JP3220745B2 - フォトレジスト用共重合体、フォトレジスト用共重合体の製造方法、フォトレジスト組成物、及びフォトレジストパターンの形成方法、および半導体装置 - Google Patents
フォトレジスト用共重合体、フォトレジスト用共重合体の製造方法、フォトレジスト組成物、及びフォトレジストパターンの形成方法、および半導体装置Info
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Description
製造に係り、詳細には、半導体集積回路の製造工程にお
ける光リソグラフィにおいて、フォトレジストとして利
用することが可能な感光膜に関する。
は、特に微細な加工を行うために、光リソグラフィの際
の感度が高いフォトレジストが求められている。そし
て、例えば科学増幅性を有するDUV(DeepUltra Viol
et)フォトレジスト等が脚光を浴びている。
発生剤(photoacid generator)と、酸に敏感に反応す
る構造のマトリックス高分子を配合して製造され、この
ようなフォトレジストが作用する仕組みは次の通りであ
る。
受けることによって酸を発生させ、発生した酸によっ
て、マトリクス状の高分子の主鎖、または側鎖が反応し
て分解され、或いは、架橋結合又は高分子の極性が大き
く変化する。これらの分解、或いは変化した部分は、何
れも現像液によって溶解される。一方で、光の照射を受
けない部分は、本来の構造をそのまま保持しているので
現像液に溶解されない。
像を、基板上にポジ画像(ポジ型レジストを用いた場
合)として残すことができる。ところで、この光リソグ
ラフィ工程での解像度は、光源の波長に依存する。即
ち、光源の波長が小さくなるほど微細なパターンを基板
上に形成させることができる。
チング耐性と耐熱性、及び、基板表面との接着力が求め
られ、さらにArFランプ光源に適用されるArF感光
膜に用いられるフォトレジストは、2.38%テトラメ
チルアンモニウムヒドロキシサイド(TMAH)水溶液
によって現像可能でなければならないが、これら全ての
性質を満足する感光膜樹脂を合成することは非常に困難
であった。
ト等で構成されるポリアクリレート系樹脂は、その合成
が容易である反面、エッチング耐性の確保、及び、現像
工程でのTMAHに対する適合性に問題があった。この
ようなエッチング耐性は、主鎖(main chain)に脂肪属
環単量体を導入することによって増加させることができ
るが、主鎖を全て脂肪族環で構成させるのは非常に困難
であった。
決するための試みとして、主鎖がノボラン、アクリレー
ト及び無水マレイン酸に置換された、式(12)で表さ
れるような構造の樹脂が、AT&T社(ベル研究所)に
よって開発された。
肪族環オレフィン基を重合させるために用いられる無水
マレイン酸部分Aが、露光していない場合にも、現像液
である2.38%TMAH水溶液に非常によく溶解され
てしまう。
ルが置換されたy部分の比率を増加させなければならな
いが、y部分の比率を増加させると、下端の基板層(su
bstrate)との接着力を増加させるz部分の比率が相対
的に低減してしまうので、パターニング時にフォトレジ
スト(感光膜)がシリコンウェハーから離脱し、パター
ン現像が不可能となる。
を解消するため、コレステロールを含む2成分系の溶解
抑制剤を考案した。しかしながら、この溶解抑制剤は、
重量比で樹脂の30%に相当する量が使用される。即
ち、非常に多量の溶解抑制剤を用いなければならないた
め、実際にフォトレジスト樹脂として用いることは困難
であった。
エッチング耐性と耐熱性及び接着力は勿論、現像液に容
易に溶解しないArF感光膜樹脂及びその製造方法を提
供することを目的とし、さらに、この新規のArF感光
膜樹脂に用いる共重合体及び共重合体を製造する方法を
提供することにある。そして、本発明は、前記ArF感
光膜樹脂を含む感光膜及び感光膜の製造方法を提供する
ことにある。また、本発明の他の目的は、前記ArF感
光膜樹脂を含むフォトレジストを利用した半導体装置及
び半導体装置を製造する方法を提供することにある。
発明は、(i)Rが水素である下記式(1)の化合物と、Rが置
換又は非置換された炭素数C1〜C10のアルキル基で
ある式(1)の化合物の中の1つ以上の化合物と、 (ii)下記式(2)で示される無水マレイン酸、および
式(3)で示されるビニレンカルボネートの中の1つ以
上の化合物とを含むことを特徴とするフォトレジスト用
