JPS62150345A - Pattern forming method - Google Patents
Pattern forming methodInfo
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- JPS62150345A JPS62150345A JP60290822A JP29082285A JPS62150345A JP S62150345 A JPS62150345 A JP S62150345A JP 60290822 A JP60290822 A JP 60290822A JP 29082285 A JP29082285 A JP 29082285A JP S62150345 A JPS62150345 A JP S62150345A
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- G03C1/72—Photosensitive compositions not covered by the groups G03C1/005 - G03C1/705
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の分野〕
本発明は、フッ素原子含有重合体をレジスト材として用
いることにより、電子線又はX線等の高エネルギー線に
対し、高感度、高解像性を有し、かつ良好なドライエツ
チング耐性を有するポジ型しジストハターンの形成方法
に関する。Detailed Description of the Invention [Field of the Invention] The present invention provides high sensitivity and high resolution to high energy rays such as electron beams or X-rays by using a fluorine atom-containing polymer as a resist material. The present invention relates to a method for forming a positive-type resist pattern having the same properties and good dry etching resistance.
近年、半導体集積回路の高密度化、高集積化が進み、集
積度1Mビット以上の時代となり、1μmルール、さら
にはそれ以下のパターン形成が必要になっている。それ
に伴い、電子線、X線等を用いたリソグラフィー技術が
注目され、実用化されつつある。その際に使用されるレ
ジスト材の性能としては、電子線、X線に対して高感度
であること、形成されたパターンの解像性が優れている
こと及び微細加工のためにはドライプロセスが有利であ
ることから、ドライエツチング耐性を有していることが
必要である。In recent years, semiconductor integrated circuits have become denser and more highly integrated, and we are now in an era where the degree of integration is 1 Mbit or more, and it has become necessary to form patterns of the 1 μm rule or even smaller. Along with this, lithography techniques using electron beams, X-rays, etc. are attracting attention and are being put into practical use. The performance of the resist material used in this process is that it is highly sensitive to electron beams and X-rays, that the resolution of the formed pattern is excellent, and that a dry process is required for microfabrication. To be advantageous, it is necessary to have dry etching resistance.
高解像性を満足するには、ネガ型よりポジ型が有利でち
り、優れたポジ型レジスト材の開発が盛んである。In order to satisfy high resolution, positive resist materials are more advantageous than negative resist materials, and the development of excellent positive resist materials is active.
ポジ型レジスト材としては、ポリメチルメタクリレート
(以下、PMMAと略す)がよく知られている。PMM
Aは高解像性を有しているが、感度が低く、ドライエツ
チング耐性忙乏しい。゛また、感度を改良するために、
PMMAのメチルエステル部分を含フツ素アルキルエス
テルに変えた重合体やPMMAの主鎖に直結したメチル
基をハロゲン等の電子吸引基に変えた重合体が合成され
ているが、PMMAと同様、ドライエツチング耐性が不
充分である。ポリフェニルメタクリレートは、ドライエ
ツチング耐性はPMMAIC比べ改良されているものの
、電子線、X線に対する感度はPMMAと同様に低い。Polymethyl methacrylate (hereinafter abbreviated as PMMA) is well known as a positive resist material. PMM
Although A has high resolution, sensitivity is low and dry etching resistance is poor.゛Also, to improve sensitivity,
Polymers in which the methyl ester moiety of PMMA is changed to a fluorine-containing alkyl ester and polymers in which the methyl group directly connected to the main chain of PMMA is changed to an electron-withdrawing group such as a halogen have been synthesized. Etching resistance is insufficient. Although polyphenyl methacrylate has improved dry etching resistance compared to PMMAIC, its sensitivity to electron beams and X-rays is as low as PMMA.
従って、サブミクロンレベルの微細加工に用いる実用的
なポジタイプのレジスト材として、電子線、X@に対し
て感度及び解像度が高く、かつ、ドライエツチング耐性
を有する材料の提供が求められている。Therefore, there is a need to provide a material that has high sensitivity and resolution to electron beams and X@ and has dry etching resistance as a practical positive type resist material for use in microfabrication at the submicron level.
