JPH02275956A - フォトレジスト組成物 - Google Patents

フォトレジスト組成物

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JPH02275956A
JPH02275956A JP1311716A JP31171689A JPH02275956A JP H02275956 A JPH02275956 A JP H02275956A JP 1311716 A JP1311716 A JP 1311716A JP 31171689 A JP31171689 A JP 31171689A JP H02275956 A JPH02275956 A JP H02275956A
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resist
photosensitizer
photoresist composition
group
base resin
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Toshio Ito
伊東 敏雄
Yoshikazu Sakata
坂田 美和
Yoshio Yamashita
山下 吉雄
Takateru Asano
浅野 孝輝
Yuji Kosuge
勇治 小菅
Hiroshi Umehara
梅原 浩
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Fuji Yakuhin Kogyo KK
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Fuji Yakuhin Kogyo KK
Oki Electric Industry Co Ltd
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    • G03F7/038Macromolecular compounds which are rendered insoluble or differentially wettable
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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】 (産業上の利用分野) この発明は、例えば半導体デバイスの製造において用い
られるネガ型のフォトレジスト組成物に関する。
(従来の技術) フォトレジスト組成物(以下、単にレジストと称する場
合もある)は、種々の半導体デバイス等の製造における
フォトリソグラフィー工程で用いられる基本的な材料で
ある。
従来、このようなレジストとしで、例えばインブレンゴ
ムをベース樹脂とし、ビスアジド化合物を感光剤とした
環化ゴム系のものか用いられていた。しかしながら、半
導体デバイス等の高集積化に伴ない、3 (um)以下
の微細加工か可能なドライエツチング技術の出現に至っ
ては、微細なレジストパターンの形成が可能であり、し
かもトライエツチング時に発生する反応性ガスプラズマ
に耐性を有するレジストか不可欠となっ、:。
このような微細化と耐トライエツチング性とを満足し得
るレジストとして、例えば[○FP日800J  (集
束応化(株)製の商品名)に代表されるノボラック系の
ポジ型レジストが知られている。このポジ型レジストは
、アルカリ現像液に可溶なりレゾール−ホルムアルデヒ
ド樹脂(構造式■参照)をベース樹脂とし、これに、ポ
リヒドロキシヘンシフエノンの2−ジアゾナフトキノン
スルホン酸エステル類(構造式■または構造式〇参照)
を感光剤として含むものである。
(但し、構造式〇中、 rは正の整数を示ず) 0=S=O (但し、上記の構造式■及び■中のr−[)NQJは、
下記の構造式■または構造式■のいずれかを表わす) このノボラック系ポジ型レジストのレジストパターン形
成機構は次のように説明できる。
ます、光照射前のポジ型レジストでは、アルカリ現像液
に溶けにくい感光剤(構造式■または■)と、当該溶液
に可溶なベース樹脂(構造式■)とは反応しない。
このようなポジ型レジストの露光に際しては、一般に、
水銀ランプの9線(波長436(nm))やi線(波長
365 (nm))を用いた縮小投影型露光装百を用い
る。このような露光により光が照射されると、前述の感
光剤が極性のカルボン酸基を有するインデンカルボン酸
誘導体に変化する。このインデンカルボン酸誘導体はア
ルカリ現像液に可溶であるため、光照射(露光)された
部分のノボラック樹脂の溶解を促進し、ポジ型レジスト
パターンを形成することが可能となる。すなわち、この
系のフォトレジスト組成物では、極性を有するヘ−ス樹
脂に対して、露光により極性か生する感光剤を作用させ
ることによりパターン形成か成される。
上述のポジ型レジストか用いられる主な理由として、 (1)アルカリ現像液を用いるため、レジストパターン
の膨潤か実質的に解消され、かつ]〜2(um)程度の
解像度を有する (11)構造式■〜■に示すようにヘンセン骨格等の芳
香環を多く含むため、反応性ガスプラズマのような外部
からのイオンエネルキーに対して環の共鳴による安定化
効果が大きく、前述の環化ゴム系しジス1〜に比べて耐
ドライエツチング特性に優れている (iii)構造式■または■に示す感光剤が露光波長で
の感度に優れている か挙げられる。
しかしなから、近年、半導体デバイスの高集積化に対す
る要求は更に厳しいものとなり、レジストパターンの精
細さもサブミクロンレベルの寸法精度を要求されるのか
現状である。周知のように、縮小投影光学系においては
対物レンズの開口数か同しである場合、レジストパター
ンの解像度は露光波長に依存し、当該波長か短くなるほ
ど高解像度か得られる。これかため、フォトリソグラフ
ィー技術に用いる光源の短波長化が検討されている。
現在、露光波長として200〜300 (nm)の遠紫
外領域か利用され、短波長光源としでは、既に広く用い
