JPH07117752B2 - 感光性樹脂組成物 - Google Patents

感光性樹脂組成物

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JPH07117752B2
JPH07117752B2 JP62314004A JP31400487A JPH07117752B2 JP H07117752 B2 JPH07117752 B2 JP H07117752B2 JP 62314004 A JP62314004 A JP 62314004A JP 31400487 A JP31400487 A JP 31400487A JP H07117752 B2 JPH07117752 B2 JP H07117752B2
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/075Silicon-containing compounds
    • G03F7/0757Macromolecular compounds containing Si-O, Si-C or Si-N bonds

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  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は感光性樹脂組成物に係り、特に、KrFエキシマ
レーザ(249nm)を用いた二層レジスト法に好適な感光
性樹脂組成物に関する。本組成物は半導体素子等の製造
に必要な微細パターン形成に利用される。
〔従来の技術〕
LSIを製造するためのパターン形成法としては、従来よ
り、g線(436nm)あるいはi線(365nm)の光を使つた
縮少投影露光法が採用されて来た。しかしながら、これ
らUV光を用いたリソグラフイ技術では、その解像度限界
は、理論的には、4MbDRAMの最少線幅に対応した0.8μm
と予想され16MbDRAMの製造に必要な最少線幅0.5μmを
解像することは、従来のリソグラフイ技術を用いては困
難であると考えられている。そこで、0.5μmを解像す
るための新しいレジスト材料,プロセス技術あるいはハ
ードが近年活発に研究されて来た。
ハードの面では、最近、KrFエキシマレーザ(249nm)光
を用いた縮少投影露光技術が0.5μm以下の線幅を解像
するための有力なリソグラフイ技術として注目されてい
る。この技術はUV光よりもさらに短波長の光を用いて解
像度を上げようとするものであるが、使用する光の波長
が短波長になればなるほど特に、300nm以下では、レジ
スト材料に大きな問題が生じる。例えば、従来から実用
に供されているノボラツク系レジスト(ノボラツク樹脂
とナフトキノンジアジドスルホン酸エステルの組成物)
は、ベースポリマおよび感光剤に芳香環を含むため、24
9nmでの光透過率が悪く、露光光がレジスト底部まで到
達しない。また、高解像性をもたらす感光剤のプリーチ
ング作用も起こらない。そのため、これらのレジストで
はKrFエキシマレーザ照射で良好なパターンは得られな
い。一付、249nmにおけるレジストの光透過性を良くす
るために、芳香環を含まないRMMA系レジストがエキシマ
レーザレジストとして評価されているが、これらのレジ
ストは、良好なパターンは得られるものの、感度が悪
く、また、芳香環を含まないために、反応性イオンエツ
チング(RIE)に対する耐性が劣る。
一方、プロセス面では、段差基板上でサブミクロンパタ
ーンを形成する方法として、多層レジスト法が提案され
ている。多層レジスト法には、3層レジスト法と2層レ
ジスト法がある。3層レジスト法は段差基板上に有機平
坦化膜を塗布し、その上に無機中間層,レジストと重
ね、レジストをパターニングした後、これをマスクとし
て無機中間層をドライエツチングし、さらに無機中間層
をマスクとして有機平坦化膜をO2RIEによりパターニン
グする方法である。
この方法は、基本的には従来からの技術が使用できるた
めに早くから検討が開始されたが、工程が非常に複雑で
あり、有機膜,無機膜,有機膜と物性の異なるものが三
層重なるために中間層にクラツクやピンホールが発生し
やすいといつたことが問題点になつている。この3層レ
