JPS608494B2 - ポジ型レジスト像の形成法 - Google Patents

ポジ型レジスト像の形成法

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JPS608494B2
JPS608494B2 JP2306078A JP2306078A JPS608494B2 JP S608494 B2 JPS608494 B2 JP S608494B2 JP 2306078 A JP2306078 A JP 2306078A JP 2306078 A JP2306078 A JP 2306078A JP S608494 B2 JPS608494 B2 JP S608494B2
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radiation
positive resist
resist image
copolymer
forming
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JP2306078A
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憲一 川島
淳二 佐藤
近衛 三浦
千尋 江口
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Fujitsu Ltd
Mitsubishi Kasei Corp
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Fujitsu Ltd
Mitsubishi Kasei Corp
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/30Imagewise removal using liquid means
    • G03F7/32Liquid compositions therefor, e.g. developers
    • G03F7/325Non-aqueous compositions

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Non-Silver Salt Photosensitive Materials And Non-Silver Salt Photography (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はポジ型レジスト像の形成法に関するものである
メタクリル酸ェステル重合体にX線、Q線、y線等の放
射線を放射すると、照射部分は重合体の分子切断反応が
生起するため溶媒に対する熔解性が向上する。
この性質を利用してメタクリル酸ェステル重合体はポジ
型感放射性材料として、半導体装置製造における微細画
像レジストに用いるために検討されている。しかし、メ
タクリル酸ェステル重合体は優れた微細画像形成性を有
するものの、感度が低いため実用化に際し大きな障害と
なっている。感度はメタクリル酸ェステルとカルポン酸
を側鎖にもつ(メタ)アクリル酸との共重合体を用いる
ことによって向上させることができる。とくに、この場
合、現像液として無機塩基、有機塩基、エタノール等の
水溶液を用いると感度は著しく改善される。しかしなが
ら、このような現像液の使用は微細画像の形成性の低下
及び最終製品である半導体装置の電気的特性の低下をも
たらす。この点に鑑み本発明者らは鋭意研究したところ
特定の非イオン界面活性剤を溶解させた媒体を使用すれ
ば(メタ)アクリル酸ェステル共重合体の優れた性質、
例えば微細画像形成性を低下させることなく感度を向上
させることができることを見出し本発明に到達した。す
なわち、本発明の要旨とするところは一般式(1)及び
一般式(0) (式中、RI及びR2は水素原子またはメチル基を示し
、R3はメチル基、シア/基またはハロゲン原子を示し
、R4は低級アルキル基を示す)で表わされる単位を有
する共重合体を含む感放射線層に放射線を所定のパター
ン状に照射した後、感放射線層を一般式(m)R5←C
QC日20チnH・・・・・・(m)(式中、R5は高
級アルコール、アルキルフェノール、脂肪酸または多価
アルコール脂肪酸ェステルの残基を示し、n‘ま5〜3
0の数を示す)で表わされるオキシェチレン単位を有す
る非イオン界面活性剤を溶解させた媒体で処理し放射線
照射部分を除去することを特徴とするポジ型レジスト像
の形成法に存する。
以下本発明を詳細に説明するに、本発明方法においては
前記一般式(1)及び(0)で表わされる単位を有する
共重合体を感放射線材料として用いる。
このような重合体は例えばアクリル酸、メタクリル酸、
クロトン酸などの前記一般式(1)で表わされる単位を
