JPH08190193A - 化学増幅型レジスト - Google Patents

化学増幅型レジスト

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JPH08190193A
JPH08190193A JP7003217A JP321795A JPH08190193A JP H08190193 A JPH08190193 A JP H08190193A JP 7003217 A JP7003217 A JP 7003217A JP 321795 A JP321795 A JP 321795A JP H08190193 A JPH08190193 A JP H08190193A
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JP
Japan
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resist
ether compound
base polymer
crown ether
exposure
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Withdrawn
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JP7003217A
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English (en)
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Hiroko Kaimoto
裕子 開元
Akira Oikawa
朗 及川
Shuichi Miyata
修一 宮田
Yasunori Hatanaka
泰範 畠中
Yumiko Ikeda
裕美子 池田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 化学増幅型レジストに関し、露光から露光後
ベークまでに生ずる酸の失活を防止することを目的とす
る。 【構成】 脱保護基を有するベースポリマーと光酸発生
剤との混合物よりなる化学増幅型レジストにおいて、ベ
ースポリマーがアダマンチル骨格またはヒドロキシスチ
レン骨格を有して形成されていると共に、これにクラウ
ンエーテル化合物を添加して化学増幅型レジストを構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は酸の失活を抑制する機能
をもつ化学増幅型レジストに関する。半導体集積回路は
集積化が進んでLSIやVLSIが実用化されている
が、これは主として電極や配線などのパターンの微細化
により実現されたものであり、現在では最小の配線幅と
して0.5 μm 以下(Half-submicron)のものまで実用化さ
れている。
【0002】こゝで、パターンの形成には写真蝕刻技術
(ホトリソグラフィ)の使用が不可欠であり、微細パタ
ーン形成のために露光光源とレジストの両者について改
良が行われている。
【0003】すなわち、光源については、微小な線幅を
解像するために、遠紫外光の使用が必要であり、遠紫外
の波長領域での出力が少ない高圧水銀灯に代わって、例
えば弗化クリプトン(Kr F)ガスを用いるエキシマレ
ーザ(波長248nm)の使用が進んでいる。
【0004】また、レジストについては、今まで、耐ド
ライエッチング性をもたせるために芳香環(ベンゼン
環)を有する樹脂、例えばフェノールノボラック樹脂を
ベースとするものが数多く開発されてきた。
【0005】然し、芳香環を有する樹脂は遠紫外光に対
して吸収が大きく、遠紫外光を光源とするパターンニン
グにおいて微細化に対応するだけのパターン精度を得る
ことは困難である。
【0006】そこで、透明性に優れると共に、耐ドライ
エッチング性を備えたレジストの実用化が望まれてい
る。
【0007】
【従来の技術】透明性が高く、また、耐ドライエッチン
グ性を備えたレジストとして化学増幅型レジストの開発
が進められている。
【0008】こゝで、化学増幅型レジストは脱保護基を
有するベースポリマーと光酸発生剤との組合せからな
り、露光によって光酸発生剤から発生する酸(H+ )が
露光後に行われるポストベーク(Post Exposure Bake)