本発明者らは、高感度、高解像性を有し、かつ、ドライ
エツチング耐性に優れたポジ型レジスト材を求めて鋭意
検討した。その結果、フッ素原子を含有し、かつ、ベン
ゼン環を含む特殊な化学構造をもつ重合体が優れた性能
を有することを見い出し本発明に至った。The inventors of the present invention conducted extensive research in search of a positive resist material that has high sensitivity, high resolution, and excellent dry etching resistance. As a result, they discovered that a polymer containing a fluorine atom and having a special chemical structure containing a benzene ring has excellent performance, leading to the present invention.
すなわち、本発明は、
一般式(1)
%式%
(R11RR* ” +アルキル基、置換アルキル基)
で示される繰返し単位より構成されるフッ素原子含有重
合体をレジスト材として用いることを特徴とするパター
ン形成方法に関する。That is, the present invention provides general formula (1) % formula % (R11RR* ” + alkyl group, substituted alkyl group)
The present invention relates to a pattern forming method characterized in that a fluorine atom-containing polymer composed of repeating units represented by is used as a resist material.
本発明のレジスト材である上記一般式(1)で示される
繰返し単位からなるフッ素原子含有重合体は、一般式(
2)
(R1* R1: H+アルキル基、置換アルキル基)
で示されるα−トリフルオロメチルアクリル酸エステル
を単独重合することにより得られる。The fluorine atom-containing polymer consisting of repeating units represented by the above general formula (1), which is the resist material of the present invention, has the general formula (
2) (R1* R1: H+ alkyl group, substituted alkyl group)
It can be obtained by homopolymerizing α-trifluoromethylacrylic acid ester represented by
α−トリフルオロメチルアクリル酸エステルは例えば以
下の方法で製造することができる。α-Trifluoromethylacrylic acid ester can be produced, for example, by the following method.
すなわち、α−トリフルオロメチルアクリル酸カリウム
とα−置換臭化ペンジルとを反応させるか、あるいは、
α−トリフルオロメチルアクリル酸をチオニルクロライ
ド、五塩化リン、オキザリルクロライド、オキシ塩化リ
ンとジメチルホルムアミドの混合物等の塩素化剤と反応
させてα−トリフルオロメチルアクリル酸クロライドを
合成し、さらに該化合物を塩基の存在下にα−置換ペン
ジルアルコールと反応させることにより、目的とするα
−トリフルオロメチルアクリル酸エステルを合成するこ
とができる。That is, by reacting α-trifluoromethylacrylate potassium with α-substituted pendyl bromide, or
α-Trifluoromethylacrylic acid chloride is synthesized by reacting α-trifluoromethylacrylic acid with a chlorinating agent such as thionyl chloride, phosphorus pentachloride, oxalyl chloride, or a mixture of phosphorous oxychloride and dimethylformamide, and then By reacting the compound with α-substituted pendyl alcohol in the presence of a base, the desired α
-Trifluoromethylacrylic acid ester can be synthesized.
α−トリフルオロメチルアクリル酸エステルの単独重合
は、ラジカル重合性を有しないので、イオン重合法特に
アニオン重合が有効である。触媒としてピリジン、t−
ブトキシリチウム、t−ブトキシカリウム等を用い、ト
ルエン、テトラヒドロフラン等の有機溶媒中で一30〜
100℃の温匿で重合することにより、重合体は得られ
る。Homopolymerization of α-trifluoromethylacrylic acid ester does not have radical polymerizability, so ionic polymerization, particularly anionic polymerization, is effective. Pyridine as a catalyst, t-
Using butoxylithium, t-butoxypotassium, etc., in an organic solvent such as toluene or tetrahydrofuran,
The polymer is obtained by polymerization under heating at 100°C.
