JPH1055070A - Resist pattern forming method and production of semiconductor device - Google Patents

Resist pattern forming method and production of semiconductor device

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JPH1055070A
JPH1055070A JP9077085A JP7708597A JPH1055070A JP H1055070 A JPH1055070 A JP H1055070A JP 9077085 A JP9077085 A JP 9077085A JP 7708597 A JP7708597 A JP 7708597A JP H1055070 A JPH1055070 A JP H1055070A
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JP
Japan
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resist pattern
forming
hydroxystyrene
poly
acid
Prior art date
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Application number
JP9077085A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Ito
敏雄 伊東
Yoshikazu Sakata
美和 坂田
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make patternability almost independent of a humid environment at the time of patterning by forming a film of a photoresist contg. a poly(hydroxystyrene) deriv. and an acid generating agent which generates an acid when irradiated with light on a base and carrying out heat treatment and development. SOLUTION: A film of a photoresist compsn. contg. a poly(hydroxystyrene) deriv. having hydroxyl groups each protected with an acetal group releasable by an acid and an acid generating agent which generates the acid when irradiated with light is formed on a base, patternwise exposed, heat-treated and developed. The film is formed by dissolving the photoresist compsn. in a proper solvent and coating the top of the base such as a silicon substrate with the resultant coating soln. by spin coating or other method. The film is baked before and after the selective exposure.

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】この発明は、半導体装置の製
造等に用いられるレジストパターン形成方法およびこれ
を用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method for forming a resist pattern used for manufacturing a semiconductor device and the like, and a method for manufacturing a semiconductor device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】レジストパターンを高解像度かつ高スル
ープットで形成できる方法の1つとして、化学増幅型の
フォトレジスト組成物を用いる方法がある。そしてその
従来例として、特開昭63−292128号公報に開示
の方法があった。
2. Description of the Related Art As one of methods for forming a resist pattern with high resolution and high throughput, there is a method using a chemically amplified photoresist composition. As a conventional example, there is a method disclosed in JP-A-63-292128.

【0003】この特開昭63−292128号公報に開
示の方法では、シリル化ポリ(ヒドロキシスチレン)即
ちシリル化ポリ(ビニルフェノール)と、光照射により
酸を発生する化合物とから成るフォトレジスト組成物の
膜が下地上に形成される。次に、この膜を熱処理し、次
に波長240〜260nmの光で露光し、次に熱処理を
し、次に現像をして、レジストパターンが形成される。
In the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-292128, a photoresist composition comprising silylated poly (hydroxystyrene), ie, silylated poly (vinylphenol), and a compound which generates an acid upon irradiation with light is disclosed. Is formed on the base. Next, this film is heat-treated, then exposed to light having a wavelength of 240 to 260 nm, then heat-treated, and then developed to form a resist pattern.

【0004】パターン形成原理は次の通りである。シリ
ル化ポリ(ビニルフェノール)の光照射された部分では
酸が発生する。そして、シリル化ポリ(ビニルフェノー
ル)の光照射された部分は、上記酸の触媒作用によりフ
ェノール樹脂に再び戻るので、アルカリ現像液可溶性に
なる。そのため、現像によりレジストパターンが形成さ
れる。この特開昭63−292128号公報に開示の方
法では、膜厚が1.0μmのレジスト膜について、60
mJ/cm2 の露光量で所望のレジストパターンが得ら
れるという。
The principle of pattern formation is as follows. An acid is generated in the light-irradiated portion of the silylated poly (vinylphenol). Then, the light-irradiated portion of the silylated poly (vinyl phenol) returns to the phenol resin again by the catalytic action of the acid, and thus becomes soluble in the alkali developing solution. Therefore, a resist pattern is formed by development. According to the method disclosed in JP-A-63-292128, a resist film having a
It is said that a desired resist pattern can be obtained with an exposure amount of mJ / cm 2 .

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
63−292128号公報に開示のフォトレジスト組成
物では、露光後にその試料を水に浸漬しその後アルカリ
現像液により現像を行った場合に比べ、水に浸漬しない
場合の現像時間は長くなり、またパターンの解像度は低
下してしまう。即ち、このフォトレジスト組成物の場
合、膜厚を1μm以上とする場合は、現像時に試料を水
に浸漬する必要があった。
However, in the photoresist composition disclosed in JP-A-63-292128, after the exposure, the sample is immersed in water and then developed with an alkali developing solution. When not immersed in water, the development time becomes longer, and the resolution of the pattern is reduced. That is, in the case of this photoresist composition, when the film thickness was 1 μm or more, it was necessary to immerse the sample in water during development.

【0006】これは、酸によるシリル基の脱離でポリ
(ヒドロキシスチレン)が再生する反応に水が必要であ
ることを意味し、従って、製造工程中において水分管理
が必要であることを意味する。しかし、このような水分
管理は、それ自体が煩雑でありまたコストの増大を招く
ので好ましいことではない。
[0006] This means that water is required for the reaction of regenerating poly (hydroxystyrene) by elimination of silyl groups by an acid, and therefore, it is necessary to control moisture during the production process. . However, such water management is not preferable because it is complicated and increases the cost.

【0007】したがって、酸の作用により現像液可溶性
になるフォトレジスト組成物を用いたレジストパターン
形成方法であってパターニング特性がパターニング時の
水分環境に影響されることが少ないレジストパターン形
成方法が望まれる。
Therefore, a method for forming a resist pattern using a photoresist composition which becomes soluble in a developing solution by the action of an acid, wherein the patterning characteristics are less affected by the moisture environment during patterning, is desired. .

