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JP2647065B2 - Pattern formation method - Google Patents
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JP2647065B2 - Pattern formation method - Google Patents

Pattern formation method

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JP2647065B2
JP2647065B2 JP7259754A JP25975495A JP2647065B2 JP 2647065 B2 JP2647065 B2 JP 2647065B2 JP 7259754 A JP7259754 A JP 7259754A JP 25975495 A JP25975495 A JP 25975495A JP 2647065 B2 JP2647065 B2 JP 2647065B2
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pattern
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hydrogen atom
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勝 笹子
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子等を製造
する時に用いられるレジストパターン形成方法に係り、
露光エネルギー源として、たとえば400nm以下の紫
外線、エキシマレーザ等を用いてポジ型のパターンを形
成する際のパターン形成方法に係る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a resist pattern used for manufacturing a semiconductor device or the like.
The present invention relates to a pattern forming method for forming a positive pattern using, for example, ultraviolet light of 400 nm or less, an excimer laser, or the like as an exposure energy source.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高密度集積化に
伴い、微細加工、中でもフォトリソグラフィに用いる露
光装置の光源波長は益々短波長化し、現段階ではi線
(365nm)が実用段階に入り、KrFエキシマレー
ザ(248.4nm)が検討されるまでになっている。
しかしながら、レジストパターン形成材料、特にKrF
エキシマレーザ、遠紫外線波長域に適したものは未だ開
発されていない。例えば、KrFエキシマレーザ光、遠
紫外線に対し感光性が高く、透過率も高いと言われるM
P2400(シプレイ社)を用いた場合でも、ベースポ
リマーであるノボラック樹脂自身の大きな表面吸収や感
光剤のナフトキノンジアジド系化合物の光反応が良くな
いため、パターン形成後のパターン形状は非常に悪く使
用できそうにない。
2. Description of the Related Art In recent years, with high-density integration of semiconductor devices, the light source wavelength of an exposure apparatus used for microfabrication, especially for photolithography, has been increasingly shortened. At this stage, i-line (365 nm) has entered the practical stage. KrF excimer laser (248.4 nm) has been studied.
However, resist pattern forming materials, especially KrF
Excimer lasers and those suitable for the deep ultraviolet wavelength range have not yet been developed. For example, M is said to have high sensitivity to KrF excimer laser light and far ultraviolet light and high transmittance.
Even when P2400 (Shipley) is used, the pattern shape after pattern formation can be used very poorly because of the large surface absorption of the novolak resin itself, which is the base polymer, and the poor photoreaction of the naphthoquinonediazide compound as a photosensitizer. Not really.

【0003】また、遠紫外線用パターン形成材料として
248.4nm付近の波長の遠紫外光に高い透過率を有
するポリマーとして、2−ジアゾ−1,3−ジオン化合
物よりなるレジストが報告されている。しかるに、この
レジストは、ベースポリマーが70%の透過率を有する
のに対しパターン形成材料の露光後の透過率は45%に
すぎず、十分な光退色性が得られていない。また、パタ
ーン形成実験の結果、パターンは約70度のアングルを
有するもので垂直な形状を有する満足したエッチングマ
スクとなるパターン形状は得られていない。
Further, a resist comprising a 2-diazo-1,3-dione compound has been reported as a polymer having a high transmittance for far ultraviolet light having a wavelength of around 248.4 nm as a pattern forming material for far ultraviolet rays. However, in this resist, the transmittance of the pattern forming material after exposure is only 45% while the base polymer has a transmittance of 70%, and thus, sufficient photobleaching property is not obtained. As a result of a pattern formation experiment, a pattern having an angle of about 70 degrees and a satisfactory shape of an etching mask having a vertical shape has not been obtained.

【0004】また、このパターン形成材料の感度は14
0から150mJ/cm2程度と低感度であることが明
らかとなった。すなわち2−ジアゾ−1,3−ジオン化
合物を使用する高透明性パターン形成材料は感度が低
く、特にエネルギー効率の良くないKrFエキシマレー
ザ光を用いる場合、実用化は困難な状況にある。
The sensitivity of this pattern forming material is 14
It was clear that the sensitivity was as low as about 0 to 150 mJ / cm 2 . That is, a highly transparent pattern forming material using a 2-diazo-1,3-dione compound has low sensitivity, and practical use of such a material is particularly difficult when using a KrF excimer laser beam with low energy efficiency.

