JPH10282671A - Pattern forming method and production of semiconductor device - Google Patents

Pattern forming method and production of semiconductor device

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Publication number
JPH10282671A
JPH10282671A JP9091838A JP9183897A JPH10282671A JP H10282671 A JPH10282671 A JP H10282671A JP 9091838 A JP9091838 A JP 9091838A JP 9183897 A JP9183897 A JP 9183897A JP H10282671 A JPH10282671 A JP H10282671A
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JP
Japan
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coating film
pattern
group
aqueous alkali
alkyl group
Prior art date
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Pending
Application number
JP9091838A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Hattori
孝司 服部
Hiroko Tsuchiya
裕子 土屋
Hiroshi Shiraishi
洋 白石
Ryoko Yamanaka
良子 山中
Keiko Hattori
恵子 服部
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a pattern excellent in resolution by using a specified high molecular material having solubility in water-based alkali at the time of developing with a water-based alkaline developer. SOLUTION: A coating film comprising a photosensitive compsn. is formed on a specified substrate, and the coating film is irradiated with active chemical rays according to a specified pattern to form a latent image of the desired pattern in the coating film. Then the desired pattern is developed in the coating film by using a water-based alkaline developer. In this method, the development in the water-based alkaline developer is carried out by using a high molecular material having the solubility of the chemical structure expressed by one of formulae I to VIII in water-based alkali, which exists in the film substantially after forming the latent image. In formulae I to VIII, R is an alkyl group such as methyl group, ethyl group and 2-propyl group, or a cyclic alkyl group such as cyclohexanethyl group, norbornanemethyl group and adamantanemethyl group, or a cyclic alkyl group having a hydroxyl group such as 4- hydroxymethyltricyclo[5.2.1.0<2.6> ]decanyl-8-methyl group.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は感光性組成物を用い
たマイクロリソグラフィプロセス、およびこのマイクロ
リソグラフィプロセスを含む半導体装置等の製造方法に
関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a microlithography process using a photosensitive composition and a method for manufacturing a semiconductor device or the like including the microlithography process.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体等の電子装置中にミクロンあるい
はサブミクロン単位の微細パタンをつくり込むフォトリ
ソグラフィ技術は、量産微細加工技術の中核を担ってき
た。最近の半導体装置の高集積化,高密度化の要求は、
微細加工技術に多くの進歩をもたらした。特に最小加工
寸法が露光波長に迫るのに伴い、高圧水銀ランプのg線
(436nm),i線(365nm)からKrFエキシ
マレーザ(248nm)と、より短波長の光源を用いた
フォトリソグラフィ技術が開発されてきた。これら露光
波長の変更に応じて、フォトレジストもそれぞれの波長
に対応した材料が開発されてきた。
2. Description of the Related Art A photolithography technique for forming a fine pattern on the order of microns or submicrons in an electronic device such as a semiconductor has played a central role in mass production fine processing technology. The recent demand for higher integration and higher density of semiconductor devices is
Many advances have been made in microfabrication technology. In particular, as the minimum processing size approaches the exposure wavelength, photolithography technology using a KrF excimer laser (248 nm) from a g-line (436 nm) and i-line (365 nm) of a high-pressure mercury lamp and a shorter wavelength light source is developed. It has been. In response to these changes in the exposure wavelength, materials corresponding to the respective wavelengths of the photoresist have been developed.

【0003】従来、これらの波長に適したフォトレジス
トでは、各々感光剤あるいは感光機構は異なるが、いず
れもフェノール性水酸基を有する樹脂あるいは高分子材
料の水性アルカリ可溶性を利用した水性アルカリ現像が
工業的に利用されてきた。これら樹脂あるいは高分子材
料は必然的に芳香環を多く含み、これはレジストパタン
形成後のドライエッチング工程でのエッチング耐性を高
める化学構造要素でもあった。
Conventionally, photoresists suitable for these wavelengths have different photosensitizers or photosensitive mechanisms. However, aqueous alkali development utilizing the aqueous alkali solubility of a resin or a polymer material having a phenolic hydroxyl group is industrially required. Has been used for These resins or polymer materials inevitably contain a large amount of aromatic rings, which was also a chemical structural element for improving the etching resistance in a dry etching step after the formation of a resist pattern.

【0004】近年、最小加工寸法が0.25 ミクロンよ
り更に小さい領域のフォトリソグラフィとしてArFエ
キシマレーザ(193nm)を光源に用いたフォトリソ
グラフィへの期待が大きくなっている。しかし、この波
長は芳香環による吸収極大にあたり、芳香環構造を主成
分とする従来工業的に利用されてきたフォトレジスト材
料では、露光潜像が形成できるのはフォトレジスト膜の
極表面に限定され、水性アルカリ現像により微細なレジ
ストパタンを形成するのが困難であった。
In recent years, expectations have been growing for photolithography using an ArF excimer laser (193 nm) as a light source as a photolithography for a region having a minimum processing dimension smaller than 0.25 μm. However, this wavelength is the absorption maximum due to the aromatic ring, and in the case of a photoresist material which has been conventionally industrially used and has an aromatic ring structure as a main component, an exposure latent image can be formed only on the extreme surface of the photoresist film. However, it has been difficult to form a fine resist pattern by aqueous alkali development.

【0005】ArFエキシマレーザの波長193nmで
透過率の高いレジスト用高分子材料としてはポリメタク
リル酸メチル(PMMA)などが知られているが、これ
は工業的に有利な水性アルカリ現像はできないし、また
ドライエッチング耐性も、感度も実用性からはるかに離
れている。
[0005] Polymethyl methacrylate (PMMA) or the like is known as a resist polymer material having a high transmittance at a wavelength of 193 nm of an ArF excimer laser, but it cannot be used for aqueous alkali development which is industrially advantageous. Also, dry etching resistance and sensitivity are far from practicality.

【0006】これに対して、この波長領域で透過率が高
く、かつドライエッチング耐性も高い種々のレジスト材
料が提案されている。ArFエキシマレーザの波長19
3nmを含む遠紫外線領域で透明で、芳香環に代えてド
ライエッチング耐性をレジスト材料に付与できる化学構
造として、アダマンタン骨格の利用が特開平4− 39665
号,特開平5−265212号に、同様にノルボルナン骨格の
利用が特開平5− 80515号,特開平5−257284号に開示
されている。また、これらの構造に加え、トリシクロデ
カニル基等、脂環族構造一般が有効であることは特開平
7−28237号,特開平8−259626 号に開示されている。
On the other hand, various resist materials having high transmittance in this wavelength region and high dry etching resistance have been proposed. ArF excimer laser wavelength 19
The use of an adamantane skeleton as a chemical structure that is transparent in the far ultraviolet region including 3 nm and can impart dry etching resistance to a resist material instead of an aromatic ring is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-39665.
Similarly, the use of a norbornane skeleton is disclosed in JP-A-5-80515 and JP-A-5-257284. In addition to these structures, it is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-157572 that general alicyclic structures such as a tricyclodecanyl group are effective.
7-28237 and JP-A-8-259626.

【0007】特開平8−82925号にはメンチル基等のテル
ペノイド骨格を有する化合物が波長193nmを含む遠
紫外線領域で透明で、ドライエッチング耐性をレジスト
材料に付与できると述べられている。特開平8−15865号
には同様の目的で置換アンドロスタン化合物を必ずしも
ドライエッチ耐性の高くない高分子マトリックスを用い
た組成物に混合することでドライエッチング耐性を高め
うることが示されている。
JP-A-8-82925 states that a compound having a terpenoid skeleton such as a menthyl group is transparent in a far ultraviolet region including a wavelength of 193 nm and can impart dry etching resistance to a resist material. Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-15865 discloses that for the same purpose, the dry etching resistance can be enhanced by mixing a substituted androstane compound with a composition using a polymer matrix which does not always have high dry etch resistance.

【0008】ArFエキシマレーザの波長193nmを
含む遠紫外線領域で透明な化学構造を持った高分子で、
水性アルカリ現像性を可能にしたレジスト材料に関して
は、特開平4−39665号,特開平4−184345号,特開平4−
226461号,特開平5−80515等で開示されているように、
アクリル酸あるいはメタクリル酸のカルボン酸構造を利
用することが試みられている。これらでは、水性アルカ
リ現像で現像液に溶解する部分の水性アルカリ可溶性
を、アクリル酸あるいはメタクリル酸のカルボン酸構造
によっている。また、特開平8−259626 号には、メタク
リル酸エステル側鎖に導入された脂環族構造にカルボン
酸基を付与した高分子化合物が開示されている。これら
は、いずれもアクリル酸またはメタクリル酸エステル等
のビニル重合性ポリマの側鎖部にあるカルボン酸構造を
利用して水性アルカリ現像を可能としている。
A polymer having a chemical structure transparent in a deep ultraviolet region including a wavelength of 193 nm of an ArF excimer laser,
Regarding a resist material which enables aqueous alkali developability, see JP-A-4-39665, JP-A-4-184345, JP-A-4-184345.
226461, as disclosed in JP-A-5-80515, etc.
Attempts have been made to utilize the carboxylic acid structure of acrylic acid or methacrylic acid. In these, the aqueous alkali solubility of the portion dissolved in the developer in aqueous alkali development depends on the carboxylic acid structure of acrylic acid or methacrylic acid. JP-A-8-259626 discloses a polymer compound having a carboxylic acid group added to an alicyclic structure introduced into a methacrylic ester side chain. All of them enable aqueous alkali development by utilizing a carboxylic acid structure in a side chain of a vinyl polymerizable polymer such as acrylic acid or methacrylic acid ester.

【0009】従来、水性アルカリ現像可能な高性能レジ
スト材料では、ノボラック樹脂等のフェノール性高分子
の有する水に不溶で水性アルカリに可溶な性質を利用し
てきた。即ち、フェノール性水酸基を有する高分子塗膜
の表面は、現像液に用いるアルカリ水溶液に接触すると
水酸基はフェノラートアニオンに電離し、アルカリ水溶
液に溶出する。この際、現像液に接していない塗膜の内
部には現像液は実質的に浸透せず、電離した表面層が逐
次的に溶解していく。
Hitherto, high performance resist materials which can be developed with aqueous alkali have utilized the properties of phenolic polymers such as novolak resins which are insoluble in water and soluble in aqueous alkali. That is, when the surface of the polymer coating film having a phenolic hydroxyl group comes into contact with an aqueous alkali solution used for a developer, the hydroxyl group is ionized into a phenolate anion and eluted into the aqueous alkali solution. At this time, the developer does not substantially penetrate into the inside of the coating film that is not in contact with the developer, and the ionized surface layer is sequentially dissolved.

