JPH04136859A - ネガ型放射線感応レジスト組成物 - Google Patents

ネガ型放射線感応レジスト組成物

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JPH04136859A
JPH04136859A JP2257172A JP25717290A JPH04136859A JP H04136859 A JPH04136859 A JP H04136859A JP 2257172 A JP2257172 A JP 2257172A JP 25717290 A JP25717290 A JP 25717290A JP H04136859 A JPH04136859 A JP H04136859A
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Yasuyuki Takeda
康之 武田
Hatsuyuki Tanaka
初幸 田中
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秀克 小原
Toshimasa Nakayama
寿昌 中山
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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 本発明は、新規なネガ型放射線感応レジスト組成物、さ
らに詳しくは、半導体素子の製造分野における微細加工
に好適な解像性及びレジストパタンのプロファイル形状
に優れ、かつ放射線の照射量依存性の小さなネガ型放射
線感応レジスト組成物に関するものである。
従来の技術 近年、半導体素子における高密度化、高集積度化の進歩
は著しく、その微細加工技術における解像性は、ザブミ
クロン領域まで要求されるようになってきている。そし
て、半導体素子の製造分野において主流となってるリン
グラフィ技術に関しても、0.5μm以下の微細加工か
必要とされ、これに応えるために、短波長の紫外線であ
るDeepUV。
線及びg線なとの200〜500nmの波長を発光する
光源を露光に用いることか提案さている。さらに近年、
エキシマレーザ−か開発されKrFレーザ(波長248
nm)が使用されている。また、電子線やエックス線に
感応するレジストの開発も進められている。
前記したような放射線に適合する予力型しジスト組成物
についての研究も積極的になされており、例えばDee
p  UV、1線やg線に感応するものとしてフェノー
ルノボラック樹脂とヒスアジド化合物から成る組成物、
エキシマレーザ−に感応するものとしてクロロメチル化
ボリスヂレンやボリヒニルフェノールと芳香族ビスアジ
ド化合物との混合物から成る組成物(特公昭62−87
77号公報)、エキシマレーザ−、Deep UV1エ
ンクス線に感応するものとして熱硬化性樹脂とフォト酸
発生剤として210〜299nmの範囲の化学線を吸収
するハロゲン化有機化合物とから成る組成物(特開昭6
216405号公報)、また、電子線に感応する組成物
としてポリメチルメタクリレート(特公昭45−302
25号公報)、ポリグリシジルメタクリレート〔「ジャ
ナル・オブ・エレクトロケミカル・ソサエティ(J、E
、C,S)J第118巻、第669ページ(1971年
)〕〕タロロメチル化ポリスチレン特開昭57−176
034号公報)などを含有するものか知られている。
しかしながら、これらのレジスト組成物においては、そ
れから得られるレジストパターンか断面形状においてス
ソを引きやすくてプロファイル形状が悪く、高解像度か
得られないという欠点がある。さらに、これらのレジス
ト組成物はDeepUV。
1線、g線、エキ/マレ−ブー、電子線、エックス線な
との放射線の照射量の変化に対するレジストパターンの
寸法変化量が大きいため、微細なレジストパターンを形
成させる際に、レジストバタン間のスペース部分のヌケ
が悪く、微細なラインアンドスペースのレジストパター
ンが形成しにくいという問題も有している。
このように、特に0.5μm以下の微細加工に対応でき
るDeep  UVX1線、g線、エキシマレーザ、電
