JPH11269234A - 感光性ポリマー及びそれを利用した化学増幅型レジスト組成物 - Google Patents
感光性ポリマー及びそれを利用した化学増幅型レジスト組成物Info
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- JPH11269234A JPH11269234A JP10358468A JP35846898A JPH11269234A JP H11269234 A JPH11269234 A JP H11269234A JP 10358468 A JP10358468 A JP 10358468A JP 35846898 A JP35846898 A JP 35846898A JP H11269234 A JPH11269234 A JP H11269234A
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Abstract
ッチング耐性を有し、膜質に対して優秀な接着力を発揮
する感光性ポリマー及びそれを利用した化学増幅型レジ
スト組成物を提供する。 【解決手段】 下記化学式1の高分子、又は化学式1の
高分子を有する共重合体を含む感光性ポリマーを提供す
る。 式のうち、R1はC1〜C20の脂肪族炭化水素であり、nは
定数である。
Description
hotosensitive Polymer)及びそれを利用した化学増幅型
レジスト組成物に関するものであり、特にArFエキシ
マレーザー波長に露光するとき、膜質に対して優秀な接
着力を発揮し、通常の現像液によって現像ができ、優れ
た乾式エッチング耐性(Dry-Etch Resistance)を有する
感光性ポリマー及びそれを利用した化学増幅型レジスト
組成物に関するものである。
よってフォトリソグラフィ(Photo-Lithography)工程に
おいて、サブクォータマイクロン級の微細パターン形成
が必須的な課題になる。さらに、1ギガ(Giga)級以上の
素子では既存のDUV(Deep-Ultraviolet:λ=248nm)露光源
であるKrFエキシマレーザーより短波長であるArF
エキシマレーザー(λ=193nm)を利用するフォトリソグラ
フィ技術が導入されながら新しいレジスト組成物が提案
された。
増幅型レジスト組成物は、次のような要件を満足しなけ
ればならない。即ち、193nmの波長領域で透過率(Transm
ittance)と、膜質(Substrate)に対する接着力及び乾式
エッチングに対する耐性も、熱的特性も優れなければな
らない。 ここで、熱的特性が優れていることは、ガラ
ス遷移温度(Tg)が高いことを意味する。
水酸化物(Tetramethylammoniumhydroxide : TMAH)溶液
のように通常に使用されるアカルライン(アルカリ)現
像液(Developer)をそのまま使用して現像できなければ
ならない。一方、今まで知られた一番一般的なArFエ
キシマレーザー用レジスト組成物は、メタクリレート(M
ethacrylate)系のポリマーであり、その代表的なもの
は、次の式で表示されるターポリマー(Terpolymer)であ
るポリ(MMA-tBMA-MAA)が使用されている。
グに対する耐性及び膜質に対する接着力が不良な短所が
ある。これにより、乾式エッチングに対する耐性を増加
させるためイソボルニル(Isobornyl)、アダマンチル(Ad
amantyl)、トリシクロドカニル基(Tricyclodecanyl Gro
up;トリシクロデカニル基)等のいろいろの脂環式化合
物(Alicyclic Compound)を導入する方法を使用してい
る。
接着力が不良でレジストパターンの浮き現象(Lifting)
が発生し、乾式エッチング耐性が不良であり、現像時に
は通常使用される現像液ではなく希釈された濃度の現像
液を使用すべき問題がある。
クボーン(Backbone)がサイクリック(環式)構造を有しな
がら、脂環式の化合物を含有する脂環式シクロポリマー