【0010】この性質を利用したレジスト材料では、紫
外線,電子線等の活性化学線によって誘起される化学反
応によって、上記の水性アルカリ溶解性の有無をもたら
すことでパタン形成可能にしており、また、現像過程で
電離した表面層が逐次的に溶解していくのでレジスト膜
の残留塗膜部は現像液の浸透が実質的に起きないので現
像液による膨潤等の変形を起こさず、高解像度のパタン
が形成できる。
In a resist material utilizing this property, a pattern can be formed by providing the presence or absence of the above-mentioned aqueous alkali solubility by a chemical reaction induced by active actinic rays such as ultraviolet rays and electron beams. Since the ionized surface layer is dissolved sequentially during the development process, the residual coating portion of the resist film does not substantially penetrate the developing solution, so that deformation such as swelling due to the developing solution does not occur, and a high-resolution pattern is formed. Can be formed.

【0011】本発明者等は、側鎖にカルボン酸構造を有
する種々のビニル重合性ポリマについて、その塗膜の水
性アルカリ溶解性を鋭意検討したところ、フェノール性
水酸基を有する高分子塗膜に容易に見られた、表面層が
逐次的に溶出する溶解特性を見いだすことが困難であっ
た。
The present inventors have conducted intensive studies on the aqueous alkali solubility of various vinyl polymerizable polymers having a carboxylic acid structure in the side chain. However, it was difficult to find the dissolution characteristic of the surface layer which was sequentially eluted.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明の第1の目的
は、ArFエキシマレーザの波長193nmを含む遠紫
外線領域で透明、かつドライエッチング耐性も高い化学
構造を持ちながら、水性アルカリ現像液に対して表面層
が逐次的に溶出する溶解特性を有する高分子材料を利用
することで、解像性能の優れたパタン形成方法を提供す
ることにある。また第2の目的は、そのようなパタン形
成方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することで
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION A first object of the present invention is to provide a chemical composition which is transparent in a deep ultraviolet region including a wavelength of 193 nm of an ArF excimer laser and has a high dry etching resistance, while being resistant to an aqueous alkaline developer. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a pattern forming method having excellent resolution performance by utilizing a polymer material having a dissolving property in which a surface layer is sequentially eluted. A second object is to provide a method for manufacturing a semiconductor device using such a pattern forming method.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の第1の目的を達成
するために、本発明のパタン形成方法は、所定の基板上
に感光性組成物からなる塗膜を形成し、その塗膜に所定
のパタン状に活性化学線を照射することで上記塗膜中に
所望のパタンの潜像を形成して、その後、水性アルカリ
現像液を用いて上記塗膜中に所望のパタンを現像するパ
タン形成方法において、水性アルカリ現像液での現像
が、実質的に潜像形成後の塗膜中の下記化学式(1)な
いし(8)のいずれかで示される化学構造に基づく水性
アルカリへの溶解性によるようにしたものである。
Means for Solving the Problems In order to achieve the first object, the pattern forming method of the present invention comprises forming a coating film of a photosensitive composition on a predetermined substrate, and forming the coating film on the coating film. A pattern for forming a latent image of a desired pattern in the coating film by irradiating active actinic radiation in a predetermined pattern, and then developing the desired pattern in the coating film using an aqueous alkaline developer In the formation method, the development with an aqueous alkali developer is substantially equivalent to the solubility in an aqueous alkali based on the chemical structure represented by any one of the following chemical formulas (1) to (8) in the coating film after formation of the latent image. It is as if by.

【0014】[0014]

【化9】 Embedded image

【0015】[0015]

【化10】 Embedded image

【0016】[0016]

【化11】 Embedded image

【0017】[0017]

【化12】 Embedded image

【0018】[0018]

【化13】 Embedded image

【0019】[0019]

【化14】 Embedded image

【0020】[0020]

【化15】 Embedded image

【0021】[0021]

【化16】 Embedded image

【0022】ここで式中、Rはメチル基,エチル基,2
−プロピル基などのアルキル基、あるいはシクロヘキサ
ンエチル基,ノルボルナンメチル基,アダマンタンメチ
ル基などの環状アルキル基、あるいは4−ヒドロキシメ
チルトリシクロ〔5.2.1.02,6 〕デカニル−8−
メチル基,1−ヒドロキシメチルシクロヘキサン−4−
メチル基などの水酸基を有する環状アルキル基から選ば
れる少なくとも1つの基を表す。
Wherein R is a methyl group, an ethyl group, 2
Alkyl groups such as -propyl group, or cyclic alkyl groups such as cyclohexaneethyl group, norbornanemethyl group, adamantanemethyl group, or 4-hydroxymethyltricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decanyl-8-
Methyl group, 1-hydroxymethylcyclohexane-4-
It represents at least one group selected from a cyclic alkyl group having a hydroxyl group such as a methyl group.

【0023】上記Rは、単なるアルキル基より環状アル
キル基、及び水酸基を有する環状アルキル基である方
が、ドライエッチング耐性が向上するので望ましく、ま
たよりかさ高いために塗膜にした際に遠紫外領域、特に
193nmでの吸収が小さくなるので望ましい。
R is preferably a cyclic alkyl group or a cyclic alkyl group having a hydroxyl group, rather than a mere alkyl group, because dry etching resistance is improved. This is desirable because the absorption in the region, especially at 193 nm, is reduced.

【0024】上記化学式(1),(2)のような構造は、5
−メチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エンの
ような環状脂肪族炭化水素骨格を含む化合物と無水マレ
イン酸をラジカル共重合して、その無水マレイン酸部分
をアルコールでエステル化して変性することにより得ら
れる。
The structure represented by the above chemical formulas (1) and (2) is
Radical copolymerization of a compound having a cyclic aliphatic hydrocarbon skeleton such as -methylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene and maleic anhydride, and the maleic anhydride portion is modified by esterification with an alcohol. It is obtained by doing.

【0025】上記化学式(3),(4)のような構造は、シ
クロオクタ−1,5−ジエンのような環状脂肪族炭化水
素骨格を含む化合物と無水マレイン酸をラジカル共重合
して、その無水マレイン酸部分をアルコールでエステル
化して変性することにより得られる。
The structure represented by the above chemical formulas (3) and (4) is obtained by radically copolymerizing a compound having a cyclic aliphatic hydrocarbon skeleton such as cycloocta-1,5-diene with maleic anhydride to form a copolymer thereof. It is obtained by esterifying and modifying the maleic acid moiety with an alcohol.

【0026】上記化学式(5),(6)のような構造は、5
−エチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エンの
ような環状脂肪族炭化水素骨格を含む化合物と無水マレ
イン酸をラジカル共重合して、その無水マレイン酸部分
をアルコールでエステル化して変性することにより得ら
れる。
The structure represented by the above chemical formulas (5) and (6)
Radical copolymerization of maleic anhydride with a compound having a cyclic aliphatic hydrocarbon skeleton such as ethylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene, and esterification of the maleic anhydride portion with an alcohol for modification. It is obtained by doing.

【0027】上記化学式(7),(8)のような構造は、5
−ビニルビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エンのよ
うな環状脂肪族炭化水素骨格を含む化合物と無水マレイ
ン酸をラジカル共重合して、その無水マレイン酸部分を
アルコールでエステル化して変性することにより得られ
る。
The structure represented by the above chemical formulas (7) and (8)
Radical copolymerization of a compound having a cyclic aliphatic hydrocarbon skeleton such as -vinylbicyclo [2.2.1] hept-2-ene and maleic anhydride, and the maleic anhydride portion is modified by esterification with an alcohol. It is obtained by doing.

【0028】ここで上記の変性に用いるアルコールとし
ては、メタノール,エタノール,2−プロパノールのよ
うな脂肪族アルコールが望ましく、さらにはよりドライ
エッチング耐性が向上することから、シクロヘキサンエ
タノール,ノルボルナンメタノール,1−アダマンタノ
ールなどの環状脂肪族アルコール、あるいは4,8−ビ
ス(ヒドロキシメチル)トリシクロ〔5.2.1.0
2,6 〕デカン、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シク
ロヘキサンなどの環状脂肪族ジオールが望ましい。
As the alcohol used for the above modification, aliphatic alcohols such as methanol, ethanol and 2-propanol are preferable, and cyclohexaneethanol, norbornanemethanol, and 1-hydroxyl-ethanol are preferable since the dry etching resistance is further improved. Cycloaliphatic alcohols such as adamantanol, or 4,8-bis (hydroxymethyl) tricyclo [5.2.1.0
2,6 ] decane and cycloaliphatic diols such as 1,4-bis (hydroxymethyl) cyclohexane are preferred.

【0029】これらの環状脂肪族炭化水素骨格を含む化
合物と無水マレイン酸共重合体の変性に用いる脂肪族ア
ルコールは、2種類以上を混合して用いることもでき
る。また共重合体中の無水マレイン酸部分を、完全にア
ルコールでエステル化しなくても良い。ただし、無水マ
レイン酸部分の構造は、193nmを含む遠紫外線領域
で吸収を持つことから、できる限りエステル化して変性
した方が良い。
These compounds containing a cyclic aliphatic hydrocarbon skeleton and the aliphatic alcohol used for modifying the maleic anhydride copolymer may be used as a mixture of two or more kinds. Further, the maleic anhydride portion in the copolymer may not be completely esterified with alcohol. However, since the structure of the maleic anhydride portion has an absorption in the far ultraviolet region including 193 nm, it is preferable that the structure be modified by esterification as much as possible.

【0030】本発明のパタン形成方法で用いる活性化学
線としては、紫外光,KrFエキシマレーザ光のような
遠紫外光,ArFエキシマレーザ光のような真空紫外光
が挙げられる。なお電子線,EUV,エックス線等も用
いることができる。
The active actinic radiation used in the pattern forming method of the present invention includes ultraviolet light, far ultraviolet light such as KrF excimer laser light, and vacuum ultraviolet light such as ArF excimer laser light. Note that an electron beam, EUV, X-ray, or the like can also be used.

【0031】なお本発明のパタン形成方法で用いる活性
化学線が、193nmのArFエキシマレーザである場
合は、上記化学式(1)ないし(4)の構造のものの方
がその波長における吸収が小さいので望ましい。
When the active actinic ray used in the pattern forming method of the present invention is an 193 nm ArF excimer laser, those having the structures of the above-mentioned chemical formulas (1) to (4) are preferable because of their smaller absorption at that wavelength. .

【0032】本発明のパタン形成方法は、活性化学線を
照射することで塗膜中に所望のパタンの潜像を形成する
工程と、水性アルカリ現像液を用いて塗膜中に所望のパ
タンを現像する工程との間に、塗膜を加熱する工程を含
んでも良い。
The pattern forming method of the present invention comprises a step of forming a latent image of a desired pattern in a coating film by irradiating actinic radiation, and a step of forming a desired pattern in the coating film using an aqueous alkaline developer. A step of heating the coating film may be included between the step of developing.

【0033】上記第2の目的を達成するための本発明の
半導体装置の製造方法は、半導体基板上に上記記載のい
ずれかのパタン形成方法によりレジストパタンを形成
し、それをもとに、基板をエッチング加工する工程か、
もしくは基板にイオンを打ち込む工程を含むようにした
ものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a resist pattern on a semiconductor substrate by any one of the pattern forming methods described above; Process of etching
Alternatively, the method includes a step of implanting ions into the substrate.

