JPH11307524A - ポジ型感放射線組成物およびそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

ポジ型感放射線組成物およびそれを用いたパターン形成方法

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JPH11307524A
JPH11307524A JP10114616A JP11461698A JPH11307524A JP H11307524 A JPH11307524 A JP H11307524A JP 10114616 A JP10114616 A JP 10114616A JP 11461698 A JP11461698 A JP 11461698A JP H11307524 A JPH11307524 A JP H11307524A
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JP
Japan
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acid
sensitive composition
radiation
pattern
group
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JP10114616A
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English (en)
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Masaichi Uchino
正市 内野
Sonoko Utaka
園子 右高
Koji Hattori
孝司 服部
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Hitachi Ltd
Showa Denko Materials Co Ltd
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Hitachi Chemical Co Ltd
Hitachi Ltd
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】化学増幅系ポジ型感放射線組成物において、解
像度を低下させることなく高感度化を実現する。 【解決手段】化学増幅系ポジ型感放射線組成物に、酸と
反応して水を発生する水発生剤を添加し、放射線未照射
領域よりも照射領域における酸の拡散を大きくすること
により、感放射線組成物の解像度を低下させることな
く、高感度化を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置,光ディ
スク,磁気ヘッド,液晶素子等の微細加工に用いられ
る、レーザ光,紫外線,遠紫外線,X線,電子線等の放
射線を利用した超微細パターン形成に適用可能なポジ型
感放射線組成物およびそれを用いたパターン形成方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】紫外線,X線,電子線等の放射線を利用
した微細パターン形成には、特開平6−214395号,特開
平6−287174 号に記載のような、放射線照射部のアルカ
リ水溶液に対する溶解性を酸触媒反応で増大させる、い
わゆる化学増幅系ポジ型感放射線組成物が利用されてい
る。
【0003】化学増幅系ポジ型感放射線組成物を用いた
パターン形成プロセスは以下のとおりである。まず、感
放射線組成物の塗膜を加工基板上に形成し、パターン状
放射線の照射により上記塗膜に潜像を形成する。次い
で、加熱することにより、放射線領域において酸を触媒
とする反応を誘起し、当該照射部の現像液に対する溶解
性を増大させる。加熱後に、アルカリ水溶液を用いて現
像し、レジスト微細パターンを形成する。
【0004】化学増幅系ポジ型感放射線組成物を用いた
パターン形成においては、放射線照射により発生させた
極微量の酸が、放射線照射後の加熱工程で拡散して多数
回の化学反応を誘起させる。このため、化学増幅系ポジ
型感放射線組成物は、溶解性変化反応を放射線で直接誘
起する従来型感放射線組成物と比較して、高い感度を有
している。現在、この化学増幅系ポジ型感放射線組成物
は、高感度な感放射線特性が要求される電子線,X線,
KrF(248nm)、並びにArF(193nm)リ
ソグラフィの必須材料となっている。
【0005】上記のような化学増幅系ポジ型感放射線組
成物としては、例えばアルカリ可溶性樹脂の水酸基ある
いはカルボン酸基をt−ブチル基,テトラヒドロピラニ
ル基、またはエトキシエチル基等で保護した高分子と、
放射線照射によって酸を発生する酸発生剤からなる組成
物が知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の化学増幅系ポジ
型感放射線組成物においては、放射線照射後の熱処理工
程において、酸が等方的に拡散するために、酸の拡散を
大きくして高感度化すると、放射線未照射部にも酸が拡
散してしまい、解像度が低下するという問題があった。
このため0.2μm 以下の極微細パターン形成を、高感
度(低放射線照射量)でしかも高寸法精度で形成するこ
とは困難であった。
【0007】本発明の目的は、熱処理工程において、放
射線照射部における酸の拡散を未照射部における酸拡散
よりも大きくするという、異方性酸拡散機構を組み込ん
だポジ型感放射線組成物を提供し、0.2μm 以下の微
細パターンを高寸法精度で形成する方法を実現すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的は、放射線照射
により酸を発生する酸発生剤,アルカリ可溶性高分子の
フェノール水酸基またはカルボン酸基が保護された高分
子,酸と反応して水を発生する水発生剤を含むことを特