本発明によるレジスト材は、分子量が数千から数百万の
範囲にあることが好ましい。分子量が数千以下であると
、形成された皮膜の機械的強度及び耐熱性が劣る。また
、数百万以上であるとレジスト材溶液の粘度が高くなり
すぎ、膜厚の制御が困難となったシ、取り扱いにくくな
ったりする。The resist material according to the present invention preferably has a molecular weight in the range of several thousand to several million. If the molecular weight is less than several thousand, the mechanical strength and heat resistance of the formed film will be poor. Moreover, if it is more than several million, the viscosity of the resist material solution becomes too high, making it difficult to control the film thickness and making it difficult to handle.
本発明によるレジスト材の塗布溶媒としては、ポリマー
を溶解し、均一な皮膜を形成しうる溶媒であれば特に限
定されず、例えば、キシレン、トルエン、ベンゼン、テ
トラヒドロフラン、エチルセロソルブ等が挙げられる。The coating solvent for the resist material according to the present invention is not particularly limited as long as it can dissolve the polymer and form a uniform film, and examples thereof include xylene, toluene, benzene, tetrahydrofuran, ethyl cellosolve, and the like.
現像液としては、−例として、上記溶媒とアルコールと
の混合溶媒。As the developer, for example, a mixed solvent of the above-mentioned solvent and alcohol.
エステル系あるいはケトン系溶媒とアルコールとの混合
溶媒及びアルカリ水溶液を用いることができる。塗布、
ブレベーク、露光、現像等その他の手法は常法に従うこ
とができる。A mixed solvent of an ester or ketone solvent and an alcohol and an alkaline aqueous solution can be used. coating,
Other methods such as brebake, exposure, development, etc. can be carried out according to conventional methods.
本発明のレジスト材は、電子線、X線等の照射により主
鎖崩壊反応が起こるとともにカルボン酸が生起し、被照
射部は照射されていない部分に比べて溶剤に対する溶解
性が大きく変化、向上する。In the resist material of the present invention, when irradiated with electron beams, X-rays, etc., a main chain collapse reaction occurs and carboxylic acid is generated, and the solubility of the irradiated area in the solvent changes and improves significantly compared to the non-irradiated area. do.
また、本発明のレジスト材は、ドライエツチング耐性に
優れている。これらの効果は、重合体の構造がトリフル
オロメチル基とベンゼン環を分子中に含有するという特
殊な構成であるところから発現したものと推定される。Furthermore, the resist material of the present invention has excellent dry etching resistance. These effects are presumed to be due to the special structure of the polymer, in which the molecule contains a trifluoromethyl group and a benzene ring.
以上のことから、本発明のレジスト材は、光応用部品、
磁気パルプ素子、半導体調造等の微細パターン形成用レ
ジスト材として有効であることがわかる。From the above, the resist material of the present invention can be used for optical application parts,
It can be seen that it is effective as a resist material for forming fine patterns in magnetic pulp elements, semiconductor preparation, etc.
以下に実施例により本発明をさらに詳しく説明する。た
だし、本発明はこれらに限定されるものではない。The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below. However, the present invention is not limited to these.
なお、実施例における電子線感応性試験は以下の方法に
て行った。In addition, the electron beam sensitivity test in Examples was conducted by the following method.
レジスト材のキシレンあるいはメチルエチルケトン溶液
をシリコンウェハ上にスビンコートシ、1μmの塗膜を
得た。125℃にて25分間プレベークを行い、該塗膜
の所望部分に加速電圧20 KVの電子線を種々のドー
ズ量で照射した。次いで、酢酸イソアミル/イソプロピ
ルアルコール混合溶媒あるいは有機アルカリ現像液(シ
ラプレー社。A xylene or methyl ethyl ketone solution of the resist material was coated onto a silicon wafer to obtain a coating film of 1 μm. Prebaking was performed at 125° C. for 25 minutes, and desired portions of the coating film were irradiated with an electron beam at an accelerating voltage of 20 KV at various doses. Next, isoamyl acetate/isopropyl alcohol mixed solvent or organic alkaline developer (Silapray).