【0005】近年、露光エネルギー量を低減させる手段
として、たとえばポリ〔ターシャルブトキシカルボネー
ト)スチレンと、オニウム塩より構成される材料が提案
された。これは、露光により発生した酸を媒体とする化
学増幅型のパターン形成材料であり、たとえば〔H.I
toらPolym.Eng.Sci.、23巻、101
2頁(1983)〕等で近年種々の報告がある。図4を
用いて従来の化学増感型のパターン形成材料を用いたパ
ターン形成方法を説明する。半導体等の基板1上にパタ
ーン形成材料12を回転塗付し、ホットプレート上で9
0℃,90秒間ソフトベークし、1.0ミクロン厚のパ
ターン形成材料を得る(図4(a))。なお、基板1上
には絶縁膜、導電膜、酸化膜が形成されている場合が多
い。次に248.4nmのKrFエキシマレーザ4でマ
スク5を介して露光することにより酸発生剤に以下の化
学変化を発生させ酸を発生する(図4(b))。そし
て、ホットプレート3
In recent years, as a means for reducing the amount of exposure energy, a material comprising, for example, poly [tert-butoxycarbonate] styrene and an onium salt has been proposed. This is a chemically amplified pattern forming material using an acid generated by exposure as a medium. I
Toly Polym. Eng. Sci. , 23 volumes, 101
2 (1983)]. A conventional pattern forming method using a chemically sensitized pattern forming material will be described with reference to FIG. A pattern forming material 12 is spin-coated on a substrate 1 such as a semiconductor and
Soft bake at 0 ° C. for 90 seconds to obtain a pattern forming material having a thickness of 1.0 μm (FIG. 4A). Note that an insulating film, a conductive film, and an oxide film are often formed on the substrate 1. Next, exposure is performed through a mask 5 with a 248.4 nm KrF excimer laser 4 to cause the following chemical change in the acid generator to generate an acid (FIG. 4B). And hot plate 3

【0006】[0006]

【化5】 Embedded image

【0007】上で前記材料膜を130℃で90秒間加熱
処理する事により、樹脂に下記の化学変化を発生させ、
樹脂をアルカリ可溶性とする(図4(c))。
By heating the above-mentioned material film at 130 ° C. for 90 seconds, the following chemical change occurs in the resin,
The resin is made alkali-soluble (FIG. 4 (c)).

【0008】[0008]

【化6】 Embedded image

【0009】そして最後にアルカリ現像液(MF−31
9(シプレイ社)を用いてパターン形成材料12の露光
部12bを溶解除去しポジ型パターン12a、12cを
得る(図4(d))。
Finally, an alkali developer (MF-31)
9 (Shipley Co., Ltd.), the exposed portions 12b of the pattern forming material 12 are dissolved and removed to obtain positive patterns 12a and 12c (FIG. 4D).

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかるにその方法はパ
ターン寸法が、1.0μm以下とくに0.5μm以下と
なると微細パターン12cは図4(d)のごとく基板上
に形成することが不可能であることが判明した。破線は
本来残るべきパターンが残っていないことを示す。これ
は本発明者らの検討によればパターン形成材料と基板と
の間の密着性がよくない為であることがわかった。この
現像は数μmレベルのデバイス作製では前記例のごとく
問題とはならないが、1μm以下の微細パターン、特に
0.5μm以下の超微細パターンを高密度に形成する工
程においては、重大な致命的問題となり、結果としてサ
ブミクロンルールのデバイスを作製する事ができない。
この様に超微細パターンが形成できない理由は、本発明
者らの検討によると、パターン形成材料と基板との間の
密着性が低いことにあることが判明した。従来のパター
ン形成材料に用いられるポリt−BOCスチレン樹脂
は、その分子内に親水基を有さない為これを薄膜とした
場合その膜は疎水性となる。また基板においては、パタ
ーン形成材料膜を形成する前に基板表面の状態を均一化
するため、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)による
疎水化処理を行っている。このように基板表面は疎水性
となっている。疎水性基板と疎水性のパターン形成材料
は、本発明者らの検討により、密着性が悪く、現像時、
露光部が溶解除去されると同時に本来溶解しない未露光
部が低い密着性の為、基板上に形成できないことが明ら
かとなった。この現象は、パターン寸法は1μm以下の
微細パターンにおいて特に顕著となる。すなわちこれを
防止することは特に寸法が1μm以下さらに0.5μm
以下の超微細なパターンを形成し、高分留りで超微細な
半導体集積回路の製造において極めて重要となる。従っ
て本発明は、化学増幅型のパターン形成材料を用いると
共に、密着性を向上させることにより、形状が良く膜は
がれのない微細パターンを確実に形成する方法を提供す
ることを目的とする。
However, according to this method, when the pattern size is 1.0 μm or less, especially 0.5 μm or less, the fine pattern 12c cannot be formed on the substrate as shown in FIG. It has been found. The broken line indicates that there is no pattern that should be left. According to the study of the present inventors, it has been found that the adhesion between the pattern forming material and the substrate is not good. This development does not cause a problem as in the above example when fabricating a device at a level of several μm, but is a serious fatal problem in the process of forming a fine pattern of 1 μm or less, particularly an ultrafine pattern of 0.5 μm or less at a high density. As a result, a device with a submicron rule cannot be manufactured.
According to the study of the present inventors, it has been found that the reason why an ultrafine pattern cannot be formed is that the adhesion between the pattern forming material and the substrate is low. A poly-t-BOC styrene resin used for a conventional pattern forming material does not have a hydrophilic group in its molecule, so that when it is made into a thin film, the film becomes hydrophobic. Before forming the pattern forming material film, the substrate is subjected to hydrophobic treatment with hexamethyldisilazane (HMDS) in order to make the state of the substrate surface uniform. Thus, the substrate surface is hydrophobic. The hydrophobic substrate and the hydrophobic pattern forming material have poor adhesion due to the study of the present inventors, and during development,
At the same time as the exposed portion was dissolved and removed, it was clarified that the unexposed portion which was not originally dissolved could not be formed on the substrate due to low adhesion. This phenomenon is particularly remarkable in a fine pattern having a pattern size of 1 μm or less. That is, to prevent this, it is particularly necessary that the dimension is 1 μm or less and 0.5 μm
The following ultrafine patterns are formed and are extremely important in the production of ultrafine semiconductor integrated circuits with high yield. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for reliably forming a fine pattern having a good shape and no film peeling by using a chemically amplified pattern forming material and improving adhesion.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明のパターン形成方
法は、疎水化処理の施された基板上に0.5μm以下
幅を有するパターンを遠紫外光を用いた露光により形成
するにあたって、上記の基板上に酸雰囲気下でアルカリ
可溶性となる官能基と親水基を有する共重合体、露光に
より酸を発生する感光性化合物、共重合体及び感光性化
合物を溶解可能な溶媒とを含むパターン形成材料膜を形
成する工程と、遠紫外線によりパターン形成材料膜を選
択的に露光する工程と、パターン形成材料膜を現像液に
より現像しパターン形成材料膜の露光された部分を除去
する工程とを有し、特に上記の感光性化合物が、下記の
スルホニル化合物のいずれかを含有する構成となってい
る。
According to the present invention, there is provided a pattern forming method comprising the steps of: forming a pattern having a size of 0.5 μm or less on a substrate subjected to a hydrophobic treatment ;
Form a pattern with width by exposure using far ultraviolet light
To do this, place the above-mentioned substrate on an alkaline
Copolymer having soluble functional group and hydrophilic group, for exposure
Photosensitive compounds, copolymers and photosensitizers that generate more acid
To form a pattern forming material film containing a solvent that can dissolve the compound.
Process and the pattern forming material film
Selectively exposing the film and forming the pattern forming material film in a developing solution.
More developed to remove the exposed part of the pattern forming material film
Having a step of, in particular, the photosensitive compound described above,
It contains any of the sulfonyl compounds
You.