られているキセノン−水銀(XeH9)ランプや、クリ
プトン−フッ素(K r F)のような混合ガスを励起
して得られるエキシマレーザのように実用域に達したも
のが知られている。
股に、前述した9線や1線で露光するために用いられる
ノボラック系のポジ型レジストは、遠紫外領域における
芳香環部分(例えば構造式■〜■及び構造式■、■参照
)に由来する吸収が大きく、かつ当該領域の光照射を受
けでもこれら芳香環部分か分解されにくいため、レジス
ト層の上層部(光源に近い部分)では、当該レジスト層
の下層部に比べて露光量か大きく成る。このため、ポジ
型レジストの場合には形成されたレジストパターンの断
面か台形形状となる。一方、波長領域200〜300 
(nm)でのlヌが大きい従来の船釣ネガ型レジストの
場合にはパターン断面か逆台形形状を呈し、良好なレジ
ストパターンを形成することが難しい。
良好なレジストパターンを得るための技術として、例え
ば文献I : rSPIE Vol、631 Adva
ncesin Re5ist Technoloqy 
and Processinq  III (ニス ピ
ー アイ イー Vol、631アトバンスイズイン 
レジスト テクノロジー アンド ブ ロセッシングI
II)  (第68〜74頁、1986年)」に開示さ
れる技術か知られている。
この技術に開示されるポジ型レジストは、ベース樹脂と
して、構造式■ (但し、Sは正の整数を示す) て表わされスチレン−マレイン酸イミドの第3ブトキシ
カルボニル誘導体を用い、かつ感光剤として構造式■ (但し、同式中、r−DNQJは前記構造式■または前
記構造式■を表わす) で表わされる2−ジアゾナフトキノン系の化合物が、或
いは構造式〇 て表わされるジフェニルヨードニウムトリフロロメタン
スルホン酸のうちのいずれかか用いられる。
この文献に開示されるレジストのレジストパターン形成
機構は次のように説明できる。
ます、構造式■に示すベース樹脂はアルカリ性現像液に
溶けにくい。このようなレジストに遠紫外線を照射する
ことによって、構造式■または■で示される感光剤か酸
性物質に変化する。当該物質が構造式■で表わされるベ
ース樹脂に触媒として作用することによって、このベー
ス樹脂の第3ブトキシカルボニル基かpA離しでイミド
化合物を生成する。このイミド化合物(よアルカリ性現
像液に可溶なため、当該現像液を用いることにより、1
 (un)程度の高解像度でポジ型レジストパターンか
得られる。
この文献に開示されるレジストは、遠紫外線照射によっ
て進む上述の反応が触媒的に進むため、高感度である。
また、ベース樹脂である構造式■に示す化合物は、マレ
イン酸イミド単位を導入し1とことによって、前述した
構造式■に示す化合物に比へて、遠紫外領域での吸収が
低減される。
従って、レジストパターンを矩形に近い断面形状で形成
することか可能である。
矩形に近い、遠紫外線用のフォトレジスト組成物を提供
することに有る。
(発明か解決しようとする課題) しかしなから、上述の構造式■で示す化合物をベース樹
脂とし、かつ構造式■または■で示す化合物を感光剤と
して含む従来のフォトレジスト組成物では、ベース樹脂
にマレイン酸イミド単位を導入したことにより、芳香環
の含有率か低下し、ノボラック系のレジストに比へて、
前述した反応性ガスプラズマに対する耐エツチング特性
か低下するという問題点かあった。
また、上述した従来のネガ型レジストを用いてレジスト
パターンを形成し、このレジストバタンをマスクとして
下地の基板等の加工を行なった場合には、マスク寸法通
りにパターンを転写できないため、微細加工が困難であ
る。
この発明の目的は、上述し1こ従来の問題点に鑑み、反
応性ガスプラズマに対する耐エツチング特性に優れ、か
つ、レジストパターンの断面形状か(課題を解決するた
めの手段) この目的の達成を図るため、この発明のフォトレジスト
組成物によれば、ベース樹脂と遠紫外線に感受性を有す
る感光剤と、溶剤とを含むフォトレジスト組成物におい
て、 上述したベース樹脂が下記の構造式(I)(但し、kは
正の整数を示す) で表わされるポリヒドロキシスチレンから成り、かつ前
述の感光剤がポリハロゲン化合物から成ることを特徴と
しでいる。
ます、この発明の実施に当り、構造式(I)で表わされ
るベース樹脂の重量平均分子量は、、000以上100
,000以下(7)範囲内とするのか好適であり、最適
範囲は5,000〜50.000の範囲である。このポ
リヒドロキシスチレンは、文献II : rPolym
er(ポリ7−)(第24巻、第995頁、1983年
、バターワース アンドコーポレーション リミテッド
(Butterworth &Go、Ltd、 ) )
 Jに開示されるように、カチオン重合、アニオン重合
またはラジカル重合によって、ビニルフェノール誘導体
から容易に合成することか可能であり、分子量か最大1
00,000程度のものまで入手することができる。文
献IIによれば、このポリヒドロキシスチレンは、ガラ
ス転位点170℃、吸収係数0.25Bm−’で、アル
カリ可溶性である。また、この発明のフォトレジスト組
成物は後段で詳述するようにネガ化する。すなわち、感
光剤に遠紫外線を照射して発生したハロゲンラジカルを
ベース樹脂として用いるポリヒドロキシスチレンに対し
作用させるとネガ化する。このため、ポリヒドロキシス
チレンの重量平均分子量が小さい場合には、ベース樹脂
と感光剤との化学量論的関係を満たすために、感光剤を
大量に含有せしめる必要か有る。レジストの感度を高め
るためには、上述したベース樹脂の重量平均分子量は、
000以上とするのが好適である。
次に、この発明に係るフォトレジスト組成物に含有せし
める感光剤としてのポリハロゲン化合物は、遠紫外線、
X線および電子線から選ばれた一種以上の放射線に感受
性を有するのか良い。特(こ、波長か200〜300(
nm)の遠紫外線照射によりハロゲンラジカルを発生す
るものか好適である。
このような性質ヲ有するポリハロゲン化合物として種々
