JP3392546B2 - Pattern formation method - Google Patents
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置、特に大規
模集積回路(LSI)の微細加工に用いられるパターン
形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pattern used for fine processing of semiconductor devices, particularly large scale integrated circuits (LSI).
It relates to a forming method .
【0002】[0002]
【従来の技術】LSI等の半導体装置、およびハードデ
ィスクドライブ等の薄膜磁気ヘッド等の製造において
は、フォトリソグラフィによる微細加工技術が採用され
ている。かかる技術は、具体的には、以下の如きプロセ
スに沿って行われる。すなわち、まずシリコン単結晶ウ
ェハ等の基板上に、例えばスピンコーティング法によっ
てフォトレジスト膜を形成する。次いで、このレジスト
膜に対して露光を行った後、現像、リンス等の処理を施
してレジストパターンを形成する。続いて、レジストパ
ターンを耐エッチングマスクとして露出するウェハ表面
をエッチングすることにより、もしくは不純物をドーピ
ングすることにより微細なデバイスを作製し、所望の回
路を形成する。2. Description of the Related Art In manufacturing semiconductor devices such as LSIs and thin-film magnetic heads such as hard disk drives, a fine processing technique by photolithography is adopted. Specifically, this technique is performed according to the following process. That is, first, a photoresist film is formed on a substrate such as a silicon single crystal wafer by, for example, a spin coating method. Next, after exposing this resist film, processing such as development and rinsing is performed to form a resist pattern. Then, a fine device is manufactured by etching the exposed wafer surface using the resist pattern as an etching resistant mask or by doping impurities, and a desired circuit is formed.
【0003】LSIの製造工程においては、LSIの高
密度集積化に伴い、リソグラフィ技術において、より微
細なパターンが形成可能な加工技術が求められている。
将来、LSIの集積度が1Gbitへと進むにつれて、
露光用光源として、ArFエキシマレーザー(波長:1
93nm)等の極短波長の光源が用いられることにな
る。In the manufacturing process of an LSI, a processing technique capable of forming a finer pattern is required in the lithography technique as the LSI is highly integrated.
In the future, as the integration density of LSI advances to 1 Gbit,
ArF excimer laser (wavelength: 1
(93 nm) and an extremely short wavelength light source will be used.
【0004】また、ハードディスクドライブでも、記録
密度が1Gbit/inを越え、将来さらに微細なパタ
ーンが要求されてくる。なお、微細パターンが形成可能
なレジストとして、アルカリ可溶性樹脂、溶解抑止剤、
および酸発生剤としてのベンゼン環を骨格に有するアリ
ールオニウム塩を含む化学増幅型レジストが提案されて
いる(特開昭63−27829号等)。この化学増幅型
レジストは、微細加工に十分なドライエッチング耐性を
有しており、しかも、化学放射線の照射により発生した
酸が触媒として機能し、微量でも効率よくレジスト膜内
部で化学変化を引き起こすので、高感度にパターンを形
成することができる。Further, even in the hard disk drive, the recording density exceeds 1 Gbit / in, and a finer pattern will be required in the future. As a resist capable of forming a fine pattern, an alkali-soluble resin, a dissolution inhibitor,
A chemically amplified resist containing an arylonium salt having a benzene ring in the skeleton as an acid generator has been proposed (JP-A-63-27829, etc.). This chemically amplified resist has sufficient dry etching resistance for microfabrication, and moreover, the acid generated by irradiation of actinic radiation functions as a catalyst, and even a trace amount efficiently causes a chemical change inside the resist film. It is possible to form a pattern with high sensitivity.
【0005】しかしながら、このような従来の化学増幅
型レジストは、水銀灯の輝線であるg線、i線、および
KrFエキシマレーザー光等を光源として用いる場合に
は、十分にその効果が得られるが、ArFエキシマレー
ザー光のようにさらに短波長を光源として用いる場合に
は、材料の透明性が極端に低下し、パターニングするこ
とがまったく不可能となる。However, such a conventional chemically amplified resist is sufficiently effective when the g-line, i-line, KrF excimer laser beam or the like which is the bright line of a mercury lamp is used as a light source. When a shorter wavelength light source such as ArF excimer laser light is used as the light source, the transparency of the material is extremely lowered, and it becomes impossible to perform patterning at all.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、極
短波長の紫外線、特にArFエキシマレーザーに対し
て、高感度、高解像度でパターンを形成する方法を提供
することを目的とする。Therefore [0007] The present invention aims at providing very short wavelength ultraviolet rays, particularly for ArF excimer laser, high sensitivity, a method of forming a pattern with high-resolution .
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、(a)アルカリ可溶性樹脂、(b)酸に
より溶解性が変化する化合物、および(c)化学放射線
の照射によって酸を発生する化合物であって、下記に示
す一般式(1)、(2)、および(3)で表わされる化
合物からなる群から選択された少なくとも一種の化合物
を含有する感光性組成物を主成分とする樹脂層を基板上
に形成する工程、前記樹脂層にArFエキシマレーザー
を用いてパターン露光を施す工程、前記露光後の樹脂層
をベーキングする工程、および、前記ベーキング後の樹
脂層を現像処理する工程を具備するパターン形成方法を
提供する。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides (a) an alkali-soluble resin, (b) a compound whose solubility is changed by an acid, and (c) an acid by irradiation with actinic radiation. a compound that generates, following the shown <br/> to the general formula (1), (2), and at least one photosensitive, containing a compound selected from the group consisting of compounds represented by (3) A resin layer containing the composition as the main component on the substrate
And a step of forming an ArF excimer laser on the resin layer.
Pattern exposure using the resin, the resin layer after the exposure
And a tree after baking.
Provided is a pattern forming method including a step of developing an oil layer .
【0008】[0008]
【化3】
(上記一般式中、Aは、少なくとも5つの共役二重結合
を有する多環芳香環であり、Zは、塩素原子、臭素原
子、またはヨウ素原子である。R1は、水素原子;炭素
数が6以下の炭化水素基;または、ハロゲン原子、ニト
ロ基、およびシアノ基からなる群より選ばれた少なくと
も1種によって置換された炭化水素基を示し、Bは、置
換されたまたは未置換の、少なくとも5つの共役二重結
合を有する多環芳香環、シクロアルカン類、および鎖状
アルカンである。また、Xは、CF3SO3、SbF6、
BF4、またはPF6である。R2およびR3は、各々同一
であっても異なっていてもよく、水素原子;ハロゲン原
子;ニトロ基、シアノ基;炭素原子数が6以下の炭化水
素基、ハロゲン原子、ニトロ基、およびシアノ基からな
る群より選択された少なくとも1種により置換された炭
化水素基を示す。)[Chemical 3] (In the above general formula, A is a polycyclic aromatic ring having at least 5 conjugated double bonds, Z is a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom. R 1 is a hydrogen atom; A hydrocarbon group of 6 or less; or a hydrocarbon group substituted by at least one selected from the group consisting of a halogen atom, a nitro group, and a cyano group, and B represents a substituted or unsubstituted at least A polycyclic aromatic ring having 5 conjugated double bonds, a cycloalkane, and a chain alkane, and X is CF 3 SO 3 , SbF 6 ,
BF 4 or PF 6 . R 2 and R 3 may be the same or different and each is a hydrogen atom; a halogen atom; a nitro group, a cyano group; a hydrocarbon group having 6 or less carbon atoms, a halogen atom, a nitro group, and a cyano group. A hydrocarbon group substituted with at least one selected from the group consisting of groups is shown. )
【0009】以下、本発明の感光性組成物を詳細に説明
する。本発明の感光性組成物において、(a)成分であ
るアルカリ可溶性樹脂としては、例えば、ヒドロキシ基
が導入されたアリール基を含む樹脂またはカルボキシル
基を含む樹脂が好適である。その具体例としては、メタ
クリル酸誘導体、アクリロニトリル、スチレン誘導体等
の共重合体;イソプロペニルフェノールとアクリル酸、
メタクリル酸誘導体、アクリロニトリル、スチレン誘導
体等との共重合体;スチレン誘導体とアクリル樹脂、メ
タクリル樹脂、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン
酸、無水マレイン酸、アクリロニトリル等との共重合
体;またはこれらのポリマーにケイ素を含む化合物を挙
げることができる。The photosensitive composition of the present invention will be described in detail below. In the photosensitive composition of the present invention, as the alkali-soluble resin as the component (a), for example, a resin containing an aryl group having a hydroxy group introduced therein or a resin containing a carboxyl group is suitable. Specific examples thereof include copolymers of methacrylic acid derivatives, acrylonitrile, styrene derivatives and the like; isopropenylphenol and acrylic acid,
Copolymer of methacrylic acid derivative, acrylonitrile, styrene derivative, etc .; Copolymer of styrene derivative with acrylic resin, methacrylic resin, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, maleic anhydride, acrylonitrile, etc .; or these polymers Mention may be made of compounds containing silicon.
