JP2956824B2 - ポジ型レジスト膜形成用塗布液 - Google Patents

ポジ型レジスト膜形成用塗布液

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JP2956824B2 JP7149285A JP14928595A JP2956824B2 JP 2956824 B2 JP2956824 B2 JP 2956824B2 JP 7149285 A JP7149285 A JP 7149285A JP 14928595 A JP14928595 A JP 14928595A JP 2956824 B2 JP2956824 B2 JP 2956824B2
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    • Y10S430/1055Radiation sensitive composition or product or process of making
    • Y10S430/106Binder containing

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規なポジ型レジスト
膜形成用塗布液、さらに詳しくは、高感度及び高解像性
を有し、かつ孤立したレジストパターン形状に優れる化
学増幅型のポジ型レジスト膜形成用塗布液に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、ICやLSIなどの半導体デバイ
スの製造プロセスにおいては、ホトレジスト組成物を用
いたリソグラフィーによる微細加工がなされている。こ
れはシリコンウエーハ上にホトレジスト組成物の薄膜を
形成し、その上に半導体デバイスのパターンが描かれた
マスクパターンを介して紫外線などの活性光線を照射
し、それを現像して得られたレジストパターンを保護膜
として該シリコンウエーハをエッチングする方法であ
る。そして、この方法において用いられる好適なホトレ
ジスト組成物として、被膜形成用のアルカリ可溶性ノボ
ラック樹脂に、キノンジアジド基含有化合物から成る感
光成分を組み合せたポジ型ホトレジスト組成物が知られ
ている。
【0003】ところが、近年、半導体デバイスの高集積
度化が急速に高まり、超LSIなどの製造においてはサ
ブミクロン領域やクオーターミクロン領域の超微細パタ
ーンの加工精度が要求されるようになってきた。それに
伴ってより高解像性のレジストが必要となり、また露光
波長もg線からi線、deep−UVに、さらにはKr
Fレーザー光などのエキシマレーザー光といった短波長
化の傾向にあり、現在ではdeep−UVやエキシマレ
ーザー光を用いるリソグラフィーがこの分野における重
要な加工技術として注目されている。
【0004】化学増幅型レジストは、これまで用いられ
てきたキノンジアジド‐ノボラック型レジストに比べ、
より短波長のdeep−UVやエキシマレーザー光を利
用し、高解像性が達成される上、放射線の照射により発
生した酸の触媒反応及び連鎖反応を利用しているため、
量子収率が1以上であり、高感度が達成されることか
ら、近年盛んにその開発が行われている。
【0005】しかしながら、このような化学増幅型レジ
ストにおいては、通常0.3μm以下の超微細パターン
の形成を目的としていることから、近年、孤立したレジ
ストパターンの形状が問題となっている。例えば、その
パターン形状は基板に近づくに伴い細くなり、ひどいと
きには倒れてしまうなどの問題が生じている。したがっ
て、超微細パターンの形成を目的とする化学増幅型レジ
ストにおいては、前記問題の解決が、今日重要な課題と
なっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、高感度及び高解像性を有し、かつ孤立し
たレジストパターン形状に優れる化学増幅型のポジ型レ
ジスト膜形成用塗布液を提供することを目的としてなさ
れたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、孤立した
レジストパターン形状に優れる化学増幅型のポジ型レジ
スト膜形成用塗布液を開発すべく鋭意研究を重ねた結
果、放射線照射により酸を発生する化合物、特定の組成
をもつ酸の作用によりアルカリ水溶液への溶解度が増大
する樹脂成分及び特定の溶剤から成る基本組成に対し、
N,N‐ジアルキルカルボン酸アミドを所定の割合で配
合することにより、前記目的を達成しうることを見出