のものか挙げられるが、主としで、(a)一般式(II
 )で表わされるジグロロアルカン及びトリクロロアル
カン R’  −C1l:+−,cu、   ・・・・ (I
I )(但し、R1はアルキル基を表わし、ρは2また
は3を示す) (b)一般式(Irl)で表わされるポリブロモアルカ
ンまたはポリヨードアルカン C,、、H,,2−、X’、    ・−−−(Ilr
 )(但し、×1は臭素またはヨウ素を表わし、mおよ
びnは、1≦n≦2m+2を満たす整数を示す) (c)次の一般式(TV) CH3−J2p  −c  −v  −・・・(TV)
(但(〕、×2は塩素、臭素またはヨウ素を表わし、p
は1≦p≦3の整数を示す)で表わされるα−へロエス
テル化合物(但し、Yはアルコキシル基(−〇R1)を
表わす)、α−ハロカルボン酸化合物(但し、Y l、
を水酸基(−〇H)を表わす)、α−ハロケトン化合物
(但し、Yはアルキル基またはアリール基(−日2)を
表わす)、α−ハロアルデヒド化合物(但し、Yは水素
を表わす)、α−八へアミi〜化合物(但し、Yはアミ
ノ基(−N+−12)を表わす)、N−アルキルハロア
ミド化合物(但し、Yは第一アミン残基(−NHR’ 
)を表わす)またはN、N−ジアルキルハロアミド化合
物(但し、Yは第二アミン残基(N2R1)を表わす) (d)−形式(V)で表わされる一連の化合物Ar−(
−CH3−pX2p)、+    −・−・(V )(
但し、pは1≦p≦3の整数、qは1以上の整数を各々
示し、×2は塩素、臭素またはヨウ素を表し、かつAr
は、フェニル基、ナフチル基、ペンセンスルホニル基、
アミノピリジン残基、Sトリアジン残基、フラン残基ま
たはチオフェン残基を表わす) か好適である。
上述の一般式(II )〜(V)で表わされるポリハロ
ゲン化合物は、夫々の一般式で表わされる化合物のα位
の炭素に結合する2つ以上の水素をハロゲン原子で置換
した構造を有する。
尚、上述した一般式(II )のアルキル基Rを、好ま
しくは、メチル、エチル、n−プロピル等の一級アルキ
ルと、イソプロピル、2−ブチル、2−ヘンチル等の二
級アルキルと、2−メチル−2−プロピル、2−エチル
−2−プロピル等の三級アルキルとするのが良い。
ざらに、−形式(IV)で表わされるα−ハロエステル
化合物のアルコキシル基Yを、好ましくは、メトキシ、
エトキシ、イソプロキシ、第3ブトキシまたはフェノキ
シとするのが良い。
さらに、−形式(IV)で表わされるα−ハロケトン化
合物のアルキル基Yを、好ましくは、メチル、エチル、
イソプロピル、第3ブチルとするのが良く、また、この
化合物のアリール基Yを、好ましくは、フェニル、ナフ
チル、ビフェニル、4−ピリジル、p−クロロノエニル
、p−ブロモフェニルとするのが良い。
さらに、−形式(IV)で表わされるN−アルキルハロ
アミド化合物の第一アミン残基Yu、好ましくは、メチ
ルアミン、エチルアミノまたはアリノとするのか良く、
また、N、N−ジアルキルハロアミド化合物の第二アミ
ン残基Yu、好ましくは、ジメチルアミノ、ジエチルア
ミノまたはN−メチルアニリノとするのか良い。
周知のように、多くのフ・ン化アルキル化合物と単純な
モノクロロアルキル化合物とを除く、大部分のハロゲン
化合物は遠紫外線によってハロゲンラジカルを発生し得
る。ここで、炭素数が1のハロゲン化アルキルを例示し
て、分光学的なデータを挙げればCH3Cρ、CH3B
 r 、 CH3工の順に、その光吸収極大(λmax
 )は、173(nm) 、204 (nm) 、25
8 (nm)と、原子量の大きなハロゲン原子はど長波
長側にシフトする。また、これと同様に、CH3I、C
H2■2、CH■3の順に、λ、、、、、、xは、25
8(nm)、292 (nm) 、349 (nm)と
なり、同一の炭素に結合する水素をハロゲン原子で置換
する場合には、当該ハロゲン原子の数が多いほど長波長
側にシフトする。従って、同一の化合物をハロゲン原子
で置換していった場合には、置換するハロゲン原子が多
いもの、或いは、原子量の大きなハロゲン原子で置換し
たものほどハロゲンラジカルの発生効率が高いと考えら
れる。さらに、炭素とハロゲンとの結合は、この炭素の
隣接位にカルボニル基や芳香族置換基かある場合、活性
化されてハロゲンラジカルを発生し易い。
このように、この発明で利用し得るポリハロゲン化合物
は多種類に亙り、容易に入手可能である。これらの化合
物の中から、例えばレジスト膜としで乾燥する際のへ−
ク温度で、固体であるものや或いは自発分解性の低いも
の等、フォトレジスト組成物として用いるに好適な性質
を具える化合物を、設計に応して選択すれば良い。
次に、この発明の実施に当っては、下記の数式て表わさ
れるベース樹脂と感光剤の全mol数量に対する感光剤
の含有量が、好ましくは、](mol%)以上50(m
ol%)以下の範囲内こあれば良く、最適範囲は2〜2
0mo1%とする。但し、この明細書では、ベース樹脂
のモル数とはモノマーユニット換算で定義しポリヒドロ
キシスチレンの重量をヒドロキシスチレンの分子量12
0で割った値である。この含有量の下限である1(mo
l%)は実質的なフォトレジスト組成物の感度を維持す
るのに必要な量であり、当該量の上限である50(mo
l%)はレジストと被エツチング物との密着性を維持す
るの(こ必要な量である。
ざらに、この発明の実施に当り、フォトレジスト組成物
に含有せしめる溶剤を、酢酸エステル、エーテル、ラク
トンまたはアミドのうちから選ばれ、:1種類以上のも
のとするのか好適である。
ここで、この酢酸エステルを、好ましくは、酢酸2−メ
トキシエチルまたは酢酸2−エトキシエチルとするのか
良い。
ざらに、このエーテルを、好ましくは、ジオキサンまた
はテトラヒドロフランとするのか良い。
ざらに、好ましくは、ラクトンをγ−ブチロラクトンと
するのか良い。
さらに、アミドを、好ましくは、N、N−ジメチルホル
ムアミド、N、N−ジメチルアセタミドとするのか良い
(作用) この発明のフォトレジスト組成物によれば、少なくとも
、前述の構造式(I)で表わされるポリヒドロキシスチ