【0010】これらのアルカリ可溶性樹脂は、レジスト
コントラスト、溶解速度調整のために、2種以上を混合
して用いてもよい。なお、感光性組成物中におけるアル
カリ可溶性樹脂は、固形分全体の5〜60重量%程度と
することが好ましく、より好ましくは、20〜30重量
%程度である。These alkali-soluble resins may be used as a mixture of two or more in order to adjust the resist contrast and the dissolution rate. The content of the alkali-soluble resin in the photosensitive composition is preferably about 5 to 60% by weight, and more preferably about 20 to 30% by weight, based on the entire solid content.
【0011】本発明の感光性組成物において、(b)成
分である酸により溶解性が変化する化合物としては、
1)酸により分解する置換基を有する化合物、または
2)酸によって架橋する置換基を有する化合物が挙げら
れる。In the photosensitive composition of the present invention, the compound whose solubility is changed by the acid as the component (b) is
Examples thereof include 1) a compound having a substituent that decomposes with an acid, and 2) a compound having a substituent that crosslinks with an acid.
【0012】酸によって分解する置換基を有する化合物
が含有される場合、未露光の状態では、樹脂成分が前記
の溶解抑止基の作用により、アルカリ溶液に溶解しな
い。しかし、露光により酸発生剤から酸が発生し、常温
もしくは加熱することで発生した酸の触媒作用によって
溶解抑止基が分解し、アルカリ可溶基が生じる。この結
果、感光性組成物の露光部分は、アルカリ溶液に対して
可溶になる。すなわち、このレジストはポジ型レジスト
である。When a compound having a substituent capable of being decomposed by an acid is contained, the resin component is not dissolved in an alkaline solution in the unexposed state due to the action of the above dissolution inhibiting group. However, an acid is generated from the acid generator upon exposure, and the dissolution inhibiting group is decomposed by the catalytic action of the acid generated by heating at room temperature or by heating to generate an alkali-soluble group. As a result, the exposed portion of the photosensitive composition becomes soluble in the alkaline solution. That is, this resist is a positive type resist.
【0013】酸によって分解し得る置換基としては、例
えば、t−ブチルエステル、イソプロピルエステル、エ
チルエステル、メチルエステル、ベンジルエステルなど
のエステル類;テトラヒドロピラニルエーテルなどのエ
ーテル類;t−ブトキシカーボネート、メトキシカーボ
ネート、エトキシカーボネートなどのアルコキシカーボ
ネート類;トリメチルシリルエーテル、トリエチルシリ
ルエーテル、トリフェニルシリルエーテルなどのシリル
エーテル類等を挙げることができる。Examples of the substituent decomposable by an acid include esters such as t-butyl ester, isopropyl ester, ethyl ester, methyl ester and benzyl ester; ethers such as tetrahydropyranyl ether; t-butoxycarbonate and methoxy. Examples thereof include alkoxy carbonates such as carbonate and ethoxy carbonate; silyl ethers such as trimethylsilyl ether, triethylsilyl ether, triphenylsilyl ether, and the like.
【0014】これらの置換基は、例えば、ビスフェノー
ルA、ビスフェノールF、トリ(ヒドロキシフェニル)
メタン、フェノールフタレイン、クレゾールフタレイ
ン、チモールフタレイン、カテコール、ピロガロール、
ナフトール、ビスナフトールA、ビスナフトールF、安
息香酸誘導体などの低分子量芳香族化合物;コレート、
ステロイド化合物、テルペノイド誘導体、糖類などの低
分子量脂肪族アルコール類に、直接、または置換基を介
して導入して使用することができる。ただし、低分子量
芳香族化合物は、ベンゼン環を含むとレジストの透明性
がなくなるため、他の化合物と組み合わせて用いること
がより好ましい。These substituents are, for example, bisphenol A, bisphenol F, tri (hydroxyphenyl)
Methane, phenolphthalein, cresolphthalein, thymolphthalein, catechol, pyrogallol,
Low molecular weight aromatic compounds such as naphthol, bisnaphthol A, bisnaphthol F, and benzoic acid derivatives; cholate,
It can be used by introducing it directly into a low molecular weight aliphatic alcohol such as a steroid compound, a terpenoid derivative, or a saccharide, or via a substituent. However, since the low molecular weight aromatic compound contains a benzene ring, the transparency of the resist is lost, and therefore it is more preferable to use it in combination with other compounds.
【0015】また、次に示すような高分子化合物の一
部、または全部の水酸基、またはカルボキシルを溶解抑
止剤に置換してもよい。高分子化合物としては、例え
ば、多環芳香環の誘導体をホルムアルデヒドを用いて酸
性条件下で重縮合したナフトールノボラック樹脂等、ナ
フトール、ナフタレン誘導体等を骨格に含む重合体;ビ
ニルナフタレン、ビニルナフトール、ビニルアントラセ
ン、ビニルアントール等の多環芳香環を側鎖に有する高
分子樹脂およびこれらの共重合体;溶解速度を制御する
ために一部の水酸基をメチル基、アセチル基、ブチルオ
キシカルボニル基、またはピラニル基で保護した多環芳
香環を側鎖に有する高分子樹脂、またはこれらの共重合
体;4−ヒドロキシマレイミド、ポリアクリル酸、ポリ
メタクリル酸、ポリイミド前駆体(ポリアミック酸)が
挙げられる。Further, a part or all of hydroxyl groups or carboxyls of the following polymer compounds may be substituted with a dissolution inhibitor. Examples of the polymer compound include, for example, naphthol novolak resin obtained by polycondensing a polycyclic aromatic ring derivative with formaldehyde under acidic conditions, a polymer having a skeleton such as naphthol or naphthalene derivative; vinylnaphthalene, vinylnaphthol, vinyl. Polymer resins having a polycyclic aromatic ring such as anthracene and vinylanthol in the side chain and copolymers thereof; some of the hydroxyl groups are methyl groups, acetyl groups, butyloxycarbonyl groups, or in order to control the dissolution rate, or Examples thereof include polymer resins having a polycyclic aromatic ring protected by a pyranyl group in a side chain, or copolymers thereof; 4-hydroxymaleimide, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, and a polyimide precursor (polyamic acid).
【0016】また、以上の高分子化合物は、193nm
に対する透明性を損なわない程度に、ブレンド、共重合
体として、先に挙げた樹脂と混合して用いることができ
る。また、酸によって架橋する置換基を有する化合物が
含有される場合、未露光の状態では、樹脂成分はアルカ
リ溶液に対し可溶である。しかし、露光により酸発生剤
から酸が発生し、常温もしくは熱をかけることで発生し
た酸の触媒作用によって前記記載の架橋部分が架橋す
る。この結果、感光性組成物の露光部分は、アルカリ溶
液に対して不溶となる。すなわち、このレジストは、ネ
ガ型レジストである。Further, the above polymer compound has a wavelength of 193 nm.
Can be used as a blend or a copolymer as a mixture with the above-mentioned resins to the extent that the transparency to the above is not impaired. When a compound having a substituent that crosslinks with an acid is contained, the resin component is soluble in an alkaline solution in the unexposed state. However, an acid is generated from the acid generator upon exposure, and the above-mentioned crosslinked portion is crosslinked by the catalytic action of the acid generated by applying an ordinary temperature or heat. As a result, the exposed portion of the photosensitive composition becomes insoluble in the alkaline solution. That is, this resist is a negative type resist.
【0017】酸によって架橋する置換基としては、例え
ば、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、およびこ
れらを分子構造に有する置換基等を挙げることができ
る。なお、酸によって分解する置換基または酸によって
架橋する置換基の割合は、適宜選択することができる
が、例えば、t−ブトキシカルボニル基に対して、10
〜40程度とすることができる。Examples of the substituent crosslinkable with an acid include a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group, and a substituent having a molecular structure thereof. The ratio of the substituent decomposable by an acid or the substituent crosslinked by an acid can be appropriately selected. For example, it is 10 relative to t-butoxycarbonyl group.
