JPH0344290B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、レジストとして好適な光または電離
放射線に感応するパターン形成材料に関する。 従来ホトレジストとしては、ネガ型レジストと
してポリビニルシンナマート系レジスト、環化ゴ
ム系レジストなどが、またポジ型レジストとして
ナフトキノアジド系レジストなどが知られている
が、これらはいずれもいわゆるネガ型レジストま
たはポジ型レジストとしてのみ使用できるもので
あり、ネガ型レジストをポジ型レジストとして、
また、ポジ型レジストをネガ型レジストとして使
用することはできないものである。 最近半導体集積回路製造技術が進歩し、従来の
紫外線で露光し現像後ウエツトエツチングする汎
用集積回路作製技術から、電離放射線を照射し現
像後ドライエツチングし超高密度な集積回路を得
るような最新の技術まで集積回路製造技術の巾が
拡がつてきている。しかしながら、前期従来のホ
トレジストでは、露光、現像、エツチングなどの
プロセスの許容性の狭さから使用工程が限られた
ものとなつている。 本発明はこれらの技術的課題を背景としてなさ
れたもので、光または電離放射線に感応し、現像
液を選ぶことによつてポジ型レジストにもネガ型
レジストにもなり、しかも耐ドライエツチング性
を有するパターン形成材料を提供することを目的
とする。 即ち本発明は、シリル基を有するビニル系ポリ
マー（以下「シリル基含有ポリマー」と記す）と
光もしくは電離放射線によりカチオン種またはア
ニオン種を発生する化合物（以下「増感剤」と記
す）とを主成分とすることを特徴とする光または
電離放射線に感応するパターン形成材料を提供す
るものである。 本発明は、従来のホトレジストと全く異なり、
シリル基含有ポリマーをパターン形成材料として
使用したところに特徴を有する。 本発明に適用されるポリマーは、シリル基含有
ポリマーであるため光または電離放射線による感
応手段と増感剤との作用によつて容易にシリル基
が脱離したポリマー（以下「シリル基脱離ポリマ
ー」と記す）となる。この為、本発明のパターン
形成材料は光または電離放射線照射後にシリル基
含有ポリマーを溶解せず、シリル基脱離ポリマー
を溶解する現像液を用いればポジ型に、またシリ
ル基含有ポリマーを溶解し、シリル基脱離ポリマ
ーに溶解しない現像液を用いればネガ型のパター
ン形成材料となすことが可能であり、パターン形
成材料としてのプロセス適用範囲は非常に広いも
のである。 また、本発明に適用されるシリル基含有ポリマ
ーは、縮合系ポリマーに較べて分子量のコントロ
ールが容易であり、安定した品質のパターン形成
材料が得られる。 本発明において、光とは近紫外線および可視光
線を含む波長が700〜430nm程度の光線であり、
また電離放射線とは電離作用を持つ波長が430nm
〜１Å程度の放射線であつて、遠紫外線、Ｘ線、
γ線、荷電粒子線などを含むものである。 本発明に使用するシリル基含有ポリマーは、増
感剤と混合し、光または電離放射線を照射するこ
とによつて該ポリマーの構造を変えることができ
る。 ここにシリル基とは、−Si R₁ R₂ R₃（ここで
R₁、R₂およびR₃は、水素原子、炭素数１〜４の
低級アルキル基、フエニル基または

【式】を示す）であり、かかるシ リル基含有ポリマーとは例えば下記一般式（）
〜（）の少なくとも１種の繰返し単位を含む重
合体または共重合体である。 （ここで、Ｒは水素原子またはメチル基、R₁R₂
およびR₃は水素原子、炭素数１〜４の低級アル
キル基、フエニル基または

【式】ｎは１〜４の整数を示 す） なお本発明に適用されるシリル基含有ポリマー
は前記繰返し単位を好ましくは10モル％以上、特
に好ましくは30モル％以上、最も好ましくは50モ
ル％以上有していれば、他の繰返し単位、例えば
スチレン、α−メチルスチレン、メチルメタクリ
レート、エチルメタクリレート、メチルアクリレ