M?−312)にて現像を行い、照射部を選択的に除去
した。線量と現像後の残膜厚との関係を描いた感度曲線
図より感度及び解像度を評価した。M? -312) to selectively remove the irradiated areas. Sensitivity and resolution were evaluated from a sensitivity curve diagram depicting the relationship between dose and residual film thickness after development.
ここで、感度(以下、S値という)とは、残膜厚がゼロ
となる照射量の値で示される。また、解像度(以下、r
値という)とは、感度曲線のS値示されるもので大きい
程解像度は高い。Here, the sensitivity (hereinafter referred to as S value) is indicated by the value of the irradiation amount at which the residual film thickness becomes zero. In addition, the resolution (r
The value) indicates the S value of the sensitivity curve, and the larger the value, the higher the resolution.
〔詳細は「フッ素化合物の最先端応用技術」■ンーエム
シー、昭和56年4月24日発行、169〜140頁を
参照〕
ドライエツチング耐性試験は、ドライエツチング装置D
EM−451型(日電アネルパ社製)を用い、CF4ガ
スによる反応性スパッタリングに対する耐性を観察した
。[For details, refer to "Currently Applied Technology of Fluorine Compounds," NMC, published April 24, 1980, pages 169-140.] The dry etching resistance test was carried out using dry etching equipment D.
Resistance to reactive sputtering by CF4 gas was observed using EM-451 model (manufactured by Nichiden Anelpa).
実施例1
真空脱気されたフラスコ内に、α−トリフルオロメチル
アクリル酸ベンジルエステル5..5fをとり、ドライ
アイス−メタノールにより冷却した。Example 1 In a vacuum degassed flask, α-trifluoromethylacrylic acid benzyl ester 5. .. 5f was taken and cooled with dry ice-methanol.
これにピリジンα05dを加え、該フラスコを一20℃
にて静置した。数分後に溶液は薄黄色の粘ちょう液体と
なった。引続き一20℃で40時間反応後、メタノール
を5.0 ml添加した。反応生成物をベンゼンに溶か
した後、メタノール中に重合体を沈でんさせ、濾過、乾
燥を行い、ポリα−トリフルオロメチルアクリル酸ベン
ジルエステルを得た。重量平均分子量は、GPC測定の
結果、ポリスチレン換算で9.7 x 10’であった
。Pyridine α05d was added to this, and the flask was heated to -20°C.
It was left undisturbed. After a few minutes the solution became a pale yellow viscous liquid. Subsequently, after reacting at -20°C for 40 hours, 5.0 ml of methanol was added. After dissolving the reaction product in benzene, the polymer was precipitated in methanol, filtered and dried to obtain poly-α-trifluoromethylacrylic acid benzyl ester. As a result of GPC measurement, the weight average molecular weight was 9.7 x 10' in terms of polystyrene.
次に、電子線感応性試験を行ったところ、現像液として
酢酸イソアミル/イソプロピルアルコールを用いた場合
、S値及びr値がそれぞれ60μC/C−91,1であ
るポジタイプのパターンが形成された。Next, an electron beam sensitivity test was conducted, and when isoamyl acetate/isopropyl alcohol was used as a developer, a positive type pattern was formed with an S value and an r value of 60 μC/C-91.1, respectively.
また、CF4ガスによる反応性スパッタリングに対する
ドライエツチング耐性試験を行ったところ、エツチング
速度は70 Q A/minであった。比較とL−t”
のシリコン基板のエツチング速度は1500A/min
であった。また、ポリメチルメタクリレートの場合には
、エツチング速度は1700 A/minであった。Further, when a dry etching resistance test against reactive sputtering using CF4 gas was conducted, the etching rate was 70 QA/min. Comparison and L-t”
The etching speed of silicon substrate is 1500A/min.