【0034】本発明の半導体の製造方法で用いられるエ
ッチング加工法としては、プラズマエッチング,反応性
イオンエッチング,反応性イオンビームエッチング等の
ドライエッチング法や、ウエットエッチング法が挙げら
れる。
Examples of the etching method used in the semiconductor manufacturing method of the present invention include dry etching methods such as plasma etching, reactive ion etching, and reactive ion beam etching, and wet etching methods.

【0035】本発明の半導体装置の製造方法において加
工される基板としては、CVD法や熱酸化法で形成され
た二酸化珪素膜,塗布性ガラス膜などの酸化膜、あるい
は窒化珪素膜等の窒化膜が挙げられる。またアルミニウ
ムやその合金,タングステンなどの各種金属膜,多結晶
シリコン等が挙げられる。
The substrate to be processed in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is an oxide film such as a silicon dioxide film or a coatable glass film formed by a CVD method or a thermal oxidation method, or a nitride film such as a silicon nitride film. Is mentioned. In addition, various metal films such as aluminum and its alloys, tungsten, and polycrystalline silicon can be used.

【0036】本発明のパタン形成方法では、水性アルカ
リ現像液での現像が、実質的に潜像形成後の塗膜中の上
記化学式(1)ないし(8)で示される化学構造による
ことを特徴とする。このアルカリ現像性を誘起している
構造は、環状脂肪族炭化水素骨格1ユニットに対して、
近傍にカルボン酸の構造を1ユニット持つ。したがっ
て、疎水性部分と親水性部分が交互に並んだ構造、ある
いは1対1に接合した親水性と疎水性のバランスが良い
構造を持つ。
In the pattern forming method of the present invention, the development with the aqueous alkaline developer is substantially based on the chemical structure represented by the above-mentioned chemical formulas (1) to (8) in the coating film after forming the latent image. And The structure inducing the alkali developability is based on one unit of the cyclic aliphatic hydrocarbon skeleton.
It has one unit of carboxylic acid structure nearby. Therefore, it has a structure in which hydrophobic portions and hydrophilic portions are alternately arranged, or a structure in which the hydrophilicity and the hydrophobicity are well-balanced one to one.

【0037】また、特に化学式(1),(2)および
(5)ないし(8)で表される構造では、環状脂肪族炭
化水素骨格の部分がつながって高分子化合物を形成して
おり、そこからカルボン酸が出ている構造であり、従来
から使われてきたノボラック樹脂の構造と類似してい
る。その結果、フェノール性水酸基を有する高分子塗膜
で見られたように、現像液に用いるアルカリ水溶液に接
触すると表面のカルボキシル基が電離し、アルカリ水溶
液に溶出する。この際、その極性のバランスから現像液
に接していない塗膜の内部には現像液は実質的に浸透せ
ず、電離した表面層が逐次的に溶解していく。
In particular, in the structures represented by the chemical formulas (1), (2) and (5) to (8), portions of the cyclic aliphatic hydrocarbon skeleton are connected to form a polymer compound. From the carboxylic acid, and is similar to the structure of a novolak resin conventionally used. As a result, as seen in the polymer coating having a phenolic hydroxyl group, the carboxyl group on the surface is ionized upon contact with the aqueous alkali solution used for the developer and eluted into the aqueous alkali solution. At this time, the developer does not substantially penetrate into the inside of the coating film which is not in contact with the developer due to the balance of the polarity, and the ionized surface layer is sequentially dissolved.

【0038】この性質を利用したレジスト材料では、遠
紫外線,電子線等の活性化学線によって誘起される化学
反応によって、上記の水性アルカリ溶解性の有無をもた
らすことでパタン形成が可能である。ここで現像過程で
電離した表面層は逐次的に溶解していくので、レジスト
膜の残留塗膜部は現像液の浸透が実質的に起きない。そ
のため現像液による膨潤等の変形を起こさず、高解像度
のパタンが形成できる。
In a resist material utilizing this property, it is possible to form a pattern by providing the presence or absence of the above-mentioned aqueous alkali solubility by a chemical reaction induced by active actinic rays such as far ultraviolet rays and electron beams. Here, since the surface layer ionized in the developing process is sequentially dissolved, the permeation of the developing solution does not substantially occur in the remaining coating portion of the resist film. Therefore, a high-resolution pattern can be formed without deformation such as swelling due to the developer.

【0039】また上記化学式(1)ないし(8)で示さ
れる化学構造では、酸無水物の構造をエステル化して変
性しているため、そのエステルのアルキル基の部分でさ
らにドライエッチング耐性を付与でき、またその部分の
かさ高さで溶解速度をある程度コントロールすることが
できる。
In the chemical structures represented by the chemical formulas (1) to (8), the structure of the acid anhydride is modified by esterification, so that the alkyl group portion of the ester can further impart dry etching resistance. In addition, the dissolution rate can be controlled to some extent by the height of the portion.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明をさら
に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限
定されるものではない。まず実施例に先立ち、本発明で
用いた材料の合成例を示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to these examples. First, prior to the examples, synthetic examples of the materials used in the present invention will be described.

【0041】〈合成例1〉ノルボルナン−2−メタノー
ル変性5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2
−エン−無水マレイン酸共重合体(A)の合成温度計,
冷却管,窒素導入管をつけた500mlの3口フラスコ
に、5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2−
エン21.2g,無水マレイン酸19.6g,2,2′−ア
ゾビス(イソブチロニトリル)2.56g,テトラヒドロ
フラン(THF)240gを入れ、窒素を導入しながら
70℃で加熱環流して、8時間重合を行った。重合後、
n−ヘキサン1000mlへ溶液を注ぎ、ポリマを析出
させ、乾燥して5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘ
プト−2−エン−無水マレイン酸共重合体(9)を3
7.5gを得た(収率92%)。得られたポリマの構造
は、種々の分析法から下記の構造が主であることがわか
った。
<Synthesis Example 1> Norbornane-2-methanol-modified 5-methylenebicyclo [2.2.1] hept-2
-Synthesis thermometer of ene-maleic anhydride copolymer (A),
In a 500 ml three-necked flask equipped with a cooling tube and a nitrogen inlet tube, 5-methylenebicyclo [2.2.1] hept-2-
21.2 g of ene, 19.6 g of maleic anhydride, 2.56 g of 2,2'-azobis (isobutyronitrile) and 240 g of tetrahydrofuran (THF) were added, and the mixture was heated to reflux at 70 ° C. while introducing nitrogen for 8 hours. Polymerization was performed. After polymerization,
The solution was poured into 1000 ml of n-hexane to precipitate a polymer, and the polymer was dried to obtain 5-methylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (9).
7.5 g were obtained (92% yield). The following structures were found to be the main structures of the obtained polymer from various analytical methods.

【0042】[0042]

【化17】 Embedded image

【0043】またゲルパーミエーションクロマトグラフ
ィ(GPC)によりテトラヒドロフラン中で、このポリ
マのポリスチレン換算の分子量を調べたところ、重量平
均分子量が5,800,数平均分子量が2,500であっ
た。
When the molecular weight of this polymer in terms of polystyrene was examined in gel permeation chromatography (GPC) in tetrahydrofuran, the weight average molecular weight was 5,800 and the number average molecular weight was 2,500.

【0044】この5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕
ヘプト−2−エン−無水マレイン酸共重合体10gをテ
トラヒドロフラン80gに溶解し、ノルボルナン−2−
メタノール50g,塩酸6滴を加えて約30時間加熱環
流した。その後、溶液をn−ヘキサンで2回再沈殿し
て、白色粉末状ポリマ(A)13.8gを得た。得られた
ポリマの構造は、種々の分析法からカルボン酸とエステ
ルを含む、下記化学式(10)または(11)の構造が
主であることがわかった。
This 5-methylenebicyclo [2.2.1]
10 g of a hept-2-ene-maleic anhydride copolymer was dissolved in 80 g of tetrahydrofuran to obtain norbornane-2-ene.
50 g of methanol and 6 drops of hydrochloric acid were added, and the mixture was refluxed under heating for about 30 hours. Thereafter, the solution was reprecipitated twice with n-hexane to obtain 13.8 g of a white powdery polymer (A). It was found from various analytical methods that the structure of the obtained polymer was mainly a structure of the following chemical formula (10) or (11) containing a carboxylic acid and an ester.

【0045】[0045]

【化18】 Embedded image

【0046】[0046]

【化19】 Embedded image

【0047】得られた上記ポリマ(A)100重量部を
シクロヘキサノン600重量部に溶解し、孔径0.2μ
m のフィルタで濾過した。それを回転塗布し、100
℃で2分間ベークしてポリマ膜を得た。シリコン基板上
に塗布した膜(膜厚480nm)をテトラメチルアンモニ
ウムヒドロキシド水溶液(濃度0.119重量%)に浸し
たところ、干渉色が変化しながら12秒で溶け、残膜が
0になった。また溶解速度モニタを用いて溶解を調べた
ところ、膨潤せずに溶解していることがわかった。
100 parts by weight of the obtained polymer (A) was dissolved in 600 parts by weight of cyclohexanone, and the pore size was 0.2 μm.
m. Spin it on, 100
Baking was performed at 2 ° C. for 2 minutes to obtain a polymer film. When the film (480 nm in thickness) applied on the silicon substrate was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (concentration: 0.119% by weight), the interference color changed and was dissolved in 12 seconds, and the remaining film became zero. . When the dissolution was examined using a dissolution rate monitor, it was found that the dissolution was achieved without swelling.

【0048】図1に溶解速度モニタを用いて得られた生
データである現像時間とモニタ光の強度の関係を示す。
また図2にそれを解析して得られた溶解時間と膜厚の関
係を示す。
FIG. 1 shows the relationship between the development time, which is the raw data obtained using the dissolution rate monitor, and the intensity of the monitor light.
FIG. 2 shows the relationship between the dissolution time and the film thickness obtained by analyzing the results.

【0049】フッ化リチウム基板上に塗布した膜の吸収
スペクトルを、真空紫外分光装置(ARC社製)で測定
したところ、193nmの吸光度が、膜厚1.0μmで
0.51であり、吸収が小さいことがわかった。
When the absorption spectrum of the film coated on the lithium fluoride substrate was measured with a vacuum ultraviolet spectrometer (manufactured by ARC), the absorbance at 193 nm was 0.51 at a film thickness of 1.0 μm. It turned out to be small.

【0050】さらにアルミ基板上に塗布した膜(膜厚7
70nm)について、ECR方式のドライエッチング装
置で、下記の条件でエッチングを行った。
Further, a film (film thickness 7) applied on an aluminum substrate
70 nm) was etched by an ECR dry etching apparatus under the following conditions.

