JP3672155B2 - Photosensitive composition and pattern forming method using the same - Google Patents
Photosensitive composition and pattern forming method using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP3672155B2 JP3672155B2 JP03569298A JP3569298A JP3672155B2 JP 3672155 B2 JP3672155 B2 JP 3672155B2 JP 03569298 A JP03569298 A JP 03569298A JP 3569298 A JP3569298 A JP 3569298A JP 3672155 B2 JP3672155 B2 JP 3672155B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photosensitive composition
- energy
- acid
- polymer
- resin
- 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 - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Materials For Photolithography (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は感光性組成物およびこれを用いたパターン形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路をはじめとする各種の電子部品には超微細加工が必要とされ、その加工技術にはレジストが広く用いられている。電子部品の多機能化、高密度化に伴い、形成されるレジストパターンの更なる微細化が要求されている。
【0003】
こうした超微細パターンの加工に用いられるレジストの一例として、特開昭63―27829号公報に示されるような、アルカリ可溶性樹脂、溶解抑止剤、酸発生剤からなり、光やX線、あるいは高エネルギー電子線の照射によって酸を発生し、露光後の加熱処理によって溶解抑止剤を分解する、いわゆる化学増幅型レジストが開発されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の化学増幅型レジストでは以下に述べるような問題があった。
まず、露光量が不足する、すなわち感度が十分ではない場合があった。特にパターン中の露光部分が大面積の場合には、露光量が多大となるため露光時間がかかりスループットが低下してしまう。また、超微細な溝や超微小なコンタクトホールを加工する場合には、一般にレジストの抜けが悪く、露光部分が大面積の場合よりもさらに高い露光量が必要となることが多かった。
【0005】
これらの問題を解決するためにはレジストの感度を向上させることが必要であり、そのためには、化学増幅型レジストでは酸発生剤の添加量を増やす必要がある。しかし酸発生剤は一般に露光波長に吸収を持っているため、添加量を増やすことでレジストの透明性が低下しパターンの劣化を招いてしまう。また、酸発生剤の中には現像液に対する溶解性の低いものがあり、このような酸発生剤を用いた場合には酸発生剤が露光後の現像時に滓として残留してしまう。さらに、酸発生剤が低分子化合物の場合にはガラス転位温度の低下が起こり、レジストの耐熱性が低下する。これらに加えて、酸発生剤は一般に高価であり、添加量を増やすことでレジストの価格が上昇してしまう。
【0006】
本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、感度を向上させることができる感光性組成物およびこれを用いたパターン形成方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために本発明は、アルカリ可溶性樹脂と、酸によって分解または架橋する置換基を有する化合物と、分子量3000以上であって、高分子主鎖と前記高分子主鎖の側鎖に形成された、複数の発色基及び光反応中心とを有し、電離放射線の照射によって前記発色基が吸収したエネルギーを前記発色基同士のエネルギー伝達によって前記光反応中心に伝え、この伝えられたエネルギーにより前記光反応中心が酸を発生する反応を生じる酸発生剤と、を含む感光性組成物を提供する。
【0008】