形成するモノマーと、メチルメタクリレート、エチルメ
タクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタク
リレート、2−ヒドロキシェチルメタクリレートなどの
メタクリル酸エステル;メチル一Qーシアノアクリレー
ト、エチル一Q−シアノアクリレート、ブチルーQ−シ
アノアクリレートなどのQ−シアノアクリル酸ェステル
;メチル一Q−クロロアクリレート、ブチル−Q−クロ
ロアクリレートなどのQ−ハ。
ゲノアクリル酸ェステル等の前記一般式(mで表わされ
る単位を形成するモノマ−とを常法に従って共重合する
ことにより製造される。勿論、重合体は共重合により得
られるものに限定されるわけではなく、加水分解、ェス
テル交換などの高分子反応により得られるものであって
もよい。本発明方法はこれらの共重合体の中でもn−フ
チル−Q−シアノアクリレートーメタクリル酸共重合体
に対してとくに有効である。
そして普通分子量が1〜500万、好ましくは約5方〜
50万の重合体が使用される。重合体の分子量は余り高
いと精製が困難であったり、期板上への薄膜塗布が難し
くなるので好ましくない。また、分子量が余り低いと感
度が低下する。また前記一般式(1)で表わされる単位
の共重合体中の含有量は普通5〜50モル%であり前記
一般式(ロ)で表わされる単位の含有量は普通95〜5
0モル%である。更に、共重合体は放射線感度を低下さ
せない、あるいは放射線照射により不溶性の物質を形成
しない前記一般式(1)及び(0)で表わされる単位以
外のエチレン性不飽和モノマーより形成される単位を徴
量例えば10モル%以下含んでいてもよい。前記共重合
体を必要に応じ増感剤のような添加剤とともに溶媒に溶
解し、この溶液を基板上に塗布すれば感放射線層を形成
させることができる。
感放射線層の形成は常法に従って行なうことができ、通
常0.01〜20仏の膜厚の感放射線層が形成される。
半導体装置製造におけるエッチング用のレジスト膜とし
ては0.3〜3仏の腹厚が好適である。感放射線層を形
成させるにあたり使用される溶媒としては前記共重合体
を溶解するものであればよく例えばメチルエチルケトン
、メチルイソブチルケトン、キシレン、シクロヘキサノ
ン、4−メトキシ−4−メチルベタノン−2(ベントキ
ソン)、2ーメトキシエチルアセテート、2ーエトキシ
エチルアセテート、エチレングリコ一ルモノメチルエー
テル、エチレングリコ一ルモノヱチルェーテル等が挙げ
られる。
これらのうちではペントキソンのようなケトェーテル類
がとくに好ましい。また、感放射線層が形成される基板
としては、半導体及びフオトマスク製造に普通用いられ
る材料、例えばシリコン、二酸化シリコン、窒化シリコ
ン、アルミニウム、チタニウム、フ。
ラチナ、/ゞラジウム、銅、タングステン、クロム、モ
リブデン、金、燐ガラス、ボロンガラス、酸化クロム、
酸化鉄、酸化アルミ等からなる板が使用される。勿論、
感放射線層形成後、層中のひずみの緩和、こん跡の溶媒
の除去および接着性をあげるために常法に従ってプリベ
ークを行なってもよい。プリベークは通常共重合体のガ
ラス転移温度以上熱分解温度以下の温度例えば80〜2
20ooで行なわれる。このような感放射線層に放射線
を所定のパターン状に照射した後、現像液で処理すれば
ポジ型レジスト像が得られる。
放射線としては電子線、X線、Q線、ッ線等が使用され
る。また照射方法としては周知の種々の方法がいずれも
採用できる。本発明においては現像液として前記一般式
(m)で表わされるオキシェチレン単位を有する非イオ
ン界面活性剤を溶解させた媒体を使用するこが必須であ
る。
前記一般式(m)においてnは5〜30の数である。こ
のような非イオン界面剤としては周知の種々のものを挙
げることができるが、具体的には例えば高級アルコール
エチレンオキサイド付加物、アルキルフェノールェチレ
ンオキサィド付加物、脂肪酸エチレンオキサィド付加物
、多価アルコール脂肪酸ェステルェチレンオキサイド付
加物を挙げることができる。より具体的には、高級アル
コールエチレンオキサイド付加物としてはラウリルアル
コール、セチルアルコール、オレイルアルコール、ステ
アリルアルコール、ヤシ油還元アルコール、マッコーア
ルコール等の天然アルコールまたはチグラーアルコール
、改良オキソアルコール等の合成アルコールのエチレン
オキサィド付加物が挙げられ、アルキルフェノールヱチ
レンオキサィド付加物としては/ニルフエノール、ラウ
リルフエノール、オクチルフエ/−ル等のアルキルフヱ
ノールのエチレンオキサイド付加物が挙げられ、脂肪酸
エチレンオキサィド付加物としてはポリエチレングリコ
ールラウリン酸モノ(又はジ)ェステル、ステアリン酸
モノ(又はジ)ェステル、オレィン酸モノ(又はジ)ェ
ステル等が挙げられ、多価アルコール脂肪酸ェステルヱ