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明のレジストパターン形成方法によれば、酸
により脱離するアセタール基によって水酸基が保護され
ているポリ(ヒドロキシスチレン)誘導体と光照射によ
り酸を発生する酸発生剤とを含むフォトレジスト組成物
の膜を、下地上に形成する第1の工程と、該膜に目的の
パターンに応じた選択的な露光をする第2の工程と、該
露光の済んだ膜に熱処理をする第3の工程と、該熱処理
の済んだ膜を現像する第4の工程とを含むことを特徴と
する。
According to the resist pattern forming method of the present invention, a poly (hydroxystyrene) derivative in which a hydroxyl group is protected by an acetal group which is eliminated by an acid is used to achieve this object. A first step of forming a film of a photoresist composition containing an acid generator that generates an acid upon irradiation on a base, and a second step of selectively exposing the film to an intended pattern in accordance with a target pattern And a fourth step of heat-treating the exposed film and a fourth step of developing the heat-treated film.

【0009】なお、この発明の実施に当たり、前記ポリ
(ヒドロキシスチレン)誘導体を下記の式又は式で
示されるものとするのが好適である(但し、式におい
て、R1 、R2 及びR3 は、水素、アルキル基又はアリ
ール基であり、同一であっても一部又は全部が異なって
いても良い。また、XはO(酸素)又はS(イオウ)で
ある。また、nは正の整数である。また、式におい
て、R4 は水素、アルキル基又はアリール基である。ま
た、R5 は置換基を有する炭素数が2又は3のアルキレ
ン基である。また、XはO(酸素)又はS(イオウ)で
ある。また、nは正の整数である。)。
In the practice of the present invention, the poly (hydroxystyrene) derivative is preferably represented by the following formula or the formula (where R 1 , R 2 and R 3 are , Hydrogen, an alkyl group or an aryl group, which may be the same or partially or entirely different, X is O (oxygen) or S (sulfur), and n is a positive integer In the formula, R 4 is hydrogen, an alkyl group or an aryl group, R 5 is a substituted or unsubstituted alkylene group having 2 or 3 carbon atoms, and X is O (oxygen). Or S (sulfur), and n is a positive integer.)

【0010】[0010]

【化3】 Embedded image

【0011】上記の式で示されるポリ(ヒドロキシス
チレン)誘導体、即ちアセタール化ポリ(ヒドロキシス
チレン)は、例えば、下記反応式(I)に示すように、
ポリ(ヒドロキシスチレン)とアルキルビニルエーテル
とを酸触媒を用いて反応させることにより得られる(但
し、(I)式中のR2 、R3 及びR6 は、水素又はアル
キル基であり、同一であっても一部又は全部が異なって
いても良い。また、R1 はアルキル基である。また、n
は正の整数である。)
The poly (hydroxystyrene) derivative represented by the above formula, that is, acetalized poly (hydroxystyrene) is, for example, as shown in the following reaction formula (I):
It is obtained by reacting poly (hydroxystyrene) with an alkyl vinyl ether using an acid catalyst (provided that R 2 , R 3 and R 6 in the formula (I) are hydrogen or an alkyl group and are the same. And some or all may be different, and R 1 is an alkyl group.
Is a positive integer. )

【0012】[0012]

【化4】 Embedded image

【0013】また、式で示されるポリ(ヒドロキシス
チレン)誘導体も式のものの合成法に準じた方法によ
り得られる。ここで、ポリ(ヒドロキシスチレン)のフ
ェノール水酸基に対するアセタール化の度合(アセター
ル化率)については、当該フォトレジスト組成物の露光
部及び未露光部両者のアルカリ現像液に対する溶解速度
に充分な差が出る程度であれば良い。未露光部の現像後
の膜減りは実質的に0であることが望ましい訳であり、
この点を考慮すると、アセタール化率は少なくとも80
%以上にするのが好ましい。しかし、未露光部を現像液
に不溶と出来るアセタール化率は、アセタールの種類に
よる疎水性の度合の違いによっても変わり、また、アセ
タール化率を狭い範囲でコントロールすること自体合成
上好ましいことではないので、アセタール化をほぼ10
0%行ってしまう方が合成の点からいっても膜減り防止
の点からいっても好ましい。
The poly (hydroxystyrene) derivative represented by the formula can also be obtained by a method according to the synthesis method of the formula. Here, regarding the degree of acetalization of poly (hydroxystyrene) with respect to phenolic hydroxyl groups (acetalization rate), there is a sufficient difference in the dissolution rate of both the exposed part and the unexposed part of the photoresist composition in an alkali developing solution. Any degree is acceptable. It is desirable that the film loss of the unexposed portion after development is substantially 0,
Considering this point, the acetalization rate is at least 80.
% Is preferable. However, the acetalization rate at which the unexposed portion can be made insoluble in the developer varies depending on the degree of hydrophobicity depending on the type of acetal, and controlling the acetalization rate in a narrow range is not preferable in terms of synthesis itself. Therefore, acetalization is almost 10
Performing 0% is preferable from the viewpoint of synthesis and prevention of film loss.

【0014】式で示される物質の具体例としては、こ
れに限られるものではないが、下記式で示されるポリ
(ヒドロキシスチレン)の1−メチル−1−メトキシメ
チルエーテル、下記式で示されるポリ(ヒドロキシス
チレン)の1−エトキシエチルエーテル等を挙げること
が出来る。
Specific examples of the substance represented by the formula include, but are not limited to, 1-methyl-1-methoxymethyl ether of poly (hydroxystyrene) represented by the following formula; (Hydroxystyrene) 1-ethoxyethyl ether and the like.

