JPH02264954A - ポジ型フォトレジスト組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は半導体集積回路の製造工程の一つであるリソグ
ラフィー工程において使用される。微細加工用ポジ型フ
ォトレジスト組成物に関する。

（従来の技術） 半導体集積回路の高密度化に伴い、素子および配線がま
すます微細化するにつれて、フォトレジストのパターン
形成に際してはより一層の高解像性と高精度な寸法制御
性とが要求されてきている。

現在、微細なレジストパターンの形成には投影露光方式
の採用が必須となっているが、かかる方式により得られ
る解像力は理論的に。

（ここでｌ１１１はフォトレジスト組成物自身の性質や
プロセスの制御性によって決まる定数である）で与えら
れる。このため露光装置の製造分野では、さらに解像力
を上げるためにより高い開口数（以下ＮＡと略す）を持
つ投影レンズの製作と露光光源の短波長化とが積極的に
進められている。しかしながら一方で、解像力を維持で
きる焦点深度は。

（ここはｍ、と町と同様にフォトレジスト組成物自身の
性質やプロセスの制御性によって決まる定数である） で与えられることから、むやみに投影レンズの高ＮＡ化
を押し進めようとすると、必要な焦点深度が得られなく
なり、結果として素子段差がある基板上で寸法精度良く
パターンを形成することが困難になる。それ故これら相
反する高解像性と高精度な寸法制御性とを併せて実現す
るためには、使用するフォトレジスト組成物自身に十分
に広い焦点深度を確保できるような性質をもたせること
が要求される。

従来、微細加工用ポジ型フォトレジスト組成物としては
、感光性物質である１、２−ナフトキノンジアジド化合
物とアルカリ可溶性のクレゾールノボラック樹脂とを主
成分とする感光性樹脂が代表的に使用されている。そし
て、−船釣なリソグラフィー工程としては、まず半導体
基板上にスピンナーなどを用いてフォトレジスト薄膜を
塗布し、次にマスクを介して紫外光などを光源とする投
影露光装置によってマスクパターンの転写を行ない、そ
の後アルカリ性水溶液（現像液）で現像することにより
所望のレジストパターンを得る、というものが知られて
いる。

ここで前記フォトレジスト薄膜の現像液に対する溶解速
度に、未露光部では１，２−ナフトキノンジアジド化合
物とクレゾールノボラック樹脂との相互作用のために極
めて小さく、一方露光部ではｌ。

２−ナフトキノンジアジド化合物の光化学的な構造変化
により増大する。一般に、投影露光方式においては、露
光部と未露光部の溶解速度の差が大きいフォトレジスト
組成物などコントラストが増大するため、広い焦点深度
を確保することが可能である。しかしながら従来のこの
ようなポジ型フォトレジスト組成物では、かかる溶解速
度の差が必ずしも十分ではないため５段差がある半導体
基板上に寸法精度良く微細なパターンを形成することは
国是であった。

最近、基板上のフォトレジスト薄膜にある処理を施すこ
とにより、投影露光方式を用いる場合の焦点深度を拡大
しようとする方法が提案されている。すなわち、かかる
レジストプロセス技術としては、例えばパターン露光後
のフォトレジスト薄膜を１１０℃程度の温度で１分間な
いしは数分間加熱し現像する方法、あるいはアルカリ性
水溶液による表面処理を施してパターン露光し、その後
先の方法と同程度の条件下で加熱し現像する方法などが
ある。

しかしながら素子の微細化に伴い、従来のフォトレジス
トと上記のレジストプロセス技術との併用だけでは十分
に広い焦点深度を確保して精度良くパターン形成を行な
うことが困難になってきた。

それ放生導体集積回路の一層の高密度化を図る上では、
フォトレジスト組成物自身にも従来以上に広い焦点深度
を確保できるような性質をもたせることが重要な課題と
なっている。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように従来のポジ型フォトレジスト組成物では露
光部と未露光部の現像液に対する溶解速度の差が必ずし
も十分ではないため、投影露光方式を用いる場合等に広
い焦点深度を確保して寸法精度良く微細なパターンを形
成することが困難である、という問題があった。