チレンオキサイド付加物としてはソルビタンラウリン酸
モノェステル、ソルビタンパルミチン酸モノェステル、
スルビタンステアリン酸モノェステル、ソルビタンオレ
ィン酸モノェステル等の多価アルコール脂肪酸ェステル
のエチレンオキサイド付加物が挙げられる。勿論、これ
なの非イオン界面活性剤は二種以上混合してもよい。こ
れらの非イオン界面活性剤の中でとくに好ましいものは
ノニフエニルフエノールアルキレンオキサィド付加物に
代表されるアルキルフェノールェチレンオキサィド付加
物である。現像液に使用される媒体としては前記非イオ
ン界面活性剤を溶解するものであればよく、具体的には
例えば水;メタノール、エタノール、ィソプ。
パノール等のアルコール類:ジオキサン、テトラヒドロ
フラン等の環状エーテル類;エチレングリコ一ルモノエ
チルエーナル、エチレングリコ一ルモノメチルェーテル
等のエーテル類などが挙げられとくにアルコール類が好
適である。必要に応じ媒体は2種以上混合して使用して
もよい。媒体中の非イオン界面活性剤の濃度は種々の条
件によって異なるが、低過ぎても高過ぎても本発明の目
的を達成することが難しいので通常0.1〜20夕/d
夕、好ましくは1〜10夕/dその範囲である。このよ
うにして形成されたポジ型レジスト像に対して常法に従
って媒体の除去、接着性及び耐エッチャント性を向上さ
せるためにポストべ−クを施してもよい。
ポストベースは共重合体の融点または流動点より低い温
度例えば100〜170qCで行なわれる。以上本発明
について詳細に説明したが、本発明方法は従来法に比し
以下のような利点を有する。
■ 感放射線材料として用いる前記単位を含む共重合体
は熱安定性が高く、かつCF4ガスプラズマなどに対す
る耐性が強いため、CF4ガスプラズマエッチング、イ
オン・ビームエッチング、スパッタエッチング、リフト
オフ・メタライゼーション等に使用することができる。
■ 現像液として前記非イオン界面活性剤を溶解させた
媒体を使用することにより感度及びy値を高めることが
できる。
すなわち、比較的低エネルギー量及び短時間の照射によ
ってコントラストの高い画像を得ることができる。例え
ば、ペントキソン、メチルイソブチルケトンなどの有機
溶媒単独を現像液として用いた場合に較べて1/10〜
1/100、また、無機物のアルカリ性水溶液を現像液
とした場合に較べて1/2〜1/10の放射線の照射量
で充分に所望のポジティブ・レジスト像が得られる。こ
のような利点を有する本発明方法は微細画像が要求され
るIC、超偽1等の半導体製造に適用することができる
以下実施例にり本発明を更に具体的に説明するが本発明
はその要旨をこえない限り以下の実施例に限定されるも
のではない。
実施例 1 アニオン重合禁止剤として酢酸を5重量%添加したn−
ブチル−Qーシアノアクリレート7.5夕と蒸留精製し
たメタクリル酸2.0夕とをテトラヒドロフラン38タ
中でアゾピスイソプチロニトリル0.038夕を開始剤
として6000の恒温槽で5時間共重合反応を行なった
、得られた反応液を石油エーテルで処理して共重合体を
回収した。
得られた共重合体の還元粘度(りSP/C)は1.53
89、共重合組成比(メタクリル酸/nーブチルーQ−
シアノアクリレート)は19.3/80.7(モル比)
であった。なお、還元粘度は0,2夕/dそのテトラヒ
ドフラン溶液について30q0で測定したものでる。上
記共重合体を4ーメトキシー4ーメチルベンタノン−2
に溶解し7重量%溶液とした後、1.0〆mのメンブラ
ンフィルターで炉過精製した。この溶液を厚さ0.4ム
mのシリコン酸化膜で覆ったシリコン基板上に滴下し7
0仇.p.mで60秒間回転塗布した後、空気中100
qoで30秒間プリベークし、シリコン基板上に厚さ0
.9一mの感放射線層を形成した。次に、この感放射線
層に高真空中で加速電圧20KVの電子線をプログラム
に従い、照射した後、ノニルフェノールェチレンオキサ
ィド付加物(HLB:12.4)を89タノdそ溶解さ
せたエタノールからなる現像液に11分間浸潰し、引続
きすみやかに24qoのインプロピルアルコールに1分
間浸潰した。現像液終了後、現像によって生じた銭膜の
厚さを測定した。電子線照射量をかえることにより電子
線照射量と残膜率(=照射後の膜厚/照射前の膜厚)の
関係を示す感電子線特性曲線を求め、この曲線から残膜
率0にするのに必要な電子線照射量(感度)及びy値を
求めたところ夫々2.7×10‐6クーロン/係及び2
.5であった。なお、y値は下式より求めた。0.5 y=一log D。
.5−log D。(式中、D。
.5は残膜率0.5にするのに必要な電子線照射量を示
し、Doは残膜率0にするのに必要な電子線照射量を示
す)実施例 2 実施例1で製造した感放射線層に6×10‐6クーロン
/地の電子線を照射し実施例1と同様に現像して中2.