Met. In the case of polymethyl methacrylate, the etching rate was 1700 A/min.
実施例2
真空脱気されたフラスコ内に1α−トリフルオロメチル
アクリルを俊ベンジルエステル&3tをとり、ドライア
イス−メタノールにより冷却した。Example 2 1α-trifluoromethyl acrylic and benzyl ester &3t were placed in a vacuum degassed flask and cooled with dry ice-methanol.
これにt−ブトキシカリウムの無水THF溶液80rI
Ll(t−ブトキシカリウムを44X10−’モル含む
)を加えた後、該フラスコを一20℃、7日間攪拌し、
反応後、メタノールを5−Od添加した。反応生成物を
ベンゼンに溶かした後、メタノール中に重合体を沈でん
させ、濾過、乾燥を行い、ポリα−トリフルオロメチル
アクリル酸ベンジルエステルを得た。重量平均分子量は
、GPC測定の結果、ポリスチレン換算で&4x10’
であった。To this, 80 rI of anhydrous THF solution of potassium t-butoxy
After adding Ll (containing 44 x 10-' moles of potassium t-butoxy), the flask was stirred at -20°C for 7 days,
After the reaction, 5-Od of methanol was added. After dissolving the reaction product in benzene, the polymer was precipitated in methanol, filtered and dried to obtain poly-α-trifluoromethylacrylic acid benzyl ester. As a result of GPC measurement, the weight average molecular weight is &4x10' in terms of polystyrene.
Met.
次に電子線感応性試験を行ったところ、現像液として酢
酸イソアミル/イソプロピルアルコールを用いた場合、
S値及びr値がそれぞれ12μC7cm” 。Next, we conducted an electron beam sensitivity test and found that when isoamyl acetate/isopropyl alcohol was used as the developer,
The S value and r value are each 12μC7cm”.
2.4であるポジタイプのパターンが形成された。A positive type pattern of 2.4 was formed.
実施例3
真空脱気されたフラスコ内に、α−トリフルオロメチル
アクリル酸クミルエステル5.Ofをとり、ドライアイ
ス−メタノール〈より冷却した。これにt−ブトキシカ
リウムの無水THF溶液80m1(t−ブトキシカリウ
ムを&4xlO−’モル含む)を加えた後、該フラスコ
を一20℃、7日間攪拌し、反応後、メタノールを5.
0−添加した。反応生成物をベンゼンに溶かした後、メ
タノール中に重合体を沈でんさせ、濾過、乾燥を行い、
ポリα−トリフルオロメチルアクリル酸クミルエステル
を得た。重量平均分子量は、GPC測定の結果、ポリス
チレン換算で5.4xlO’でありた。Example 3 In a vacuum degassed flask, α-trifluoromethylacrylic acid cumyl ester 5. The mixture was taken off and cooled using dry ice-methanol. After adding 80 ml of an anhydrous THF solution of t-butoxypotassium (containing &4xlO-' moles of t-butoxypotassium), the flask was stirred at -20°C for 7 days, and after the reaction, 5.0ml of methanol was added.
0- added. After dissolving the reaction product in benzene, the polymer was precipitated in methanol, filtered, and dried.
Polyα-trifluoromethylacrylic acid cumyl ester was obtained. As a result of GPC measurement, the weight average molecular weight was 5.4xlO' in terms of polystyrene.
次に、電子線感応性試験を行ったところ、現像液として
酢酸イソアミル/イソプロピルアルコールを用いた場合
には、S値及びr値がそれぞれ10μ(37cm” 、
Z、 1 、また現像液として有機アルカリ水溶液を
用いた場合にはS値及びr値がそれぞれ6μQ/cya
” 、 L 8であるポジタイプのパターンが形成され
た。Next, an electron beam sensitivity test was conducted, and it was found that when isoamyl acetate/isopropyl alcohol was used as the developer, the S value and r value were 10 μ (37 cm), respectively.