の段階で触媒としてベースポリマーの脱保護基に作用
し、この保護基を脱離させてベースポリマーをカルボン
酸に変える。一方、脱保護反応を生ずる際にH+ を再生
し、このH+ が触媒としてベースポリマーの脱保護基の
脱保護反応を生じさせる反応増幅型のレジストである。
【0009】然し、このレジストの問題点は露光が終わ
ってからポストベークに到るまでの安定性に欠けること
である。すなわち、微細パターンの形成には解像性が優
れる点でポジ型レジストが一般に使用されているが、化
学増幅型レジストは、露光後のポストベークを行うまで
の間に特性の劣化を生ずると云う問題があり、露光後に
直ちにポストベークを行うことが必要で、時間の経過と
共に現像処理においてパターンの解像度が低下し庇状の
突出部を生じ易くなり、信頼性を低下させていた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】化学増幅型レジストは
ベースポリマーを選択することにより、遠紫外の波長領
域での吸収が少ないものが得られ、また、アルカリ現像
が可能なことから膨潤がなく、微細パターンの形成に適
している。然し、露光からポストベークに到るまでの安
定性に欠けることが問題で、この解決が課題である。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の課題は脱保護基を
有するベースポリマーと光酸発生剤との混合物よりなる
化学増幅型レジストにおいて、ベースポリマーがアダマ
ンチル骨格またはヒドロキシスチレン骨格を有して形成
されていると共に、クラウンエーテル化合物を添加して
化学増幅型レジストを構成することにより解決すること
ができる。
【0012】
【作用】化学増幅型レジストを使用する際、露光からポ
ストベークまでの安定性については一般にPED(Post
Exposure Delay)と称している。
【0013】発明者等はPEDの原因として、 露光により光酸発生剤から発生した酸(H+ )が、
レジストの表面で大気中を浮遊している不純物(例えば
アミン)によって失活すること、 レジストを構成している光酸発生剤の分布が不均一
であること、などによると考えた。
【0014】すなわち、については、半導体デバイス
の形成には各種の化学処理が行われて、酸と共にアミン
などアルカリ性の薬品も使用されており、現実に化学処
理を行うクリーンルームの大気中に浮遊しているのが検
出されている。
【0015】そこで、レジストを露光した後、ポストベ
ークを行うまでの段階で、レジストの表面近傍に存在す
るH+ が大気中を浮遊しているアルカリイオンにより中
和されるのが原因であると考えられる。
【0016】また、について、疎水性の強いポリマー
は特に親水性(イオン性)の光酸発生剤と馴染みが悪い
ので、光酸発生剤のポリマー中での分布が不均一になっ
ており、これが安定性に欠ける原因と考えられる。
【0017】そこで、発明者等はイオン性の物質を取り
込むことのできる物質をレジストの中に加えておけば、
大気中に浮遊しているイオンを捕捉することによりレジ
スト表面にある光酸発生剤の失活を無くし、また、光酸
発生剤自身の分布を良くすると考え、このような物質を
探した。
【0018】そして、この目的に叶う物質としてクラウ
ンエーテル化合物を選んだ。このクラウンエーテル化合
物は電子供与性(ドナー)原子として酸素(O),窒素
(N),硫黄(S)などをもつ大環状化合物であり、無
機の陽イオンや有機の陽イオンを環の空孔内に取り込ん
で錯体を形成する性質がある。
【0019】図1と2はクラウンエーテル化合物の構造
式と陽イオン(この場合K+ )を取り込んだ状態を示す
もので、図1(A)は12- クラウン-4の構造式、また、
同図(B)はK+ を取り込んで錯体を形成した状態を示
す構造式、また、図2(A)は18- クラウン-6の構造
式、また、同図(B)はK+ を取り込んで錯体を形成し
た状態を示す構造式である。
【0020】こゝで、クラウンエーテル化合物は水およ
び有機溶媒に易溶なことから、アルカリ金属塩のような
イオン結合をした無機化合物を有機溶媒に溶解させるの
に使用されている。
【0021】これらの事実から、発明者等は化学増幅型
レジストにクラウンエーテル化合物を加えておくことに
より、クリーンルームの大気中に浮遊しており、光照射
により光酸発生剤から発生したH+ を失活させると思わ
