JPH11174670A - Resist material - Google Patents

Resist material

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JPH11174670A
JPH11174670A JP9346084A JP34608497A JPH11174670A JP H11174670 A JPH11174670 A JP H11174670A JP 9346084 A JP9346084 A JP 9346084A JP 34608497 A JP34608497 A JP 34608497A JP H11174670 A JPH11174670 A JP H11174670A
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resist
acid
sulfanilic
resist material
resin
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慎治 山名
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a chemically amplifying positive-type resist, eliminating T-shapes and film reduction in a resist pattern and capable of forming a rectangular resist pattern with good repeatability. SOLUTION: A chemically amplifying positive-type resist of this invention is characterized in that its molecular structure has basic functional groups and contains an acid-producing agent P 101 (particularly, a sulfanilic acid imide compound, and specifically, a sulfanilic acid phthalimide, a sulfanilic acid naphtalimide, or a sulfanilic acid succinimide compound) for producing amphoteric ions by exposure, and an acid A 106 produced after the exposure efficiently forms basic functional groups and ion pairs A 107. Therefore, the acid A 106 is not deactivated by a basic substance B 108 derived from the atmosphere, and resultantly, environment-resisting performance of the resist is improved, a rectangular resist pattern is obtained, and both focal depth and dimensional accuracy can be improved by more than 7%.

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、半導体装置製造時
のリソグラフィー工程において使用されるレジスト材料
に関する。特に、本発明は、半導体基板上に形成された
フォトレジスト膜をパターン露光後引き置いた場合の引
き置き耐性(“耐環境性能”ともいう)に優れたレジスト
材料に関し、更には、解像力、焦点深度、寸法精度に優
れ、デバイスパターンの高集積化を可能にする化学増幅
系レジスト材料に関する。
The present invention relates to a resist material used in a lithography step in manufacturing a semiconductor device. In particular, the present invention relates to a resist material having excellent withdrawal resistance (also referred to as “environmental resistance performance”) when a photoresist film formed on a semiconductor substrate is withdrawn after pattern exposure, and furthermore, has a high resolution and focus. The present invention relates to a chemically amplified resist material which is excellent in depth and dimensional accuracy and enables high integration of device patterns.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置製造時のリソグラフィー工程
において使用されるレジスト材料は、“半導体基板上に
形成されたフォトレジスト膜を、所望の半導体集積回路
パターンを描いたレチクル又はマスクを通して、露光
し、ポスト露光ベーク処理 (PostExposure Bake 処理,
以下“PEB処理”という) した後、現像液を用いて現
像し、矩形なレジストパターンを形成する方法”に用い
られる。
2. Description of the Related Art A resist material used in a lithography process at the time of manufacturing a semiconductor device is described as follows. A photoresist film formed on a semiconductor substrate is exposed through a reticle or a mask on which a desired semiconductor integrated circuit pattern is drawn. Post exposure bake processing (PostExposure bake processing,
(Hereinafter, referred to as “PEB treatment”) and then developing with a developer to form a rectangular resist pattern ”.

【0003】従来のリソグラフィー工程における露光技
術の主力は、その露光光源に水銀ランプのg線(436n
m)あるいはi線(365nm)を用いる露光装置とノボラッ
ク系レジストを組み合わせた露光技術であった。しか
し、LSIデバイスの高集積化に伴い、レジストパター
ンのより微細化に有利な遠紫外光であるエキシマレーザ
ー光(248nm,193nm)を露光光源に利用したリソグラ
フィーが必要となってきた。
The main technology of the exposure technology in the conventional lithography process is that a g-line (436 n
This is an exposure technique in which an exposure apparatus using m) or i-line (365 nm) is combined with a novolak resist. However, with the increase in integration of LSI devices, lithography using excimer laser light (248 nm, 193 nm), which is far ultraviolet light that is advantageous for making resist patterns finer, has become necessary.

【0004】このエキシマレーザー光を露光光源とした
露光装置と組み合わされるレジストとして従来のノボラ
ック系レジストを用いた場合、光吸収が大きく、良好な
レジスト形状が得られず、また、ノボラック系レジスト
の感度は低いという問題があった。そのため、エキシマ
レーザー光を露光光源とした露光装置と組み合わされる
レジストとしては、そのレジストの感度を大きく増加す
る必要があった。
When a conventional novolak-based resist is used as a resist to be combined with an exposure apparatus using the excimer laser light as an exposure light source, light absorption is large, a good resist shape cannot be obtained, and the sensitivity of the novolak-based resist is high. Was low. Therefore, as a resist combined with an exposure apparatus using an excimer laser beam as an exposure light source, it is necessary to greatly increase the sensitivity of the resist.

【0005】この状況を打開するために提案されたのが
化学増幅系レジストである。この化学増幅系レジストに
は、大別すると(1)ポジ型と(2)ネガ型が知られている。
[0005] To overcome this situation, a chemically amplified resist has been proposed. The chemically amplified resists are roughly classified into (1) positive type and (2) negative type.