し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【0008】すなわち、本発明は、(A)放射線照射に
より酸を発生する化合物、(B)(イ)水酸基の10〜
60モル%がtert‐ブトキシカルボニルオキシ基で
置換されたポリヒドロキシスチレン10〜70重量%
と、(ロ)水酸基の10〜60モル%が一般式
【化2】 (式中のR1は水素原子又はメチル基、R2はメチル基又
はエチル基、R3は低級アルキル基である)で表わされ
る基で置換されたポリヒドロキシスチレン30〜90重
量%との混合物から成る樹脂成分、(C)ケトン系、エ
ーテル系及びエステル系溶剤の中から選ばれた少なくと
も1種から成る基本組成に対し、(D)N,N‐ジアル
キルカルボン酸アミドを(B)成分に基づき0.1〜5
重量%の割合で配合したことを特徴とするポジ型レジス
ト膜形成用塗布液を提供するものである。
【0009】本発明塗布液において、(A)成分として
用いられる放射線照射により酸を発生する化合物(以
下、酸発生剤という)については特に制限はなく、従来
よりレジスト膜形成用塗布液の酸発生剤として公知のも
のの中から任意のものを選び用いることができる。この
酸発生剤としては、例えば(a)ビス(p‐トルエンス
ルホニル)ジアゾメタン、メチルスルホニル‐p‐トル
エンスルホニルジアゾメタン、1‐シクロヘキシルスル
ホニル‐1‐(1,1‐ジメチルエチルスルホニル)ジ
アゾメタン、ビス(1,1‐ジメチルエチルスルホニ
ル)ジアゾメタン、ビス(1‐メチルエチルスルホニ
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(2,4‐ジメチルフェニルスルホ
ニル)ジアゾメタン、ビス(4‐エチルフェニルスルホ
ニル)ジアゾメタン、ビス(3‐メチルフェニルスルホ
ニル)ジアゾメタン、ビス(4‐メトキシフェニルスル
ホニル)ジアゾメタン、ビス(4‐フルオロフェニルス
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(4‐tert‐ブチル
フェニルスルホニル)ジアゾメタンなどのビススルホニ
ルジアゾメタン類、(b)2‐メチル‐2‐(p‐トル
エンスルホニル)プロピオフェノン、2‐(シクロヘキ
シルカルボニル)‐2‐(p‐トルエンスルホニル)プ
ロパン、2‐メタンスルホニル‐2‐メチル‐(4‐メ
チルチオ)プロピオフェノン、2,4‐ジメチル‐2‐
(p‐トルエンスルホニル)ペンタン‐3‐オンなどの
スルホニルカルボニルアルカン類、(c)1‐p‐トル
エンスルホニル‐1‐シクロヘキシルカルボニルジアゾ
メタン、1‐ジアゾ‐1‐メチルスルホニル‐4‐フェ
ニル‐2‐ブタノン、1‐シクロヘキシルスルホニル‐
1‐シクロヘキシルカルボニルジアゾメタン、1‐ジア
ゾ‐1‐シクロヘキシルスルホニル‐3,3‐ジメチル
‐2‐ブタノン、1‐ジアゾ‐1‐(1,1‐ジメチル
エチルスルホニル)‐3,3‐ジメチル‐2‐ブタノ
ン、1‐アセチル‐1‐(1‐メチルエチルスルホニ
ル)ジアゾメタン、1‐ジアゾ‐1‐(p‐トルエンス
ルホニル)‐3,3‐ジメチル‐2‐ブタノン、1‐ジ
アゾ‐1‐ベンゼンスルホニル‐3,3‐ジメチル‐2
‐ブタノン、1‐ジアゾ‐1‐(p‐トルエンスルホニ
ル)‐3‐メチル‐2‐ブタノン、2‐ジアゾ‐2‐
(p‐トルエンスルホニル)酢酸シクロヘキシル、2‐
ジアゾ‐2‐ベンゼンスルホニル酢酸tert‐ブチ
ル、2‐ジアゾ‐2‐メタンスルホニル酢酸イソプロピ
ル、2‐ジアゾ‐2‐ベンゼンスルホニル酢酸シクロヘ
キシル、2‐ジアゾ‐2‐(p‐トルエンスルホニル)
酢酸tert‐ブチルなどのスルホニルカルボニルジア
ゾメタン類、(d)p‐トルエンスルホン酸2‐ニトロ
ベンジル、p‐トルエンスルホン酸2,6‐ジニトロベ
ンジル、p‐トリフルオロメチルベンゼンスルホン酸
2,4‐ジニトロベンジルなどのニトロベンジル誘導
体、(e)ピロガロールのメタンスルホン酸エステル、
ピロガロールのベンゼンスルホン酸エステル、ピロガロ
ールのp‐トルエンスルホン酸エステル、ピロガロール
のp‐メトキシベンゼンスルホン酸エステル、ピロガロ
ールのメシチレンスルホン酸エステル、ピロガロールの
ベンジルスルホン酸エステル、没食子酸アルキルのメタ
ンスルホン酸エステル、没食子酸アルキルのベンゼンス
ルホン酸エステル、没食子酸アルキルのp‐トルエンス
ルホン酸エステル、没食子酸アルキルのp‐メトキシベ
ンゼンスルホン酸エステル、没食子酸アルキルのメシチ