ート、エチルアクリレート、ビニルピリジン、Ｎ
−ビニルピロリドンなどのスチレン系モノマー、
アクリレート系モノマー、含窒素ビニル系モノマ
ーなどの繰返し単位を含有していてもよい。前記
繰返し単位が10モル％未満のシリル基含有ポリマ
ーでは、パターン形成材料として十分な効用を来
さない。 次に前記シリル基を有する繰返し単位を形成す
るモノマーの合成法とその重合方法について具体
例を挙げて詳述する。 ＜ｐ−ビニルフエノキシ ｔ−ブチルジメチルシ
ラン（VP−BDMS）の合成とその重合＞ VPをイミダゾールの存在下、ジメチルホルム
アミド（DMF）溶液中でｔ−ブチルジメチルシ
リルクロライドと室温、４時間反応させ、生成物
を減圧蒸溜で取り出す。 得られたVP−BDMSをｎ−ブチルリチウム、
リチウムナフタレンなどのアニオン重合開始剤や
アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルペルオ
キシドなどのラジカル重合開始剤で重合しシリル
基含有ポリマーを得る。かかるシリル基含有ポリ
マーはメタノールや水で処理してもシリル基が脱
離せず、ベンゼン、クロロホルムに可溶であり、
メタノール、ヘキサン、アセトンに不溶である。
得られたシリル基含有ポリマーを本発明に用い、
光または電離放射線を照射すれば、容易にシリル
基脱離ポリマーとなり、テトラヒドロフラン、メ
タノール、アセトンに可溶となり、ベンゼン、ク
ロロホルムに不溶となる。 ＜ｐ−（ビストリメチルシリルアミノ）スチレン
（BTMSAS）の合成とその重合＞ ｐ−アミノスチレンに５倍モルのヘキサメチル
ジシラザン（HMDS）と0.5倍モルのトリメチル
シリルクロリドを加えて2.5時間還流し減圧蒸留
を行なうとほぼ定量的にアミノスチレンのトリメ
チルシラン（TMS）置換体が得られる。この
TMS置換体に２倍モルのエチルマグネシウムブ
ロミド（EtMgBr）を加えてテトラヒドロフラン
（THF）中室温で２時間反応させた後４倍モルの
トリメチルシリルクロリドを加えて一夜放置、減
圧蒸留によりBTMSASを得る。得られた
BTMSASをアニオン重合開始剤のリチウムナフ
タレン、ブチルリチウムなどやラジカル重合開始
剤のアゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルペ
ルオキシドなどを用いて重合すると室温で安定な
シリル基含有ポリマーを得る。得られたシリル基
含有ポリマーはテトラヒドロフルン、ベンゼン、
クロロホルムに可溶であり、メタノールに不溶で
ある。このシリル基含有ポリマーを本発明に用
い、光または電離放射線を照射すれば酸性下で水
溶性のシリル基脱離ポリマーとなる。 ＜ｐ−ビニルフエネロキシトリメチルシラン
（VPA−Si）の合成とその重合＞ ｐ−ビニルフエネチルアルコール（VPA）に
当モルのヘキサメチルジシラザン（HMDS）を
加え、30℃10時間窒素下でかくはん後、減圧蒸留
によりVPA−Siを得る。更にグリニヤール試薬
を加え真空蒸留により精製VPA−Siを得る。得
られたVPA−Siをブチルリチウム、ナトリウム
ナフタレンなどのアニオン重合開始剤やアゾビス
イソブチロニトリル、ベンゾイルペルオキシドな
どのラジカル重合開始剤を用いて重合しシリル基
含有ポリマーを得る。 このシリル基含有ポリマーを本発明に用い、光
または電離放射線を照射するとメタノール、ジオ
キサン、ピリジンに可溶であり、テトラヒドロフ
ラン、ベンゼン、水、クロロホルムに不溶のシリ
ル基脱離ポリマーが得られる。 以上はモノマー中のフエノール性水酸基、アミ
ノ基またはアルコール性水酸基をシリル基で保護
することによりスチレン誘導体および（メタ）ア
クリル酸エステル誘導体の重合を行うことがで
き、得られたシリル基含有ポリマーから容易にシ
リル基を脱離できる数列を示したものであり、本
発明におけるシリル基含有ポリマーは、これらに
限定されるものでもない。なおこれらモノマーは
