JP3253193B2 - ネガホトレジスト及びその製造方法 - Google Patents

ネガホトレジスト及びその製造方法

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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/008Azides
    • G03F7/012Macromolecular azides; Macromolecular additives, e.g. binders

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はホトレジストに関しそし
てその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ホトレジストは、マイクロリソグラフィ
を必要としそして画像解像度がミクロンまたはサブミク
ロンの水準にまで微細化される適用分野において一般に
使用される。ホトレジストは通常、重合体、および光へ
のミリ秒の露光に応答しそしてエッチング剤の作用に抵
抗する光活性成分からなる。そのようなホトレジストは
集積回路を組み込むシリコンウェーハに特定の適用分野
を有する。
【0003】当業界において現在知られているホトレジ
ストはポジホトレジストまたはネガホトレジストのいず
れかである。ポジホトレジストの場合において、光に露
光されたホトレジストは、通常アルカリ性水溶液である
現像剤溶液に可溶性になる。したがって、上にホトレジ
スト被覆を有するシリコンウエーハの露光された部分は
現像剤に可溶性となりそして露光されていない部分は不
溶性になる。したがってマスクのポジ画像が生ずる。例
えばHF−NH4 Fを用いてのエッチングの際、光に露
光された領域がエッチングされる。最終工程において、
基体の露光されていない部分の上に残るホトレジスト層
は除去される。上に記載したとおりに露光された領域は
アルカリ可溶性になり、これは分子量における減少に起
因するかあるいは始めのホトレジストにおける官能基A
が、アルカリ可溶性にする新しい官能基Bに変換される
ことに起因する可能性がある。
【0004】ポジホトレジストとは対照的に、ネガホト
レジストの場合において、ネガ像がシリコンウエーハ上
に形成される。そのようなホトレジストにおいて、露光
された領域は、通常有機溶媒である現像剤溶液に不溶性
となりそしてポジホトレジストとは異なって露光されて
いない領域が前記現像剤に可溶性となる。
【0005】公知のネガホトレジストは、光活性成分
(PAC)、重合体、溶媒および他の添加剤からなる。
Journal of Chemical Educa
tion第65巻第4号(1988年4月)にTurn
er等により報告されているように、重合体は環化ポリ
イソプレンでありそして光活性化合物はビスアジド類で
ある。溶媒は酢酸エトキシエチルからなる。光に露光さ
れたとき、前記光活性化合物に光分解をうけて反応性ニ
トレン中間体となりそして重合体マトリックス内に取り
込まれたとき反応の速度は実質的に増大することが一般
的に信じられている。そのような反応に起因して、架橋
結合が起こり、結果として重合体の分子量が増大し、そ
して重合体を有機溶媒のような通常使用されている溶媒
に不溶性にする。幾つかの顕著な欠点がネガホトレジス
トに伴なっておりそして特にそのために使用される現像
剤に起因している。1つのそのような欠点は現像剤が環
境的に許容されないことである。他の欠点は、現像剤が
重合体を膨潤してしまいそして解像度に有害に作用する
ことである。
【0006】ポジホトレジストは上記刊行物においてT
urner等により報告されているように、水性塩基に
可溶性である重合体としてノボラック樹脂、および光活
性化合物としてナフタレンジアゾキノンスルホネートを
含む。しかしながらそのような刊行物は樹脂が精製の工
程に付されるべきであることを開示もまたは示唆もして
いない。
【0007】ポジホトレジストのための通常ノボラック
からなる重合体が、種々の共重合体とともにN−(p−