(Alicyclic Cyclopolymer)にヒドロキシ(Hydroxy : O
H)が導入された感光性ポリマーを提供することである。
有する脂環式シクロポリマーにヒドロキシ基が導入され
た感光性ポリマーを利用することによって、ArFエキ
シマレーザー波長に露光するとき、膜質に対して優秀な
接着力を発揮し、通常の現像液によって現像され、乾式
エッチングに対する耐性が優れた化学増幅型レジスト組
成物を提供することである。
明は、化学式1の高分子、又は化学式1の高分子を有す
る共重合体(Copolymer)を含む感光性ポリマを提供す
る。
であり、nは定数である。又、式のうち、R1は−CH3、
−CH2CH3、n−ブチル(n-butyl)、シクロヘシル(Cyclo
hexyl;シクロヘキシル)基からなる群から選択される。
R1は、アダマンチル(Adamantyl)、ノルボルニル(Norbo
rnyl)、イソボルニル(Isobornyl)基のようなC7〜C20の
脂環式の脂肪族炭化水素(Alicyclic AliphaticHydrocar
bone)からなる群から選択される。
重量平均分子量は、3,000〜100,000である。一方、化学
式2の高分子及びPAG(Photoacid Generator)を含む
化学増幅型レジスト組成物を提供する。
であり、 R2はH又はCH3であり、R3はt−ブチル(t
−butyl)、又はテトラヒドロピラニル基(Tetrahydrop
yranyl group)である。式のうち、m及びnは定数であ
り、n/(m+n) = 0.1〜0.5である。又、式中、R1は
−CH3、−CH2CH3、n−ブチル、シクロヘキシルからな
る群から選択され、又はアダマンチル、ノルボルニル、
イソボルニル基等のC7〜C20の脂環式の脂肪族炭化水素
からなる群から選択される。
は、3,000〜200,000であり、PAGの含量は、化学式2
の高分子の重量を基準として1.0〜20.0wt%である。PA
Gは、トリアリルスルホニウム塩(Triarylsulfonium Sa
lts;トリアリールスルホニウム塩類)とダイアリリョー
ドニウム塩(Diaryliodonium Salts;ジアリールヨード
ニウム塩類)とスルホン酸(Sulfonates;スルホン酸塩
類)からなる群から選択されたある1つを含む。
塩(トリアリールスルホニウム塩類)は、トリフェニル
スルホニウム トリフラート(Triphenylsulfonium trifl
ate;トリフェニルスルホニウム トリフレート)、トリ
フェニルスルホニウム アンチモン酸塩(Triphenylsulfo
nium antimonate)、2,6−ジニトロべンジル スルホン酸
(2,6-dinitrobenzyl sulfonates;2,6−ジニトロべンジ
ル スルホン酸塩類)、ピロガロール トリス アルキスル
ホン酸(Pyrogallol tris : alkylsulfonates;ピロガロ
ール トリス アルキルスルホン酸塩類)からなる群から
選択される。
ウム塩(ジアリールヨードニウム塩類)は、ジフェニル
リョードニウム トリフラート(Diphenyliodonium trifl
ate;ジフェニルヨードニウム トリフレート)、ジフェ
ニルリョードニウム アンチモン酸塩(Diphenyliodonium
antimonate)、メトキシジフェニルリョードニウムトリ
フラート(Methoxydiphenyliodonium triflate;メトキ
シジフェニルヨードニウム トリフレート)、ジ−t−ブ
チル ジフェニルリョードニウム トリフラート(Di-t-bu
tyldiphenyliodonium triflate;ジ−t−ブチル ジフェ
ニルヨードニウム トリフレート)等からなる群から選択
される。
を詳細に説明する。 実施形態1 モノマー(Monomer)の合成
メタノール(5-norbornene-2-cyclohexylmethanol;5
−ノルボルネン−2−シクロヘキシルメタノール)の合
成 ダイチルエダ(Diethylether;ジエチルエーテル)に0.
