JPH09258451A - Photosensitive resin film pattern forming method and production of semiconductor device - Google Patents

Photosensitive resin film pattern forming method and production of semiconductor device

Info

Publication number
JPH09258451A
JPH09258451A JP6144796A JP6144796A JPH09258451A JP H09258451 A JPH09258451 A JP H09258451A JP 6144796 A JP6144796 A JP 6144796A JP 6144796 A JP6144796 A JP 6144796A JP H09258451 A JPH09258451 A JP H09258451A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photosensitive resin
film
resin film
resist
pattern
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6144796A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiko Sato
康彦 佐藤
Takahiro Ikeda
隆洋 池田
Kiyonobu Onishi
廉伸 大西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP6144796A priority Critical patent/JPH09258451A/en
Publication of JPH09258451A publication Critical patent/JPH09258451A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a satisfactory resist pattern by incorporating a 1st substance generating radicals by exposure and a 2nd substance acting as a radical capturing agent into an org. film. SOLUTION: An org. film and a photosensitive resin film are successively formed on a body to be worked and the resin film is selectively exposed and developed to form a photosensitive resin film pattern. The org. film contains a 1st substance generating radicals by exposure and a 2nd substance acting as a radical capturing agent. The 1st substance is e.g. an org. substance having alkene, alkyne, carbonyl, aldehyde, carboxyl, ester, thiocarbonly, amido, azomethine, nitrile, azo, nitroso, nitric acid, nitro, nitrous acid or sulfone group.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、感光性樹脂膜パタ
−ンの形成方法、及びこの方法により形成されたレジス
トパタ−ンを用いた半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a photosensitive resin film pattern, and a method for manufacturing a semiconductor device using a resist pattern formed by this method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子の製造においては、シリコン
ウェハー上に複数の物質を堆積し、所望のパターンにパ
ターニングする工程を多く含んでいる。このパターニン
グ工程は、通常、次のようにして行われる。まず、シリ
コンウェハー上に形成された絶縁体、導体、半導体薄膜
上にフォトレジスト膜をスピンコーテング法等により形
成し、次いで選択的にフォトレジストを露光した後、現
像工程を経てレジストパターンを形成する。次に、この
レジストパターンをエッチングマスクとして基板上に形
成された被加工物である絶縁体、導体、半導体薄膜をエ
ッチングし、微細な配線や開孔等を所望のパターンに加
工する。
2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor devices, many steps of depositing a plurality of substances on a silicon wafer and patterning them into a desired pattern are included. This patterning process is usually performed as follows. First, a photoresist film is formed on an insulator, a conductor, and a semiconductor thin film formed on a silicon wafer by a spin coating method or the like, and then the photoresist is selectively exposed, and then a resist pattern is formed through a developing process. . Next, using the resist pattern as an etching mask, the insulators, conductors, and semiconductor thin films that are workpieces formed on the substrate are etched to form fine wiring, openings, etc. into a desired pattern.

【0003】レジスト材料としては、露光光源、レジス
トパターンの寸法等により適当なものが選ばれ、高圧水
銀灯のi線(λ=365nm)やKrFエキシマレーザ
ー光(λ=248nm)を露光光源とする場合では、オ
ルトジアゾナフトキノン−5−スルフォン酸エステルと
ノボラック樹脂を含んだジアゾナフトキノン系レジスト
や、酸触媒反応を利用した化学増幅型レジスト等が用い
られる。
As the resist material, an appropriate one is selected depending on the exposure light source, the size of the resist pattern, etc., and the i-line (λ = 365 nm) of a high pressure mercury lamp or the KrF excimer laser light (λ = 248 nm) is used as the exposure light source. For example, a diazonaphthoquinone-based resist containing orthodiazonaphthoquinone-5-sulfonic acid ester and a novolac resin, a chemically amplified resist using an acid catalyst reaction, or the like is used.

【0004】ジアゾナフトキノン系レジストでは、ノボ
ラック樹脂とオルトジアゾナフトキノンスルフォン酸エ
ステルを混合するとアルカリ現像液には溶解しないが、
光を照射するとオルトジアゾナフトキノンスルフォン酸
エステルからカルボン酸が生じ、光の照射部分だけが選
択的にアルカリ現像液に溶解する性質を利用している。
また、化学増幅型レジストでは、酸発生剤に光を照射す
ると酸が発生し、酸を触媒として樹脂が架橋反応を起こ
すか、又はポリマーが変性することで露光部分の現像液
に対する溶解性が選択的に変化する性質を利用してい
る。
In a diazonaphthoquinone type resist, when a novolak resin and an orthodiazonaphthoquinone sulfonic acid ester are mixed, they are not dissolved in an alkaline developing solution,
When light is irradiated, a carboxylic acid is generated from orthodiazonaphthoquinone sulfonic acid ester, and only the light-irradiated portion is selectively dissolved in an alkali developing solution.
In the case of chemically amplified resists, acid is generated when the acid generator is irradiated with light, and the resin undergoes a crosslinking reaction using the acid as a catalyst or the polymer is modified to select the solubility of the exposed portion in the developer. It takes advantage of the changing nature.

【0005】また、レジストパターンの形状は、露光時
にレジスト膜中に形成された光学像とレジスト膜中で起
こる化学反応を考慮したコンピューターシミュレーショ
ンにより、定性的に予測することができる。例えば、こ
のような計算手法は、Polymetric Mate
rials for Microelectronic
s Applications, Chapter1
4,pp.176−184,Amer.Chem.So
c.,Wasington,DC,1994.等の文献
に記載されている。
Further, the shape of the resist pattern can be qualitatively predicted by computer simulation in consideration of an optical image formed in the resist film at the time of exposure and a chemical reaction occurring in the resist film. For example, such a calculation method is based on the Polymer Mate.
rias for Microelectronics
s Applications, Chapter1
4, pp. 176-184, Amer. Chem. So
c. , Washington, DC, 1994. Etc.

【0006】このようなパターニング工程においては、
レジストパターンの寸法を高精度で制御することが重要
であるが、露光光に対して高い反射率を有する基板上に
パターンを形成する工程においては、基板段差部からの
反射光の作用によって局所的なレジスト寸法の変動やプ
ロファイルの劣化が生じる場合がある。また、レジスト
直下に露光光に対して比較的透明な珪素酸化物や珪素窒
化物からなる膜が存在する場合には、露光光はこれらの
膜中で多重反射する。
In such a patterning process,
It is important to control the dimensions of the resist pattern with high accuracy, but in the process of forming a pattern on a substrate that has a high reflectance for exposure light, it is locally affected by the action of the reflected light from the stepped portion of the substrate. There is a possibility that the resist dimension varies and the profile deteriorates. Further, when a film made of silicon oxide or silicon nitride, which is relatively transparent to the exposure light, is present immediately below the resist, the exposure light is multiply reflected in these films.

【0007】従って、これらの膜の膜厚が変動すると、
上記多重反射の振る舞いがその影響を受ける。その結
果、実質的にレジスト層に与えられる光エネルギーの量
が変動し、レジストパタ−ンの寸法の制御性に重大な影
響を及ぼす。さらには、レジスト膜中でも多重反射がお
こるため、レジスト膜厚の変動がある場合には、やはり
パタ−ン寸法の変動に大きな影響を及ぼす。
Therefore, if the film thickness of these films changes,
The behavior of the multiple reflection is affected. As a result, the amount of light energy applied to the resist layer substantially fluctuates, which seriously affects the controllability of the size of the resist pattern. Furthermore, since multiple reflection occurs even in the resist film, if the resist film thickness fluctuates, it also has a great influence on the pattern size fluctuation.

【0008】レジスト膜中で発生する多重反射の大きさ
を示すスイング比Sは、T.A.Brunner SP
IE vol.1466 Proc.1466,229
7(1991)等の文献によると、レジストと空気との
界面での反射率をR1 、レジストと反射防止膜との界面
での反射率をR2 、レジストの吸収係数をα、レジスト
の膜厚をdとした時、以下の式で与えられることがわか
っている。
The swing ratio S indicating the magnitude of multiple reflections generated in the resist film is T. A. Bruner SP
IE vol. 1466 Proc. 1466,229
7 (1991) and the like, the reflectance at the interface between the resist and air is R 1 , the reflectance at the interface between the resist and the antireflection film is R 2 , the absorption coefficient of the resist is α, and the resist film is It is known that when the thickness is d, it is given by the following equation.

【0009】S=(R1 2 1/2 exp(−αd) 従って、多重反射の影響を防ぐには、レジスト中に染料
を添加するか、又は露光波長に対する吸収性の高い樹脂
を成分としたレジストを用いることで、レジストの露光
波長に対する吸収係数αを上げればよい。また、レジス
トと基板との間に反射防止膜を形成することで反射率R
2 を低下させてもよい。
S = (R 1 R 2 ) 1/2 exp (-αd) Therefore, in order to prevent the influence of multiple reflection, a dye is added to the resist, or a resin having a high absorptivity to the exposure wavelength is added as a component. The absorption coefficient α with respect to the exposure wavelength of the resist may be increased by using the above resist. Further, by forming an antireflection film between the resist and the substrate, the reflectance R
2 may be lowered.

【0010】反射防止膜を形成する方法では、基板と反
射防止膜との界面で反射した光とレジストと反射防止膜
との界面で反射した光を反射防止膜による露光光の吸収
と位相の反転により打ち消すことで、再度レジスト層に
反射する光の強度を著しく弱めることがでる。その結
果、基板段差からの露光光の反射やレジスト膜厚の変動
に伴うレジストパタ−ンの寸法変動やプロファイルの劣
化を低減することができる。
In the method of forming the antireflection film, the light reflected at the interface between the substrate and the antireflection film and the light reflected at the interface between the resist and the antireflection film absorb the exposure light by the antireflection film and invert the phase. By canceling with, the intensity of the light reflected on the resist layer can be remarkably weakened. As a result, it is possible to reduce the dimensional fluctuation of the resist pattern and the deterioration of the profile due to the reflection of the exposure light from the step of the substrate and the fluctuation of the resist film thickness.

【0011】このような反射防止膜として、種々のもの
が提案されているが、中でも有機薄膜からなる反射防止
膜をスピン塗布法で基板上に形成する方法が多く用いら
れている。有機薄膜としては、例えば特開昭59−93
448号公報に開示されているように、露光光を吸収す
る樹脂を用いるもの、もしくは露光光を吸収する性質の
ある染料、例えばクルクミン、クマリンなどを樹脂中に
分散させたものが多く用いられている。
Various types of antireflection films have been proposed, but among them, a method of forming an antireflection film made of an organic thin film on a substrate by a spin coating method is often used. Examples of the organic thin film include, for example, JP-A-59-93.
As disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 448, the one using a resin that absorbs exposure light, or the one in which a dye having a property of absorbing exposure light, for example, curcumin or coumarin is dispersed in a resin is often used. There is.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
述の有機反射防止膜には、その中に含まれる樹脂が紫外
線の照射によって劣化する場合がある。特に、近年パタ
ーンの微細化に伴い、露光光として従来より短波長のD
UV光が用いられるようになると、DUV光が高エネル
ギー光であるため、この作用は特に顕著になってきた。
However, in the above-mentioned organic antireflection film, the resin contained therein may be deteriorated by irradiation of ultraviolet rays. In particular, with the recent miniaturization of patterns, the exposure light having a shorter wavelength D than before has been used.
This effect has become particularly pronounced when UV light has come to be used because DUV light is high-energy light.

【0013】反射防止膜に含まれる樹脂の劣化は、樹脂
の主鎖の切断を引き起こす。そのため、樹脂の分子量が
低分子量化すると共に、化学的に活性な性質を有する分
解物が多数生成する。樹脂の低分子量化は、露光後の熱
工程などでレジストと反射防止膜とのミキシングを引起
こし、ミキシングの起こった層が現像液に溶解しにくく
なり、図15(a)に示すように、レジストパターン4
3の下部が裾を引いた形状となる。なお、図中、参照符
号41は下地であるパタ−ニングされる膜、42は反射
防止膜を示す。
Deterioration of the resin contained in the antireflection film causes breakage of the main chain of the resin. Therefore, the molecular weight of the resin is lowered and a large number of decomposition products having chemically active properties are produced. The lower molecular weight of the resin causes mixing of the resist and the antireflection film in a heat step after exposure, etc., and the mixed layer becomes difficult to dissolve in the developing solution, and as shown in FIG. 15 (a), Resist pattern 4
The lower part of 3 is shaped like a hem. In the figure, reference numeral 41 is a patterning film which is a base, and 42 is an antireflection film.

【0014】また、特開昭59−93448号公報に開
示されているような、アミン酸や二酸化硫黄の(共)重
合体を有する反射防止膜では、これらのポリマー主鎖が
露光時に光分解を起こすと、アミン酸の(共)重合体よ
りなる反射防止膜の場合は、例えばアミノ基やイミノ基
を有する分解物が、また、二酸化硫黄の(共)重合体よ
りなる反射防止膜の場合は、スルフォン酸が発生する。
これらの塩基性及び酸性の分解物は、分子量が小さいた
め、露光後の熱工程によってレジスト層に容易に拡散し
ていく。
Further, in an antireflection film having a (co) polymer of an amine acid or sulfur dioxide as disclosed in JP-A-59-93448, these polymer main chains cause photodecomposition during exposure. When it occurs, in the case of an antireflection film made of a (co) polymer of an amine acid, for example, in the case of an antireflection film made of a decomposition product having an amino group or an imino group, or in the case of an antireflection film made of a (co) polymer of sulfur dioxide, , Sulfonic acid is generated.
Since these basic and acidic decomposition products have small molecular weights, they easily diffuse into the resist layer by the heat step after exposure.

【0015】上層に用いられているレジストが酸触媒反
応を利用した化学増幅型レジストである場合には、これ
らの塩基性もしくは酸性の分解物は、レジストの解像性
や断面形状の劣化を引き起こしてしまう。すなわち、上
記の塩基性の分解物は酸触媒反応に対する触媒毒となる
ので、例えばポジ型レジストの場合には、レジストの反
射防止膜界面近傍の部分は未露光部と同様に現像液に対
して難溶な性質となり、図15(a)に示すように、レ
ジストパターン43が裾を引いた形状になるか、さらに
ひどい場合にはパターン同志が繋がってしまう。
When the resist used in the upper layer is a chemically amplified resist utilizing an acid catalyst reaction, these basic or acidic decomposition products cause deterioration of the resolution and cross-sectional shape of the resist. Will end up. That is, since the above basic decomposed product becomes a catalyst poison for the acid-catalyzed reaction, for example, in the case of a positive type resist, the portion near the interface of the antireflection film of the resist is against the developer like the unexposed portion. It becomes insoluble, and as shown in FIG. 15A, the resist pattern 43 has a skirted shape, or in the worst case, the patterns are connected to each other.

【0016】一方、酸性の分解物は、レジスト43と反
射防止膜42との界面の近傍で過剰の酸触媒反応を引き
起こすため、図15(b)に示すように、例えばポジ型
レジストの場合にはレジストの底部にアンダーカットが
生じ、さらにひどい場合はレジストパターンの倒れ、剥
がれ、飛びといった不良が生じる。
On the other hand, an acidic decomposed product causes an excessive acid-catalyzed reaction in the vicinity of the interface between the resist 43 and the antireflection film 42. Therefore, as shown in FIG. 15B, for example, in the case of a positive resist. Causes an undercut at the bottom of the resist, and in a worse case, a defect such as tilting, peeling, or flying of the resist pattern occurs.

【0017】また、上層に用いられているレジストが、
酸触媒反応を利用した化学増幅型レジストである場合に
は、露光の際に励起された反射防止膜中のポリマーか
ら、レジスト中の酸発生剤にエネルギーの一部が移動
し、酸発生剤から酸が発生する現象が生じる。そのた
め、レジストと反射防止膜の界面近傍で過剰の触媒反応
を引き起こし、例えばポジ型レジストの場合には、レジ
ストの底部にアンダーカットが生じ、さらにひどい場合
はレジストパターンの倒れ、剥がれ、飛びといった不良
が生じる。
The resist used for the upper layer is
In the case of a chemically amplified resist that utilizes an acid-catalyzed reaction, part of the energy is transferred from the polymer in the antireflection film excited during exposure to the acid generator in the resist, The phenomenon of acid generation occurs. Therefore, it causes an excessive catalytic reaction in the vicinity of the interface between the resist and the antireflection film. For example, in the case of a positive type resist, an undercut occurs at the bottom of the resist, and in a worse case, the resist pattern collapses, peels, or jumps. Occurs.

【0018】レジストパターンの形状の劣化は、次のよ
うな原因によっても生ずる。即ち、以下に示す(1)〜
(3)の場合、レジストの膜厚方向でレジスト下層部に
向かって光強度の減衰が顕著に起こる。
Deterioration of the shape of the resist pattern is also caused by the following causes. That is, (1) to
In the case of (3), the light intensity is remarkably attenuated toward the resist lower layer portion in the thickness direction of the resist.

【0019】(1)レジスト膜中に発生する多重反射を
抑制するために、露光光に対して吸収性の高いレジスト
を用いた場合、(2)露光波長に対して透過率が低いレ
ジスト材料を用いた場合、(3)レジストと被加工物と
の間に反射防止膜を形成し、レジストと反射防止膜との
界面でレジストに再入射する光強度を強く減衰させた場
合。
(1) When a resist having high absorptivity for exposure light is used to suppress multiple reflections occurring in the resist film, (2) a resist material having a low transmittance for the exposure wavelength is used. When used, (3) when an antireflection film is formed between the resist and the workpiece, and the intensity of light re-incident on the resist at the interface between the resist and the antireflection film is strongly attenuated.

【0020】上記(1)、(2)、(3)の場合では、
レジストの下層部の光強度が上層部に比べて弱いため
に、ポジ型レジストを用いた場合では図16(a)に示
すようなテーパー形状、ネガ型レジストを用いた場合で
は図16(b)に示すような逆テーパー形状が得られ
る。
In the above cases (1), (2) and (3),
Since the light intensity of the lower layer portion of the resist is weaker than that of the upper layer portion, the taper shape as shown in FIG. 16A is used when the positive resist is used, and the light intensity of the negative resist is used as shown in FIG. 16B when the negative resist is used. A reverse taper shape as shown in is obtained.