【0006】上記(1)の化学増幅系ポジ型レジストは、
例えば、アルカリ現像液に可溶なポリヒドロキシ樹脂を
tert−ブチルオキシカルボニル基等の保護基で保護した
樹脂と酸発生剤との2成分からなり、露光により酸発生
剤から発生した酸の触媒反応により保護基が除去され、
露光部がアルカリ現像液に可溶となる。従って、アルカ
リ現像処理により、露光部が溶解し、未露光部が残存し
てレジストパターンとなる。一方、上記(2)の化学増幅
系ネガ型レジストは、例えば、アルカリ現像液に可溶な
ポリヒドロキシ樹脂,メラミン架橋剤,酸発生剤の3成
分からなり、露光により酸発生剤から発生した酸の触媒
反応により、ポリヒドロキシ樹脂とメラミン架橋剤との
架橋反応が促進され、露光部がアルカリ現像液に不溶と
なる。従って、アルカリ現像処理により、未露光部が溶
解し、露光部が残存してレジストパターンとなる。
The chemically amplified positive resist of the above (1) is:
For example, polyhydroxy resin soluble in alkaline developer
a resin protected with a protecting group such as a tert-butyloxycarbonyl group and an acid generator, and the protecting group is removed by a catalytic reaction of an acid generated from the acid generator upon exposure;
The exposed portion becomes soluble in the alkaline developer. Therefore, the exposed portion is dissolved by the alkali developing treatment, and the unexposed portion remains to form a resist pattern. On the other hand, the chemically amplified negative resist of the above (2) comprises, for example, three components of a polyhydroxy resin soluble in an alkali developer, a melamine crosslinking agent, and an acid generator, and the acid generated from the acid generator upon exposure. The cross-linking reaction between the polyhydroxy resin and the melamine cross-linking agent is promoted by the catalytic reaction, and the exposed portion becomes insoluble in the alkaline developer. Therefore, by the alkali developing treatment, the unexposed portion is dissolved, and the exposed portion remains to form a resist pattern.

【0007】このように、化学増幅系レジストは、酸発
生剤から発生する酸の触媒増感反応により樹脂の溶解選
択性が変化するため、従来のノボラック系レジストに比
べ、高感度化を実現することができる。
As described above, in the chemically amplified resist, since the dissolution selectivity of the resin is changed by the catalytic sensitization reaction of the acid generated from the acid generator, higher sensitivity is realized as compared with the conventional novolak resist. be able to.

【0008】しかしながら、化学増幅系レジストでは、
解像限界付近で光コントラストが小さくなると、寸法均
一性が低下し、さらにレジストスカムが生じやすいとい
う欠点があった。この問題を解決する方法として、レジ
スト中に塩基性物質を添加し、発生した酸の一部を中和
させ、レジスト形状を改善する方法(以下“第1の従来
法”という)が、従来より提案されている(特開平5-1273
69号公報参照)。
However, in a chemically amplified resist,
When the optical contrast decreases near the resolution limit, the dimensional uniformity decreases, and furthermore, there is a disadvantage that resist scum is easily generated. As a method of solving this problem, a method of adding a basic substance to the resist to neutralize a part of the generated acid to improve the resist shape (hereinafter referred to as a “first conventional method”) has been conventionally used. It has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 5-1273).
No. 69).

【0009】また、化学増幅系レジストでは、露光時に
発生した酸の未露光部への拡散が起こるために、所望の
レジストパターンが得られず、解像力、焦点深度、寸法
精度が低下する問題があった。この問題を解決する方法
として、特定の化合物(つまり、酸を中和し、化学放射
線の照射により分解または酸の中和力が低下する化合
物)を感光組成物に添加する方法(以下“第2の従来
法”という)が、従来より提案されている(特開平6-2661
00号公報参照)。
Further, in the chemically amplified resist, since the acid generated at the time of exposure is diffused into the unexposed portion, a desired resist pattern cannot be obtained, and the resolution, the depth of focus, and the dimensional accuracy are reduced. Was. As a method of solving this problem, a method of adding a specific compound (that is, a compound that neutralizes an acid and decomposes or reduces the neutralizing power of an acid by irradiation with actinic radiation) to a photosensitive composition (hereinafter referred to as “second compound”). Conventional method ”) has been proposed (JP-A-6-2661).
No. 00).

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記化
学増幅系レジストを露光後引き置いた場合には、露光時
に発生した酸がレジスト表面において雰囲気中の塩基性
物質に中和され失活するために、所望の矩形なレジスト
パターンが得られず、解像力、焦点深度、寸法精度が低
下する問題があった。特に、微細パターンを形成する場
合には、露光後の引き置き耐性が劣ることによるレジス
トパターンの形状劣化、解像力、焦点深度の低下が顕著
である。従って、レジスト材料の引き置き耐性(耐環境
性能)の改良が望まれていた。
However, when the above chemically amplified resist is withdrawn after the exposure, the acid generated at the time of the exposure is neutralized by the basic substance in the atmosphere on the resist surface and deactivated. However, a desired rectangular resist pattern cannot be obtained, and the resolution, the depth of focus, and the dimensional accuracy are reduced. In particular, when a fine pattern is formed, the deterioration of the shape of the resist pattern, the resolving power, and the decrease in the depth of focus due to the poor withdrawal resistance after exposure are remarkable. Therefore, it has been desired to improve the withstand resistance (environmental resistance) of the resist material.