It can be set to about 40.
【0018】(c)成分である酸発生剤は、露光、即ち
短波長の紫外線、電子線、X線等により酸を発生する化
合物である。特に、本発明においては、上記化5に示し
た一般式(1)〜(3)で表わされる化合物を使用す
る。The acid generator which is the component (c) is a compound which generates an acid upon exposure to light, that is, ultraviolet rays of short wavelength, electron beam, X-ray and the like. Particularly, in the present invention, the compounds represented by the general formulas (1) to (3) shown in Chemical formula 5 above are used.
【0019】一般式(1)〜(3)において、少なくと
も5つの共役二重結合を有する多環芳香環としては、具
体的には、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペ
ンタセン、フェナントレン、およびピレン等が挙げられ
る。なお、共役二重結合の数は、12個以下であること
が好ましい。Specific examples of the polycyclic aromatic ring having at least 5 conjugated double bonds in the general formulas (1) to (3) include naphthalene, anthracene, tetracene, pentacene, phenanthrene, and pyrene. To be The number of conjugated double bonds is preferably 12 or less.
【0020】前記一般式(1)〜(3)で表わされる化
合物に、R1 、R2 、およびR3 として導入される炭化
水素基としては、例えば、アリル基、アニシル基、アン
トラキノリル基、アナトナフチル基、アンスリル基、ア
ズレニル基、ベンゾフラニル基、ベンゾキノリル基、ベ
ンゾキサジニル基、ベンゾサゾニル基、ベンジル基、ビ
フェニレニル基、ボルニル基、ブテニル基、ブチル基、
シンナミル基、クレゾトイル基、クメニル基、シクロブ
タジエニル基、シクロブテニル基、シクロブチル基、シ
クロペンタジニエル基、シクロヘプチル基、シクロヘキ
セニル基、シクロプロピル基、シクロプロペニル基、シ
クロペンチル基、シクロプロペニル基、デシル基、ジメ
トキシフェネチル基、ジフェニルメチル基、ドコシル
基、ドデシル基、エイコシル基、エチル基、フレオレニ
ル基、フルフリル基、ゲラニル基、ヘプチル基、ヘキサ
デシル基、ヘキシル基、ヒドロキシメチル基、インダニ
ル基、イソブチル基、イソプロピル基、イソプロピルベ
ンジル基、イソキアゾリル基、メンチル基、メシチル
基、メトキシベンジル基、メトキシフェニル基、メチル
基、メチルベンジル基、ナフチル基、ナフチルメチル
基、ノニル基、ノルボニル基、オクタコジル基、オクチ
ル基、オキサジニル基、オキサゾリジニル基、オキサゾ
リニル基、オキサゾリル基、ペンチル基、フェナシル
基、フェナンスリル基、フェネチル基、フェニル基、フ
タリジル基、プロピニル基、プロピル基、ピラニル基、
ピリジル基、キナゾニル基、キノリル基、サリシル基、
テレフタリル基、テトラゾリル基、チアゾリル基、チア
フテニル基、チエニル基、トリル基、トリチル基、ウン
デシル基、バレリル基、ペラチル基、およびキシレル基
などが挙げられる。ただし、ベンゼン環が含まれる基
は、透明性を損なわない程度で用いることができる。The hydrocarbon groups introduced as R 1 , R 2 and R 3 into the compounds represented by the above general formulas (1) to (3) are, for example, allyl group, anisyl group, anthraquinolyl group and anatonaphthyl. Group, anthryl group, azulenyl group, benzofuranyl group, benzoquinolyl group, benzoxazinyl group, benzosazonyl group, benzyl group, biphenylenyl group, bornyl group, butenyl group, butyl group,
Cinnamyl group, crezotoyl group, cumenyl group, cyclobutadienyl group, cyclobutenyl group, cyclobutyl group, cyclopentadienyl group, cycloheptyl group, cyclohexenyl group, cyclopropyl group, cyclopropenyl group, cyclopentyl group, cyclopropenyl group, Decyl group, dimethoxyphenethyl group, diphenylmethyl group, docosyl group, dodecyl group, eicosyl group, ethyl group, fluorenyl group, furfuryl group, geranyl group, heptyl group, hexadecyl group, hexyl group, hydroxymethyl group, indanyl group, isobutyl group , Isopropyl group, isopropylbenzyl group, isoxazolyl group, menthyl group, mesityl group, methoxybenzyl group, methoxyphenyl group, methyl group, methylbenzyl group, naphthyl group, naphthylmethyl group, nonyl group, norbornyl group Group, Okutakojiru group, octyl group, oxazinyl group, oxazolidinyl group, oxazolinyl group, an oxazolyl group, a pentyl group, a phenacyl group, a phenanthryl group, a phenethyl group, a phenyl group, phthalidyl group, propynyl group, a propyl group, pyranyl group,
Pyridyl group, quinazonyl group, quinolyl group, salicyl group,
Examples thereof include a terephthalyl group, a tetrazolyl group, a thiazolyl group, a thiaftenyl group, a thienyl group, a tolyl group, a trityl group, an undecyl group, a valeryl group, a peracyl group, and a xylel group. However, the group containing a benzene ring can be used as long as the transparency is not impaired.
【0021】さらに、これらの炭化水素基の水素原子
が、ハロゲン原子、ニトロ基、およびシアノ基からなる
群から選ばれた少なくとも1種よって置換されていても
よい。また、前記一般式(1)〜(3)中のBが、少な
くとも5つの共役二重結合を有する多環芳香環の場合に
は、例えば、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、
ペンタセン、フェナントレン、およびピレン等が挙げら
れ、シクロアルカン類としては、例えば、シクロ、ビシ
クロ、およびトリシクロアルカン等が挙げられる。Further, the hydrogen atom of these hydrocarbon groups may be substituted with at least one selected from the group consisting of a halogen atom, a nitro group and a cyano group. When B in the general formulas (1) to (3) is a polycyclic aromatic ring having at least five conjugated double bonds, for example, naphthalene, anthracene, tetracene,
Pentacene, phenanthrene, pyrene, etc. are mentioned, and examples of cycloalkanes include cyclo, bicyclo, tricycloalkane, etc.
【0022】また、前記一般式(1)〜(3)における
Bが、A−R4 で表わされる場合には、化合物中におけ
る多環芳香環Aは、同一であっても異なっていてもよ
い。なお、R4 としては、上述のR1 〜R3 で列挙した
ような炭素数6以下の炭化水素基、またはハロゲン原
子、ニトロ基、およびシアノ基からなる群より選択され
た少なくとも1種によって置換された炭化水素基を使用
することができる。When B in the general formulas (1) to (3) is represented by AR 4 , the polycyclic aromatic ring A in the compound may be the same or different. . In addition, R 4 is substituted with at least one selected from the group consisting of a hydrocarbon group having 6 or less carbon atoms as listed in the above R 1 to R 3 , or a halogen atom, a nitro group, and a cyano group. The hydrocarbon radicals mentioned can be used.
【0023】前記酸発生剤の含有量は、ポジ型レジスト
の場合には、溶解抑止基の1モル%以上とすることが好
ましく、この量は、樹脂の構造にもよるが、一般に固形
分の0.1重量%以上に相当する。なお、酸発生剤の量
は、より好ましくは溶解抑止基の0.5〜5モル%であ
る。また、ネガ型レジストの場合には、酸によって架橋
する基の1モル%以上とすることが好ましく、この量
は、樹脂の構造にもよるが、一般に固形分の3〜4重量
%に相当する。なお、酸発生剤の量は、より好ましくは
前記基の5〜20モル%である。In the case of a positive resist, it is preferable that the content of the acid generator is 1 mol% or more of the dissolution inhibiting group. This amount depends on the structure of the resin, but in general, it is a solid content. This corresponds to 0.1% by weight or more. The amount of the acid generator is more preferably 0.5 to 5 mol% of the dissolution inhibiting group. Further, in the case of a negative type resist, it is preferable to be 1 mol% or more of the group crosslinked by an acid, and this amount generally corresponds to 3 to 4% by weight of the solid content though it depends on the structure of the resin. . The amount of the acid generator is more preferably 5 to 20 mol% of the above group.
