JPS6260691B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6260691B2
JPS6260691B2 JP5972881A JP5972881A JPS6260691B2 JP S6260691 B2 JPS6260691 B2 JP S6260691B2 JP 5972881 A JP5972881 A JP 5972881A JP 5972881 A JP5972881 A JP 5972881A JP S6260691 B2 JPS6260691 B2 JP S6260691B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polymer
radiation
resist material
sensitivity
molecular weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP5972881A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS57176034A (en
Inventor
Kimio Shibayama
Kingo Itaya
Teruo Fujimoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tosoh Corp
Original Assignee
Toyo Soda Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Soda Manufacturing Co Ltd filed Critical Toyo Soda Manufacturing Co Ltd
Priority to JP5972881A priority Critical patent/JPS57176034A/en
Priority to US06/289,281 priority patent/US4367281A/en
Publication of JPS57176034A publication Critical patent/JPS57176034A/en
Publication of JPS6260691B2 publication Critical patent/JPS6260691B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/038Macromolecular compounds which are rendered insoluble or differentially wettable

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体集積回路の製造に際して放射線
感応性レジスト特にネガ型レジストを利用する微
細加工法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a microfabrication method that utilizes a radiation-sensitive resist, particularly a negative resist, in the manufacture of semiconductor integrated circuits.

半導体集積回路の製造における蝕刻工程には、
従来可視光、紫外線に感応する感光性樹脂(フオ
トレジスト)を利用して蝕刻パターンを形成する
方法が広く実用化されている。近年集積回路の信
頼性向上、性能向上を計るため、素子の高密度
化、高集積化の要請が高まり、回路パターンの超
微細化技術確立をめざして精力的な研究が進めら
れている。この中で従来の光線に代わつて波長の
短い遠紫外線、X線、電子線などの高エネルギー
放射線を用いて高精度の回路パターンを形成する
方法が開発されている。これに伴なつて、これら
放射線に感応する高性能レジスト材料の開発が不
可欠となる。集積回路製造に際しては、基板上に
レジスト材料を塗布し薄膜を形成し、放射線を照
射露光し、現像することによつて微細パターンを
形成する。そしてパターン形成部分以外の基板を
エツチングする手法が採用されている。かかる集
積回路製造工程において、レジストに要求される
性能として、高感度および高解像性が重要であ
り、特に解像性については1μmあるいはそれ以
下のサブミクロンの微細加工精度に対応しうるレ
ジスト材料が要求される。更に、エツチング工程
においては従来化学薬品をもちいるウエツトエツ
チングの手法がとられているが、サイドエツチン
グの影響があり適当ではなく、サブミクロンの微
細加工にはガスプラズマ、反応スパツタリングな
どによるドライエツチング加工に移行しつつあ
る。従つて、レジスト材料としてドライエツチン
グ耐性に優れた材料が要求される。現在までに微
細加工用の放射線感応性レジスト材料がいくつか
開発されているが、上記要求性能をべて満足する
ものは極型極めて少ない。例えばネガ型レジスト
材料として、メタクリル酸グリシジル重合体
(PGMAと略す)が知られているが、電子線に対
する感度は10-7C/cm2台と高いものの解像度が不
充分であり、更にドライエツチング耐性に欠ける
という欠点がある。一方、ポジ型レジスト材料と
して知られているメタクリル酸メチル重合体
(PMMAと略す)は解像度の目安となるγ値が2.5
前後と大きく、サブミクロンの微細パターンを形
成できることが確かめられているが、感度は電子
線に対して10-4〜10-5C/cm2であり実用感度に達
しない。ドライエツチング耐性についてはPGMA
よりは優れているものの未だ充分とはいえない。
ドライエツチング耐性に優れたものとして、材料
高分子の繰り返し単位構造中に芳香族環を含むも
のが知られておるが、該レジスト材料はフオトレ
ジストであり、放射線に対する感応性に乏しい。
The etching process in the manufacture of semiconductor integrated circuits includes
2. Description of the Related Art Conventionally, a method of forming an etched pattern using a photosensitive resin (photoresist) sensitive to visible light and ultraviolet light has been widely put into practical use. In recent years, in order to improve the reliability and performance of integrated circuits, there has been an increasing demand for higher density and higher integration of elements, and vigorous research is being carried out with the aim of establishing ultra-fine circuit pattern technology. Among these, methods have been developed for forming highly accurate circuit patterns using high-energy radiation such as deep ultraviolet rays, X-rays, and electron beams with short wavelengths instead of conventional light beams. Along with this, it is essential to develop high-performance resist materials that are sensitive to these radiations. When manufacturing integrated circuits, a fine pattern is formed by coating a resist material on a substrate to form a thin film, exposing it to radiation, and developing it. A method of etching the substrate other than the pattern forming area is adopted. In this integrated circuit manufacturing process, high sensitivity and high resolution are important performance requirements for resists, and in particular, with regard to resolution, resist materials that can handle submicron microfabrication precision of 1 μm or less are important. is required. Furthermore, in the etching process, wet etching using chemicals has traditionally been used, but it is not suitable due to side etching effects, and dry etching using gas plasma, reactive sputtering, etc. is used for submicron microfabrication. It is now moving into processing. Therefore, a material with excellent dry etching resistance is required as a resist material. Several radiation-sensitive resist materials for microfabrication have been developed to date, but very few of them satisfy all of the above required performances. For example, glycidyl methacrylate polymer (PGMA) is known as a negative resist material, but although its sensitivity to electron beams is as high as 10 -7 C/ cm2 , its resolution is insufficient, and it is difficult to dry-etch. The drawback is that it lacks durability. On the other hand, methyl methacrylate polymer (abbreviated as PMMA), which is known as a positive resist material, has a γ value of 2.5, which is a measure of resolution.
Although it has been confirmed that large, submicron fine patterns can be formed, the sensitivity to electron beams is 10 -4 to 10 -5 C/cm 2 , which is below practical sensitivity. PGMA for dry etching resistance
Although it is better than that, it is still not sufficient.
A resist material containing an aromatic ring in the repeating unit structure of a polymeric material is known as having excellent dry etching resistance, but the resist material is a photoresist and has poor sensitivity to radiation.