レンスルホン酸エステル、没食子酸アルキルのベンジル
スルホン酸エステルなどのポリヒドロキシ化合物と脂肪
族又は芳香族スルホン酸エステル類などを挙げることが
できる。前記没食子酸アルキルにおけるアルキル基は、
炭素数1〜15のアルキル基、特にオクチル基及びラウ
リル基が好ましい。そのほか(f)ビス(p‐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、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメ
タンスルホネートなどのオニウム塩なども用いることが
できる。前記酸発生剤の中で、特にビススルホニルジア
ゾメタン類が好ましく、中でもビス(シクロヘキシルス
ルホニル)ジアゾメタン及びビス(2,4‐ジメチルフ
ェニルスルホニル)ジアゾメタンが好適である。これら
の酸発生剤は1種を用いてもよいし、2種以上を組み合
せて用いてもよい。
【0010】本発明塗布液において、(B)成分として
用いられる樹脂成分は、酸の作用によりアルカリ水溶液
の溶解度が増大するものであり、(イ)水酸基の10〜
60モル%がtert‐ブトキシカルボニルオキシ基で
置換されたポリヒドロキシスチレン10〜70重量%、
好ましくは20〜50重量%と、(ロ)水酸基の10〜
60モル%が一般式(I)
【化3】 (式中のR1は水素原子又はメチル基、R2はメチル基又
はエチル基、R3は低級アルキル基である)で表わされ
る基で置換されたポリヒドロキシスチレン30〜90重
量%、好ましくは50〜80重量%との混合物である。
この一般式(I)で表わされる置換基の例としては、1
‐メトキシエトキシ基、1‐エトキシエトキシ基、1‐
n‐プロポキシエトキシ基、1‐イソプロポキシエトキ
シ基、1‐n‐ブトキシエトキシ基、1‐イソブトキシ
エトキシ基、1‐(1,1‐ジメチルエトキシ)‐1‐
メチルエトキシ基、1‐メトキシ‐1‐メチルエトキシ
基、1‐エトキシ‐1‐メチルエトキシ基、1‐n‐プ
ロポキシ‐1‐メチルエトキシ基、1‐イソブトキシ‐
1‐メチルエトキシ基、1‐メトキシ‐n‐プロポキシ
基、1‐エトキシ‐n‐プロポキシ基などが挙げられ
る。中でも、特に1‐エトキシエトキシ基及び1‐メト
キシ‐n‐プロポキシ基が感度、解像力がバランス良く
向上するので好ましい。本発明の塗布液は、酸発生剤か
ら生じる酸が、tert‐ブトキシカルボニルオキシ基
及び一般式(I)の基を分解し、これらが樹脂成分の溶
解と前記tert‐ブトキシカルボニルオキシ基による
溶解阻害能をほどよく釣り合わせ、高感度、高解像性及
び高耐熱性を達成するのであるが、上記混合物から成る
樹脂成分の配合割合が上記範囲を逸脱するとこれらの特
性が低下する。
【0011】上記(イ)成分は、ポリヒドロキシスチレ
ンの水酸基を、例えばジ‐tert‐ブチル‐ジ‐カー
ボネートなどにより、公知の置換反応に従いtert‐
ブトキシカルボニルオキシ基により、置換率10〜60
モル%の範囲で置換したものである。この置換率が10
モル%未満ではプロファイル形状に優れたレジストパタ
ーンが得られず、また60モル%を超えると感度が低下
するため好ましくなく、実用上は20〜50モル%が有
効である。
【0012】一方、(ロ)成分は、ポリヒドロキシスチ
レンの水酸基を、例えば1‐クロロ‐1‐エトキシエタ
ンや1‐クロロ‐1‐メトキシプロパンなどにより、公
知の置換反応に従い前記一般式(I)で表わされる基に
より、置換率10〜60モル%の範囲で置換したもので
ある。この置換率が10モル%未満では形状の優れたパ
ターンが得られず、また60モル%を超えるとレジスト
の感度が低下するため好ましくなく、実用的には20〜
50モル%が有効である。
【0013】さらに、上記樹脂成分の重量平均分子量
は、ゲルパーミエーションクロマト法(GPC法)に基
づきポリスチレン基準で3,000〜30,000の範
囲が好ましい。重量平均分子量が前記範囲未満では被膜
性に劣り、また前記上限範囲を超えるとアルカリ水溶液
に対する溶解性が低下する。
【0014】本発明塗布液においては、(C)成分の溶
剤として、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤やエステル系
溶剤が用いられる。ケトン系溶剤としては、アセトン、
メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソア
ミルケトン、2‐ヘプタノンなどが挙げられる。エーテ