Z, 1, and when an organic alkali aqueous solution is used as the developer, the S value and r value are each 6 μQ/cya.
”, a positive type pattern with L8 was formed.
また、CF4ガスによる反応性スパッタリングに対する
ドライエツチング耐性試験を行ったところ、エツチング
速度は650 Vminであった。Further, when a dry etching resistance test against reactive sputtering using CF4 gas was conducted, the etching rate was 650 Vmin.
実施例4
真空脱気されたフラスコ内に、α−トリフルオロメチル
アクリルfi2,2.2− )リフルオロ1−フェニル
エチルエステル4.9tをとり、ドライアイス−メタノ
ールにより冷却した。これにt−ブトキシカリウムの無
水THF溶液80mj(t−ブトキシカリウムを6.4
X10−’モル含む)を加えた後、該フラスコを一20
℃、7日間攪拌し、反応後、メタノールを5,0rnl
添加した。反応生成物をベンゼンに溶かした後、メタノ
ール中に重合体を沈でんさせ、濾過、乾燥を行い、ポリ
α−トリフルオロメチルアクリル酸2.λ2−トリフル
オロ1−フェニルエチルエステルを得た。重量平均分子
量は、GPC測定の結果、ポリスチレン換算で翫3x1
0Sであった。Example 4 4.9 tons of α-trifluoromethylacrylic fi2,2.2-)refluoro-1-phenylethyl ester was placed in a vacuum-degassed flask and cooled with dry ice-methanol. To this, 80 mj of anhydrous THF solution of t-butoxypotassium (6.4 mj of t-butoxypotassium
After adding X10-' moles), the flask was
℃, stirred for 7 days, and after reaction, added 5.0 rnl of methanol.
Added. After dissolving the reaction product in benzene, the polymer was precipitated in methanol, filtered and dried to obtain polyα-trifluoromethylacrylic acid2. λ2-trifluoro 1-phenylethyl ester was obtained. As a result of GPC measurement, the weight average molecular weight is 3 x 1 in terms of polystyrene.
It was 0S.
次に、電子線感応性試験を行ったところ、現像液として
酢酸イソアミル/イソプロピルアルコールを用いた場合
、S値及びr値がそれぞれ8μQ/cm! 。Next, an electron beam sensitivity test was conducted, and when isoamyl acetate/isopropyl alcohol was used as the developer, the S value and r value were 8 μQ/cm, respectively! .
2.5であるポジタイプのパターンが形成された。A positive type pattern of 2.5 was formed.
Claims (1)
成されるフッ素原子含有重合体をレジスト材として用い
ることを特徴とするパターン形成方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼(1) (R_1、R_2;H、アルキル基、置換アルキル基)(1) A pattern forming method characterized by using a fluorine atom-containing polymer composed of repeating units represented by general formula (1) as a resist material. ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼(1) (R_1, R_2; H, alkyl group, substituted alkyl group)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60290822A JPS62150345A (en) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | Pattern forming method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60290822A JPS62150345A (en) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | Pattern forming method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62150345A true JPS62150345A (en) | 1987-07-04 |
Family
ID=17760928
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60290822A Pending JPS62150345A (en) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | Pattern forming method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62150345A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0245509A (en) * | 1988-08-05 | 1990-02-15 | Tosoh Corp | Fluorine-containing polyacrylic acid derivative |
JP2007182423A (en) * | 2005-12-08 | 2007-07-19 | Chisso Corp | LATERAL alpha-SUBSTITUTED ACRYLATE COMPOUND AND POLYMER THEREOF |
-
1985
- 1985-12-25 JP JP60290822A patent/JPS62150345A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0245509A (en) * | 1988-08-05 | 1990-02-15 | Tosoh Corp | Fluorine-containing polyacrylic acid derivative |
JP2007182423A (en) * | 2005-12-08 | 2007-07-19 | Chisso Corp | LATERAL alpha-SUBSTITUTED ACRYLATE COMPOUND AND POLYMER THEREOF |
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