【0051】 Cl2 流量 90sccm BCl3 流量 60sccm ガス圧 1.3Pa RFバイアスパワー 140W その結果、エッチレートは1120nm/sであった。
同条件下で比較したポリ(メタクリル酸メチル)のエッ
チレート1580nm/sより小さく、ポリ(p−ヒド
ロキシスチレン)のエッチレート1080nm/sと同
等であった。
Cl 2 flow rate 90 sccm BCl 3 flow rate 60 sccm Gas pressure 1.3 Pa RF bias power 140 W As a result, the etch rate was 1120 nm / s.
Under the same conditions, the etch rate of poly (methyl methacrylate) was smaller than 1580 nm / s, and was equivalent to the etch rate of poly (p-hydroxystyrene) of 1080 nm / s.

【0052】〈合成例2〉1−エトキシエチル化〔ノル
ボルナン−2−メタノール変性5−メチレンビシクロ
〔2.2.1〕ヘプト−2−エン−無水マレイン酸共重
合体〕(B)の合成 前記ポリマ(A)12g,エチルビニルエーテル4.4g
をTHF200mlに溶解し、ピリジニウムp−トルエ
ンスルホネート0.60g を加え室温で数時間撹拌し
た。反応の進行を赤外吸収スペクトルで確認した後、酢
酸エチル300mlを加え、有機層を100ml食塩水
で3回洗浄した。洗浄後、有機層を無水硫酸ナトリウム
で乾燥し、乾燥後、溶媒を減圧留去して減らして、n−
ヘキサン600mlへ注ぎ、沈殿したポリマを乾燥し
て、1−エトキシエチル化〔ノルボルナン−2−メタノ
ール変性5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−
2−エン−無水マレイン酸共重合体〕(B)を8.2gを
得た。得られたポリマの構造は、種々の分析法から下記
化学式(12)または(13)の構造が主であることが
わかった。
<Synthesis Example 2> Synthesis of 1-ethoxyethylated [norbornane-2-methanol-modified 5-methylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene-maleic anhydride copolymer] (B) 12 g of polymer (A), 4.4 g of ethyl vinyl ether
Was dissolved in 200 ml of THF, and 0.60 g of pyridinium p-toluenesulfonate was added, followed by stirring at room temperature for several hours. After confirming the progress of the reaction by an infrared absorption spectrum, 300 ml of ethyl acetate was added, and the organic layer was washed three times with 100 ml of a saline solution. After washing, the organic layer was dried over anhydrous sodium sulfate. After drying, the solvent was distilled off under reduced pressure to reduce
The polymer was poured into hexane (600 ml), and the precipitated polymer was dried and dried with 1-ethoxyethylated [norbornane-2-methanol modified 5-methylenebicyclo [2.2.1] hept-.
8.2 g of 2-ene-maleic anhydride copolymer] (B) was obtained. The structure of the obtained polymer was found to be mainly the structure of the following chemical formula (12) or (13) from various analytical methods.

【0053】[0053]

【化20】 Embedded image

【0054】[0054]

【化21】 Embedded image

【0055】〈合成例3〉メタノール変性5−メチレン
ビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン−無水マレイ
ン酸共重合体(C)の合成 合成例1で合成した5−メチレンビシクロ〔2.2.
1〕ヘプト−2−エン−無水マレイン酸共重合体14g
をメタノール200ml,塩酸6滴とともに約10時
間、加熱環流した。はじめポリマはメタノールに不溶で
あったが、加熱環流により溶けて均一になった。その
後、メタノールを減圧留去した後、テトラヒドロフラン
に再溶解し、n−ヘキサンに再沈殿して白色粉末状ポリ
マ(C)18.5gを得た。得られたポリマの構造は、種々
の分析法からカルボン酸とエステルを含む、下記化学式
(14)または(15)の構造が主であることがわかっ
た。
<Synthesis Example 3> Synthesis of methanol-modified 5-methylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (C) 5-methylenebicyclo [2] synthesized in Synthesis Example 1 .2.
1] 14 g of hept-2-ene-maleic anhydride copolymer
Was heated to reflux with 200 ml of methanol and 6 drops of hydrochloric acid for about 10 hours. At first, the polymer was insoluble in methanol, but dissolved by heating reflux and became uniform. Thereafter, methanol was distilled off under reduced pressure, then redissolved in tetrahydrofuran and reprecipitated in n-hexane to obtain 18.5 g of a white powdery polymer (C). It was found from various analytical methods that the structure of the obtained polymer was mainly a structure of the following chemical formula (14) or (15) containing a carboxylic acid and an ester.

【0056】[0056]

【化22】 Embedded image

【0057】[0057]

【化23】 Embedded image

【0058】合成例1に示したように、得られたポリマ
を塗膜にして、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド
水溶液(濃度0.119%)に浸したところ、干渉色を変
化させながら12.5秒 で溶け、残膜が0になった。ま
た溶解速度モニタを用いて溶解を調べたところ、膨潤せ
ずに溶解していることがわかった。
As shown in Synthesis Example 1, when the obtained polymer was used as a coating film and dipped in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (concentration: 0.119%), the interference color was changed for 12.5 seconds. And the remaining film became 0. When the dissolution was examined using a dissolution rate monitor, it was found that the dissolution was achieved without swelling.

【0059】合成例1に示したように塗膜の吸収スペク
トルを測定したところ、193nmの吸光度が、膜厚
1.0μmで0.83であることがわかった。さらにアル
ミ基板上に塗布した膜について、合成例1と同じ条件で
ドライエッチングを行ったところ、エッチレートは12
80nm/sであった。同条件下でのポリ(メタクリル
酸メチル)のエッチレートは、1580nm/sであ
り、それより小さかった。
When the absorption spectrum of the coating film was measured as shown in Synthesis Example 1, it was found that the absorbance at 193 nm was 0.83 at a film thickness of 1.0 μm. Further, when the film applied on the aluminum substrate was dry-etched under the same conditions as in Synthesis Example 1, the etch rate was 12
It was 80 nm / s. The etch rate of poly (methyl methacrylate) under the same conditions was 1580 nm / s, which was smaller.

【0060】〈合成例4〉4,8−ビス(ヒドロキシメ
チル)トリシクロ〔5.2.1.02,6 〕デカン変性5
−メチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン−
無水マレイン酸共重合体〕(D)の合成 合成例1と同様にして、4,8−ビス(ヒドロキシメチ
ル)トリシクロ〔5.2.1.02,6 〕デカンを用いて
5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン
−無水マレイン酸共重合体(前記化学式(9))の変性を
行った。反応後、n−ヘキサンで再沈殿した後、ポリマ
を再度ジエチルエーテルで再沈殿した。得られたポリマ
(D)の構造は、種々の分析法から下記化学式(16)
または(17)の構造が主であることがわかった。
Synthesis Example 4 Modified with 4,8-bis (hydroxymethyl) tricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decane 5
-Methylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene-
Synthesis of maleic anhydride copolymer] (D) In the same manner as in Synthesis Example 1, 5-methylenebicyclo was prepared using 4,8-bis (hydroxymethyl) tricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decane. [2.2.1] Modification of a hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (chemical formula (9)) was performed. After the reaction, after reprecipitation with n-hexane, the polymer was reprecipitated again with diethyl ether. The structure of the obtained polymer (D) was determined by the following chemical formula (16) from various analytical methods.
Or it turned out that the structure of (17) is main.

【0061】[0061]

【化24】 Embedded image

【0062】[0062]

【化25】 Embedded image

【0063】合成例1に示したようにポリマを塗膜にし
て、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(濃
度0.119%)に浸したところ、干渉色を変化させな
がら25秒で溶け、残膜が0になった。また溶解速度モ
ニタを用いて溶解を調べたところ、膨潤せずに溶解して
いることがわかった。
As shown in Synthesis Example 1, when a polymer was formed into a coating film and immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (concentration: 0.119%), it melted in 25 seconds while changing the interference color, and the residual film was formed. It became 0. When the dissolution was examined using a dissolution rate monitor, it was found that the dissolution was achieved without swelling.

【0064】合成例1に示したように塗膜の吸収スペク
トルを測定したところ、193nmの吸光度が、膜厚
1.0μmで0.39であることがわかった。さらにアル
ミ基板上に塗布した膜について、合成例1と同じ条件で
ドライエッチングを行ったところ、エッチレートは11
00nm/sであった。
When the absorption spectrum of the coating film was measured as shown in Synthesis Example 1, it was found that the absorbance at 193 nm was 0.39 at a film thickness of 1.0 μm. Further, when the film applied on the aluminum substrate was subjected to dry etching under the same conditions as in Synthesis Example 1, the etching rate was 11
00 nm / s.

【0065】〈合成例5〉シクロヘキサンエタノール変
性シクロオクタ−1,5−ジエン−無水マレイン酸共重
合体(E)の合成 合成例1で用いた5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕
ヘプト−2−エン21.2gの代わりに、シクロオクタ−
1,5−ジエン21.6g を用いて同様にラジカル重合
を行い、シクロオクタ−1,5−ジエン−無水マレイン
酸共重合体(18)を38g得た(収率93%)。得られ
たポリマの構造は、種々の分析法から下記の構造が主で
あることがわかった。
<Synthesis Example 5> Synthesis of cyclohexaneethanol-modified cycloocta-1,5-diene-maleic anhydride copolymer (E) 5-methylenebicyclo [2.2.1] used in Synthesis Example 1
Instead of 21.2 g of hept-2-ene, cycloocta-
Similarly, radical polymerization was carried out using 21.6 g of 1,5-diene to obtain 38 g of a cycloocta-1,5-diene-maleic anhydride copolymer (18) (yield: 93%). The following structures were found to be the main structures of the obtained polymer from various analytical methods.

【0066】[0066]

【化26】 Embedded image

【0067】またゲルパーミエーションクロマトグラフ
ィ(GPC)によりテトラヒドロフラン中で、このポリ
マのポリスチレン換算の分子量を調べたところ、重量平
均分子量が1.400,数平均分子量が1,000であっ
た。
Further, when the molecular weight of this polymer in terms of polystyrene was examined in tetrahydrofuran by gel permeation chromatography (GPC), the weight average molecular weight was 1.400 and the number average molecular weight was 1,000.

【0068】合成例1と同様にして、シクロヘキサンエ
タノールを用いてシクロオクタ−1,5−ジエン−無水
マレイン酸共重合体(18)の変性を行った。得られた
ポリマ(E)の構造は、種々の分析から下記化学式(1
9)または(20)の構造が主であることがわかった。
In the same manner as in Synthesis Example 1, the cycloocta-1,5-diene-maleic anhydride copolymer (18) was modified using cyclohexaneethanol. The structure of the obtained polymer (E) was determined by the following chemical formula (1) from various analyses.
It turned out that the structure of 9) or (20) is main.

【0069】[0069]

【化27】 Embedded image

【0070】[0070]

【化28】 Embedded image

【0071】合成例1に示したようにポリマを塗膜にし
て、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(濃
度0.119%)に浸したところ、干渉色を変化させな
がら6.9秒 で溶け、残膜が0になった。また溶解速度
モニタを用いて溶解を調べたところ、膨潤せずに溶解し
ていることがわかった。
As shown in Synthesis Example 1, when a polymer was formed into a coating film and immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (concentration: 0.119%), it melted in 6.9 seconds while changing the interference color. The membrane became zero. When the dissolution was examined using a dissolution rate monitor, it was found that the dissolution was achieved without swelling.