本発明者らは、これらの従来のレジスト材料に
見られる問題点を改良すべく鋭意研究の結果、本
発明に到達したものである。本発明は、基板上に
放射線感応性高分子の薄膜を形成し、放射線を照
射し、しかる後に現像、エツチングすることから
なる微細加工法において、上記高分子が一般式、 (但し、式中R,R′は水素または炭素数1か
ら6のアルキル基であり、nは置換基の数を表わ
す1から3の整数である)で表わされる繰り返し
単位を少なくとも10重量%以上含む重量体である
ことを特徴とする放射線感応性レジスト材料によ
る微細加工法であり、その目的は放射線に対して
感度の高い、解像性の良好な、そしてドライエツ
チング耐性の優れたネガ型放射性感応レジスト材
料をもちいる微細加工法を提供するところにあ
る。
The present inventors have arrived at the present invention as a result of intensive research aimed at improving the problems seen in these conventional resist materials. The present invention provides a microfabrication method comprising forming a thin film of a radiation-sensitive polymer on a substrate, irradiating it with radiation, and then developing and etching it, in which the polymer has the general formula: (However, in the formula, R and R' are hydrogen or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and n is an integer of 1 to 3 representing the number of substituents) at least 10% by weight or more. This is a microfabrication method using a radiation-sensitive resist material that is characterized by being a heavy body containing radiation, and its purpose is to produce a negative-tone radioactive resist material that is highly sensitive to radiation, has good resolution, and has excellent dry etching resistance. The purpose of the present invention is to provide a microfabrication method using a sensitive resist material.

本発明にもちいるレジスト材料である高分子物
質として、その繰り返し単位構造中に芳香族環を
導入することによつて、ドライエツチング耐性を
付与すると同時に、放射線に対する感応性の高
い、―CH2NR′2で表わされるアミノメチル基また
はジアルキルアミノメチル基を芳香族環に置換基
として含有させることによつて放射線に対して高
感度を有するレジスト材料を得ようとするもので
ある。更に、該高分子物質としては分子量分布の
狭い重合体であることが好ましく、例えばアニオ
ン重合などの手法によつて重量平均分子量(
w)と数平均分子量(n)の比w/nで定
義される分散度が例えば1.1以下更に好ましくは
1.05以下で単分散に近い重合体を得ることができ
る。このことは即ち、解像性の良好な1μmある
いはそれ以下のサブミクロンの寸法精度を有する
微細加工用のネガ型レジスト材料を提供しようと
するものである。
By introducing an aromatic ring into the repeating unit structure of the polymeric substance used as the resist material used in the present invention, it imparts dry etching resistance and at the same time has high sensitivity to radiation, -CH 2 NR. The present invention attempts to obtain a resist material having high sensitivity to radiation by incorporating an aminomethyl group or a dialkylaminomethyl group represented by ' 2 as a substituent in an aromatic ring. Furthermore, the polymer substance is preferably a polymer with a narrow molecular weight distribution, and the weight average molecular weight (
More preferably, the dispersity defined by the ratio w/n of w) and number average molecular weight (n) is, for example, 1.1 or less.
At 1.05 or less, a nearly monodisperse polymer can be obtained. In other words, it is an attempt to provide a negative resist material for microfabrication that has good resolution and dimensional accuracy of 1 μm or less.