【0015】[0015]

【化5】 Embedded image

【0016】また、式で示される物質の具体例として
は、これに限られるものではないが、下記式で示され
るポリ(ヒドロキシスチレン)の2−テトラヒドロチオ
フラニルエーテル、下記式で示されるポリ(ヒドロキ
シスチレン)のテトラヒドロピラニルエーテル、下記
式で示されるポリ(ヒドロキシスチレン)のテトラヒド
ロフラニルエーテル、下記式で示されるポリ(ヒドロ
キシスチレン)の4−メトキシテトラヒドロピラニルエ
ーテル、下記式で示されるポリ(ヒドロキシスチレ
ン)のテトラヒドロチオピラニルエーテル等を挙げるこ
とが出来る。
Specific examples of the substance represented by the formula include, but are not limited to, 2-tetrahydrothiofuranyl ether of poly (hydroxystyrene) represented by the following formula; (Hydroxystyrene), tetrahydropyranyl ether of poly (hydroxystyrene) represented by the following formula, 4-methoxytetrahydropyranyl ether of poly (hydroxystyrene) represented by the following formula, poly (hydroxystyrene) represented by the following formula )) Tetrahydrothiopyranyl ether.

【0017】[0017]

【化6】 Embedded image

【0018】[0018]

【化7】 Embedded image

【0019】また、この発明の実施に当たり、前述の酸
発生剤をスルホニウム塩またはヨードニウム塩とするの
が好適であり、さらに好ましくはトリアリールスルホニ
ウム塩又はジアリールヨードニウム塩とするのが好適で
ある。酸発生剤としてジアゾニウム塩を用いることも考
えられるが、これは、熱安定性が悪いため不適当であ
る。
In practicing the present invention, the above-mentioned acid generator is preferably a sulfonium salt or an iodonium salt, and more preferably a triarylsulfonium salt or a diaryliodonium salt. It is conceivable to use a diazonium salt as the acid generator, but this is unsuitable due to poor thermal stability.

【0020】用いて好適なヨードニウム塩としては、こ
れに限られるものではないが、下記(a) 〜(d) 式で示さ
れるものを挙げることが出来る。
Suitable iodonium salts to be used are not limited to these, but include those represented by the following formulas (a) to (d).

【0021】[0021]

【化8】 Embedded image

【0022】また、用いて好適なスルホニウム塩として
は、これに限られるものではないが、下記(e) 〜(i) 式
で示されるものを挙げることが出来る。
Suitable sulfonium salts to be used are not limited to these, but include those represented by the following formulas (e) to (i).

【0023】[0023]

【化9】 Embedded image

【0024】また、酸発生剤のポリ(ヒドロキシスチレ
ン)誘導体に対する含有量であるが、その下限は触媒反
応(後に(II)式を参照して説明する反応。)を起すこ
とが出来かつ所望の感度が得られる量により主に規定さ
れ、またその上限はフォトレジストの成膜性を損なうこ
とがない量により主に規定される。具体的には、酸発生
剤を、ポリ(ヒドロキシスチレン)誘導体100重量部
に対し、1〜50重量部の範囲内で含ませるのが好適で
ある。
The lower limit of the content of the acid generator with respect to the poly (hydroxystyrene) derivative is that the lower limit is such that a catalytic reaction (reaction described later with reference to the formula (II)) can be caused. The upper limit is mainly determined by the amount which does not impair the film formability of the photoresist. Specifically, it is preferable to include the acid generator in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the poly (hydroxystyrene) derivative.

【0025】なお、この発明のフォトレジスト組成物の
実際の使用に当たっては、これを適当な溶媒に溶解させ
て塗布溶液を調製し、さらに、この塗布溶液をシリコン
基板等のような下地上に例えばスピンコート法により塗
布し、その後、露光前ベーク、露光、露光後ベーク及び
現像を順次に実施する。その際、このフォトレジスト組
成物の感度は、酸発生剤から発生される酸によりポリ
(ヒドロキシスチレン)誘導体の水酸基保護基が脱離す
る反応の速度に依存する。しかし、この脱離反応の速度
は、後述の触媒反応(II式)に依存しているのでリソグ
ラフィ工程における露光後ベークの温度以外の他の条件
を一定にした場合、このフォトレジストの感度は、露光
後ベークの温度に依存することになる。従って、ポスト
ベーク温度は、アセタール脱離反応における触媒反応を
起し得る温度以上でかつ未露光部の発生剤を分解する温
度以下である必要がある。具体的には、60℃以上15
0℃以下の範囲内の温度が良い。ただし、アセタール脱
離反応を速やかに起こさせること及びポリ(ヒドロキシ
スチレン)の一部に架橋が起こりパターニング不能とな
る危険性を減少させることを考えると、80℃以上12
0℃以下の温度とするのがより好適である。
In the actual use of the photoresist composition of the present invention, the photoresist composition is dissolved in an appropriate solvent to prepare a coating solution, and the coating solution is further placed on a base such as a silicon substrate. Coating is performed by a spin coating method, and thereafter, baking before exposure, exposure, baking after exposure, and development are sequentially performed. At this time, the sensitivity of the photoresist composition depends on the rate of the reaction in which the hydroxyl-protecting group of the poly (hydroxystyrene) derivative is eliminated by the acid generated from the acid generator. However, since the rate of this desorption reaction depends on the catalytic reaction (Equation II) described later, if other conditions than the temperature of the post-exposure bake in the lithography process are kept constant, the sensitivity of this photoresist becomes It will depend on the temperature of the post-exposure bake. Therefore, the post-bake temperature needs to be higher than the temperature at which a catalytic reaction in the acetal desorption reaction can occur and lower than the temperature at which the generator in the unexposed portion is decomposed. Specifically, 60 ° C. or more and 15
A temperature within the range of 0 ° C. or less is good. However, considering that the acetal elimination reaction is caused promptly and that the risk of cross-linking of a part of poly (hydroxystyrene) to make patterning impossible is reduced, 80 ° C. or more
More preferably, the temperature is 0 ° C. or lower.