【0011】従来の前記化学増幅系レジストを用いた場
合の露光後の引き置き耐性について、図3および図4を
参照して説明する。なお、図3は、前記第1の従来法の
化学増幅系レジスト(該レジスト中に塩基性物質を添加
したもの:図中「塩基性化合物“Q”301)として示
す」)を用いた場合の工程A〜Dからなる工程順断面図
である。また、図4は、前記第1の従来法を含む化学増
幅系レジストを用いて得られたレジストパターン形状を
示す断面図である。
With reference to FIGS. 3 and 4, a description will be given of the withstand resistance after exposure when the conventional chemically amplified resist is used. FIG. 3 shows the case of using the chemically amplified resist of the first conventional method (the resist obtained by adding a basic substance to the resist: “shown as a basic compound“ Q ”301) in the drawing”). It is a process order sectional view consisting of process AD. FIG. 4 is a sectional view showing a resist pattern shape obtained by using a chemically amplified resist including the first conventional method.

【0012】前記第1の従来法の化学増幅系レジストを
用いた場合は、まず、図3工程Aに示すように、「塩基
性化合物“Q”301と酸発生剤“P”302とを樹脂(図示
せず)に添加したレジスト膜303」を、シリコン基板304
上に形成する。次に、図3工程Bに示すように、レジス
ト膜303を、エキシマレーザー光305によりマスク306を
通して、露光することにより、酸発生剤“P”302から
酸“A”307が発生する。
When the chemically amplified resist of the first conventional method is used, first, as shown in step A of FIG. 3, a "basic compound" Q "301 and an acid generator" P "302 (Not shown) added to the silicon substrate 304
Form on top. Next, as shown in FIG. 3B, the resist film 303 is exposed to light using an excimer laser beam 305 through a mask 306, whereby an acid “A” 307 is generated from the acid generator “P” 302.

【0013】続いて、図3工程Cに示すように、発生し
た酸“A”307の一部は、塩基性化合物“Q”301と結合
体“AQ”308を形成する。(但し、酸発生剤“P”302
と塩基性化合物“Q”301を添加する系では、発生した
すべての酸“A”307が塩基性化合物“Q”301により中
和されない。) そして、図3工程Dに示すように、塩基性化合物“Q”
301と結合体“AQ”308を形成しなかった酸“A”307
は、露光後の引き置き中に、雰囲気由来の塩基性物質
“B”309によって中和され失活する(→図中の「失活し
た酸“AB”310」参照)。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, a part of the generated acid “A” 307 forms a conjugate “AQ” 308 with the basic compound “Q” 301. (However, the acid generator “P” 302
In the system where the basic compound "Q" 301 is added, all the generated acids "A" 307 are not neutralized by the basic compound "Q" 301. Then, as shown in FIG. 3 step D, the basic compound “Q”
Acid "A" 307 which did not form conjugate "AQ" 308 with 301
Is neutralized and deactivated by the atmosphere-derived basic substance “B” 309 during the withdrawal after exposure (see “Deactivated acid“ AB ”310” in the figure).

【0014】ところで、引き置き中の雰囲気由来の塩基
性物質“B”309による酸“A”307の失活は、特に露光
部レジスト表面で顕著である。従って、このようなレジ
スト膜303をPEB処理により加熱しても、露光部レジ
スト表面では、酸の触媒増感反応による樹脂の溶解選択
性の変化が進行しなくなり、これをアルカリ現像液で現
像すると、所望の矩形なレジストパターンが得られない
という問題が発生する。
By the way, the deactivation of the acid "A" 307 by the basic substance "B" 309 derived from the atmosphere during the withdrawal is particularly remarkable on the exposed resist surface. Therefore, even if such a resist film 303 is heated by the PEB process, the change in the dissolution selectivity of the resin due to the catalytic sensitization reaction of the acid does not progress on the exposed surface of the resist, and when this is developed with an alkali developing solution, In addition, a problem arises in that a desired rectangular resist pattern cannot be obtained.

【0015】特に、化学増幅系ポジ型レジストにおいて
は、レジスト表面で脱保護反応が進行しなくなるので、
1時間以上引き置くと、図4に示すようなT−top形
状(T型形状)のレジストパターンが得られるという問
題があった。
Particularly, in a chemically amplified positive resist, the deprotection reaction does not proceed on the resist surface.
There is a problem that if the substrate is pulled for one hour or more, a T-top (T-shaped) resist pattern as shown in FIG. 4 is obtained.

【0016】さらに、微細パターン形成に関しては、引
き置き耐性が劣ることによるレジストパターンの形状劣
化、解像力、焦点深度の低下が顕著であり、そのため、
レジスト材料の引き置き耐性(耐環境性能)の改良が強く
望まれていた。
Further, regarding the formation of a fine pattern, the deterioration of the resist pattern shape, the resolving power, and the depth of focus due to the poor withdrawal resistance are remarkable.
Improvement in resisting resistance (environmental resistance) of resist materials has been strongly desired.