【0021】また、光学的要因の他にも、レジストの膜
厚方向でレジストの成分分布がおこり、レジストの下層
部と上層部で現像液に対する溶解性が異なったり、反射
防止膜とレジストがミキシングを起こし、現像液に溶け
にくくなることによっても、レジストプロファイルの劣
化は起こる。
In addition to optical factors, resist component distribution occurs in the resist film thickness direction, the solubility of the resist in the lower layer and the upper layer is different from that in the developing solution, and the antireflection film and the resist are mixed. The deterioration of the resist profile also occurs due to the fact that it becomes difficult to dissolve in the developing solution.

【0022】レジストパターンにこれらの異常が生じる
と、これをマスクにして下地をドライエッチングなどで
加工する場合の、パタ−ン寸法の制御性を著しく低下さ
せるのみならず、露光マージンやフォーカスマージンな
どのプロセス余裕度も著しく低下し、歩留まりが著しく
低下してしまう。
When these abnormalities occur in the resist pattern, not only the controllability of the pattern size is significantly deteriorated when the underlayer is processed by dry etching or the like using this as a mask, but also the exposure margin, focus margin, etc. Also, the process margin of No. 1 is significantly reduced, and the yield is significantly reduced.

【0023】本発明は、上記問題点の原因となる樹脂の
光劣化が起らないような有機膜を用いて良好なレジスト
パターンを形成する方法を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a method for forming a good resist pattern by using an organic film which does not cause photodegradation of resin which causes the above problems.

【0024】本発明の他の目的は、有機膜とレジストと
の光化学反応でレジストの溶解性を変化させることによ
り、良好な形状のレジストパターンを形成する方法を提
供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a method for forming a resist pattern having a good shape by changing the solubility of the resist by a photochemical reaction between the organic film and the resist.

【0025】本発明の更に他の目的は、上記レジストパ
ターンを用いて、半導体装置を高精度で製造する方法を
提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device with high accuracy using the above resist pattern.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】本発明は前述の問題に鑑
みてなされたもので、第1の態様では、所定の有機膜を
用いることにより、有機膜の光劣化を防止している。
The present invention has been made in view of the above problems. In the first aspect, a predetermined organic film is used to prevent photodegradation of the organic film.

【0027】即ち、本発明(請求項1)は、被加工物上
に有機膜及び感光性樹脂膜を順次形成する工程、前記感
光性樹脂膜に対して選択的に露光する工程、及び選択的
に露光された感光性樹脂膜を現像し、感光性樹脂膜パタ
−ンを形成する工程を具備し、前記有機膜は、前記露光
によりラジカルが生成する第1の物質と、前記ラジカル
に対してラジカル捕捉剤として作用する第2の物質を含
有することを特徴とする感光性樹脂膜パタ−ンの形成方
法を提供する。
That is, the present invention (Claim 1) comprises a step of sequentially forming an organic film and a photosensitive resin film on a workpiece, a step of selectively exposing the photosensitive resin film, and a selective step. And a step of developing a photosensitive resin film pattern exposed to light to form a photosensitive resin film pattern. A method for forming a photosensitive resin film pattern, which comprises a second substance acting as a radical scavenger.

【0028】本発明(請求項2)は、被加工物上に有機
膜及び感光性樹脂膜を順次形成する工程、前記感光性樹
脂膜に対して選択的に露光する工程、及び選択的に露光
された感光性樹脂膜を現像し、感光性樹脂膜パタ−ンを
形成する工程を具備し、前記有機膜は、前記露光により
励起される第1の物質と、この第1の物質に対して消光
剤として作用する第2の物質を含有することを特徴とす
る感光性樹脂膜パタ−ンの形成方法を提供する。
According to the present invention (claim 2), a step of sequentially forming an organic film and a photosensitive resin film on a workpiece, a step of selectively exposing the photosensitive resin film, and a selective exposure. And developing a photosensitive resin film pattern to form a photosensitive resin film pattern, wherein the organic film includes a first substance excited by the exposure and a first substance. A method for forming a photosensitive resin film pattern, which comprises a second substance acting as a quencher.

【0029】本発明(請求項3)は、被加工物上に有機
膜及び感光性樹脂膜を順次形成する工程、前記感光性樹
脂膜に対して選択的に露光する工程、及び選択的に露光
された感光性樹脂膜を現像し、感光性樹脂膜パタ−ンを
形成する工程を具備し、前記有機膜は、ベンゾフェノン
化合物、サリチレ−ト化合物、ベンゾトリアゾ−ル化合
物、アクリレ−ト化合物、及びメタクリレ−ト化合物か
らなる群から選ばれた少なくとも1種を含有することを
特徴とする感光性樹脂膜パタ−ンの形成方法を提供す
る。
According to the present invention (claim 3), a step of sequentially forming an organic film and a photosensitive resin film on a workpiece, a step of selectively exposing the photosensitive resin film, and a selective exposure. And developing a photosensitive resin film pattern to form a photosensitive resin film pattern, wherein the organic film comprises a benzophenone compound, a salicylate compound, a benzotriazole compound, an acrylate compound, and a methacrylic acid film. A method for forming a photosensitive resin film pattern, which comprises at least one selected from the group consisting of:

【0030】本発明(請求項4)は、被加工物上に有機
膜及び感光性樹脂膜を順次形成する工程、前記感光性樹
脂膜に対して選択的に露光する工程、及び選択的に露光
された感光性樹脂膜を現像し、感光性樹脂膜パタ−ンを
形成する工程を具備し、前記有機膜は、前記露光により
酸性又は塩基性の分解物が発生する第1の物質と前記酸
性又は塩基性の分解物を中和する第2の物質を含有する
ことを特徴とする感光性樹脂膜パタ−ンの形成方法を提
供する。
According to the present invention (claim 4), a step of sequentially forming an organic film and a photosensitive resin film on a workpiece, a step of selectively exposing the photosensitive resin film, and a selective exposure. Developing the exposed photosensitive resin film to form a photosensitive resin film pattern, wherein the organic film comprises a first substance that generates an acidic or basic decomposition product upon exposure and the acidic substance. Alternatively, the present invention provides a method for forming a photosensitive resin film pattern, which comprises a second substance that neutralizes a basic decomposition product.

【0031】また、本発明の第2の態様では、有機膜と
レジストとの光化学反応でレジストの溶解性を変化さ
せ、所望の形状の感光性樹脂膜パタ−ンを得ている。
Further, in the second aspect of the present invention, the solubility of the resist is changed by a photochemical reaction between the organic film and the resist to obtain a photosensitive resin film pattern having a desired shape.

【0032】即ち、本発明(請求項5)は、被加工物上
に有機膜及び感光性樹脂膜を順次形成する工程、前記感
光性樹脂膜に対して選択的に露光する工程、及び選択的
に露光された感光性樹脂膜を現像し、感光性樹脂膜パタ
−ンを形成する工程を具備し、前記有機膜は、前記露光
により分解し、この分解物が前記感光性樹脂膜中に拡散
することにより、前記現像時における前記感光性樹脂膜
の溶解性を変化させる物質を含有することを特徴とする
感光性樹脂膜パタ−ンの形成方法を提供する。
That is, according to the present invention (claim 5), a step of sequentially forming an organic film and a photosensitive resin film on a workpiece, a step of selectively exposing the photosensitive resin film, and a selective step The step of developing the exposed photosensitive resin film to form a photosensitive resin film pattern, the organic film is decomposed by the exposure, and the decomposed product is diffused in the photosensitive resin film. Accordingly, there is provided a method for forming a photosensitive resin film pattern, which comprises a substance that changes the solubility of the photosensitive resin film during the development.

【0033】本発明(請求項6)は、被加工物上に有機
膜及び感光性樹脂膜を順次形成する工程、前記感光性樹
脂膜に対して選択的に露光する工程、及び選択的に露光
された感光性樹脂膜を現像し、感光性樹脂膜パタ−ンを
形成する工程を具備し、前記有機膜は、前記露光時に供
給されたエネルギーの一部が前記有機膜中の分子から前
記感光性樹脂膜中の分子に移動することにより、前記現
像時における前記感光性樹脂膜の溶解性を変化させる物
質を含有することを特徴とする感光性樹脂膜パタ−ンの
形成方法を提供する。
According to the present invention (claim 6), a step of sequentially forming an organic film and a photosensitive resin film on a workpiece, a step of selectively exposing the photosensitive resin film, and a selective exposure. Developing the photosensitive resin film, and forming a pattern of the photosensitive resin film, the organic film is a part of the energy supplied during the exposure from the molecules in the organic film to the photosensitive film. Provided is a method for forming a photosensitive resin film pattern, which comprises a substance that changes the solubility of the photosensitive resin film at the time of development by moving to a molecule in the photosensitive resin film.

【0034】本発明(請求項7)は、被加工物上に有機
膜及び感光性樹脂膜を順次形成する工程、前記感光性樹
脂膜に対して選択的に露光する工程、及び選択的に露光
された感光性樹脂膜を現像し、感光性樹脂膜パタ−ンを
形成する工程を具備し、前記有機膜は、前記露光により
前記有機膜中の分子から前記感光性樹脂膜中の分子へ電
子が移動することにより、前記現像時における前記感光
性樹脂膜の溶解性を変化させる物質を含有することを特
徴とする感光性樹脂膜パタ−ンの形成方法を提供する 更に、本発明(請求項8)は、半導体基板上に被加工物
を形成する工程、この被加工物上に上記方法(請求項1
〜7)により感光性樹脂膜パタ−ンを形成する工程、及
び前記感光性樹脂膜パタ−ンを用いて前記被加工物を加
工する工程を具備する半導体装置の製造方法を提供す
る。
According to the present invention (claim 7), a step of sequentially forming an organic film and a photosensitive resin film on a workpiece, a step of selectively exposing the photosensitive resin film, and a selective exposure. The step of developing the exposed photosensitive resin film to form a photosensitive resin film pattern, wherein the organic film emits electrons from molecules in the organic film to molecules in the photosensitive resin film by the exposure. The present invention further provides a method for forming a photosensitive resin film pattern, wherein the photosensitive resin film contains a substance that changes the solubility of the photosensitive resin film during the development. 8) is a step of forming an object to be processed on a semiconductor substrate, and the method described above on the object to be processed (claim 1).
To 7), there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, which comprises a step of forming a photosensitive resin film pattern, and a step of processing the object to be processed using the photosensitive resin film pattern.

【0035】以下、本発明の詳細及びその作用について
説明する 本発明の第1の態様において、露光によりラジカルが生
成し、露光により励起され、露光により酸性又は塩基性
の分解物が発生する第1の物質としては、アルケン基、
アルキン基、カルボニル基、アルデヒド基、カルボキシ
ル基、エステル基、チオカルボニル基、アミド基、アゾ
メチン基、ニトリル基、アゾ基、ニトロソ基、硝酸基、
ニトロ基、亜硝酸基、又はスルホン基を有する有機物が
挙げられる。
Hereinafter, the details of the present invention and the action thereof will be described. In the first aspect of the present invention, a radical is generated by exposure, excited by exposure, and an acidic or basic decomposition product is generated by exposure. As the substance of alkene group,
Alkyne group, carbonyl group, aldehyde group, carboxyl group, ester group, thiocarbonyl group, amide group, azomethine group, nitrile group, azo group, nitroso group, nitric acid group,
An organic substance having a nitro group, a nitrite group, or a sulfone group can be given.

【0036】有機膜中における第2の物質の含有量は、
0.01〜50重量%が好ましく、0.1〜30重量%
が特に好ましい。第2の物質の含有量が50重量%を越
える場合には、光学特性が劣化したり、スピンコ−ティ
ング法でウェハ−上に成膜することが困難になり、0.
01重量%未満の場合には、第2の物質を添加したこと
による効果が期待できない。
The content of the second substance in the organic film is
0.01 to 50% by weight is preferable, 0.1 to 30% by weight
Is particularly preferred. When the content of the second substance exceeds 50% by weight, the optical characteristics are deteriorated, and it becomes difficult to form a film on the wafer by the spin coating method.
If the amount is less than 01% by weight, the effect of adding the second substance cannot be expected.

【0037】既に述べたように、上述のレジストプロフ
ァイルの異常やレジスト層と反射防止膜とのミキシング
は、パターン露光の際におこる反射防止膜中のポリマー
の光分解反応、或は励起状態に励起されたポリマーから
レジスト中の酸発生剤にエネルギーが移動することに起
因している。従って、パターン露光中にこのような反応
が生じないようにすることによって上記問題を回避する
ことが可能である。
As described above, the above-mentioned abnormalities in the resist profile and the mixing of the resist layer and the antireflection film are caused by the photodecomposition reaction of the polymer in the antireflection film during the pattern exposure, or the excited state. This is because the energy is transferred from the generated polymer to the acid generator in the resist. Therefore, it is possible to avoid the above problem by preventing such a reaction from occurring during pattern exposure.

【0038】ポリマーの光分解反応では、反射防止膜を
構成する物質の、例えば上述のアルケン基、アルキン
基、カルボニル基、アルデヒド基、カルボキシル基、エ
ステル基、チオカルボニル基、アミド基、アゾメチン
基、ニトリル基、アゾ基、ニトロソ基、硝酸基、ニトロ
基、亜硝酸基、又はスルホン基のように光によって励起
されやすい部位で分解反応が起こり、分解した主鎖末端
にフリーラジカルを生じる。さらに、このように生じた
フリーラジカルが連鎖反応的にポリマーの未分解の部分
を攻撃して分解反応が進行する。従って、光分解反応を
進行させないようにするためには、以下のようにすれば
よい。
In the photodecomposition reaction of the polymer, for example, the above-mentioned alkene group, alkyne group, carbonyl group, aldehyde group, carboxyl group, ester group, thiocarbonyl group, amide group, azomethine group of the substances constituting the antireflection film, A decomposition reaction occurs at a site that is easily excited by light, such as a nitrile group, an azo group, a nitroso group, a nitrate group, a nitro group, a nitrite group, or a sulfone group, and a free radical is generated at the decomposed main chain terminal. Further, the free radicals thus generated attack the undecomposed portion of the polymer in a chain reaction, and the decomposition reaction proceeds. Therefore, in order to prevent the photolysis reaction from proceeding, the following may be done.

【0039】(1)分解反応を起こしやすいポリマーバ
ルクに露光光が進入するのを防止する。
(1) Prevent exposure light from penetrating into the polymer bulk which is prone to decomposition reaction.

【0040】(2)光により励起された官能基をエネル
ギー移動により失括させる。
(2) Functional groups excited by light are destroyed by energy transfer.

【0041】(3)ポリマーの分解によって生じるフリ
ーラジカルをラジカル捕捉剤により失括させる。
(3) The free radical generated by the decomposition of the polymer is destroyed by the radical scavenger.

【0042】また、ポリマーからレジスト中の酸発生剤
に露光エネルギーの一部が移動するのを防ぐためには、
以下のようにすればよい。
In order to prevent a part of the exposure energy from being transferred from the polymer to the acid generator in the resist,
The following may be performed.

【0043】(4)酸発生剤にエネルギーを伝えやすい
ポリマーバルクに露光光が進入するのを防止する。
(4) Prevent exposure light from penetrating into the polymer bulk that easily transfers energy to the acid generator.

【0044】(5)光により励起された官能基を反射防
止膜中に存在する他の物質にエネルギー移動させ失括さ
せる。
(5) The functional group excited by light is energy-transferred to another substance existing in the antireflection film to disintegrate it.

【0045】以上挙げた(1)〜(3)のポリマーの光
安定化の原理は、ポリマーバルクを利用するエンジニア
リングプラスチックの分野や塗料工学の分野において、
大気中で自然白色光にポリマーがさらされる際の経時変
化を抑制する方法として、かなり詳細に調べられてい
る。しかし、自然白色光が様々な波長成分の光からなっ
ており、特に300nm以上の紫外線に対する光劣化を
抑制することに注力されているのに対して、本発明にお
いては、光リソグラフィー工程に用いられる光の波長、
具体的には、高圧水銀灯のi線の365nm,KrFエ
キシマ光の248nm,ArFエキシマ光の193nm
等のそれぞれの波長の光に対する安定性を確保せねばな
らないという点で大きく相違する。従って、このような
相違に応じて、上記(1)から(3)の作用をもたらす
最適な添加物を用いなければならない。
The above-mentioned principles of the photostabilization of the polymers (1) to (3) are as follows in the field of engineering plastics utilizing polymer bulk and the field of coating engineering.
It has been investigated in considerable detail as a method for suppressing the change over time when a polymer is exposed to natural white light in the atmosphere. However, natural white light is composed of light having various wavelength components, and in particular, it is focused on suppressing photodegradation with respect to ultraviolet rays of 300 nm or more, while in the present invention, it is used for an optical lithography process. The wavelength of light,
Specifically, the i-line of a high-pressure mercury lamp is 365 nm, the KrF excimer light is 248 nm, the ArF excimer light is 193 nm.
There is a big difference in that the stability with respect to light of each wavelength such as .. must be ensured. Therefore, depending on such a difference, it is necessary to use the optimum additive that brings about the above-mentioned effects (1) to (3).

【0046】(1)、(4)の作用をもたらすために
は、低分子の紫外線吸収剤を用いることがより望まし
い。この紫外線吸収剤の具体例としては、ベンゾフェノ
ン化合物、サリチレート化合物、ベンゾトリアゾール系
化合物、アクリレート化合物及びメテクリレート化合物
を挙げることができる。
In order to bring about the effects of (1) and (4), it is more preferable to use a low molecular weight ultraviolet absorber. Specific examples of the ultraviolet absorber include a benzophenone compound, a salicylate compound, a benzotriazole compound, an acrylate compound, and a methacrylate compound.