【0024】上記一般式(1)、(2)、および(3)
で表わされる化合物のうちでも、それぞれ下記化6に示
す式(4)、(5)、および(6)で表わされる化合物
が好ましい。The above general formulas (1), (2), and (3)
Among the compounds represented by formula (4), the compounds represented by formulas (4), (5), and (6) shown below are preferable.
【0025】[0025]
【化6】 [Chemical 6]
【0026】本発明の感光性組成物は、アルカリ可溶性
樹脂と、酸により溶解性が変化する化合物と、化学放射
線の照射により酸を発生する化合物を有機溶剤に溶解さ
せ、この溶液を濾過することにより調製され得る。ここ
で用いる有機溶剤としては、例えば、シクロヘキサノ
ン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチル
ケトン等のケトン系溶媒;メチルセロソルブ、メチルセ
ロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブ
チルセロソルブアセテート等のセロソルブ系溶媒;酢酸
エチル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル、γ−ブチルラク
トン、3−メトキシプロピオン酸メチル等のエステル系
溶媒などを挙げることができる。さらに、感光性組成物
によっては、溶解性を向上させるために、ジメチルスル
ホキシド、ジメチルホルムアルデヒド、N−メチルピロ
リジノン等を用いてもよい。また、近年低毒性溶媒への
代替溶媒として、メチルプロピオン酸メチルなどのプロ
ピオン酸誘導体、乳酸エチルなどの乳酸エステル水、プ
ロピレングリコールモノエチルアセテートなどの溶媒が
候補に挙げられている。In the photosensitive composition of the present invention, an alkali-soluble resin, a compound whose solubility is changed by an acid, and a compound which generates an acid upon irradiation with actinic radiation are dissolved in an organic solvent, and this solution is filtered. Can be prepared by Examples of the organic solvent used here include ketone solvents such as cyclohexanone, acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone; cellosolve solvents such as methyl cellosolve, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, and butyl cellosolve acetate; ethyl acetate, butyl acetate, and the like. Examples thereof include ester solvents such as isoamyl acetate, γ-butyl lactone, and methyl 3-methoxypropionate. Further, depending on the photosensitive composition, dimethylsulfoxide, dimethylformaldehyde, N-methylpyrrolidinone or the like may be used in order to improve the solubility. Further, in recent years as an alternative solvent to the low toxicity solvents, professional and methyl-methylpropionic acid
Candidates include pionic acid derivatives , water of lactate such as ethyl lactate, and solvents such as propylene glycol monoethyl acetate.
【0027】これらの溶剤は、単独で使用しても、混合
物の形で使用してもよい。また、これらの溶剤は、キシ
レン、トルエン、イソプロピルアルコール等の脂肪族ア
ルコルを適量含んでいてもよい。These solvents may be used alone or in the form of a mixture. Further, these solvents may contain an appropriate amount of an aliphatic alcohol such as xylene, toluene or isopropyl alcohol.
【0028】次に、ポジ型のレジストを例に挙げて、本
発明の感光性組成物を用いたレジストパターン形成方法
を説明する。まず、上記有機溶媒に溶解された感光性組
成物を、回転塗布法又はディッピング法により基板上に
塗布した後、150℃以下、より好ましくは70〜12
0℃で乾燥してレジスト膜を形成する。ここで用いる基
板としては、例えば、シリコンウェハ、表面に各種の絶
縁膜や電極、配線が形成されたシリコンウェハ、ブラン
クマスク、GaAs、AlGaAsなどの III−V族化
合物半導体ウェハ等を挙げることができる。また、クロ
ム又は酸化クロム蒸着マスク、アルミ蒸着基板、IBP
SGコート基板、PSGコート基板、SOGコート基板
等を使用してもよい。Next, the method of forming a resist pattern using the photosensitive composition of the present invention will be described by taking a positive resist as an example. First, the photosensitive composition dissolved in the above organic solvent is applied on a substrate by a spin coating method or a dipping method, and then 150 ° C. or lower, more preferably 70 to 12
Dry at 0 ° C. to form a resist film. Examples of the substrate used here include a silicon wafer, a silicon wafer on the surface of which various insulating films and electrodes, and wiring are formed, a blank mask, and a III-V group compound semiconductor wafer such as GaAs and AlGaAs. . Also, chromium or chromium oxide vapor deposition mask, aluminum vapor deposition substrate, IBP
An SG coated substrate, a PSG coated substrate, an SOG coated substrate or the like may be used.
【0029】次に、前記レジスト膜にパターン露光、即
ち、所定にマスクパターンを介して露光を行なう。この
パターン露光に用いられる露光光源としては、例えば、
低圧水銀ランプのi線、h線、g線、キセノンランプ
光、KrFやArFのエキシマレーザーのようなdee
pUV等の各種紫外線、X線、電子線、γ線、イオンビ
ーム等が使用され得るが、ArFのエキシマレーザーを
用いた際に、本発明の感光性組成物の効果が最も発揮さ
れる。Next, the resist film is pattern-exposed, that is, exposed through a predetermined mask pattern. As the exposure light source used for this pattern exposure, for example,
I-line, h-line, g-line of low-pressure mercury lamp, xenon lamp light, dee such as KrF or ArF excimer laser
Various kinds of ultraviolet rays such as pUV, X-rays, electron beams, γ-rays, ion beams and the like can be used, but the effects of the photosensitive composition of the present invention are most exerted when an excimer laser of ArF is used.
【0030】続いて、パターン露光後のレジスト膜を、
約50〜180℃、好ましくは約60〜120℃で熱処
理(ベーキング)する。かかるベーキングによって、レ
ジスト膜の露光部では、露光により発生した酸が触媒と
して働き、酸により分解する置換基を有する化合物と反
応する。当該温度が50℃未満であると、酸発生剤によ
り生じた酸を、酸により分解する置換基を有する化合物
と十分に反応させることができない恐れがあり、180
℃を越えると、レジスト膜の露光部および未露光部にわ
たって、過度の分解や硬化が発生する恐れがある。Subsequently, the resist film after pattern exposure is
Heat treatment (baking) is performed at about 50 to 180 ° C, preferably about 60 to 120 ° C. By such baking, in the exposed portion of the resist film, the acid generated by the exposure acts as a catalyst and reacts with the compound having a substituent that is decomposed by the acid. If the temperature is less than 50 ° C., the acid generated by the acid generator may not be able to sufficiently react with the compound having a substituent decomposable by the acid.
If the temperature exceeds ℃, excessive decomposition or curing may occur over the exposed and unexposed areas of the resist film.
【0031】こうして、酸により分解する置換基を有す
る化合物は、その置換基が分解してアルカリ可溶性の化
合物に変化する。なお、場合によっては、室温において
も十分長時間放置することにより、PEBと同等の効果
を得ることができる。Thus, the compound having a substituent decomposable by acid is decomposed into a compound soluble in alkali. In some cases, the same effect as PEB can be obtained by leaving it at room temperature for a sufficiently long time.
【0032】次いで、ベーキング後のレジスト膜をアル
カリ溶液を用いて浸漬法、スプレー法等にしたがって現
像処理することにより、レジスト膜の露光部を選択的に
溶解除去し、所望のパターンを得る。ここで現像液とし
て用いるアルカリ溶液としては、例えば、水酸化カリウ
ム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリ
ウム、メタケイ酸ナトリウム等の水溶液のような無機ア
ルカリ水溶液、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド
水溶液、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウムヒド
ロキシド水溶液などの有機アルカリ水溶液、これらにア
ルコール、界面活性剤等を添加したものを挙げることが
できる。現像処理後の基板及びレジスト膜(レジストパ
ターン)に対しては、水等を用いてリンス処理を施し、
更に乾燥させる。Next, the resist film after baking is subjected to a developing treatment using an alkali solution according to a dipping method, a spray method or the like to selectively dissolve and remove the exposed portion of the resist film to obtain a desired pattern. Examples of the alkaline solution used as the developer here include an inorganic alkaline aqueous solution such as an aqueous solution of potassium hydroxide, sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, and sodium metasilicate, an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution, and trimethylhydroxy. Examples thereof include organic alkali aqueous solutions such as ethylammonium hydroxide aqueous solutions, and those obtained by adding alcohols, surfactants and the like to these. The substrate and the resist film (resist pattern) after the development process are rinsed with water or the like,
Further dry.