ジスト法に対して2層レジスト法では、3層レジスト法
でのレジストと無機中間層の両方の性質を兼ね備えたレ
ジスト、すなわち酸素プラズマ耐性のあるレジストを用
いるためにクラツクやピンホールの発生が抑えられ、
又、3層法から2層法になるので工程が簡略化される。
しかし3層レジスト法では上層レジストに従来のレジス
トが使用できるのに対して、2層レジスト法では新たに
酸素プラズマ耐性のあるレジストを開発しなければなら
ないという課題があつた。
このように、現在までに、KrFエキシマレーザレジスト
として、感度,解像度,RIE耐性に優れたレジスト材料は
見い出されておらず、さらに、2層レジスト法の上層レ
ジストとして使用できる酸素プラズマ耐性に優れたKrF
エキシマレーザレジストも開発されていなかつた。な
お、KrFエキシマレーザによる市販レジストの評価に関
する文献としては、遠藤らの報告(電気通信学会技術研
究報告,86巻,139号,第1頁(1987))等が挙げられ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記したように、従来のレジスト材料は、2層レジスト
法用のKrFエキシマレーザレジストとしては、感度,解
像度,酸素プラズマ耐性のすべての特性を満足するもの
ではなく、実用に供し得ないものであつた。
本発明の目的は、上記した3つの基本特性を同時に満足
させることのできる2層レジスト法用KrFエキシマレー
ザレジストを提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、発明者らは種々の材料を検
討した結果、アルカリ可溶性有機ケイ素樹脂と脂肪族ジ
アゾケトンとを主成分として含有する感光性樹脂組成物
が、2層レジスト法用KrFエキシマレーザレジストとし
て優れていることを見い出し、本発明に至つたものであ
る。
まず、発明者らは、現在実用に供されているレジスト材
料がアルカリ現像方式のポジ形レジストであることを考
慮し、現行プロセスを変更することなく使用できるよ
う、2層レジスト法用KrFエキシマレーザレジストとし
て、アルカリ現像型ポジ形レジストを検討することにし
た。
2層レジスト法用KrFエキシマレーザレジストのベース
ポリマに要求される主な特性は、O2RIE耐性に優れる
こと。249nmにおける光透過性に優れることの2つで
ある。そこで、上記2つの特性を同時に満足できるアル
カリ可溶性樹脂を探索した結果、主鎖にケイ素原子を含
み、側鎖のすべてあるいは一部がフエノール性水酸基を
含有する有機基で、かつ、上記有機基が、水酸基を含
み、ベンゼン平面を垂直に切る面に対して左右対称であ
るアルカリ可溶性有機ケイ素樹脂が良いことを見い出し
た。このような樹脂としては、例えば、下記一般式
(5),(6),(7)で示されるアルカリ可溶性有機
ケイ素樹脂等が挙げられる。
ここで、R4,R5,R7,R8,R9,R11はC1〜C6のアルキル
基、R6,R10,R12はトリアルキルシリル基で、dとkは
1あるいは2,a,e,h,はゼロを含まない正の整数,b,c,f,
g,i,jはゼロを含む正の整数で、a/(a+b+c),e/
(e+f+g),h/(h+i+j)は0.4以上である。
これらの樹脂は、ケイ素原子が主鎖に含まれるため、O2
RIE耐性に優れ、側鎖にフエノール性水酸基を有する有
機基が存在するため、アルカリ可溶性となる。さらに、
何故かはわからないが、上記有機基が、水酸基を含み、
ベンゼン平面を垂直に切る面に対して左右対称であると
249nmにおける光透過性が向上した。これらの樹脂は膜
厚1μmで約70%の光透過性を示す。
一方、KrFエキシマレーザレジスト用の感光性溶解阻害
剤に要求される主な特性は、249nmの光吸収が大であ
ること。光反応の量子収率が大であること。光反応
生成物が249nmに吸収を持たないことの他に、一般的に
は、光反応前後でアルカリ溶解阻害効果の差が大きいこ
とやベースポリマとの相溶性が大であること、あるいは
適度の結晶性を有していることなども重要な因子であ
る。従来からUV用に使われているナフトキノンジアジド
スルホン酸エステルは、分子内に芳香環を持つているた
めに、要求特性を満足せず、KrFエキシマレーザ用と
しては使用できない。そこで、光反応生成物が249nmに