共重合体である。
のフォトレジスト用共重合体において、Rが水素である
前記式(1)の化合物は、5−ノルボルネン−2−カル
ボン酸、またはビシクロ[2,2,2]オクト−5−エ
ン−2−カルボン酸であることを特徴とする。
のフォトレジスト用共重合体において、Rが置換又は非
置換された炭素数C1〜C10のアルキル基である式
(1)の化合物は、2−ヒドロキシエチル−5−ノルボ
ルネン−2−カルボキシレート、または2−ヒドロキシ
エチル−ビシクロ[2,2,2]オクト−5−エン−2
−カルボキシレートであることを特徴とする。
のフォトレジスト用共重合体において、Rが置換又は非
置換された炭素数C1〜C10のアルキル基である式
(1)の化合物は、t−ブチル−5−ノルボルネン−2
−カルボキシレート、またはt−ブチル−ビシクロ
[2,2,2]オクト−5−エン−2−カルボキシレー
トであることを特徴とする。
のフォトレジスト用共重合体において、前記フォトレジ
スト用共重合体は、ポリ(2−ヒドロキシエチル−5−
ノルボルネン−2−カルボキシレート/t−ブチル−5
−ノルボルネン−2−カルボキシレート/無水マレイン
酸); ポリ(2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−
カルボキシレート/t−ブチル−5−ノルボルネン−2
−カルボキシレート/ビニレンカルボネート); ポリ(2−ヒドロキシエチル−ビシクロ[2,2,2]
オクト−5−エン−2−カルボキシレート/t−ブチル
−ビシクロ[2,2,2]オクト−5−エン−2−カル
ボキシレート/無水マレイン酸); ポリ(2−ヒドロキシエチル−ビシクロ[2,2,2]
オクト−5−エン−2−カルボキシレート/t−ブチル
−ビシクロ[2,2,2]オクト−5−エン−2−カル
ボキシレート/ビニレンカルボネート); ポリ(2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−
カルボキシレート/t−ブチル−5−ノルボルネン−2
−カルボキシレート/5−ノルボルネン−2−カルボン
酸/無水マレイン酸)からなる群から選択されることを
特徴とする。
のフォトレジスト用共重合体において、前記フォトレジ
スト用共重合体の分子量は、3000〜100000の
範囲であることを特徴とする。
のフォトレジスト用共重合体において、前記式(1)の
前記Rがヒドロキシアルキルである化合物は、2−ヒド
ロキシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレー
トであることを特徴とする。
換又は非置換された炭素数C1〜C10のアルキル基で
ある式(1)の化合物の中の1つ以上の化合物と、 (ii)下記式(2)で示される無水マレイン酸、および
式(3)で示されるビニレンカルボネートの中の1つ以
上の化合物とを、溶解する段階と、 (b)前記(a)の結果物として得られた溶液に、重合
開始剤を添加して重合反応を行う段階とを含むことを特
徴とするフォトレジスト用共重合体の製造方法である。
のフォトレジスト用共重合体の製造方法において、前記
有機溶媒は、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、
ベンゼン、トルエン、ジオキサン、ジメチルホルムアミ
ド、テトラヒドロフラン、及びこれらの混合溶媒からな
る群から選択されることを特徴とする。
載のフォトレジスト用共重合体の製造方法において、前
記重合開始剤は、過酸化ベンゾイル、2、2’−アゾビ
スイソブチロニトリル(AIBN)、アセチルパーオキ
サイド、ラウリルパーオキサイド、およびt−ブチルパ
ーアセテートからなる群から選択されることを特徴とす
る。
載のフォトレジスト用共重合体の製造方法において、前
記(b)段階の重合反応は、窒素雰囲気下で行われるこ
とを特徴とする。
共重合体と、 (ii)光酸発生剤と、 (iii)有機溶媒とを含むことを特徴とするフォトレジ
スト組成物である。
載のフォトレジスト組成物において、前記光酸発生剤
は、オニウム塩または有機スルホン酸であることを特徴
とする。
載のフォトレジスト組成物において、前記光酸発生剤
は、トリフェニルスルホニウムトリフレート、またはジ
ブチルナフチルスルホニウムトリフレートであることを
特徴とする。
載のフォトレジスト組成物を塗布してフォトレジスト膜
を形成する段階と、 (b)露光装置を利用して前記フォトレジスト膜を露光