【0026】また、この出願の半導体装置の製造方法の
発明によれば、下地上にレジストパターンを形成する工
程を含む半導体装置の製造方法において、レジストパタ
ーンを、この出願の発明に係るレジストパターン形成方
法によって形成することを特徴とする。
According to the invention of the method of manufacturing a semiconductor device of the present application, in the method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a resist pattern on a base, the resist pattern is formed by forming the resist pattern of the invention of the present application. It is characterized by being formed by a method.

【0027】この出願の各発明によれば、当該フォトレ
ジスト組成物の光照射された部分では、ポリ(ヒドロキ
シスチレン)の水酸基を保護していた保護基が、酸発生
剤から発生された酸により引き抜かれる。この結果、こ
の部分はアルカリ現像液に対し可溶性を示すので、パタ
ーニングが行える。また、この保護基の引き抜きは、特
別な水分を必要とすることなく行える。
According to each invention of the present application, in the light-irradiated portion of the photoresist composition, the protecting group protecting the hydroxyl group of poly (hydroxystyrene) is changed by the acid generated from the acid generator. Pulled out. As a result, since this portion is soluble in an alkali developing solution, patterning can be performed. In addition, this protective group can be extracted without requiring special water.

【0028】特に、式又は式で示されるようなポリ
(ヒドロキシスチレン)誘導体を用いた構成の場合は、
水酸基保護基がアセタール炭素の隣接炭素原子上に少な
くとも1個の水素を有するアセタールであるので、化学
的には室温でも0.01N塩酸や5%酢酸程度の酸性条
件下でE1反応(脱離反応)が容易に起こり、保護基で
あるアセタールがポリ(ヒドロキシスチレン)誘導体か
ら容易に脱離する。そして、当該フォトレジスト組成物
に含まれる酸発生剤は、光照射により上記アセタールの
脱離に十分な強度の酸、具体的にはルイス酸(リューイ
ス酸)を発生するので、当該フォトレジスト組成物中に
おいては、上記脱離反応が容易に起こる。その反応の様
子を下記の(II)式に示す。なお、(II)式中、Eは酸
発生剤が光照射により分解して生成したルイス酸であ
る。また、Nuは同じく分解して生成したルイス塩基
(リューイス塩基)又は樹脂の官能基を構成する酸素原
子である。
Particularly, in the case of a structure using a poly (hydroxystyrene) derivative represented by the formula or the formula,
Since the hydroxyl-protecting group is an acetal having at least one hydrogen on a carbon atom adjacent to the acetal carbon, the E1 reaction (elimination reaction) is performed chemically at room temperature under acidic conditions of about 0.01 N hydrochloric acid or 5% acetic acid. ) Easily occurs, and the acetal serving as a protecting group is easily eliminated from the poly (hydroxystyrene) derivative. The acid generator contained in the photoresist composition generates an acid having sufficient strength for desorption of the acetal by light irradiation, specifically, a Lewis acid (Lewis acid). In the above, the above elimination reaction easily occurs. The state of the reaction is shown in the following formula (II). In the formula (II), E is a Lewis acid generated by decomposition of the acid generator by light irradiation. Nu is a Lewis base (Lewis base) similarly generated by decomposition or an oxygen atom constituting a functional group of the resin.

【0029】[0029]

【化10】 Embedded image

【0030】この(II)式の反応によれば、最終的にフ
ェノール樹脂が生成すると同時にルイス酸Eが再生され
る。さらに、再生されたルイス酸Eが、当該フォトレジ
スト組成物中のポリ(ヒドロキシスチレン)誘導体に再
び作用するのでこの反応は触媒的に進む。この触媒(ル
イス酸)は、当該フォトレジスト組成物の皮膜中に少量
生成すれば良いので、この触媒を生成させるために酸発
生剤に照射する露光量は少くて済み、高感度が確保され
る。
According to the reaction of the formula (II), the Lewis acid E is regenerated at the same time that the phenol resin is finally formed. In addition, the reaction proceeds catalytically as the regenerated Lewis acid E acts again on the poly (hydroxystyrene) derivative in the photoresist composition. Since the catalyst (Lewis acid) may be formed in a small amount in the film of the photoresist composition, the amount of exposure to the acid generator to generate the catalyst is small, and high sensitivity is secured. .

【0031】[0031]

【実施例】以下、この出願のレジストパターンの形成方
法の発明および半導体装置の製造方法の発明の実施例に
ついて、併せて説明する。なお、以下の実施例の説明で
述べる使用材料や数値的条件は、この発明の範囲内の好
適例にすぎない。従って、この発明がこれら使用材料や
数値的条件にのみ限定されるものではないことは理解さ
れたい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the invention of the method of forming a resist pattern and the invention of the method of manufacturing a semiconductor device of the present application will be described together. The materials used and numerical conditions described in the following description of the embodiments are merely preferred examples within the scope of the present invention. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited only to these materials and numerical conditions.

【0032】1.実施例1 1−1.合成例 始めに、酸により脱離する保護基によって水酸基が保護
されているポリ(ヒドロキシスチレン)誘導体の1種を
以下に説明するように合成する。
1. Example 1 1-1. Synthesis Example First, one kind of a poly (hydroxystyrene) derivative in which a hydroxyl group is protected by a protecting group released by an acid is synthesized as described below.