ル系溶剤としては、例えばエチレングリコール、ジエチ
レングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレン
グリコールなどの多価アルコールのモノアセテートのモ
ノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピル
エーテル、モノブチルエーテル、モノフェニルエーテル
など、あるいは、上記多価アルコールのモノ又はジメチ
ルエーテル、モノ又はジエチルエーテル、モノ又はジプ
ロピルエーテル、モノ又はジブチルエーテル、モノ又は
ジフェニルエーテルなど、さらにはジオキサンなどの環
式エーテル類などが挙げられる。一方、エステル系溶剤
としては、例えば乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチ
ル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピル
ビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシ
プロピオン酸エチルなどが挙げられる。これらのケトン
系、エーテル系溶剤やエステル系溶剤は単独で用いても
よいし、2種以上を混合して用いてもよい。
【0015】本発明塗布液は、前記(A)成分の酸発生
剤、(B)成分の樹脂成分及び(C)成分の溶剤から成
るものを基本組成とするものであり、該(A)成分は、
(B)成分100重量部に対し、通常1〜20重量部の
割合で配合される。この配合量が1重量部未満では効果
が不十分であるし、20重量部を超えると溶剤に完全に
溶解しなかったり、樹脂成分との混和性が低下する。効
果、溶剤に対する溶解性及び樹脂成分との混和性などの
点から、(A)成分の配合量は、特に2〜10重量部の
範囲が好適である。
【0016】本発明塗布液においては、前記基本組成に
対し、(D)成分としてN,N‐ジアルキルカルボン酸
アミドが配合される。このN,N‐ジアルキルカルボン
酸アミドとしては、孤立したレジストパターン形状の改
善効果の点から、低級カルボン酸アミドのN,N‐ジ‐
低級アルキル基置換体が好ましく挙げられ、特にN,N
‐ジメチルホルムアミド及びN,N‐ジメチルアセトア
ミドが好適である。この(D)成分のN,N‐ジアルキ
ルカルボン酸アミドは1種用いてもよいし、2種以上を
組み合わせて用いてもよく、また、その配合量は、前記
(B)成分の樹脂成分に対し、0.1〜5重量%の範囲
で選ぶことが必要である。この量が0.1重量%未満で
は孤立したレジストパターン形状の改善効果が十分に発
揮されないおそれがあるし、5重量%を超えるとその量
の割には効果の向上がみられず、むしろ感度が劣化す
る。孤立したレジストパターン形状の改善効果及び感度
のバランスなどの面から、(D)成分の好ましい配合量
は0.5〜3重量%の範囲である。
【0017】本発明のポジ型レジスト膜形成用塗布液に
は、さらに所望により混和性のある添加物、例えばレジ
スト膜の性能を改良するための付加的樹脂、可塑剤、安
定剤、着色剤、界面活性剤などの慣用されているものを
添加含有させることができる。
【0018】本発明のポジ型レジスト膜形成用塗布液の
使用方法としては従来のホトレジスト技術のレジストパ
ターン形成方法が用いられるが、その好適な例を次に示
す。まずシリコンウエーハのような支持体上に、酸発生
剤、樹脂成分、N,N‐ジアルキルカルボン酸アミド並
びに必要に応じて配合される各種添加物を溶剤に溶解し
た塗布液をスピンナーなどで塗布し、乾燥して感光層を
形成させ、これに縮小投影露光装置などにより、dee
p−UV、エキシマレーザー光を所望のマスクパターン
を介して照射し、次いでこれを現像液、例えば1〜10
重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液の
ようなアルカリ性水溶液などを用いて現像処理する。こ
の形成方法でマスクパターンに忠実な画像を得ることが
できる。
【0019】
【発明の効果】本発明のポジ型レジスト膜形成用塗布液
は、化学増幅型であって、高感度及び高解像性に優れ、
かつ孤立したレジストパターン形状に優れており、de
ep−UVやエキシマレーザー光用レジストとして好適
で、超LSIの製造工程の微細加工に特に有効に使用で
きる。
【0020】
【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定さ
れるものではない。