【0012】一般式 General formula

【0013】[0013]

【化7】 Embedded image

【0014】(式中、R 1 及びR 2 は夫々、独立して直鎖
状、分岐状叉は環状のアルキル基、ハロアルキル基、あ
るいは
(Wherein R 1 and R 2 are each independently a straight-chain
, Branched or cyclic alkyl groups, haloalkyl groups,
Ruiha

【0015】[0015]

【化8】 Embedded image

【0016】(但し、qは0叉は自然数を表わし、R 3
及びR 4 は夫々、独立して水素原子、ハロゲン原子、直
鎖状、分岐状叉は環状のアルキル基、ハロアルキル基、
アルコキシ基、ニトロ基叉はシアノ基を表わす)、叉
は、 一般式
(However, q represents 0 or a natural number, and R 3
And R 4 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom,
Chain, branched or cyclic alkyl, haloalkyl,
Represents an alkoxy group, a nitro group or a cyano group), or
Is the general formula

【0017】[0017]

【化9】 Embedded image

【0018】(式中、Yはカルボニル基、スルホニル
基、スルフィニル基を表わし、R5は低級アルキル基、
トリフルオロメチル基、フェニル基叉はアルキル置換フ
ェニル基を表わし、R6及びR7は夫々、独立して低級ア
ルキル基、ハロゲン原子叉は水素原子を表わし、R8
水素原子、ハロゲン原子、低級アルキル基、アルコキシ
基叉はアルキルチオ基を表わす。)であることを特徴と
する構成となっている。
(Wherein, Y represents a carbonyl group, a sulfonyl group, a sulfinyl group, R 5 is a lower alkyl group,
A trifluoromethyl group, a phenyl group or an alkyl-substituted phenyl group; R 6 and R 7 each independently represent a lower alkyl group, a halogen atom or a hydrogen atom; R 8 represents a hydrogen atom, a halogen atom, a lower Represents an alkyl group, an alkoxy group or an alkylthio group. ) .