他の共重合可能なモノマーと共重合し、本発明に
おけるポリマーとして使用することもできること
は前記したとおりである。 本発明のパターン形成材料は、前記の如きシリ
ル基含有ポリマーを用い、シリル基含有ポリマー
100重量部に対し、増感剤を好ましくは１〜30重
量部、特に好しくは２〜20重量部含有せしめる。
増感剤が１重量部未満では、光または電離放射線
のエネルギー量によつては照射効果が十分でなく
シリル基が十分に脱離せず、一方30重量部を越え
ても、シリル基の脱離作用は充分過ぎてそれ以上
必要でもなく、増感剤過剰に起因して残膜率の低
下などのパターン形成材料としての問題点に繋が
りかねない。 本発明に用いるカチオン種を発生する増感剤と
しては、下記の(1)〜(7)を例示することができる
が、光または電離放射線の照射によりカチオン種
を生ずるものであれば如何なるものでもよい。 (1) オニウム塩：オニウム塩としては、 （ＸはSbF₅、PE₅、ASF₆、BF₄、R₄、R₅およ
びR₆は水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、
炭素数１〜４のアルコキシ基、ニトロ基または
シアノ基）などを例示することができる。 (2) ジアゾニウム塩：ジアゾニウム塩としては、
ベンゼンジアゾニウム、ｐ−クロロベンゼンジ
アゾニウム、ｐ−ブロモベンゼンジアゾニウ
ム、ｏ−、ｍ−もしくはｐ−メチルベンゼンジ
アゾニウム、ｏ−もしくはｐ−メトキシベンゼ
ンジアゾニウム、ｐ−ジメチルアミノベンゼン
ジアゾニウム、ｍ−ニトロベンゼンジアゾニウ
ム、ｐ−フエニルベンゼンジアゾニウムまたは
２，６−ジブロモ−４−ヒドロキシベンゼンジ
アゾニウムの六フツ化ヒ素塩、四フツ化ホウ素
塩または六フツ化リ塩を例示することができ
る。 (3) ｐ−キノンジアジド化合物：ｐ−キノンジア
ジド化合物としては、２，６−ジメチル−ｐ−
キノンジアジド、２，６−ジｔ−ブチル−ｐ−
キノンジアジドを例示することができる。 (4) 多ハロゲン化炭化水素と活性な水素をもつ溶
媒（以下「活性溶媒」と記す）との組合せ：多
ハロゲン化炭化水素としては、CBr₄、R₇CBr₃
（R₇は水素原子、アルキル基、アリール基また
はアラルキル基）を例示することができ、
R₇CBr₃としてはトリブロモメタン、トリブロ
モトルエンなどを挙げることができる。また活
性溶媒としては、トルエン、エチルベンゼン、
キシレンを例示することができる。 (5) YCl（ＹはSO₂Cl、Br、NO、SCN、CNまた
はSCl）と活性水素との組合せ。 (6) R₈OCH₂R₉（R₈およびR₉は炭素数１〜４のア
ルキル基またはフエニル基）とClCNとの組合
せ：R₈OCH₂R₉としては、エチルイソプロピル
エーテル、ブチルエーテル、エチルフエニルエ
ーテル、エチルベンジルエーテルを例示するこ
とができる。 (7) BX′₃（X′はCl、Br、Ｉなどのハロゲン原子）
とベンゼンとの組合せ。 なお上記(4)〜(7)において活性溶媒またはベンゼ
ンを組合せて用いる場合における活性溶媒または
ベンゼンの使用量は、組合せる対象化合物に対し
て通常は当モル以上である。また本発明のパター
ン形成材料を基板上に塗布するために溶解させる
溶媒として活性溶媒またはベンゼンを用い、乾燥
した後にパターン形成材料中に残留する活性溶剤
またはベンゼンを前記感光剤として利用すること
もできる。 またアニオン種を放出する増感剤としては、ト
リアリルメタンロイコハイドロキサイド； （X″：−Ｎ（CH₃）₂など） などを挙げることができるが、これに限定される
ものでなく、光または電離放射線の照射によりア
ニオン種を生ずるものであればよい。 かくて本発明のパターン形成材料は、シリル基
含有ポリマーおよび増感剤を主成分としたもので
あり、該パターン形成材料を有機溶剤を用い固形
分濃度５〜30重量％のレジスト溶液となし、シリ
コンウエハーや金属被覆した基板上にスピンナー