れるアンモニウムイオン (NH4)やアニキルアンモニウ
ムイオン(RNH3 + ) などの陽イオンを取り込んで失
活を防止し、また、親水性を示す光酸発生剤を疎水性を
示すベースボリマー中に均一に分散させることができる
と考えた。
【0022】なお、1個のクラウンエーテル化合物は環
状骨格の中に1個の陽イオンを取り込むことから、クラ
ウンエーテル化合物が充分な捕獲効果を示すためにはそ
の添加量が光酸発生剤と等モル%以上であることが必要
である。
【0023】次に、遠紫外の波長領域で使用するレジス
トのベースポリマーとしては短波長領域での吸収が少な
く、透明性が高いことが必要であり、また、写真蝕刻技
術において反応性イオンエッチング(略称RIE)のよ
うなドライエッチングが行われていることから、耐ドラ
イエッチング性に優れていることが必要である。
【0024】そのため、発明者等は化学増幅型レジスト
のベースポリマーとしてアダマンチル骨格またはヒドロ
キシスチレン骨格(ビニルフェノール骨格)を有するポ
リマーが優れていると考えている。
【0025】そこで、本発明に係る化学増幅型レジスト
は、このような骨格をもつと共に脱保護基を備えたポリ
マーをベースポリマーとし、これにオニウム塩のような
光酸発生剤を加え、更にクラウンエーテル化合物を光酸
発生剤と等モル%以上加えて形成されるものである。
【0026】
【実施例】
合成例1:ベースポリマー(メタクリル酸アダマンチル
・メタクリル酸tert- ブチル共重合体)の合成 メタクリル酸アダマンチルを5.00g(0.024 モル),メタク
リル酸tert- ブチルを7.96g(0.024 モル),トルエンを16
0ml(0.5 モル) , アゾビスイソブチロニトリルを1.9704
g(15モル%) を採取して合成を行い、分子量が8400, 分
散が1.72, 共重合比がアダマンチル:tert- ブチル=3
0:70の共重合体を作った。 実施例1:合成例1により得たメタクリル酸アダマンチ
ル・メタクリル酸tert- ブチル共重合体に、光酸発生剤
としてトリフェニルサルフォニウムヘキサフルオロアン
チモネートを15重量%と、クラウンエーテル化合物とし
て等モル量の18- クラウン-6を加えてシクロヘキサノン
溶液(14 重量%) よりなる化学増幅型レジストを作成し
た。
【0027】このレジストをSi ウェーハ上に塗布し、
60℃で20分加熱して0.7 μm のレジスト膜を形成した。
そして、Kr Fエキシマステッパーを用いて露光した
後、直ちに100 ℃,60 秒のポストベークを行い、濃度2.
38%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド
(略称TMAH)を用いて1分間現像した結果、感度は
40 mJ/cm2 で0.35μm の垂直なパターンを解像するこ
とができた。
【0028】なお、露光してから30分放置した後にポス
トベークを行ったものについても結果は同様であった。 実施例2:(クラウンエーテル化合物の添加量を変えた
例) 実施例1において、クラウンエーテル化合物の添加量化
合物を2倍モル量とした以外は全く同様にして化学増幅
型レジストを作り、Si ウェーハ上に0.7 μmのレジス
ト膜を形成した。
【0029】そして、実施例1と同様にKr Fエキシマ
ステッパーを用いて露光した後、直ちに100 ℃,60 秒の
ポストベークを行い、濃度2.38%のTMAHを用いて1
分間現像した結果、感度は35 mJ/cm2 と向上し、0.35
μm の垂直なパターンを解像することができた。
【0030】なお、露光してから30分放置した後にポス
トベークを行ったものについても結果は同様であった。 実施例3:(ベースポリマーとクラウンエーテルの種類
を変えた例) ヒドロキシスチレン・tert- ブチルメタクリレート共重
合体(50:50, 丸善石油製) に光酸発生剤としてトリフ
ェニルサルフォニウムトリフレートを5重量%と、クラ
ウンエーテル化合物として等モル量のベンゾ-15-クラウ
ン-5を加えて乳酸エチル溶液(18 重量%) よりなる化学
増幅型レジストを作成した。
【0031】このレジストをSi ウェーハ上に塗布し、
110 ℃で90秒加熱して0.7 μm のレジスト膜を形成し
た。そして、Kr Fエキシマステッパーを用いて露光し
た後、直ちに90℃,60 秒のポストベークを行い、濃度2.