【0047】(2)、(5)のような作用をもたらすた
めには、消光剤と呼ばれる一連の物質を混入すればよ
い。消光剤とは、光励起により活性化されたポリマー中
の部位、例えばカルボニル基やスルフォン基のエネルギ
ーを吸収し、失括させる作用を有する物質である。この
物質の消光作用により、励起された部分は再度安定状態
に緩和されるため、分解反応や酸発生剤にエネルギーの
一部が移動することはなくなり、ポリマーの劣化やポリ
マーから酸発生剤へのエネルギー移動により、レジスト
中の反射防止膜との界面付近で酸触媒反応が過剰に進行
するのを防止することができる。
In order to bring about the actions (2) and (5), a series of substances called quenchers may be mixed. The quencher is a substance having a function of absorbing energy of a site in a polymer activated by photoexcitation, for example, a carbonyl group or a sulfone group, and causing it to collapse. Due to the quenching action of this substance, the excited part is relaxed to the stable state again, so that part of the energy is not transferred to the decomposition reaction and the acid generator, and the deterioration of the polymer and the change from the polymer to the acid generator occur Energy transfer can prevent the acid-catalyzed reaction from proceeding excessively near the interface with the antireflection film in the resist.

【0048】このような作用をする化合物としては、例
えば下記化1に示す、式(a)〜(c)の構造式で表わ
されるようなキレート化合物を挙げることができる。こ
の種の物質は作用1)で述べた物質と異なり、露光光を
吸収する性質を持つ必要がないので、これを反射防止膜
に添加しても反射防止膜の光学的性質を変化させること
はない。
Examples of the compound having such an action include chelate compounds represented by the structural formulas (a) to (c) shown in the following chemical formula 1. Unlike the substance described in the action 1), this type of substance does not need to have the property of absorbing exposure light, and therefore adding this to the antireflection film does not change the optical properties of the antireflection film. Absent.

【0049】[0049]

【化1】 Embedded image

【0050】また、(3)の作用をもたらすためには、
フリーラジカルと反応してそれを失括せしめるような物
質を反射防止膜中に混入すればよい。このような作用を
持つ物質は、ラジカル捕捉剤と呼ばれ、具体的にはポリ
ヒドロキシスチレン、または下記化2及び化3に示す式
(a)〜(i)の構造式で表わされるようなフェノール
化合物、メチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミ
ン、ピピリジン、N−メチルピロリジン、アニリン、ジ
フェニルアミン、N−メチルアニリン、ベンズアミド、
アセトアニリド、ピロール、ピリジン、ピリミジン、プ
リンのようなアミノ化合物、p−ニトロプロパン、2−
ニトロブタンのようなニトロ化合物を挙げることができ
る。
In order to bring about the action of (3),
A substance that reacts with the free radicals to dissociate them may be mixed in the antireflection film. A substance having such an action is called a radical scavenger, specifically, polyhydroxystyrene, or a phenol represented by the structural formulas (a) to (i) shown in Chemical formulas 2 and 3 below. Compounds, methylamine, ethylamine, trimethylamine, pipyridine, N-methylpyrrolidine, aniline, diphenylamine, N-methylaniline, benzamide,
Amino compounds such as acetanilide, pyrrole, pyridine, pyrimidine, purine, p-nitropropane, 2-
Mention may be made of nitro compounds such as nitrobutane.

【0051】[0051]

【化2】 Embedded image

【0052】[0052]

【化3】 Embedded image

【0053】これらは、光照射によって生じたポリマー
中のフリーラジカルと反応して比較的活性の弱いラジカ
ルを形成する。この弱いラジカルは、連鎖的にポリマー
主鎖を切断するほどの活性はもたないため、ポリマーの
光劣化を抑制する働きをもつ。これらも(2)、(5)
の作用を有する添加剤と同様に、露光光を吸収する性質
を利用しないので、露光光を吸収しない物質をラジカル
捕捉剤として選べば、光分解を抑制する効果を増大させ
る目的で、反射防止膜に大量にラジカル捕捉剤を添加し
ても、反射防止膜本来の性能を低下させることはない。
These react with free radicals in the polymer generated by light irradiation to form relatively weakly active radicals. This weak radical does not have the activity of chain-cutting the polymer main chain, and thus has a function of suppressing photodegradation of the polymer. These are also (2) and (5)
Since it does not utilize the property of absorbing exposure light like the additive having the action of, it is possible to select a substance that does not absorb exposure light as the radical scavenger, for the purpose of increasing the effect of suppressing photodegradation, and thus the antireflection film. Even if a large amount of radical scavenger is added, the original performance of the antireflection film will not be deteriorated.

【0054】例えば、248nmのKrFエキシマ光を
用いたリソグラフィーを例にとると、露光光に対して透
明なラジカル捕捉剤としては、2,6−ジ−t−ブチル
フェノールや、商品名Ingoanox1076として
市販されるオクタデシル3(3,5−ジ−t−ブチル−
4−ヒドロキシフェニウム)プロピオネートなどを挙げ
ることができる。
For example, taking lithography using KrF excimer light of 248 nm as an example, as a radical scavenger transparent to exposure light, 2,6-di-t-butylphenol or a trade name Ingoanox 1076 is commercially available. Octadecyl 3 (3,5-di-t-butyl-
4-hydroxyphenium) propionate and the like can be mentioned.

【0055】一方、反射防止膜中のポリマーの分解によ
り酸性の分解物が生じ、レジストと反射防止膜界面の近
傍で過剰の酸触媒反応が生じ、レジストプロファイルの
劣化が生じた場合の解決方法としては、ポリマーの分解
を防ぐ以外にも、塩基性物質を反射防止膜に添加して酸
性の分解物を中和すればよい。反射防止膜中で中和をす
ることで、反射防止膜との界面での過剰な酸触媒反応を
防止すればよい。
On the other hand, as a solution for the case where an acidic decomposition product is generated by the decomposition of the polymer in the antireflection film and an excessive acid catalytic reaction occurs near the interface between the resist and the antireflection film, resulting in deterioration of the resist profile. In addition to preventing the decomposition of the polymer, a basic substance may be added to the antireflection film to neutralize the acidic decomposition products. Neutralization in the antireflection film may prevent excessive acid-catalyzed reaction at the interface with the antireflection film.

【0056】逆に塩基性の分解物が生じる場合には、酸
性物質を反射防止膜に添加して塩基性の分解物を反射防
止膜中で中和し、酸発生剤から発生した酸の反射防止膜
との界面での失括を防げばよい。
On the contrary, when a basic decomposed product is produced, an acidic substance is added to the antireflection film to neutralize the basic decomposed product in the antireflection film to reflect the acid generated from the acid generator. It is sufficient to prevent the collapse at the interface with the prevention film.

【0057】酸性の分解物を生成する物質としては、カ
ルボニル基やスルフォン基を構造式中に含んだフェノー
ル化合物類、塩基性の分解物を生成する物質としては、
アミノ化合物、ニトロ化合物等が挙げられる。
As the substance which produces an acidic decomposition product, phenol compounds containing a carbonyl group or a sulfone group in the structural formula, and as the substance which produces a basic decomposition product,
Examples thereof include amino compounds and nitro compounds.

【0058】次に、本発明の第2の態様について説明す
る。本発明の第2の態様は、以下の3つの現象を利用す
るものである。
Next, the second aspect of the present invention will be described. The second aspect of the present invention utilizes the following three phenomena.

【0059】(1)有機膜が紫外光の照射により光分解
反応を起こし、その結果、生成した分解物が有機膜の上
部に形成されたレジスト膜中に拡散する現象、又は有機
膜中に含まれる酸発生剤から発生した酸がレジスト膜中
に拡散する現象を利用している。
(1) A phenomenon in which the organic film undergoes a photolytic reaction upon irradiation with ultraviolet light, and as a result, the produced decomposition product diffuses into the resist film formed on the organic film, or is included in the organic film. The phenomenon that the acid generated from the generated acid generator diffuses in the resist film is used.

【0060】レジストと被加工物との間に形成された有
機膜では、露光を行った際にポリマー中に含まれる先に
列挙した官能基、例えばカルボニル基やスルフォン基の
ように光によって励起されやすい部位で分解反応が起こ
り、分解した主鎖末端にフリーラジカルを生じる。さら
に、発生したフリーラジカルが連鎖反応的にポリマーの
未分解の部分を攻撃して分解反応が進行する。ポリマー
中にカルボニル基やスルフォン基等のように酸性を示す
官能基が含まれている場合、酸性の分解物が生成し、こ
れらの分解物は分子量が小さいため、有機膜の上部に形
成されたレジスト中に拡散しやすい。
In the organic film formed between the resist and the object to be processed, the functional groups contained in the polymer when exposed to light, such as carbonyl group and sulfone group, are excited by light. A decomposition reaction occurs at an easy site, and a free radical is generated at the decomposed main chain terminal. Further, the generated free radicals attack the undecomposed portion of the polymer in a chain reaction, and the decomposition reaction proceeds. When the polymer contains acidic functional groups such as carbonyl groups and sulphone groups, acidic decomposed products are formed, and these decomposed products have a small molecular weight, so they were formed on top of the organic film. Easy to diffuse in resist.

【0061】レジストが酸触媒反応を利用したポジ型の
化学増幅型レジストの場合、酸性の分解物は有機膜との
界面付近で酸触媒反応を引き起こす。そのため、有機膜
との界面付近が露光量不足の状態でも、酸発生剤から発
生する酸の不足分を補い、有機膜との界面付近でのレジ
ストの現像液に対する溶解性を高めることが可能とな
る。
When the resist is a positive type chemically amplified resist utilizing an acid catalyst reaction, the acidic decomposition product causes an acid catalyst reaction in the vicinity of the interface with the organic film. Therefore, even if the amount of exposure near the interface with the organic film is insufficient, it is possible to compensate for the shortage of acid generated from the acid generator and increase the solubility of the resist in the developer near the interface with the organic film. Become.

【0062】また、ネガ型の化学増幅型レジストの場
合、有機膜から酸性の分解物が発生し、レジスト中に拡
散することで、有機膜との界面付近で酸触媒反応を進行
させるため、露光量不足による酸発生剤の酸の発生量の
不足を補い、逆テーパー形状を改善することが可能とな
る。
Further, in the case of a negative chemically amplified resist, an acidic decomposition product is generated from the organic film and diffused in the resist to promote an acid catalytic reaction in the vicinity of the interface with the organic film. It is possible to compensate for the insufficient amount of acid generated by the acid generator due to the insufficient amount, and improve the reverse taper shape.

【0063】一方、本発明における分解物には有機膜中
に添加した酸発生剤から発生した酸も含まれ、先に示し
た高分子の分解により発生した酸と同様に、界面付近で
のレジスト膜中の光学像による酸触媒反応の不足を補う
ことが可能である。
On the other hand, the decomposed product in the present invention also includes an acid generated from the acid generator added to the organic film, and like the acid generated by the decomposition of the above-mentioned polymer, the resist near the interface is formed. It is possible to compensate for the lack of acid catalyzed reaction due to the optical image in the film.

【0064】酸発生剤としては、ジアリルヨードニウム
塩、トリアリルスルフォニウム塩、2,6−ジニトロベ
ンジジルトシレート、p−ニトロベンジル−9,10−
ジエトキシアントラセン−2−スルフォネート、2−
(4−メトキシフェニル)−4,6−ジ(トリクロロメ
チル)トリアジン、オルソジアゾナフトキノン−4−ス
ルフォン酸エステル、オルソジアゾナフトキノン−5−
スルフォン酸エステル等が挙げられるが、露光光により
酸が発生しレジストの溶解特性を変化させるものであれ
ば特に限定はされない。
As the acid generator, diallyl iodonium salt, triallyl sulfonium salt, 2,6-dinitrobenzilditosylate, p-nitrobenzyl-9,10-
Diethoxyanthracene-2-sulfonate, 2-
(4-methoxyphenyl) -4,6-di (trichloromethyl) triazine, orthodiazonaphthoquinone-4-sulfonic acid ester, orthodiazonaphthoquinone-5-
Examples of the sulfonic acid ester include, but are not particularly limited as long as an acid is generated by exposure light to change the dissolution characteristics of the resist.

【0065】以上、有機膜から光分解反応によって生じ
た酸性の分解物が化学増幅型レジストで酸触媒反応を示
すことについて述べたが、有機膜が光分解反応で分解す
ることで生成したラジカル、或は分解物がレジスト膜中
に進入し、進入部分の現像液に対する溶解性を変化させ
ることによりレジストの形状を制御したレジストパター
ンの形成方法もまた、本発明の範囲内にある。
As described above, the acidic decomposition product generated from the organic film by the photodecomposition reaction shows an acid-catalyzed reaction in the chemically amplified resist, but radicals generated by the decomposition of the organic film by the photodecomposition reaction, Alternatively, a method of forming a resist pattern in which the shape of the resist is controlled by the decomposition product entering the resist film and changing the solubility of the entering portion in the developing solution is also within the scope of the present invention.

【0066】(2)分子間で起こる光エネルギー移動を
利用するものである。エネルギー移動には、励起エネル
ギーの受け渡し方法によりフェルスター型、デキスター
型、3重項増感型と呼ばれる、以下に示す3つのタイプ
がある。エネルギーを与える分子をドナー分子、受け取
る分子をアクセプター分子とすると、 1)フェルスター型 光照射により励起されたドナー分子が発光を伴って基底
状態に戻る過程で、その発光をアクセプター分子が吸収
することによりエネルギー移動が生じる。
(2) Utilizing light energy transfer occurring between molecules. There are three types of energy transfer, which are called a Forster type, a Dexter type, and a triplet sensitized type, depending on the method of transferring excitation energy, as shown below. When the molecule that gives energy is the donor molecule and the molecule that receives the energy is the acceptor molecule, 1) the acceptor molecule absorbs the emitted light in the process in which the donor molecule excited by the Forster type light irradiation returns to the ground state with the emission of light. Causes energy transfer.

【0067】2)デキスター型 光照射により励起状態にあるドナー分子では電子が激し
く振動し、電磁波としての光と同等な電場を形成してお
り、その近傍にある他の分子がその振動場の影響を受け
る。この時、ちょうどその分子を励起するのに適当なエ
ネルギーであれば、光子吸収と同等のエネルギー吸収が
起こり、エネルギー移動が生じる。
2) Dexter type In a donor molecule in an excited state by light irradiation, electrons vibrate violently, forming an electric field equivalent to light as an electromagnetic wave, and other molecules in the vicinity thereof are affected by the vibration field. Receive. At this time, if the energy is just appropriate to excite the molecule, energy absorption equivalent to photon absorption occurs and energy transfer occurs.

【0068】3)3重項増感型 光照射により一重項励起状態にあるドナー分子が3重項
励起状態に緩和し、アクセプター分子の3重項励起状態
との間で電子交換相互作用が起こり、エネルギー移動が
生じる。
3) Triplet-sensitized type The irradiation of light causes the donor molecule in the singlet excited state to relax to the triplet excited state, and an electron exchange interaction occurs with the triplet excited state of the acceptor molecule. , Energy transfer occurs.

【0069】従って、有機膜中に存在する分子をドナー
分子とし、レジスト膜中の分子をアクセプター分子とす
れば、ドナー分子とアクセプター分子として上記1)〜
3)の条件を満たす分子を選ぶことで、露光時に有機膜
に供給されたエネルギーの一部がレジスト膜中の分子へ
移動する。アクセプター分子として酸発生剤や感光剤の
ようなレジストの現像液に対する溶解特性を変化させる
ものを選ぶことにより、レジストの形状を制御すること
が可能である。
Therefore, if the molecules existing in the organic film are used as the donor molecules and the molecules in the resist film are used as the acceptor molecules, the above 1) to 1) are used as the donor molecule and the acceptor molecule.
By selecting the molecule satisfying the condition of 3), a part of the energy supplied to the organic film at the time of exposure moves to the molecule in the resist film. The shape of the resist can be controlled by selecting an acceptor molecule such as an acid generator or a photosensitizer that changes the solubility characteristics of the resist in a developing solution.

【0070】なお、具体的には、例えば、レジスト膜中
に含まれる酸発生剤がスルホニウム塩又はスルホンイミ
ドの場合、有機膜中にポリサルフォン、ポリエ−テルサ
ルフォン、ビスベンジルサルフォン、(2−メチルベン
ジル)−フェニルサルフォン、ビス(ナフトメチル)サ
ルフォン、ビス(3,4−ジクロロベンジル)サルフォ
ン、ビス(4−クロロベンジル)サルフォンのいずれか
が含まれているいれば、このようなエネルギ−移動は顕
著に生ずる。
Specifically, for example, when the acid generator contained in the resist film is a sulfonium salt or a sulfonimide, polysulfone, polyethersulfone, bisbenzyl sulfone, (2-methylsulfone) If any of benzyl) -phenyl sulfone, bis (naphthomethyl) sulfone, bis (3,4-dichlorobenzyl) sulfone, or bis (4-chlorobenzyl) sulfone is contained, such energy transfer is Remarkably occurs.

【0071】(3)分子間で起こる電子の移動を利用す
るものである。励起状態では電子は最低空軌道状態に一
つ詰まっており、この状態からイオン化するのに必要な
エネルギー(図1(a)参照)の方が、基底状態の最高
被占軌道からイオン化するのに必要なエネルギー(図1
(b)参照)よりも小さいため、励起状態の方がラジカ
ルカチオンとなりやすく、光励起状態の方が電子供与性
が大きい。
(3) It utilizes transfer of electrons occurring between molecules. In the excited state, one electron is packed in the lowest unoccupied orbital state, and the energy required to ionize from this state (see Fig. 1 (a)) is more likely to be ionized from the highest occupied orbital of the ground state. Required energy (Fig. 1
Since it is smaller than that in (b), the excited state is more likely to be a radical cation, and the photoexcited state has a higher electron donating property.