【0033】重量平均分子量MW が11,000のポリ
(ヒドロキシスチレン)(丸善石油化学(株)製)1.
2gと、パラトルエンスルホン酸0.06gとを、テト
ラヒドロフラン50mlに溶解し、これを0℃に冷却す
る。
[0033] (manufactured by Maruzen Petrochemical Co.) poly a weight average molecular weight M W 11,000 (hydroxystyrene) 1.
2 g and 0.06 g of paratoluenesulfonic acid are dissolved in 50 ml of tetrahydrofuran, and this is cooled to 0 ° C.

【0034】次に、この溶液中にメチルビニルエーテル
1.16gを加え8時間反応させる。
Next, 1.16 g of methyl vinyl ether is added to this solution and reacted for 8 hours.

【0035】次に、反応終了後の混合物を200mlの
冷メタノール中に加える。これにより白色沈殿が生じる
ので、白色沈殿を濾取した後25℃で1夜真空乾燥して
1.0gの乾燥樹脂を得る。
Next, the mixture after the completion of the reaction is added to 200 ml of cold methanol. As a result, a white precipitate is generated. The white precipitate is collected by filtration and dried in vacuo at 25 ° C. overnight to obtain 1.0 g of a dried resin.

【0036】この乾燥樹脂は、ポリ(ヒドロキシスチレ
ン)の1メチル−1−メトキシメチルエーテル(上述の
式で示されるもの)に相当する。
This dry resin corresponds to 1-methyl-1-methoxymethyl ether of poly (hydroxystyrene) (shown by the above formula).

【0037】この乾燥樹脂は、IR(赤外)スペクトル
で水酸基の吸収がないこと、及び、NMR(核磁気共
鳴)スペクトルの芳香族プロトンと1位メチル基との積
分強度比より、エーテル化率が90%以上のものである
ことが分った。
This dry resin has no ether absorption in the IR (infrared) spectrum, and has an etherification ratio based on the integrated intensity ratio between the aromatic proton and the 1-position methyl group in the NMR (nuclear magnetic resonance) spectrum. Is 90% or more.

【0038】1−2.塗布溶液調製 次に、上述の如く合成して得たポリ(ヒドロキシスチレ
ン)の1メチル−1−メトキシメチルエーテル5gと、
酸発生剤としてのジフェニルヨードニウムヘキサフルオ
ロアンチモネート(上述の(b) 式で示されるもの)0.
05gとを、酢酸メトキシエチル15mlに溶解し、こ
の溶液をテフロンフィルタにより濾過して実施例1のフ
ォトレジスト組成物の塗布溶液を調製する。
1-2. Preparation of coating solution Next, 5 g of 1-methyl-1-methoxymethyl ether of poly (hydroxystyrene) obtained by synthesis as described above,
Diphenyliodonium hexafluoroantimonate (shown in the above formula (b)) as an acid generator
05 g of the photoresist composition was dissolved in 15 ml of methoxyethyl acetate, and this solution was filtered through a Teflon filter to prepare a coating solution of the photoresist composition of Example 1.

【0039】1−3.パターニング実験 次に、上記調整したフォトレジスト組成物の塗布溶液
を、HMDS(ヘキサメチルジシラザン)による疎水化
処理済みの2インチ(1インチは約2.54cm)のシ
リコン基板に、回転数2500/分の条件のスピンコー
ト法によって塗布する。次に、このシリコン基板をホッ
トプレートを用い80℃の温度で1分間ベークする。こ
の実施例1での、フォトレジスト組成物のベーク後の膜
厚は1.10μmであった。
1-3. Patterning Experiment Next, the coating solution of the photoresist composition prepared above was applied to a 2-inch (1 inch: about 2.54 cm) silicon substrate that had been subjected to a hydrophobic treatment with HMDS (hexamethyldisilazane), at a rotation speed of 2500 / It is applied by a spin coating method under the condition of minutes. Next, the silicon substrate is baked at a temperature of 80 ° C. for 1 minute using a hot plate. The film thickness of the photoresist composition after baking in Example 1 was 1.10 μm.

【0040】次に、このシリコン基板に種々の寸法のラ
イン・アンド・スペース(L/S)パタンを有するクロ
ムマスクを密着させ、Xe−Hgランプにより露光をす
る。次に、露光済みのシリコン基板をホットプレートを
用い100℃の温度で1分間ベークする。
Next, chromium masks having line and space (L / S) patterns of various dimensions are brought into close contact with the silicon substrate, and are exposed with a Xe-Hg lamp. Next, the exposed silicon substrate is baked at 100 ° C. for 1 minute using a hot plate.

【0041】次に、0.11Nの水酸化テトラメチルア
ンモニウム水溶液を用い現像を90秒間行い、レジスト
パターンを形成する。
Next, development is performed for 90 seconds using a 0.11N aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide to form a resist pattern.

【0042】このようなレジストパターン形成操作を露
光量を変えて複数回行う。
Such a resist pattern forming operation is performed a plurality of times while changing the exposure amount.

