JPH1069083A - フォトレジスト用共重合体及びフォトレジスト組成物 - Google Patents
フォトレジスト用共重合体及びフォトレジスト組成物Info
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- JPH1069083A JPH1069083A JP9167399A JP16739997A JPH1069083A JP H1069083 A JPH1069083 A JP H1069083A JP 9167399 A JP9167399 A JP 9167399A JP 16739997 A JP16739997 A JP 16739997A JP H1069083 A JPH1069083 A JP H1069083A
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Abstract
トレジストの樹脂として用いることができるフォトレジ
スト用共重合体を提供すること。 【解決手段】化学式(I)の構造を有する共重合体を合
成する。 【化1】 前記化学式(I)中、Rは炭素数0〜30の直鎖又は分
岐鎖からなるアルキル基を表し、R1は炭素数1〜15個
の直鎖又は分岐鎖の炭素骨格を有するアルコキシ基等を
表し、R2は炭素数1〜15個の直鎖又は分岐鎖の炭素骨
格を有するアルコキシ基等を表し、R3は水素又はアルキ
ル基を表し、aは重合比として10〜100モル%を表
し、bは重合比として0〜90モル%を表す。
Description
ト用共重合体に関し、より詳しくは高集積半導体素子の
微細化で制作の際、光リソグラフィ工程でフォトレジス
トの樹脂として用いることができるマレイミド(maleim
ide)誘導体と、アクリル酸誘導体との新規の共重合体
及びこれを含むフォトレジスト組成物に関する。
パターン形成技術の発達に大きな影響を受けており、半
導体装置の製造工程中でエッチング又はイオン注入工程
等のマスクに非常に幅広く用いられるフォトレジスト
パターンの微細化が必須条件である。
の製造工程を考察して見ると次の通りである。
曲したパターンを形成しようとする半導体基板上に感光
剤、及び樹脂(resin)等が溶剤に一定比率で溶解して
いるフォトレジスト組成物を塗布してフォトレジストを
形成した後、透明基板上に光遮断膜パターンが形成され
ている露光マスクを用いて光を選択的に照射する。
を熱処理装置で80〜120℃の温度に60〜120秒
間ソフトベーク熱処理工程を施した後、TMAH(tetramet
hylammonium hydroxides)を主原料とする弱アルカリ性
現像液を用いて前記フォトレジストの露光/非露光領域
等を選択的に除去し、前記ウェーハを脱イオン水で洗滌
した後、乾燥させてフォトレジストパターンを形成す
る。
(R)は、縮少露光装置の光源の波長(λ)及び工程変
数(k)に比例し、露光装置のレンズ口径(numerical
aperture;NA)に反比例する。
波長、NA=開口数] ここで、前記縮少露光装置の光分解能を向上させるため
には、光源の波長を低減させることになり、例えば波長
が436及び365nmのG−線及びi−線縮少露光装置
は工程分解能がそれぞれ0.7、0.5μm程度が限界で
ある。
成するために波長が小さいDUV、例えば波長が248nm
のKrFレーザや、193nmのArFレーザを光源に用いる露
光装置を利用するとか、イメージ コントラストを向上
させることができる別途の薄膜をウェーハ上に形成する
C.E.L(Contrast enhancement layer;以下CELと
いう)方法、又は位相反転マスクを用いる方法などもあ
るが、装置の光源を微細波長に変えるにも限界があり、
前記CEL方法は工程が複雑で収率が低下する。
ト方法よりは二つのフォトレジストの間に中間層を介在
させた三層レジスト(Trilayer resister ;以下TLRと
いう)方法は、工程変数が小さく単層フォトレジスト方
法に比べ約30%程度分解能が向上し0.25μm程度の
微細パターン形成が可能であるが、256Megaや1Giga
DRAM以上の高集積半導体素子で必要な0.2μm程度の
パターン形成が難しく素子の高集積化に限界がある。