【0017】一方、前記第2の従来法では、露光時に発
生した酸の一部が未露光部へ拡散するが、この未露光部
へ拡散してきた酸を中和するために、“酸を中和する化
合物であって化学放射線の照射により分解または酸の中
和力が低下する化合物”を感光組成物に添加するもので
ある。即ち、未露光部では、拡散してきた酸はこの化合
物により中和され、また、露光部では、この化合物は、
化学放射線の照射により分解するか又は酸の中和力が低
下するため、露光部に発生した酸とは反応しない。その
ため、前記第2の従来法のような構成としても、前記し
た露光後の引き置き中に、雰囲気由来の塩基性物質によ
る露光部の酸の失活が防止されるものではない、という
欠点を有している。
On the other hand, in the second conventional method, a part of the acid generated at the time of exposure is diffused to the unexposed part. To neutralize the acid diffused to the unexposed part, "acid And a compound which decomposes or degrades the neutralizing power of acid upon irradiation with actinic radiation "to the photosensitive composition. That is, in the unexposed part, the diffused acid is neutralized by this compound, and in the exposed part, this compound is
It does not react with the acid generated in the exposed area because it is decomposed by the irradiation of actinic radiation or the neutralizing power of the acid decreases. Therefore, even with the configuration of the second conventional method, the drawback that the acid deactivation of the exposed portion due to the atmosphere-derived basic substance is not prevented during the post-exposure withdrawal described above. Have.

【0018】(発明の目的)本発明は、前記問題点,欠
点に鑑みなされたものであって、その目的とするところ
は、 ・第一に、前記化学増幅ポジ型レジスト特有のレジスト
表面での酸失活に起因する表面難溶化層の形成を抑制
し、現像後のレジストパターンがT型形状になることを
防止するレジスト材料を提供すること、 ・第二に、現像後のレジストパターンが膜減りすること
を防止するレジスト材料を提供すること、 ・第三に、上記第一および第二で目的とするレジスト材
料を提供することにより、矩形なレジストパターンを得
ることができ、解像性、焦点、深度、寸法精度が向上
し、デバイスパターンの高集積化を可能にするレジスト
材料を提供すること、 を目的としている。
(Purpose of the Invention) The present invention has been made in view of the above problems and disadvantages, and has the following objects. To provide a resist material that suppresses formation of a surface insolubilized layer due to acid deactivation and prevents a resist pattern after development from becoming a T-shape. Third, by providing a resist material that prevents the reduction, by providing the resist material intended in the first and second, a rectangular resist pattern can be obtained, resolution, It is an object of the present invention to provide a resist material capable of improving focus, depth, and dimensional accuracy and enabling high integration of a device pattern.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明に係るレジスト材
料は、化学増幅系レジストの形状向上と耐環境性能向上
のために、 ・分子構造内に塩基性官能基を有し、かつ露光により両
性イオンを発生する酸発生剤を含有すること(請求項
1)、 ・前記酸発生剤が、スルファニル酸イミド化合物である
こと(請求項2)、 ・前記スルファニル酸イミド化合物が、下記の化学式
(1)〜(3)で表されるスルファニル酸フタリミド,スル
ファニル酸ナフタリミド,スルファニル酸スクシンイミ
ド化合物であること(請求項3,4,5)、 を特徴とし、つまり、“発明を特定する事項”とし、こ
れによって、前記第一〜第三の目的とするレジスト材料
を提供するものである。
The resist material according to the present invention is intended to improve the shape of a chemically amplified resist and improve environmental resistance performance. The resist material has a basic functional group in a molecular structure and is amphoteric by exposure. An acid generator that generates ions (claim 1); the acid generator is a sulfanilic imide compound (claim 2); and the sulfanilic imide compound has the following chemical formula:
(1) to (3), a sulfanilic acid phthalimide, a sulfanilic acid naphthalimide, or a sulfanilic acid succinimide compound (claims 3, 4, and 5). Thus, the first to third objective resist materials are provided.

【0020】[0020]

【化4】 Embedded image

【0021】[0021]

【化5】 Embedded image

【0022】[0022]

【化6】 Embedded image

【0023】また、本発明に係るレジスト材料は、 ・前記酸発生剤または前記スルファニル酸イミド化合物
が、1〜15%(対樹脂重量%)含有すること(請求項6)、 ・前記レジスト材料中の樹脂が、化学増幅系ポジ型の樹
脂であって、t−BOC保護型ポリヒドロキシスチレン
樹脂またはt−BOC保護型ポリメチルメタクリル酸樹
脂であること(請求項7)、 を特徴とし、つまり、“発明を特定する事項”とし、こ
れによって、前記第一〜第三の目的とするレジスト材料
を提供するものである。
The resist material according to the present invention may further comprise: (1) the acid generator or the sulfanilic imide compound is contained in an amount of 1 to 15% (% by weight based on resin) (Claim 6); Is a chemically amplified positive resin, and is a t-BOC protected polyhydroxystyrene resin or a t-BOC protected polymethyl methacrylate resin (Claim 7), According to the present invention, the first to third resist materials are provided.