【0033】[0033]
【作用】化学増幅型レジストにおいて、酸発生剤である
オニウム塩の量子収率は、カチオン部分に依存するもの
であり、アニオン部分は、発生した酸の働きの程度を表
わすオニウム塩の触媒能を決定する。なお、感度は、量
子収率と反応効率との積で表わされるので、感度と透明
性とを同時に向上させるためには、量子収率の高いカチ
オン部分を選べばよいと判断した。In the chemically amplified resist, the quantum yield of the onium salt as an acid generator depends on the cation portion, and the anion portion shows the catalytic ability of the onium salt, which indicates the degree of action of the generated acid. decide. Since the sensitivity is represented by the product of the quantum yield and the reaction efficiency, it was judged that a cation moiety having a high quantum yield should be selected in order to improve the sensitivity and the transparency at the same time.
【0034】量子収率を上げるためには、透明性を上げ
ることが有効であるが、ベンゼン環を骨格に有する酸発
生剤では、193nm付近におけるベンゼン環の吸収が
大きすぎて透明性を上げることは不可能であった。そこ
で、鋭意研究した結果、本発明者らは、ナフタレン環お
よびアントラセン環等の多環芳香環を含む酸発生剤を用
いた感光性組成物は、ベンゼン環を含む酸発生剤を用い
た場合と比較して、193nm付近の波長の光に対して
透明性が著しく向上することを見出だした。In order to increase the quantum yield, it is effective to increase the transparency, but in the case of an acid generator having a benzene ring in the skeleton, the absorption of the benzene ring around 193 nm is too large and the transparency is increased. Was impossible. Then, as a result of earnest research, the present inventors have found that a photosensitive composition using an acid generator containing a polycyclic aromatic ring such as a naphthalene ring and an anthracene ring is different from the case using an acid generator containing a benzene ring. In comparison, it was found that the transparency is significantly improved for light having a wavelength near 193 nm.
【0035】このように、本発明の感光性組成物に用い
られる酸発生剤は、193nm付近における透明性に優
れるので、ArFエキシマレーザー光を始めとする深紫
外光を用いたリソグラフィーが可能となる。また、透明
性が良いため、酸発生剤に吸収された光子1つ当たりで
発生する酸の量が多くなり、高感度でパターンを形成す
ることができる。As described above, since the acid generator used in the photosensitive composition of the present invention is excellent in transparency in the vicinity of 193 nm, lithography using deep ultraviolet light such as ArF excimer laser light becomes possible. . Further, since the transparency is good, the amount of acid generated per photon absorbed by the acid generator increases, and a pattern can be formed with high sensitivity.
【0036】量子収率を高めるために、本発明者らは、
さらに以下のように考察した。2つ以上のベンゼン環を
有するヨードニウム塩やスルホニウム塩に光を照射する
と、ベンゼン環の1つがラジカルとなり、他のベンゼン
環と再結合することによって、水素から電子を引き抜い
て中性化して酸を発生する。このとき、ベンゼン環ラジ
カルと、他のベンゼン環との再結合を円滑に行なわせる
ことによって、量子収率を高めることができる。In order to increase the quantum yield, we have
Further consideration was made as follows. When an iodonium salt or sulfonium salt having two or more benzene rings is irradiated with light, one of the benzene rings becomes a radical and recombines with the other benzene ring to extract an electron from hydrogen and neutralize the acid. Occur. At this time, the quantum yield can be increased by smoothly recombining the benzene ring radical with another benzene ring.
【0037】このようなメカニズムは、ナフタレン環を
有するヨードニウム塩等の場合にも適用し得るが、ナフ
タレン環の場合には、さらに、分子の空間的な配置を考
慮する必要がある。Although such a mechanism can be applied to an iodonium salt having a naphthalene ring and the like, in the case of a naphthalene ring, it is necessary to further consider the spatial arrangement of molecules.
【0038】例えば、ジナフチルヨードニウムの光反応
においては、ナフタレン環ラジカルは、Iの回りをいず
れかの方向に回転して他のナフタレン環と再結合する。
なお、ナフタレン環にIが結合する際には、α位または
β位の2種類の場合があり、ジナフチルヨードニウムの
分子は、Iがナフタレン環のα位に結合している方が、
β位にIが結合している場合よりも密な状態にある。For example, in the photo reaction of dinaphthyl iodonium, the naphthalene ring radical rotates around I in either direction and recombines with another naphthalene ring.
In addition, when I is bonded to the naphthalene ring, there are two types of α-position or β-position, and in the molecule of dinaphthyliodonium, when I is bonded to the α-position of the naphthalene ring,
It is in a denser state than when I is bound to the β-position.
【0039】α位にIが結合している場合は、ナフタレ
ン環ラジカルは、Iの回りをどちらの方向に回転して
も、他のナフタレン環と再結合することができるが、β
位にIが結合している場合には、回転の方向によって
は、ナフタレン環ラジカルはIの回りを180度回転し
なければ他のナフタレン環と再結合できない。この回転
の間に、ナフタレン環ラジカルは、他のナフタレン環で
はなくIと再結合してしまう傾向が大きいので、量子収
率が低くなってしまう。When I is bonded to the α-position, the naphthalene ring radical can be rebonded to another naphthalene ring by rotating in either direction around I, but β
When I is attached to the position, depending on the direction of rotation, the naphthalene ring radical cannot be recombined with another naphthalene ring without rotating 180 degrees around I. During this rotation, the naphthalene ring radical has a greater tendency to recombine with I rather than other naphthalene rings, resulting in a lower quantum yield.
【0040】そこで、酸発生剤としてジナフチルヨード
ニウムを用いる場合には、α位にIが結合したものを使
用することが好ましい。なお、ジナフチルヨードニウム
の立体障害は、α位の場合と比較してβ位の方が小さい
ため、合成の際の収率が高いと考えられる。また、ナフ
タレン環の一方がシクロヘキサン等の脂肪環でも同様の
反応が起こると考えられる。Therefore, when dinaphthyl iodonium is used as the acid generator, it is preferable to use one having I bonded to the α-position. The steric hindrance of dinaphthyl iodonium is smaller at the β-position than at the α-position, so it is considered that the yield during synthesis is high. It is also considered that the same reaction occurs when one of the naphthalene rings is an alicyclic ring such as cyclohexane.
【0041】トリナフチルスルホニウムの場合も、ナフ
タレン環のα位にSが結合している方が、分子は密な状
態にあるが、α位にSが結合したものはβ位のものと比
較して193nm付近の吸収が大きく、その差も大き
い。Also in the case of trinaphthylsulfonium, when S is bonded to the α-position of the naphthalene ring, the molecule is in a denser state, but when S is bonded to the α-position, it is compared with that of the β-position. The absorption around 193 nm is large, and the difference is large.
【0042】ジナフチルヨードニウムに関して説明した
ような分子の空間的な配位の問題は、193nm付近に
おける吸光度の差が小さい場合には考慮すべきである
が、吸光度の差が大きければ、吸光度によって、α位か
β位かを選択することができる。したがって、酸発生剤
としてトリナフチルスルホニウムを使用する場合には、
ナフタレン環のβ位にSが結合したものの方が好まし
い。このように、転移反応を起こしやすく、酸が発生し
やすい分子構造を選択することによって、酸発生剤の量
子効率をよりいっそう高めることができる。The problem of the spatial coordination of molecules as described for dinaphthyliodonium should be taken into consideration when the difference in absorbance around 193 nm is small, but if the difference in absorbance is large, then depending on the absorbance, It is possible to select α position or β position. Therefore, when using trinaphthylsulfonium as an acid generator,
It is preferable that S is bonded to the β-position of the naphthalene ring. Thus, the quantum efficiency of the acid generator can be further increased by selecting a molecular structure that easily causes a transfer reaction and easily generates an acid.