ヒドロキシフェニル)マレイミドと置き換えられるポジ
ホトレジストが、Polymer Engineeri
ng and Science、第26巻第18号(1
986年9月中旬)においてTurner等により示唆
された。
【0008】なお他のホトレジストがイワヤナギ等によ
り示唆され、それはポリヒドロキシスチレン、ポリ(パ
ラ−メトキシスチレン)およびポリスチレンとともに研
究された3,3′−ジアジドジフェニルスルホン、3−
(4−(p−アジドフェニル)−1,3−ブタジエニ
ル)−5,5−ジメチル−2−シクロヘキセン−1−オ
ン)からなる重合体を示唆している。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記公知のホトレジスト
と異なって、本発明はネガホトレジストに関係するがし
かし現像中ポジホトレジストの性質を示すネガホトレジ
ストに関する。したがって、本発明の目的は改良された
ホトレジストおよびその製造方法を提案することであ
る。
【0010】本発明の他の目的は、ネガホトレジストで
あるがしかし現像に関してポジホトレジストの性質を有
するネガホトレジストを提案することである。
【0011】本発明のなお他の目的はネガホトレジスト
であるがしかしポジホトレジストの性質を有しそして高
い感度を有するネガホトレジストを提案することであ
る。
【0012】本発明のさらに他の目的はネガホトレジス
トであるがしかし高い解像度を有するポジホトレジスト
の性質を有するネガホトレジストを提案することであ
る。
【0013】本発明の別の目的はネガホトレジストであ
るがしかしポジホトレジストの性質を有しそして環境的
に許容できる現像剤を使用するネガホトレジストを提案
することである。
【0014】本発明に従えば、1−アジド−2,5−ジ
クロロ−3,6−ジメチル−4−ニトロベンゼンまたは
1−アジド−2,5−ジブロモ−3,6−ジメチル−4
−ニトロベンゼンから選ばれたニトロフェニルアジドで
ある光活性化合物の1部毎に、アルカリ媒体中に可溶性
であるノボラック樹脂の部分を浸出する工程により精製
されたノボラック樹脂5〜6部、酢酸2−エトキシエチ
ル、キシレン、ジグリムまたはシクロヘキサノンから選
ばれた溶媒10〜12重量部、そして被覆として適用さ
れたときホトレジスト組成物の接着性および粘度を増大
するための公知の添加剤を加えることを特徴とするネガ
ホトレジストの製造方法が提供される。
【0015】本発明のホトレジストはノボラック樹脂か
らなる重合体を含有する。上に記載したとおりにポジホ
トレジストにおいて重合体としてノボラック樹脂の使用
は当業界において知られているがしかしTurnerに
よる報告に従えば、ノボラック樹脂は精製の工程に付さ
れない。それとは異なって、本発明はノボラック樹脂を
精製の工程に付する工程を計画に入れておりそしてその
結果水性アルカリ媒体中可溶性である部分のみが本発明
のネガホトレジストの製造のために利用される。したが
って、精製重合体、光活性成分および溶媒を含むホトレ
ジストは光に露光されたとき光分解をうけて反応性ニト
レン中間体を生成する。そのような反応性ニトレン中間
体は重合体マトリックス内に取り込まれるので、反応速
度は増大し、そしてその結果、分子量における増大また
は官能基の変換を生じそしてそれにより露光部分は水性
アルカリ現像剤に不溶性になる。
【0016】精製工程は水性アルカリ媒体に可溶性であ
る重合体の部分を浸出(leaching out)す
ることにある。本発明に従えば、重合体は水性アルカリ
で処理されそして水性アルカリ媒体に溶解する重合体の
部分を溶解するように70〜85℃の温度に加熱され
る。加熱の工程は通常は、重合体がさらに重合する可能
性を避けるために採用されるべきでない。さらに、その
ような熱の存在において、さらに重合を受けない部分さ
え溶融し、次の冷却の際不純物を含む可能性がある。同
時に加熱工程がないと重合体を溶解させるために長い反
応時間を必要とすることが分かった。したがって上記欠
点を避けるために、溶解された重合体を含有する加熱さ