レンと前述の一般式(II )〜(V)で表わされる一
連のポリハロゲン化合物とを含む構成となっている。こ
のようなレジストを用いてレジストパターンを形成する
際の機構は次のようなものであると考えられる。
まず、感光剤となるポリハロゲン化合物(R×として包
括的に示す)は遠紫外線の照射によってハロゲンラジカ
ル(X’ として示す)を発生する。
R−X   −R’″+X0 このハロゲンラジカルは、ポリヒドロキシスチレンのヘ
ンシル位から水素を引き抜き、ポリマラジカルを生成す
る。続いて、上述したポリマラジカル同士が架橋して高
分子化し、現像液(有機溶剤やアルカリ水溶液)に溶け
にくくなり、ネガ型のレジストパターンか得られる。
(但し、式中ではヒドロキシスチレン単位と1個のハロ
ゲンラジカルにのみ注目して示す)このようなハロゲン
ラジカルでレジストパター形成か達成されるため、パタ
ーン形成に必要な感光剤の含有量を少なくすることかで
き、フォトレジスト組成物全体としての芳香環の含有量
か低減することかない。従って、耐重・ンチング特牲力
λ向上すると考えられる。
(実施例) 以下、この発明の実施例につき詳細に説明する。尚、以
下の実施例では、この発明の理解を容易とするため、特
定の条件を例示して説明するが、この発明は、これら実
施例にのみ限定されるものではないことを理解されたい
。また、以下の実施例で用いた薬品類のうち、出処を省
略する場合も有るが、いずれも化学的に充分に純粋であ
り、容易に入手し得るものを用いた。
〈レジストパターン形成の感度と解像度〉始めに、この
発明に係るフォトレジスト組成物のうちのいくつかを例
示して、感光剤として用い楚ポリハロゲン化合物を種々
に変え、実際にレジストパターン形成を行なった際の感
度と解像度との測定結果につき説明する。
[実施例1〜12] ます、この測定で用いたレジスト1〜レジスト12の調
製につき、ヘ−ス樹脂と感光剤との組成と、含有量とを
中心に説明する。
尚、これら実施例での測定に当っては、測定結果の比較
を容易とするため、ベース樹脂であるポリヒドロキシス
チレンの重量平均分子量が18.800のものに統一し
、がっ、このベース樹脂と種々の感光剤との組み合わせ
て種々のレジストを調製した。これらレジストの調整は
全て室温で行なった。
レジスト1 重量平均分子量か18,800のポリヒドロキシスチレ
ン90 (mmol)(11(9)に相当)と、前述の
一般式(TV)に分類されるトリクロロアセタミド(C
jL CCONH2)10 (mmol)(1,62(
9)に相当)とを混合し、溶剤である酢酸2−メトキシ
エチル50(mβ)に溶解する。然る後、0.2 (u
m)の孔径た有するメンブランフィルタ−を用いて、上
述した溶液を濾過することによりレジスト1を得た。上
述の説明からも理解できるように、このレジスト]にお
いで、ポリヒドロキシスチレンに対するトリクロロアセ
タミドの含有量は10(m01%)である。
し多じしド2 このレジスト2ては、上述のポリヒドロキシスチレン9
5 (mmol)と、前述の一般式(V)に分類され、
下記の構造式〇 レジスト3 このレジスト3では、前述のポリヒドロキシスチレン9
0(mmol)と、前述の一般式(V)に分類され、下
記の構造式〇 て表わされるトリス(トリクロロメチル) −Sトリア
ジン5 (mmol)(2,16(9)Iこ相当)とを
混合し、酢酸2−メトキシエチル50(mf2)を溶剤
として溶解する。然る後、レジスト]と同様に、濾過し
てレジスト2を得た。このレジスト2における感光剤の
含有量は5(mol%)である。
て表わされる2、4−ジクロロへンゾトリクロリト10
 (mmol)(2,65(9)に相当)とを混合し、
酢酸2−メトキシエチル50(mβ)を溶剤として溶解
する。然る後、レジスト]と同様に、濾過してレジスト
3を得た。このレジスト3における感光剤の含有量は1
0(mol%)である。
レジスト4 このレジスト4では、前述のポリヒドロキシスチレン9
0(mmol)と、前述の一般式(IV)に分類される
ジクロロアセタミド(Cρ2CHCONH2)10 (
mmol)とを混合し、溶剤である酢酸2−メトキシエ
チル50(mβ)に溶解し、前述と同様に濾過してレジ
スト4とした。このレジスト4にあける感光剤の含有量
は10(mol%)である。
レジスト5 このレジスト5ては、前述のポリヒドロキシスチレン9
0(mmo1)と、前述の一般式(V)に分類され、下
記の構造式〇 て表わされるトリブロモキナルジン10(mmo 1)
とを混合し、溶剤である酢酸2−メトキシエチル50(
mj2)@溶剤として溶解する。然る後、前述と同様に
濾過してレジスト5を得た。
このレジスト5における感光剤の含有量は10(mol
%)である。
レジストに のレジスト6は、前述した2、4−ジクロロベンゾトリ
クロリト(構造式■)を用い、当該感光剤の含有量%5
(mol%)としたことを除いてはレジスト3と同様に
してレジストを調製した。
レジストア このレジストアは、前述したトリス(トリクロロメチル
) −5−hリアジン(構造式■)を用い、当該感光剤
の含有量を10(mol%)としたことを除いてはレジ
スト2と同様にしてレジストを調製した。
レジスト8 このレジスト8では、前述のポリヒドロキシスチレン9
0 (mmol)と、前述の一般式(V)に分類され、
下記の構造式■ て表わされるトリブロモメチルフェニルスルホン10(
mmol)とを混合し、酢酸2−メトキシエチル50(
mβ)を溶剤として溶解する。然る後、前述と同様に、
濾過してレジスト8を得た。
このレジスト8における感光剤の含有量は10(mol
%)である。
フェニルスルホン(構造式■)を用い、当該感光剤の含
有量を5(mol%)とし1こことを除いてはレジスト
8と同様にしてレジストを調製した。
レジスト]0 このレジスト10は、前述のポリヒドロキシスチレン9
0(mmol)と、前述の一般式(1)で表わされる四
臭化炭素(Car、 ) 10 (mmol)(ジメチ
ルアミノピリジン10(mno l)の共存下)とを混