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本発明の方法について具体的に説
明すると、KrFエキシマレーザ光、遠紫外光で露光さ
れた感光性化合物は、光反応に従って酸が発生する。露
光工程に続いて加熱処理すると樹脂の官能基が酸により
化学変化を受け、アルカリ可溶性となり、現像の際、現
像液に溶出してくる。他方、未露光部は酸が発生しない
為、加熱処理しても化学変化は生ぜず、アルカリ可溶性
基の発現はない。その結果本発明の方法によれば、良好
なコントラストを有したポジ型のパターンが形成され
る。又、露光で発生した酸は触媒的に作用する為、露光
は必要な酸を発生させるだけでよく、露光エネルギー量
の低減が可能となった。現像時に発生する微細パターン
のはがれは、サブミクロンルールのデバイス作成におい
て重大な問題である。すなわち、パターン形成材料を親
水化するために樹脂に親水性を付加し、パターンはがれ
のない良好な形状を形成可能なパターン形成方法は、超
微細ルールのデバイス作成に必要不可欠なものである。
本発明は、さらに樹脂(共重合体)に親水性を有する成
分を付加することにより、この樹脂を用いたパターン形
成材料は親水性となり、疎水性基板(疎水処理の施され
た基板)との密着性が向上する。すなわち、1.0μm
さらに0.5μm以下の超微細パターンは現像時、はが
れることなく形成することが可能である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The method of the present invention will be described specifically. A photosensitive compound exposed to KrF excimer laser light or far ultraviolet light generates an acid according to a photoreaction. When heat treatment is performed after the exposure step, the functional group of the resin undergoes a chemical change by an acid, becomes alkali-soluble, and elutes in a developing solution during development. On the other hand, since no acid is generated in the unexposed portion, no chemical change occurs even by heat treatment, and no alkali-soluble group is expressed. As a result, according to the method of the present invention, a positive pattern having good contrast is formed. Further, since the acid generated by the exposure acts as a catalyst, the exposure only needs to generate the necessary acid, and the amount of exposure energy can be reduced. Peeling of a fine pattern generated during development is a serious problem in fabricating a device with a submicron rule. That is, a pattern forming method that can add a hydrophilic property to a resin in order to hydrophilize a pattern forming material and form a good shape without peeling of a pattern is indispensable for fabricating a device according to an ultrafine rule.
The present invention, by further adding a component having a hydrophilic resin (copolymer), a pattern formation material using the resin becomes hydrophilic, undergone hydrophobic substrate (hydrophobic treatment
Substrate) is improved. That is, 1.0 μm
Furthermore, an ultrafine pattern of 0.5 μm or less can be formed without peeling off during development.

【0020】本発明者らは、親水性を有する成分を種々
検討した結果、水酸基、カルボキシル基、スルフォン酸
又は
[0020] The present inventors have made various studies a component having a hydrophilic, hydroxyl, carboxyl, scan Rufon acid or

【0021】[0021]

【化10】 Embedded image

【0022】(但し、R9は水酸基、カルボキシル基
ルフォン酸基を表わし、R10,R11はおのおの独立で
水素原子、ハロゲン原子、低級アルキル基を表わす)等
が、樹脂の親水性を向上させ、酸雰囲気下でアルカリ可
溶性となる官能基を有する成分と共重合させたものを用
いたパターン形成材料は、高い親水性を有し現像中レジ
ストパターンはがれが生じないことを見出した。なお親
水性を有する成分は、前記のものに限定されるものでは
ない。また、官能基としては、tert−ブチル、メト
キシメチル、イソプロポキシメチル、テトラヒドロピラ
ニル、テトラヒドロフラニル、トリメチルシリル、te
rt−ブトキシカルボニル、イソプロポキシカルボニル
等があげられるが、酸雰囲気下でアルカリ可溶性を示す
ものであれば何でもよく、これらに限定されるものでは
ない。また酸発生剤についても同様で、露光により酸を
発生するものであれば何でもよく、例えば、ニトロベン
ジル化合物、オニウム塩、スルホニル化合物、カルボン
酸化合物等が挙げられるが、中でも特に特定のスルホニ
ル化合物(後述)を用いた場合は、溶液安定性、酸発生
効率等が良好となる。溶媒についても同様で、前記樹脂
及び酸発生剤を溶解可能なものであれば何でもよい。以
下に具体例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明はこれら具体例に何ら制限されるものではない。
(Where R 9 is a hydroxyl group, a carboxyl group ,
Represents a scan Rufon group, R 10, R 11 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a lower alkyl represents a group), etc., to improve the hydrophilicity of the resin, the functional group which becomes alkali-soluble under an acid atmosphere It has been found that a pattern-forming material using a material copolymerized with a component having a high hydrophilicity and having no peeling of the resist pattern during development. The component having hydrophilicity is not limited to the above. As the functional group, t Ert- butyl, methoxymethyl, Lee Seo propoxymethyl, tetrahydropyranyl, tetrahydrofuranyl, trimethylsilyl, te
Examples thereof include rt-butoxycarbonyl, isopropoxycarbonyl, and the like, but are not limited thereto as long as they show alkali solubility in an acid atmosphere. The same applies to the acid generator, as long as it generates an acid upon exposure may anything, for example, nitrobenzyl compounds, onium salts, sulfone Honiru compound, carboxylic acid compounds, and the like, among others specific sulfonium
When a compound (described later) is used, solution stability and acid generation
Efficiency is improved . The same applies to the solvent, as long as it can dissolve the resin and the acid generator. Hereinafter, the present invention will be described in more detail using specific examples,
The present invention is not limited to these specific examples.

【0023】(参考例1) 下記の組成で試薬を調整し、パターン形成材料とした。 Reference Example 1 A reagent was prepared with the following composition to obtain a pattern forming material.

【0024】(1)(1)

【0025】[0025]

【化11】 Embedded image

【0026】 (2)p−トルエンスルフォン酸−2,6−ジニトロベンジル 1g (3)ジエチレングリコールジメチルエーテル 70g ここで(1)の樹脂は、酸雰囲気でアルカリ可溶性を示
す官能基としてtert−(ターシャル)ブトキシ基を
用い、親水性を有する成分として水酸基(ヒドロキシス
チレン)を用いた一例である。tert−ブトキシ基は
下記に示すごとく酸雰囲気下でC−Oの結合が切断さ
れ、結果として水酸基を形成する。
(2) 2,6-dinitrobenzyl p-toluenesulfonate 1 g (3) 70 g of diethylene glycol dimethyl ether Here, the resin of (1) is tert- (tert-butoxy) butoxy as a functional group showing alkali solubility in an acid atmosphere. This is an example in which a hydroxyl group (hydroxystyrene) is used as a component having hydrophilicity. As shown below, the tert-butoxy group breaks the C—O bond under an acid atmosphere, thereby forming a hydroxyl group.