【0043】次に、露光量を変えた試料毎のレジストパ
ターンを走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、こ
れら試料の中から1.0μmのL/Sパターンがマスク
パターン通りに形成出来ている試料を探したところ、露
光量を40mJ/cm2 とした試料がこれに該当した。
さらに、この試料のレジストパターンの断面をSEMに
より観察したところ、0.5μmのL/Sパターンがテ
ーパー角度(レジスト側壁と基板面との成す角度)約7
0度を有する状態で形成出来ていることが分った。
Next, the resist pattern of each sample with the changed exposure amount was observed with a scanning electron microscope (SEM), and a 1.0 μm L / S pattern was formed from these samples in accordance with the mask pattern. When a sample was searched, a sample having an exposure amount of 40 mJ / cm 2 corresponded to this.
Further, when the cross section of the resist pattern of this sample was observed by SEM, the L / S pattern of 0.5 μm showed a taper angle (an angle formed between the resist side wall and the substrate surface) of about 7 μm.
It was found that the film was formed in a state having 0 degrees.

【0044】2.実施例2 次に、酸発生剤としてのジフェニルヨードニウムヘキサ
フルオロアンチモネートを0.1gとしたこと以外は実
施例1と同様にして実施例2のフォトレジスト組成物の
塗布溶液を調製する。即ち、実施例1のフォトレジスト
組成物に比べ酸発生剤の含有量が2倍のフォトレジスト
組成物の塗布溶液を調製する。
2. Example 2 Next, a coating solution of the photoresist composition of Example 2 is prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.1 g of diphenyliodonium hexafluoroantimonate as an acid generator is used. That is, a coating solution of a photoresist composition in which the content of the acid generator is twice that of the photoresist composition of Example 1 is prepared.

【0045】次に、この塗布溶液を用い実施例1のパタ
ーニング実験と同様な手順でパターニング実験をする。
その結果、マスクパターン通りにパターンを解像する露
光量は、25mJ/cm2 であることが分った。
Next, using this coating solution, a patterning experiment is performed in the same procedure as in the patterning experiment of Example 1.
As a result, it was found that the exposure amount for resolving the pattern according to the mask pattern was 25 mJ / cm 2 .

【0046】実施例1及び実施例2を比較することで明
らかなように、酸発生剤の含有量の増加に伴い感度が向
上することが分る。しかし、別の実験によれば、酸発生
剤の量が多すぎるとフォトレジスト組成物の成膜性が悪
化してしまう。
As is clear from a comparison between Example 1 and Example 2, it can be seen that the sensitivity increases with an increase in the content of the acid generator. However, according to another experiment, if the amount of the acid generator is too large, the film formability of the photoresist composition deteriorates.

【0047】3.実施例3 次に、実施例1で合成したポリ(ヒドロキシスチレン)
の1メチル−1−メトキシメチルエーテル5gと、酸発
生剤としてジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアン
チモネート0.5gとを、酢酸メトキシエチル15ml
に溶解しこの溶液をテフロンフィルタにより濾過して実
施例3のフォトレジスト組成物の塗布溶液を調製する。
3. Example 3 Next, poly (hydroxystyrene) synthesized in Example 1
Of 5 g of 1-methyl-1-methoxymethyl ether and 0.5 g of diphenyliodonium hexafluoroantimonate as an acid generator in 15 ml of methoxyethyl acetate
And the solution is filtered through a Teflon filter to prepare a coating solution of the photoresist composition of Example 3.

【0048】次に、この塗布溶液を用い実施例1のパタ
ーニング実験と同様な手順でパターニング実験を行う。
なお、このパターニング実験では、0.11Nの水酸化
テトラメチルアンモニウムにより現像した場合と、0.
12Nの水酸化テトラメチルアンモニウムにより現像し
た場合と、露光済み試料を現像前に純水中に浸漬しその
後0.12Nの水酸化テトラメチルアンモニウムにより
現像した場合(詳細条件は後述する)との違いも調べ
る。
Next, using this coating solution, a patterning experiment is performed in the same procedure as in the patterning experiment of Example 1.
In this patterning experiment, the development was performed with 0.11 N tetramethylammonium hydroxide,
Difference between when developed with 12N tetramethylammonium hydroxide and when the exposed sample is immersed in pure water before development and then developed with 0.12N tetramethylammonium hydroxide (detailed conditions will be described later) Also check.

【0049】その結果、0.11Nの現像液を用いた場
合現像時間は7分必要であった。
As a result, when the developing solution of 0.11 N was used, the developing time required 7 minutes.

【0050】また、0.12Nの現像液を用いた場合現
像時間は140秒であり、然も、マスクパターン通りに
パターンを解像する露光量は、20mJ/cm2 であ
り、さらに、0.5μmL/Sパターンを解像出来てい
ることが分った。一般に、現像液の濃度を上げると感度
及び解像度共に低下するが、実施例3を見る限り、この
発明のフォトレジスト組成物ではそのようなことは起き
ないことが分る。
When a 0.12N developing solution is used, the developing time is 140 seconds, and the exposure for resolving the pattern according to the mask pattern is 20 mJ / cm 2 . It was found that a 5 μmL / S pattern could be resolved. In general, when the concentration of the developer is increased, both the sensitivity and the resolution are decreased. However, as can be seen from Example 3, such a phenomenon does not occur in the photoresist composition of the present invention.

【0051】また、露光済み試料を現像前に純水中に5
分間浸漬し、これを風乾させ、その後100℃の温度で
1分間ベークし、その後0.12Nの水酸化テトラメチ
ルアンモニウムにより現像した場合、マスクパターン通
りにパターンを解像する露光量は25mJ/cm2 であ
り、また0.5μmL/Sパターンを解像出来ているこ
とが分り、通常の現像時とほぼ同じ特性が得られること
が分った。従って、この発明のフォトレジスト組成物
は、パターニング時の水分環境に影響されることなく所
望のパターニングが出来るものであることが分る。
The exposed sample is placed in pure water before development.
Immersion for 1 minute, air-dried, baked at 100 ° C. for 1 minute, and then developed with 0.12 N tetramethylammonium hydroxide, the exposure dose for resolving the pattern according to the mask pattern is 25 mJ / cm 2 , and it was found that a 0.5 μmL / S pattern could be resolved, and it was found that almost the same characteristics as in normal development were obtained. Therefore, it can be seen that the photoresist composition of the present invention can perform desired patterning without being affected by the moisture environment during patterning.