ォトレジストの上側に選択的にシリコンを注入させるシ
リレーション工程を利用する方法等が開発され分解能限
界値を抑えているが、工程が複雑であり再現性が落ち
る。
用いる露光装置が開発されており、これに基づきDUV光
源用フォトレジストもともに開発されている。
のように、芳香族系樹脂(V)と光酸発生剤が結合して
いる組成を有する。
は、光源から紫外線の光を受け酸(H+)を発生させ、
発生した酸は露光部の樹脂(V)と反応して樹脂(V
I)に変化するとともに、さらに他の酸(H+)を発生
させ再び樹脂(V)と反応する連鎖反応が生じる。
液により溶解してなくなることになり、非露光部の樹脂
(V)は酸(acid)の影響を受けずそのまま維持される
ため現像液に溶解してなくならない。このようなメカニ
ズムによりマスクの像を基板上に陽画像として残すこと
ができる。
8nmの波長を有する。
求める4GDRAM以上の製造には波長193nmのArF光源
を用いなければならない。
工程で実際に適用できるフォトレジストは今だ開発され
ていない。その理由はエッチング耐性を良好にするため
には芳香族系樹脂を用いなければならないが、ArF光源
では芳香族系樹脂を用いることができないためである。
これは芳香族系樹脂は193nmの光を吸収するため相対
的に酸発生体が吸収する193nmの光が低減するためで
ある。
現在大部分の研究はPMMA(polymethylmetacrylate)系
樹脂を利用し、その構造は次の化学式の通りである。
性と耐熱性等の物性が良くないため実際工程に適用する
には困難な問題点を有する。
エッチング性及び耐熱性が優れたArF用フォトレジスト
に用いることができる重合体を提供することにある。
程で高解像度及び高感度を満足させ得る新しいフォトレ
ジスト用重合体を提供することにある。
グ性及び耐熱性が優れたフォトレジスト組成物を提供す
ることにある。
めに、請求項1記載の発明は、下記化学式(I)の構造
を有することを特徴とするフォトレジスト用共重合体で
ある。
0の直鎖又は分岐鎖からなるアルキル基を表し、R1は炭
素数1〜15個の直鎖又は分岐鎖の炭素骨格を有するア
ルコキシ基、又は炭素数1〜15個の炭素骨格を有する
環状アルコキシ基、又は炭素数1〜15個の直鎖又は分
岐鎖でかつ置換基を有する炭素骨格を有するアルコキシ
基、又は炭素数1〜15個の分岐鎖でかつ置換基を有す
る炭素骨格を有する環状アルコキシ基、のうちのいずれ
かを表し、R2は炭素数1〜15個の直鎖又は分岐鎖の炭
素骨格を有するアルコキシ基、又は炭素数1〜15個の
炭素骨格を有する環状アルコキシ基、又は炭素数1〜1
5個の直鎖又は分岐鎖でかつ置換基を有する炭素骨格を
有するアルコキシ基、又は炭素数1〜15個の分岐鎖で
かつ置換基を有する炭素骨格を有する環状アルコキシ
基、のうちのいずれかを表し、R3は水素又はアルキル基
を表し、aは重合比として10〜100モル%を表し、
bは重合比として0〜90モル%を表す。) 請求項2記載の発明は、請求項1に記載のフォトレジス
ト用共重合体であって、Rが下記の化学式(II)のう
ちのいずれかであるアルキル基(x、y及びzは0〜5
の整数を表す)であり、R1及びR2はそれぞれ独立的に下
記化学式(III)で示す置換基のうちのいずれかであ
ることを特徴としている。
記載のフォトレジスト用共重合体を含むことを特徴とす
るフォトレジスト組成物である。
V)の構造を有することを特徴とするフォトレジスト用
共重合体である。
〜30の直鎖又は分岐鎖からなるアルキル基を表し、R4
は炭素数1〜15個の直鎖又は分岐鎖の炭素骨格を有す
るアルコキシカルボニル基、又は炭素数1〜15個の炭
素骨格を有する環状アルコキシカルボニル基、又は炭素
数1〜15個の直鎖又は分岐鎖でかつ置換基を有する炭
素骨格を有するアルコキシカルボニル基、又は炭素数1
〜15個の分岐鎖でかつ置換基を有する炭素骨格を有す
る環状アルコキシカルボニル基、のうちのいずれかを表
し、R5は水素、又は炭素数1〜15個の直鎖又は分岐鎖
の炭素骨格を有するアルキル基、又は炭素数1〜15個
の炭素骨格を有する環状アルキル基、又は炭素数1〜1
5個の直鎖又は分岐鎖でかつ置換基を有する炭素骨格を