合し、酢酸2−メトキシエチル50 (mj2)%溶剤
として溶解する。然る後、前述と同様に、濾過してレジ
スト10を得た。このレジスト10における感光剤の含
有量は10(mol%)である。尚、このレジスト]O
に含有せしめるジメチルアミノピリジンは、周知のよう
に、四臭化炭素からのハロゲンラジカル発生を促進する
ものである。
レジスト9 このレジスト9は、上述したトリブロモメチルレジスト
11 このレジスト1]は、前述のポリヒトロキシスチレン9
0 (mmol)と、前述の一般式(IV)に分類され
、下記の構造式[相] で表わされるp−プロモフエナシルブロミト10(mm
ol)とを混合し、酢酸2−メトキシエチル50(mρ
)を溶剤として溶解する。然る後、前述と同様に、濾過
してレジスト11を得た。このレジスト11における感
光剤の含有量は1゜(m01%)である。
レジスト12 このレジスト12は、前述したレジスト4の溶剤としで
、酢酸2−メトキシエチルの代わりに、酢酸2−メトキ
シエチル 酢酸イソアミルの重量比か1・9である溶剤
を用いてレジストを調製した。尚、このレジスト12に
おける感光剤(ジクロロアセタミド)の含有量は10(
mol%)である。
次に、第1図(A)及び(B)を参照して、上述したレ
ジスト1〜レジスト12を用い、レジストパターンを形
成した手順につき説明する。
第1図(A)及びCB)は、この実施例で感度と解像度
とを測定する際の手順を説明するため、概略的断面によ
り示す説明図であり、断面を示すハツチングは一部省略
する。
第1図(A)に示すように、被エツチング物に相当する
基板1]としてシリコン基板を用い、当該基板1]の表
面に、熱硬化によって感光性を除いた反射防止層13を
1 (um)の膜厚て形成づ−る。
尚、ここで用いた反射防止層は、感度比較の1とめに便
宜上設けたもので、例えば、デバイスを作るときのフォ
トリソプロセスで用いられる反射防止層とは異なる。こ
こで、用いた上述の反射防止層は、レジストを通過した
光を完全に吸収するものであればどのような種類のもの
でも良い。
この実施例では、熱硬化させるのが簡便であるという理
由で、フォトレジストであるrMP2400」 (シラ
プレー社製の商品名)を反射防止層13として用いた。
続いて、上述の反射防止層13の表面に、前述したレジ
スト1〜レジスト12の溶液を、各々、回転塗布し、ホ
ットプレートを用いて100(°C)の温度で1分間に
亙ってソフトヘー/7を行ない、膜厚1 (um)のレ
ジスト層]5を形成し、被露光物17とした。
上述の反射防止層13は、遠紫外線によって露光を行な
った際、レジスト層15を一度透過した光が反射して当
該層]5中に再入射するのを防止するためのものである
このようにして第1図(A)に示す被露光物17を得た
後、Xe−Hqクランプキャノン社製のPLへ501ア
ライナにCM250コールドミラーを装着したものであ
り、波長は220〜300(nm)に相当)と石英マス
クとを用いて密着露光を行なう。
然る後、アルカリ性現像液rMF312」(シラプレー
社製の商品名)を、純水によって4倍の体積にまで稀釈
し、23C℃)の温度に保っで所定時間現像を行ない、
純水で30秒間に亙ってリンスすることによって、第1
図(B)に示すような測定試料19としてネガ型のレジ
ストパターンを得た。
続いて、このようにして得られた試料の断面形状を電子
顕微鏡によって観察し、第1図(B)中にd、の符号を
付して示すパターン上層部の寸法と、d2の符号を付し
て示す最小パターン寸法とを測定し、(d、−cL )
/2で定義されるオバーハング量を算出した。
また、上述した一連のレジストパターン形成では、d2
かほぼ0となる前のパターンの解像寸法を最小解像寸法
と称する。
以下、前述したレジスト1〜レジス]−12の各々を用
いて得られた、現像後の残膜率か一定となるのに必要な
足低ドーズ量すなわち感度と、最小解像寸法及びオーバ
ーハング量の測定結果につき、実施例1〜実施例12と
して別表1に示す。
この別表1からも理解できるように、実施例1、実施例
2、実施例4、実施例7または実施例]2に係る各々の
レジストでは、最小解像寸法か0.5 (um)の場合
であってもオーバーハング量かO(um)となり、レジ
ストパターンの断面形状は矩形であった。また、実施例
3、実施例6或いは実施例9〜実施例11に係る各々の
レジストでは、最小解像寸法か0.5 (um)となり
、最もオーバーハング量か大きなレジスト(実施例9)
であっても0.1 (un)以下の高解像度でレジスト
パターンを形成することかできた。ざらに、実施例5ま
たは実施例8として示す夫々のレジストであっても、最
小解像寸法は、0(un)となり、0.2 (un)以
下のオーババング量を達成し得ることか理解できる。
また、ドーズ量の結果からは、感光剤としでトリス(ト
リクロロメチル)−s−トリアジンを用いたもの(実施
例2及び実施例7)、2.4−ジクロロヘンシトリクロ
リドを用いたもの(実施例3及び実施例6)、トリブロ
モメチルフェニルスルホンを用いたもの(実施例8及び
実施例9)、四臭化炭素(ジメチルアミノピリジンの共
存下)を用いたもの(実施例10)、或いはp−ブロモ
フェナシルプロミドを用いたもの(実施例11)が比較
的優れた感度を示すのが理解できる。
[実施例13〜]8] 以下に説明する実施例では、ポリヒドロキシスチレンの
重量平均分子量を種々に変えてレジストを調製し、レジ
ストパターンを形成した場合の測定結果につき、別表2
を参照して説明する。
ます、これら実施例13〜]8での測定で用いたレジス
ト13〜レジスト18につき説明する。
レジスト13 このレジスト13は、重量平均分子量か48.800で
あるポリヒドロキシスチレン95(mmo 1)@用い
たことを除き、前述のレジスト2と同様に、トリス(ト
リクロロメチル)−Sトリアジン5 (mmo1)を感
光剤として用いると共に、酢酸2−メトキシエチル5o
(mf2)を溶剤として調製した。
レジスト14 このレジスト14は、重量平均分子量が5.000であ