【0027】[0027]

【化12】 Embedded image

【0028】また(2)は酸発生剤として用いたもの
で、露光により以下の反応が発生する。
(2), which is used as an acid generator, causes the following reaction upon exposure.

【0029】[0029]

【化13】 Embedded image

【0030】また(3)は、前記両者を溶解可能な溶媒
の例であり、遠紫外領域に高い透過率を有する為、Kr
Fエキシマレーザ用パターン形成材料の溶媒として良好
な結果が期待される。図1を用いて本発明のパターン形
成方法を説明する。シリコン等の半導体基板1上に上記
の組成で調製されたパターン形成材料2を用いて回転塗
付してレジスト薄膜とし、90℃、90秒間ホットプレ
ート3でソフトベークし、薄膜中の溶媒を蒸発除去し、
厚さ1.0μmのパターン形成材料薄膜を得る(図1
(a))。なお、基板1表面は絶縁膜、導電膜、半導体
膜等が形成されている場合も多い。次に248.4nm
のKrFエキシマレーザ4をマスク5を介して露光する
ことにより、前記のごとく酸発生剤(2)を光分解す
る。(図1(b))。そして130℃、90秒間ホット
プレート3でベーク(PEB)し、前記のごとくターシ
ャルブトキシ基をアルカリ可溶性反応させる(図1
(c))。そしてアルカリ現像液(2.38%テトラメ
チルアンモニウムハイドロオキサイト(TMAH)水溶
液)で60秒間現像することによりパターン形成材料2
の露光部2bを溶解除去し、ポジ型パターン2a,2c
を得た(図1(d))。
(3) is an example of a solvent capable of dissolving both of them, and has a high transmittance in the deep ultraviolet region.
Good results are expected as a solvent for the F excimer laser pattern forming material. The pattern forming method of the present invention will be described with reference to FIG. A resist thin film is formed by spin-coating a pattern forming material 2 prepared with the above composition on a semiconductor substrate 1 such as silicon to form a resist thin film. Remove,
A thin film of a pattern forming material having a thickness of 1.0 μm is obtained (FIG. 1).
(A)). In many cases, an insulating film, a conductive film, a semiconductor film, and the like are formed on the surface of the substrate 1. Next, 248.4 nm
The KrF excimer laser 4 is exposed through the mask 5 to photolyze the acid generator (2) as described above. (FIG. 1 (b)). Then, the substrate is baked (PEB) at 130 ° C. for 90 seconds on a hot plate 3 to react alkali-soluble tertiary butoxy groups as described above (FIG. 1).
(C)). The pattern forming material 2 is developed for 60 seconds with an alkali developing solution (2.38% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH)).
Dissolves and removes the exposed portion 2b of the positive pattern 2a, 2c
Was obtained (FIG. 1 (d)).

【0031】このように、以上の方法により、パターン
2aおよび1.0μm以下の微細パターン2cを、基板
1上からはがれることなく形成することが可能となっ
た。したがって、このレジストパターン2a,2cをマ
スクとして基板1の表面部を正確に選択エッチングする
加工が可能となる。
As described above, the pattern 2a and the fine pattern 2c of 1.0 μm or less can be formed without peeling off from the substrate 1 by the above method. Therefore, it is possible to perform a process of selectively etching the surface portion of the substrate 1 accurately using the resist patterns 2a and 2c as a mask.

