現像によって、高解像度のパター
ンを形成することができる。そして、形成したパターン
の断面形状は実質的に垂直である。また、本発明の感光
性組成物は、ネガ型のホトレジストであるので、露光の
際下地の基板まで届く光量が少なく、基板からの反射の
影響が少ないという利点がある。
また、本発明の感光性組成物の高分子化合物としてベ
ンゼン環を有する高分子化合物を用いた場合は、十分な
ドライエッチング耐性を示し、実用上極めて有用であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る感光性組成物の感光特性を示す
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 通晰 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 上野 巧 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 岩柳 隆夫 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−191142(JP,A) 特開 昭59−78336(JP,A) 特開 昭60−147731(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】4,4′−ジアジド−3,3′−ジメトキシビフ
    ェニルと高分子化合物とを含むネガ型感光性組成物の塗
    膜のミクロン単位で表した膜厚と、248nmにおける吸光
    度との積の値が、0.5〜1.5の範囲にあることを特徴とす
    るネガ型感光性組成物。
  2. 【請求項2】4,4′−ジアジド−3,3′−ジメトキシビフ
    ェニルと高分子化合物とを含む感光性組成物を基板上に
    塗布して塗膜とする工程、該塗膜に所定のパタンの露光
    を行なう工程及び現像により所定のネガ型のパタンを形
    成する工程よりなるパタン形成方法において、上記塗膜
    は、その膜厚をミクロン単位で表した値と248nmの波長
    における吸光度との積の値が0.5〜1.5の範囲にあり、上
    記露光は上記波長の光によって行なうことを特徴とする
    パタン形成方法。
JP63069082A 1988-03-23 1988-03-23 ネガ型感光性組成物及びパタン形成方法 Expired - Lifetime JP2643261B2 (ja)

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