るポリヒドロキシスチレン95(mmol)umいたこ
とを除き、前述のレジスト2と同様に、トリス(トリク
ロロメチル) −S−トリアジン5 (mmo 1)@
感光剤として用いると共に、酢酸2−メトキシエチル5
0(mβ)を溶剤として調製した。
レジスト15 このレジスト15は、重量平均分子量が、600である
ポリヒドロキシスチレン95(mmol)を用いたこと
を除き、前述のレジスト2と同様に、トリス(トリクロ
ロメチル)s−トリアジン5 (mmol)を感光剤と
して用いると共に、酢酸2−メトキシエチル50(mβ
)を溶剤として調製した。
レジスト1に のレジスト16は、重量平均分子量が 48.800であるポリヒドロキシスチレン90(mm
ol)%用いたことを除き、前述のレジスト3と同様に
、2,4−ジクロロヘンシトリクロリド10(mmol
)u感光剤として用いると共に、酢酸2−メトキシエチ
ル50(mρ)を溶剤としで調製した。
レジスト17 このレジスト17は、重量平均分子量が5.000であ
るポリヒドロキシスチレン90(mmo 1)%用いた
ことを除き、前述のレジスト3と同様に、2,4−ジク
ロロヘンシトリクロリド10 (mmo 1) %感光
剤として用いると共に、酢酸2−メトキシエチル50(
mf2)を溶剤としで調製した。
レジスト18 このレジスト18は、重量平均分子量か、600である
ポリヒドロキシスチレン90(mmo 1)@用いたこ
とを除き、前述のレジスト3と同様に、2,4−ジクロ
ロヘンシトリクロリド10 (mmo l) 7Fr感
光剤として用いると共に、酢酸2−メトキシエチル50
(mf2)を溶剤として調製した。
このようにして得られたレジスト13〜レジスト18の
夫々を用い、第1図(A)及び(B) V参照して既に
説明した実施例]〜実施例12と同様な手順で、レジス
トパターン形成を行なった。
この別表2からも理解できるように、同一の感光剤を用
いた場合、ベース樹脂として用いるポリヒドロキシスチ
レンの重量平均分子量か小さくなるほど、大きなドーズ
量を必要とする傾向が見て取れる。これは、表1に掲げ
るように、ポリヒドロキシスチレンの吸光係数に影gを
受けると考えられる。
表1 [実施例19〜26] 次に、レジストパターン形成を行なう際の光源として、
Xe−Hgランプの代わりに、KrFエキシマレーザを
用いた場合の実施例(ごつき説明する。
この実施例で用いたエキシマレーザは、第2図に示すよ
うな光学系のものを用いた。
この第2図に示すように、レーザ発振器21(ラムダフ
ィシツク社製)から発生する遠紫外線(波長は約250
 (nm))を反射鏡23によってレンズ系25に導く
。このレンズ系25を通過したレーザ光によって、被露
光物17(第1図(A)参照)とマスク27とを密着さ
せて露光を行なった。尚、この実施例では4.1 (m
J/cm2)のパルスで露光を行ない、被露光物17の
構成は実施例1〜実施例18と同一の膜厚条件、現像は
実施例13〜実施例18と同一の条件で行なった。
以下、別表3を参照しで、各実施例で用いたレジストと
、これによって得られた測定結果とにつき説明する。
ます、実施例19〜実施例22では、感光剤としでトリ
ス(トリクロロメチル)−s−トリアジンを用い、ポリ
ヒドロキシスチレンの重量平均分子量のみか異なるレジ
ストを調製してレジストパターンを形成した。詳細に説
明すれば、実施例19で用いたレジストは前述のレジス
ト13に相当するもの、実施例20て用い1こレジスト
は前述のレジスト2に相当するもの、実施例21および
実施例22て用い1とレジストは、各々、レジスト14
或いはレジスト15に相当するものである。
これら実施例19〜実施例22に関して得られた測定結
果からも理解できるように、エキシマレーザを用いて露
光した場合であっても、最小解像寸法は0.5 (um
)以下を達成でき、さらに、実施例13〜実施例15に
よって説明したように、ポリヒドロキシスチレンの重量
平均分子量か小さいほど、大きなドーズ量を必要とする
傾向が認められた。
また、実施例23〜実施例26は、感光剤として2,4
−ジクロロヘンシトリクロリドを用い、ポリヒドロキシ
スチレンの重量平均分子量のみが異なるレジストを調製
してレジストパターンを形成した測定結果を示している
。実施例23で用いたレジストは前述のレジスト]6に
相当するもの、実施例24て用い1とレジストは前述の
レジスト3に相当するもの、実施例25および実施例2
6で用いたレジストは、各々、レジスト17或いはレジ
スト18に相当するものである。
これら実施例23〜実施例26に関して得られた測定結
果も、0.5 (um)以下の最小解像寸法を達成でき
、ざらに、ポリヒドロキシスチレンの重量平均分子量が
小さいほど、大きなドーズ量を必要とする傾向か認めら
れた。
[比較例1] 前述した実施例で用い1と基板に前述した実施例で用い
たと同様な反射防止層を形成した後、この反射防止層上
にネガ型のレジスト層を形成した。
ネガレジストとしてヒスアジド(感光剤)とポリヒドロ
キシスチレンとを含有する「レイキャスト日D−200
ON(日立化成(株)社製の商品名)」ヲ使用した。こ
のネガ型のレジスト層は、このネガレジスト!5000
r、p、m、て反射防止層上に回転塗布し、ホットプレ
ートを用いて80℃の温度で1分間ヘークして膜厚1u
mとして形成した。この構造体を×e−日9日ノランプ
:M250コールドミラー装着)で2秒間密着露光し1
と後、RD現像液(日立化成(株)社製の商品名)で9
0秒現像した後、純水で60秒、リンスを行なった。こ
の処理後得られた構造体をホットプレートを用いて14
0℃の温度で1分間ポストベークを行なってレジストパ
ターンを得た。
得られたレジストパターンの断面形状を見たところ、1
、Jmラインアンドスペースのパターンのオーバーハン
グ量は0.4umであった。その結果を別表4に比較例
1として示した。
以上、この発明に係るフォトレジスト組成物の一例ヲ挙
げ、実施例1〜実施例26として、レジストパターンの