れた溶液は、重合体がさらに重合するのを避けるため
に、ならびにアルカリ不溶性ノボラックが不純物として
濾液に入り込むのを防ぐために室温に冷却される。
【0017】アルカリで処理されたノボラック樹脂は、
加熱され、冷却されそして次に濾過される。濾液は次に
冷却とともにpH2〜3に、希塩酸で酸性化されて樹脂を
沈でんさせる。酸性化の工程中、濾液は分解を避けるよ
うに室温以下の温度に維持される。沈でんされた、即ち
精製されたノボラック樹脂は濾過され、水で洗浄されそ
して次に好ましくは室温で乾燥される。
【0018】本発明において使用されるノボラック樹脂
は112〜116℃の融点を有するp−クロロフェノー
ルおよび(または)133〜138℃の融点を有するm
−クレゾールのような酸触媒接触されたフェノールホル
ムアルデヒド重合体からなる。重合体の融点はホトレジ
ストがあとでの処理方法の間に流動しない点において重
要である。本発明に従えば、上にホトレジストの被覆を
有するシリコンウエーハはソフトベーキングの工程に付
され、ソフトベーキング工程のために85±10℃の温
度が使用される。
【0019】さらに、重合体の分子量分布の分散度は、
良好な解像度が達成されるように小でなければならな
い。
【0020】本発明のホトレジストにおいて使用される
光活性化合物は1−アジド−2,5−ジクロロ−3,6
−ジメチル−4−ニトロベンゼンまたは1−アジド−
2,5−ジブロモ−3,6−ジメチル−4−ニトロベン
ゼンから選ばれたニトロフェニルアジドである。
【0021】ホトレジスト組成物は、光活性化合物の1
部毎に、5〜6部の重合体および10〜12部の溶媒を
含む。もし5部より少ない重合体が組成物に存在するな
らば、より多量の光活性化合物が組成物において必要と
なり、これは最終費用に影響しそして最終費用を増加さ
せることになる。もし6部より多い重合体が組成物にお
いて存在するならば、重合体を溶解するためにより多量
の溶媒が必要となるだろう。
【0022】溶媒は酢酸2−エトキシエチルを包含す
る。
【0023】重合体および光活性化合物は光の不存在下
に、35〜40%の固形分含量を維持するように、酢酸
2−エトキシエチル、キシレン、ジグリムまたはシクロ
ヘキサノンから選ばれた溶媒中に溶解される。光活性化
合物の1部毎に、10〜12部の溶媒がホトレジスト組
成物に加えられる。得られた粘稠な溶液の色は固体の濃
度に依存して黄褐色または種々の陰影を示しそして明黄
色の条件下で取り扱うことが出来る。ホトレジストの赤
外スペクトル研究は2100cm-1での吸収により特徴づ
けられるアジド基の存在を示した。
【0024】重合体アジド配合中の種々の濃度の固体は
酢酸ブチルのような粘度改良剤、接着性を改良するため
の添加剤および安定剤の使用により改良されるかまたは
変性されることができる。
【0025】
【実施例】シリコン基体を、ベンゼン、トリクロロエチ
レンおよびアセトンで洗浄した。HMDS(ヘキサメチ
ルジシラザン)を、基体上への感光性溶液の接着促進剤
として使用した。HMDSを被覆しそしてスピン乾燥し
たのちただちにスライス上にホトレジスト溶液を分配し
た。溶液はワットマン濾紙No. 42(Whatman
filter paper No. 42)に通過させて濾
過され、次に0.5ミクロン濾過シリンジ中に通過させ
て濾過されそして次に5000rpm の一定のスピン速度
でスライス上に均一に被覆された。365nmのピーク
スペクトルでの200ワットのHgランプ下でUV露光
が行なわれた。使用されたマスクは不透明な線形マーク
を有する不透明な長方形パターンであった。露光時間は
15秒でありそして現像剤はシップリー(Shiple
y)現像剤351であった。
【0026】実験的観察/結果 ホトレジスト溶液を有する光学的リソグラフィのための
最適パラメータは下の表に示される。
【表1】 ───────────────────────────── 露光時間 現像剤/濃度 ───────────────────────────── 15秒 シップリー現像剤351 ─────────────────────────────