【0021】実施例1 水酸基の39モル%がtert‐ブチルオキシカルボニ
ルオキシ基で置換された重量平均分子量10,000の
ポリヒドロキシスチレンと水酸基の39%モルがエトキ
シエトキシ基で置換された重量平均分子量10,000
のポリヒドロキシスチレンとの重量比3:7の混合物1
00重量部、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾ
メタン7重量部及びN,N‐ジメチルアセトアミド2重
量部を、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセ
テート490重量部に溶解したのち、このものを孔径
0.2μmのメンブランフィルターを用いてろ過し、ポ
ジ型レジスト膜形成用塗布液を調製した。
【0022】次に、調製された塗布液をスピンナーを用
いてシリコンウエーハ上に塗布し、これをホットプレー
ト上で90℃、90秒間乾燥して膜厚0.7μmのレジ
スト膜を得た。この膜に縮小投影露光装置NSR―20
05EX8A(ニコン社製)を用い、1mJ/cm2
つドーズ量を加え露光したのち、110℃、90秒間加
熱し、次いで2.38重量%テトラメチルアンモニウム
ヒドロキシド水溶液で23℃にて65秒間現像処理し、
30秒間水洗、乾燥して0.25μmの孤立したレジス
トパターンを形成した。
【0023】このレジストパターンの断面形状をSEM
(走査型電子顕微鏡)写真により観察したところ、矩形
状の良好なパターンであった。
【0024】実施例2 実施例1において、N,N‐ジメチルアセトアミドの量
を1重量部に変えた以外は、実施例1と同様にして実施
したところ、形成された孤立レジストパターンは矩形状
の良好なパターンであった。
【0025】実施例3 実施例1において、N,N‐ジメチルアセトアミドの代
わりに、N,N‐ジメチルホルムアミドを用いた以外
は、実施例1と同様にして実施したところ、形成された
孤立レジストパターンは矩形状の良好なパターンであっ
た。
【0026】実施例4 実施例3において、N,N‐ジメチルホルムアミドの量
を3重量部に変えた以外は、実施例3と同様にして実施
したところ、形成された孤立レジストパターンは矩形状
の良好なパターンであった。
【0027】比較例 実施例1において、N,N‐ジメチルアセトアミドを用
いなかったこと以外は、実施例1と同様にして実施した
ところ、形成された孤立レジストパターンは倒れてい
た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂井 与日 神奈川県川崎市中原区中丸子150番地 東京応化工業株式会社内 (72)発明者 中山 寿昌 神奈川県川崎市中原区中丸子150番地 東京応化工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−36190(JP,A) 特開 平7−84360(JP,A) 特開 平7−84361(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G03F 7/00 - 7/42 H01L 21/027

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)放射線照射により酸を発生する化
    合物、(B)(イ)水酸基の10〜60モル%がter
    t‐ブトキシカルボニルオキシ基で置換されたポリヒド
    ロキシスチレン10〜70重量%と、(ロ)水酸基の1
    0〜60モル%が一般式 【化1】 (式中のR1は水素原子又はメチル基、R2はメチル基又
    はエチル基、R3は低級アルキル基である)で表わされ
    る基で置換されたポリヒドロキシスチレン30〜90重
    量%との混合物から成る樹脂成分、(C)ケトン系、エ
    ーテル系及びエステル系溶剤の中から選ばれた少なくと
    も1種から成る基本組成に対し、(D)N,N‐ジアル
    キルカルボン酸アミドを(B)成分に基づき0.1〜5
    重量%の割合で配合したことを特徴とするポジ型レジス
    ト膜形成用塗布液。
  2. 【請求項2】 N,N‐ジアルキルカルボン酸アミド
    が、N,N‐ジメチルホルムアミド及びN,N‐ジメチ
    ルアセトアミドの中から選ばれた少なくとも1種である
    請求項1記載のポジ型レジスト膜形成用塗布液。
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