解像度につき説明した。従来知られている遠紫外線用の
ポジ型のフォトレジスト組成物は、上述した実施例に係
るネガ型のレジストとの比較を行なうことは難しいが、
前述の文献■によれば、ドーズ量から類推される感度は
ほぼ同等であり、最小解像寸法は、この発明に係るレジ
ストのほうか高いと考えられる。
また、比較例との対比からも明らかなように、この発明
のフォトレジスト組成物を使用した場合の方かオーバー
ハング量か約1/10以下であるので、この発明のネガ
型フォトレジストの方か従:ミのネガ型レジストよりも
高感度でかつ高解像をガする。
く耐ドライエツチング特性〉 [実施例27および28] 次に、耐ドライエツチング特性につき説明する。この特
性測定に当っては、シリコン基板の表面に、各々のレジ
ストil (um)の膜厚て塗布した後に乾燥させ、1
L1mのラインアンドスペスのレジストパターンを形成
し試料とし1と。
大海を1乙l この実施例27では、前述したレジスト3を用いて上述
の試料とし、平行平板型ドライエツチング装HrDEM
451J  (日電アネルバ製)によって、酸素−四フ
ッ化炭素(10(体積%)の酸素含有)系の混合ガス中
でドライエツチングを行なった。この混合ガスの圧力は
2(Pa)とし、ガス流量は50(SCCm)、および
パワ密度は0.12 (W/cm2)とした。
このようなドライエツチング処理の前後で、「タリステ
ップ」 (テーラーホブソン社製の商品名)を用いて、
試料に被着するレジストパターンの膜厚を測定した。そ
して、エツチング速度は、エツチング時間10分の間の
膜厚減少量から算出した。
その結果、実施例27に係るレジストバタンは7.9 
(nm/mi n)の速度でエツチングされたことがわ
かった。また、この場合の1umのラインアンドスペー
スの寸法後退量は50(nm)であった。これらの結果
を別表51こ示[比較例2および3] また、比較のため、前述した文献■に開示されるスチレ
ンーマレイシ酸イミドの第3ブトキシカルボニル誘導体
(1:1の共重合体であり、重量平均分子量6,500
)%レジストとした試料(比較例2と称する)、および
前述した「oFP日800」をレジストとした試料(比
較例3と称する)を、各々作製し、上述と同一の条件で
ドライエツチングを行なって1L1mのラインアンドス
ペースのレジストパターンのドライエツチング耐性を測
定した。実施例27と同様にエツチング速度と寸法後退
量を測定した。
その結果、既に述べたように実施例27に係るレジスト
パターンが7.9 (nm/m1n)の速度でエツチン
グされたのに対しで、比較例2では10.1 (nm/
m1n)、比較例3では7.7(nm/m1n)の速度
でエツチングされ、また比較例2では300(nm)、
比較例3ては200(nm)の寸法後退量であった。こ
れらの結果も、別表5にあわせて示す。
この結果からも理解できるように、この発明のポリヒド
ロキシスチレンから成る実施例27ては、従来の遠紫外
線用レジスト(比較例2)に比べて耐ドライエツチジグ
特性に優れており、ノボラック系のレジスト(比較例3
)とぼぼ同等の効果か得られることかわかる。
寅寺J引Z旦 この実施例28では、上述の実施例27と同の条件で試
料を作製し、さらに、同一の製雪によって、酸素−四フ
ッ化炭素系の混合ガスの代わりに、四塩化炭素ガスを用
いてドライエツチングを行なった。このガスの圧力は1
0 (Pa)とし、ガス流量は20 (sccm) 、
およびパワ密度は0.16 (W/cm2)とした。
その結果、実施例28に係るレジストバタンは1、0 
(nm/mi n)の速度でエツチングされた。これに
対して、実施例27の場合と同様にして作製した比較例
2及び比較例3に係る試料では、比較例2の場合に16
.○(nm/m1n)、比較例3ては10.0 (nm
/m1n)の速度でエツチングされた。
この結果からも理解できるように、四塩化炭素を用いた
ドライエツチング系であっても、この発明に係るフォト
レジスト組成物で形成したレジストパターンは、従来の
遠紫外線用レジスト(比較例2)に比べて耐ドライエツ
チング特性に優れでおり、ノボラック系のレジスト(比
較例3)とほぼ同等の効果が得られた。
以上、実施例1〜実施例28を例示して説明したように
、この発明に係るフォトレジスト組成物は、従来知られ
ている遠紫外線用フォトレジスト組成物と同等若しくは
これ以上の解像度を有し、かつノボラック系フォトレジ
ストと同等の耐ドライエツチング特性を有することか理
解できる。
以上、この発明の実施例につき説明したが、この発明は
上述した実施例にのみ限定して効果が得られるものでは
ないこと明らかである。
例えば、この発明で用いるポリヒドロキシスチレンは市
販品として容易に入手し得るものであるが、一般に、フ
ェノール性の水酸基(構造式(1)9照)か酸化され易
く、遠紫外線に大きな吸収を生じる場合か有る。係る場
合には、接触還元や水素化物を用いた還元手段によって
、遠紫外領域の吸収を低減せしめ、フォトレジスト組成
物の解像度の向上を図ることかできる。
ざらに、この発明に係るフォトレジスト組成物を溶剤に
溶解せしめた状態で保存する場合には、上述の実施例で
用いた酢酸エステル系の溶剤を始めとして、ジオキサン
、テトラヒドロフランを始めとするエーテル系の溶剤、
γ−ブチルラクトン等のラクトン系の溶剤、N、N−ジ
メチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、ヘキサメ
チルホスホリックトリアミドを始めとするアミド系の溶
剤を用いることによって、ベース樹脂や感光剤の析出を
回避することができ、レジスト塗布に当って、均一な膜
厚で被着することが可能となる。
これに加えて、上述の実施例では、特定のポリハロゲン
化合物を例示して説明した。しかしながら、この発明で
利用し得る感光剤は、例示物質にのみ限定されるもので
はなく、遠紫外線照射によってハロゲンラジカルを発生
するものであれば、上述した実施例と同様な効果を得る
ことができる。
上述した説明においては、この発明のフォトレジスト組