【0072】合成例1に示したように塗膜の吸収スペク
トルを測定したところ、193nmの吸光度が、膜厚
1.0μmで0.42であることがわかった。さらにアル
ミ基板上に塗布した膜について、合成例1と同じ条件で
ドライエッチングを行ったところ、エッチレートは11
70nm/sであった。
When the absorption spectrum of the coating film was measured as shown in Synthesis Example 1, it was found that the absorbance at 193 nm was 0.42 at a film thickness of 1.0 μm. Further, when the film applied on the aluminum substrate was subjected to dry etching under the same conditions as in Synthesis Example 1, the etching rate was 11
70 nm / s.

【0073】〈合成例6〉1,4−シクロヘキサンジメ
タノール変性5−エチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト
−2−エン−無水マレイン酸共重合体(F)の合成 合成例1で用いた5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕
ヘプト−2−エン21.2gの代わりに、5−エチレンビシ
クロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン24gを用いて同
様にラジカル重合を行い、5−エチレンビシクロ〔2.
2.1〕ヘプト−2−エン−無水マレイン酸共重合体
(21)を37g得た(収率86%)。得られたポリマ
の構造は、種々の分析から下記化学式の構造が主である
ことがわかった。
<Synthesis Example 6> Synthesis of 1,4-cyclohexanedimethanol-modified 5-ethylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (F) Used in Synthesis Example 1 5-methylenebicyclo [2.2.1]
Radical polymerization was similarly performed using 24 g of 5-ethylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene instead of 21.2 g of hept-2-ene to obtain 5-ethylenebicyclo [2.
2.1] 37 g of hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (21) was obtained (86% yield). Various analyzes revealed that the structure of the obtained polymer was mainly the structure of the following chemical formula.

【0074】[0074]

【化29】 Embedded image

【0075】またゲルパーミエーションクロマトグラフ
ィ(GPC)によりテトラヒドロフラン中で、このポリ
マのポリスチレン換算の分子量を調べたところ、重量平
均分子量が3,300,数平均分子量が2,000であっ
た。
When the molecular weight of this polymer in terms of polystyrene was examined in gel permeation chromatography (GPC) in tetrahydrofuran, the weight average molecular weight was 3,300 and the number average molecular weight was 2,000.

【0076】合成例1と同様にして、1,4−シクロヘ
キサンジメタノールを用いて5−エチレンビシクロ
〔2.2.1〕ヘプト−2−エン−無水マレイン酸共重
合体(29)の変性を行った。得られたポリマ(F)の構造
は、種々の分析法から下記化学式(22),(23)の構
造が主であることがわかった。
In the same manner as in Synthesis Example 1, modification of 5-ethylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (29) with 1,4-cyclohexanedimethanol was carried out. went. The structure of the obtained polymer (F) was found to be mainly the structures of the following chemical formulas (22) and (23) from various analytical methods.

【0077】[0077]

【化30】 Embedded image

【0078】[0078]

【化31】 Embedded image

【0079】合成例1に示したようにポリマを塗膜にし
て、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(濃
度0.119%)に浸したところ、干渉色を変化させな
がら7.2 秒で溶け、残膜が0になった。また溶解速度
モニタを用いて溶解を調べたところ、膨潤せずに溶解し
ていることがわかった。
As shown in Synthesis Example 1, when a polymer was formed into a coating film and immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (concentration: 0.119%), the polymer melted in 7.2 seconds while changing the interference color. The membrane became zero. When the dissolution was examined using a dissolution rate monitor, it was found that the dissolution was achieved without swelling.

【0080】合成例1に示したように塗膜の吸収スペク
トルを測定したところ、193nmの吸光度が、膜厚
1.0μmで1.43であることがわかった。さらにアル
ミ基板上に塗布した膜について、合成例1と同じ条件で
ドライエッチングを行ったところ、エッチレートは11
50nm/sであった。
When the absorption spectrum of the coating film was measured as shown in Synthesis Example 1, it was found that the absorbance at 193 nm was 1.43 at a film thickness of 1.0 μm. Further, when the film applied on the aluminum substrate was subjected to dry etching under the same conditions as in Synthesis Example 1, the etching rate was 11
It was 50 nm / s.

【0081】〈合成例7〉1−アダマンタノール変性5
−ビニルビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン−無
水マレイン酸共重合体(G)の合成 合成例1で用いた5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕
ヘプト−2−エン21.2gの代わりに、5−ビニルビシク
ロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン24gを用いて同様
にラジカル重合を行い、5−ビニルビシクロ〔2.2.
1〕ヘプト−2−エン−無水マレイン酸共重合体(2
4)を26g得た(収率59%)。得られたポリマの構
造は、種々の分析法から下記の構造が主であることがわ
かった。
<Synthesis Example 7> 1-adamantanol-modified 5
Synthesis of -vinylbicyclo [2.2.1] hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (G) 5-Methylenebicyclo [2.2.1] used in Synthesis Example 1
Instead of 21.2 g of hept-2-ene, 24-g of 5-vinylbicyclo [2.2.1] hept-2-ene was similarly subjected to radical polymerization to give 5-vinylbicyclo [2.2.
1] Hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (2
26 g of 4) was obtained (59% yield). The following structures were found to be the main structures of the obtained polymer from various analytical methods.

【0082】[0082]

【化32】 Embedded image

【0083】またゲルパーミエーションクロマトグラフ
ィ(GPC)によりテトラヒドロフラン中で、このポリ
マのポリスチレン換算の分子量を調べたところ、重量平
均分子量が2,900,数平均分子量が1,700であっ
た。
Further, when the molecular weight of this polymer in terms of polystyrene was examined in tetrahydrofuran by gel permeation chromatography (GPC), the weight average molecular weight was 2,900 and the number average molecular weight was 1,700.

【0084】合成例1と同様にして、1−アダマンタノ
ールを用いて5−ビニルビシクロ〔2.2.1〕ヘプト
−2−エン−無水マレイン酸共重合体(24)の変性を
行った。得られたポリマ(G)の構造は、種々の分析か
ら下記化学式(25)または(26)の構造が主である
ことがわかった。
In the same manner as in Synthesis Example 1, the 5-vinylbicyclo [2.2.1] hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (24) was modified using 1-adamantanol. Various analyzes revealed that the structure of the obtained polymer (G) was mainly the structure of the following chemical formula (25) or (26).

【0085】[0085]

【化33】 Embedded image

【0086】[0086]

【化34】 Embedded image

【0087】合成例1に示したようにポリマを塗膜にし
て、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(濃
度0.119%)に浸したところ、干渉色を変化させな
がら40秒で溶け、残膜が0になった。また溶解速度モ
ニタを用いて溶解を調べたところ、膨潤せずに溶解して
いることがわかった。
As shown in Synthesis Example 1, when a polymer was formed into a coating film and immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (concentration: 0.119%), it melted in 40 seconds while changing the interference color, and the residual film was formed. It became 0. When the dissolution was examined using a dissolution rate monitor, it was found that the dissolution was achieved without swelling.

【0088】合成例1に示したように塗膜の吸収スペク
トルを測定したところ、193nmの吸光度が、膜厚
1.0μmで3.11であることがわかった。さらにアル
ミ基板上に塗布した膜について、合成例1と同じ条件で
ドライエッチングを行ったところ、エッチレートは11
00nm/sであった。
When the absorption spectrum of the coating film was measured as shown in Synthesis Example 1, it was found that the absorbance at 193 nm was 3.11 at a film thickness of 1.0 μm. Further, when the film applied on the aluminum substrate was subjected to dry etching under the same conditions as in Synthesis Example 1, the etching rate was 11
00 nm / s.

【0089】<実施例1>合成例2で合成した1−エト
キシエチル化ノルボルナン−2−メタノール変性5−メ
チレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン−無水
マレイン酸共重合体(B)100重量部、酸発生剤トリ
メチルスルホニウムトリフレート5重量部をシクロヘキ
サノン600重量部に溶解し、孔径0.20μm のテフ
ロンフィルタを用いてろ過しレジスト溶液とした。
<Example 1> 1-ethoxyethylated norbornane-2-methanol-modified 5-methylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (B) synthesized in Synthesis Example 2 100 parts by weight) and 5 parts by weight of an acid generator, trimethylsulfonium triflate, were dissolved in 600 parts by weight of cyclohexanone, and filtered using a Teflon filter having a pore size of 0.20 μm to obtain a resist solution.

【0090】ヘキサメチルジシラザンで処理したシリコ
ン基板上に、上記のレジスト溶液を回転塗布し、塗布後
80℃で2分間加熱処理して、膜厚0.50μm のレジ
スト膜を形成した。この膜の吸収スペクトルを、紫外可
視分光光度計で測定したところ、193nmの透過率は
53%であり、透明性が高いことがわかった。
On a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane, the above-mentioned resist solution was spin-coated, and then heat-treated at 80 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.50 μm. When the absorption spectrum of this film was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer, the transmittance at 193 nm was 53%, indicating high transparency.

【0091】窒素で装置内部を置換した露光実験装置
に、上記のレジストを塗布した基板を入れ、その上に石
英板上にクロムでパタンを描いたマスクを密着させた。
そのマスクを通じてArFエキシマレーザ光を照射し、
その後80℃で2分間露光後ベークを行った。現像はテ
トラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(0.119
重量%)で、23℃で120秒間行い、続けて60秒間
純水でリンスした。その結果、露光量30mJ/cm2
ときに、レジスト膜の露光部のみが現像液に溶解除去さ
れ、ポジ型の0.25μm ラインアンドスペースパタン
が得られた。
The substrate coated with the above-described resist was placed in an exposure experiment apparatus in which the inside of the apparatus was replaced with nitrogen, and a mask in which a pattern of chromium was drawn on a quartz plate was adhered to the substrate.
Irradiate ArF excimer laser light through the mask,
Thereafter, post-exposure baking was performed at 80 ° C. for 2 minutes. Development was performed using an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (0.119).
% By weight) at 23 ° C. for 120 seconds, followed by rinsing with pure water for 60 seconds. As a result, when the exposure amount was 30 mJ / cm 2 , only the exposed portion of the resist film was dissolved and removed in the developing solution, and a positive 0.25 μm line and space pattern was obtained.