有するアルキル基、又は炭素数1〜15個の分岐鎖でか
つ置換基を有する炭素骨格を有する環状アルキル基、の
うちのいずれかを表し、R6は水素又はアルキル基を表
し、lは1以上の任意の整数を表し、mは0以上の任意の
整数を表し、nは0以上の任意の整数を表し、単位ユニ
ットL、Mのモル%はLについて10〜100、Mにつ
いて0〜90%である。) 請求項5記載の発明はフォトレジスト組成物であって、
請求項4に記載のフォトレジスト用共重合体を含むこと
を特徴としている。
成物であって、ポリ[2−(t−ブトキシカルボキシレ
ート)エチルマレイミド/アクリル酸](poly[2−
(t−butoxycarboxylate)ethyl maleimide/acrylic
acid])、ポリ[3−(t−ブトキシカルボキシレー
ト)プロピルマレイミド/アクリル酸](poly[3−
(t−butoxycarboxylate)propyl maleimide/acrylic
acid])、ポリ[2−(t−ブトキシカルボキシレー
ト)エチルマレイミド/t−ブチルアクリレート](po
ly[2−(t−butoxycarboxylate)ethyl maleimide/
t−butylacrylate])又はポリ[3−(t−ブトキシ
カルボキシレート)プロピルマレイミド/t−ブチルア
クリレート](poly[3−(t−butoxycarboxylate)p
ropyl maleimide/t−butylacrylate])のうちの少な
くともひとつを含むことを特徴としている。
シレート)エチルマレイミド/アクリル酸]とは、2−
(t−ブトキシカルボキシレート)エチルマレイミドと
アクリル酸との共重合体を表している。
ト)プロピルマレイミド/アクリル酸]とは、3−(t
−ブトキシカルボキシレート)プロピルマレイミドとア
クリル酸との共重合体を示している。
ト)エチルマレイミド/t−ブチルアクリレート]と
は、2−(t−ブトキシカルボキシレート)エチルマレ
イミドとt−ブチルアクリレートとの共重合体を表して
いる。
ト)プロピルマレイミド/t−ブチルアクリレート]と
は、3−(t−ブトキシカルボキシレート)プロピルマ
レイミドとt−ブチルアクリレートとの共重合体であ
る。
合比を表すaは10〜100(モル%)、bは0〜90
(モル%)であり、本発明の共重合体の製造において単
量体の添加比率に従い決定される。
マレイミド誘導体、及びアクリル酸誘導体に通常のラジ
カル重合開始剤を用いて通常のラジカル重合方法に従い
容易に重合することができる。
して重合させることができる。重合溶媒としてはシクロ
ヘキサノン、メチルエチルケトン、ベンゼン、トルエ
ン、ジオキサン、ジメチルホルムアミド等の単独溶媒又
はこれらの混合溶媒を用いることができる。重合開始剤
としては過酸化ベンゾイル(benzoylperoxide)、 2,
2′−アゾビスイソブチロニトリル(2,2'-azobisisobu
tyronitrile(AIBN))、ペルオキシ酢酸(acetylperoxid
e)、ペルオキシラウリル酸(laurylperoxide)、t−
ブチルペルアセテート(t-butylperacetate)等を用い
ることができる。
ずれか一つを選択し、その中でx、y、zをそれぞれ0
〜5の間の整数から選択することにより多様な共重合体
を得ることができる。
耐エッチング性と耐熱性の不足を補うため新しい重合体
を製造でき、化学式(I)及び化学式(IV)を有する
マレイミド誘導体とアクリル酸誘導体の共重合体を製造
できる。
とアクリル酸誘導体、又はt−ブチルアクリレート誘導
体の共重合体を製造する方法を表す。
キシカルボキシレート)エチルマレイミド/アクリル
酸](poly[2−(t−butoxycarboxylate)ethylmalei
mide/acrylic acid])の共重合体を合成する方法は、
[2−(t−ブトキシカルボキシレート)エチルマレイ
ミド]([2−(t−butoxycarboxylate)ethylmaleim
ide])0.5モルとアクリル酸(acrylic acid)0.0
2〜0.2モルをジメチルホルムアミド溶媒に溶解した
後、開始剤としてAIBN(azobisisobutyronitrile)0.