する段階と、 (c)前記(b)で得られた結果物を現像する段階とを
含むことを特徴とするフォトレジストパターンの形成方
法である。
載のフォトレジストパターンの形成方法において、前記
露光装置は、遠紫外線(Deep Ultra Violet)露光装置
またはエキシマレーザ露光装置であることを特徴とす
る。
載のフォトレジストパターンの形成方法において、前記
遠紫外線露光装置は、ArF(193nm)光を光源と
するものであることを特徴とする。
載のフォトレジストパターンの形成方法において、前記
(c)段階は、アルカリ現像液を用いて行われることを
特徴とする。
載のフォトレジストパターンの形成方法において、前記
アルカリ現像液は、2.38%TMAHであることを特
徴とする。
19のいずれか記載のフォトレジストパターンの形成方
法を利用して製造されたことを特徴とする半導体装置で
ある。
一般式(1)で表されるビシクロアルケン化合物を含
み、式(2)で表される無水マレイン酸及び式(3)で
表されるビニレンカルボネートの少なくともいずれか一
方を含む混合物を共重合させて得られる感光膜共重合体
である。
置換、または非置換されたアルキル基を表す。また、n
は1または2を表す。]
ン化合物は、Rが水素原子、2−ヒドロキシエチル基ま
たはt−ブチル基のいずれかである。
ては、2−ヒドロキシエチル−5−ノルボルネン−2−
カルボキシレート、t−ブチル−5−ノルボルネン−2
−カルボキシレート、5−ノルボルネン−2−カルボン
酸、2−ヒドロキシエチル−ビシクロ[2,2,2]オ
クト−5−エン−カルボキシレート、t−ブチルビシク
ロロ[2,2,2]オクト−5−エン−2−カルボキシ
レートまたはビシクロ[2,2,2]オクト−5−エン
−2−カルボン酸が好ましい。
の分子量は3000〜100000であることが好まし
い。
子、2−ヒドロキシエチル基またはt−ブチル基であ
り、nが1のビシクロアルケン、即ち、2−ヒドロキシ
エチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート、t
−ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート及
び5−ノルボルネン−2−カルボン酸のいずれかと、ビ
ニレンカルボネートとを含む混合物を共重合させて得ら
れるものが最も好ましい。
一般式(1)で表されるビシクロアルケン化合物を含
み、前記式(2)で表される無水マレイン酸及び前記式
(3)で表されるビニレンカルボネートの少なくともい
ずれかを含む混合物を、通常のラジカル重合開始剤を用
いて、通常のラジカル重合をさせることにより、容易に
製造することができる。
重合等によって重合させることが可能であり、重合溶媒
としてはシクロヘキサノン、メチルエチルケトン、ベン
ゼン、トルエン、ジオキサン、ジメチルホルムアミド、
テトラヒドロフラン(tetrahydrofuran)等の単独溶媒
又はこれ等の混合溶媒を用いることができる。
ゾイル、2、2’−アゾビスイソブチロニトリル(AI
BN)、アセチルパーオキサイド、ラウリルパーオキサ
イド、t−ブチルパーアセテート等を用いることができ
る。
レジスト組成物と同一の方法により、有機溶媒に溶解さ
せて通常の光酸発生剤と混合させ、フォトレジスト溶液
を調製することにより、半導体基板上における光リソグ
ラフィによるポジティブ微細画像形成に用いることがで
きる。
は、有機溶媒及び光酸発生剤の種類や光リソグラフィの
条件等に従って変化することもあるが、一般に、フォト
レジスト製造時に用いる有機溶媒に対し約10〜30重
量%を用いることができる。
適用する方法をより具体的に説明すれば、次の通りであ
る。
光膜共重合体10〜30重量%を溶解し、光酸発生剤の
オニウム塩又は有機スルホン酸を、前記感光膜共重合体
に対し0.1〜10重量%配合した後、超微細フィルタ
ーで濾過することによってフォトレジスト溶液を製造す
る。
ら前記フォトレジスト溶液をスピン塗布して薄膜を形成
させた後、80℃〜150℃のオーブン又は熱板で1〜
5分間、ソフトベークを行う。
ーザ露光装置を利用して露光した後、100〜200℃
の温度において露光後ベークを行う。
2.38%TMAH水溶液に1分30秒間浸漬して現像
を行うことにより、超微細ポジティブレジスト画像を得
ることが可能である。
明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。