【0024】[0024]

【作用】本発明において、分子構造内に塩基性官能基を
有し、かつ露光により両性イオンが発生する酸発生剤を
用いることにより、露光後に発生した酸は、分子構造内
の該塩基性官能基とイオン対(両性イオン)を効率良く形
成するため、露光後の引き置き中の雰囲気由来の塩基性
物質により酸が失活することがなく、その結果、レジス
トの耐環境性能が向上し、矩形なレジストパターンが得
られる。
In the present invention, by using an acid generator having a basic functional group in the molecular structure and generating an amphoteric ion upon exposure, the acid generated after the exposure can be converted into the basic functional group in the molecular structure. Since the group and ion pair (amphoteric ion) are formed efficiently, the acid is not deactivated by the basic substance derived from the atmosphere during the post-exposure storage, and as a result, the environmental resistance performance of the resist is improved, A rectangular resist pattern is obtained.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態につい
て、図1および図2を参照して説明する。なお、図1
は、本発明の実施形態を説明する図であって、本発明に
係る化学増幅系レジストを用いた場合の“工程A〜E”
からなる工程順断面図である。また、図2は、本発明に
係る化学増幅系レジストを用いて得られた矩形レジスト
パターンの形状を示す断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG.
FIG. 3 is a view for explaining an embodiment of the present invention, and shows “steps A to E” when a chemically amplified resist according to the present invention is used.
It is a process order sectional view consisting of. FIG. 2 is a sectional view showing the shape of a rectangular resist pattern obtained by using the chemically amplified resist according to the present invention.

【0026】本発明の実施形態では、分子構造内に塩基
性官能基を有し、かつ露光により両性イオンを発生する
酸発生剤を含有する化学増幅系レジストを用いるもので
あって、まず、図1工程Aに示すように、分子構造内に
塩基性の官能基を有し化学放射線の照射により酸を発生
する酸発生剤“P”101と樹脂(図示せず)とからなるレ
ジスト膜102を、シリコン基板103上に形成する。次に、
図1工程Bに示すように、エキシマレーザー光104によ
り、マスク105を通して、レジスト膜102を露光する。レ
ジスト膜102のエキシマレーザー光104露光領域では、酸
発生剤“P”101から塩基性の官能基を有する酸“A”1
06が発生する。
In the embodiment of the present invention, a chemically amplified resist containing a basic functional group in the molecular structure and containing an acid generator that generates amphoteric ions upon exposure is used. As shown in Step A, a resist film 102 comprising an acid generator “P” 101 having a basic functional group in the molecular structure and generating an acid upon irradiation with actinic radiation and a resin (not shown) is formed. Is formed on the silicon substrate 103. next,
As shown in FIG. 1B, the resist film 102 is exposed by an excimer laser beam 104 through a mask 105. In the region of the resist film 102 exposed to the excimer laser beam 104, the acid “A” 1 having a basic functional group is removed from the acid generator “P” 101.
06 occurs.

【0027】そして、図1工程Cに示すように、発生し
た酸“A”106は、分子構造内に有する塩基性官能基と
共に、分子内でイオン対“+-”107を形成する。形成
されたイオン対“+-”107は、図1工程Dに示すよう
に、引き置き中に雰囲気由来の塩基性物質“B”108に
よって中和され失活することはない。
Then, as shown in step C of FIG. 1, the generated acid “A” 106 forms an ion pair “ + A ” 107 in the molecule together with the basic functional group in the molecular structure. The formed ion pair “ + A ” 107 is neutralized by the basic substance “B” 108 derived from the atmosphere during the withdrawal as shown in Step D in FIG. 1 and does not become deactivated.

【0028】続いて、図1工程Eに示すように、引き置
き後のPEB処理時に、加熱によりイオン対“+-”10
7は酸活性となり、プロトン“H+”109を発生する。発
生したプロトン“H+”109が露光部での脱保護反応を誘
発するために、1時間以上引き置いても、アルカリ現像
液で現像することにより、図2に示すような矩形レジス
トパターン形状が得られる。
Subsequently, as shown in step E of FIG. 1, during the PEB treatment after the withdrawal, the ion pair “ + A ” 10 is heated by heating.
7 becomes acid active and generates proton “H + ” 109. Since the generated proton “H + ” 109 induces a deprotection reaction in the exposed area, even if it is left for more than one hour, the rectangular resist pattern shape as shown in FIG. can get.

【0029】本発明に係るレジスト材料としては、化学
増幅系レジストの形状向上と耐環境性能向上のために、
分子構造内に塩基性官能基を有し、かつ露光により両性
イオンが発生する「酸発生剤」を含有することを特徴と
するが、この酸発生剤の分子量は、100〜1000であるこ
とが好ましく、また、酸発生剤の添加量としては、対樹
脂比重量パーセントで1〜15%が好ましい。
As the resist material according to the present invention, in order to improve the shape of a chemically amplified resist and improve environmental resistance,
It has a basic functional group in the molecular structure, and contains an `` acid generator '' that generates amphoteric ions upon exposure, but the acid generator has a molecular weight of 100 to 1,000. The amount of the acid generator is preferably 1 to 15% by weight relative to the resin.

【0030】本発明の実施形態において、レジスト毎に
最適な形状が得られるように酸発生剤の添加量を対樹脂
重量比で1〜15%の範囲内で最適化すれば、焦点深度、
寸法精度とも7%以上の向上を図ることができる。特に
微細パターン形成に対しては、その効果は大きく、矩形
のフォトレジストパターンを再現性よく形成することが
できる。
In the embodiment of the present invention, when the addition amount of the acid generator is optimized within the range of 1 to 15% by weight to the resin so that the optimum shape can be obtained for each resist, the depth of focus can be improved.
The dimensional accuracy can be improved by 7% or more. In particular, the effect is great for forming a fine pattern, and a rectangular photoresist pattern can be formed with good reproducibility.