などで塗布し、被膜を形成させる。 この被膜上に光または電離放射線を所定のパタ
ーン形状に照射する。かくて照射部分のシリル基
含有ポリマーはシリル基脱離ポリマーとなり、シ
リル基脱離ポリマーを溶解せずシリル基含有ポリ
マーを溶解する現像液を用いればネガ型のパター
ンを、一方シリル基脱離ポリマーを溶解し、シシ
ル基含有ポリマーを溶解しない現像液を用いれば
ポジ型のパターンを得ることができる。 さらに100〜200℃で熱処理し、適当なエツチン
グ液またはプラズマなどでエツチングすると半導
体、集積回路などを製作するための精度のよい基
板の微細加工ができる。 以上の様に本発明によれば、現像液として適当
な溶媒を選択することによつてポジ型にもネガ型
にもなるレジストを提供でき、かつ適当な増感剤
を組合せることによつて対応するエネルギー域、
すなわち光または電離放射線の波長を選択できる
ので、従来の集積回路製造プロセスを大巾に拡大
することができるうえ、精度の高いエツチング増
を再現性よく得ることができる。 以下実施例を挙げて更に具体的に本発明を説明
する。 実施例 １ ４−ビニルフエノール（VP）12ｇをイミダゾ
ール７ｇの存在下ジメチルホルムアミド溶媒５ml
中でｔ−ブチルジメチルシリルクロリドと30℃に
て４時間反応させた。この反応生成物に水を加え
クロロホルムで抽出し硫酸マグネシウムで乾燥し
た後減圧蒸留してｐ−ビニルフエノキシｔ−ブチ
ルジメチルシラン（VP−BDMS）を得た。収率
は76％、沸点は80℃／0.1mmHgであつた。 次いでモノマー（VP−BDMS）23.4ｇをテト
ラヒドロフラン200ml中、ｎ−ブチルリチウム1.6
ml（0.3mol／ ｎ−ヘキサン溶液）を重合触
媒とし−78℃で１時間重合し、数平均分子量が
48000のポリマーを得た。 このポリマーを１，１，２−トリクロロエタン
に溶解し10重量％溶液とし、さらにこれに増感剤
として

【式】をポリマー 100重量部に対して10重量部を加えレジスト溶液
を作成した。 このレジスト溶液をスピンナーを用いシリコン
酸化膜が付いたシリコンウエハーに膜厚0.8μｍに
なるように塗布し、80〜90℃で15分間乾燥した。
これを10Wの低圧水銀灯を用いて解像度テストチ
ヤートクロムマスクを通して250〜310nmの電解
放射線を照射し、画像を焼きつけた。イソプロパ
ノールを現像液として用い現像（照射部分を溶解
除去）したところ線幅1μｍのパターンをも解像
し得た。 本パターンを観察すると、断面が長方形状であ
るプロフアイルで解像されており、感度は
200mj／cm²であつた。 なお、感度は、電離放射線の照射時間を変化さ
せて、1.0μｍのライン・アンド・スペース・パタ
ーン（1LIS）を１：１の幅に形成する単位面積
あたりの電離放射線エネルギー量とした。 実施例 ２ ｐ−アミノスチレン11.9ｇにヘキサメチルジシ
ラザン（HMDS）80.5ｇとトリメチルシリルク
ロリド5.4ｇを加えて125℃で２時間30分還流し減
圧蒸留（90℃／５mmHg）をおこなうとほぼ定量
的にアミノスチレンのトリメチルシラン置換体、
即ちｐ−（トリメチルシリルアミノ）スチレンが
得られた。このｐ−（トリメチルシリルアミノ）
スチレン19.1ｇにエチルマグネシウムブロミド
26.6ｇを加え、テトラヒドロフラン40ml中室温で
２時間反応させた後トリメチルシリルクロリド
43.2ｇを加え10時間放置し減圧蒸留によりｐ−
（ビストリメチルシリルアミノ）スチレン
（BTMSAS）を得た。収率は84％であつた。 次いでモノマー（BTMSAS）26.3ｇをテトラ
ヒドロフラン200ml中、ｎ−ブチルリチウム1.4ml
（0.3ml／ｎ−ヘキサン溶液）重合触媒とし−78
℃で１時間重合し、数平均分子量が63000のポリ
マーを得た。 このポリマーを１，１，２−トリクロロエタン
に溶解し10重量％溶液とし、さらに増感剤として
２，６−ジメチル−ｐ−キノンジアジドをポリマ