【0072】また、電子受容性の場合も、励起状態で一
電子が抜けている最高被占軌道に電子が飛び込むとする
と、得られるエネルギー(図2(a)参照)は、基底状
態で最低空軌道への電子が飛び込んだ場合に得られるエ
ネルギー(図2(b)参照)よりも大きい。そのため、
励起状態の方が電子授与性が大きく、ラジカルアニオン
になりやすい。従って、光照射により分子が励起状態に
励起されると、電子供与性、電子受容性は分子が基底状
態にある場合と比べて増大し、反応性に富んだラジカル
カチオン、ラジカルアニオンが生成し、化学反応が起き
やすくなる。
Also in the case of electron accepting property, if the electron jumps into the highest occupied orbital in which one electron is lost in the excited state, the energy obtained (see FIG. 2 (a)) is the lowest in the ground state. It is larger than the energy obtained when electrons jump into the orbit (see FIG. 2B). for that reason,
The excited state has a higher electron donating property and is more likely to be a radical anion. Therefore, when the molecule is excited to the excited state by light irradiation, the electron donating and electron accepting properties are increased as compared with the case where the molecule is in the ground state, and a highly reactive radical cation or radical anion is generated, A chemical reaction is likely to occur.

【0073】ここで、電子を供与する分子がレジストと
被加工物との間に形成された有機膜中に存在し、電子を
授与する分子がレジスト膜中に存在すれば、上述の電子
移動をレジストと有機膜との界面で起こすことができ、
電子を授与する分子として電子を授与した結果、レジス
トの溶解性を変化させるような分子を選ぶことによっ
て、レジストの形状を制御することが可能である。
Here, if the electron-donating molecule is present in the organic film formed between the resist and the workpiece and the electron-donating molecule is present in the resist film, the above-mentioned electron transfer is caused. It can occur at the interface between the resist and the organic film,
The shape of the resist can be controlled by selecting a molecule that changes the solubility of the resist as a result of donating the electron as the electron-donating molecule.

【0074】なお、具体的には、例えば、レジスト膜中
に含まれる電子を授与する分子が、下記化4に示す構造
式10〜12で表わされるものである場合、有機膜中に
下記化4に示す構造式1〜9で表わされるもののいずれ
かが含まれていれば、このようなエネルギ−移動は顕著
に生ずる。
Specifically, for example, when the electron-donating molecule contained in the resist film is one represented by the structural formulas 10 to 12 shown in the following chemical formula 4, the following chemical formula 4 is contained in the organic film. If any of the structures represented by Structural Formulas 1 to 9 is included, such energy transfer remarkably occurs.

【0075】[0075]

【化4】 Embedded image

【0076】上述の列挙した、反射防止膜を構成する物
質が有する官能基を含むポリマ−は、紫外光で励起され
易く、エネルギ−移動、電子移動がおこり易い。
The above-listed polymers containing functional groups contained in the substances constituting the antireflection film are easily excited by ultraviolet light, and energy transfer and electron transfer easily occur.

【0077】[0077]

【発明の実施の形態】以下、本発明の種々の実施例と比
較例を示し、本発明の効果をより具体的に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the effects of the present invention will be described more specifically by showing various examples and comparative examples of the present invention.

【0078】実施例1 図3(a)に示すように、シリコン基板11上に配線材
料として用いるAl膜12をスパッター法により400
0オングストロ−ムの膜厚で堆積した。次に、ポリメチ
ルメタクレート5gをイソブチルケトン94gに溶解し
た反射防止膜の溶液材料に、ジブチルジチオカルバメー
トニッケル(II)1gを添加した。
Example 1 As shown in FIG. 3A, an Al film 12 used as a wiring material was formed on a silicon substrate 11 by sputtering 400
It was deposited to a film thickness of 0 angstrom. Next, 1 g of dibutyldithiocarbamate nickel (II) was added to the solution material of the antireflection film in which 5 g of polymethylmethacrylate was dissolved in 94 g of isobutyl ketone.

【0079】この場合、添加剤であるジブチルジチオカ
ルバメートニッケル(II)自身が250nm付近に吸収
を有するために、反射防止効果を有するとともに、上述
した消光作用と光吸収作用に基づくポリマーの光分解抑
制作用を有する。このようにして調製した反射防止膜の
溶液を、スピンコーテング法によりAl膜12上に塗布
した後、180℃にて10分間のベーキングを行い、溶
媒を気化させた。この時の反射防止膜の厚みは1000
オングストロ−ムである。
In this case, since the additive dibutyldithiocarbamate nickel (II) itself has absorption in the vicinity of 250 nm, it has an antireflection effect and suppresses photodegradation of the polymer based on the above-mentioned quenching action and light absorption action. Have an effect. The solution of the antireflection film thus prepared was applied on the Al film 12 by the spin coating method, and then baked at 180 ° C. for 10 minutes to evaporate the solvent. At this time, the thickness of the antireflection film is 1000
Angstrom.

【0080】この状態で248nmの波長での光反射率
を測定した結果、反射防止膜を形成しない時の反射率が
約90%であったのに対して、約5%程度まで低減して
おり、良好な反射防止効果を有する膜を形成することが
できたことがわかった。
As a result of measuring the light reflectance at a wavelength of 248 nm in this state, the reflectance when the antireflection film was not formed was about 90%, but it was reduced to about 5%. It was found that a film having a good antireflection effect could be formed.

【0081】次いで、このように形成した反射防止膜1
3上に化学増幅型ポジレジスト膜14を形成し、98℃
で120秒間ベーキングをした後、KrFエキシマステ
ッパーで露光を行った(露光量60mJ/cm2 )。そ
の後、98℃で120秒間のベーキングを行い、0.2
1規定のTMAH現像液で120秒間の現像処理を行
い、0.25μmラインアンドスペースのパターンを形
成した。現像を行った後のレジストの形状を電子顕微鏡
によって観察した結果は、図3(a)に示すようであ
り、反射防止膜13との界面で裾引きや食われのない、
垂直な断面形状を有するレジストパターン14を得るこ
とができた。
Next, the antireflection film 1 thus formed
Chemically amplified positive resist film 14 is formed on 3 and 98 ° C.
After baking for 120 seconds, it was exposed with a KrF excimer stepper (exposure amount 60 mJ / cm 2 ). After that, baking is performed at 98 ° C. for 120 seconds and 0.2
Development was carried out for 120 seconds with a 1N TMAH developing solution to form a 0.25 μm line-and-space pattern. The result of observing the shape of the resist after development with an electron microscope is as shown in FIG. 3A, which shows no tailing or biting at the interface with the antireflection film 13.
A resist pattern 14 having a vertical sectional shape could be obtained.

【0082】実施例2 図3(a)に示すように、シリコン基板11上に配線材
料として用いるAl薄膜12をスパッター法により40
00オングストロ−ムの厚さに堆積した。次に、ポリブ
テンスルフォン5g及びクマリン1gをシクロヘキサノ
ン89gに溶解した反射防止膜の溶液材料に、ラジカル
捕捉剤として2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェ
ノール5gを添加した。
Example 2 As shown in FIG. 3 (a), an Al thin film 12 used as a wiring material was formed on a silicon substrate 11 by sputtering.
It was deposited to a thickness of 00 Å. Next, 5 g of 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol as a radical scavenger was added to the solution material of the antireflection film in which 5 g of polybutene sulfone and 1 g of coumarin were dissolved in 89 g of cyclohexanone.

【0083】このようにして調製した反射防止膜の溶液
を、スピンコーテング法によりAl薄膜12上に塗布し
た後、180℃にて10分間のベーキングを行い、溶媒
を気化させた。この時の反射防止膜13の厚みは100
0オングストロ−ムである。また、この状態で248n
mの波長での光反射率を測定した結果、反射防止膜13
を形成しない時の反射率が約90%であったのに対して
約5%程度まで低減しており、良好な反射防止効果を有
する膜を形成することができた。
The solution of the antireflection film thus prepared was applied on the Al thin film 12 by the spin coating method, and then baked at 180 ° C. for 10 minutes to evaporate the solvent. At this time, the thickness of the antireflection film 13 is 100
It is 0 angstrom. In this state, 248n
As a result of measuring the light reflectance at the wavelength of m, the antireflection film 13
The reflectance when not formed was about 90%, but it was reduced to about 5%, and a film having a good antireflection effect could be formed.

【0084】次いで、このように形成した反射防止膜1
3上に化学増幅型ポジレジスト膜を形成し、98℃で1
20秒間ベーキングをした後、KrFエキシマステッパ
ーで露光を行った(露光量60mJ/cm2 )。その
後、98℃で120秒間のベーキングを行い、0.21
規定のTMAH現像液で120秒間の現像処理を行い、
0.25μmラインアンドスペースのパターンを形成し
た。
Next, the antireflection film 1 thus formed
Form a chemically amplified positive resist film on 3 and
After baking for 20 seconds, exposure was performed with a KrF excimer stepper (exposure amount 60 mJ / cm 2 ). After that, baking is performed at 98 ° C. for 120 seconds to 0.21.
Develop with the specified TMAH developer for 120 seconds,
A 0.25 μm line and space pattern was formed.

【0085】現像を行った後のレジストの形状を電子顕
微鏡によって観察した結果は、図3(a)に示すようで
あり、反射防止膜13との界面で裾引きや食われのな
い、垂直な断面形状を有するレジストパターン14を得
ることができた。
As a result of observing the shape of the resist after development with an electron microscope, it is as shown in FIG. 3 (a), and it is vertical with no tailing or biting at the interface with the antireflection film 13. A resist pattern 14 having a cross sectional shape could be obtained.

【0086】実施例3 図3(a)に示すように、シリコン基板11上に配線材
料として用いるAl薄膜12をスパッター法により40
00オングストロ−ムの厚さい堆積した。次に、紫外線
照射時ポリアミドから発生した塩基性の分解物を中和す
るため、ポリアミド4g、クマリン誘導体1gをシクロ
ヘキサノン溶液5gに溶解した反射防止膜の溶液材料
に、ポリサルフォン5gを添加した。
Example 3 As shown in FIG. 3A, an Al thin film 12 used as a wiring material was formed on a silicon substrate 11 by sputtering.
It was deposited to a thickness of 00 angstroms. Next, 5 g of polysulfone was added to a solution material of the antireflection film in which 4 g of polyamide and 1 g of a coumarin derivative were dissolved in 5 g of a cyclohexanone solution in order to neutralize a basic decomposition product generated from the polyamide upon irradiation with ultraviolet rays.

【0087】このようにして調製した反射防止膜溶液
を、スピンコーテング法によりAl薄膜12上に塗布し
た後、180℃にて10分間のベーキングを行い、溶媒
を気化させた。この時の反射防止膜の厚みは1000オ
ングストロ−ムである。また、この状態で248nmの
波長での光反射率を測定した結果、反射防止膜を形成し
ない時の反射率が約90%であったのに対して約5%程
度まで低減しており、良好な反射防止効果を有する膜を
形成することができた。
The antireflection film solution thus prepared was applied on the Al thin film 12 by the spin coating method, and then baked at 180 ° C. for 10 minutes to evaporate the solvent. At this time, the thickness of the antireflection film is 1000 angstrom. In addition, as a result of measuring the light reflectance at a wavelength of 248 nm in this state, the reflectance was about 90% when the antireflection film was not formed, but it was reduced to about 5%, which is good. It was possible to form a film having a good antireflection effect.

【0088】次いで、このように形成した反射防止膜1
3上に、化学増幅型ポジレジスト膜14を形成し、98
℃で120秒間ベーキングをした後、KrFエキシマス
テッパーで露光を行った(露光量60mJ/cm2 )。
その後、98℃で120秒間のベーキングを行い、0.
21規定のTMAH現像液で120秒間の現像処理を行
い、0.25μmラインアンドスペースのパターンを形
成した。
Next, the antireflection film 1 thus formed
3, a chemically amplified positive resist film 14 is formed on the
After baking at 120 ° C. for 120 seconds, exposure was performed with a KrF excimer stepper (exposure amount 60 mJ / cm 2 ).
After that, baking is performed at 98 ° C. for 120 seconds, and then 0.
Development was carried out for 120 seconds with a 21N TMAH developing solution to form a 0.25 μm line-and-space pattern.

【0089】現像を行った後のレジストの形状を電子顕
微鏡によって観察した結果は、図3(a)に示す通りで
あり、反射防止膜13との界面で裾引きや食われのな
い、垂直な断面形状を有するレジストパターン14を得
ることができた。このレジストパターン14をマスクと
してO2 ガスを用いたRIEを行なうことにより、図3
(b)に示すように、反射防止膜13の断面に垂直な断
面形状を有するパターンを反射防止膜13に転写するこ
とができた。
The result of observing the shape of the resist after development with an electron microscope is as shown in FIG. 3 (a), which shows a vertical surface without tailing or biting at the interface with the antireflection film 13. A resist pattern 14 having a cross sectional shape could be obtained. By performing RIE using O 2 gas using this resist pattern 14 as a mask, the structure shown in FIG.
As shown in (b), a pattern having a cross-sectional shape perpendicular to the cross section of the antireflection film 13 could be transferred to the antireflection film 13.

【0090】次いで、Al膜のエッチングを行った結
果、図3(c)に示すように、良好な断面形状を有する
配線パターン12の加工を行なうことができた。
Next, as a result of etching the Al film, as shown in FIG. 3C, the wiring pattern 12 having a good sectional shape could be processed.

【0091】比較例1 中和剤としてポリサルフォンを添加しなかったことを除
いて、実施例3と同様の手順を行った。ポリアミド4
g、クマリン誘導体1gをシクロヘキサノン溶液95g
に溶解し、塗布型反射防止膜の材料を調製した。このよ
うに調製した反射防止膜形成用溶液を用いて、実施例3
と同様の方法で、0.25μmラインアンドスペースの
パターンを形成した。
Comparative Example 1 The same procedure as in Example 3 was carried out except that polysulfone was not added as a neutralizing agent. Polyamide 4
g, coumarin derivative 1 g, cyclohexanone solution 95 g
To prepare a coating type antireflection film material. Using the antireflection film-forming solution thus prepared, Example 3
A 0.25 μm line-and-space pattern was formed in the same manner as in.

【0092】なお、反射防止膜13をベーキングをした
後、反射防止膜13からの光反射率を測定した結果、反
射率は約5%程度で充分に反射は抑制されていることが
分かった。しかしながら、現像後のレジストパターン1
4の形状を電子顕微鏡で観察した結果、図4(a)のよ
うに、裾引きが顕著に発生することが分かった。
After the antireflection film 13 was baked, the light reflectance from the antireflection film 13 was measured. As a result, it was found that the reflectance was about 5% and the reflection was sufficiently suppressed. However, the resist pattern 1 after development
As a result of observing the shape of No. 4 with an electron microscope, it was found that the trailing was remarkable as shown in FIG.

【0093】次に、レジストパターン14をマスクとし
て用いて、反射防止膜13のエッチングを行ったとこ
ろ、図4(b)に示すようになり、所望の寸法でパター
ンを反射防止膜13に転写することができなかった。
Next, when the antireflection film 13 is etched using the resist pattern 14 as a mask, the result is as shown in FIG. 4B, and the pattern is transferred to the antireflection film 13 in a desired dimension. I couldn't.

【0094】実施例4 図5(a)に示すように、シリコン基板11上に層間絶
縁膜として用いるBPSG膜15を、2000オングス
トロ−ムの厚さに堆積した。次に、ポリアクレート5g
をシクロヘキサノン90gに溶解した溶液材料に、ラジ
カル捕捉剤として2,6−ジ−t−ブチル−4−メチル
フェノール5gを添加した。
Example 4 As shown in FIG. 5A, a BPSG film 15 used as an interlayer insulating film was deposited on a silicon substrate 11 to a thickness of 2000 angstrom. Next, polyacrate 5g
Was dissolved in 90 g of cyclohexanone, and 5 g of 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol was added as a radical scavenger.

【0095】このように調製された溶液材料を、スピン
コーテング法によりBPSG膜15上に塗布した後、1
80℃で1分間のベーキングを行い、溶媒を気化させ
た。この時の有機膜16の厚みは50nmであった。
The solution material thus prepared was applied onto the BPSG film 15 by the spin coating method, and then 1
The solvent was vaporized by baking at 80 ° C. for 1 minute. The thickness of the organic film 16 at this time was 50 nm.

【0096】このように形成した有機膜16上に、1μ
mの膜厚で化学増幅型ポジレジスト14を形成した後、
120℃で90秒間のベーキングを行った、その後、電
子ビーム描画装置を用いて描画を行った。(露光量10
μC/cm2 )次いで、120℃で90秒間のベーキン
グを行った後、TMAH水溶液を用いて90秒間の現像
処理を行い、0.12μmラインアンドスペースのパタ
ーンを形成した。
On the organic film 16 thus formed, 1 μm
After forming the chemically amplified positive resist 14 with a film thickness of m,
After baking at 120 ° C. for 90 seconds, drawing was performed using an electron beam drawing device. (Exposure amount 10
μC / cm 2 ) Then, after baking at 120 ° C. for 90 seconds, development processing was performed for 90 seconds using a TMAH aqueous solution to form a 0.12 μm line-and-space pattern.

【0097】現像を行った後のレジスト14の形状を電
子顕微鏡によって観察した結果は、図5(a)に示すよ
うであり、有機膜16との界面で裾引きや食われのな
い、垂直な断面形状を有するレジストパターン14を得
ることができた。
The result of observing the shape of the resist 14 after development with an electron microscope is as shown in FIG. 5 (a), which shows a vertical surface without tailing or biting at the interface with the organic film 16. A resist pattern 14 having a cross sectional shape could be obtained.

【0098】比較例2 図5(b)に示すように、BPSG膜15上に直接、化
学増幅型レジスト膜14を形成し、上述の実施例と同様
の方法で、0.12μmのラインアンドスペースのレジ
ストパターン14を形成した。また、図5(c)に示す
ように、ラジカル捕捉剤の添加をしなかった有機膜17
を用いて、上述の実施例と同様の手法を用いて、0.1
2μmのラインアンドスペースのレジストパターン14
を形成した。
Comparative Example 2 As shown in FIG. 5B, a chemically amplified resist film 14 was formed directly on the BPSG film 15, and a line-and-space of 0.12 μm was formed in the same manner as in the above-mentioned embodiment. Resist pattern 14 was formed. Further, as shown in FIG. 5C, the organic film 17 in which the radical scavenger was not added
By using the same method as in the above-described embodiment.
2μm line and space resist pattern 14
Was formed.