【0043】[0043]
【実施例】以下、本発明の具体例を示し、本発明をより
詳細に説明する。
(合成例1)ナフタレン136g、硫酸ヨージル191
g、および、硫酸147gを混合攪拌し、メタノール溶
媒中で、0〜5℃で1時間反応させトリナフチルヨード
ニウムの硫酸塩溶液を得た。この後、アニオンをトリフ
ルオロメタンスルホン酸に置換し、ジナフチルヨードニ
ウムトリフルオロメタンスルホン酸を得た。なお、収率
は、65%であった。
(合成例2)常法により、トリナフチルスルホニウムト
リフルオロメタンスルホン酸を得た。なお、収率は、4
3%であった。
(合成例3)常法により、ビスナフチルスルホニルメタ
ンを得た。なお、収率は、52%であった。The present invention will be described in more detail below by showing specific examples of the present invention. (Synthesis example 1) 136 g of naphthalene, iodoyl sulfate 191
g and 147 g of sulfuric acid were mixed and stirred, and reacted in a methanol solvent at 0 to 5 ° C. for 1 hour to obtain a trinaphthyliodonium sulfate solution. Then, the anion was replaced with trifluoromethanesulfonic acid to obtain dinaphthyliodonium trifluoromethanesulfonic acid. The yield was 65%. (Synthesis Example 2) Trinaphthylsulfonium trifluoromethanesulfonic acid was obtained by a conventional method. The yield is 4
It was 3%. (Synthesis Example 3) Bisnaphthylsulfonylmethane was obtained by a conventional method. The yield was 52%.
【0044】合成例1で得られたジナフチルヨードニウ
ムトリフルオロスルホン酸(DNI・OTf)のスペク
トルを、図1中に曲線aで示す。なお、この化合物に対
応し、ベンゼン環を有する酸発生剤であるジフェニルヨ
ードニウムトリフルオロメタンスルホン酸(DPI・O
Tf)のスペクトルを図1中に曲線bで示した。The spectrum of the dinaphthyl iodonium trifluorosulfonic acid (DNI.OTf) obtained in Synthesis Example 1 is shown by the curve a in FIG. It should be noted that diphenyliodonium trifluoromethanesulfonic acid (DPI · O, which is an acid generator having a benzene ring, corresponds to this compound.
The spectrum of Tf) is shown by the curve b in FIG.
【0045】また、合成例2で得られたトリナフチルス
ルホニウムトリフルオロスルホン酸(TNS・OTf)
のスペクトルを、図2中に曲線cで示す。また、この化
合物に対応し、ベンゼン環を有する酸発生剤であるトリ
フェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホン酸
(TPS・OTf)のスペクトルを、図2中に曲線dで
示した。Also, trinaphthylsulfonium trifluorosulfonic acid (TNS.OTf) obtained in Synthesis Example 2
The spectrum of is shown by curve c in FIG. The spectrum of triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonic acid (TPS.OTf), which is an acid generator having a benzene ring and corresponds to this compound, is shown by a curve d in FIG.
【0046】図1および2に示すように、ベンゼン環を
有する酸発生剤では、193nm付近に吸収のピークが
存在しているが、ベンゼン環をナフタレン環に置き換え
たことによって、吸収のピークが50nm程度長波長側
にシフトしている。これは、ナフタレン環の共役長が、
ベンゼン環の共役長より長いことに起因すると考えられ
る。このように193nm付近に透過率の窓が開くこと
によって、この波長の光が透過するようになる。As shown in FIGS. 1 and 2, the acid generator having a benzene ring has an absorption peak near 193 nm, but the absorption peak was 50 nm by replacing the benzene ring with a naphthalene ring. It is shifted to the long wavelength side. This is because the conjugation length of the naphthalene ring is
It is thought that this is due to the fact that it is longer than the conjugation length of the benzene ring. By thus opening the transmittance window near 193 nm, the light of this wavelength is transmitted.
【0047】次に、上述の合成例1および2で得られた
各化合物、およびベンゼン環を有し、これらに対応する
化合物について、PMMA中、波長193nmの光子1
つ当たりの量子収率を求めた。Next, regarding each compound obtained in the above-mentioned Synthesis Examples 1 and 2 and a compound having a benzene ring and corresponding thereto, a photon 1 having a wavelength of 193 nm in PMMA was prepared.
The quantum yield per unit was calculated.
【0048】なお、量子収率は、以下のようにして算出
した。
量子収率=(酸発生剤した発生した酸の数)/(酸発生
剤に吸収された光子数)
ここで、酸の数は、ポリマーマトリックス中で光反応に
より反応し発生した、単位体積当たりの酸の数として定
義される。なお、酸の数は、テトラブロモフェノールブ
ルーナトリウム塩を、エチルセロソルブアセテートに
7.9×10-5mol溶解した指示薬の退色をUV分光
器により求め、酸発生剤に吸収された光子数は、酸発生
剤を混合した際のレジストの透過率の差により求めた。
各酸発生剤についての量子収率を下記表1に示す。The quantum yield was calculated as follows. Quantum yield = (number of generated acid generated by acid generator) / (number of photons absorbed in acid generator) Here, the number of acid is per unit volume generated by reaction by photoreaction in the polymer matrix. Is defined as the number of acids in. The number of acids was determined by observing the fading of an indicator prepared by dissolving tetrabromophenol blue sodium salt in ethyl cellosolve acetate at 7.9 × 10 −5 mol with a UV spectrophotometer, and the number of photons absorbed by the acid generator was calculated as follows. It was determined by the difference in the transmittance of the resist when the acid generator was mixed.
The quantum yields for each acid generator are shown in Table 1 below.
【0049】[0049]
【表1】 [Table 1]
【0050】表1に示すように、ナフタレン環を有する
酸発生剤の量子収率は、従来のベンゼン環を含むものと
比較して、いずれも量子収率が高いことがわかる。次、
上述の酸発生剤を混合したレジストのスペクトルを調
べ、図3に示した。図3中、曲線eおよび曲線fは、ポ
リメタクリル酸メチル(PMMA)に、DNI・OTf
およびTNS・OTfをそれぞれ5重量%混合して得ら
れたレジストについての結果である。また、曲線gおよ
び曲線hは、従来型レジストのスペクトルを表わし、曲
線gは、g線用ノボラックレジスト(クレゾールノボラ
ック+ナフトキノンジアジド)系、曲線hは、KrFエ
キシマレーザ用レジスト(ポリヒドロキシスチレン系樹
脂+トリフェニルスルホニウム)を用いた。なお、スペ
クトルは、レジスト厚1μm当たりに規格化している。As shown in Table 1, the quantum yield of the acid generator having a naphthalene ring is higher than that of the conventional acid generator containing a benzene ring. Next,
The spectrum of the resist mixed with the above-mentioned acid generator was investigated and is shown in FIG. In FIG. 3, a curve e and a curve f are obtained by adding poly (methyl methacrylate) (PMMA) to DNI · OTf.
And the results of the resists obtained by mixing TNS and OTf at 5 wt% respectively. Curves g and h represent the spectra of conventional resists, curve g is a novolak resist for g-line (cresol novolac + naphthoquinone diazide) system, and curve h is a resist for KrF excimer laser (polyhydroxystyrene resin). + Triphenylsulfonium) was used. The spectrum is standardized per 1 μm of resist thickness.
【0051】図3に示すように、本発明の酸発生剤を用
いたレジスト(曲線e、f)は、193nmにおける吸
光度が1以下である。これに対し、従来型のレジスト
(曲線g、h)では、193nmの吸光度が30近くあ
り、ArFエキシマレーザーに使用できないことがわか
る。As shown in FIG. 3, the resists (curves e and f) using the acid generator of the present invention have an absorbance of 1 or less at 193 nm. On the other hand, the conventional resists (curves g and h) have an absorbance at 193 nm close to 30, which means that they cannot be used for ArF excimer laser.
【0052】図4に、本発明の酸発生剤を使用したレジ
ストの感度曲線を示す。樹脂としては、ポリメタクリル
酸メチル(PMMA)を使用し、DNI・OTfおよび
TNS・OTfは、それぞれ5重量%の割合で混合し
た。また、比較のために、KrF用レジストに用いられ
ている酸発生剤である。ジフェニルヨードニウムトリフ
レート(DPI・OTf)、およびトリフェニルスルホ
ニウムトリフレート(TPS・OTf)を同量使用した
レジストの感度曲線、さらに、KrFエキシマレーザー
光用レジストであるポリヒドロキシスチレン(PHS)
系の樹脂のトリフェニルスルホニウムトリフレート(T
PS・OTf)を加えた従来型の典型的なKrFレジス
トの感度曲線を示す。[0052] FIG. 4 shows a resist sensitivity curve using the acid generator of the present invention. Polymethylmethacrylate (PMMA) was used as the resin, and DNI.OTf and TNS.OTf were mixed at a ratio of 5% by weight. For comparison, it is an acid generator used in KrF resists. A sensitivity curve of a resist using diphenyliodonium triflate ( DPI.OTf ) and triphenylsulfonium triflate (TPS.OTf) in the same amount, and polyhydroxystyrene (PHS) which is a resist for KrF excimer laser light.