子線、エックス線などを利用したりソグラフィにおいて
用いられるネガ型レジストについては、また実用的なも
のは得られていないのか実状である。
このため半導体素子製造分野においては、解像性及びプ
ロファイル形状に優れ、かつ前記の各種放射線の照射量
の変化に対するレジストパターンの寸法変化量か小さく
、微細なラインアンドスペスのレジス[・パターンを形
成しうるネガ型放射線感応し/スト組成物の開発が強く
望まれている。
発明か解決しようとする課題 本発明は、このような要望にこたえ、各種放射線に対し
て感応し、高解像性でプロファイル形状が優れるととも
に、寸法変化量の小さい微細なラインアンドスペースの
レジストパターンを形成しうる予力型放射線感応レジス
ト組成物を提供することを目的としてなされlこもので
ある。
課題を解決するだめの手段 本発明者らは、前記の好ましい性質を有するネガ型放射
線感応レジスト組成物を開発すべく鋭意研究を重ねた結
果、特定のヒドロキンスチレン系重合体、トリアジン化
合物及びアルコキシメチル化アミノ樹脂を含有して成る
組成物により、その目的を達成しうろことを見い出し、
この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、(A)(イ)−能代で表わされる
単位と、(ロ)−能代 −A−Y (式中のYは であり、R1、R2及びR3は、それぞれ水素原子、ハ
ロケン原子、炭素数1〜3のアルキル基、アルコキシ基
又はアセトアミノ基であって R2とR3は同であって
もよいし、たがいに異なっていてもよく、Aは−502
−又は−C(1−テある)で表わされる単位とを構成単
位とするヒドロキシスチレン系重合体、(B)トリアジ
ン化合物、及び(C)アルコキシメチル化アミノ樹脂を
含有して成るネガ型放射線感応レジスト組成物を提供す
るものである。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明組成物においては、(A)成分として、(イ)能
代 で表わされる単位と、(ロ)−能代 (式中のY及びAは前記と同し怠味をもつ)て表わされ
る単位とを構成単位とするヒドロキンスチレン系重合体
が用いられる。
このようなヒドロキシスチレン系重合体は、ポリヒドロ
キンスチレンと、ベンゼンスルボニルクロリド誘導体、
ナフタレンスルホニルクロリド誘導体、ベンゼンカルボ
ニルクロリド誘導体、ナフタレンカルボニルクロリド誘
導体など、例えばベンゼンスルホニルクロリド、p−ク
ロロベンゼンスルホニルクロリド、p−メチルベンゼン
スルボニルクロリド、p−エチルベンゼンスルポニルク
ロリr:、p−−70ピルヘンセンスルホニルクロリド
、p−ブチルベンゼンスルホニルクロリF、p−メトキ
シベンゼンスルホニルクロリド、p−エトキンベンゼン
スルホニルクロリド、p−アセトアミノベンゼンスルホ
ニルクロリド、ナフタレンスルホニルクロリド、4−ク
ロロナフタレンスルホールクロリド、5−クロロナフタ
レンスルホニルクロリド、6−クロロナフタレンスルホ
ニルクロリド、4−メチルナフタレンスルホニルクロリ
ド、5−メチルナフタレンスルホニルクロリド、6−メ
チルナフタレンスルホニルクロリド、4−エチルナフタ
レンスルホニルクロリド、5−エチルナフタレンスルホ
ニルクロリド、6−エチルナフタレンスルホニルクロリ
ド、4−プロピルナフタレンスルホニルクロリド、5−
プロピルナフタレンスルホニルクロリド、6−プロピル
ナフタレンスルホニルクロリド、4−ブチルナフタレン
スルホルクロリド、5−ブチルナフタレンスルホニルク
ロリド、6−ブチルナフタレンスルホニルクロリド、4
−メトキノナフタレンスルホニルクロIJ ト、5−メ
トキシナフタレンスルホニルクロリド、6メ]・キンナ
フタレンスルボニルクロリド、4−工I・ギンナフタレ
ンスルホニルクロリド、5−工トキンナフタレンスルホ
ニルクロリ+X、a−工]・キンナフタレンスルボニル
クロリド、4−アセトアミノナフタレンスルホニルクロ
リド、5−アセトアミノナフタレンカルボニルクロリド トアミノナフタレンスルホニルクロリドフタレン力ルポ
ニルクロリド、p−クロロベンセンカルボニルクロリド