【0032】本発明に用いるパターン形成材料(膜厚1
μm)の露光前後の紫外線分光曲線図を図2に示す。露
光前後で透過率はほぼ変化せず、約65%と高い値を示
した。パターン形成実験の結果、レジストパターン2a
として好形状な0.3μmラインアンドスペースパター
ンを形成することが可能であった。更にこのパターン形
成材料(1μm)の照射特性を図3に示す。γ値5.
5、感度10mJ/cm2と高コントラスト、高感度で
あった。ここで、本発明の一具体例のパターン形成材料
と従来の材料を用いた方法の各基板上での限界パターン
解像度及びパターンアングルを下表に示す。
The pattern forming material (film thickness 1) used in the present invention
FIG. 2 shows ultraviolet spectral curves before and after the exposure of μm). The transmittance did not substantially change before and after the exposure, showing a high value of about 65%. As a result of the pattern formation experiment, the resist pattern 2a
It was possible to form a 0.3 μm line and space pattern having a good shape. FIG. 3 shows the irradiation characteristics of the pattern forming material (1 μm). γ value5.
5. Sensitivity was 10 mJ / cm 2 , high contrast and high sensitivity. Here, the limit pattern resolution and pattern angle on each substrate method using a specific example of the pattern forming material and the conventional material of the present invention in the following table.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】本発明のパターン形成方法は、樹脂に親水
性基を導入することにより、従来の化学増幅型レジスト
を用いたパターン形成方法で、形成不可能な超微細パタ
ーンを良好なパターンアングルおよび感度で形成するこ
とができた。また本発明のパターン形成方法は、従来密
着性に乏しいとされる(SiO2)やスピン・オン・グ
ラス(SOG)膜上でもシリコン基板と同様にはがれの
ない良好な形状のパターンが形成できた。すなわち、本
発明のパターン形成方法は、1.0μmさらに0.5μ
m以下の超微細レジストパターンを良好な形状で感度よ
く確実に形成することが可能で、結果として設計通りに
デバイスを作製することが可能となり、サブハーフミク
ロンルールの超微細な半導体集積回路デバイス等の作製
において意義大なものである。
According to the pattern forming method of the present invention, by introducing a hydrophilic group into a resin, an ultrafine pattern that cannot be formed by a conventional pattern forming method using a chemically amplified resist can be formed with a good pattern angle and sensitivity. Could be formed. Further, the pattern forming method of the present invention was able to form a pattern having a good shape without peeling on a (SiO 2 ) or spin-on-glass (SOG) film, which is conventionally considered to have poor adhesion, like a silicon substrate. . That is, the pattern forming method of the present invention is applied to a method of forming a pattern having a thickness of
It is possible to reliably form an ultra-fine resist pattern of less than m in good shape and with good sensitivity. As a result, it becomes possible to manufacture devices as designed, and to produce ultra-fine semiconductor integrated circuit devices with sub-half micron rules. Is significant in the production of

【0035】(参考) 樹脂(1)を下記の組成に変更する以外は、参考例1と
同様の実験を行った。
Reference Example 2 The same experiment as in Reference Example 1 was performed except that the resin (1) was changed to the following composition.

【0036】[0036]

【化14】 Embedded image

【0037】この樹脂は、親水性を有する基(水酸基)
が、参考例1のものより少ない比率で導入されたもので
ある。実験を行った結果、本樹脂を用いても良好な密着
性が得られ参考例1と同様の結果が得られた。
This resin has a hydrophilic group (hydroxyl group).
Was introduced at a lower ratio than that of Reference Example 1. As a result of an experiment, good adhesion was obtained even when the present resin was used, and the same results as in Reference Example 1 were obtained.

【0038】(参考) 樹脂(1)を下記の組成に変更する以外は、参考例1と
同様の実験を行った。
( Reference Example 3 ) The same experiment as in Reference Example 1 was carried out, except that the resin (1) was changed to the following composition.

【0039】[0039]

【化15】 Embedded image

【0040】この樹脂は、親水性を有する成分として、
スルフォン酸を導入したものである。実験の結果、参考
例1と同様の良好な結果が得られた。
This resin is a component having hydrophilicity,
Sulfonic acid is introduced. As a result of the experiment, the same good results as in Reference Example 1 were obtained.

【0041】(参考) 樹脂を下記の組成に変更する以外は、参考例1と同様の
実験を行った。
Reference Example 4 The same experiment as in Reference Example 1 was performed except that the resin was changed to the following composition.

【0042】[0042]

【化16】 Embedded image

【0043】この樹脂は、分子内にポリパラビニルフェ
ノールと、C≡Nを導入する事により耐熱性を向上さ
せ、かつ、水酸基を導入する事により、密着性向上を同
時に得る事を目的としたものである。その結果、高い耐
熱性を有する0.3μmパターンが、良好な密着性で形
成する事ができた。
The purpose of this resin is to improve the heat resistance by introducing polyparavinylphenol and C≡N in the molecule, and to simultaneously improve the adhesion by introducing a hydroxyl group. Things. As a result, a 0.3 μm pattern having high heat resistance could be formed with good adhesion.

【0044】(参考) 現像液を2.38%TMAH(テトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイト)と10%イソプロパノール水溶
液に変更する以外は、参考と同様の実験を行った。
現像液にイソプロパノール等のアルコールを混入する事
により、現像液中に極性が生じ、パターン形成材料膜と
のぬれ性が向上することが判明した。現像液とパターン
形成材料膜のぬれ性を向上させる事は露光部のパターン
形成材料の溶解速度を増加させる為、より一層の高感度
化が可能となる。その結果、参考と同様の結果が、
3.5mJ/cm2という非常に高い感度で得られた。
なお、本参考例において、酸雰囲気でアルカリ可溶性
を示す基として安定性の高いターシャルブトキシ基を用
いて説明したが、本発明では、他にターシャルブトキシ
カルボネート基、イソプロポキシカルボネート基、イソ
プロポキシ基、デトラヒドロピラニル基、テトラヒドロ
フラニル基、トリメチルシリル基等が挙げられ、またこ
れらに限定されるものではない。
Reference Example 5 The same experiment as in Reference Example 4 was performed except that the developing solution was changed to 2.38% TMAH (tetramethylammonium hydroxide) and a 10% aqueous solution of isopropanol.
It has been found that by mixing an alcohol such as isopropanol into the developer, a polarity is generated in the developer and the wettability with the pattern forming material film is improved. Improving the wettability between the developing solution and the pattern forming material film increases the dissolution rate of the pattern forming material in the exposed area, so that higher sensitivity can be achieved. As a result, a result similar to that of Reference Example 4 was obtained.
It was obtained with a very high sensitivity of 3.5 mJ / cm 2 .
In the present embodiment it has been described with reference to highly stable tertiary butoxy group as the group indicating the alkali-soluble by an acid atmosphere, in the present invention, other tertiary butoxy carbonate group, isopropoxycarbonyl carbonate group , An isopropoxy group, a detrahydropyranyl group, a tetrahydrofuranyl group, a trimethylsilyl group, and the like, but are not limited thereto.