【0092】NaCl板上に塗布した上記レジストに、
同様にArFエキシマレーザ光を30mJ/cm2照射
し、露光前後および露光後ベーク後の赤外吸収スペクト
ルをパーキンエルマ社製FT−1720Xにより測定し
た。その結果、露光により1−エトキシエチル基が外れ
て、カルボン酸が再生していることがわかった。また露
光後にその反応は100%起きており、露光後ベークで
はほとんど変化しないことがわかった。これはArFエ
キシマレーザ露光により酸発生剤トリメチルスルホニウ
ムトリフレートからトリフルオロメタンスルホン酸が発
生し、その酸を触媒として、カルボキシル基を有するノ
ルボルナン−2−メタノール変性5−メチレンビシクロ
〔2.2.1〕ヘプト−2−エン−無水マレイン酸共重
合体(A)の構造が再生したことを示している。
The above resist coated on the NaCl plate was
Similarly, an ArF excimer laser beam was irradiated at 30 mJ / cm 2 , and infrared absorption spectra before and after exposure and after baking after exposure were measured by FT-1720X manufactured by PerkinElmer. As a result, it was found that the 1-ethoxyethyl group was removed by the exposure, and the carboxylic acid was regenerated. It was also found that the reaction occurred 100% after the exposure, and hardly changed in the post-exposure bake. This is because trifluoromethanesulfonic acid is generated from the acid generator trimethylsulfonium triflate by ArF excimer laser exposure, and the acid is used as a catalyst to produce norbornane-2-methanol-modified 5-methylenebicyclo [2.2.1] having a carboxyl group. This shows that the structure of the hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (A) was regenerated.

【0093】レジスト膜ははじめ1−エトキシエチル化
ノルボルナン−2−メタノール変性5−メチレンビシク
ロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン−無水マレイン酸共
重合体(B)の構造であり、アルカリ不溶であった。露
光により発生した酸により、1−エトキシエチル基が外
れ、カルボキシル基をもつノルボルナン−2−メタノー
ル変性5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2
−エン−無水マレイン酸共重合体(A)になり、露光部
がアルカリ現像液に溶解して、ポジ型のパタンが形成さ
れた。
The resist film has a structure of 1-ethoxyethylated norbornane-2-methanol-modified 5-methylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (B). It was insoluble. The acid generated by the exposure removes the 1-ethoxyethyl group and forms a carboxyl-containing norbornane-2-methanol-modified 5-methylenebicyclo [2.2.1] hept-2.
-An ene-maleic anhydride copolymer (A) was obtained, and the exposed portion was dissolved in an alkali developing solution to form a positive pattern.

【0094】なお、ここで用いた酸発生剤は、トリメチ
ルスルホニウムトリフレートに限られるものではなく、
オニウム塩、スルホン酸エステル、スルホニルオキシイ
ミドなど、ArFエキシマレーザ露光により酸を発生す
るものであればよく、さらにその193nmでの光吸収
が小さいものが望ましい。
The acid generator used here is not limited to trimethylsulfonium triflate.
Onium salts, sulfonic esters, sulfonyloxyimides, and the like which generate an acid by ArF excimer laser exposure may be used, and those having a small light absorption at 193 nm are desirable.

【0095】また、本発明中の高分子化合物であるノル
ボルナン−2−メタノール変性5−メチレンビシクロ
〔2.2.1〕ヘプト−2−エン−無水マレイン酸共重
合体(A)などのカルボキシル基をアルカリ可溶でなく
するのに用いた1−エトキシエチル基に代わる保護基と
しては、酸触媒反応でカルボキシル基が再生するもので
あればよく、つぎの実施例2で用いているテトラヒドロ
ピラニル基などのアセタール、ケタールやt−ブチル基
のようなエステル等を用いることができる。
The carboxyl group of the polymer compound of the present invention, such as the norbornane-2-methanol-modified 5-methylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (A) The protecting group in place of the 1-ethoxyethyl group used to render the compound not alkali-soluble may be any as long as the carboxyl group can be regenerated by an acid-catalyzed reaction, and the tetrahydropyranyl used in the following Example 2 is used. Acetal such as a group, ketal, ester such as a t-butyl group, and the like can be used.

【0096】<実施例2>合成例3で合成したポリマ
(C)を用いて、合成例2で用いたエチルビニルエーテ
ルの代わりに3,4ジヒドロピランを用いて、合成例2
と同様にして合成したテトラヒドロピラニル化〔メタノ
ール変性5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−
2−エン−無水マレイン酸共重合体〕100重量部、酸
発生剤N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ス
クシイミド5重量部をシクロヘキサノン600重量部に
溶解し、実施例1と同様にレジスト溶液を調製した。
Example 2 Using the polymer (C) synthesized in Synthesis Example 3 and using 3,4 dihydropyran instead of ethyl vinyl ether used in Synthesis Example 2, Synthesis Example 2
[Methanol-modified 5-methylenebicyclo [2.2.1] hept-
100 parts by weight of 2-ene-maleic anhydride copolymer] and 5 parts by weight of an acid generator N- (trifluoromethanesulfonyloxy) succinimide were dissolved in 600 parts by weight of cyclohexanone, and a resist solution was prepared in the same manner as in Example 1. .

【0097】ヘキサメチルジシラザンで処理したシリコ
ン基板上に、上記のレジスト溶液を回転塗布し、塗布後
80℃で2分間加熱処理して、膜厚0.45μm のレジ
スト膜を形成した。この膜の吸収スペクトルを、紫外可
視分光光度計で測定したところ、193nmの透過率は
55%であり、透明性が高いことがわかった。
On a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane, the above-mentioned resist solution was spin-coated, followed by heating at 80 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.45 μm. When the absorption spectrum of this film was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer, the transmittance at 193 nm was 55%, indicating that the film was highly transparent.

【0098】実施例1と同様にマスクを通じてArFエ
キシマレーザ光を照射し、その後80℃で2分間露光後
ベークを行った。現像はテトラメチルアンモニウムヒド
ロキシド水溶液(0.119重量%)で、23℃で120
秒間行い、続けて60秒間純水でリンスした。その結
果、露光量20mJ/cm2 のときに、レジスト膜の露光
部のみが現像液に溶解除去され、ポジ型の0.30μm
ラインアンドスペースパタンが得られた。
An ArF excimer laser beam was irradiated through a mask in the same manner as in Example 1. Thereafter, baking was performed after exposure at 80 ° C. for 2 minutes. The development was carried out using an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (0.119% by weight) at 23 ° C. for 120 minutes.
After that, the sample was rinsed with pure water for 60 seconds. As a result, when the exposure amount was 20 mJ / cm 2 , only the exposed portion of the resist film was dissolved and removed in the developing solution, and the positive type 0.30 μm
A line and space pattern was obtained.

【0099】<実施例3>合成例5で合成したポリマ
(E)を用いて、合成例2と同様にして合成した1−エ
トキシエチル化〔シクロヘキサンエタノール変性5−メ
チレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン−無水
マレイン酸共重合体〕100重量部、酸発生剤ジメチル
フェニルスルホニウムトリフレート5重量部をシクロヘ
キサノン600重量部に溶解し、実施例1と同様にレジス
ト溶液を調製した。
Example 3 Using the polymer (E) synthesized in Synthesis Example 5, 1-ethoxyethylated [cyclohexaneethanol-modified 5-methylenebicyclo [2.2.1] synthesized in the same manner as in Synthesis Example 2. [Hept-2-ene-maleic anhydride copolymer] 100 parts by weight and acid generator dimethylphenylsulfonium triflate 5 parts by weight were dissolved in cyclohexanone 600 parts by weight, and a resist solution was prepared in the same manner as in Example 1.

【0100】ヘキサメチルジシラザンで処理したシリコ
ン基板上に、上記のレジスト溶液を回転塗布し、塗布後
80℃で2分間加熱処理して、膜厚0.47μm のレジ
スト膜を形成した。この膜の吸収スペクトルを、紫外可
視分光光度計で測定したところ、193nmの透過率は
48%であり、透明性が高いことがわかった。
The above resist solution was spin-coated on a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane, and heated at 80 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.47 μm. When the absorption spectrum of this film was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer, the transmittance at 193 nm was 48%, indicating that the film was highly transparent.

【0101】実施例1と同様にマスクを通じてArFエ
キシマレーザ光を照射し、その後80℃で2分間露光後
ベークを行った。現像はテトラメチルアンモニウムヒド
ロキシド水溶液(0.119重量%)で、23℃で120
秒間行い、続けて60秒間純水でリンスした。その結
果、露光量25mJ/cm2 のときに、レジスト膜の露光
部のみが現像液に溶解除去され、ポジ型の0.25μm
ラインアンドスペースパタンが得られた。
An ArF excimer laser beam was irradiated through a mask in the same manner as in Example 1. Thereafter, baking was performed after exposure at 80 ° C. for 2 minutes. The development was carried out using an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (0.119% by weight) at 23 ° C. for 120 minutes.
After that, the sample was rinsed with pure water for 60 seconds. As a result, when the exposure amount was 25 mJ / cm 2 , only the exposed portion of the resist film was dissolved and removed in the developing solution, and a positive 0.25 μm
A line and space pattern was obtained.

【0102】<実施例4>合成例4で合成した4,8−
ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ〔5.2.1.0
2,6 〕デカン変性5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕
ヘプト−2−エン−無水マレイン酸共重合体(D)10
0重量部、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルー
3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート(ユ
ニオンカーバイド社製 ERL−4221)20重量
部、ジメチルフェニルスルホニウムトリフレート5重量
部をシクロヘキサノン600重量部に溶解し、実施例1
と同様にレジスト溶液を調製した。
Example 4 4,8-Synthesized in Synthesis Example 4
Bis (hydroxymethyl) tricyclo [5.2.1.0
2,6 ] decane-modified 5-methylenebicyclo [2.2.1]
Hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (D) 10
0 parts by weight, 20 parts by weight of 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexanecarboxylate (ERL-4221 manufactured by Union Carbide) and 5 parts by weight of dimethylphenylsulfonium triflate were dissolved in 600 parts by weight of cyclohexanone. Example 1
A resist solution was prepared in the same manner as described above.

【0103】ヘキサメチルジシラザンで処理したシリコ
ン基板上に、上記のレジスト溶液を回転塗布し、塗布後
80℃で2分間加熱処理して、膜厚0.42μm のレジ
スト膜を形成した。この膜の吸収スペクトルを、紫外可
視分光光度計で測定したところ、193nmの透過率は
53%であり、透明性が高いことがわかった。
The above resist solution was spin-coated on a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane, and heated at 80 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.42 μm. When the absorption spectrum of this film was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer, the transmittance at 193 nm was 53%, indicating high transparency.

【0104】実施例1と同様に位相シフトマスクを通じ
てArFエキシマレーザ光を照射し、その後100℃で
2分間露光後ベークを行った。現像はテトラメチルアン
モニウムヒドロキシド水溶液(0.119重量%)で、2
3℃で80秒間行い、続けて60秒間純水でリンスし
た。その結果、露光量250mJ/cm2 のときに、レジ
スト膜の未露光部のみが現像液に溶解除去され、ネガ型
の0.20μm ラインアンドスペースパタンが得られ
た。
An ArF excimer laser beam was irradiated through a phase shift mask in the same manner as in Example 1. Thereafter, baking was performed at 100 ° C. for 2 minutes after exposure. Development was performed using an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (0.119% by weight).
This was carried out at 3 ° C. for 80 seconds, followed by rinsing with pure water for 60 seconds. As a result, when the exposure amount was 250 mJ / cm 2 , only the unexposed portions of the resist film were dissolved and removed in the developing solution, and a negative 0.20 μm line and space pattern was obtained.