1molで溶解されているシクロヘシル臭化マグネシウム(C
yclohexyl Magnesiumbromide;シクロヘキシル臭化マグ
ネシウム)溶液に5−ノルボニン−2−カルボサリデヒド
(5-norbornene-2-carboxaldehyde;5−ノルボルネン−
2−カルボサリデヒド)13g(0.1mol)をゆっくり落とした
後、還流条件下で約12時間程度反応させてから、反応
物を過量の水に流しながら進行させた。
エチルエーテル)を使用して抽出し、黄酸マグネシウム
(Magnesiumsulfate;硫酸マグネシウム)に乾燥させた
後、真空蒸溜方式を利用して生成物を分離した。この時
の収率は、75%であった。
メタノール(5-norbornene-2-norbornylmethanol)の合
成 テトラヒドロフラン(Tetrahydrofuran : THF)に0.1m
olで溶解されている2−ノルボルニル 臭化マグネシウ
ム(2-norbornyl Magnesiumbromide)溶液に5−ノルボニ
ン−2−カルボサリデヒド(5-norbornene-2-carboxald
ehyde)13g(0.1mol)をゆっくり落した後、還流条件下で
約20時間程度反応させた。
ry evaporator)を利用してTHFを蒸発させてから、
反応物を過量の水に流しながら進行させた。それから、
ダイチルエダ(Diethylether;ジエチルエーテル)を使
用して抽出し、黄酸マグネシウム(Magnesiumsulfate;
硫酸マグネシウム)で乾燥させた後、真空蒸溜方式を利
用して生成物を分離した。このときの収率は、60%であ
った。
レート(Tetrahydropyranyl methacrylate)の合成 0.1molのメタクリル酸(Methacrylic acid)と3,4−ジヒ
ドロ−2H−ピラン(3,4-dihydro-2H-pyran)8.6g(0.11mo
l)を150mlのCH2Cl2に溶かしてから、ここにp−トルエ
ンスルホン酸(p-toluenesulfonic acid)を少量添加し、
その反応物を常温で4時間程度反応させた。それから、
ダイチルエダ(Diethylether;ジエチルエーテル)を使
用して抽出し、黄酸マグネシウム(Magnesiumsulfate;
硫酸マグネシウム)で乾燥させた後、真空蒸溜方式で生
成物を分離した。このときの収率は、85%であった。
示することができる。
メタノール−アルト−マレイン酸:Norbornene-2-cycl
ohexylmethanol-alt-maleic anhydride;ノルボルネン
−2−シクロヘキシルメタノール−アルト−無水マレイ
ン酸)の合成 5−ノルボニン−2−シクロヘシルメタノール20g(0.1mo
l)とアメイン酸(Maleic Anhydride;無水マレイン酸)1
0g(0.1mol)をTHF100mlに溶かしてから、ここにAI
BN(2,2'-azobisisobutyronitrile)0.32gを入れてか
ら、N2ガスを利用して完全にパージさせた。
てから、10倍で稀釈された過量のn−ヘキサン(n-he
xane)で沈殿させた。それから、その沈殿物を再びTH
Fに溶かしてから、n−ヘキサンで再沈殿させた。沈殿
物を濾過させてから、50℃の真空オーブンで24時間、乾
燥させた。このときの収率は、60%であった。
を利用して分子量を測定した結果、コポリマーの重量平
均分子量は5,000であり、多分散(Polydispersity)は2.1
であり、FTIR(KBr) : 3400〜3600cm-1(O‐H)、1780
cm-1(C=O)であった。
ルメタノール−アルト−アレイン酸:Norbornene-2-no
rbornylmethanol-alt-maleic anhydride;ノルボルネン
−2−ノルボルニルメタノール−アルト−無水マレイン
酸)の合成 5−ノルボニン−2−ノルボルニルメタノール21g(0.1mo
l)とアレイン酸(Maleic Anhydride;無水マレイン酸)1
0g(0.1mol)をTHF100mlに溶かしてから、ここにAI