2〜10gを加えた後窒素或いはアルゴン雰囲気のもと
で60〜70℃で4〜24時間反応させる。
ル(ethyl ether)或いはヘキサン(hexane)により沈
澱させた後、乾燥させて得ることができる。
体は化学式(II)でRが1)又は2)の場合、xが2
であり、y及びzは0であり、R1ではヒドロキシ基(−
H)を利用したものである。
キシカルボキシレート)プロピルマレイミド/アクリル
酸](poly[3−(t−butoxycarboxylate)propyl ma
leimide]/acrylic acid])共重合体を合成する方法
は、[3−(t−ブトキシカルボキシレート)プロピル
マレイミド]([3−(t−butoxycarboxylate)propy
l maleimide])0.5モルと、アクリル酸(acrylic ac
id)0.02〜0.2モルをジメチルホルムアミド溶媒に
溶解した後、開始剤としてAIBN(azobisisobutyronitri
le)0.2〜10gを加えてから、窒素或いはアルゴン
雰囲気のもとで60〜70℃で4〜24時間反応させ
る。
(ethyl ether)或いはヘキサン(hexane)により沈澱
させた後、乾燥させて得ることができる。
学式(II)でRが1)又は2)の場合、xが2であ
り、y及びzは0で、R1はターシャリーブチル基であ
る。
キシカルボキシレート)エチルマレイミド/t−ブチル
アクリレート](poly[2−(t−butoxycarboxylat
e)ethyl maleimide/t−butylacrylate])共重合体
を合成する方法は[2−(t−ブトキシカルボキシレー
ト)エチル マレイミド]([2−(t−butoxycarboxy
late)ethyl maleimide])0.5モルと、t−ブチルア
クリレート0.1〜1モルをジメチルホルムアミド溶媒
に溶解した後、開始剤としてAIBN(azobisisobutyronit
rile)0.2〜10gを加えてから窒素或いはアルゴン
雰囲気のもとで60〜70℃で4〜24時間反応させ
る。
(ethyl ether)或いはヘキサン(hexane)により沈澱
させた後、乾燥させて得ることができる。
体は化学式(II)でRが1)又は2)の場合、xが3
であり、y及びzは0で、R1はヒドロキシ基である。
キシカルボキシレート)プロピルマレイミド/t−ブチ
ルアクリレート](poly[3−(t−butoxycarboxylat
e)propyl maleimide]/t−butylacrylate)共重合体
を合成する方法は、3−(t−ブトキシカルボキシレー
ト)プロピル マレイミド0.5モルと、t−ブチルアク
リレート0.1〜1モルをジメチルホルムアミド溶媒に
溶解した後、開始剤としてAIBN(azobisisobutyronitri
le)0.2〜10gを加えてから窒素或いはアルゴン雰
囲気のもとで60〜70℃で4〜24時間反応させる。
(ethyl ether)或いはヘキサン(hexane)により沈澱
させた後、乾燥させて得ることができる。
体は、化学式(II)でRが1)又は2)の場合、xが
3であり、y及びzは0で、R1はターシャリーブチルで
ある。
いフォトレジスト共重合体は、通常のフォトレジスト組
成物の製造と同じ方法を用いて有機溶媒に通常の光酸発
生剤と混合してフォトレジスト溶液とし、ポジティブ微
細画像形成に用いることができる。
酸発生剤及びリソグラフィ条件等に従い変化することも
あるが、大凡、フォトレジスト製造時に用いる有機溶媒
に対し約5〜40重量%を用いることができる。
有する化合物を溶解抑制剤として添加して用いることが
できる。
トに用いる方法をより具体的に説明すれば次の通りであ
る。
ンへ10〜30重量%に溶解させ、光酸発生剤のオニウ
ム塩又は有機スルホン酸をレジスト高分子に対して0.
1〜10重量%に配合し、超微細フィルターで濾過して
フォトレジスト溶液を製造する。
して薄膜を製造した後、80〜150℃のオーブン又は
熱板で1〜5分間ソフトベークし、遠紫外線露光装置又
はエキシマレーザ露光装置を利用して露光した後、10
0〜200℃で露光後ベークする。このように露光した
ウェーハを現像液に1分30秒の間沈漬することにより
超微細ポジティブレジスト画像を得ることができるよう
になる。
と耐熱性問題を補うための新しい重合体である化学式
(I)及び化学式(IV)を有するマレイミド誘導体と
アクリル酸誘導体の共重合体を得ることができた。ま
た、これらはエッチングに対する耐性及び耐熱性とが増
加していた。
々の修正、変更、付加等が可能であることは勿論であ
る。
チング性と耐熱性問題を補うための新しい重合体である
化学式(I)及び化学式(IV)を有するマレイミド誘
導体とアクリル酸誘導体の共重合体を製造することによ