ー100重量部に対して10重量部加えレジスト溶液
を作成した。このレジスト溶液を用いて実施例１
と同様にして塗布、乾燥、電離放射線照射し画像
を焼きつけた。ベンゼンを現像液として用い現像
したところ（未照射部分を溶解除去）、線幅1μｍ
のパターンをも解像し得た。 実施例 ３ ｐ−ビニルフエネチルアルコール（VPA）
14.9ｇにヘキサメチルジシラザン（HMDS）16.1
ｇを加え30℃で10時間窒素下でかくはん後減圧蒸
留によりｐ−ビニルフエネチロキシトリメチルシ
ラン（VPA−Si）を得た。さらにグリニヤール
試薬を加え真空蒸留により精製モノマーを得た。
沸点は73℃／２mmHg、収率は87％であつた。 得られたモノマー（VPA−Si）22.1ｇをテト
ラヒドロフラン200ml中、ｎ−ブチルリチウム1.0
ml（0.3ml／ｎ−ヘキサン溶液）を重合触媒と
し−78℃で１時間重合し数平均分子量が72000の
ポリマーを得た。 このポリマーを１，１，２−トリクロロエタに
溶解し10重量％溶液としこれに増感剤として （４，4′−ジメチルアミノ−トリフエニルメタン
ロイコヒドロオキシド）をポリマー100重量部に
対して10重量部加えレジスト溶液を作成した。こ
のレジスト溶液を用い実施例１と同様にして塗
布、乾燥、電離放射線照射し、画像を焼き付け
た。 水とイソプロパノールとを10：１（容量比）で
混合した混合溶媒を現像液として用い現像したと
ころ（照射部分を溶解除去）、線幅1μｍのパター
ンをも解像し得た。 比較例 １ 攪拌機、冷却機および温度計を装着したフラス
コに、ｍ−クレゾール108ｇ（1.0モル）、37重量
％ホルムアルデヒド水溶液73.0ｇ（0.90モル）お
よびシユウ酸・２水和物0.95ｇ（7.5×10^-3モル）
を仕込み、フラスコを油浴に浸し、内温を100℃
に保持して攪拌しながら、２時間重縮合を行つ
た。 次いで、油浴温度を180℃まで上昇させ、同時
にフラスコ内の圧力を30〜50mmHgまで減圧し、
水、シユウ酸、未反応ホルムアルデヒド、ｍ−ク
レゾールを除去した。 このようにして得られたｍ−クレゾール−ホル
ムアルデヒドノボラツク樹脂を用いて、特開昭60
−37549号公報第６頁右欄の合成例２と同様にし
て、ｍ−クレゾール−ホルムアルデヒドノボラツ
ク樹脂12.1ｇ（0.10モル）をピリジン70mlに溶解
し、攪拌しながらこれにヘキサメチルジシラザン
7.5ｇ（0.048モル）、引き続きトリメチルクロロ
シラン2.6ｇ（0.024モル）を室温下、滴下ロート
より15分間かけて添加した。添加後、室温にて５
時間攪拌を続けた。生成した白色の塩（塩化アン
モニウムおよび／またはピリジンの塩酸塩）をろ
別し、ピリジン溶液を減圧下濃縮した。得られた
褐色粘稠液体をメチルエチルケトン20mlに溶解
し、ヘキサン700ml中へ攪拌しながら投入した。
ろ過、乾燥により、灰褐色の粉末18ｇを得た。こ
のシリル含有縮合系ポリマーを用いて、前記実施
例１と同様の方法で実験した。その結果、線幅
1μｍのパターは解像するものの、パターンの断
面は台形状のプロフアイルであり、また感度は
324mj／cm²であつた。 実施例４〜５、比較例２〜３ 実施例１と全く同様の方法で２回繰り返して実
験を行い、感度を測定したところ（実施例４〜
５）、第１表に示すような結果となり、安定した
品質のパターン形成材料となることが分かつた。 また、比較例１と全く同様の方法で２回繰り返
して実験を行い、感度を測定したところ（比較例
２〜３）、第１表に示すような結果となり、実施
例４〜５ほど安定した材料は得られなかつた。

【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリル基を有するビニル系ポリマーと光もし
   くは電離放射線によりカチオン種またはアニオン
   種を発生する化合物とを主成分とすることを特徴
   とする光または電離放射線に感応するパターン形
   成材料。