BN0.32gを入れてから、N2ガスを利用して完全にパー
ジさせた。還流乾燥下で、反応物を約24時間程度重合さ
せた後、10倍で稀釈された過量のn−ヘキサンで沈殿
させた。それから、その沈殿物を再びTHFに溶かして
から、n−ヘキサンで再沈殿させた。
ブンで24時間の間乾燥させた。このときの収率は、65
%であった。このように合成されたコポリマーに対し
て、GPC方法を利用して分子量を測定した結果、コポ
リマーの重量平均分子量は4,700であり、多分散は2.0で
あり、FTIR(KBr) : 3,400〜3,600cm-1(O‐H)、2958
cm-1(C‐H)、1780cm-1(C=O)であった。
表示することができる。
を有するターポリマーの合成 5−ノルボルネン−2−シクロヘシキルメタノール20g
(0.1mol)とマレイン酸(Maleic Anhydride;無水マレイ
ン酸)10g(0.1mol)、t−ブチルメタクリレート 14g(0.1
mol)THF150mlに溶かしてから、ここにAIBN 0.49
gを添加した後、N2ガスを利用して完全にパージさせ
た。反応物を還流条件下で、約24時間程度重合させてか
ら、10倍に稀釈された過量のn−ヘキサンで沈殿させ
た。
してから、n−ヘキサンで再沈殿させた。沈殿物を濾過
してから、50℃の真空オーブンで24時間乾燥させた。
このときの収率は、75%であった。
してGPC方法を利用して分子量を測定した結果、ター
ポリマーの重量平均分子量は5,500であり、多分散は2.1
であった。図1は、合成されたtBMAを有するターポ
リマーのFTIRスペクトルを示すグラフである。これ
を参照すると、FTIR(KBr) : 3,400〜3,600cm-1(O‐
H)、2978cm-1(C‐H)、1780cm-1(C=O)であることが分か
る。
ート(Tetrahydropyranyl Methacrylate : THPMA)を有す
るターポリマーの合成 5−ノルボニン−2−シクロヘキシル メタノール20g
(0.1mol)と、マレイン酸(Maleic Anhydride;無水マレ
イン酸)10g(0.1mol)、テトラヒドロピラニル メタクリ
レート17g(0.1mol)THF150mlに溶かしてから、ここに
AIBN 0.49gを添加してから、N2ガスを利用して完
全にパージさせた。
重合させた後、10倍に稀釈された過量のn−ヘキサン
で沈殿させた。それから、その沈殿物を再びTHFに溶
かしてから、n−ヘキサンで再沈殿をさせた。沈殿物を
濾過してから、50℃の真空オーブンで24時間の間、乾
燥させた。このときの収率は、75%であった。
て、GPC方法を利用して分子量を測定した結果、ター
ポリマーの重量平均分子量は5,000であり、多分散は2.0
であり、FTIR(KBr) : 3400〜3600cm-1(O‐H)、2957
cm-1(C‐H)、1780cm-1(C=O)、1720cm-1(C=O)であっ
た。
ポリマーを利用したレジスト組成物の製造 実施形態3の(i)で合成したtBMAを有するターポリ
マー 1.0gとトリフェニルスルホニウム トリフラート(T
riphenylsulfonium triflate;トリフェニルスルホニウ
ム トリフレート)0.05gをプロピレンコル モノメタル
エダ アセクート(Propyleneglycol monomethylether a
cetate : PGMEA;プロピレングリコール モノメチルエ
ーテル アセテート)6.0gに完全に溶かして、0.45、0.2
μmのマイクロフィルタを利用して濾過することによっ
て、レジスト組成物を製造した。
ane)で処理したSiウェーハの表面に約0.5μmの厚さで
コーティングした。このように、レジスト組成物がコー
ティングされたウェーハを130℃の温度で、約90秒の間
ソフトバキング(Soft-Baking)を実施し、開口数(NA)が
0.45であるArF エキシマレーザーを照射して露光し
てから、140℃の温度で約90秒の間ポストバキング(Post
-Exposure Baking)を実施した。