【0099】レジストパタ−ンの形状を電子顕微鏡によ
って観察した結果、それぞれ図5(b)、(c)のよう
であり、裾引きを持った形状になっていることが分かっ
た。 実施例5 シリコン基板上に層間絶縁膜として用いるSOG膜を、
スピンコ−ティング法により300nmの厚さに堆積し
た。次に、ポリサルフォン10gをシクロヘキサノン8
8gに溶解した反射防止膜溶液に、p−イソプロピルベ
ンゾフェノン2gを添加した。
As a result of observing the shape of the resist pattern with an electron microscope, it was found that the shapes were as shown in FIGS. 5 (b) and 5 (c), respectively, and had a hem. Example 5 An SOG film used as an interlayer insulating film is formed on a silicon substrate,
It was deposited to a thickness of 300 nm by the spin coating method. Next, 10 g of polysulfone was added to cyclohexanone 8
To the antireflection film solution dissolved in 8 g, 2 g of p-isopropylbenzophenone was added.

【0100】このように調製した反射防止膜形成用溶液
を、スピンコーテング法によりSOG膜上に塗布した
後、180℃で3分間のベーキングを行い、溶媒を気化
させた。この時の有機膜の厚みは90nmであった。ま
た、この状態で193nmの波長での光反射率を測定し
た結果、反射防止膜を形成しない時の反射率が約60%
であったのに対して約2%程度まで低減しており、良好
な反射防止効果を有する膜を形成することができた。
The thus prepared antireflection film-forming solution was applied onto the SOG film by spin coating, and then baked at 180 ° C. for 3 minutes to evaporate the solvent. The thickness of the organic film at this time was 90 nm. In addition, as a result of measuring the light reflectance at a wavelength of 193 nm in this state, the reflectance without the antireflection film is about 60%.
However, it was reduced to about 2%, and a film having a good antireflection effect could be formed.

【0101】次いで、このように形成した反射防止膜上
に、化学増幅型ポジレジスト膜を形成し、120℃で1
20秒間ベーキングをした後、ArFエキシマステッパ
ーで露光を行った(露光量120mJ/cm2 )。その
後、120℃で120秒間のベーキングを行い、0.1
3規定のTMAH現像液で120秒間の現像処理を行
い、0.12μmのラインアンドスペースのレジストパ
ターンを形成した。
Then, a chemically amplified positive resist film is formed on the antireflection film thus formed, and the chemically amplified positive resist film is formed at 120 ° C. for 1 hour.
After baking for 20 seconds, exposure was performed with an ArF excimer stepper (exposure amount 120 mJ / cm 2 ). After that, baking is performed for 120 seconds at 120 ° C.
A development process was performed for 120 seconds with a 3N TMAH developing solution to form a 0.12 μm line-and-space resist pattern.

【0102】現像を行った後のレジストパタ−ンの形状
を電子顕微鏡によって観察した結果は、反射防止膜との
界面で裾引きや食われのない、垂直な断面形状を有する
レジストパターンを得ることができた。
The result of observing the shape of the resist pattern after development with an electron microscope shows that a resist pattern having a vertical cross-sectional shape without tailing or biting at the interface with the antireflection film can be obtained. did it.

【0103】以上、実施例1〜5を用いて具体的に本発
明の第1の態様の説明を行なったが、本発明はこれら実
施例に限定されることなく、種々の変更が可能である。
例えば、以上の実施例では、樹脂としてポリメチルメタ
クレート、ポリブテンサルフォン、ポリサルフォン及び
ポリアクレートを用いたが、これに限定されるものでは
ない。
Although the first aspect of the present invention has been specifically described with reference to Examples 1 to 5, the present invention is not limited to these examples and various modifications can be made. .
For example, in the above examples, polymethylmethacrylate, polybutene sulfone, polysulfone, and polyacrylate were used as the resin, but the resin is not limited to this.

【0104】また、以上の実施例では、露光光としてK
rFエキシマ光を用いたが、これに限定されることなく
種々の露光波長を用いたリソグラフィーにおいて用いる
ことが可能である。
In the above embodiment, the exposure light is K
Although rF excimer light was used, it is not limited to this and can be used in lithography using various exposure wavelengths.

【0105】本発明の第1の態様は、露光の際の高エネ
ルギー照射により、レジストと被加工物の間に形成した
有機膜が分解するか、もしくは励起状態に励起された有
機膜からレジストを構成する物質にエネルギーが移動
し、レジストプロファイルの形状を劣化させた場合の汎
用的な解決方法である。従って、有機膜としては、反射
防止膜としての作用をもつ膜に限定されることはなく、
化学増幅型レジストの酸を失括させやすい窒化膜やBP
SG膜、TEOS酸化膜等の膜質が粗い被加工物から酸
の失括を防止する膜、電子ビーム描画の際の被加工物か
ら電子の散乱を防ぐ散乱防止膜、チャージアップを防ぐ
導電性膜等を用いることも可能である。
The first aspect of the present invention is that the organic film formed between the resist and the object to be processed is decomposed by irradiation with high energy during exposure, or the resist is removed from the organic film excited to an excited state. This is a general-purpose solution when energy is transferred to the constituent substances and the shape of the resist profile is deteriorated. Therefore, the organic film is not limited to a film having an action as an antireflection film,
Nitride film or BP that easily disperses acid in chemically amplified resist
A film such as an SG film or a TEOS oxide film that prevents the breakdown of an acid from a work piece having a rough film quality, an anti-scattering film that prevents the scattering of electrons from the work piece during electron beam drawing, and a conductive film that prevents charge-up. Etc. can also be used.

【0106】実施例6 この実施例は、ポジ型の化学増幅型レジストと被加工物
との間に、露光により酸性の分解物が発生する有機膜を
形成した場合についての実施例である。ポジ型の化学増
幅型レジストとしては、分子量12000のポリヒドロ
スチレンのフェノール基の30%をターシャリブトキシ
カルボキシルメチル基で置換した抑止剤樹脂20g、オ
ニウム塩1g、クマリン0.1gを乳酸エチル78gに
溶解したものを用いた。
Example 6 This example is an example in which an organic film in which an acid decomposition product is generated by exposure is formed between a positive type chemically amplified resist and an object to be processed. As a positive type chemically amplified resist, 20 g of a suppressor resin in which 30% of phenol groups of polyhydrostyrene having a molecular weight of 12,000 were replaced with tert-riboxycarbonylmethyl groups, 1 g of onium salts, and 0.1 g of coumarin were added to 78 g of ethyl lactate. What was melt | dissolved was used.

【0107】ポリヒドロキシスチレンのフェノール基の
一部をターシャリブトキシカルボニルメチル基で置換し
た抑止剤樹脂は、アルカリ溶媒に対しては溶けにくい
が、紫外光を照射することで酸発生剤であるオニウム塩
から酸が発生し、以下の反応式で示すように、酸触媒反
応によりターシャリブチル基の脱離反応が進み、カルボ
キシル基が生成する。
The inhibitor resin obtained by substituting a part of the phenol group of polyhydroxystyrene with a tertiarybutoxycarbonylmethyl group is difficult to dissolve in an alkaline solvent, but is exposed to ultraviolet light to produce an onium which is an acid generator. An acid is generated from the salt, and as shown in the following reaction formula, the elimination reaction of the tertiary butyl group proceeds due to the acid-catalyzed reaction to generate a carboxyl group.

【0108】[0108]

【化5】 Embedded image

【0109】その結果、アルカリ溶媒に対する溶解性が
向上し、選択的に露光を行なうことで、レジストをパタ
ーニングすることが可能となる。また、露光光を吸収す
る染料を加えることによりレジスト膜中での吸収係数が
増大し、レジスト膜中で発生する多重反射が抑制される
ため、レジストパタ−ンの寸法制御性を向上させること
が可能である。
As a result, the solubility in the alkaline solvent is improved, and the resist can be patterned by selectively performing the exposure. Also, by adding a dye that absorbs the exposure light, the absorption coefficient in the resist film increases and the multiple reflections that occur in the resist film are suppressed, so the dimensional controllability of the resist pattern can be improved. Is.

【0110】本実施例では、光照射により酸触媒反応を
進行させることが可能な酸性の分解物が生じるポリマー
を、スルフォン基を有するポリマーの中から選択するた
めに、以下のような実験を行った。
In this example, the following experiment was conducted in order to select, from the polymers having a sulfone group, a polymer which produces an acidic decomposition product capable of advancing an acid-catalyzed reaction by light irradiation. It was

【0111】まず、分子量12000のポリヒドロキシ
スチレンのフェノール基の30%をターシャリブトキシ
カルボニルメチル基で置換した、上記レジストの成分と
して用いたものと同様の抑止剤樹脂10gと、ポリサル
フォン5gをシクロヘキサノン溶液85gに溶解した。
同様に、ポリエーテルサルフォン、ビスベンジルサルフ
ォン、(2−メチルベンジル)−フェニルサルフォン、
ビス(ナフトメチル)サルフォン、ビス(3,4−ジク
ロロベンジル)サルフォン、ビス(4−フロロベンジ
ル)サルフォンをそれぞれ5gを抑止剤樹脂10gとと
もにテトラヒドロフレン溶液85gに溶解した。また、
抑止剤樹脂10gのみをテトラヒドロフレン溶液90g
に溶解したサンプルも用意した。
First, 10 g of the same inhibitor resin as that used as the component of the above resist in which 30% of the phenol group of polyhydroxystyrene having a molecular weight of 12000 was substituted with a tert-riboxycarbonylmethyl group, and 5 g of polysulfone were dissolved in a cyclohexanone solution. It dissolved in 85 g.
Similarly, polyether sulfone, bisbenzyl sulfone, (2-methylbenzyl) -phenyl sulfone,
5 g of each of bis (naphthomethyl) sulfone, bis (3,4-dichlorobenzyl) sulfone and bis (4-fluorobenzyl) sulfone were dissolved in 85 g of a tetrahydrofurene solution together with 10 g of the inhibitor resin. Also,
Detergent resin 10g only tetrahydrofurene solution 90g
A sample dissolved in was also prepared.

【0112】次に、それぞれのサンプル溶液をシリコン
ウェハー基板上に1μmの厚さに塗布し、98℃で12
0秒間ベーキングを行い、それぞれのウェハーに対して
KrFエキシマレーザー光を100mJ/cm2 で照射
し、さらに98℃で120秒間のベーキングを行った。
そして、ウェハー基板上に形成された膜の赤外波長領域
での吸収スペクトルを測定した。
Next, each sample solution was applied on a silicon wafer substrate to a thickness of 1 μm, and the solution was applied at 98 ° C. for 12 hours.
Baking was performed for 0 seconds, each wafer was irradiated with KrF excimer laser light at 100 mJ / cm 2 , and further baked at 98 ° C. for 120 seconds.
Then, the absorption spectrum of the film formed on the wafer substrate in the infrared wavelength region was measured.

【0113】抑止剤樹脂のみを溶かした溶液を塗布した
場合(a)と抑止剤樹脂とビスベンジルサルフォンの混
合溶液を塗布した場合(b)の吸収スペクトルを図6に
示す。図6から、1370cm-1のC−H変角振動によ
る吸収が、ビスベンジルサルフォンを添加した場合に減
少していることが分かる。しかし、これは、ビスベンジ
ルサルフォンが露光光の照射により分解し、スルフォン
酸が発生することで、酸触媒反応が進行し、ターシャリ
ブチル基の脱離が進んだためである。
FIG. 6 shows absorption spectra of the case where the solution containing only the inhibitor resin was applied (a) and the case where the mixed solution of the inhibitor resin and bisbenzyl sulfone was applied (b). From FIG. 6, it can be seen that the absorption due to the C-H bending vibration at 1370 cm −1 is reduced when bisbenzyl sulfone is added. However, this is because the bisbenzyl sulfone is decomposed by irradiation of exposure light and sulfonic acid is generated, whereby the acid-catalyzed reaction proceeds and elimination of the tertiary butyl group proceeds.

【0114】1370cm-1のC−H変角振動による吸
収強度から見積もった、酸触媒反応によるターシャリブ
トキシカルボニルメチル基のカルボキシル基への変換効
率を、抑止剤樹脂と共にシクロヘキサノン溶液に溶かし
たスルフォン基を有する各種ポリマーに対してまとめる
と、下記表1に示すようになる。
The efficiency of conversion of the tert-riboxycarbonylcarbonyl group to the carboxyl group by the acid-catalyzed reaction, estimated from the absorption intensity by the C-H bending vibration at 1370 cm -1 , was evaluated by the sulfone group dissolved in the cyclohexanone solution together with the inhibitor resin. Table 1 below shows a summary of various polymers having

【0115】[0115]

【表1】 [Table 1]

【0116】上記表1から、検討したポリマーの中では
ビスベンジルサルフォンが、最も効率よく酸触媒反応を
進めることが可能であることが分かる。
From Table 1 above, it is understood that bisbenzyl sulfone is the most efficient polymer among the studied polymers and can promote the acid-catalyzed reaction.

【0117】実施例7 本実施例では、実施例6で述べた方法で選択したビスベ
ンジルサルフォンを反射防止膜として用いた場合につい
て示す。シリコン基板上に絶縁膜材料として用いるBP
SG膜を4000オングストロ−ムの膜厚で堆積した。
次に、ビスベンジルサルフォン5gをイソブチルケトン
95gに溶解し、塗布型反射防止膜の溶液材料を調製し
た。調整した反射防止膜の溶液をスピンコーテング法に
よりウェハー基板上に塗布した後、180℃にて10分
間のベーキングを行い、溶媒を気化させた。この時の反
射防止膜の厚みは、510オングストロ−ムである。な
お、下記表2の露光波長における複素屈折率を用いて、
反射防止膜の膜厚に対してレジスト膜中で発生する定在
波の大きさを示すスイング比は、計算によると図7に示
すようになる。図7の計算結果から、反射防止膜の膜厚
は、できるだけ薄い膜厚で、スイング比を小さくできる
膜厚とした。
Example 7 In this example, bisbenzyl sulfone selected by the method described in Example 6 is used as an antireflection film. BP used as an insulating film material on a silicon substrate
The SG film was deposited to a thickness of 4000 angstrom.
Next, 5 g of bisbenzyl sulfone was dissolved in 95 g of isobutyl ketone to prepare a solution material for the coating type antireflection film. The prepared antireflection film solution was applied on a wafer substrate by spin coating, and then baked at 180 ° C. for 10 minutes to evaporate the solvent. The thickness of the antireflection film at this time is 510 angstroms. In addition, using the complex refractive index at the exposure wavelength in Table 2 below,
The swing ratio indicating the magnitude of the standing wave generated in the resist film with respect to the film thickness of the antireflection film is calculated as shown in FIG. From the calculation result of FIG. 7, the film thickness of the antireflection film was set to be as thin as possible and to reduce the swing ratio.

【0118】[0118]

【表2】 [Table 2]

【0119】次いで、反射防止膜上に実施例6で作成し
た化学増幅型ポジレジスト膜を形成し、98℃で120
秒間ベーキングを行い、KrFエキシマステッパーで露
光を行った(露光量34mJ/cm2 )。ベーキング後
のレジストの厚みは5000オングストロ−ムである。
さらに、98℃で120秒間のベーキングを行い、0.
21規定のTMAH現像液で120秒間の現像処理を行
い、直径が0.15μmのコンタクトホールパターンを
形成した。
Then, the chemically amplified positive resist film prepared in Example 6 is formed on the antireflection film, and the chemically amplified positive resist film is formed at 120 ° C. at 120 ° C.
Baking was performed for 2 seconds, and exposure was performed with a KrF excimer stepper (exposure amount 34 mJ / cm 2 ). The thickness of the resist after baking is 5000 angstroms.
Further, baking is performed at 98 ° C. for 120 seconds,
Development was performed for 120 seconds with a 21 N TMAH developing solution to form a contact hole pattern having a diameter of 0.15 μm.

【0120】最適な露光量とフォーカス値で得られたホ
ールパターンの断面形状を図8(b)に示す。また、従
来技術で述べた文献に記載されている方法により、レジ
スト膜中に形成される光学像からレジストプロファイル
を計算した結果を図8(a)に示す。計算から、レジス
トの消衰係数が高いため、反射防止膜との界面方向に近
づくほど光強度が弱まるため、レジストパターンはテー
パ角をもつことが分かった。しかしながら、実際に得ら
れたレジストパターンは、レジストの膜厚方向での光学
像を反映したテーパ形状ではなった。
FIG. 8B shows the sectional shape of the hole pattern obtained with the optimum exposure amount and focus value. Further, FIG. 8A shows the result of calculating the resist profile from the optical image formed in the resist film by the method described in the document mentioned in the prior art. From the calculation, it was found that the resist pattern has a taper angle because the extinction coefficient of the resist is high and the light intensity becomes weaker toward the interface with the antireflection film. However, the actually obtained resist pattern did not have a tapered shape reflecting an optical image in the film thickness direction of the resist.

【0121】次に、レジストの膜厚に対するホールの直
径の寸法を断面SEMで測長したところ、測定精度の範
囲内ではレジスト膜中で発生した定在波による寸法変動
は観測することはできず、寸法制御性の良好なレジスト
パターンを得ることができた。
Next, when the dimension of the diameter of the hole with respect to the film thickness of the resist was measured by the cross-section SEM, the dimensional fluctuation due to the standing wave generated in the resist film could not be observed within the range of the measurement accuracy. A resist pattern having good dimensional controllability could be obtained.

【0122】更に、マグネトロンRIE装置を用い、レ
ジストパターンをマスクとして用いて反射防止膜のエッ
チングを行った。エッチング条件は励起電力500W、
真空度1.8mTorr、用いたガスの流量は、それぞ
れCF4 =20SCCM、O2 =8SCCM、Ar=1
60SCCMである。
Further, using a magnetron RIE apparatus, the antireflection film was etched using the resist pattern as a mask. The etching conditions are excitation power of 500 W,
The degree of vacuum was 1.8 mTorr, and the flow rates of the gases used were CF 4 = 20 SCCM, O 2 = 8 SCCM, Ar = 1, respectively.
It is 60 SCCM.