【0105】このレジストでは、そのベース樹脂である
4,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ〔5.
2.1.02,6 〕デカン変性5−メチレンビシクロ
〔2.2.1〕ヘプト−2−エン−無水マレイン酸共重
合体(D)がアルカリ可溶性を示すことにより、レジス
ト膜の未露光部は現像時に溶解する。これに対し、露光
部では、酸発生剤酸発生剤ジメチルフェニルスルホニウ
ムトリフレートから発生した酸により、露光後ベーク時
に3,4−エポキシシクロヘキシルメチルー3,4−エ
ポキシシクロヘキサンカルボキシレートが前記ベース樹
脂と反応してアルカリ不溶となり、その結果、ネガ型の
パタンが形成される。
In this resist, 4,8-bis (hydroxymethyl) tricyclo [5.
2.1.0 2,6 ] decane-modified 5-methylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (D) shows alkali solubility, so that the resist film is not exposed. Parts dissolve during development. On the other hand, in the exposed part, the acid generated from the acid generator dimethylphenylsulfonium triflate caused 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexanecarboxylate at the time of baking after exposure to the base resin. It reacts and becomes insoluble in alkali, and as a result, a negative pattern is formed.

【0106】なお、ここで用いた酸発生剤は、ジメチル
フェニルスルホニウムトリフレートに限られるものでは
なく、オニウム塩、スルホン酸エステル、スルホニルオ
キシイミドなど、ArFエキシマレーザ露光により酸を
発生するものであればよく、さらにその193nmでの
光吸収が小さいものが望ましい。
The acid generator used here is not limited to dimethylphenylsulfonium triflate, but may be an onium salt, a sulfonic acid ester, a sulfonyloxyimide or the like which generates an acid by ArF excimer laser exposure. It is preferable that the light absorption at 193 nm is small.

【0107】また、ここでネガ型化に用いた3,4−エ
ポキシシクロヘキシルメチルー3,4−エポキシシクロ
ヘキサンカルボキシレートは、それに限られるものでは
なく、発生した酸によりベース樹脂と関係したなんらか
の反応を起こし、アルカリ可溶性を減少させるものであ
ればよい。さらにはその193nmでの光吸収が小さい
ものが望ましい。
The 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexane carboxylate used for the negative mold is not limited to the above, and any reaction related to the base resin may be caused by the generated acid. It is only required to cause the alkali solubility and reduce the alkali solubility. Further, those having a small light absorption at 193 nm are desirable.

【0108】<実施例5>実施例4で用いた4,8−ビ
ス(ヒドロキシメチル)トリシクロ〔5.2.1.0
2,6 〕デカン変性5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕
ヘプト−2−エン−無水マレイン酸共重合体(D)の代
わりに、合成例6で合成した1,4−シクロヘキサンジ
メタノール変性5−エチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘ
プト−2−エン−無水マレイン酸共重合体(F)を用
い、酸発生剤にジメチルフェニルスルホニウムトリフレ
ート5重量部の代わりにトリフェニルスルホニウムトリ
フレート5重量部を用いてレジスト溶液を調製した。
<Example 5> The 4,8-bis (hydroxymethyl) tricyclo [5.2.1.0 used in Example 4 was used.
2,6 ] decane-modified 5-methylenebicyclo [2.2.1]
Instead of the hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (D), 1,4-cyclohexanedimethanol-modified 5-ethylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene- synthesized in Synthesis Example 6 A resist solution was prepared using the maleic anhydride copolymer (F) and using 5 parts by weight of triphenylsulfonium triflate instead of 5 parts by weight of dimethylphenylsulfonium triflate as an acid generator.

【0109】ヘキサメチルジシラザンで処理したシリコ
ン基板上に、上記のレジスト溶液を回転塗布し、塗布後
80℃で2分間加熱処理して、膜厚0.50μm のレジ
スト膜を形成した。これをKrFエキシマレーザステッ
パ(NA0.45)を用いて微細パタンの露光を行った。
露光後ベークを100℃で2分間行った。現像はテトラ
メチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(0.119重量
%)で、23℃で90秒間行い、続けて60秒間純水で
リンスした。その結果、露光量200mJ/cm2 のとき
に、レジスト膜の未露光部のみが現像液に溶解除去さ
れ、ネガ型の0.35μmラインアンドスペースパタン
が得られた。
The resist solution was spin-coated on a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane, and heated at 80 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.50 μm. This was exposed to a fine pattern using a KrF excimer laser stepper (NA 0.45).
After the exposure, baking was performed at 100 ° C. for 2 minutes. The development was performed with an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (0.119% by weight) at 23 ° C. for 90 seconds, followed by rinsing with pure water for 60 seconds. As a result, when the exposure amount was 200 mJ / cm 2 , only the unexposed portion of the resist film was dissolved and removed in the developing solution, and a negative 0.35 μm line and space pattern was obtained.

【0110】<実施例6>実施例4で用いた4,8−ビ
ス(ヒドロキシメチル)トリシクロ〔5.2.1.0
2,6 〕デカン変性5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕
ヘプト−2−エン−無水マレイン酸共重合体(D)の代
わりに、合成例7で合成したアダマンタノール変性5−
エチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン−無
水マレイン酸共重合体(G)を用い、酸発生剤にN−
(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ナフチルイミド
5重量部を用いてレジスト溶液を調製した。
<Example 6> The 4,8-bis (hydroxymethyl) tricyclo [5.2.1.0 used in Example 4 was used.
2,6 ] decane-modified 5-methylenebicyclo [2.2.1]
Instead of the hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (D), the adamantanol-modified 5-synthetic compound synthesized in Synthesis Example 7 was used.
Ethylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene-maleic anhydride copolymer (G) was used, and N-
A resist solution was prepared using 5 parts by weight of (trifluoromethanesulfonyloxy) naphthylimide.

【0111】ヘキサメチルジシラザンで処理したシリコ
ン基板上に、上記のレジスト溶液を回転塗布し、塗布後
80℃で2分間加熱処理して、膜厚0.53μm のレジ
スト膜を形成した。これをKrFエキシマレーザステッ
パ(NA0.45)を用いて微細パタンの露光を行った。
露光後ベークを100℃で2分間を行った。現像はテト
ラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(0.119重
量%)で、23℃で100秒間行い、続けて60秒間純
水でリンスした。その結果、露光量240mJ/cm2
ときに、レジスト膜の未露光部のみが現像液に溶解除去
され、ネガ型の0.35μmラインアンドスペースパタ
ンが得られた。
The above resist solution was spin-coated on a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane, and heated at 80 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.53 μm. This was exposed to a fine pattern using a KrF excimer laser stepper (NA 0.45).
After the exposure, baking was performed at 100 ° C. for 2 minutes. The development was performed with an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (0.119% by weight) at 23 ° C. for 100 seconds, followed by rinsing with pure water for 60 seconds. As a result, when the exposure amount was 240 mJ / cm 2 , only the unexposed portion of the resist film was dissolved and removed in the developing solution, and a negative 0.35 μm line and space pattern was obtained.

【0112】<実施例7>図3に公知のMOS(金属−
酸化物−半導体)型トランジスタの断面図を示す。同ト
ランジスタは、ゲート電極38に印加する電圧により、
ソース電極36及びドレイン電極37間に流れるドレイ
ン電流を制御する構造となっている。
<Embodiment 7> FIG. 3 shows a well-known MOS (metal-
1 shows a cross-sectional view of an (oxide-semiconductor) transistor. The same transistor operates according to a voltage applied to the gate electrode 38.
The structure is such that the drain current flowing between the source electrode 36 and the drain electrode 37 is controlled.

【0113】ここでこのような構造を作る工程は、十数
工程からなるが、それらを大きく分けるとフィールド酸
化膜形成までの工程と、ゲート形成までの工程と、最終
工程の3つにグループわけすることができる。ここでは
じめのフィールド酸化膜形成までの工程(図4)には、
窒化シリコン膜上でレジストパタンを形成する工程が含
まれる。このフィールド酸化膜形成を以下の実施例の様
にして行った。
Here, the steps of fabricating such a structure consist of dozens of steps. These steps can be roughly divided into three steps: a step up to formation of a field oxide film, a step up to gate formation, and a final step. can do. Here, the process up to the first field oxide film formation (FIG. 4) includes:
A step of forming a resist pattern on the silicon nitride film is included. This field oxide film was formed as in the following examples.

【0114】公知の方法により、図4(a)の様にp型
シリコンウエハ41上に50nmの酸化膜42を形成
し、その上にプラズマCVDにより、200nmの窒化
シリコン膜43を形成し基板とする。この基板に、実施
例1に示した材料,方法により0.50μm ラインのレ
ジストパタン44の形成を行う〔図4(b)〕。このレジ
ストパタンをマスクとして、公知の方法で窒化シリコン
膜43をエッチングした後〔図4(c)〕、このレジスト
44を再びマスクにして、チャンネルストッパのための
ホウ素のイオン打ち込みを行う。レジスト44を剥離後
〔図4(d)〕、窒化シリコン膜43をマスクとする選択
酸化により、素子分離領域に1.2μm のフィールド酸
化膜45を形成する〔図4(e)〕。
As shown in FIG. 4A, a 50 nm oxide film 42 is formed on a p-type silicon wafer 41 by a known method, and a 200 nm silicon nitride film 43 is formed thereon by plasma CVD. I do. A resist pattern 44 having a 0.50 μm line is formed on this substrate by the material and method described in the first embodiment (FIG. 4B). After the silicon nitride film 43 is etched by a known method using this resist pattern as a mask [FIG. 4C], boron ions for channel stopper are implanted using the resist 44 as a mask again. After removing the resist 44 (FIG. 4D), a 1.2 μm field oxide film 45 is formed in the element isolation region by selective oxidation using the silicon nitride film 43 as a mask (FIG. 4E).

【0115】このあと公知の方法に従い、ゲート形成の
工程と、最終工程を行った。窒化シリコン膜43をエッ
チング後、ゲートを酸化し、多結晶シリコン44の成長
を行う〔図4(f)〕。この基板に、実施例1に示したパ
タン形成方法を用いて、0.25μmラインのレジストパタ
ン47の形成を行う〔図4(g)〕。このレジストパタン
をマスクとして、公知の方法で多結晶シリコン46のエ
ッチングを行い、ゲート48を形成する〔図4(h)〕。
Thereafter, a gate forming step and a final step were performed according to a known method. After etching the silicon nitride film 43, the gate is oxidized to grow polycrystalline silicon 44 (FIG. 4F). A resist pattern 47 of 0.25 μm line is formed on this substrate by using the pattern forming method described in the first embodiment (FIG. 4G). Using this resist pattern as a mask, the polysilicon 46 is etched by a known method to form a gate 48 (FIG. 4H).