【0052】4.実施例4 次に、実施例4について説明する。4. Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment will be described.

【0053】4−1.合成例 始めに、実施例1同様に重量平均分子量MW が11,0
00のポリ(ヒドロキシスチレン)1.2gを用意す
る。次に、これと、2−クロロテトラヒドロチオフェン
1.47gと、トリエチルアミン1.21gとを、テト
ラヒドロフラン100ml中に入れ、25℃の温度で1
6時間反応させる。なお、2−クロロテトラヒドロチオ
フェンは、文献(J.Org.Chem.43,p.3
548(1978))に記載の方法により合成したもの
を用いる。
4-1. Synthesis Example First, in the same manner as in Example 1 the weight average molecular weight M W is 11,0
First, 1.2 g of poly (hydroxystyrene) No. 00 is prepared. Next, this, 1.47 g of 2-chlorotetrahydrothiophene, and 1.21 g of triethylamine were put in 100 ml of tetrahydrofuran.
Incubate for 6 hours. In addition, 2-chlorotetrahydrothiophene is described in the literature (J. Org. Chem. 43, p. 3).
548 (1978)).

【0054】得られた反応物を冷却メタノール300m
l中に加えて沈殿を得る。この沈殿物を25℃で1夜真
空乾燥して0.9gの乾燥樹脂を得る。
The obtained reaction product was cooled in 300 ml of cooled methanol.
to obtain a precipitate. The precipitate is vacuum dried overnight at 25 ° C. to give 0.9 g of dry resin.

【0055】この乾燥樹脂は、ポリ(ヒドロキシスチレ
ン)の2−テトラヒドロチオフラニルエーテル(上述の
式で示されるもの)に相当する。
This dry resin corresponds to 2-tetrahydrothiofuranyl ether of poly (hydroxystyrene) (shown by the above formula).

【0056】この乾燥樹脂は、NMR(核磁気共鳴)ス
ペクトルのイオウに隣接したプロトンと芳香族プロトン
との積分強度比よりエーテル化率が90%以上のもので
あることが分った。
The dry resin was found to have an etherification rate of 90% or more based on the integrated intensity ratio between the protons adjacent to the sulfur and the aromatic protons in the NMR (nuclear magnetic resonance) spectrum.

【0057】4−2.塗布溶液調製 次に、上述の如く合成して得たポリ(ヒドロキシスチレ
ン)の2−テトラヒドロチオフラニルエーテル7gと、
酸発生剤として実施例1と同じジフェニルヨードニウム
ヘキサフルオロアンチモネート0.05gとを酢酸メト
キシエチル15mlに溶解しこの溶液をテフロンフィル
タにより濾過して実施例4のフォトレジスト組成物の塗
布溶液を調製する。
4-2. Preparation of coating solution Next, 7 g of 2-tetrahydrothiofuranyl ether of poly (hydroxystyrene) obtained by synthesis as described above,
As an acid generator, 0.05 g of diphenyliodonium hexafluoroantimonate as in Example 1 was dissolved in 15 ml of methoxyethyl acetate, and this solution was filtered through a Teflon filter to prepare a coating solution of the photoresist composition of Example 4. .

【0058】4−3.パターニング実験 次に、この塗布溶液を用い実施例1のパターニング実験
と同様な手順でパターニング実験を行う。
4-3. Patterning experiment Next, using this coating solution, a patterning experiment is performed in the same procedure as the patterning experiment of Example 1.

【0059】その結果、マスクパターン通りにパターン
を解像する露光量は60mJ/cm2 であり、また0.
5μmL/Sパターンを解像出来ていることが分った。
As a result, the exposure amount for resolving the pattern according to the mask pattern was 60 mJ / cm 2 ,
It was found that a 5 μmL / S pattern could be resolved.

【0060】この発明は上述の実施例に何ら限定される
ものではなく、多くの変形又は変更を行なうことができ
る。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and many modifications or changes can be made.

【0061】例えば上述の実施例では、酸により脱離す
る保護基によって水酸基が保護されているポリ(ヒドロ
キシスチレン)誘導体は、MW が11,000のポリ
(ヒドロキシスチレン)を出発材料として合成していた
が、出発材料をレジストとして使用可能な分子量のもの
に変更して得たフォトレジスト組成物を用いた場合も実
施例と同様な効果が得られることは明らかである。
[0061] For example, in the above embodiments, the poly (hydroxystyrene) derivative in which a hydroxyl group is protected by a protecting group released by an acid is, M W 11,000 of poly (hydroxystyrene) synthesized as the starting material However, it is clear that the same effect as in the example can be obtained when the photoresist composition obtained by changing the starting material to one having a molecular weight usable as a resist is used.