【0123】エッチング終了後、反射防止膜のRIE形
状を断面SEMで観察したところ、図9(a)に示すよ
うな加工形状であり、寸法変換差は見られなかった。
After the etching was completed, the RIE shape of the antireflection film was observed by a cross-section SEM. As a result, the processed shape was as shown in FIG. 9A, and no dimensional conversion difference was observed.

【0124】比較例3 この比較例は、露光光を照射しても抑止剤樹脂を分解し
ないポリサルフォンを成分とする反射防止膜を用いた場
合を示す。反射防止膜の膜厚は、レジストと反射防止膜
との界面での基板反射率を実施例7の場合と等しい大き
さにするため、600オングストロ−ムにした。実施例
7と同様の手法で、反射防止膜上に化学増幅型レジスト
を塗布し、コンタクトホールパターンを形成した。
Comparative Example 3 This comparative example shows the case where an antireflection film containing polysulfone as a component which does not decompose the inhibitor resin when exposed to exposure light is used. The film thickness of the antireflection film was set to 600 angstroms in order to make the substrate reflectance at the interface between the resist and the antireflection film the same as in Example 7. By the same method as in Example 7, a chemically amplified resist was applied on the antireflection film to form a contact hole pattern.

【0125】最適な露光量とフォーカス値でのホールパ
ターンの断面形状を図8(c)に示す。図8(c)か
ら、テーパ角がついており、実施例7のように垂直な側
壁形状を得ることができないことが分かる。図8(c)
で定義したテーパー角度28と、実施例6で検討したス
ルフォン基を有する各種ポリマーを加えた時のターシャ
リブトキシカルボニルメチル基からカルボキシル基への
変換効率との関係を表にまとめると、上記表1のように
なる。
FIG. 8C shows the sectional shape of the hole pattern with the optimum exposure amount and focus value. From FIG. 8C, it can be seen that the taper angle is provided and the vertical sidewall shape cannot be obtained as in the seventh embodiment. FIG. 8 (c)
The relationship between the taper angle 28 defined in 1. and the conversion efficiency of the tertiarybutoxycarbonylmethyl group to the carboxyl group when various polymers having a sulfone group studied in Example 6 are added is summarized in the above Table 1. become that way.

【0126】表1から、変換効率の高いポリマーを反射
防止膜として用いた方が、テーパー角が小さいことが分
かる。従って、本比較例から、露光時に反射防止膜から
発生する酸が、レジストの反射防止膜との界面付近での
露光量の不足に伴う酸触媒反応の不足分を補い、良好な
レジストプロファイルを得ることが可能であることが分
かった。
From Table 1, it is understood that the taper angle is smaller when the polymer having high conversion efficiency is used as the antireflection film. Therefore, from this comparative example, the acid generated from the antireflection film at the time of exposure compensates the shortage of the acid-catalyzed reaction due to the shortage of the exposure amount near the interface between the resist and the antireflection film, and obtains a good resist profile. It turned out to be possible.

【0127】比較例4 レジストに染料を添加せず、比較例3と同様のポリサル
フォンを成分とする反射防止膜を用いた場合について説
明する。なお、分光エリプソで測定した露光波長に対す
るレジストの複素屈折率はn=1.70,k=0.02
で、反射防止膜の複素屈折率の値はポリビニルサルフォ
ンと同様の値とし、レジスト膜中で発生する定在波の大
きさを表わすスイング比の計算した結果を、レジストに
染料を添加した場合と図6に比較して示す。図から実施
例2と同様の反射防止効果を得るために反射防止膜の膜
厚が1800オングストロ−ム必要なことが分かった。
実施例と同様の手法で反射防止膜上に化学増幅型レジス
トを塗布し、コンタクトホールパターンを形成した。最
適な露光量とフォーカス値でのホールパターンの断面形
状を図10(b)に示す。また、レジスト膜中での光学
像からレジストプロファイルを計算した結果を図10
(a)に示す。図10からレジストの透過率が高いため
に、レジストの膜中で光強度の変化が少なく良好なレジ
ストパターンが得ることができたことが分かる。しかし
ながら、実施例と同様の手法で反射防止膜のエッチング
を行ったところ図9(b)のような加工形状で反射防止
膜の膜厚が厚いために、寸法変換差が顕著に発生するこ
とが分かった。本比較例から有機膜から露光時に発生し
た酸性の分解物が、レジスト膜中で酸触媒反応を進めた
ため露光光に対して吸収性が高いレジストを用いること
が可能となった。その結果、レジスト膜中で発生する定
在波の大きさを薄い反射防止膜の膜厚で抑制することが
でき、反射防止膜のエッチング時に生じる寸法変換差を
小さくすることが可能となった。
Comparative Example 4 A case will be described in which a dye is not added to the resist and the same antireflection film containing polysulfone as the component in Comparative Example 3 is used. The complex refractive index of the resist with respect to the exposure wavelength measured by spectral ellipsometry is n = 1.70, k = 0.02.
Then, the value of the complex refractive index of the antireflection film is the same as that of polyvinyl sulfone, and the result of the calculation of the swing ratio, which represents the magnitude of the standing wave generated in the resist film, is shown when the dye is added to the resist. And shown in comparison with FIG. From the figure, it was found that the film thickness of the antireflection film was required to be 1800 angstroms in order to obtain the same antireflection effect as in Example 2.
A chemically amplified resist was applied on the antireflection film in the same manner as in the example to form a contact hole pattern. FIG. 10B shows the cross-sectional shape of the hole pattern with the optimum exposure amount and focus value. Further, the result of calculating the resist profile from the optical image in the resist film is shown in FIG.
(A). It can be seen from FIG. 10 that due to the high transmittance of the resist, there was little change in the light intensity in the resist film, and a good resist pattern could be obtained. However, when the antireflection film is etched by the same method as that of the embodiment, a dimensional conversion difference may occur remarkably because the antireflection film is thick in the processed shape as shown in FIG. 9B. Do you get it. From this comparative example, the acidic decomposed product generated from the organic film at the time of exposure promoted the acid-catalyzed reaction in the resist film, and thus it became possible to use a resist having high absorptivity for exposure light. As a result, the magnitude of the standing wave generated in the resist film can be suppressed by the film thickness of the thin antireflection film, and the dimensional conversion difference generated during etching of the antireflection film can be reduced.

【0128】実施例8 この実施例は、レジストの直下に形成した有機膜からレ
ジスト中に含まれる酸発生剤に露光エネルギーの一部を
移動させるか、もしくは、有機膜中の分子からレジスト
中に含まれる酸発生剤に電子が移動することによりレジ
スト膜中の感光反応を進行させるレジストパターニング
方法に関するものである。本実施例では、有機膜材料と
酸発生剤との組み合わせを選択するために行った実験に
ついて説明する。
Example 8 In this example, a part of the exposure energy is transferred from the organic film formed directly under the resist to the acid generator contained in the resist, or the molecules in the organic film are transferred to the resist. The present invention relates to a resist patterning method in which electrons are transferred to an acid generator contained therein to cause a photosensitive reaction in a resist film to proceed. In this example, an experiment conducted for selecting a combination of an organic film material and an acid generator will be described.

【0129】酸発生剤として、オニウム塩、スルフォン
イミド、2,2−ビス(4−メトキシフェニル)−1、
1、1−トリクロロエタン、有機膜材料としてポリサル
フォン、ビスエーテルサルフォン、ビスベンジルサルフ
ォン、(2−メチルベンジル)−フェニルサルフォン、
ビス(ナフトメチル)サルフォン、ビス(3,4−ジク
ロロベンジル)サルフォン、ビス(4−フロロベンジ
ル)サルフォン、ポリアミド、ポリイミド、ポリイソプ
チレン、ポリ−α−メチルスチレン、ポリメタクリル
酸、ポリメチルメタクリレート、フェノジアジンを選
び、これらの中からエネルギー移動、或は電子移動を起
こすことが可能な酸発生剤と有機膜材料の組み合わせを
選んだ。
As an acid generator, onium salt, sulfonimide, 2,2-bis (4-methoxyphenyl) -1,
1,1-trichloroethane, polysulfone as organic film material, bisether sulfone, bisbenzyl sulfone, (2-methylbenzyl) -phenyl sulfone,
Choose bis (naphthomethyl) sulfone, bis (3,4-dichlorobenzyl) sulfone, bis (4-fluorobenzyl) sulfone, polyamide, polyimide, polyisobutylene, poly-α-methylstyrene, polymethacrylic acid, polymethylmethacrylate, phenodiazine. Of these, a combination of an acid generator capable of causing energy transfer or electron transfer and an organic film material was selected.

【0130】上記材料の中から、全ての酸発生剤、有機
膜材料の組み合わせについて、酸発生剤1g、有機膜材
料5g、実施例6で用いたフェノール基の一部がターシ
ャリブトキシカルボニルメチル基で置換された抑止剤樹
脂10gを、溶媒であるテトラヒドロフラン溶液84g
に溶解し、サンプル溶液を調製した。また、有機膜材料
を添加せず、酸発生剤1gと抑止剤樹脂10gのみをテ
トラヒドロフラン溶液89gに溶かしたサンプル溶液も
調製した。
Of the above materials, for all combinations of acid generators and organic film materials, 1 g of acid generator, 5 g of organic film material, and part of the phenol group used in Example 6 were tertiary butoxycarbonylmethyl groups. 10 g of the suppressor resin substituted with
To prepare a sample solution. A sample solution was prepared by dissolving 1 g of the acid generator and 10 g of the inhibitor resin in 89 g of a tetrahydrofuran solution without adding the organic film material.

【0131】次に、それぞれのサンプル溶液をシリコン
ウェハー基板上に1μmの厚さに塗布し、98℃で12
0秒間ベーキングを行い、それぞれのウェハーに対して
KrFエキシマレーザー光で照射し、さらに98℃で1
20秒間のベーキングを行った。KrFエキシマレーザ
ー光を照射した時の露光量は、添加した有機膜材料が光
を吸収することを考慮し、酸発生剤が20mj/cm2
の露光量で照射されるように、露光量を酸発生剤と有機
膜材料の吸収係数から算出した。
Next, each sample solution was applied on a silicon wafer substrate to a thickness of 1 μm, and the solution was applied at 98 ° C. for 12 hours.
Baking for 0 seconds, irradiating each wafer with KrF excimer laser light, and further 1 hour at 98 ° C.
Baking was performed for 20 seconds. Considering that the added organic film material absorbs the light, the exposure amount when the KrF excimer laser light is irradiated is 20 mj / cm 2 when the acid generator is used.
The exposure amount was calculated from the absorption coefficients of the acid generator and the organic film material so that the irradiation was performed with the exposure amount of.

【0132】そして、実施例6で述べた方法と同様に、
それぞれのウェハー基板上に形成された膜の赤外波長領
域での吸収スペクトルを測定し、酸触媒反応によりター
シャリブトキシカルボニルメチル基がカルボキシル基に
変換した割合である変換効率を求めた。
Then, similarly to the method described in the sixth embodiment,
The absorption spectrum in the infrared wavelength region of the film formed on each wafer substrate was measured, and the conversion efficiency, which is the ratio of conversion of tertiarybutoxycarbonylmethyl group to carboxyl group by acid-catalyzed reaction, was determined.

【0133】その結果、酸発生剤と有機膜材料との組み
合わせ方によっては、有機膜材料を添加しなかった場合
と比較して、触媒反応の進行が速まることが分かった。
有機膜材料を添加したことにより酸触媒反応が増大した
酸発生剤と有機膜材料の組み合わせについて、ターシャ
リブトキシカルボニルメチル基からカルボキシル基に変
換した割合を、有機膜材料を添加した場合としなかった
場合についてまとめた結果を下記表3に示す。
As a result, it was found that depending on the combination of the acid generator and the organic film material, the catalytic reaction proceeded faster than when the organic film material was not added.
Regarding the combination of the acid generator and the organic film material whose acid-catalyzed reaction was increased by adding the organic film material, the ratio of conversion of tertiarybutoxycarbonylmethyl group to carboxyl group was not used when the organic film material was added. The results summarized for the cases are shown in Table 3 below.

【0134】[0134]

【表3】 [Table 3]

【0135】上記表3から、酸発生剤がスルフォンイミ
ドで、有機膜材料がビス(ナフトメチル)サルフォンの
時、酸触媒反応の増感作用が顕著であることが分かる。
From Table 3 above, it is understood that when the acid generator is sulfonimide and the organic film material is bis (naphthomethyl) sulfone, the sensitizing action of the acid catalyst reaction is remarkable.

【0136】スルフォンイミド固体をKrFエキシマレ
ーザー光で励起した時のスルフォンイミド固体からの発
光と、ビス(ナフトメチル)サルフォンの吸収スペクト
ルを分光器で測定した結果を図11(a),図11
(b)に、ビス(ナフトメチル)サルフォンとスルフォ
ンイミドとの混合物をKrFエキシマレーザー光で励起
した時の発光スペクトルを図11(c)に示す。
The emission from the sulfonimide solid when the sulfonimide solid was excited by the KrF excimer laser light and the absorption spectrum of bis (naphthomethyl) sulfone were measured with a spectroscope.
FIG. 11 (c) shows the emission spectrum of the mixture of bis (naphthomethyl) sulfone and sulfonimide excited by KrF excimer laser light in (b).

【0137】図11から、ビス(ナフトメチル)サルフ
ォンの発光スペクトルとスルフォンイミドの吸収スペク
トルは重なっており、露光時に有機膜から発生した発光
を酸発生剤が吸収していることが分かる。同様に、酸発
生剤がスルフォンイミドの時、酸触媒反応の増感作用が
見られたポリマーについて分光測定を行った。その結
果、有機膜材料を露光光で励起した時に生じた発光スペ
クトルをスルフォンイミドが吸収しており、露光光によ
り励起されたビス(ナフトメチルサルフォン)からスル
フォンイミドに露光エネルギーの一部が移動しているこ
とが分かった。
From FIG. 11, it can be seen that the emission spectrum of bis (naphthomethyl) sulfone and the absorption spectrum of sulfonimide overlap, and the acid generator absorbs the luminescence generated from the organic film during exposure. Similarly, when the acid generator was a sulfonimide, a spectroscopic measurement was carried out on a polymer showing a sensitizing action of an acid-catalyzed reaction. As a result, sulfonimide absorbs the emission spectrum generated when the organic film material is excited by exposure light, and part of the exposure energy is transferred from bis (naphthomethyl sulfone) excited by exposure light to sulfonimide. I found out that

【0138】また、有機膜材料がポリエーテルサルフォ
ン、ビスベンジルサルフォン、(2−メチルベンジル)
−フェニルサルフォンの時は、実施例6での実験結果か
ら、ポリマーが露光時に分解して酸性の分解物が発生す
るため、酸触媒反応が進行したことによる変換効率の増
加分も含まれているが、その他のスルフォン基を有する
ポリマーについては、エネルギー移動によって変換効率
が増加したと考えることができる。
The organic film material is polyether sulfone, bisbenzyl sulfone, (2-methylbenzyl).
-In the case of phenyl sulfone, from the experimental results in Example 6, the polymer decomposes at the time of exposure to generate an acidic decomposed product, so that an increase in conversion efficiency due to the progress of the acid catalyst reaction is also included. However, it can be considered that the conversion efficiency of the polymer having other sulfone groups increased due to energy transfer.

【0139】一方、酸発生剤が2,2−ビス(4−メト
キシフェニル)−1,1,1−トリクロロエタンで、有
機膜材料がフェノジアジンの時も、増感作用が見られ
る。これは、酸発生剤をRX,有機膜材料をSHとする
と、次式で示すように、露光光により有機膜材料が励起
状態に励起され((a)式))、励起された分子から酸
発生剤に電子が移動して陽イオンと陰イオンが生成し
((b)式))、酸発生剤の陰イオンからハライドイオ
ンが生成し、有機膜から放出したプロトンと共にハロゲ
ン化酸を生成する((c)式))ためであると考えられ
る。
On the other hand, when the acid generator is 2,2-bis (4-methoxyphenyl) -1,1,1-trichloroethane and the organic film material is phenodiazine, the sensitizing action is also observed. Assuming that the acid generator is RX and the organic film material is SH, the organic film material is excited to an excited state by the exposure light as shown by the following formula (formula (a)), and the acid is excited from the excited molecule. Electrons are transferred to the generator to generate cations and anions (equation (b)), and halide ions are generated from the anions of the acid generator to generate a halogenated acid together with the protons released from the organic film. (Equation (c))).

【0140】 SH → SH* (a) SH* +RX → SH+ ・+RX- ・ (b) RX- ・ → R+ X- (c) SH+ → S+ H+ 実施例9 この実施例は、実施例8で述べた方法により選択したビ
ス(ナフトメチル)サルフォンを反射防止膜材料、スル
フォンイミドを酸発生剤として用いた場合について示
す。
SH → SH * (a) SH * + RX → SH + · + RX − · (b) RX − · → R · + X (c) SH + → S · + H + Example 9 A case where bis (naphthomethyl) sulfone selected by the method described in Example 8 is used as an antireflection film material and sulfonimide is used as an acid generator is shown.

【0141】まず、シリコン基板上に、絶縁膜材料とし
て用いるBPSG膜を、4000オングストロ−ムの膜
厚で堆積した。次いで、ビス(ナフトメチル)サルフォ
ン5gをイソブチルケトン95gに溶解し、塗布型反射
防止膜の溶液材料を調製した。次に、分子量12000
のポリヒドロスチレンのフェノール基の30%をターシ
ャリブトキシカルボキシルメチル基で置換した抑止剤樹
脂20g、スルフォンイミド1g、クルクミン0.5g
を乳酸エチル78.5gに溶解し、ポジ型化学増幅型レ
ジストの形成用溶液を調製した。
First, a BPSG film used as an insulating film material was deposited on a silicon substrate to a film thickness of 4000 angstrom. Then, 5 g of bis (naphthomethyl) sulfone was dissolved in 95 g of isobutyl ketone to prepare a solution material for the coating type antireflection film. Next, the molecular weight is 12000
Inhibitor resin in which 30% of the phenol groups of polyhydrostyrene of (3) was replaced with tertiarybutoxycarboxylmethyl group, 1 g of sulfonimide, 0.5 g of curcumin
Was dissolved in 78.5 g of ethyl lactate to prepare a solution for forming a positive chemically amplified resist.