【0027】すべての光学的リソグラフィの工程を行な
った後のスライス上になされた観察を以下に論じる。
【0028】明瞭なパターンが基体上に見られた。層の
露光されていない領域はシップリー現像剤351中に全
体的に溶解された。露光された層は溶解しないが、層の
間引き線に起因し得る着色縞/条線を示した。
【0029】80℃での30分間ポストベーキング後、
30秒間緩衝化HF溶液中で、パターン化されたSiス
ライスがエッチング処理に付された。パターンに汚れし
みが観察されずそして鮮鋭さが維持されてホトレジスト
がエッチング液に耐えることができそして緩衝化HFに
おけるエッチング処理に選択性を提供することを示し
た。しかし、それはHNO3 をベースとするエッチング
液に何ら抵抗性を示さずそしてパターンによごれしみが
観察された。
【0030】ホトレジストはスライス上にマスクの非常
に鮮鋭なネガ画像を示した。したがって、それはネガホ
トレジストとして振まうがしかしポジ現像剤、即ちポジ
ホトレジストのために使用される現像剤において現像さ
れた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 7/038 G03F 7/008 G03F 7/023 511 G03F 7/085 H01L 21/027

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1−アジド−2,5−ジクロロ−3,6
    −ジメチル−4−ニトロベンゼンまたは1−アジド−
    2,5−ジブロモ−3,6−ジメチル−4−ニトロベン
    ゼンから選ばれたニトロフェニルアジドである光活性化
    合物の1部毎に、アルカリ媒体中に可溶性であるノボラ
    ック樹脂の部分を浸出する工程により精製されたノボラ
    ック樹脂5〜6部、酢酸2−エトキシエチル、キシレ
    ン、ジグリムまたはシクロヘキサノンから選ばれた溶媒
    10〜12重量部、そして被覆として適用されたときホ
    トレジスト組成物の接着性および粘度を増大するための
    公知の添加剤を加えることを特徴とするネガホトレジス
    トの製造方法。
  2. 【請求項2】 浸出の工程が、ノボラック樹脂をアルカ
    リ溶液で処理し、前記樹脂の重合を避ける温度に加熱し
    そして次に冷却することからなる請求項に記載の方
    法。
  3. 【請求項3】 濾液がpH2〜3に酸性されて樹脂を
    沈殿させそして室温に維持され、次に濾過され、洗浄さ
    れそして乾燥される請求項に記載の方法。
  4. 【請求項4】 精製されたノボラック樹脂がp−クロロ
    フェノールおよび(または)m−クレゾールである請求
    項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】 溶媒が酢酸2−エトキシエチルである請
    求項に記載の方法。
  6. 【請求項6】 1−アジド−2,5−ジクロロ−3,6
    −ジメチル−4−ニトロベンゼンまたは1−アジド−
    2,5−ジブロモ−3,6−ジメチル−4−ニトロベン
    ゼンから選ばれたニトロフェニルアジドである光活性化
    合物、m−クレゾールおよび(または)p−クロロフェ
    ノールからなる精製されたノボラック樹脂および酢酸2
    −エトキシエチルからなる溶媒を含むことを特徴とす
    る、現像の処理中にポジホトレジストの性質を有するネ
    ガホトレジスト。
  7. 【請求項7】 前記光活性化合物の1部に対して5〜6
    部のノボラック樹脂および10〜12部の溶媒が存在す
    る請求項に記載のネガホトレジスト。
  8. 【請求項8】 35〜40%の固形分含有量を有する請
    求項に記載のネガホトレジスト。
  9. 【請求項9】 前記精製された樹脂がアルカリ媒体に可
    溶性である請求項に記載のネガホトレジスト。
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