【0031】[0031]

【実施例】次に、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明について詳細に説明するが、本発明は、以下の実
施例により限定されるものではなく、本発明の前記した
“発明を特定する事項”を逸脱しない範囲内で種々の変
更、変形が可能である。
Next, examples of the present invention will be described together with comparative examples.
Although the present invention will be described in detail, the present invention is not limited to the following embodiments, and various changes and modifications can be made without departing from the above-described “items specifying the present invention”. It is.

【0032】(実施例1)本実施例1の化学増幅系レジ
ストは、 ・t−BOC保護型ポリヒドロキシスチレン樹脂(tert-
ブチルオキシカルボニル基で保護したポリヒドロキシス
チレン樹脂)と、 ・酸発生剤として、下記の化学式(1)に示すスルファニ
ル酸フタリミド(分子構造内に塩基性の官能基を有して
いるもの:対樹脂比5重量%)と、 を用いた例である。
(Example 1) The chemically amplified resist of this Example 1 is: t-BOC protected polyhydroxystyrene resin (tert-
A polyhydroxystyrene resin protected with a butyloxycarbonyl group) and as an acid generator, a sulfanilic acid phthalimide represented by the following chemical formula (1) (having a basic functional group in the molecular structure: resin The ratio is 5% by weight).

【0033】[0033]

【化7】 Embedded image

【0034】この化学増幅系レジストを用いて、ウェハ
ー上にレジスト膜を形成し、所望の半導体集積回路パタ
ーンを描いたマスクまたはレチクルを通して、KrFエ
キシマレーザーステッパーで露光した。1時間アンモニ
ア濃度10ppbの雰囲気中で引き置いた後に、PEB処
理し、2.38%TMAH(テトラメチルアンモニウムヒド
ロキサイド)水溶液で現像したところ、図2に示すよう
な矩形レジストパターンが得られた。
Using this chemically amplified resist, a resist film was formed on a wafer and exposed with a KrF excimer laser stepper through a mask or reticle on which a desired semiconductor integrated circuit pattern was drawn. After leaving for 1 hour in an atmosphere having an ammonia concentration of 10 ppb, PEB treatment and development with a 2.38% aqueous solution of TMAH (tetramethylammonium hydroxide) gave a rectangular resist pattern as shown in FIG.

【0035】(比較例1)比較のため、t−BOC保護
型ポリヒドロキシスチレン樹脂と下記の化学式(4)に示
すベンゼンスルホン酸フタリミド(対樹脂比5%)から
なる化学増幅系レジストを、実施例1と同様の工程を経
てレジストパターンを作製したところ、前掲の図4に示
すようなT−top形状が得られた。なお、下記の化学
式(4)に示す化合物は、比較例1に用いられ、酸発生剤
として機能するベンゼンスルホン酸フタリミドであり、
分子構造内に塩基性の官能基を有していない化合物であ
る。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 For comparison, a chemically amplified resist composed of a t-BOC protected polyhydroxystyrene resin and benzenesulfonic acid phthalimide (resin ratio: 5%) represented by the following chemical formula (4) was used. When a resist pattern was formed through the same steps as in Example 1, a T-top shape as shown in FIG. 4 was obtained. The compound represented by the following chemical formula (4) is benzenesulfonic acid phthalimide used in Comparative Example 1 and functioning as an acid generator.
A compound having no basic functional group in the molecular structure.

【0036】[0036]

【化8】 Embedded image

【0037】(実施例2)本実施例2の化学増幅系レジ
ストは、 ・t−BOC保護型ポリヒドロキシスチレン樹脂(tert-
ブチルオキシカルボニル基で保護したポリヒドロキシス
チレン樹脂)と、 ・酸発生剤として、下記の化学式(2)に示すスルファニ
ル酸ナフタリミド(分子構造内に塩基性の官能基を有し
ているもの:対樹脂比5重量%)と、 を用いた例である。
(Example 2) The chemically amplified resist of Example 2 is composed of t-BOC protected polyhydroxystyrene resin (tert-
A polyhydroxystyrene resin protected with a butyloxycarbonyl group); and as an acid generator, naphthalimide sulfanilate represented by the following chemical formula (2) (having a basic functional group in the molecular structure: resin The ratio is 5% by weight).

【0038】[0038]

【化9】 Embedded image

【0039】この化学増幅系レジストを用いて、ウェハ
ー上にレジスト膜を形成し、所望の半導体集積回路パタ
ーンを描いたマスクまたはレチクルを通して、KrFエ
キシマレーザーステッパーで露光し、1時間アンモニア
濃度10ppbの雰囲気中で引き置いた後にPEB処理
し、2.38%TMAH水溶液で現像したところ、図2に示
すような矩形レジストパターンが得られた。
Using this chemically amplified resist, a resist film is formed on a wafer, exposed through a mask or reticle on which a desired semiconductor integrated circuit pattern is drawn, using a KrF excimer laser stepper, and subjected to an atmosphere having an ammonia concentration of 10 ppb for one hour. After the substrate was left inside, it was subjected to PEB treatment and developed with a 2.38% TMAH aqueous solution. As a result, a rectangular resist pattern as shown in FIG. 2 was obtained.