本発明にもちいる高分子物質としては上記一般
式で表わされる繰り返し単位を少なくとも10重量
%以上好ましくは20重量%以上含む重合体であ
り、該重合体として(i)上記一般式で表わされる繰
り返し単位のみから成る単独重合体および(ii)上記
一般式で表わされる繰り返し単位を含む2種以上
の繰り返し単位から成る共重合体に大別される。
上記(ii)の共重合体成分としては特に限定されるも
のではないが、例えばビニルピリジンなどの複素
環化合物、スチレン、α―メチルスチレン、クロ
ロメチルスチレン、ブロモメチルスチレン、ハロ
ゲン化スチレン、などのスチレン系およびハロゲ
ン含有スチレン化合物およびメタクリル酸グリシ
ジルなどのメタクリル酸エステルなどを挙げるこ
とができる。これら高分子物質の分子量に特に制
限を加える必要はないが、放射線に対する感度が
分子量に依存することを考慮すると、その分子量
は5000以上好ましくは10000以上に設定すること
が望ましい。
The polymer substance used in the present invention is a polymer containing at least 10% by weight or more preferably 20% by weight or more of repeating units represented by the above general formula, and the polymer includes (i) repeating units represented by the above general formula; They are broadly classified into homopolymers consisting only of units and (ii) copolymers consisting of two or more types of repeating units containing repeating units represented by the above general formula.
The copolymer component in (ii) above is not particularly limited, but includes, for example, heterocyclic compounds such as vinylpyridine, styrene, α-methylstyrene, chloromethylstyrene, bromomethylstyrene, halogenated styrene, etc. Examples include styrenic and halogen-containing styrene compounds, and methacrylic acid esters such as glycidyl methacrylate. There is no need to particularly limit the molecular weight of these polymeric substances, but considering that the sensitivity to radiation depends on the molecular weight, it is desirable to set the molecular weight to 5,000 or more, preferably 10,000 or more.

以下にレジスト材料の製造法およびこれをもち
いた微細加工法についてその実施例を詳細に説明
する。
Examples of a resist material manufacturing method and a microfabrication method using the resist material will be described in detail below.

実施例 1 アニオン重合法によつて4―ビニルベンジルジ
メチルアミン(4VBDMAと略す)の単独重合体
を得た。即ち、厳密に脱水精製した4VBDMAを
ベンゼン溶媒中で、sec―ブチルリチウムを開始
剤として通常の方法で重合した。得られた重合体
の分子量は光散乱測定から1.7×105であつた。ま
た、超遠心速度法で分子量分布を評価した結果、
分散度は1.01以下であり、単分散に近い重合体で
あることを確認した。
Example 1 A homopolymer of 4-vinylbenzyldimethylamine (abbreviated as 4VBDMA) was obtained by an anionic polymerization method. That is, 4VBDMA that had been strictly dehydrated and purified was polymerized in a benzene solvent using sec-butyllithium as an initiator in a conventional manner. The molecular weight of the obtained polymer was determined to be 1.7×10 5 by light scattering measurement. In addition, as a result of evaluating the molecular weight distribution using the ultracentrifugal velocity method,
The degree of dispersion was 1.01 or less, confirming that the polymer was close to monodisperse.

得られた4VBDMA重合体を電子線レジスト材
料として微細加工に供した。該重合体を10重量%
の濃度でエチルソルブアセテートに溶解した。こ
れをスピンコーテイング法によつてシリコン基板
上に厚さ約0.6μmの均一な薄膜を形成した。こ
れを真空中100℃30分間加熱処理した後、電子線
露光装置(加速電圧20KV)でパターンを描画し
た。電子線照射後、メチルエチルケトン―エタノ
ール混合溶媒(1:1容量比)で3分間現像しエ
タノールでリンスした。電子線照射量(C/cm2
に対する残膜率を測定し、結果を第1図に示し
た。感度を残膜率0.5に対する照射量で定義する
と、この図から感度は1.6×10-6C/cm2であり、同
一分子量のポリスチレンに比較して50倍以上の高
感度を示した。
The obtained 4VBDMA polymer was subjected to microfabrication as an electron beam resist material. 10% by weight of the polymer
Dissolved in ethylsolve acetate at a concentration of . A uniform thin film with a thickness of about 0.6 μm was formed on a silicon substrate by spin coating. After heat treating this in vacuum at 100°C for 30 minutes, a pattern was drawn using an electron beam exposure device (acceleration voltage: 20 KV). After electron beam irradiation, the film was developed for 3 minutes using a mixed solvent of methyl ethyl ketone and ethanol (1:1 volume ratio) and rinsed with ethanol. Electron beam irradiation amount (C/cm 2 )
The residual film rate was measured and the results are shown in FIG. When the sensitivity is defined as the irradiation dose for a residual film ratio of 0.5, the sensitivity is 1.6×10 -6 C/cm 2 from this figure, which is more than 50 times higher than that of polystyrene of the same molecular weight.