【0116】以下、図示を略すが、ソース,ドレインの
薄い酸化膜をエッチングし、次いで多結晶シリコンゲー
トとソース,ドレインにヒ素を拡散し、多結晶シリコン
ゲートとソース,ドレイン領域に酸化膜を形成する。ゲ
ート,ソース,ドレインへのアルミニウム配線のための
コンタクトを開口視,アルミニウム蒸着とパタンニング
を行い、さらに保護膜を形成し、ボンディングのための
パッドを開口する。このようにして図3のようなMOS
型トランジスタが形成される。
Hereinafter, although not shown, the thin oxide film of the source and drain is etched, and then arsenic is diffused in the polycrystalline silicon gate and the source and drain to form an oxide film in the polycrystalline silicon gate and the source and drain regions. I do. The contacts for the aluminum wiring to the gate, source, and drain are viewed from the opening, aluminum deposition and patterning are performed, a protective film is formed, and pads for bonding are opened. Thus, the MOS shown in FIG.
A type transistor is formed.

【0117】ここではMOS型トランジスタについて、
特にフィールド酸化膜の形成方法を記述したが、本発明
はこれに限らないのは言うまでもなく、他の半導体素子
の製造方法,工程に適用できる。
Here, regarding the MOS transistor,
In particular, the method of forming a field oxide film has been described. However, it is needless to say that the present invention is not limited to this, and can be applied to other semiconductor device manufacturing methods and processes.

【0118】[0118]

【発明の効果】本発明によれば環状脂肪族炭化水素骨格
1ユニットに対して、近傍にカルボン酸の構造を1ユニ
ット持つ構造の高分子化合物を用いることにより、遠紫
外線領域で透明で、かつドライエッチング耐性が高くな
り、しかも水性アルカリ現像液に対して表面層が逐次的
に溶出する溶解特性を有するため、解像性能の優れたパ
タン形成ができる。
According to the present invention, by using a polymer compound having one unit of a carboxylic acid structure in the vicinity with respect to one unit of the cyclic aliphatic hydrocarbon skeleton, the compound is transparent in the far ultraviolet region, and Since dry etching resistance is increased and the surface layer has a dissolving property of being sequentially eluted with an aqueous alkaline developer, a pattern having excellent resolution performance can be formed.

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

【図1】合成例1のポリマの塗膜の現像時間とモニタ光
の強度の関係を示すグラフ。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the development time of a polymer coating film of Synthesis Example 1 and the intensity of monitor light.

【図2】合成例1のポリマの塗膜の溶解時間と膜厚の関
係を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the dissolution time and the film thickness of a polymer coating film of Synthesis Example 1.

【図3】MOS型トランジスタの断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a MOS transistor.

【図4】本発明のパタン形成方法を用いたフィールド酸
化膜、及びシリコンゲートの形成方法を示す図。
FIG. 4 is a view showing a method for forming a field oxide film and a silicon gate using the pattern forming method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

32,45…フィールド酸化膜、33…ソースコンタク
ト、34…ドレインコンタクト、35…多結晶シリコ
ン、36…ソース電極、37…ドレイン電極、38…ゲ
ート電極、39…保護膜、42…酸化膜、43…窒化シ
リコン膜、44…レジストパタン、46…多結晶シリコ
ン膜、47…レジストパタン、48…多結晶シリコンゲ
ート。
32, 45: Field oxide film, 33: Source contact, 34: Drain contact, 35: Polycrystalline silicon, 36: Source electrode, 37: Drain electrode, 38: Gate electrode, 39: Protective film, 42: Oxide film, 43 .., A silicon nitride film, 44, a resist pattern, 46, a polycrystalline silicon film, 47, a resist pattern, 48, a polycrystalline silicon gate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 良子 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 服部 恵子 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Ryoko Yamanaka 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Keiko Hattori 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Hitachi Central Research Laboratory

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】所定の基板上に感光性組成物からなる塗膜
を形成する工程,上記塗膜に所定パタン状に活性化学線
を照射することで上記塗膜中に所望のパタンの潜像を形
成する工程,水性アルカリ現像液を用いて上記塗膜中に
所望のパタンを現像する工程を少なくとも含むパタン形
成方法において、水性アルカリ現像液での現像が、実質
的に当該潜像形成後の塗膜中の下記化学式(1),(2)
で示される化学構造に基づく水性アルカリ溶解性による
ことを特徴とするパタン形成方法(式中、Rは、アルキ
ル基,環状アルキル基、あるいは水酸基を有する環状ア
ルキル基から選ばれる少なくとも1つの基を表す)。 【化1】 【化2】
1. A step of forming a coating film made of a photosensitive composition on a predetermined substrate, and irradiating the coating film with active actinic radiation in a predetermined pattern to form a latent image of a desired pattern in the coating film. And a step of developing a desired pattern in the coating film using an aqueous alkali developing solution, wherein the development with the aqueous alkali developing solution is substantially performed after the formation of the latent image. The following chemical formulas (1) and (2) in the coating film
Wherein R represents at least one group selected from an alkyl group, a cyclic alkyl group, and a cyclic alkyl group having a hydroxyl group, based on aqueous alkali solubility based on the chemical structure represented by ). Embedded image Embedded image
【請求項2】所定の基板上に感光性組成物からなる塗膜
を形成する工程,上記塗膜に所定パタン状に活性化学線
を照射することで上記塗膜中に所望のパタンの潜像を形
成する工程,水性アルカリ現像液を用いて上記塗膜中に
所望のパタンを現像する工程を少なくとも含むパタン形
成方法において、水性アルカリ現像液での現像が、実質
的に当該潜像形成後の塗膜中の下記化学式(3),(4)
で示される化学構造に基づく水性アルカリ溶解性による
ことを特徴とするパタン形成方法(式中、Rは、アルキ
ル基,環状アルキル基、あるいは水酸基を有する環状ア
ルキル基から選ばれる少なくとも1つの基を表す)。 【化3】 【化4】
2. A step of forming a coating film made of a photosensitive composition on a predetermined substrate, and irradiating the coating film with active actinic radiation in a predetermined pattern to form a latent image of a desired pattern in the coating film. And a step of developing a desired pattern in the coating film using an aqueous alkali developing solution, wherein the development with the aqueous alkali developing solution is substantially performed after the formation of the latent image. The following chemical formulas (3) and (4) in the coating film
Wherein R represents at least one group selected from an alkyl group, a cyclic alkyl group, and a cyclic alkyl group having a hydroxyl group, based on aqueous alkali solubility based on the chemical structure represented by ). Embedded image Embedded image
【請求項3】所定の基板上に感光性組成物からなる塗膜
を形成する工程,上記塗膜に所定パタン状に活性化学線
を照射することで上記塗膜中に所望のパタンの潜像を形
成する工程,水性アルカリ現像液を用いて上記塗膜中に
所望のパタンを現像する工程を少なくとも含むパタン形
成方法において、水性アルカリ現像液での現像が、実質
的に当該潜像形成後の塗膜中の下記化学式(5),(6)
で示される化学構造に基づく水性アルカリ溶解性による
ことを特徴とするパタン形成方法(式中、Rは、アルキ
ル基,環状アルキル基、あるいは水酸基を有する環状ア
ルキル基から選ばれる少なくとも1つの基を表す)。 【化5】 【化6】
3. A step of forming a coating film comprising a photosensitive composition on a predetermined substrate, and irradiating the coating film with active actinic radiation in a predetermined pattern to form a latent image of a desired pattern in the coating film. And a step of developing a desired pattern in the coating film using an aqueous alkali developing solution, wherein the development with the aqueous alkali developing solution is substantially performed after the formation of the latent image. The following chemical formulas (5) and (6) in the coating film
Wherein R represents at least one group selected from an alkyl group, a cyclic alkyl group, and a cyclic alkyl group having a hydroxyl group, based on aqueous alkali solubility based on the chemical structure represented by ). Embedded image Embedded image
【請求項4】所定の基板上に感光性組成物からなる塗膜
を形成する工程,上記塗膜に所定パタン状に活性化学線
を照射することで上記塗膜中に所望のパタンの潜像を形
成する工程,水性アルカリ現像液を用いて上記塗膜中に
所望のパタンを現像する工程を少なくとも含むパタン形
成方法において、水性アルカリ現像液での現像が、実質
的に当該潜像形成後の塗膜中の下記化学式(7),(8)
で示される化学構造に基づく水性アルカリ溶解性による
ことを特徴とするパタン形成方法。 【化7】 【化8】
4. A step of forming a coating film made of a photosensitive composition on a predetermined substrate, and irradiating the coating film with active actinic radiation in a predetermined pattern to form a latent image of a desired pattern in the coating film. And a step of developing a desired pattern in the coating film using an aqueous alkali developing solution, wherein the development with the aqueous alkali developing solution is substantially performed after the formation of the latent image. The following chemical formulas (7) and (8) in the coating film
Characterized by aqueous alkali solubility based on the chemical structure represented by the formula: Embedded image Embedded image
【請求項5】請求項1から4のいずれか記載のパタン形
成方法において、上記化学式(1)から(8)中のR
が、環状脂肪族炭化水素、及び水酸基を有する環状脂肪
族炭化水素であることを特徴とするパタン形成方法。
5. The method for forming a pattern according to claim 1, wherein R in formulas (1) to (8) is selected from the group consisting of:
Is a cycloaliphatic hydrocarbon and a cycloaliphatic hydrocarbon having a hydroxyl group.
【請求項6】請求項1から5のいずれか記載のパタン形
成方法において、活性化学線を照射することで上記塗膜
中に所望のパタンの潜像を形成する工程と、水性アルカ
リ現像液を用いて上記塗膜中に所望のパタンを現像する
工程との間に、上記塗膜を加熱する工程を含むことを特
徴とするパタン形成方法。
6. A method for forming a pattern according to claim 1, wherein a step of forming a latent image of a desired pattern in said coating film by irradiating with an active actinic ray; A step of heating the coating film between the step of developing a desired pattern in the coating film using the method.
【請求項7】請求項1から6のいずれか記載のパタン形
成方法により、半導体基板上にレジストパタンを形成す
る工程,上記レジストパタンをもとに、上記半導体基板
をエッチング加工する工程、もしくはイオンを打ち込む
工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. A step of forming a resist pattern on a semiconductor substrate by the pattern forming method according to claim 1, a step of etching the semiconductor substrate based on the resist pattern, or a step of ion etching. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6444397B2 (en) 1998-11-10 2002-09-03 Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. Negative-working photoresist composition
US8716385B2 (en) 2008-12-15 2014-05-06 Central Glass Company, Limited Polymerizable fluoromonomer, fluoropolymer, resist material, and method of pattern formation

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US6897012B2 (en) 1998-11-10 2005-05-24 Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. Negative-working photoresist composition
US7183368B2 (en) 1998-11-10 2007-02-27 Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. Negative-working photoresist composition
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US9678425B2 (en) 2008-12-15 2017-06-13 Central Glass Company, Limited Polymerizable fluoromonomer, fluoropolymer, resist material, and method of pattern formation
US9678426B2 (en) 2008-12-15 2017-06-13 Central Glass Company, Limited Polymerizable fluoromonomer, fluoropolymer, resist material, and method of pattern formation

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