また本発明は、基板上に前記感光性組成物を塗布する工程と、前記感光性組成物を選択的に露光する工程と、前記感光性組成物を所定温度で加熱する工程と、前記感光性組成物をアルカリ現像する工程とを備えたパターン形成方法を提供する。
【0009】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の基本となる概念を図1の概念図を用いて説明する。
図1中、11は電離放射線の照射によって酸を発生しかつエネルギー伝達を生じる分子量3000以上の化合物(以下、酸発生剤と呼ぶ)の高分子主鎖であり、12は高分子主鎖11の側鎖に形成された発色基、また15は発色基12と同様に高分子主鎖11の側鎖に形成された光反応中心である。
【0010】
発色団の光化学初期過程には、光、電子線、X線などの電離放射線のエネルギー13を吸収して形成した発色団の励起状態がいくつかのプロセスによってエネルギーを放出し元の基底常態に戻る光物理過程の他に、励起状態が直接、二量化、異性化、水素引き抜きなどの化学反応を行う光化学過程が存在する。この光化学過程では、励起した発色団が周囲の分子や基と反応する場合が多いため、周囲との相互作用の影響を強く受ける。こうした化学反応の速度、収率は反応に関与する分子や基の濃度に強く依存する。
【0011】
高分子系においても、エネルギー13を吸収した場合に、基本的には低分子化合物の光化学初期過程と同様な反応が起こるが、高分子系の場合には発色団としての発色基12の局所濃度が高いため、発色基12同士の相互作用が起こりやすい。
【0012】
励起状態の発色基12から他の発色基12にエネルギー13が移る現象をエネルギー移動と呼び、特に同種の発色基12間でエネルギー移動がおきる場合にはエネルギーマイグレーション(Energy Migration、エネルギー伝達)14と呼ぶ。
【0013】
こうしたエネルギー移動が生じるためにはエネルギーの供与体と受容体との間に弱い相互作用が必要である。エネルギー供与体の励起1重項状態と受容体の基底状態との間のエネルギー移動は、双極子―双極子相互作用による機構(Forster機構)と考えられている。Forster機構の有効距離は5〜10nmに及ぶ。一方、エネルギー供与体の励起3重項状態と受容体の基底状態との間のエネルギー移動は、電子交換相互作用を必要とする機構(Dexter機構)が重要となる。このときの有効距離は1〜1.5nmである。
【0014】
発光と吸収スペクトルの重なりの大きい1重項エネルギー移動や、エネルギー供与体の3重項エネルギー準位が受容体よりも大きい場合の3重項エネルギー移動は拡散律速で進行する。高分子系においては、発色基12の局所濃度が高く、しかも同種の発色基12が励起発色基12の近傍に存在するので、同種発色基12間のエネルギー移動、すなわちエネルギー伝達14が起こりやすい。
【0015】
このとき高分子系では以下のような現象が生じる。
ある発色基12が吸収した電離放射線のエネルギー13が、エネルギー伝達14によって隣接する発色基12に伝達される。これによって励起した発色基12から更に隣接する発色基12へのエネルギー伝達が起こり、この発色基12も更に他の発色基12にエネルギー伝達14を行なう。これによって高分子鎖の鎖長方向にエネルギーが伝達される。
【0016】
ところが高分子系において発色基12の局所濃度が高いことは励起状態の発色基12が近傍の発色基12と励起錯体16を形成しやすくなることにもなる。このような励起錯体16の形成はエネルギー伝達14に対してトラップサイトとして働くため、励起錯体16の形成部分でエネルギー伝達14が途切れることになる。このトラップサイトは例えば励起二量体発光などの発光17によってそのエネルギーを放出し失活するなどの反応を起こす。
【0017】
よってエネルギー伝達14の効率を上げるためには、立体障害などの原因によって励起錯体16を形成しにくい形状の発色基12を用いることが有効である。このような構造としては例えばJ.Polym.Sci.Polym.Lett.Ed.19,11(1981)に示されたようなtrans―1,2―ジ―カルバゾリルシクロブタンやMacromol.17,235(1984)に示されたようなアントラセンの10位にベンゼン環が結合したような構造、1985年高分子学会(予稿集909頁)で伊藤伸三郎らが示したポリ(2―(9―カルバゾリル)エチルメタクリレート)などが挙げられる。
【0018】
エネルギー伝達14を生じる高分子鎖の一部に光反応中心15が存在する場合は、高分子中の発色基12が吸収した13エネルギーはエネルギー伝達14によって光反応中心15に集合し光反応中心15が反応する。これにより電離放射線のエネルギー13が高分子鎖のいずれの部分に吸収されても、これらのエネルギーを光反応に用いることが可能になるため、光反応の量子収率が増大する効果が得られる。