徴とするポジ型感放射線組成物およびそれを用いたパタ
ーン形成方法によって達成される。
【0009】化学増幅系ポジ型感放射線組成物を用いた
パターン形成においては、高感度化を実現する上で酸の
拡散は極めて重要であるが、通常、酸は等方的に拡散す
るので、酸の拡散を大きくして高感度化を図ろうとする
と、放射線未照射部にも酸が拡散してしまい、解像度が
低下する。本発明で用いる水発生剤は、放射線照射によ
って発生した酸と反応して放射線照射部に選択的に水を
発生し、放射線照射部における酸の拡散を大きくする作
用を有する。
【0010】実際、a,a′,a″−トリヒドロキシ−
1,3,5−トリ(イソプロピル)ベンゼン(水発生
剤),ポリ(4−ヒドロキシスチレン,ジフェニルヨー
ドニウムトリフレートからなる組成物を用いて、加熱温
度100℃における放射線照射部と未照射部の酸拡散係
数を測定することにより、未照射部よりも照射部におけ
る酸拡散係数が約1桁大きくなることを見出した。
【0011】本発明の特徴は、この放射線照射部と未照
射部における酸拡散の差を、化学増幅系ポジ型感放射線
組成物に適用することにより、従来トレードオフの関係
にあった化学増幅系ポジ型感放射線組成物の高感度化と
高解像度化を両立させることにある。
【0012】本発明の水発生剤としては、酸触媒による
分子内または分子間脱水反応で水を効率よく発生する脂
環式アルコール化合物を用いることができる。脂環式ア
ルコール化合物の中でも2級または3級脂環式アルコー
ルは酸との反応性が高く、極微量の酸で水を発生するの
でより好ましい化合物である。また、化1から化7で表
される脂環式アルコール化合物は、レジスト溶媒に対す
る溶解度が高く、且つ効率よく水を発生するので本発明
に利用できる好ましい水発生剤である。さらに、脂環式
アルコール化合物の中でも、脂環式多価アルコールは、
一分子当たりの水の発生量を大きくできるので、より好
ましい水発生剤として本発明に利用できる。
【0013】
【化1】
【0014】
【化2】
【0015】
【化3】
【0016】
【化4】
【0017】
【化5】
【0018】
【化6】
【0019】
【化7】
【0020】脂環式アルコール化合物の含有量として
は、感放射線組成物固形分100重量部に対し0.5 か
ら30重量部が好ましく、10から25重量部の範囲が
より好ましい。含有量が0.5% 以下の場合には、異方
性酸拡散がほとんど誘起されず、30%以上の場合には
塗膜を形成した際に脂環式アルコール化合物が層分離す
るためである。
【0021】本発明に利用できる化学増幅系ポジ型感放
射線組成物としては、アルカリ可溶性高分子のカルボン
酸基やフェノール水酸基をt−ブチル基,テトラヒドロ
ピラニル基、またはエトキシエチル基等で保護した高分
子と酸発生剤を含む組成物を用いることができる。ま
た、本発明で利用できる化学増幅系ポジ型感放射線組成
物として、フェノール化合物の水酸基をt−ブチル基,
テトラヒドロピラニル基、またはエトキシエチル基等で
保護した化合物,アルカリ可溶性高分子,酸発生剤から
なる組成物を用いることもできる。
【0022】本発明に用いる酸発生剤としては、トリフ
ルオロメタンスルホン酸,ノナフルオロブタンスルホン
酸,ヘキサフルオロアンチモン酸等、超強酸を発生する
オニウム塩,イミド化合物等をあげることができる。ま
た、放射線照射によって強酸である硫酸,ベンゼンスル
ホン酸,トルエンスルホン酸,過塩素酸,メタンスルホ
ン酸,エタンスルホン酸,ナフタレンスルホン酸を発生
するオニウム塩,イミド化合物,芳香族スルホン酸エス
テルも酸発生剤として用いることができる。酸発生剤含
有量としては、感放射線組成物固形分100重量部に対
し0.5 から30重量部が好ましく、10から25重量
部の範囲がより好ましい。
【0023】また、本発明の水発生剤はArFエキシマ
レーザ光(波長193nm)をほとんど吸収しないの
で、ArF用ポジ型レジストの透過率を低下させること
なく、レジストに異方性酸拡散を付与できるという利点
がある。
【0024】
【発明の実施の形態】本発明を比較例と実施例を用い
て、以下に詳細に説明する。
【0025】(比較例1)ポリ(4−ビニルフェノール)
のフェノール水酸基をテトラヒドロピラニル基で部分保
護した高分子:100重量部,ジフェニルヨードニウム
トルエンスルホン酸塩:5重量部をシクロヘキサノンに
溶解して、固形分濃度約10重量パーセントの化学増幅
系ポジ型感放射線組成物溶液を調合した後、これを孔径
0.2μmのテフロンメンブレムフィルターを用いて濾
過し、パターン形成材料を得た。次に、パターン形成材
料をシリコン基板上に回転塗布後、100℃,2分間熱
処理して膜厚0.5μm のレジスト膜を形成した。次い
で、日立製電子線描画装置(加速電圧50kV)を用い
て、パターン状電子線を照射した後、80℃,2分間熱
処理して、水酸化テトラメチルアンモニウム2.38 重
量パーセントを含む水溶液で30秒間現像を行ったとこ
ろ、電子線照射量10μC/cm2 で0.15μmの線/
間隔の微細パターンが形成された。
【0026】(実施例1)比較例1で示した化学増幅系
ポジ型感放射線組成物に、酸との反応により水を発生す
る水発生剤を添加した組成物溶液、すなわちポリ(4−
ビニルフェノール)のフェノール水酸基をテトラヒドロ
ピラニル基で部分保護した高分子:100重量部、1,
3,5−トリス(2−ヒドロキシ−2−プロピル)シク
ロヘキサン:20重量部、ジフェニルヨードニウムトル
エンスルホン酸塩:5重量部をシクロヘキサノンに溶解
して、固形分濃度約10重量パーセントの化学増幅系ポ
ジ型感放射線組成物溶液を、シリコン基板上に回転塗布
後、100℃,2分間熱処理して膜厚0.5μm のレジ
スト膜を形成した。次いで、日立製電子線描画装置(加
速電圧50kV)を用いて、パターン状電子線を照射し
た後、80℃,2分間熱処理して、水酸化テトラメチル
アンモニウム2.38 重量パーセントを含む水溶液で3