【0142】調整した反射防止膜形成用の溶液をスピン
コーテング法によりウェハー基板上に塗布した後、18
0℃にて10分間のベーキングを行い、溶媒を気化させ
た。この時の反射防止膜の厚みは、510オングストロ
−ムである。膜厚の決定方法は、実施例7で述べた方法
と同様である。
The prepared solution for forming an antireflection film was applied on a wafer substrate by spin coating, and then 18
The solvent was vaporized by baking at 0 ° C. for 10 minutes. The thickness of the antireflection film at this time is 510 angstroms. The method of determining the film thickness is the same as the method described in the seventh embodiment.

【0143】次いで、調製したレジストの溶液材料を反
射防止膜上にスピンコーテング法により塗布し、98℃
で120秒間ベーキングを行い、KrFエキシマステッ
パーで露光を行った(露光量34mj/cm2 )。ベー
キング後のレジストの膜厚は5000オングストロ−ム
である。さらに、98℃で120秒間のベーキングを行
い、0.21規定のTMAH現像液で120秒間の現像
処理を行い、直径が0.15μmのコンタクトホールパ
ターンを形成した。最適な露光量とフォーカス値でのホ
ールパターンの断面形状を図12(b)に示す。また、
レジスト膜中で形成される光学像からレジスト形状を計
算した結果を図12(a)に示す。
Then, the prepared resist solution material is applied onto the antireflection film by spin coating, and the temperature is set to 98 ° C.
The substrate was baked for 120 seconds and exposed with a KrF excimer stepper (exposure amount 34 mj / cm 2 ). The film thickness of the resist after baking is 5000 angstrom. Further, baking was performed at 98 ° C. for 120 seconds, and development processing was performed for 120 seconds with a 0.21N TMAH developing solution to form a contact hole pattern having a diameter of 0.15 μm. FIG. 12B shows the cross-sectional shape of the hole pattern with the optimum exposure amount and focus value. Also,
The result of calculating the resist shape from the optical image formed in the resist film is shown in FIG.

【0144】計算によると、レジストの消衰係数が高い
ため、反射防止膜との界面方向に近づくほど光強度が弱
まり、レジストパターンはテーパ角をもつという結果が
得られた。しかしながら、得られたレジストパターンの
側壁は垂直で、レジストの膜厚方向での光学像を反映し
たテーパ形状ではなかった。
According to the calculation, since the extinction coefficient of the resist is high, the light intensity becomes weaker toward the interface with the antireflection film, and the resist pattern has a taper angle. However, the side wall of the obtained resist pattern was vertical, and was not a tapered shape reflecting the optical image in the film thickness direction of the resist.

【0145】次に、レジストの膜厚に対するホールの直
径の寸法を断面SEMで測長したところ、測定精度の範
囲内ではレジスト膜中で発生した定在波による寸法変動
は観測することはできず、寸法制御性のよいレジストパ
ターンを得ることができた。さらに、実施例8と同様に
マグネトロンRIE装置を用いて反射防止膜のエッチン
グを行ったところ、反射防止膜のエッチング終了後、寸
法変換差は見られなかった。
Next, when the dimension of the diameter of the hole with respect to the film thickness of the resist was measured by the cross-section SEM, the dimensional fluctuation due to the standing wave generated in the resist film could not be observed within the range of the measurement accuracy. A resist pattern having good dimensional controllability could be obtained. Further, when the antireflection film was etched using the magnetron RIE apparatus as in Example 8, no dimensional conversion difference was observed after the etching of the antireflection film was completed.

【0146】比較例5 実施例8で酸触媒反応を増感させる作用の見られなかっ
たポリアミドを成分とする反射防止膜を、BPSG膜上
に形成した。反射防止膜の膜厚は、レジストと反射防止
膜との界面での光強度反射率を実施例9の場合と等しい
大きさにするため、600オングストロ−ムにした。実
施例9と同様の手法で反射防止膜上に化学増幅型レジス
トを塗布し、コンタクトホールパターンを形成した。最
適な露光量とフォーカス値でのホールパターンの断面形
状を図12(c)に示す。
Comparative Example 5 An antireflection film containing polyamide, which did not show the effect of sensitizing the acid-catalyzed reaction in Example 8, was formed on the BPSG film. The film thickness of the antireflection film was set to 600 angstroms in order to make the light intensity reflectance at the interface between the resist and the antireflection film equal to that in the case of Example 9. A chemically amplified resist was applied on the antireflection film in the same manner as in Example 9 to form a contact hole pattern. FIG. 12C shows the sectional shape of the hole pattern with the optimum exposure amount and focus value.

【0147】図12(c)から、レジストパターンには
テーパ角がついており、実施例のような垂直な側壁をも
つレジスト形状を得ることができなかった。実施例8で
酸発生剤をスルフォンイミドとした場合、各種有機膜材
料を添加したことにより向上したターシャリブトキシカ
ルボニル基からカルボキシル基への変換効率の増感度
を、Δ=(有機膜材料Xを添加した場合の変換効率)/
(有機膜材料Xを添加しなかった場合の変換効率)で定
義し、各種有機膜材料XにおけるΔとテーパ角度の関係
についてまとめた結果、増感度の高いポリマーを反射防
止膜として用いた方が,テーパー角が小さく,垂直な側
壁をもつレジスト形状に近づくことが分かった。従っ
て、本比較例から露光時に反射防止膜中の分子から酸発
生剤に露光エネルギーの一部が移動し,酸発生剤から発
生する酸が、レジストの反射防止膜との界面付近での露
光量の不足に伴う酸触媒反応の不足分を補っていること
が分かる。
From FIG. 12C, the resist pattern has a taper angle, and it was not possible to obtain a resist shape having vertical sidewalls as in the embodiment. When the acid generator is sulfonimide in Example 8, the sensitivity increase of the conversion efficiency from the tertiary carbonyl group to the carboxyl group improved by adding various organic film materials, Δ = (organic film material X Conversion efficiency when added) /
(Conversion efficiency in the case where the organic film material X is not added) is defined and the relation between Δ and the taper angle in various organic film materials X is summarized. As a result, it is better to use a polymer having high sensitivity as the antireflection film. It was found that the taper angle is small and the resist shape has a vertical side wall. Therefore, from this comparative example, a part of the exposure energy is transferred from the molecules in the antireflection film to the acid generator during exposure, and the acid generated from the acid generator causes the exposure amount near the interface between the resist and the antireflection film. It can be seen that the lack of acid catalyzed reaction due to the lack of is compensated.

【0148】実施例10 この実施例は、2層レジスト法において、シリコン原子
を含むレジストを上層に用い、ArFエキシマレーザー
光で露光を行った場合に関するものである。シリコン含
有レジストとして、以下の反応式に示すように、フェノ
ール基の25%をトリメチルシリル基で置換した分子量
13000のポリヒドロキシスチレンと、酸発生剤とし
てトリフェニルスルフォニウムトリフレートを溶剤であ
る乳酸エチルに混合したものを用いた。酸発生剤から発
生するプロトンにより、以下の反応式に示すように、ト
リメチルシリル基が脱離してフェノール基が生成し、ア
ルカリ性溶媒に溶解し、パターンの形成が可能となる。
Example 10 This example relates to a two-layer resist method in which a resist containing silicon atoms is used as an upper layer and exposure is performed with ArF excimer laser light. As a silicon-containing resist, as shown in the following reaction formula, polyhydroxystyrene having a molecular weight of 13000 in which 25% of phenol groups were replaced with trimethylsilyl groups, and triphenylsulfonium triflate as an acid generator were added to ethyl lactate as a solvent. The mixture was used. As shown in the following reaction formula, the trimethylsilyl group is eliminated by the proton generated from the acid generator to generate a phenol group, which is dissolved in an alkaline solvent and a pattern can be formed.

【0149】[0149]

【化6】 [Chemical 6]

【0150】次に、実施例6又は実施例8と同様の手法
で、光照射時にレジストの下にある膜内に存在する分子
からレジスト中に存在する分子に対して、酸触媒反応を
進行させる作用をもつ有機系の材料を調べた。このこと
から、ポリイソブチレンを成分とする膜を2層レジスト
法における下層レイヤ−とし、酸発生剤をトリフェニル
スルフォニウムトリフレートとすることで、酸触媒反応
の増感作用が見られることが分かった。
Then, in the same manner as in Example 6 or Example 8, the acid-catalyzed reaction is allowed to proceed from the molecule existing in the film under the resist to the molecule existing in the resist at the time of light irradiation. The organic materials that have action were investigated. From this, it was found that by sensitizing the acid-catalyzed reaction by using a film containing polyisobutylene as the lower layer in the two-layer resist method and using triphenylsulfonium triflate as the acid generator. It was

【0151】また、実施例8と同様に、ポリイソブチレ
ンをλ=193nmで励起した場合の発光とトリフェニ
ルスルフォニウムトリフレートの吸収スペクトル、ポリ
イソブチレンとトリフェニルスルフォニウムトリフレー
トを混合して作成した固体の吸収スペクトルを測定し
た。これらのスペクトルのデ−タから、露光時にトリイ
ソブチレンから発生した発光を、トリフェニルスルフォ
ニウムトリフレ−トが吸収することが分かった。
Also, in the same manner as in Example 8, the emission when polyisobutylene was excited at λ = 193 nm and the absorption spectrum of triphenylsulfonium triflate were prepared by mixing polyisobutylene and triphenylsulfonium triflate. The absorption spectrum of the solid was measured. From the data of these spectra, it was found that triphenylsulfonium triflate absorbs the luminescence generated from triisobutylene during exposure.

【0152】次に、シリコン基板上に配線材料として用
いるAl膜をスパッター法により4000オングストロ
−ムの膜厚で堆積した。そして、ポリイソブチレン5.
0重量%をシクロヘキサノンに溶解した溶液を、ウェハ
ー基板上にスピンコーティング法で塗布して成膜を行
い、溶剤を気化させるために180℃で120秒間ベー
キングを行った。この時の下層レイヤーの膜厚は、50
00オングストロ−ムである。下層レイヤー上に、先に
示した組成のシリコン含有レジストを塗布し、98℃で
120秒間ベーキングを行い、溶剤を気化させた。この
時のレジストの膜厚は800オングストロ−ムである。
Next, an Al film used as a wiring material was deposited on the silicon substrate by a sputtering method to a film thickness of 4000 angstrom. And polyisobutylene 5.
A solution prepared by dissolving 0% by weight in cyclohexanone was applied on a wafer substrate by spin coating to form a film, and baking was performed at 180 ° C. for 120 seconds to vaporize the solvent. At this time, the film thickness of the lower layer is 50
00 angstroms. A silicon-containing resist having the above-described composition was applied on the lower layer and baked at 98 ° C. for 120 seconds to evaporate the solvent. The film thickness of the resist at this time is 800 angstrom.

【0153】次に、ArFエキシマステッパーで露光を
行い(露光量120mj/cm2 )、98℃で120秒
間のベーキングを行った。さらに、0.21規定のTM
AH現像液で120秒間の現像処理を行い、0.15μ
mのラインアンドスペースパターンを形成した。最適な
露光量とフォーカス値でのホールパターンの断面形状を
図13(b)に示す。また、レジスト膜中で形成される
光学像からレジスト形状を計算した結果を図13(a)
に示す。
Next, exposure was carried out using an ArF excimer stepper (exposure amount 120 mj / cm 2 ), and baking was carried out at 98 ° C. for 120 seconds. Furthermore, TM of 0.21 regulation
Develop with AH developer for 120 seconds, then add 0.15μ
m and a line and space pattern were formed. FIG. 13B shows the cross-sectional shape of the hole pattern with the optimum exposure amount and focus value. 13A shows the result of calculating the resist shape from the optical image formed in the resist film.
Shown in

【0154】本実施例で用いたレジストは、樹脂として
ポリヒドロキシスチレンを使用しているため、露光波長
に対する透過性は低く、膜厚800オングストロ−ムで
の透過率は20%程度である。そのため、反射防止膜と
の界面方向に近づくほど光強度が弱まり、パターンが解
像しない可能性があることが計算結果から分かった。し
かしながら、垂直な側壁形状をもったレジストパターン
を解像することができ、レジストの膜厚方向での光学像
を反映した形状にはならなかった。
Since the resist used in this example uses polyhydroxystyrene as a resin, it has a low transmittance with respect to the exposure wavelength, and the transmittance at a film thickness of 800 Å is about 20%. Therefore, it was found from the calculation result that there is a possibility that the light intensity becomes weaker toward the interface with the antireflection film and the pattern may not be resolved. However, it was possible to resolve a resist pattern having a vertical sidewall shape, and the shape did not reflect the optical image in the film thickness direction of the resist.

【0155】次に、マグネトロンRIE装置を用いて下
層レイヤ−のエッチングを行った。エッチング条件は励
起電力500W,真空度1.8mTorr、エッチャン
トガスとして酸素を流量12SCCMで導入し、エッチ
ングを行った。その結果、下層レイヤ−のエッチング途
中にレジストがなくなることなく、下層レイヤ−のエッ
チングを行うことができた。
Next, the lower layer was etched using a magnetron RIE apparatus. The etching conditions were such that the excitation power was 500 W, the degree of vacuum was 1.8 mTorr, and oxygen as an etchant gas was introduced at a flow rate of 12 SCCM to perform etching. As a result, the lower layer was able to be etched without running out of the resist during the etching of the lower layer.

【0156】比較例6 この比較例は、レジスト中の酸触媒反応を増感させる作
用をもたない有機物を下層レイヤーとして用いた場合を
説明する。まず、ノボラック樹脂10gを乳酸エチル9
0gに溶かした溶液をAl膜上に塗布し、220℃で1
80秒間ベーキングを行った。この時の下層レイヤーの
膜厚は5000オングストロ−ムである。
Comparative Example 6 In this comparative example, the case where an organic material having no action of sensitizing the acid-catalyzed reaction in the resist is used as the lower layer will be described. First, 10 g of novolac resin is mixed with 9 g of ethyl lactate.
Apply the solution dissolved in 0g on the Al film,
Baking was performed for 80 seconds. At this time, the film thickness of the lower layer is 5000 angstrom.

【0157】次に、実施例10と同じ膜厚である800
オングストロ−ムになるように、シリコン含有レジスト
を下層レイヤー上に塗布した。そして、実施例10と同
様の方法でパターニングを行った。得られたレジストパ
ターンの断面形状を図13(c)に示す。計算からも予
想されたように、レジストの露光波長に対する吸収性が
大きいために、パターンを解像することができなかっ
た。
Next, the same film thickness as in Example 10 is 800.
A silicon-containing resist was coated on the underlying layer to make it angstrom. Then, patterning was performed by the same method as in Example 10. The cross-sectional shape of the obtained resist pattern is shown in FIG. As expected from the calculation, the pattern could not be resolved due to the large absorption of the resist with respect to the exposure wavelength.

【0158】レジストの膜厚を半分程度にすれば、レジ
ストパターンを解像することができるが、下層レイヤー
のエッチング途中でレジストが崩れてなくなるため、8
00オングストロ−ム以下の膜厚にすることはできなか
った。本比較例により、下層レイヤーとして酸発生剤に
対してエネルギー移動を起こす材料を選択したことによ
り、2層レジスト法において良好なレジストプロファイ
ルを得ることができたことが分かる。
If the resist film thickness is reduced to about half, the resist pattern can be resolved, but since the resist is not broken during the etching of the lower layer, 8
It was not possible to reduce the film thickness to less than 00 angstrom. This comparative example shows that a good resist profile can be obtained in the two-layer resist method by selecting the material that causes energy transfer to the acid generator as the lower layer.

【0159】実施例11 この実施例は、実施例10及び比較例6において、露光
時に下層レイヤーから酸を発生させ、レジスト膜中の酸
触媒反応を進行させた場合に関するものである。ノボラ
ック樹脂10.0g、酸発生剤トリフェニルスルフォニ
ウムトリフレート1.0gを溶剤である乳酸エチル89
gに溶かし、下層レイヤーの溶液材料を調製した。な
お、比較例6に示したように、ノボラック樹脂はトリフ
ェニルスルフォニウムトリフレートに対して酸触媒反応
の増感効果を示さない。
Example 11 This example relates to the case in which an acid is generated from the lower layer at the time of exposure to promote the acid-catalyzed reaction in the resist film in Example 10 and Comparative Example 6. Novolak resin 10.0 g, acid generator triphenylsulfonium triflate 1.0 g ethyl acetate lactate 89
The solution material of the lower layer was prepared by dissolving in g. As shown in Comparative Example 6, the novolac resin does not show the effect of sensitizing the acid-catalyzed reaction with triphenylsulfonium triflate.

【0160】このように調製した下層レイヤーの溶液材
料をAl膜を形成したウェハー基板上に塗布し、180
℃で300秒間ベーキングを行った。次に、ArFエキ
シマレーザー光で露光した際に酸発生剤から酸が発生し
ているかを確認するために、以下に述べる実験を行っ
た。
The solution material of the lower layer thus prepared was applied onto the wafer substrate having the Al film formed thereon, and 180
Baking was performed at 300C for 300 seconds. Next, the following experiment was conducted in order to confirm whether or not acid was generated from the acid generator upon exposure with ArF excimer laser light.

【0161】即ち、図14に示すように、ArF光で露
光された、シリコンウエハ−31上の下層レジスト膜3
3と、石英ウェハー31に塗布された、酸指示薬(テト
ラブロモフェノールブルーナトリウム塩=TBPB塩)
を含むポリビリルアルコール膜32を密着させ、下層レ
イヤーに含まれる酸発生剤から酸が発生しているかを調
べた。その結果、TBPB吸収スペクトル(λ=629
nmにピークをもつ吸収帯)の変化から、露光時に下層
レイヤーに酸発生剤を添加することにより、酸が発生す
ることが分かった。
That is, as shown in FIG. 14, the lower resist film 3 on the silicon wafer 31 exposed by ArF light.
3 and an acid indicator (tetrabromophenol blue sodium salt = TBPB salt) applied to the quartz wafer 31.
Then, it was examined whether or not the acid was generated from the acid generator contained in the lower layer. As a result, the TBPB absorption spectrum (λ = 629
It was found from the change in the absorption band having a peak at nm) that an acid was generated by adding an acid generator to the lower layer during exposure.