-Based resin triphenylsulfonium triflate (T
3 shows the sensitivity curve of a typical conventional KrF resist with PS * OTf) added.
【0053】図4に示すように、従来のKrF用レジス
トは、ArFエキシマレーザー光には、ほとんど感光し
ないことがわかる。これは、酸発生剤、樹脂とも193
nmの透明性が全くないため、光が透過しないことを表
わす。さらに、フェニル基を有する酸発生剤を含有する
レジストと比較しても、本発明の酸発生剤を用いたレジ
ストは感度が高い。
(実施例1)ポリメタクリル酸メチル10gに、酸発生
剤としてのジナフチルヨードニウムトリフルオロメタン
スルホン酸を5重量%加え、エチルセロソルブアセテー
ト30gに溶解して、本発明の感光性組成物を含む溶液
を得た。As shown in FIG. 4, it is understood that the conventional KrF resist is hardly exposed to ArF excimer laser light. This is 193 for both acid generator and resin.
It means that no light is transmitted because it has no nm transparency. Further, the sensitivity of the resist using the acid generator of the present invention is higher than that of the resist containing the acid generator having a phenyl group. (Example 1) To 10 g of polymethylmethacrylate, 5% by weight of dinaphthyliodonium trifluoromethanesulfonic acid as an acid generator was added and dissolved in 30 g of ethyl cellosolve acetate to prepare a solution containing the photosensitive composition of the present invention. Obtained.
【0054】得られた溶液を、スピンコート法によりシ
リコンウェハ上に0.65μmの膜厚で塗布した後、1
00℃で100秒間プリベークを行なった。プリベーク
後のレジスト膜の膜厚は0.5μmであった。その後、
ArFエキシマレーザー(波長193nm)によりコン
タクト露光を施し、90℃で200秒間べーキングを行
なった。さらに、0.28Nテトラメチルアンモニウム
ヒドロキシド水溶液中で25℃60秒間現像した。The obtained solution was applied on a silicon wafer by spin coating to a film thickness of 0.65 μm, and then 1
Prebaking was performed at 00 ° C. for 100 seconds. The film thickness of the resist film after prebaking was 0.5 μm. afterwards,
Contact exposure was performed using an ArF excimer laser (wavelength 193 nm), and baking was performed at 90 ° C. for 200 seconds. Further, it was developed in a 0.28N tetramethylammonium hydroxide aqueous solution at 25 ° C. for 60 seconds.
【0055】その結果、130mJ/cm2 の露光量
で、0.25μmのラインアンドスペースのパターンを
解像することができた。
(実施例2)酸発生剤としてトリナフチルスルホニウム
トリフルオロメタンスルホン酸を同量使用した以外は、
実施例1と同様にして、本発明の感光性組成物を含む溶
液を得、同様の条件で、プリベーク、露光、および現像
を行なって、パターンを形成し、その特性を調べた。As a result, it was possible to resolve a line-and-space pattern of 0.25 μm with an exposure dose of 130 mJ / cm 2 . (Example 2) Trinaphthylsulfonium trifluoromethanesulfonic acid was used in the same amount as the acid generator, except that
In the same manner as in Example 1, a solution containing the photosensitive composition of the present invention was obtained, and prebaking, exposure, and development were performed under the same conditions to form a pattern, and its characteristics were examined.
【0056】その結果、540mJ/cm2 の露光量
で、1.5μmのラインアンドスペースのパターンを解
像することができた。
(実施例3)酸発生剤としてビスナフチルスルホニルメ
タンを同量使用した以外は、実施例1と同様にして、本
発明の感光性組成物を含む溶液を得、同様の条件で、プ
リベーク、露光、および現像を行なって、パターンを形
成し、その特性を調べた。As a result, a 1.5 μm line-and-space pattern could be resolved with an exposure dose of 540 mJ / cm 2 . (Example 3) A solution containing the photosensitive composition of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the same amount of bisnaphthylsulfonylmethane was used as the acid generator, and prebaking and exposure were performed under the same conditions. , And development were performed to form a pattern, and its characteristics were examined.
【0057】その結果、560mJ/cm2の露光量
で、1.2μmのラインアンドスペースのパターンを解
像することができた。
(参考例)
ポリヒドロキシスチレンを一部ターシャリ−ブトキシカ
ルボニル基で26モル%置換した樹脂10gに、酸発生
剤としてのジナフチルヨードニウムトリフルオロメタン
スルホン酸を1重量%加え、エチルセロソルブアセテー
ト30gに溶解して、感光性組成物を含む溶液を得た。As a result, a 1.2 μm line-and-space pattern could be resolved with an exposure dose of 560 mJ / cm 2 . ( Reference Example ) 1% by weight of dinaphthyl iodonium trifluoromethanesulfonic acid as an acid generator was added to 10 g of a resin in which polyhydroxystyrene was partially substituted with a tertiary-butoxycarbonyl group at 26 mol%, and dissolved in 30 g of ethyl cellosolve acetate. Thus , a solution containing the photosensitive composition was obtained.
【0058】得られた溶液を、スピンコート法によりシ
リコンウェハ上に0.96μmの膜厚で塗布した後、1
20℃で100秒間プリベークを行なった。プリベーク
後のレジスト膜の膜厚は1μmであった。その後、Kr
Fエキシマレーザー(波長248nm)によりコンタク
ト露光を施し、95℃で90秒間べーキングを行なっ
た。さらに、0.28Nテトラメチルアンモニウムヒド
ロキシド水溶液中で25℃60秒間現像した。The obtained solution was applied on a silicon wafer to a film thickness of 0.96 μm by spin coating, and then 1
Prebaking was performed at 20 ° C. for 100 seconds. The thickness of the resist film after prebaking was 1 μm. Then Kr
Contact exposure was performed with an F excimer laser (wavelength 248 nm), and baking was performed at 95 ° C. for 90 seconds. Further, it was developed in a 0.28N tetramethylammonium hydroxide aqueous solution at 25 ° C. for 60 seconds.
【0059】その結果、55mJ/cm2 の露光量で、
0.35μmのラインアンドスペースのパターンを解像
することができた。本実施例の結果から、ジナフチルヨ
ードニウムトリフルオロメタンスルホン酸は、KrFエ
キシマレーザー光にも適用し得ることがわかる。
(比較例1)酸発生剤として、ジフェニルヨードニウム
トリフルオロメタンスルホン酸を同量使用する以外は、
実施例1と同様にしてパターンを形成した。As a result, at an exposure dose of 55 mJ / cm 2 ,
A 0.35 μm line-and-space pattern could be resolved. From the results of this example, it is understood that dinaphthyl iodonium trifluoromethanesulfonic acid can be applied to KrF excimer laser light. (Comparative Example 1) Except that the same amount of diphenyliodonium trifluoromethanesulfonic acid was used as the acid generator,
A pattern was formed in the same manner as in Example 1.
【0060】その結果、28mJ/cm2 の露光量で、
0.25μmのラインアンドスペースのパターンは解像
できたものの、0.225μmのパターンは形成できな
かった。
(比較例2)酸発生剤として、トリフェニルスルホニウ
ムトリフルオロメタンスルホン酸を同量使用する以外
は、実施例1と同様にしてパターンを形成した。As a result, at an exposure dose of 28 mJ / cm 2 ,
Although the 0.25 μm line-and-space pattern could be resolved, the 0.225 μm pattern could not be formed. Comparative Example 2 A pattern was formed in the same manner as in Example 1 except that the same amount of triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonic acid was used as the acid generator.
【0061】その結果、34mJ/cm2 の露光量で、
0.25μmのラインアンドスペースのパターンは解像
できたものの、0.225μmのパターンは形成できな
かった。
(比較例3)酸発生剤として、ビスフェニルスルホニル
メタンを同量使用する以外は、実施例1と同様にしてパ
ターンを形成した。As a result, at an exposure dose of 34 mJ / cm 2 ,
Although the 0.25 μm line-and-space pattern could be resolved, the 0.225 μm pattern could not be formed. (Comparative Example 3) A pattern was formed in the same manner as in Example 1 except that the same amount of bisphenylsulfonylmethane was used as the acid generator.