電子線による描画パターンとして、ライン/ス
ペース寸法を変化させて本レジスト材料の解像性
を調べた結果、ライン巾0.2μm、スペース0.4μ
mの微細パターンが解像された。本レジスト材料
がサブミクロンの微細加工に利用できることが明
らかである。また、第1図の曲線から計算した解
像度指数は10以上と大きな値となり、このことは
本レジスト材料の高い解像性を裏づける結果であ
る。
As a result of examining the resolution of this resist material by changing the line/space dimensions as a pattern drawn with an electron beam, the line width was 0.2 μm and the space was 0.4 μm.
m fine patterns were resolved. It is clear that this resist material can be used for submicron microfabrication. Moreover, the resolution index calculated from the curve in FIG. 1 is a large value of 10 or more, which is a result that supports the high resolution of this resist material.

実施例 2 実施例1の重合体と同じ化学構造をもつ分子量
が小さい4VBDMA重合体を実施例1と同様の製
造法で得た。分子量は5.4×104であつた。該重合
体について実施例1とほぼ同様の方法で電子線レ
ジストとしての感度、解像度を評価した。感度は
5×10-6C/cm2であり、0.2μmのライン巾のパタ
ーンが形成された。
Example 2 A 4VBDMA polymer having the same chemical structure as the polymer of Example 1 and having a small molecular weight was obtained by the same manufacturing method as in Example 1. The molecular weight was 5.4×10 4 . The sensitivity and resolution of this polymer as an electron beam resist were evaluated in substantially the same manner as in Example 1. The sensitivity was 5×10 −6 C/cm 2 , and a pattern with a line width of 0.2 μm was formed.

本重合体のドライエツチング耐性を調べた。装
置は円筒型プラズマ反応器(周波数3.56MHz,出
力200W)をもちいて、5容量%の酸素を含む四
フツ化炭素反応ガスプラズマに対するエツチング
速度を測定した。比較のためポリスチレン、
PMMAのエツチング速度も同じ条件で測定し
た。15分後に各重合体薄膜のエツチング深さを測
定した結果、4VBDMA重合体では800Å、ポリス
チレンは500Å、PMMAは4000Åであり、
4VBDMA重合体のエツチング耐性はポリスチレ
ンより若干劣るものの、PMMAより6〜7倍優
れた耐性を示すことが明らかになつた。なお、
4VBDMA重合体のドライエツチング耐性に対す
る分子量依存性は認められなかつた。
The dry etching resistance of this polymer was investigated. A cylindrical plasma reactor (frequency: 3.56 MHz, output: 200 W) was used to measure the etching rate of carbon tetrafluoride reaction gas plasma containing 5% by volume of oxygen. For comparison, polystyrene,
The etching rate of PMMA was also measured under the same conditions. After 15 minutes, the etching depth of each polymer thin film was measured and found to be 800 Å for 4VBDMA polymer, 500 Å for polystyrene, and 4000 Å for PMMA.
Although the etching resistance of the 4VBDMA polymer is slightly inferior to that of polystyrene, it has been found that the etching resistance of the 4VBDMA polymer is 6 to 7 times better than that of PMMA. In addition,
No molecular weight dependence on dry etching resistance of 4VBDMA polymer was observed.

実施例 3 アニオン重合法で得た単分散ポリスチレン(
w=1.07×105,w/n=1.01)をクロロメ
チルメチルエーテルをクロロメチル刈剤として、
また四塩化スズを触媒として部分的にクロロメチ
ル化(クロロメチル化度54%)した後、ジメチル
アミンを完全に反応させて、ポリスチレンのベン
ゼン環にジメチルアミノ基が置換された(置換度
54%)共重合体を得た。
Example 3 Monodisperse polystyrene obtained by anionic polymerization method (
w=1.07×10 5 , w/n=1.01) using chloromethyl methyl ether as the chloromethyl mower,
In addition, after partial chloromethylation using tin tetrachloride as a catalyst (degree of chloromethylation: 54%), complete reaction with dimethylamine resulted in the substitution of dimethylamino groups on the benzene ring of polystyrene (degree of substitution).
54%) copolymer was obtained.