り、フォトレジストのエッチングに対する耐性及び耐熱
性が増加した。
づく新規の共重合体を用いたフォトレジストは、エッチ
ング耐性及び耐熱性に優れ、また、芳香族系の重合体で
ないので、レジストの厚さを1.0μm以下に薄く塗布す
ることにより、解像度と焦点深度において満足な結果を
得ることができた。
Claims (6)
- 【請求項1】下記化学式(I)の構造を有することを特
徴とするフォトレジスト用共重合体。 【化1】 (前記化学式(I)中、 Rは炭素数0〜30の直鎖又は分岐鎖からなるアルキル
基を表し、 R1は炭素数1〜15個の直鎖又は分岐鎖の炭素骨格を有
するアルコキシ基、又は炭素数1〜15個の炭素骨格を
有する環状アルコキシ基、又は炭素数1〜15個の直鎖
又は分岐鎖でかつ置換基を有する炭素骨格を有するアル
コキシ基、又は炭素数1〜15個の分岐鎖でかつ置換基
を有する炭素骨格を有する環状アルコキシ基、のうちの
いずれかを表し、 R2は炭素数1〜15個の直鎖又は分岐鎖の炭素骨格を有
するアルコキシ基、又は炭素数1〜15個の炭素骨格を
有する環状アルコキシ基、又は炭素数1〜15個の直鎖
又は分岐鎖でかつ置換基を有する炭素骨格を有するアル
コキシ基、又は炭素数1〜15個の分岐鎖でかつ置換基
を有する炭素骨格を有する環状アルコキシ基、のうちの
いずれかを表し、 R3は水素又はアルキル基を表し、 aは重合比として10〜100モル%を表しbは重合比
として0〜90モル%を表す。) - 【請求項2】 Rが下記の化学式(II)のうちのいず
れかであるアルキル基(x、y及びzは0〜5の整数を
表す)であり、R1及びR2はそれぞれ独立的に下記化学式
(III)で示す置換基のうちのいずれかであることを
特徴とする請求項1記載のフォトレジスト用共重合体。 【化2】 【化3】 - 【請求項3】 請求項1または2に記載のフォトレジス
ト用共重合体を含むことを特徴とするフォトレジスト組
成物。 - 【請求項4】 下記化学式(IV)の構造を有すること
を特徴とするフォトレジスト用共重合体。 【化4】 (前記化学式式(IV)中、 Rは炭素数0〜30の直鎖又は分岐鎖からなるアルキル
基を表し、 R4は炭素数1〜15個の直鎖又は分岐鎖の炭素骨格を有
するアルコキシカルボニル基(alkoxycarbonyl)、又は炭
素数1〜15個の炭素骨格を有する環状アルコキシカル
ボニル基、又は炭素数1〜15個の直鎖又は分岐鎖でか
つ置換基を有する炭素骨格を有するアルコキシカルボニ
ル基、又は炭素数1〜15個の分岐鎖でかつ置換基を有
する炭素骨格を有する環状アルコキシカルボニル基、の
うちのいずれかを表し、 R5は水素、又は炭素数1〜15個の直鎖又は分岐鎖の炭
素骨格を有するアルキル基、又は炭素数1〜15個の炭
素骨格を有する環状アルキル基、又は炭素数1〜15個
の直鎖又は分岐鎖でかつ置換基を有する炭素骨格を有す
るアルキル基、又は炭素数1〜15個の分岐鎖でかつ置
換基を有する炭素骨格を有する環状アルキル基、のうち
のいずれかを表し、 R6は水素又はアルキル基を表し、lは1以上の任意の整
数を表し、mは0以上の任意の整数を表し、nは1以上の
任意の整数を表し、単位ユニットL、Mのモル%はLに
ついて10〜100、Mについて0〜90%である。) - 【請求項5】 請求項4に記載のフォトレジスト用共重
合体を含むことを特徴とするフォトレジスト組成物。 - 【請求項6】 ポリ[2−(t−ブトキシカルボキシレ
ート)エチルマレイミド/アクリル酸](poly[2−
(t−butoxycarboxylate)ethyl maleimide/acrylic
acid])、ポリ[3−(t−ブトキシカルボキシレー
ト)プロピルマレイミド/アクリル酸](poly[3−
(t−butoxycarboxylate)propyl maleimide/acrylic
acid])、ポリ[2−(t−ブトキシカルボキシレー
ト)エチルマレイミド/t−ブチルアクリレート](po
ly[2−(t−butoxycarboxylate)ethyl maleimide/
t−butylacrylate])、又はポリ[3−(t−ブトキ
シカルボキシレート)プロピルマレイミド/t−ブチル
アクリレート](poly[3−(t−butoxycarboxylat
e)propyl maleimide/t−butylacrylate])のうちの
少なくともひとつを含むことを特徴とするフォトレジス
ト組成物。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|
| JPH1069083A true JPH1069083A (ja) | 1998-03-10 |
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