本発明はこの様な従来のポジ型フォトレジスト組成物の
問題を解決して、露光部と未露光部の溶解速度差が大き
く、十分に広い焦点深度を確保した高精度なパターン寸
法制御を可能にする微細加工用ポジ型フォトレジスト組
成物を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（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においては、光化学的
な構造変化により酸を発生する物質（光酸発生物質）を
１，２−ナフトキノンジアジド化合物とノボラック樹脂
を主成分とする従来のポジ型フォトレジスト組成物中に
混在させることにより。

露光部のアルカリ現像液に対する溶解速度を高めること
を特徴とするものである。

（作　　用） ポジ型フォトレジスト薄膜の露光部においては、主とし
て第４図に示すような化学反応が起こる。

すなわち、１，２−ナフトキノンジアジド化合物■が光
化学反応による構造変化によりまずケテン中間体■にな
り、ついでこのケテン中間体が膜中もしくは大気中の水
と反応してアルカリ可溶性の３一インデンカルボン酸誘
導体■になる。

前記ケテン中間体と水との反応は酸の触媒作用により促
進される。

従って、従来のポジ型フォトレジスト組成物中に光酸発
生剤に混在させることにより、露光部における酸濃度を
高め、ケテン中間体と水との反応を進み易くするととも
に（例えばケテン中間体とノボラック樹脂とのエステル
化反応など）起こりつる副反応を抑制し、その結果露光
部のアルカリ現像液に対する溶解速度を増大させること
ができる。なお光酸化発生剤から生じる酸には上記した
触媒作用以外にも、この酸自身が露光部のアルカリ溶解
性を高めるという作用がある。

一方、未露光部においては、前記した１、２−ナフトキ
ノンジアジド化合物とノボラック樹脂との相互作用のた
めに、光酸発生剤を混在させた場合にも、その溶解速度
は極めて低いまま維持される。

従って本発明によれば、フォトレジスト薄膜の露光部と
未露光部の溶解速度差を増大させ、その結果投影露光方
式を用いてパターン形成を行なう場合であっても焦点深
度を拡大することができるとともに、段差がある基板上
での高精度な寸法制御を可能にすることができる。

（実　施　例） １胤丘よ 以下１本発明による第１の実施例について説明する。

重量平均分子量６０００の譜、ｐ−クレゾールノボラッ
ク樹脂８．２ｇと２．３．４−　トリヒドロキシベンゾ
フェノンの１．２−ナフトキノンジアジド−５−スルホ
ン酸トリエステル１．８ｇと９−　（４−２、６−ジド
リクロロナチルー１．３．５−トリアジル）−１０−メ
トキシマントラセン０．４ｇとをエチルセロソルブアセ
テート２５ｇに溶解させて本発明による一実施例である
フォトレジスト組成物を得た。

このフォトレジスト組成物をスピンナーを用いて段差が
無い平担な半導体基板上に４００Ｏｒｐｍで回転塗布し
、ホットプレート９０℃、４分間乾燥して膜厚が約１．
２−のフォトレジスト薄膜を形成した。

このフォトレジスト薄膜に波長が４３６ｎｍの水銀ラン
プを光源とする投影露光装！　（ＮＡ　＝　０．４５）
を用いて種々の異なる露光量を与えた後、２．３８ｗｔ
％テトラナチルアンモニウムヒドロキシド水溶液（現像
液）に対する膜厚方向の溶解速度を測定した。

ここでこの実施例および従来のフォトレジスト組成物の
各々について測定した結果を第１図の曲線ａ（実施例）
および曲線ｂ（従来例）に示す。この結果から本発明の
実施例によれば、フォトレジスト薄膜の露光部の溶解速
度を従来のものに比べて太き、く増大させることができ
、結果として露光部と未露光部のコントラストが増大す
ることが実証された。

一方、上記したフォトレジスト薄膜に線幅０．６−のマ
スクパターンを介して、焦点位置を変化させて２２０ｍ
Ｊ／ａ＃の露光量を与えた後、２３℃で５０秒間現像す
ることによりレジストパターンを形成した。

第２図に本発明の実施例（曲線Ｃ）および従来のフォト
レジスト組成物（曲線ｄ）の各々について、得られたレ
ジストパターンのマスクパターンに対する寸法偏差を焦
点位置に対してプロットした結果を示す、第２図より０
．６−のマスクパターンに対する寸法偏差を０．１ｕＪ
ｓ以下に抑えることができる焦点位置の変化量は、従来
のフォトレジスト組成物では上１゜５．であるのに対し
、この実施例によれば上２゜２μｓとなっている。