【0019】
また、光反応中心15が直接励起されなくても高分子鎖中の発色基12が励起されることでエネルギー伝達14が起こり光反応中心にエネルギーが移動して、光反応中心が励起され反応するので、直接光反応中心を励起することのできない波長の光や電子線やX線などの電離放射線であっても光反応中心15を励起し反応させることが可能になる。すなわち微細パターン描画に用いることのできる光源の選択の幅が広がることになる。これは換言すれば、光反応中心15に用いることのできる構造の選択の幅が広がることでもあるともいえる。これを微細加工用レジスト材料としての感光性組成物に応用するには例えば光反応中心15として励起状態から酸を発生させる基を導入すれば良い。
【0020】
このようなエネルギー伝達を用いる本発明の感光性組成物について以下に説明する。
本発明の感光性組成物は化学増幅型のレジストとして用いられるものであり、具体的にはアルカリ可溶性樹脂と酸によって分解する置換基を有する化合物(以下、溶解抑止剤と呼ぶ)、酸発生剤とを含むもの、もしくはアルカリ可溶性樹脂と酸によって架橋する置換基を有する化合物(以下、架橋剤と呼ぶ)、酸発生剤とを含むものである。
【0021】
これらのうち、まずアルカリ可溶性樹脂について説明する。アルカリ可溶性樹脂としては、アルカリ可溶性樹脂の水酸基の一部を溶解抑止基によって保護した重合体を用いる。用いることのできる樹脂は特に制限されないが、一般的にはフェノール骨格を有する重合体が使用されうる。
【0022】
具体的には、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、キシレノールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂のようなノボラック系の樹脂;ビニルフェノール樹脂(ヒドロキシスチレン樹脂);イソプロペニルフェノール樹脂;ヒドロキシスチレンとアクリル酸、メタクリル酸誘導体、アクリロニトリル、またはスチレン誘導体等との共重合体;イソプロペニルフェノールとアクリル酸、メタクリル酸誘導体、アクリロニトリル、またはスチレン誘導体等との共重合体等が挙げられる。
【0023】
より具体的には、ポリ(ヒドロキシスチレン)、イソプロペニルフェノールとアクリロニトリルとの共重合体、イソプロペニルフェノールとスチレンとの共重合体、ヒドロキシスチレンとメチルメタクリレートとの共重合体、ヒドロキシスチレンとスチレンとの共重合体等を用いることができる。また、フェノールを側鎖に有するポリシロキサン、フェノールを側鎖に有するポリシラン、珪素を側鎖に有するフェノールから合成されたノボラック等の含珪素アルカリ可溶性樹脂を用いることもできる。
【0024】
これらの樹脂に導入する溶解抑止基としては、例えばt−ブトキシカルボニル基、酢酸t−ブトキシカルボニル基、テトラヒドロピラニル基、オキソヘキシル基、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基等のうちの1つまたは2つ以上が挙げられる。
【0025】
次に酸発生剤について説明する。本発明で用いる酸発生剤は、電離放射線の露光により酸を発生する化合物を高分子とするのみならず、高分子部分で吸収したエネルギーをエネルギー伝達によって光反応中心に集めることが特徴である。すなわち、高分子鎖の末端か途中、あるいはその両方に酸発生部分を有し、そのエネルギー伝達の効率が高いことを特徴とする。
【0026】
酸発生剤の分子量は少なくとも3000以上、より好ましくは5000以上である。3000より少ない場合にはエネルギー伝達に関わる発色基が少なく、エネルギー伝達の効率が低くなってしまう。
【0027】
エネルギー伝達を効率的に生じる高分子の構造としては種々のものが考えられるが、例えばメチレン鎖に1つおきに発色基がついているものが挙げられる。
またエネルギー伝達を生じる発色基としても種々のものが考えられるが、例えばベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、カルバゾール、ベンゾフェノン等の芳香環を含む基を用いることが可能である。
【0028】
このとき、励起錯体を形成することによりエネルギー伝達が阻害されるのを抑制することを考えると、立体障害のある構造を有することによって励起錯体を形成しにくい発色団が有効である。立体障害のある構造としては、例えば芳香環を2つ以上つないだ構造や、嵩高い基を導入した構造、主鎖と側鎖との間にメチレン等のスぺーサーを入れた構造等が挙げられる。