【0045】また本発明において、酸発生剤についても
同様であるものの、下記一般式で示されるスルホニル
合物が、溶液安定性、酸発生効率等が良好で、これをパ
ターン形成材料として用いた場合、良好な結果が期待さ
れるが、露光により酸を発生するものであれば何でもよ
く、これに限定されるものではない。
[0045] In the present invention, although the same is true for the acid generator, sulfonylation <br/> compound represented by the following general formula, solution stability, the acid generation efficiency or the like is good, this patterning When used as a material, good results are expected, but any material that generates an acid upon exposure may be used, and is not limited thereto.

【0046】一般式General formula

【0047】[0047]

【化17】 Embedded image

【0048】(式中、 1 及び 2 は夫々、独立して直鎖
状、分岐状又は環状のアルキル基、ハロアルキル基又は
( Wherein R 1 and R 2 are each independently a linear, branched or cyclic alkyl group, haloalkyl group or

【0049】[0049]

【化18】 Embedded image

【0050】(但し、qは0又は自然数を表わし、R3
及びR4は夫々、独立して水素原子、ハロゲン原子、直
鎖状、分岐状又は環状アルキル基、ハロアルキル基、ア
ルコキシ基、ニトロ基又はシアノ基を表わす。)を表わ
す)。
(Where q represents 0 or a natural number; R 3
And R 4 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group, a haloalkyl group, an alkoxy group, a nitro group or a cyano group. )).

【0051】一般式General formula

【0052】[0052]

【化19】 Embedded image

【0053】(式中、Yはカルボニル基、スルホニル
基、スルフィニル基を表わし、 5 は低級アルキル基、
トリフルオロメチル基、フェニル基又はアルキル置換フ
ェニル基を表わし、 6 及び 7 は夫々、独立して低級ア
ルキル基、ハロゲン原子又は水素原子を表わし、 8
水素原子、ハロゲン原子、低級アルキル基、アルコキシ
基又はアルキルチオ基を表わす)。
( Wherein , Y represents a carbonyl group, a sulfonyl group, or a sulfinyl group; R 5 is a lower alkyl group;
A trifluoromethyl group, a phenyl group or an alkyl-substituted phenyl group; R 6 and R 7 each independently represent a lower alkyl group, a halogen atom or a hydrogen atom; R 8 represents a hydrogen atom, a halogen atom, a lower alkyl group; , An alkoxy group or an alkylthio group).

【0054】溶媒に関しても上記具体例では遠紫外線領
域で吸収の少ないジエチレングリコールジメチルエーテ
ルを用いたが、樹脂及び酸発生剤が溶解可能なものであ
れば何でもよく、例えば、エチルセロソルブアセテー
ト、メチルセロソルアセテート、エチルラクテート、メ
チルラクテート、ジエチレングリコールモノメチルエー
テル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等が挙
げられるがこの限りではない。また露光光源についても
同様の事が言うことができ、露光により酸発生するもの
であれば何でもよく、例えばg線(436nm)やi線
(365nm)、電子線、X線等が挙げられるが、もち
ろんこの限りではない。
As for the solvent, diethylene glycol dimethyl ether having a small absorption in the far ultraviolet region is used in the above specific example, but any solvent can be used as long as it can dissolve the resin and the acid generator, for example, ethyl cellosolve acetate, methyl cellosol acetate. , Ethyl lactate, methyl lactate, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether and the like, but are not limited thereto. The same can be said for the exposure light source, and anything may be used as long as it generates an acid upon exposure, such as a g-line (436 nm), an i-line (365 nm), an electron beam, and an X-ray. Of course, this is not the case.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明は紫外線特にKrFエキシマレー
ザに対し高感度、高コントラストおよび超微細なリソグ
ラフィプロセスにおいて密着性の高い新規なパターン形
成材料を用いたパターン形成方法を提供するものであ
り、本発明によれば0.3μmルール等の超微細デバイ
ス等への適用が可能となり、結果として半導体素子等の
微細化、歩留りの向上につながり、大なる工業的価値を
発揮するものである。
According to the present invention, there is provided a pattern forming method using a novel pattern forming material having high sensitivity to ultraviolet light, particularly to a KrF excimer laser, high contrast, and ultra-fine lithography process. According to the present invention, it is possible to apply the present invention to ultra-fine devices such as the 0.3 μm rule and the like, which leads to miniaturization of semiconductor elements and the like and improvement in yield, thereby exhibiting great industrial value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のパターン形成方法の工程断面図FIG. 1 is a process sectional view of a pattern forming method of the present invention.