光吸収を持たないよう、芳香環を含まない脂肪族ジアゾ
ケトンを検討することにした。まず、要求特性を
満足する脂肪族ジアゾケトンを種々検討した結果、下記
一般式(8)で示される化合物が上記特性を満足する脂
肪族ジアゾケトンであることを見い出した。
ここで、R3,R13は芳香環を含まない一価の有機基で、
具体的には、R3はC1〜C10のアルキル基や などが挙げられる。またR13としてはC1〜C10のアルコキ
シ基である。しかしながら、これら化合物は、感光性溶
解阻害剤として一般的に要求される。大きな溶解阻害効
果の差,ベースポリマとの相溶性あるいは適度の結晶性
といつた特性は不充分で、そのままの形で使用すること
は困難であつた。そこで、R13として、エステル結合で
結合できる高分子量の母体を探した結果、下記一般式
(1)(2)(3)で示されるリコール酸,デオキシコ
ール酸,リトコール酸誘導体が良いことを見い出した。
但し、R1はHあるいはC1〜C10のアルキル基、R2はHあ
るいは一般式(8)からR13を除いた基で、OR2基のすべ
てがOH基の場合を除く。
これら化合物は、KrFエキシマレーザレジスト用の感光
性溶解阻害剤としての要求特性をすべて満足するもので
あり、これら化合物は、単独あるいは混合物の形で用い
ることができる。
以上示した2層レジスト法用KrFエキシマレーザレジス
トに最適なアルカリ可溶性有機ケイ素樹脂と脂肪族ジア
ゾケトンとの組成物は、感度,解像度,O2RIE耐性のす
べてに優れた2層レジスト法用KrFエキシマレーザレジ
ストになる。
ここで、本発明の組成物を、半導体素子等のパターン形
成に使用する場合の一般的使用法を説明する。アルカリ
可溶性有機ケイ素樹脂60〜95重量部と脂肪族ジアゾケト
ン40〜5重量部とから成る感光性樹脂組成物を、エチル
セロソルブアセテート等の通常の有機溶剤に溶解させた
溶液を、2層レジスト法における下層レジストの上にス
ピンコーテイングし、適当な温度条件でプリベークを行
ない本発明の感光性樹脂組成物の膜を得る。次いで所望
のパターンにKrFエキシマレーザ光を照射し、アルカリ
現像液、例えば、テトラ(2−ヒドロキシエチル)アン
モニウムヒドロキシドの水溶液等用いて被照射部を選択
的に溶確させ、ポジ形のレジストパターンを得る。さら
に下層レジストを加工する場合には、上記レジストパタ
ーンをマスクとして酸素プラズマにより下層レジストを
ドライエツチングすることにより、高アスペクト比のパ
ターンを形成することができる。
〔作用〕
本発明の感光性樹脂組成物において、アルカリ可溶性樹
脂にアルカリ可溶性有機ケイ素樹脂を用いることでO2RI
E耐性を用たせることができ、かつ、上記アルカリ可溶
性有機ケイ素樹脂が249nmにおける光透過性に優れるこ
とが、感度向上および解像度向上の一助になつているも
のと考えられる。また、本発明の感光性樹脂組成物に用
いた感光性溶解阻害剤は、249nm光により効率良く光反
応し、反応生成物が249nmに光吸収を持たないために、
これがブリーチング作用となつて、感度,解像度を向上
させたものと考えられる。そして、上記二つの主成分を
組み合わせることにより、2層レジスト法用KrFエキシ
マレーザレジストとして必要な、感度,解像度,O2RIE
耐性を同時に満足させることができたと考えられる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例のうち、いくつかについて具体的
に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。
実施例1. (a) 感度 OFPR-800(東京応化製)をシリコンウエハ上に20μm厚
にスピン塗布し、90℃で30分,200℃で30分ベークした。
次いで、ベースポリマ一般式(7)の1例であるポリ
(P−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン)80重量
部と感光性溶解阻害剤一般式(1)の1例である(R1
Me,R13=Me,エステル化率100%)20重量部を1−アセト
キシ−2−エトキシエタンに溶解させ、上記ハードベー
クOFPR-800上にスピン塗布し、85℃で30分ベークして0.