【0040】(比較例2)比較のため、t−BOC保護
型ポリヒドロキシスチレン樹脂と下記の化学式(5)に示
すベンゼンスルホン酸ナフタリミド(対樹脂比5%)か
らなる化学増幅系レジストを用いて、前記実施例2と同
様の工程を経てレジストパターンを作製したところ、前
掲の図4に示すようなT−top形状が得られた。な
お、下記の化学式(5)に示す化合物は、比較例2に用い
られ、酸発生剤として機能するベンゼンスルホン酸ナフ
タリミドであり、分子構造内に塩基性の官能基を有して
いない化合物である。
Comparative Example 2 For comparison, a chemically amplified resist comprising a t-BOC protected polyhydroxystyrene resin and naphthalimide benzenesulfonate (resin ratio 5%) represented by the following chemical formula (5) was used. When a resist pattern was formed through the same steps as in Example 2, a T-top shape as shown in FIG. 4 was obtained. The compound represented by the following chemical formula (5) is naphthalimide benzenesulfonate which functions as an acid generator and is used in Comparative Example 2 and has no basic functional group in the molecular structure. .

【0041】[0041]

【化10】 Embedded image

【0042】(実施例3)本実施例3の化学増幅系レジ
ストは、 ・t−BOC保護型ポリメチルメタクリル酸樹脂(tert-
ブチルオキシカルボニル基で保護したポリメチルメタク
リル酸樹脂)と、 ・酸発生剤として、下記の化学式(3)に示すスルファニ
ル酸スクシンイミド化合物(分子構造内に塩基性の官能
基を有しているもの:対樹脂比5重量%)と、 を用いた例である。
Example 3 The chemically amplified resist of Example 3 was: t-BOC protected polymethyl methacrylate resin (tert-
A polymethyl methacrylic acid resin protected with a butyloxycarbonyl group) and, as an acid generator, a sulfanilic acid succinimide compound represented by the following chemical formula (3) (having a basic functional group in the molecular structure: (5% by weight with respect to the resin).

【0043】[0043]

【化11】 Embedded image

【0044】この化学増幅レジストを用いて、ウェハー
上にレジスト膜を形成し、所望の半導体集積回路パター
ンを描いたマスクまたはレチクルを通して、ArFエキ
シマレーザーステッパーで露光し、1時間アンモニア濃
度10ppbの雰囲気中で引き置いた後にPEB処理し、
2.38%TMAH水溶液で現像したところ、図2に示すよ
うな矩形レジストパターンが得られた。
Using this chemically amplified resist, a resist film is formed on a wafer, and is exposed with an ArF excimer laser stepper through a mask or reticle on which a desired semiconductor integrated circuit pattern is drawn, and is exposed to an atmosphere having an ammonia concentration of 10 ppb for one hour. After PEB treatment,
When developed with a 2.38% TMAH aqueous solution, a rectangular resist pattern as shown in FIG. 2 was obtained.

【0045】(比較例3)比較のため、t−BOC保護
型ポリヒドロキシスチレン樹脂と下記の化学式(6)に示
すベンゼンスルホン酸スクシンイミド化合物(対樹脂比
5%)からなる化学増幅系レジストを用いて、前記実施
例3と同様の工程を経てレジストパターンを作製したと
ころ、前掲の図4に示すようなT−top形状が得られ
た。
Comparative Example 3 For comparison, a chemically amplified resist comprising a t-BOC protected polyhydroxystyrene resin and a benzenesulfonic acid succinimide compound represented by the following chemical formula (6) (resin ratio: 5%) was used. Then, a resist pattern was formed through the same steps as in Example 3 above. As a result, a T-top shape as shown in FIG. 4 was obtained.

【0046】[0046]

【化12】 Embedded image

【0047】なお、上記実施例1〜3では、レジスト材
料中の樹脂が、化学増幅系ポジ型の樹脂であって、t−
BOC保護型ポリヒドロキシスチレン樹脂またはt−B
OC保護型ポリメチルメタクリル酸樹脂を使用した例を
示したが、本発明に係るレジスト材料は、このような化
学増幅系ポジ型に限定されるものではなく、化学増幅系
のネガ型樹脂に対しても適用されるものであり、これも
本発明に包含されるものである。
In the above Examples 1 to 3, the resin in the resist material is a chemically amplified positive type resin and t-
BOC protected polyhydroxystyrene resin or tB
Although an example in which an OC-protected polymethyl methacrylate resin is used has been described, the resist material according to the present invention is not limited to such a chemically amplified positive-type resin, and may be used for a chemically amplified negative-type resin. And the present invention is also included in the present invention.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明は、以上詳記したように、分子構
造内に塩基性官能基を有し、かつ露光により両性イオン
を発生する酸発生剤(特にスルファニル酸イミド化合
物、具体的には、スルファニル酸フタリミド,スルファ
ニル酸ナフタリミド,スルファニル酸スクシンイミド化
合物)を含有することを特徴とするレジスト材料であ
り、このレジスト材料を用いたパターン形成方法では、
レジストパターンのT字型形状及び膜減りをほぼ完全に
解消することができ、矩形なレジストパターンを得るこ
とができる。また、本発明によれば、解像性、焦点、深
度、寸法精度が向上し、デバイスパターンの高集積化を
可能にすることができる。
As described in detail above, the present invention relates to an acid generator (especially a sulfanilic imide compound, specifically a sulfanilic imide compound, which has a basic functional group in its molecular structure and generates an amphoteric ion upon exposure to light). , Sulfanilic acid phthalimide, sulfanilic acid naphthalimide, sulfanilic acid succinimide compound), and a pattern forming method using the resist material comprises:
It is possible to almost completely eliminate the T-shape of the resist pattern and the film loss, and obtain a rectangular resist pattern. Further, according to the present invention, resolution, focus, depth, and dimensional accuracy are improved, and high integration of device patterns can be achieved.