【0029】
酸を発生する光反応中心としては種々の反応性原子団が挙げられ、例えばナフトキノンジアジド構造やスルフォニル構造を用いることができる。
続いて溶解抑止剤について説明する。本発明の感光性組成物をポジ型のレジストとして用いる場合には溶解抑止剤を用いる。溶解抑止剤としては、未露光の状態でアルカリ可溶性樹脂に対する溶解抑止能を有し、一方、酸の存在下で分解する置換基を有し、かつ分解後の生成物がアルカリ溶液の作用によって―COO―または―SO3 ―を生じる化合物を用いることができる。このような溶解抑止剤の例として、下記式(1)で表わされる化合物が挙げられる。
【0030】
【化1】
(ここでR1、R2は同一であっても異なってもよく、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、シリル基、または1価の有機基を示す。また、R1、R2は互いに結合して環状となってもいてもよい。Xは>C=O、または−SO2 −を、Yは2価の有機基を示す。R1、R2、Yのうち少なくとも1つは酸により分解する置換基を有する。)
R1、R2に用いることのできる1価の有機基としては、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、t―ブチル等の置換または非置換のアルキル基;フェニル、トリル、ナフチル、アントリル、ピリジル等の置換または非置換の芳香族基;シクロヘキシル、ピペリジル、ピラニル等の置換または非置換の脂肪族環もしくはヘテロ環基を挙げることができる。
【0031】
Yに用いることのできる2価の有機基としては、例えばエチレン、プロピレン、ブチレン等の置換または非置換の脂肪族基;ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピリジン、ピペラジン等の置換または非置換の芳香族環から誘導される基;シクロヘキサン、ピラジン、ピラン、モルホラン等の置換または非置換の脂肪族基もしくはヘテロ環基等を挙げることができる。
【0032】
酸によって分解する基としては、例えばt―ブチルエステル、イソプロピルエステル、エチルエステル、メチルエステル、ベンジルエステル等のエステル類;テトラヒドロピラニルエーテル等のエーテル類;t―ブトキシカルボニル、エトキシカルボニル、メトキシカルボニル等のアルコキシカルボニル類;トリメチルシリルエーテル、トリエチルシリルエーテル、トリフェニルシリルエーテル等のシリルエーテル類が挙げられる。
【0033】
溶解抑止剤の配合量はアルカリ可溶性樹脂に対し3重量部以上40重量部以下が好ましく、特に好ましくは10重量部以上30重量部以下である。ただし溶解抑止剤の量中にはアルカリ可溶性樹脂中の溶解抑止基を導入した部分を含む。
【0034】
一方、本発明の感光性組成物をネガ型のレジストとして用いる場合には、溶解抑止剤に代えて架橋剤を用いる。架橋剤としては例えばアミノプラスト樹脂等を用いることができる。具体的には、メラミン−ホロムアルデヒド樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、グリコール−ホルムアルデヒド樹脂等が挙げられる。
【0035】
架橋剤の配合量はアルカリ可溶性樹脂100重量部に対し3重量部以上20重量部以下が好ましい。
次に、本発明の感光性組成物を用いたパターン形成方法について、ポジ型の化学増幅型レジストの場合を例に挙げ図2を用いて説明する。
【0036】
まず図2(a)に示すように、有機溶媒に溶解されたレジストのワニスを回転塗布法やディッピング法などで基板21上に塗布した後、150℃以下好ましくは70〜120℃で乾燥してレジスト膜22を成膜する。成膜後にプリベーク処理を行なってもよい。なおここでの基板としては、シリコンウェハ、表面に各種の絶縁膜や電極、配線などが形成されたシリコンウェハ、SOIウェハ、ブランクマスク、GaAs、AlGaAs、GaNなどのIII―V族化合物半導体ウェハ、ZnSeなどのII―VI族化合物半導体ウェハ、クロムまたは酸化クロム蒸着マスク、アルミ蒸着基板、IBPSGコート基板、PSGコート基板、SOGコート基板、カーボン膜スパッタ基板などを用いることができる。
【0037】