0ムm、長さ100ムラィンパターンを得た。
このパターン像を走査型電子顕微鏡(以下SEMという
)で観察したところ残膜もなくエッジがシャープなライ
ンパターンが得られた。比較例 1実施例1において現
像液としてエタノール単独を用いた以外は全く同様にし
て現像を行なった。
この場合、電子線照射量が増すにつれて現像後の残膜は
減少し3×10‐6〜3×10‐5クーロン/地の電子
線照射量で最小残膜率を示すが残膜率は0とならず0.
05〜0.2の範囲であった。また、6×10‐6クー
ロン/均の電子線をラインパターン状に照射した後、現
像により得られたパターンをSEMで観察すると電子線
照射部に残膜が認められ、かつパターンの側面は凹凸の
激しい形状をしていた。実施例 3〜5 還元粘度1.7941で共重合組成比(メタクリル酸/
n−Q−シアノブチルアクリレート)が39.3/60
.7(モル比)の共重合体を用い実施例1と同様にして
感放射線層を形成した後、130qCで30分間ブリベ
ークした。
実施例1と同様にしてこの感放射線層に電子線を照射し
表−1に示す組成の現像液で現像し感度及びy値を求め
表−1に示した。
表 − 1 比較例 2 実施例3において現像液としてエタノール単独を用いた
以外は全く同様にして現像を行なった。
この場合8×10‐6クーロン/地の電子線を照射して
も残膜率は0にならなかった。実施例 6〜9 実施例1において共重合体として表−2に示すものを使
用する以外は実施例1と同様にしてパターンを形成した
結果を表−2に示す。なお、感度は実施例1と同様にし
て求めた。泰 一 2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一般式(I) ▲数式、化学式、表等があります▼ 及び一般式(II) ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、R^1及びR^2は水素原子またはメチル基
    を示し、R^3はメチル基、シアノ基またはハロゲン原
    子を示し、R^4は低級アルキル基を示す)で表わされ
    る単位を有する共重合体を含む感放射線層に放射線を所
    定のパターン状に照射した後、感放射線層を一般式(I
    II) R^5−(CH_2CH_2O)_n−H……(
    III) (式中、R^5は高級アルコール、アルキルフ
    エノール、脂肪酸または、多価アルコール脂肪酸エステ
    ルの残基を示し、nは5〜30の数を示す)で表わされ
    るオキシエチレン単位を有する非イオン界面活性剤を溶
    解させた媒体で処理し放射線照射部分を除去することを
    特徴とするポジ型レジスト像の形成法。 2 特許請求の範囲第1項記載のポジ型レジスト像の形
    成法において、共重合体がn−ブチル−α−シアノアク
    リレート−メタクリル酸共重合体である方法。 3 特許請求の範囲第1項または第2項記載のポジ型レ
    ジスト像の形成法において、媒体がアルコール類である
    方法。 4 特許請求の範囲第1項または第2項記載のポジ型レ
    ジスト像の形成法において、媒体が水である方法。
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