38%のTMAHを用いて1分間現像した結果、感度は10
mJ/cm2 で0.275 μm のパターンを解像することがで
きた。
【0032】なお、露光してから30分放置した後にポス
トベークを行ったものについても結果は同様であった。 実施例4:(クラウンエーテル化合物の種類を変えた
例) 実施例3において、クラウンエーテル化合物として等モ
ル量のジシクロヘキシル-15-クラウン-5を用いた以外は
全く同様にして化学増幅型レジストを作り、Si ウェー
ハ上に0.7 μm のレジスト膜を形成した。
【0033】そして、実施例3と同様にKr Fエキシマ
ステッパーを用いて露光した後、直ちに90℃,60 秒のポ
ストベークを行い、濃度2.38%のTMAHを用いて1分
間現像した結果、感度は12 mJ/cm2 と向上し、0.275
μm のパターンを解像することができた。
【0034】なお、露光してから30分放置した後にポス
トベークを行ったものについても結果は同様であった。 実施例5:(光酸発生剤を変えた例) 実施例3において、光酸発生剤として3重量%のジフェ
ニルヨードニウムトリフレートと、これと等モル量のベ
ンゾ-15-クラウン-5を用いた以外は全く同様にして化学
増幅型レジストを作り、Si ウェーハ上に0.7 μm のレ
ジスト膜を形成した。
【0035】そして、実施例3と同様にKr Fエキシマ
ステッパーを用いて露光した後、直ちに90℃,60 秒のポ
ストベークを行い、濃度2.38%のTMAHを用いて1分
間現像した結果、感度は8 mJ/cm2 と向上し、0.275
μm のパターンを解像することができた。
【0036】なお、露光してから30分放置した後にポス
トベークを行ったものについても結果は同様であった。 比較例1:(クラウンエーテル化合物を用いない場合) 合成例1により得たメタクリル酸アダマンチル・メタク
リル酸tert- ブチル共重合体に光酸発生剤としてトリフ
ェニルサルフォニウムヘキサフルオロアンチモネートを
15重量%を加えてシクロヘキサノン溶液(15 重量%) よ
りなる化学増幅型レジストを作成した。
【0037】このレジストをSi ウェーハ上に塗布し、
60℃で20分加熱して0.7 μm のレジスト膜を形成した。
そして、Kr Fエキシマステッパーを用いて露光した
後、直ちに100 ℃,60 秒のポストベークを行い、濃度2.
38%のTMAHを用いて1分間現像した結果、感度は48
mJ/cm2 で0.4μm のパターンを解像することができ
た。
【0038】然し、露光してから30分放置した後にポス
トベークを行ったものは表面に不溶化層が発生した。 比較例2:(クラウンエーテル化合物を用いない場合) ヒドロキシスチレン・tert- ブチルメタクリレート共重
合体(50:50, 丸善石油製) に光酸発生剤としてトリフ
ェニルサルフォニウムトリフレートを5重量%加えて乳
酸エチル溶液(18 重量%) よりなる化学増幅型レジスト
を作成した。
【0039】このレジストをSi ウェーハ上に塗布し、
110 ℃で90秒加熱して0.7 μm のレジスト膜を形成し
た。そして、Kr Fエキシマステッパーを用いて露光し
た後、直ちに90℃,60 秒のポストベークを行い、濃度2.
38%のTMAHを用いて1分間現像した結果、感度は13
mJ/cm2 で0.275 μm のパターンを解像することがで
きた。
【0040】なお、露光してから5分放置した後にポス
トベークを行ったものは表面が不溶化し、同じ露光量で
0.275 μm のパターンを解像することはできなかった。
【0041】
【発明の効果】以上記したように化学増幅型レジストに
クラウンエーテル化合物を加えることによりパターンの
解像性を損なうことなく露光後からPEBまでのレジス
トの安定性を向上することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 12- クラウン-4と、これがK+ を取り込んだ
状態の構造式を示す図である。
【図2】 18- クラウン-6と、これがK+ を取り込んだ
状態の構造式を示す図である。
フロントページの続き (72)発明者 宮田 修一 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 畠中 泰範 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 池田 裕美子 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 脱保護基を有するベースポリマーと光酸
    発生剤との混合物よりなる化学増幅型レジストにおい
    て、 前記ベースポリマーにクラウンエーテル化合物を添加し
    てなることを特徴とする化学増幅型レジスト。
  2. 【請求項2】 前記ベースポリマーがアダマンチル骨格
    またはヒドロキシスチレン骨格を有してなることを特徴
    とする請求項1記載の化学増幅型レジスト。
  3. 【請求項3】 前記クラウンエーテル化合物の添加量が
    光酸発生剤と等モル%以上であることを特徴とする請求
    項1記載の化学増幅型レジスト。
JP7003217A 1995-01-12 1995-01-12 化学増幅型レジスト Withdrawn JPH08190193A (ja)

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