成物を遠紫外線で露光する例について述へたが、遠紫外
線を用いる代わりに電子線またはX線を用いても良い。
ポリハロゲン化合物は遠紫外線照射によって光分解する
のであるから、この光よりもエネルキーの高い放射線例
えば加速電子ビームやX線を照射しても充分分解するも
のと推定される。
従って、この発明のフォトレジスト組成物は、電子線レ
ジストやX線レジストとしても使用可能である。
これら材料、数値的条件及びその他の条件は、この発明
の目的の節回内て、任意好適に、設計の変更および変形
を行ない得ること明らかである。
(発明の効果) 上述した実施例からも明らかなように、この発明のフォ
ト[/ラスト組成物によれば、少なくとも、ポリヒドロ
キシスチレンから成るベース樹脂とポリハロゲン化合物
から成る感光剤との組み合わせとすることによって、マ
レイン酸イミド単位を導入した場合のように、ベース樹
脂における芳香環の含有率を低下させることか無い。こ
れかブとめ、耐ドライエツチング特性を損なうことなく
、しかもハロゲンラジカルを利用した高感度なパターン
形成機構を利用し、高解像度でレジストパターンを形成
することかできる。
このように、この発明のフォトレジスト組成物か従来の
ポジ型ノボラックのレジストと同等のドライエッチジグ
耐性を有し、かつ、このフォトレジスト組成物で形成す
るレジストパターンの側壁を垂直にできる。従って、こ
のレジストパターンをマスクとして用いて下地の加工を
行なえば、下地にマスク通りのパターンを転写できるの
で、微細加工か可能である。
F[]’P eC
【図面の簡単な説明】
第1図(A)及び(B)は、この発明のフォトレジスト
組成物の実施例を説明するため、基板の概略的断面によ
って示す説明図、 第2図は、この発明の実施例で用いた露光製画を説明す
るため、当該製画の構成を概略的に示す説明図である。 1 ] ・・・基板、 ・・・レジスト層、 ・・・測定試料、 ・・・反射鏡、 ・・・マスク。 13・・・反射防止層 17・・・被露光物 21・・・レーザ発振器 25・・・レンズ系

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ベース樹脂と、感光剤と、溶剤とを含んで成るフ
    ォトレジスト組成物において、 前記ベース樹脂が下記の構造式( I ) ▲数式、化学式、表等があります▼‥‥( I ) (但し、kは正の整数を示す) で表わされるポリヒドロキシスチレンから成り、かつ前
    記感光剤がポリハロゲン化合物から成ることを特徴とす
    るフォトレジスト組成物。
  2. (2)請求項1に記載のベース樹脂が1,000以上1
    00,000以下の範囲内の重量平均分子量を有するこ
    とを特徴とするフォトレジスト組成物。
  3. (3)請求項1において、感光剤は、遠紫外線、X線お
    よび電子線から選ばれた一種以上の放射線に感受性を有
    することを特徴とするフォトレジスト組成物。
  4. (4)請求項1に記載の、ポリハロゲン化合物から成る
    感光剤が、下記の一般式(II)で表わされるジグロロア
    ルカン或いはトリクロロアルカン▲数式、化学式、表等
    があります▼‥‥(II) (但し、R^1はアルキル基を表わし、lは2または3
    を示す) および下記の一般式(III)で表わされるポリプロモア
    ルカンまたはポリヨードアルカン C_mH_2_m_+_2_−_nX^1_n‥‥(I
    II)(但し、X^1は臭素またはヨウ素を表わし、mお
    よびnは、1≦n≦2m+2を満たす整数を示す) のうちから選ばれた1種類以上の化合物から成ることを
    特徴とするフォトレジスト組成物。
  5. (5)請求項1に記載のポリハロゲン化合物から成る感
    光剤が、下記の一般式(IV) CH_3_−_pX^2_p−C−Y‥‥(IV)(但し
    、X^2は塩素、臭素またはヨウ素を表わし、pは1≦
    p≦3の整数を示す)で表わされるα−ハロエステル化
    合物(但し、Yはアルコキシル基(−OR^1)を表わ
    す)、α−ハロカルボン酸化合物(但し、Yは水酸基(
    −OH)を表わす)、α−ハロケトン化合物(但し、Y
    はアルキル基またはアリール基(−R^2)を表わす)
    、α−ハロアルデヒド化合物(但し、Yは水素を表わす
    )、α−ハロアミド化合物(但し、Yはアミノ基(−N
    H_2)を表わす)、N−アルキルハロアミド化合物(
    但し、Yは第一アミン残基(−NHR^1)を表わす)
    またはN、N−ジアルキルハロアミド化合物(但し、Y
    は第二アミン残基(−N_2R^1)を表わす)のうち
    から選ばれた1種類または2種類以上の化合物から成る
    ことを特徴とするフォトレジスト組成物。
  6. (6)請求項1に記載のポリハロゲン化合物から成る感
    光剤が、下記の一般式(V) ▲数式、化学式、表等があります▼‥‥(V) (但し、pは1≦p≦3の整数、qは1以上の整数を各
    々示し、X^2は塩素、臭素またはヨウ素を表し、かつ
    Arは、フェニル基、ナフチル基、ベンゼンスルホニル
    基、アミノピリジン残基、s−トリアジン残基、フラン
    残基またはチオフェン残基を表わす)で表わされる1種
    類以上の化合物から成ることを特徴とするフォトレジス
    ト組成物。
  7. (7)請求項1に記載のポリヒドロキシスチレンから成
    るベース樹脂に対する、ポリハロゲン化合物から成る感
    光剤の含有量か、1(mol%)以上50(mol%)
    以下の範囲内であることを特徴とするフォトレジスト組
    成物。
  8. (8)請求項1に記載の溶剤が、酢酸エステル、エーテ
    ル、ラクトンまたはアミドのうちから選ばれた1種類以
    上の化合物から成ることを特徴とするフォトレジスト組
    成物。
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