キシレートの合成式(6)で表されるジシクロペンタジ
エン(dicyclopentadiene)を、約120℃〜170℃
の温度において分解蒸留(cracking)し、式(4)で表
されるシクロペンタジエンを得た。
ンと、式(5)で表される2−ヒドロキシエチルアクリ
レート(2−hydroxyethyl acrylate)と、を同じモル
比で、ジエチルエーテルまたはテトラハイドロフラン溶
媒に溶解して、この溶液を約−30℃〜60℃の温度下
で24時間反応させた。その後、ロータリーエヴァポレ
ーターによって溶媒を除去した後、減圧蒸留を行って、
式(10)で表される2−ヒドロキシエチル−5−ノル
ボルネン−2−カルボキシレートを、endo-体とexo-体
との混合物として得た。
の合成 反応容器に、シクロペンタジエン66gと、テトラヒド
ロフラン溶媒500gとを投入して混合し、さらにt−
ブチルアクリレート128gを投入した。この混合物を
−30℃〜60℃で撹拌しながら10時間程度反応させ
て、反応完了後にロータリーエヴァポレーターによって
溶媒を除去した後、減圧蒸留を行って、t−ブチル−5
−ノルボルネン−2−カルボキシレートを得た。収率は
90%であった。
上記参考例1で合成した2−ヒドロキシエチル−5−ノ
ルボルネン−2−カルボキシレート91gと、参考例2
で合成したt−ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボ
キシレート97gと、ビニレンカーボネート86gとを
反応容器に投入した。その後、65℃〜120℃の温度
下において、50〜200気圧で6時間反応させた。反
応完了後、ロータリーエヴァポレーターによって溶媒の
一部を除去した。その後、残渣にジエチルエーテルを加
えて沈澱させ、沈澱物を濾過して真空オーブンで乾燥さ
せることにより、共重合体を得た。
上記参考例1において合成した2−ヒドロキシエチル−
5−ノルボルネン−2−カルボキシレート91gと、上
記参考例2で合成したt−ブチル−5−ノルボルネン−
2−カルボキシレート97gと、無水マレイン酸98g
とを投入した。その後、65℃〜120℃の温度下にお
いて、50〜200気圧で6時間反応させた。反応完了
後、ロータリーエヴァポレーターによて溶媒の一部を除
去した。その後、残渣にジエチルエーテルを加えて沈澱
させ、沈澱物を濾過して真空オーブンで乾燥させること
により、共重合体を得た。
5−エン−カルボキシレート98gと、t−ブチルビシ
クロ[2,2,2]オクト−5−エン−カルボキシレー
ト 104gと、ビニレンカルボネート86gとを反応容
器に投入後、テトラヒドロフラン溶媒2リットルを加え
た。これに、AIBN1.5gを投入後、反応容器内を
窒素雰囲気下に変更して、65℃で6時間反応させる。
反応完了後、ロータリーエヴァポレーターによってテト
ラヒドロフラン溶媒の一部を除去し、残渣にジエチルエ
ーテルを加えて沈澱させた後、沈澱物を濾過して真空オ
ーブンで乾燥させ、共重合体を得た。
5−エン−カルボキシレート98gと、t−ブチルビシ
クロ[2,2,2]オクト−5−エン−カルボキシレー
ト 104gと、無水マレイン酸98gとを反応容器に投
入後、テトラヒドロフラン溶媒2リットルを加えた。こ
れに、AIBN1.5gを投入した後、反応容器内を窒
素雰囲気下に変更して、65℃で6時間反応させる。反
応完了後、ロータリーエヴァポレーターによってテトラ
ヒドロフラン溶媒の一部を除去し、残渣にジエチルエー
テルを加えて沈澱させる。沈澱物を濾過して真空オーブ
ンで乾燥させ、共重合体を得た。
ルネン−2−カルボキシレートと、t−ブチル−5−ノ
ルボルネン−2−カルボキシレートと、5−ノルボルネ
ン−2−カルボン酸と、無水マレイン酸とを含む共重合
体)の合成。式(2)で表される無水マレイン酸1モル
と、式(7)で表される2−ヒドロキシエチル−5−ノ
ルボルネン−2−カルボキシレート0.05〜0.8モ
ルと、式(8)で表されるt−ブチル−5−ノルボルネ
ン−2−カルボキシレート0.5〜0.95モルと、式
(9)で表される5−ノルボルネン−2−カルボン酸
0.01〜0.2モルとを、テトラヒドロフラン或いは
トルエンに溶解した。続いて、この溶液にラジカル重合
開始剤のAIBN(azobisisobutyronitrile)0.5〜
10gを投入して、窒素或いはアルゴン雰囲気下におい
て、約60℃〜70℃の温度下で4〜24時間反応させ