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

【図1】本発明の実施形態を説明する図であって、本発
明に係る化学増幅系レジストを用いた場合の“工程A〜
E”からなる工程順断面図である。
FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of the present invention, wherein “steps A to A” when a chemically amplified resist according to the present invention is used;
It is a process order sectional view consisting of E ".

【図2】本発明に係る化学増幅系レジストを用いて得ら
れた矩形レジストパターンの形状を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the shape of a rectangular resist pattern obtained using the chemically amplified resist according to the present invention.

【図3】第1の従来法の化学増幅系レジストを用いた場
合の工程A〜Dからなる工程順断面図である。
FIG. 3 is a sectional view in the order of steps including steps A to D when a chemically amplified resist according to a first conventional method is used.

【図4】第1の従来法を含む化学増幅系レジストを用い
て得られたレジストパターン形状を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a resist pattern shape obtained by using a chemically amplified resist including the first conventional method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,302 酸発生剤“P” 102,303 レジスト膜 103,304 シリコン基板 104,305 エキシマレーザー光 105,306 マスク 106,307 酸“A” 107 − イオン対““+-” 108,309 雰囲気由来の塩基性物質“B” 109 − プロトン“H+” − 301 塩基性化合物“Q” − 308 結合体“AQ” − 310 失活した酸“AB”101, 302 Acid generator “P” 102, 303 Resist film 103, 304 Silicon substrate 104, 305 Excimer laser beam 105, 306 Mask 106, 307 Acid “A” 107 − Ion pair “ + A ” 108, 309 Atmosphere Basic substance "B" derived from 109-proton "H + " -301 Basic compound "Q" -308 Conjugate "AQ" -310 Inactivated acid "AB"

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 分子構造内に塩基性官能基を有し、かつ
露光により両性イオンを発生する酸発生剤を含有するこ
とを特徴とするレジスト材料。
1. A resist material having a basic functional group in the molecular structure and containing an acid generator that generates amphoteric ions upon exposure.
【請求項2】 前記酸発生剤が、スルファニル酸イミド
化合物であることを特徴とする請求項1に記載のレジス
ト材料。
2. The resist material according to claim 1, wherein the acid generator is a sulfanilic imide compound.
【請求項3】 前記スルファニル酸イミド化合物が、下
記の化学式(1)で表されるスルファニル酸フタリミドで
あることを特徴とする請求項2に記載のレジスト材料。 【化1】
3. The resist material according to claim 2, wherein the sulfanilic imide compound is a sulfanilic phthalimide represented by the following chemical formula (1). Embedded image
【請求項4】 前記スルファニル酸イミド化合物が、下
記の化学式(2)で表されるスルファニル酸ナフタリミド
であることを特徴とする請求項2に記載のレジスト材
料。 【化2】
4. The resist material according to claim 2, wherein the sulfanilic imide compound is a naphthalimide sulfanilate represented by the following chemical formula (2). Embedded image
【請求項5】 前記スルファニル酸イミド化合物が、下
記の化学式(3)で表されるスルファニル酸スクシンイミ
ド化合物であることを特徴とする請求項2に記載のレジ
スト材料。 【化3】
5. The resist material according to claim 2, wherein the sulfanilic imide compound is a sulfanilic succinimide compound represented by the following chemical formula (3). Embedded image
【請求項6】 前記酸発生剤または前記スルファニル酸
イミド化合物が、1〜15%(対樹脂重量%)含有すること
を特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のレジスト
材料。
6. The resist material according to claim 1, wherein the acid generator or the sulfanilic imide compound contains 1 to 15% (based on resin weight%).
【請求項7】 前記レジスト材料中の樹脂が、化学増幅
系ポジ型の樹脂であって、t−BOC保護型ポリヒドロ
キシスチレン樹脂またはt−BOC保護型ポリメチルメ
タクリル酸樹脂であることを特徴とする請求項1〜6の
いずれかに記載のレジスト材料。
7. The resin in the resist material is a chemically amplified positive resin, and is a t-BOC protected polyhydroxystyrene resin or a t-BOC protected polymethyl methacrylate resin. The resist material according to claim 1.
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WO2016043169A1 (en) * 2014-09-16 2016-03-24 Jsr株式会社 Radiation-sensitive resin composition and resist pattern formation method

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