、p−メヂルヘンゼン力ルポニルクロリF、I)−エチ
ルヘンセンカルボニルクロリド、p−プロピルベンゼン
カルボニルクロリド、p−ブチルベンゼンカルボニルク
ロリド、p−メトギシベンゼン力ルポニルクロリド、p
−エトキシベンゼンカルボニルクロリド、p−アセトア
ミノベンゼンカルボニルクロリド、ナフタレンカルボニ
ルクロリド、4−クロロナフタレンカルボニルクロリド
、5−クロロナフタレンカルボニルクロリド、6−クロ
ロナフタレンカルボニルクロリド、4−メヂルナフタレ
ンカルボニルクロリド、5メチルナフタレンカルボニル
クロリド、6−メヂルナフタレンカルポニルクロリド、
4−エチルナフタレンカルボニルクロリド、5−エチル
ナフタレンカルボニルクロリド カルポニルクロリド、4−ブチルナフタレンカルボニル
クロリド、5−ブチルナフタレンカルボニルクロリド、
6−プチルナフクレンカルボニノロリド、4−メトキン
ナフタレンカルボニルクロリ[・、5−メトキンナフタ
レンカルボニルクロリド、6ーメl−キシナフタレンカ
ルボニルクロリド、4−工トキンナフタレンカルボニル
クロリド、5工トギシナフタレン力ルポニルクロリド、
6ーエl・キシナフタレンカルボニルクロリド、4−ア
セトアミノナフタレンカルボニルクロリド、5−アセ[
・アミノナフタレンカルボニルクロリド、6アセトアミ
ノナフタレンカルポニルクロリドなととを、塩基性触媒
下で反応させることにより、製造することができる。
この製造方法の1例について示すと、ジメチルアセトア
ミドに、ポリヒドロキシスチレンとp−アセ[・アミノ
ベンゼンスルホニルクロリドとを溶解したのち、これに
トリエチルアミンを含むジメチルアセトアミド溶液を滴
下し、次いで生成塩をろ別したのち、得られたろ液に水
を加え、析出した固形分を取り出すことにより、該ポリ
ヒドロキシスチレンの一部の水酸基の酸素原子に、p−
アセトアミノベンセンスルホニル基か結合したヒドロキ
シスチレン系重合体を製造することかできる。
本発明で使用するヒドロキンスチレン系重合体は、上記
した一般式(I)で表わされる構成単位と能代(II)
で表わされる構成単位とか全体構成中に一般式(I)ニ
ー能代(II)として9.5 : 0.5〜5:5、好
ましくは9:l〜7:3の割合で構成されているものか
好ましく使用することができる。
このようなヒドロキンスチレン系重合体を製造するため
に、ポリヒドロキンスチレンと、前記スルホニルクロリ
ド誘導体やカルボニルクロリド誘導体との使用割合につ
いては、通常ポリヒドロキシスチレン100重量部に対
し、該誘導体か10〜30重量部、好ましくは15〜2
5重量部の割合で用いられる。該誘導体の使用量か前記
範囲を逸脱すると本発明の目的が十分に達成されず、特
に30重量部を超えると現像時における放射線の非照射
部の溶解性か低下し、良好なレジストパターンか形成さ
れにくくなり、好ましくない。
該(A)成分のヒドロキシスチレン系重合体の中で、特
に(口)単位として、−能代 (式中のYは前記と同し意味をもつ) で表わされる単位を有するものが好適である。
本発明組成物において、(B)成分として用いられるト
リアジン化合物としては、−能代(式中のZは であり、R’及びR5は炭素数1〜5のアルキル基、R
6及びR7は、それぞれ水素原子、水酸基又はカルボキ
/ル基であって、それらは同一であってもよいし、たが
いに異なっていてもよい) で表わされるものか好ましく、具体的には2−(pメト
キンフェニル)−4,6−ヒス(トリクロロメチル)−
1,3,5−トリアジン、2−(+)−エトキシフェニ
ル) −4,6−ヒス(トリクロロメチル)−1,3,
5−トリアジン、2−(+)−プロポキンフェニル)−
4,6−ビス(トリクロロメチル) −1,,3,5−
トリアジン、2−(p−ブトキンフェニル)−4,6−
ヒス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、
2−(4−メトギ/ナフチル)−4,6−ヒス([・リ
クロロメチル)135−1−リアジン、2−(4−エト
キンナフチル)4.6−ビス(トリクロロメチル)−1
,3,5−トリアジン、2−(4−プロポキシナフチル
) −4,6−ヒス(1−リクロロメヂル)−1,3,