ニウム水酸化物(Tetramethylammonium hydroxide : TMA
H)溶液を利用して60秒間現像した。図2は、本発明のレ
ジスト組成物を使用した場合に示す断面写真である。こ
れを参照すると、実験結果、約20mJ/cm2のドーズ(Dose)
で0.3μmの線及び空間パターン(Lines & Spaces Patte
rn)が形成されることが分かる。
ート(THPMA)を有するターポリマーを利用したレジスト
組成物の製造 実施形態3(ii)で合成したTHPMAを有するターポリマ
ー1.0gとトリフェニルスルホニウム トリフラート0.05g
をプロピレンコルモノメタルエダ アセクート(PGMEA;
プロピレングリコール モノメチルエーテル アセテー
ト)6.0gに完全に溶かしてから、0.45, 0.2μmのマイク
ロフィルタを利用して濾過することによって、レジスト
組成物を製造した。
ane)で処理したSiウェーハの表面に約0.5μmの厚さで
コーティングした。このようにレジスト組成物がコーテ
ィングされたウェーハを130℃の温度で約90秒の間、ソ
フトバキングし、開口数(NA)が0.45であるArFエキシ
マレーザーを照射して露光してから、約140℃の温度
で、約90秒間ポストバキング(Post-Exposure Baking)を
実施した。
ニウム水酸化物(Tetramethylammonium hydroxide : TMA
H)溶液を利用して60秒間現像した。実験結果、約13mJ/c
m2のドーズ(Dose)で0.3μmの線及び空間パターン(Line
s& Spaces Pattern)が得ることが分かる。
レート (THPMA)を有するターポリマーを利用したレジス
ト組成物の製造 実施形態3(ii)で合成したTHPMAを有するターポリマ
ー1.0gとメトキシジフェニルリョード トリフラート(M
ethoxydiphenyliodonium triflate;メトキシジフェニ
ルヨードニウム トリフレート)0.05gをプロピレンコル
モノメタルエダアセクート(PGMEA;プロピレングリコー
ル モノメチルエーテル アセテート) 6.0gに完全に溶
かしてから、0.45, 0.2μmのマイクロフィルタを利用
して濾過することによって、レジスト組成物を製造し
た。
ane)で処理したSiウェーハの表面に約0.5μmの厚さで
コーティングした。このようにレジスト組成物がコーテ
ィングされたウェーハを130℃の温度で約90秒間、ソフ
トバキングし、開口数(NA)が0.45であるArFエキシマ
レーザーを照射して露光してから、約140℃の温度で、
約90秒間ポストバキング(Post-Exposure Baking)を実施
した。
水酸化物(Tetramethylammonium hydroxide : TMAH;テ
トラメチルアンモニウム水酸化物)溶液を利用して60秒
間現像した。実験結果、約18mJ/cm2のドーズ(Dose)で0.
3μmの線及び空間パターン(Lines& Spaces Pattern)が
得ることが分かる。
と、通常使用される現像液を使用して現像でき、乾式エ
ッチング耐性が優れ、膜質に対して優秀な接着力を提供
する。
説明したが、本発明は、実施形態に限定されることでは
なく、本発明の技術的な思想範囲内で、この分野で通常
の知識を持っている者にいろいろ変形が可能である。
ターポリマーのFTIRスペクトルを示すグラフであ
る。
すパターの断面写真である。
Claims (14)
- 【請求項1】 化学式1の高分子、又は前記化学式1の
高分子を有する共重合体を含む感光性ポリマー。 【化1】 化学式1 式のうち、R1はC1〜C20の脂肪族炭化水素であり、nは
定数である。 - 【請求項2】 前記R1は、-CH3、-CH2CH3、n−ブチ
ル、シクロヘシル(cyclo hexyl;シクロヘキシル)から
なる群から選択されることを特徴とする請求項1に記載
の感光性ポリマー。 - 【請求項3】 前記R1は、アダマンチル(Adamantyl)、
ノルボルニル(Norbornyl)、イソボルニル(Isobornyl)の