【0062】[0062]

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明のレジストパターンの形成方法および半導体装置
の製造方法によれば、フォトレジスト組成物の構成成分
の1つであるベース樹脂が、酸により脱離するアセター
ル基によって水酸基が保護されているポリ(ヒドロキシ
スチレン)誘導体とされたフォトレジスト組成物を用い
てレジストパターンを形成する。具体的にはアセタール
炭素の隣接炭素原子上に少なくとも1個の水素を有する
構造のアセタール保護基によって水酸基が保護されてい
るポリ(ヒドロキシスチレン)誘導体を、樹脂として含
むフォトレジスト組成物を用いて、レジストパターンを
形成する。すると、保護基の脱離は酸の作用により水分
の補助無く行える。このため、従来に比べ、リソグラフ
ィ工程での雰囲気の影響を受けにくい。
As is apparent from the above description, according to the method for forming a resist pattern and the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the base resin, one of the components of the photoresist composition, is made of an acid. A resist pattern is formed using a photoresist composition which is a poly (hydroxystyrene) derivative in which a hydroxyl group is protected by an acetal group released by the above method. Specifically, using a photoresist composition containing, as a resin, a poly (hydroxystyrene) derivative in which a hydroxyl group is protected by an acetal protecting group having a structure having at least one hydrogen on a carbon atom adjacent to the acetal carbon, A resist pattern is formed. Then, the protecting group can be eliminated by the action of an acid without the aid of moisture. For this reason, it is less affected by the atmosphere in the lithography process than in the related art.

【0063】従って、レジスト処理工程の雰囲気制御に
対する要求の緩和が期待出来、またレジスト塗布済み試
料の品質の経時的なバラツキの低減が期待出来る。その
ため、半導体装置を従来に比べて安価にかつ歩留り良く
製造することができる。
Therefore, it is expected that the requirement for controlling the atmosphere in the resist processing step can be relaxed, and that the variation of the quality of the resist-coated sample over time can be reduced. Therefore, a semiconductor device can be manufactured at a lower cost and a higher yield than in the conventional case.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸により脱離するアセタール基によって
水酸基が保護されているポリ(ヒドロキシスチレン)誘
導体と、光照射により酸を発生する酸発生剤とを含むフ
ォトレジスト組成物の膜を、下地上に形成する工程と、 該膜に目的のパターンに応じた選択的な露光をする工程
と、 該露光の済んだ膜に熱処理をする工程と、 該熱処理の済んだ膜を現像する工程とを含むことを特徴
とするレジストパターンの形成方法。
1. A film of a photoresist composition containing a poly (hydroxystyrene) derivative in which a hydroxyl group is protected by an acetal group released by an acid and an acid generator that generates an acid by light irradiation, is coated on a substrate. A step of selectively exposing the film according to a target pattern; a step of heat-treating the exposed film; and a step of developing the heat-treated film. A method for forming a resist pattern.
【請求項2】 請求項1に記載のレジストパターンの形
成方法において、 前記ポリ(ヒドロキシスチレン)誘導体として下記の
式で示されるものを用いることを特徴とするレジストパ
ターンの形成方法(但し、R1 、R2 及びR3は、水
素、アルキル基又はアリール基であり、同一であっても
異なっていても良い。また、XはO(酸素)又はS(イ
オウ)である。また、nは正の整数である。)。 【化1】
2. A method of forming a resist pattern according to claim 1, a resist pattern forming method, which comprises using those represented by the following formula as the poly (hydroxystyrene) derivatives (wherein, R 1 , R 2 and R 3 are hydrogen, an alkyl group or an aryl group, which may be the same or different, X is O (oxygen) or S (sulfur), and n is positive. Is an integer.). Embedded image
【請求項3】 請求項1に記載のレジストパターンの形
成方法において、 前記ポリ(ヒドロキシスチレン)誘導体として下記の
式で示されるものを用いることを特徴とするレジストパ
ターンの形成方法(但し、R4 は水素、アルキル基又は
アリール基である。また、R5 は置換基を有する炭素数
が2又は3のアルキレン基である。また、XはO(酸
素)又はS(イオウ)である。また、nは正の整数であ
る。)。 【化2】
3. A method of forming a resist pattern according to claim 1, a resist pattern forming method, which comprises using those represented by the following formula as the poly (hydroxystyrene) derivatives (wherein, R 4 Is hydrogen, an alkyl group or an aryl group, R 5 is a substituted or unsubstituted alkylene group having 2 or 3 carbon atoms, and X is O (oxygen) or S (sulfur). n is a positive integer.). Embedded image
【請求項4】 請求項1に記載のレジストパターンの形
成方法において、 前記酸発生剤としてトリアリールスルホニウム塩又はジ
アリールヨードニウム塩を用いることを特徴とするレジ
ストパターンの形成方法。
4. The method for forming a resist pattern according to claim 1, wherein a triarylsulfonium salt or a diaryliodonium salt is used as the acid generator.
【請求項5】 請求項1に記載のレジストパターンの形
成方法において、 前記酸発生剤を、前記ポリ(ヒドロキシスチレン)誘導
体100重量部に対し、1〜50重量部の割合で用いる
ことを特徴とするレジストパターンの形成方法。
5. The method for forming a resist pattern according to claim 1, wherein the acid generator is used in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the poly (hydroxystyrene) derivative. A method of forming a resist pattern.
【請求項6】 請求項1に記載のレジストパターンの形
成方法において、 前記熱処理の際の温度を60℃〜150℃の範囲の温度
とすることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
6. The method for forming a resist pattern according to claim 1, wherein the temperature during the heat treatment is in a range of 60 ° C. to 150 ° C.
【請求項7】 下地上にレジストパターンを形成する工
程を含む半導体装置の製造方法において、 前記レジストパターンを形成する工程として、請求項1
〜6のいずれか1項に記載のレジストパターンの形成工
程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. A method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a resist pattern on an underlayer, wherein the step of forming the resist pattern is performed.
7. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming a resist pattern according to any one of the above items.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP4584558B2 (en) * 2003-09-19 2010-11-24 株式会社リコー Polycarbonate resin

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