本重合体の電子線レジストとしての性質を実施
例1と同様の方法で調べた。電子線に対する感度
は4×10-6C/cm2であり、ライン巾0.3μmの微細
パターンを形成した。さらに、実施例2と同じ条
件で本重合体のプラズマに対するエツチング速度
を測定した結果、4VBDMA単独重合体とほぼ同
じエツチング耐性を示した。
The properties of this polymer as an electron beam resist were investigated in the same manner as in Example 1. The sensitivity to electron beams was 4×10 −6 C/cm 2 , and a fine pattern with a line width of 0.3 μm was formed. Further, as a result of measuring the etching rate of this polymer against plasma under the same conditions as in Example 2, it showed almost the same etching resistance as the 4VBDMA homopolymer.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は実施例1で得られた4VBDMA重合体
に対する電子線照射量と残膜率との関係を示した
ものである。第2図は実施例1で得られた
4VBDMA重合体をもちいて形成した微細パター
ンの電子顕微鏡写真である。ライン巾0.2μm、
スペース0.4μmである。
FIG. 1 shows the relationship between the electron beam irradiation amount and the residual film rate for the 4VBDMA polymer obtained in Example 1. Figure 2 was obtained in Example 1.
This is an electron micrograph of a fine pattern formed using 4VBDMA polymer. Line width 0.2μm,
The space is 0.4 μm.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 基板上に放射線感応性高分子の薄膜を形成
し、放射線を照射し、現像、エツチングすること
からなる微細加工法において、上記高分子が一般
式、 (但し、式中R,R′は水素またはアルキル基
であり、nは置換基の数を表わす整数である) で表わされる繰り返し単位を少なくとも10重量%
以上含む高分子であることを特徴とする放射線感
応性レジスト材料による微細加工法。
[Claims] 1. A microfabrication method comprising forming a thin film of a radiation-sensitive polymer on a substrate, irradiating it with radiation, developing and etching it, wherein the polymer has the general formula: (However, in the formula, R and R' are hydrogen or an alkyl group, and n is an integer representing the number of substituents.) At least 10% by weight of repeating units represented by
A microfabrication method using a radiation-sensitive resist material characterized by being a polymer containing the above.
JP5972881A 1981-01-12 1981-04-22 Method for microprocessing radiation sensitive resist Granted JPS57176034A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5972881A JPS57176034A (en) 1981-04-22 1981-04-22 Method for microprocessing radiation sensitive resist
US06/289,281 US4367281A (en) 1981-01-12 1981-08-03 Fine fabrication process using radiation sensitive resist

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5972881A JPS57176034A (en) 1981-04-22 1981-04-22 Method for microprocessing radiation sensitive resist

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS57176034A JPS57176034A (en) 1982-10-29
JPS6260691B2 true JPS6260691B2 (en) 1987-12-17

Family

ID=13121543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5972881A Granted JPS57176034A (en) 1981-01-12 1981-04-22 Method for microprocessing radiation sensitive resist

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS57176034A (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPS57176034A (en) 1982-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4286049A (en) Method of forming a negative resist pattern
JPS58187926A (en) Method for developing radiation sensitive negative type resist
Shiraishi et al. Iodinated polystyrene: An ion‐millable negative resist
EP0051320B1 (en) Radiation-sensitive negative resist
JPS6260691B2 (en)
US4367281A (en) Fine fabrication process using radiation sensitive resist
JPH0330852B2 (en)
JPS647375B2 (en)
JPS5979247A (en) Ionizing radiation sensitive material
JPS5953837A (en) Pattern forming material and pattern forming method
JPH0160812B2 (en)
JPS647651B2 (en)
JPS58187923A (en) Fine working method using radiation sensitive resist material
JPS6091350A (en) Ionizing radiation sensitive negative type resist
JPS59121042A (en) Negative type resist composition
JPS61295548A (en) Negative type resist composition
JPS59192245A (en) Resist material
JPH033214B2 (en)
JPH052141B2 (en)
JPH0377986B2 (en)
JPS6374049A (en) Radiation sensitive resist material and formation of pattern
JPS61160742A (en) Developer of resist
JPH033215B2 (en)
JPH0542659B2 (en)
JPH0644153B2 (en) Radiation-sensitive negative resist material