5−1−リアジン、2−(4−ブトキシナフチル)−4
,6−ヒス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリア
ジン、2−(4−メトキシ−〇−ノノルポキシナフチル
)−4,6−ビス(I・リクロロメチル)−13,5−
1−リアジン、2−(4−メトキ/−6−ヒトロキンナ
フヂル)−4,6−ヒス(トリクロロメチル)−1,3
,5−)リアジンなどを挙げることかできる。これらの
トリアジン化合物は単独でも、また2種以上を組み合わ
せて用いてもよい。
本発明組成物において、(C)成分として用いられるア
ルコキンメチル化アミノ樹脂としては、特にアルコギシ
メヂル化メラミン樹脂やアルコキシメグ−ル化尿素樹脂
なとを好ましく挙けることかできる。これらのアルコキ
ンメチル化アミノ樹脂は、例えば沸騰水溶液中でメラミ
ン又は尿素をホルマリンと反応させて縮合物を得たのち
、これをメチルアルコール、エチルアルコール、プロピ
ルアルコール、ブチルアルコールなとの低級アルコール
類でエーテル化させ、次いで反応液を冷却して析出する
樹脂を取り出すことにより、調製することができる。
該アルコキンメチル化アミノ樹脂の具体例としては、メ
i・ギンメチル化メラミン樹脂、エトキシメチル化メラ
ミン樹脂、プロポキシメチル化メラミン樹脂、ブ[・キ
ンメチル化メラミン樹脂、メトキンメチル化尿素樹脂、
エトキンメチル化尿素樹脂、プロポキンメチル化尿素樹
脂、ブトキンメチル化尿素樹脂なとか挙けられる。これ
らは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わセで用
いてもよい。
前記アルコキンメチル化アミノ樹脂の中で、特にアルフ
キ/メチル化尿素樹脂か好ましく、このものを用いるこ
とにり、放射線の照射量の変化に対するレジストパター
ンの寸法変化量か特に小さい安定したレジストパターン
を得ることかできる。
本発明組成物における前記各成分の配合割合については
、(A)成分のヒドロキンスチレン系重合体と(C)成
分のアルコキンメチル化アミノ樹脂とを、重量比か[i
o : 40ないし955、好ましくは7525ないし
9010になるような割合で用いるのか望ましい。(A
、)成分と(C)成分との割合が前記範囲を逸脱すると
、本発明の目的を達成することがてきず好ましくない。
また、(B)成分のトリアジン化合物は、前記の(A)
成分と(C)成分との合計量に対し、0.5〜10重量
%、好ましくは1〜7重量%の範囲で配合される。この
配合量か0.5重量%未満では本発明の目的か十分に達
成されないし、10重量%を超えるとレジストのアルカ
リ水溶液に対する溶解性が悪くなり、現像性が低下する
ため好ましくない。
本発明組成物は、通常前記各成分を有機溶剤に溶解して
、溶液の形で用いられる。この除用いる有機溶剤として
は、例えはアセトン、メチルエチルケトン、/クロヘキ
サノン、インアミルケトンなとのケトン類;エチレング
リコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコー
ル、エチレングリコールモノアセテート又はジエチレン
グリコルモノアセテートのモノメチルエーテル、モノエ
チルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエー
テル又はモノフェニルエーテルナトノ多価アルコール類
及びその誘導体;ジオキサンのような環式エーテル類;
酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳
酸エチル、ピルヒン酸メチル、ビルヒン酸エチルなとの
エステル類などを挙げることかてきる。これらは単独で
も、2種以上混合して用いてもよい。
本発明組成物には、本発明の目的をそこなわない範囲で
所望に応じ相容性のある添加物、例えは付加的樹脂、可
塑剤、安定剤、界面活性剤、増感剤、染料なとの慣用の
添加物を加えることかできる。
次に、このようにして調製された予力型放射線感応レジ
スト組成物の溶液を用いて、微細パターンを形成する方
法について説明すると、まずシリコンウェハーのような
基板上に、該レジスト組成物の溶液をスピンナーなとで