【0062】その結果、56mJ/cm2 の露光量で、
0.275μmのラインアンドスペースのパターンは解
像できたものの、0.225μmのパターンは形成でき
なかった。As a result, with an exposure dose of 56 mJ / cm 2 ,
Although the 0.275 μm line-and-space pattern could be resolved, the 0.225 μm pattern could not be formed.
【0063】したがって、本発明の感光性組成物は、A
rFエキシマレーザーに対して高感度、高解像性を有す
ることがわかる。なお、参考例に示すように、本発明の
感光性組成物は、KrFエキシマレーザーに対しても同
様に、高感度、高解像性を有する。Therefore, the photosensitive composition of the present invention is
It can be seen that it has high sensitivity and high resolution with respect to the rF excimer laser. As shown in Reference Examples , the photosensitive composition of the present invention has high sensitivity and high resolution also for KrF excimer laser.
【0064】[0064]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
骨格に多環芳香環を有する特定の酸発生剤を使用してい
るので、ArFエキシマレーザー等の超短波長光に対す
る透明性が高められ、したがって、レジストの高感度化
を達成できるとともに、レジストパターンの解像性を大
幅に向上させることができる。かかるパターン形成方法
は、電子部品の微細加工等のフォトリソグラフィ技術に
おいて有効である。As described in detail above, according to the present invention,
Since a specific acid generator having a polycyclic aromatic ring is used in the skeleton, the transparency to ultrashort wavelength light such as ArF excimer laser is increased , and therefore, high sensitivity of the resist can be achieved and the resist pattern The resolution can be significantly improved. This pattern forming method is effective in photolithography technology such as fine processing of electronic components.
【図1】酸発生剤のスペクトルを示すグラフ図。FIG. 1 is a graph showing a spectrum of an acid generator.
【図2】酸発生剤のスペクトルを示すグラフ図。FIG. 2 is a graph showing a spectrum of an acid generator.
【図3】レジスト組成物のスペクトルを示すグラフ図。FIG. 3 is a graph showing a spectrum of a resist composition.
【図4】レジスト組成物の感度曲線を示すグラフ図。FIG. 4 is a graph showing a sensitivity curve of a resist composition.
a…本発明の酸発生剤の吸収特性を示す曲線。
b…従来例の酸発生剤の吸収特性を示す曲線。
c…本発明の酸発生剤の吸収特性を示す曲線。
d…従来例の酸発生剤の吸収特性を示す曲線。
e…本発明の酸発生剤を用いたレジストの吸収特性を示
す曲線。
f…本発明の酸発生剤を用いたレジストの吸収特性を示
す曲線。
g…従来の酸発生剤を用いたレジストの吸収特性を示す
曲線。
h…従来の酸発生剤を用いたレジストの吸収特性を示す
曲線。a ... A curve showing the absorption characteristics of the acid generator of the present invention. b ... Curve showing absorption characteristics of the conventional acid generator. c ... A curve showing the absorption characteristics of the acid generator of the present invention. d ... A curve showing the absorption characteristics of the conventional acid generator. e ... A curve showing absorption characteristics of a resist using the acid generator of the present invention. f ... A curve showing absorption characteristics of a resist using the acid generator of the present invention. g ... A curve showing the absorption characteristics of a resist using a conventional acid generator. h ... A curve showing absorption characteristics of a resist using a conventional acid generator.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 信田 直美 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 中瀬 真 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平6−51519(JP,A) 特開 平5−150454(JP,A) 特開 平5−313371(JP,A) 特開 平8−123031(JP,A) 特開 平6−317907(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 7/00 - 7/42 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Naomi Shinoda, Komukai Toshiba Town, 1st, Komukai Toshiba Town, Saiwai Ward, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture (72) Inventor, Makoto Nakase, Komukai Toshiba Town, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture No. 1 in Research & Development Center, Toshiba Corporation (56) Reference JP-A-6-51519 (JP, A) JP-A-5-150454 (JP, A) JP-A-5-313371 (JP, A) JP-A 8-123031 (JP, A) JP-A-6-317907 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G03F 7/ 00-7/42
Claims (3)
より溶解性が変化する化合物、および(c)化学放射線
の照射によって酸を発生する化合物であって、下記に示
す一般式(1)、(2)、および(3)で表わされる化
合物からなる群から選択された少なくとも一種の化合物
を含有する感光性組成物を主成分とする樹脂層を基板上
に形成する工程、 前記樹脂層にArFエキシマレーザーを用いてパターン
露光を施す工程、 前記露光後の樹脂層をベーキングする工程、および 前記
ベーキング後の樹脂層を現像処理する工程を具備するパ
ターン形成方法。 【化1】 (上記一般式中、Aは、少なくとも5つの共役二重結合
を有する多環芳香環であり、Zは、塩素原子、臭素原
子、またはヨウ素原子である。R1は、水素原子;炭素
数が6以下の炭化水素基;または、ハロゲン原子、ニト
ロ基、およびシアノ基からなる群より選ばれた少なくと
も1種によって置換された炭化水素基を示し、Bは、置
換されたまたは未置換の、少なくとも5つの共役二重結
合を有する多環芳香環、シクロアルカン類、および鎖状
アルカンである。また、Xは、CF3SO3、SbF6、
BF4、またはPF6である。R2およびR3は、各々同一
であっても異なっていてもよく、水素原子;ハロゲン原
子;ニトロ基、シアノ基;炭素原子数が6以下の炭化水
素基、ハロゲン原子、ニトロ基、およびシアノ基からな
る群より選択された少なくとも1種により置換された炭
化水素基を示す。)1. An alkali-soluble resin (a), a compound whose solubility is changed by an acid (b), and a compound (c) which generates an acid upon irradiation with actinic radiation, represented by the following general formula (1): A resin layer containing a photosensitive composition as a main component, which contains at least one compound selected from the group consisting of the compounds represented by, (2), and (3) on the substrate.
Forming a pattern using an ArF excimer laser on the resin layer
Step of performing exposure, step baking resin layer after the exposure, and the
A package including a step of developing the resin layer after baking.
Turn formation method. [Chemical 1] (In the above general formula, A is a polycyclic aromatic ring having at least 5 conjugated double bonds, Z is a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom. R 1 is a hydrogen atom; A hydrocarbon group of 6 or less; or a hydrocarbon group substituted by at least one selected from the group consisting of a halogen atom, a nitro group, and a cyano group, and B represents a substituted or unsubstituted at least A polycyclic aromatic ring having 5 conjugated double bonds, a cycloalkane, and a chain alkane, and X is CF 3 SO 3 , SbF 6 ,
BF 4 or PF 6 . R 2 and R 3 may be the same or different and each is a hydrogen atom; a halogen atom; a nitro group, a cyano group; a hydrocarbon group having 6 or less carbon atoms, a halogen atom, a nitro group, and a cyano group. A hydrocarbon group substituted with at least one selected from the group consisting of groups is shown. )
分は、前記一般式(1)、(2)、および(3)におけ
るBが、A−R4で表わされる化合物であることを特徴
とする請求項1に記載のパターン形成方法。(なお、A
は、少なくとも5つの共役二重結合を有する多環芳香環
であり、R4は、水素原子;ハロゲン原子;ニトロ基、
シアノ基;炭素原子数が6以下の炭化水素基、ハロゲン
原子、ニトロ基、およびシアノ基からなる群より選択さ
れた少なくとも1種により置換された炭化水素基であ
る。)2. The composition (c) in the photosensitive composition.
Min is characterized in that B in the general formulas (1), (2), and (3) is a compound represented by AR 4.
The pattern forming method according to claim 1 . (In addition, A
Is a polycyclic aromatic ring having at least 5 conjugated double bonds, R 4 is a hydrogen atom; a halogen atom; a nitro group,
Cyano group: a hydrocarbon group substituted with at least one selected from the group consisting of a hydrocarbon group having 6 or less carbon atoms, a halogen atom, a nitro group, and a cyano group. )
(1)、(2)、および(3)で表わされる化学放射線
の照射により酸を発生する化合物が、それぞれ下記に示
す式(4)、(5)、および(6)で表わされる化合物
であることを特徴とする請求項1に記載のパターン形成
方法。 【化2】 3.The general formula in the photosensitive composition
Actinic radiation represented by (1), (2), and (3)
Compounds that generate acid by irradiation ofBelowIndication
Expressed by equations (4), (5), and (6)Compound
Is characterized byAccording to claim 1.Pattern formation
Method. [Chemical 2]
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