た。このようにして生成した樹脂をジエチルエーテル或
いはヘキサン中において沈澱させ、この沈殿物を回収し
て乾燥させて、式(11)で表されるポリ[2−ヒドロ
キシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート
/t−ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレー
ト/5−ノルボルネン−2−カルボン酸/無水マレイン
酸]樹脂を得た。
チル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート/t−
ブチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート/5
−ノルボルネン−2−カルボン酸/無水マレイン酸]1
0gを、3−メトキシメチルプロピオネート(3-metoxy
methyl propionate )溶媒40gに溶解して、光酸発生
剤のトリフェニルスルホニウムトリフレート(tripheny
l sulfonium triflate)、或いはジブチルナフチルスル
ホニウムトリフレート(dibutylnaphthyl sulfonium tr
iflate)又はこれら二つの光酸発生剤の混合物を約0.
02〜1g投入後、撹拌した。反応後、0.10μmの
フィルターを用いて濾過を行って樹脂を得た。この樹脂
をウェハーの表面に塗布して、パターンの形成を行っ
た。このとき、塗布した感光膜の厚さは約0.6μmで
あり、0.14μmの解像度で垂直(vertical)L/S
パターンを得た。
共重合体、感光膜共重合体の製造方法、感光膜、単量体
の製造方法、半導体装置の製造方法及び半導体装置によ
れば、以下に述べるような効果が得られる。即ち、本発
明に係る新規の共重合体を用いた感光膜は、エッチング
耐性及び耐熱性が優れているだけでなく、2.38%T
MAH水溶液を現像液に用いることが可能である。ま
た、接着力が優れ、レジストの厚さを0.7μm とし
て、0.15μm の解像度でL/Sパターンを得ること
ができ、焦点深度でも満足な結果を得ることができた。
そして、本発明のような方法により、樹脂に2−ヒドロ
キシエチル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート
を導入すれば、接着力の優れた感光膜を合成することが
できる。
Claims (4)
- 【請求項1】(a)有機溶媒中に、 (i)Rが水素である下記式(1)の化合物と、Rが置
換又は非置換された炭素数C1〜C10のアルキル基で
ある式(1)の化合物の中の1つ以上の化合物と、 (ii)下記式(2)で示される無水マレイン酸、およ
び式(3)で示されるビニレンカルボネートの中の1つ
以上の化合物とを、溶解する段階と、 (b)前記(a)の結果物として得られた溶液に、重合
開始剤を添加して重合反応を行う段階とを含むことを特
徴とするフォトレジスト用共重合体の製造方法。 【化1】 前記式(1)で、nは1又は2である。 - 【請求項2】前記有機溶媒は、シクロヘキサノン、メチ
ルエチルケトン、ベンゼン、トルエン、ジオキサン、ジ
メチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、及びこれら
の混合溶媒からなる群から選択されることを特徴とする
請求項1に記載のフォトレジスト用共重合体の製造方
法。 - 【請求項3】前記重合開始剤は、過酸化ベンゾイル、
2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、
アセチルパーオキサイド、ラウリルパーオキサイド、お
よびt−ブチルパーアセテートからなる群から選択され
ることを特徴とする請求項1に記載のフォトレジスト用
共重合体の製造方法。 - 【請求項4】前記(b)段階の重合反応は、窒素雰囲気
下で行われることを特徴とする請求項1に記載のフォト
レジスト用共重合体の製造方法。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1996P-80264 | 1996-12-31 | ||
KR19960080264 | 1996-12-31 | ||
KR1997P-26807 | 1997-06-21 | ||
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