塗布し、乾燥して放射線感応層を設けたのち、g線、1
線、DeepUV。
エキンマレーザー、エックス線をマスクを介して選択的
に照射するか、電子線を走査して照射したのち、加熱処
理を施し、次いで例えば2〜IO重量%のテトラメチル
アンモニウムヒトロギシドやコリンなどの有機アルカリ
水溶液を用いて現像することにより放射線の非照射部分
が選択的に溶解除去され、プロファイル形状に優れたレ
ジストパターンを形成することができる。
発明の効果 本発明のネガ型放射線感応レジスト組成物は、解像性及
びプロファイル形状に優れたレジストパターンを形成し
うるとともに、放射線の照射量の変化に対するレジスト
パターンの寸法変化量が小さいため、微細パターンにお
いて隣接するレジストパターン同士の接合が起こりにく
く、良好なレジストパターンを形成しうろことから、特
に微細加工化の進む半導体素子の製造に好適に用いられ
る。
実施例 次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するか、
本発明はこれらの例によってなんら限定されるものでは
ない。
製造例1 ポリ(4−ヒドロキシスチレン)としてリンカ−M(丸
首石油化学社製)lohとp−アセトアミノベンゼンス
ルホニルクロリド20gとをジメチルアセトアミド50
0gに溶解したのち、トリエチルアミン12.66gを
ジメチルアセトアミド40gに溶解して得た溶液を室温
でかきまぜながら、30分間かけて滴下し、その後室温
でかきまぜながら5時間反応させた。次いで反応溶液中
に析出した生成塩をろ別除去し、ろ液を5Qの冷水に滴
下することによって析出した生成物を採取し、これを水
洗し、乾燥することで目的とするヒドロキシスチレン系
重合体を得た。
製造例2 製造例1で用いたp−アセトアミノベンゼンスルホニル
クロリドを、ベンゼンスルホニルクロリドに代えた以外
は、製造例1と同様の操作により、目的とするヒドロキ
シスチレン系重合体を得た。
製造例3 製造例1で用いたp−アセトアミノベンゼンスルホニル
クロリドを、p−クロロベンゼンスルホニルクロリドに
代えた以外は、製造例1と同様の操作により、目的とす
るヒドロキシスチレン系重合体を得た。
製造例4 製造例1で用いたp−アセトアミノベンゼンスルホニル
クロリドを、ナフチルベンゼンスルホニルクロリドに代
えた以外は、製造例1と同様の操作により、目的とする
ヒドロキシスチレン系重合体を得た。
実施例1 製造例1で得られたヒドロキシスチレン系重合体1.7
gとメトキシメチルメチ素樹脂帆3gとを乳酸エチル6
.5gに溶解したのち、これに2−(p−メトキシフェ
ニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,
5−トリアジン0.06gを溶解して、ネガ型放射線感
応レジスト塗布液を調製した。
次に、ヘキザメチルジシラザン雰囲気中に7分間放置す
ることで表面処理した5インチシリコンウェハー上に、
400Orpmで20秒間前記塗布液をスピンコートし
、ホットプレート上で90°Cで90秒間乾燥すること
により、1.0μm厚のレジスト層を形成した。次いで
、1線用縮小投影露光装置LD−5011i A (日
立製作所社製)により、1線を選択的に露光したのち、
110°Cで90秒間加熱処理を行い、次いで238重
量%テトラメチルアンモニウムヒドロキンド水溶液に1
分間浸せきすることにより、1線の非照射部分を溶解除
去してレジスI・パターンを得に。
このようにして得られたレジストパターンは、シリコン
ウェハー面から垂直に切り立った良好なフロファイル形
状を有する0、50μmのレジストパターンであり、こ
のパターンを得るのに必要な最低照射時間、すなわち感
度は70m5であった。また、別に0.50μmのレジ
ストパターンを得るための適性照射量を設定し、その設
定照射量を±15%変化させた場合のレジスI・パター
ンの寸法変化量を求めたところ±0.05μWであった
実施例2〜4、比較例1.2 表に示した種類と量のヒドロキシスチレン系重合体、l
−リアジン化合物及びアルコキシメチル化アミノ樹脂を
用いて調製したネガ型放射線感応レジスト塗布液を使用