0秒間現像を行ったところ、比較例1の組成物を用いた
パターン形成に必要な電子線照射量の、半分の電子線照
射量7μC/cm2で0.15μmの線/間隔の微細パター
ンが形成された。
【0027】(実施例2)実施例1で用いた水発生剤
〔1,3,5−トリス(2−ヒドロキシ−2−プロピ
ル)シクロヘキサン〕の代わりに、1,4−ビス(2−
ヒドロキシ−2−プロピル)シクロヘキサン、1,3−
ビス(2−ヒドロキシ−2−プロピル)シクロヘキサ
ン、1,3,5−トリス(3−ヒドロキシ−3−ペンチ
ル)シクロヘキサンをそれぞれを含む感放射線組成物を
用いた場合も実施例1と同様の効果、すなわち高感度化
が認められた。
【0028】(比較例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〕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ーを用いて
濾過し、レジスト溶液とした。
【0029】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0.40μm のレジ
スト膜を形成した。ArFエキシマレーザーステッパー
(ニコン製,0.55NA)により、マスクを介して露光
を行い、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30
mJ/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0.20μmラインアンドス
ペースパターンが得られた。
【0030】なおこのレジストを、フッ化リチウム基板
上に同条件で塗布して、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の透
過率は58%であった。
【0031】(実施例3)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〕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、1,3,5−トリス(2−ヒドロ
キシ−2−プロピル)シクロヘキサン15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ーを用いて濾過し、レジスト溶液と
した。
【0032】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0.40μm のレジ
スト膜を形成した。ArFエキシマレーザーステッパー
(ニコン製,0.55NA)により、マスクを介して露光
を行い、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、比較例2の露
光量の半分の露光量15mJ/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.
20μm ラインアンドスペースパターンが得られた。
【0033】なおこのレジストを、フッ化リチウム基板
上に同条件で塗布して、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の透
過率は比較例2のレジストと同様58%であった。本実
施例から、脂環式アルコールを水発生剤として添加する
ことにより、193nmにおける透過率ならびに解像性
を全く変えることなく、感度を2倍にできることが分か
った。
【0034】(実施例4)実施例3で用いた水発生剤
〔1,3,5−トリス(2−ヒドロキシ−2−プロピ
ル)シクロヘキサン〕の代わりに、1,4−ビス(2−
ヒドロキシ−2−プロピル)シクロヘキサン,1,3−
ビス(2−ヒドロキシ−2−プロピル)シクロヘキサ
ン,1,3,5−トリス(3−ヒドロキシ−3−ペンチ
ル)シクロヘキサンをそれぞれを含む感放射線組成物を
用いた場合も実施例3と同様の効果、すなわち高感度化
が認められた。
【0035】
【発明の効果】本発明の適用により、電子線直接描画,
紫外線露光(KrFならびにArFエキシマレーザース
テッパー)によるパターン状放射線照射による0.2μ
m 以下のパターン形成を高精度で行えるようになっ
た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 孝司 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

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】放射線照射により酸を発生する酸発生剤,
    アルカリ可溶性高分子のフェノール水酸基またはカルボ
    ン酸基が保護された高分子,酸と反応して水を発生する
    水発生剤を含むことを特徴とするポジ型感放射線組成
    物。
  2. 【請求項2】請求項1記載の水発生剤が、脂環式アルコ
    ールであることを特徴とするポジ型感放射線組成物。
  3. 【請求項3】請求項2記載の脂環式アルコール化合物が
    2級または3級アルコールであることを特徴とするポジ
    型感放射線組成物。
  4. 【請求項4】請求項1ないし3のいずれか記載のポジ型
    感放射線組成物を含むレジスト膜にパターン形成のため
    の放射線を照射し、現像処理することを特徴とするパタ
    ーン形成方法。
JP10114616A 1998-04-24 1998-04-24 ポジ型感放射線組成物およびそれを用いたパターン形成方法 Pending JPH11307524A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101015859B1 (ko) 2008-10-07 2011-02-23 제일모직주식회사 포지티브형 감광성 수지 조성물

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