【図2】本発明のパターン形成材料の紫外線分光曲線図
(ただし、実線は露光前、破線は露光後)
[Figure 2] pattern forming ultraviolet spectral curves of the material of the present invention (where the solid line is the pre-exposure, the broken line after exposure)

【図3】本発明のパターン形成材料の照射特性図Emission characteristic view of pattern forming material of the present invention; FIG

【図4】従来のパターン形成方法の工程断面図FIG. 4 is a process sectional view of a conventional pattern forming method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 本発明のパターン形成材料膜 2a,2c レジストパターン 3 ホットプレート 4 KrFエキシマレーザ 5 マスク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Pattern forming material film of this invention 2a, 2c Resist pattern 3 Hot plate 4 KrF excimer laser 5 Mask

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】疎水化処理の施された基板上に、酸雰囲気
下でアルカリ可溶性となる官能基と親水基を有する共重
合体、スルホニル化合物を含有し露光により酸を発生す
る感光性化合物、前記共重合体及び前記感光性化合物を
溶解可能な溶媒とを含むパターン形成材料膜を形成する
工程と、遠紫外線により前記パターン形成材料膜を選択
的に露光する工程と、前記パターン形成材料膜を現像液
により現像し前記パターン形成材料膜の露光された部分
を除去して0.5μm以下の幅を有するパターンを形成
する工程とを備え、前記スルホニル化合物が、 一般式 【化1】 (式中、R1及びR2は夫々、独立して直鎖状、分岐状叉
は環状のアルキル基、ハロアルキル基、あるいは、 【化2】 (但し、qは0叉は自然数を表わし、R3及びR4は夫
々、独立して水素原子、ハロゲン原子、直鎖状、分岐状
叉は環状のアルキル基、ハロアルキル基、アルコキシ
基、ニトロ基叉はシアノ基を表わす)、叉は、 一般式 【化3】 (式中、Yはカルボニル基、スルホニル基、スルフィニ
ル基を表わし、R5は低級アルキル基、トリフルオロメ
チル基、フェニル基叉はアルキル置換フェニル基を表わ
し、R6及びR7は夫々、独立して低級アルキル基、ハロ
ゲン原子叉は水素原子を表わし、R8は水素原子、ハロ
ゲン原子、低級アルキル基、アルコキシ基叉はアルキル
チオ基を表わす。)であることを特徴とするパターン形
成方法。
1. A photosensitive compound which contains a copolymer having a functional group and a hydrophilic group which becomes alkali-soluble in an acid atmosphere and a sulfonyl compound on a substrate which has been subjected to a hydrophobic treatment, and which generates an acid upon exposure to light. Forming a pattern forming material film containing the copolymer and a solvent capable of dissolving the photosensitive compound, selectively exposing the pattern forming material film with far ultraviolet light, and forming the pattern forming material film. Developing with a developer to remove an exposed portion of the pattern forming material film to form a pattern having a width of 0.5 μm or less, wherein the sulfonyl compound has a general formula: (Wherein, R 1 and R 2 are each independently a linear, branched or cyclic alkyl group, haloalkyl group, or (However, q represents 0 or a natural number, and R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group, a haloalkyl group, an alkoxy group, a nitro group. Or a cyano group) or a general formula (Wherein, Y represents a carbonyl group, a sulfonyl group, a sulfinyl group, R 5 represents a lower alkyl group, a trifluoromethyl group, a phenyl group or an alkyl-substituted phenyl group, and R 6 and R 7 each independently represent Represents a lower alkyl group, a halogen atom or a hydrogen atom, and R 8 represents a hydrogen atom, a halogen atom, a lower alkyl group, an alkoxy group or an alkylthio group. ) .
【請求項2】親水基が水酸基、カルボキシル基、スルフ
ォン酸基、叉は 【化4】 (但し、 9 は水酸基、カルボキシル基、スルフォン酸
基である置換基を表わし、 10 11 は夫々、独立で水
素原子、ハロゲン原子、低級アルキル基である置換基を
表わす)のいずれかを含むことを特徴とする請求項1に
記載のパターン形成方法。
Wherein the hydrophilic group is a hydroxyl group, a carboxyl group, scan Ruff <br/> O phospho groups, or is embedded image (Wherein, R 9 represents a hydroxyl group, a carboxyl group, a substituent is a scan Rufon group, R 10, R 11 are each, independently a hydrogen atom, a halogen atom, a substituted group is a lower alkyl group) either The pattern forming method according to claim 1, further comprising:
【請求項3】官能基がtert−ブチル、メトキシメチ
ル、イソプロポキシメチル、テトラヒドロピラニル、テ
トラヒドロフラニル、トリメチルシリル、tert−ブ
トキシカルボニル、またはイソプロポキシカルボニルの
いずれかを含むことを特徴とする請求項1に記載のパタ
ーン形成方法。
3. The method according to claim 1, wherein the functional group is tert-butyl or methoxymethyl.
Le, i Seo propoxymethyl, tetrahydropyranyl, tetrahydrofuranyl, trimethylsilyl, tert- butoxycarbonyl or pattern forming method according to claim 1, characterized in that it comprises any of isopropoxycarbonyl.
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