した以外は、実施例1と同様な操作によりレジストパタ
ーンを形成し、解像度、感度、プロファイル形状及びレ
ジストパターンの寸法変化量を求めた。その結果を表に
示す。
実施例5 実施例1で用いた1線用縮小投影露光装置を、日立製作
所社製HH5−2Rに代えて、20kVの加速電圧で電
子線を選択的に照射した以外は、実施例1と同様な操作
によりレジストパターンを得たところ、このレジストパ
ターンはンリコンウエハ面からほぼ垂直に切り立った良
好なプロファイル形状を有する0、50μmのレジスト
パターンでアリ、残膜率90%における感度は2.5/
7 C/ cm2であった。また、別に0.50μmの
レジス[・パターンを得るための電子線の適性照射量を
設定し、その設定照射量を±15%変化させた場合の寸
法変化量を求めたところ、±0.03μmであった。
実施例6 実施例1で用いた2−(p−メトキンフェニル)−4,
6−ヒス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジ
ンと1線用縮小投影露光装置とを、それぞれ2(4−メ
トキンフェル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−
1,3,5−1−リアジンとg線用縮小投影露光装置に
代えた以外は、実施例1と同様な操作により、レジスト
パターンを得たところ、このレジストパターンはシリコ
ンウェハー面からほぼ垂直に切り立った良好なプロファ
イル形状を有する0、55μmのレジストパターンであ
り、その感度は13Qmsであった。また、別に帆50
μmのレジス]・パターンを得るための適性照射量を設
定し、その設定照射量を±15%変化させた場合の寸法
変化量を求めたところ、±0.07μmであった。
特許出願人 東京応化工業株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1(A)(イ)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ で表わされる単位と、(ロ)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中のYは ▲数式、化学式、表等があります▼又は▲数式、化学式
    、表等があります▼ であり、R^1、R^2及びR^3は、それぞれ水素原
    子、ハロゲン原子、炭素数1〜3のアルキル基、アルコ
    キシ基又はアセトアミノ基であって、R^2とR^3は
    同一であってもよいし、たがいに異なっていてもよく、
    Aは−SO_2−又は−CO−である)で表わされる単
    位とを構成単位とするヒドロキシスチレン系重合体、(
    B)トリアジン化合物、及び(C)アルコキシメチル化
    アミノ樹脂を含有して成るネガ型放射線感応レジスト組
    成物。 2(B)成分のトリアジン化合物が、一般式▲数式、化
    学式、表等があります▼ (式中のZは ▲数式、化学式、表等があります▼又は▲数式、化学式
    、表等があります▼ であり、R^4及びR^5は炭素数1〜5のアルキル基
    、R^6及びR^7は、それぞれ水素原子、水酸基又は
    カルボキシル基であって、それらは同一であってもよい
    し、たがいに異なっていてもよい) で表わされるものである請求項1記載のネガ型放射線感
    応レジスト組成物。 3(A)成分のヒドロキシスチレン系重合体における(
    ロ)単位が、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中のYは ▲数式、化学式、表等があります▼又は▲数式、化学式
    、表等があります▼ であり、R^1、R^2及びR^3は、それぞれ水素原
    子、ハロゲン原子、炭素数1〜3のアルキル基、アルコ
    キシ基又はアセトアミノ基であって、R^2とR^3は
    同一であってもよいし、たがいに異なっていてもよい) で表わされるものである請求項1又は2記載のネガ型放
    射線感応レジスト組成物。
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