ようなC7〜C20の脂環式の脂肪族炭化水素(Alicyclic Al
iphatic Hydrocarbone)からなる群から選択されること
を特徴とする請求項1に記載の感光性ポリマー。 - 【請求項4】 前記化学式1の高分子の重量平均分子量
は、3,000〜100,000であることを特徴とする請求項1に
記載の感光性ポリマー。 - 【請求項5】 化学式2の高分子及びPAG(Photoacid
Generator)を含む化学増幅型レジスト組成物。 【化2】 化学式2 前記式で、R1はC1〜C20の脂肪族炭化水素であり、m及
びnは定数としてn/(m+n) = 0.1〜0.5である。 - 【請求項6】 前記R2は、H又はCH3であることを特徴
とする請求項5に記載の化学増幅型レジスト組成物。 - 【請求項7】 前R3は、t−ブチル又はテトラヒドロピ
ラニルであること特徴とする請求項5に記載の化学増幅
型レジスト組成物。 - 【請求項8】 前記R1は、−CH3、−CH2CH3、n−ブチ
ル、シクロヘキシルからなる群から選択されることを特
徴とする請求項5に記載の化学増幅型レジスト組成物。 - 【請求項9】 前記R1は、アダマンチル、ノルボルニ
ル、イソボルニル等のC7〜C20の脂環式の脂肪族炭化水
素からなる群から選択されることを特徴とする請求項5
に記載の化学増幅型レジスト組成物。 - 【請求項10】 前記PAGの含量は、前記化学式2の
高分子の重量を基準として1.0〜20wt%であることを特徴
とする請求項5に記載の化学増幅型レジスト組成物。 - 【請求項11】 前記化学式2の高分子の重量平均分子
量は、3,000〜200,000であることを特徴とする請求項5
に記載の化学増幅型レジスト組成物。 - 【請求項12】 前記PAGは、トリアリルスルホニウ
ム塩(Triarylsulfonium Salts;トリアリールスルホニ
ウム塩類)とダイアリリョードニウム塩(Diaryliodonium
Salts;ジアリールヨードニウム塩類)、スルホン酸(Su
lfonates;スルホン酸塩類)からなる群から選択された
ある1つを含むことを特徴とする請求項5に記載の化学
増幅型レジスト組成物。 - 【請求項13】 前記トリアリルスルホニウム塩(トリ
アリールスルホニウム塩類)は、トリフェニルスルホニ
ウム トリフラート(Triphenylsulfonium triflate;ト
リフェニルスルホニウム トリフレート)、トリフェニル
スルホニウムアンチモン酸塩(Triphenylsulfonium anti
monate)、2,6-ジニトロべンジル スルホン酸(2,6-dini
trobenzyl sulfonates;2,6-ジニトロべンジル スルホ
ン酸塩類)、ピロガロール トリス アルキスルホン酸(Py
rogallol tris : alkylsulfonates;ピロガロール トリ
ス アルキルスルホン酸塩類)からなる群から選択される
ことを特徴とする請求項12に記載の化学増幅型レジス
ト組成物。 - 【請求項14】 前記ダイアリリョードニウム塩(ジア
リールヨードニウム塩類)は、ジフェニルリョードニウ
ム トリフラート(Diphenyliodonium triflate;ジフェ
ニルヨードニウム トリフレート)、ジフェニルリョード
ニウム アンチモン酸塩(Diphenyliodonium antimonat
e;ジフェニルヨードニウム アンチモン酸塩)、メトキ
シジフェニルリョードニウム トリフラート(Methoxydip
henyliodonium triflate;メトキシジフェニルヨードニ
ウム トリフレート)、ジ−t−ブチル ジフェニルリョー
ドニウム トリフラート(Di-t-butyldiphenyliodonium
triflate;ジ−t−ブチル ジフェニルヨードニウム ト
リフレート)等からなる群から選択されることを特徴と
する請求項12に記載の化学増幅型レジスト組成物。
Applications Claiming Priority (2)
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