【0162】さらに、下層レイヤー上に実施例10に示
したように、0.15μmのラインアンドスペースのパ
ターンを形成した。このようにして得たレジストパター
ンの断面形状を図13(d)に示す。図13(d)か
ら、側壁が垂直である良好なレジストパターンを得るこ
とができ、下層レイヤーに添加した酸発生剤から発生し
た酸が、レジスト下層部の酸触媒反応の不足を補ってい
ることが分かる。
Further, as shown in Example 10, a 0.15 μm line-and-space pattern was formed on the lower layer. The cross-sectional shape of the resist pattern thus obtained is shown in FIG. From FIG. 13D, it is possible to obtain a good resist pattern in which the side walls are vertical, and the acid generated from the acid generator added to the lower layer compensates for the insufficient acid catalytic reaction in the resist lower layer. I understand.

【0163】以上の実施例6〜11では、レジストがも
つ吸収のためにレジストの下層部分で充分な感光反応が
進まない場合について、その問題を解決する方法を述べ
てきたが、露光光源は光に限定されることなく、電子ビ
ーム、X線を用いてパターニングを行ってもよく、レジ
ストの直下に存在する有機膜からレジストへの有機物が
分解して生じた生成物の移動、露光エネルギーの移動及
び電子移動によりレジストの溶解性を変化させることに
より、レジストの形状を制御したレジストパターン形成
方法もまた本発明の範囲内である。従って、ジアゾナフ
トキノンを感光剤とし、樹脂としてノボラック樹脂を用
いたレジスト等の化学増幅型レジスト以外のレジストで
も本発明に適用し得ることは明らかである。
The above Examples 6 to 11 have described the method for solving the problem in the case where the photosensitivity reaction does not proceed sufficiently in the lower layer portion of the resist due to the absorption of the resist. However, the patterning may be performed by using an electron beam or X-rays. The organic film existing directly below the resist is transferred to the resist by decomposition of the organic substances, and the exposure energy is transferred. Also, a resist pattern forming method in which the resist shape is controlled by changing the solubility of the resist by electron transfer is also within the scope of the present invention. Therefore, it is obvious that a resist other than the chemically amplified resist such as a resist using diazonaphthoquinone as a photosensitizer and a novolac resin as a resin can be applied to the present invention.

【0164】[0164]

【発明の効果】以上詳述してきたように、本発明の第1
の態様に係る方法によれば、リソグラフィー法において
用いて用いられるレジストと被加工物との間に形成する
有機膜の、光照射による劣化を防ぐことができるため、
有機膜とレジストとのミキシングを防止すると共に、レ
ジストのプロファイルの異常を防止し、良好なレジスト
パターンを形成することが可能となる。
As described above in detail, the first aspect of the present invention
According to the method of the aspect (1), since it is possible to prevent deterioration of the organic film formed between the resist used in the lithography method and the object to be processed due to light irradiation,
It is possible to prevent mixing of the organic film and the resist, prevent abnormalities in the resist profile, and form a good resist pattern.

【0165】また、本発明の第2の態様に係る方法によ
れば、レジストの界面付近での感光反応が充分に進行し
ない場合でも、有機膜からレジストへ有機膜が分解して
生じた生成物の移動、露光エネルギーの移動及び電子移
動により、感光反応の不足を補うことができる。その結
果、良好なレジストプロファイルと広いプロセスマージ
ンを得ることができる。
Further, according to the method of the second aspect of the present invention, a product formed by decomposing the organic film from the organic film to the resist even if the photosensitive reaction near the interface of the resist does not proceed sufficiently. Of the photosensitivity, the transfer of exposure energy and the transfer of electrons can compensate for the shortage of the photosensitive reaction. As a result, a good resist profile and a wide process margin can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】電子供与性の起こりやすさを説明するエネルギ
−準位図。
FIG. 1 is an energy-level diagram illustrating the ease with which an electron donating property occurs.

【図2】電子授与性の起こりやすさを説明するエネルギ
−準位図。
FIG. 2 is an energy level diagram for explaining the likelihood of electron donating.

【図3】実施例1〜3により得たパタ−ンの断面形状を
示す断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the cross-sectional shape of the patterns obtained in Examples 1 to 3.

【図4】比較例1により得たパタ−ンの断面形状を示す
断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a sectional shape of a pattern obtained in Comparative Example 1.

【図5】実施例4及び比較例2により得たパタ−ンの断
面形状を示す断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the cross-sectional shapes of the patterns obtained in Example 4 and Comparative Example 2.

【図6】ビスベンジルサルフォンを添加した時としない
時での赤外吸収スペクトルを示す特性図。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing infrared absorption spectra with and without the addition of bisbenzyl sulfone.

【図7】スイング比と反射防止膜の膜厚との関係を示す
特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between a swing ratio and a film thickness of an antireflection film.

【図8】実施例7及び比較例3におけるレジスト膜中に
形成される光学像とレジストパタ−ンの断面形状を示す
断面図。
FIG. 8 is a sectional view showing an optical image formed in a resist film and a sectional shape of a resist pattern in Example 7 and Comparative Example 3;

【図9】反射防止膜のエッチング後の形状を示す断面
図。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a shape of an antireflection film after etching.

【図10】比較例4におけるレジスト膜中に形成される
光学像とレジストパタ−ンの断面形状を示す断面図。
10 is a sectional view showing an optical image formed in a resist film and a sectional shape of a resist pattern in Comparative Example 4. FIG.

【図11】酸発生剤及び/又は有機膜材料を露光して励
起した場合の発光スペクトル及び吸収スペクトルを示す
図。
FIG. 11 is a diagram showing an emission spectrum and an absorption spectrum when an acid generator and / or an organic film material is exposed to light and excited.

【図12】実施例9及び比較例5におけるレジスト膜中
に形成される光学像とレジストパタ−ンの断面形状を示
す断面図。
FIG. 12 is a sectional view showing an optical image formed in a resist film and a sectional shape of a resist pattern in Example 9 and Comparative Example 5.

【図13】実施例10,11及び比較例6におけるレジ
スト膜中に形成される光学像とレジストパタ−ンの断面
形状を示す断面図。
13 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape of an optical image and a resist pattern formed in a resist film in Examples 10 and 11 and Comparative Example 6. FIG.

【図14】下層レイヤーからの酸の発生を測定する際に
用いた方法を示す図。
FIG. 14 is a view showing a method used for measuring the generation of acid from the lower layer.

【図15】従来の方法により得たレジストパタ−ンの形
状を示す断面図。
FIG. 15 is a sectional view showing the shape of a resist pattern obtained by a conventional method.

【図16】従来の方法により得たレジストパタ−ンの形
状を示す断面図。
FIG. 16 is a sectional view showing the shape of a resist pattern obtained by a conventional method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2…真空準位 3…電子 4…最低空軌道状態 5…最高被占軌道状態 6…イオン化するのに必要なエネルギー 7…イオン化した際に得られたエネルギー 11,34…シリコンウェハー 12…Al膜 13,23,42…反射防止膜 14,24,43…レジストパタ−ン 15…BPSG膜 16,17…有機膜 28…テ−パ−角 31…石英ウエハ− 33…下層レジスト 2 ... Vacuum level 3 ... Electron 4 ... Lowest unoccupied orbital state 5 ... Highest occupied orbital state 6 ... Energy required for ionization 7 ... Energy obtained upon ionization 11, 34 ... Silicon wafer 12 ... Al film 13, 23, 42 ... Antireflection film 14, 24, 43 ... Resist pattern 15 ... BPSG film 16, 17 ... Organic film 28 ... Taper angle 31 ... Quartz wafer 33 ... Lower layer resist

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/027 H01L 21/30 574 Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location H01L 21/027 H01L 21/30 574

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被加工物上に有機膜及び感光性樹脂膜を
順次形成する工程、前記感光性樹脂膜に対して選択的に
露光する工程、及び選択的に露光された感光性樹脂膜を
現像し、感光性樹脂膜パタ−ンを形成する工程を具備
し、前記有機膜は、前記露光によりラジカルが生成する
第1の物質と、前記ラジカルに対してラジカル捕捉剤と
して作用する第2の物質を含有することを特徴とする感
光性樹脂膜パタ−ンの形成方法。
1. A step of sequentially forming an organic film and a photosensitive resin film on a workpiece, a step of selectively exposing the photosensitive resin film, and a step of selectively exposing the photosensitive resin film. A step of developing to form a pattern of a photosensitive resin film, wherein the organic film comprises a first substance that radicals are generated by the exposure, and a second substance that acts as a radical scavenger for the radicals. A method for forming a photosensitive resin film pattern, which comprises a substance.
【請求項2】 被加工物上に有機膜及び感光性樹脂膜を
順次形成する工程、前記感光性樹脂膜に対して選択的に
露光する工程、及び選択的に露光された感光性樹脂膜を
現像し、感光性樹脂膜パタ−ンを形成する工程を具備
し、前記有機膜は、前記露光により励起される第1の物
質と、この第1の物質に対して消光剤として作用する第
2の物質を含有することを特徴とする感光性樹脂膜パタ
−ンの形成方法。
2. A step of sequentially forming an organic film and a photosensitive resin film on a workpiece, a step of selectively exposing the photosensitive resin film, and a step of selectively exposing the photosensitive resin film. A step of developing to form a photosensitive resin film pattern, wherein the organic film comprises a first substance excited by the exposure and a second substance acting as a quencher for the first substance. A method for forming a photosensitive resin film pattern, which comprises the substance of
【請求項3】 被加工物上に有機膜及び感光性樹脂膜を
順次形成する工程、前記感光性樹脂膜に対して選択的に
露光する工程、及び選択的に露光された感光性樹脂膜を
現像し、感光性樹脂膜パタ−ンを形成する工程を具備
し、前記有機膜は、ベンゾフェノン化合物、サリチレ−
ト化合物、ベンゾトリアゾ−ル化合物、アクリレ−ト化
合物、及びメタクリレ−ト化合物からなる群から選ばれ
た少なくとも1種を含有することを特徴とする感光性樹
脂膜パタ−ンの形成方法。
3. A step of sequentially forming an organic film and a photosensitive resin film on a workpiece, a step of selectively exposing the photosensitive resin film, and a step of selectively exposing the photosensitive resin film. The method includes the step of developing to form a photosensitive resin film pattern, wherein the organic film is a benzophenone compound or salicylate.
And a benzotriazole compound, an acrylate compound, and a methacrylic acid compound, at least one selected from the group consisting of: a method for forming a photosensitive resin film pattern.
【請求項4】 被加工物上に有機膜及び感光性樹脂膜を
順次形成する工程、前記感光性樹脂膜に対して選択的に
露光する工程、及び選択的に露光された感光性樹脂膜を
現像し、感光性樹脂膜パタ−ンを形成する工程を具備
し、前記有機膜は、前記露光により酸性又は塩基性の分
解物が発生する第1の物質と前記酸性又は塩基性の分解
物を中和する第2の物質を含有することを特徴とする感
光性樹脂膜パタ−ンの形成方法。
4. A step of sequentially forming an organic film and a photosensitive resin film on a workpiece, a step of selectively exposing the photosensitive resin film, and a step of selectively exposing the photosensitive resin film. The organic film comprises a step of developing and forming a pattern of a photosensitive resin film, wherein the organic film contains a first substance that generates an acidic or basic decomposed product by the exposure and the acidic or basic decomposed product. A method of forming a photosensitive resin film pattern, which comprises a second substance for neutralization.
【請求項5】 被加工物上に有機膜及び感光性樹脂膜を
順次形成する工程、前記感光性樹脂膜に対して選択的に
露光する工程、及び選択的に露光された感光性樹脂膜を
現像し、感光性樹脂膜パタ−ンを形成する工程を具備
し、前記有機膜は、前記露光により分解し、この分解物
が前記感光性樹脂膜中に拡散することにより、前記現像
時における前記感光性樹脂膜の溶解性を変化させる物質
を含有することを特徴とする感光性樹脂膜パタ−ンの形
成方法。
5. A step of sequentially forming an organic film and a photosensitive resin film on a workpiece, a step of selectively exposing the photosensitive resin film, and a step of selectively exposing the photosensitive resin film. The step of developing to form a photosensitive resin film pattern, wherein the organic film is decomposed by the exposure, and the decomposed product diffuses into the photosensitive resin film, whereby A method for forming a photosensitive resin film pattern, which comprises a substance that changes the solubility of the photosensitive resin film.
【請求項6】 被加工物上に有機膜及び感光性樹脂膜を
順次形成する工程、前記感光性樹脂膜に対して選択的に
露光する工程、及び選択的に露光された感光性樹脂膜を
現像し、感光性樹脂膜パタ−ンを形成する工程を具備
し、前記有機膜は、前記露光時に供給されたエネルギー
の一部が前記有機膜中の分子から前記感光性樹脂膜中の
分子に移動することにより、前記現像時における前記感
光性樹脂膜の溶解性を変化させる物質を含有することを
特徴とする感光性樹脂膜パタ−ンの形成方法。
6. A step of sequentially forming an organic film and a photosensitive resin film on a workpiece, a step of selectively exposing the photosensitive resin film, and a step of selectively exposing the photosensitive resin film. The organic film comprises a step of developing to form a pattern of the photosensitive resin film, wherein the organic film has a portion of energy supplied during the exposure from molecules in the organic film to molecules in the photosensitive resin film. A method of forming a photosensitive resin film pattern, which comprises a substance that changes the solubility of the photosensitive resin film at the time of development, by moving.
【請求項7】 被加工物上に有機膜及び感光性樹脂膜を
順次形成する工程、前記感光性樹脂膜に対して選択的に
露光する工程、及び選択的に露光された感光性樹脂膜を
現像し、感光性樹脂膜パタ−ンを形成する工程を具備
し、前記有機膜は、前記露光により前記有機膜中の分子
から前記感光性樹脂膜中の分子へ電子が移動することに
より、前記現像時における前記感光性樹脂膜の溶解性を
変化させる物質を含有することを特徴とする感光性樹脂
膜パタ−ンの形成方法。
7. A step of sequentially forming an organic film and a photosensitive resin film on a workpiece, a step of selectively exposing the photosensitive resin film, and a step of selectively exposing the photosensitive resin film. The method includes developing and forming a photosensitive resin film pattern, wherein the organic film is formed by transferring electrons from the molecules in the organic film to the molecules in the photosensitive resin film by the exposure. A method of forming a photosensitive resin film pattern, which comprises a substance that changes the solubility of the photosensitive resin film during development.
【請求項8】 半導体基板上に被加工物を形成する工
程、この被加工物上に請求項1〜7に記載の方法により
感光性樹脂膜パタ−ンを形成する工程、及び前記感光性
樹脂膜パタ−ンを用いて前記被加工物を加工する工程を
具備する半導体装置の製造方法。
8. A step of forming an object to be processed on a semiconductor substrate, a step of forming a photosensitive resin film pattern on the object to be processed by the method according to claim 1, and the photosensitive resin. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of processing the object to be processed using a film pattern.
JP6144796A 1996-03-18 1996-03-18 Photosensitive resin film pattern forming method and production of semiconductor device Pending JPH09258451A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6144796A JPH09258451A (en) 1996-03-18 1996-03-18 Photosensitive resin film pattern forming method and production of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6144796A JPH09258451A (en) 1996-03-18 1996-03-18 Photosensitive resin film pattern forming method and production of semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09258451A true JPH09258451A (en) 1997-10-03

Family

ID=13171337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6144796A Pending JPH09258451A (en) 1996-03-18 1996-03-18 Photosensitive resin film pattern forming method and production of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09258451A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000187331A (en) * 1998-09-15 2000-07-04 Shipley Co Llc Antireflection coating composition

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000187331A (en) * 1998-09-15 2000-07-04 Shipley Co Llc Antireflection coating composition

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3297199B2 (en) Resist composition
US11187984B2 (en) Resist patterning method and resist material
US8039194B2 (en) Photoacid generators for extreme ultraviolet lithography
US4578344A (en) Photolithographic method using a two-layer photoresist and photobleachable film
KR101924710B1 (en) Resist pattern formation method, resist latent image formation device, and resist material
EP3564752A1 (en) Radiation sensitive composition, pattern forming method and metal oxide
KR101019307B1 (en) Chemically Amplified Resist Material and Patterning Method Using Same
US6730458B1 (en) Method for forming fine patterns through effective glass transition temperature reduction
US20110294072A1 (en) Methods of manufacturing semiconductor devices using photolithography
TWI454451B (en) Resist pattern improving material, method for forming resist pattern, and method for producing semiconductor device
KR100832247B1 (en) Organic bottom anti-reflective composition and ptterning method using the same
JPH09258451A (en) Photosensitive resin film pattern forming method and production of semiconductor device
Pawloski et al. Evaluation of the standard addition method to determine rate constants for acid generation in chemically amplified photoresist at 157 nm
KR100255076B1 (en) Resist pattern forming method and resist material
KR102590254B1 (en) Resist pattern formation method
JPH07201727A (en) Pattern forming method
Joo et al. The study of novel PAG containing acid amplifier in EUV resist material
WO2023182040A1 (en) Actinic-ray-sensitive or radiation-sensitive resin composition, resist film, pattern forming method, method for producing electronic device, and electronic device
Albelo et al. Process development for 257-nm photomask fabrication using environmentally stable chemically amplified photoresists
IL et al. Fundamental studies of the effects of photo-additive structure on resist outgassing
WO2023182093A1 (en) Active-ray-sensitive or radiation-sensitive resin composition, resist film, method for forming pattern, method for manufacturing electronic device, and electronic device
Endo et al. Application of photoacid generating chemistry to photobleachable deep‐ultraviolet resist
JPH07191467A (en) Formation of resist pattern
JPH10111570A (en) Radiation sensitive composition and pattern forming method using same
JPH07301912A (en) Photosensitive composition and forming method of negative pattern