8μm厚のレジスト膜を形成した。
これに種々の異なる照射量のKrFエキシマレーザ光を露
光し、0.050規定のテトラ(2−ヒドロキシエチル)ア
ンモニウムヒドロキシドの水溶液を用いて1分間現像
し、1分間水洗した後、残存レジスト膜の厚みを測定し
た。そして、残存膜厚(規格化)を露光量(mJ/cm2)に
対してプロツトし、残膜率ゼロとなる最少露光量(この
値を感度と定義する)を求めた所、約100mJ/cm2であ
り、高感度なKrFエキシマレーザポジ形レジストである
ことが確認された。
(b) 解像度 上記2層レジスト構造のシリコンウエハに、縮少露光装
置を使つて、KrFエキシマレーザ光を照射し、実施例1
と同様に現像・リンスしたところ、0.5μmのL&Sが
解像できた。したがつて、本発明の感光性樹脂組成物は
高解像性のKrFエキシマレーザポジ形レジストであるこ
とが確認された。
(c) O2RIE耐性 上記上層レジストのパターンをマスクにして、平行平板
型O2RIE装置(O2圧=20mtorr,RF200W(14MHz),カソー
ドバイアス電圧−130V)を用い、酸素プラズマエツチン
グしたところ、0.5μmL&Sの上層レジストパターンが
精度良くハードベークのOFPR-800に転写された。また、
その際の上層レジストのエツチングレートは約4nm/min
であり、本発明の感光性樹脂組成物が優れたO2RIE耐性
を有することが確認された。
実施例2〜9 実施例1と同様にして、種々の条件で実験を行なつた。
組成物の成分,配合割合,下層レジスト,現像条件,感
度,解像度,O2RIEレートに関する具体的な値を表1に
まとめた。
これらの実施例からもわかるように、いずれの実施例に
よる組成物も、感度,解像度,O2RIE耐性に優れてお
り、本発明の感光性樹脂組成物が2層レジスト法用KrF
エキシマレーザポジ形レジストとして有用であることが
確認された。
〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明の感光性樹脂組成物は、2層
レジスト法に用いられるKrFエキシマレーザレジストと
して、充分な感度,解像性,O2RIE耐性を有する。さら
に、本発明の感光性樹脂組成物は、現在の主流レジスト
であるアルカリ現像型レジストと同様、アルカリ現像方
式であるために、従来と同様に扱うことができる。この
ように、本発明の感光性樹脂組成物は、2層レジスト法
用KrFエキシマレーザレジストとして極めて効果の大な
るものである。
フロントページの続き (72)発明者 水島 明子 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭51−3633(JP,A) 特開 昭59−231534(JP,A) 特開 昭60−122938(JP,A) 特開 昭64−80944(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルカリ可溶性有機ケイ素樹脂と、コール
    酸、デオキシコール酸あるいはリトコール酸から誘導さ
    れる脂肪族ジアゾケトンの少なくとも一種類とを主成分
    として含有することを特徴とする感光性樹脂組成物。
  2. 【請求項2】上記コール酸、デオキシコール酸あるいは
    リトコール酸から誘導される脂肪族ジアゾケトンが、そ
    れぞれ、下記一般式(1)、(2)及び(3)で示され
    る誘導体であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の感光性樹脂組成物。 但し、R1はHあるいはC1〜C10のアルキル基、R2はHあ
    るいは下記一般式(4)で示されるジアゾケトン基で、
    OR2基のすべてがOH基の場合を除く。 ここで、R3は芳香環を含まない一価の有機基である。
  3. 【請求項3】上記アルカリ可溶性有機ケイ素樹脂が、主
    鎖にケイ素原子を含み、側鎖の全てあるいは一部がフェ
    ノール性水酸基を含有する有機基で、かつ該有機基が水
    酸基を含み、ベンゼン平面を垂直に切る面に対して左右
    対称であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の感光性樹脂組成物。
  4. 【請求項4】上記アルカリ可溶性有機ケイ素樹脂が、下
    記一般式(5)、(6)及び(7)で示されるアルカリ
    可溶性有機ケイ素樹脂のうちから選ばれたものであるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の感光性樹脂
    組成物。 但し、R4、R5、R7、R8、R9、R11はC1〜C6のアルキル
    基、R6、R10、R12はトリアルキルシリル基で、dとkは
    1あるいは2、a、e、hはゼロを含まない正の整数、
    b、c、f、g、i、jはゼロを含む正の整数で、a/
    (a+b+c)、e/(e+f+g)、h/(h+i+j)
    は0.4以上である。
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