また、第３図に段差■を有する半導体基板■上に形成し
たレジストパターン■の断面図として本発明の実施例と
従来例と比較したものを示す。本発明の実施例により得
られたレジストパターン（第３図（ａ））の方が従来の
もの（第３図（ｂ））よりも段差による寸法の変動が小
さく、垂直な段面形状を示している。

以上の結果から本発明によれば、投影露光方式を用いる
場合の焦点深度を従来のものに比べて大きく拡大させる
ことができ、段差がある半導体基板上においても寸法精
度良くパターン形成を行なうことが可能であることが明
らかとなった。

失旌旌１ 本発明による第２の実施例として重量平均分子盟約１５
，０００の―、Ｐ−クレゾールノボラック樹脂７．６ｇ
と２．３，４．４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン
の１゜２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸テト
ラエステル１．５ｇと０−ニトロベンジル−４−メトキ
シナフタレン−１−スルホネート０．８ｇとをニチルセ
ロソルプアセテート３０ｇに溶解させてフォトレジスト
組成物を得た。

このフォトレジスト組成物を用いて実施例１の場合と同
様に、現像液に対する露光部の溶解速度の測定、焦点位
置を変化させた場合のパターン形成および段差がある半
導体基板上でのパターン形成を行なった。但し、フォト
レジスト薄膜は膜厚を約０．６４とし、また露光に際し
てはＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｒｖ＋）を光源
とする投影露光装置を使用した。従来のフォトレジスト
組成物と比較した場合の溶解速度の増加ならびにパター
ン形成時における焦点深度の拡大などについては、実施
例１のフォトレジスト組成物と同程度の効果が得られた
。

尚、本発明は上記した実施例に限られない０例えば光に
より酸を発生させるものとしては上記した物質以外にも
、それらの異性体または誘導体を使用する露光光源に合
わせて選択できる。また光により酸を発生させるものを
官能基として高分子物質中に導入して実施することも可
能である。又。

フォトレジスト組成物中に含まれるアルカリ可溶性樹脂
としては、ノボラック樹脂以外にもポリビニルフェノー
ル樹脂なども用いることができる。

なお成膜法や露光法および現像法などは適宜変更して実
施でき、さらには従来の技術の項に記したレジストプロ
セス技術との併用も有効である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ポジ型フォトレジスト薄膜の露光部と
未露光部の溶解速度の差が従来のものに比べて大きく増
大するので、投影露光方式を用いる場合に広い焦点深度
を確保してパターン形成を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の実施例の効果を説明するためのフォ
トレジスト薄膜の膜厚方向の溶解速度の露光量依存性を
示す特性図、第２図は１本発明の実施例の効果を説明す
るためのレジストパターンのマスクパターンに対する寸
法偏差と無停位置との関係を示す特性図、第３図（ａ）
は段差がある半導体基板上に形成した本発明の実施例に
より得られたレジストパターンの断面図、第３図（ｂ）
は従来のフォトレジスト組成物で得られたレジストパタ
ーン断面図、第４図は本発明の詳細な説明するための説
明図である。 １．１ａ・・・レジストパターン、 ２・・・基板、　　　　　　３・・・段差。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　松山光之 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）１、２−ナフトキノンジアジド化合物とアルカリ
   可溶性樹脂とを主成分とする感光性樹脂組成物であって
   、光または放射線の照射により酸を発生する１、２−ナ
   フトキノンジアジド化合物と異なる物質が、添加剤もし
   くは官能基として含まれていることを特徴とするポジ型
   フォトレジスト組成物。
2. （２）前記光または放射線の照射により酸を発生する１
   、２−ナフトキノンジアジドと異なる物質は、０−ニト
   ロベンジルアルコールの芳香族スルホン酸エステルと２
   、６−ドトリクロロメチル−１、３、５−トリアジンの
   脂肪族ならびに芳香族置換体とこれらの異性体および誘
   導体の中から選択された有機化合物であることを特徴と
   する請求項１記載のポジ型フォトレジスト組成物。
3. （３）前記アルカリ可溶性樹脂として、ノボラック樹脂
   またはポリビニルフェノール樹脂あるいはこれらを混合
   した樹脂が主成分として含まれていることを特徴とする
   請求項１記載のポジ型フォトレジスト組成物。