次いで、マスクパターン23を介してレジスト膜22の所定の領域、すなわち露光部24に電離放射線25を照射してレジスト膜22を露光する。レジスト膜表面に電離放射線25を直接走査させてレジスト膜22を露光してもよい。ここで電離放射線としては、紫外線、X線、低圧水銀ランプ光のi線、h線、g線、キセノンランプ光、KrFやArFのエキシマレーザー光などのdeepUV光やシンクロトロンオービタルラジエーション(SOR)、電子線(EB)、γ線、イオンビームなどを使用することができる。
【0038】
このとき露光によるエネルギーを高分子鎖全体に存在する色素部分が吸収し、更にその色素部分間においてエネルギー伝達が起こり酸発生部分にエネルギーが集中することによって効率的に酸が発生する。
【0039】
続いて熱板上やオーブン中での加熱あるいは赤外線照射などにより、レジスト膜22に170℃以下のベーキング処理を施す。これによりレジスト膜22の露光部24に発生した酸が溶解抑止剤を触媒的に分解し、露光部24が選択的にアルカリ可溶化して図2(b)に示すように潜像26が形成される。
【0040】
この後、浸漬法、スプレー法などでレジスト膜を現像し、露光部のレジスト膜をアルカリ溶液に溶解することにより除去して、図2(c)に示すような所望のパターン27を形成する。アルカリ溶液の具体例としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液、コリン水溶液などの有機アルカリ水溶液や、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどの無機アルカリ水溶液、これらにアルコールや界面活性剤などを添加した溶液などが挙げられる。なおここでのアルカリ溶液の濃度は、露光部と未露光部とで溶解速度の差を十分なものとする観点から、15重量%以下であることが好ましい。
【0041】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
(実施例1)
溶解抑止能を持つ基を側鎖の一部に導入したポリビニルフェノール樹脂に、高分子鎖の一端にナフトキノンジアジド構造を持ち、高分子鎖の側鎖にカルバゾール二量体を導入した分子量8000のアクリレート樹脂をナフトキノン換算で5重量部添加した化合物を、シリコンウェハ上にスピンナーを用いて塗布し90℃で2分間乾燥して、厚さ0.7μmのレジスト膜を形成した。
【0042】
続いてこのレジスト膜を加速電圧20kVで電子線照射して露光を行なった。
次いで露光後のレジスト膜を熱板上で100℃、2分間の露光後加熱し、この後2.38重量%濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液による現像処理を行なうことにより、レジストパターンを形成した。このときの感度は12.5μC/cm2 であった。
【0043】
(実施例2)
溶解抑止能を持つ基を側鎖の一部に導入したポリビニルフェノール樹脂に、高分子鎖の一端にナフトキノンジアジド構造を持ち、高分子鎖の側鎖にカルバゾール二量体を導入した分子量8000のアクリレート樹脂をナフトキノン換算で5重量部添加した化合物を、シリコンウェハ上にスピンナーを用いて塗布し90℃で2分間乾燥して、厚さ0.7μmのレジスト膜を形成した。
【0044】
続いてこのレジスト膜を波長248nmのKrFエキシマレーザー光で露光を行なった。
次いで露光後のレジスト膜を熱板上で100℃、2分の露光後加熱し、この後2.38重量%濃度のTMAH水溶液による現像処理を行なうことにより、レジストパターンを形成した。このときの感度は4μC/cm2 であった。
【0045】
(比較例1)
溶解抑止能を持つ基を側鎖の一部に導入したポリビニルフェノール樹脂に、低分子量の酸発生剤としてナフトキノンジアジド20重量部を添加した化合物を、シリコンウェハ上にスピンナーを用いて塗布し90℃で2分間乾燥して、厚さ0.7μmのレジスト膜を形成した。
【0046】
続いてこのレジスト膜を加速電圧20kVで電子線照射して露光を行なった。
次いで露光後のレジスト膜を熱板上で100℃、2分間の露光後加熱し、この後2.38重量%濃度のTMAH水溶液による現像処理を行なうことにより、レジストパターンを形成した。このときの感度は20μC/cm2 であった。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、感度を向上させることができる感光性組成物およびこれを用いたパターン形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の基本となる概念を説明するための図。
【図2】 本発明によるパターン形成方法を示す製造工程断面図。
【符号の説明】
11…高分子主鎖
12…発色基
13…エネルギー
14…エネルギー伝達
15…光反応中心
16…励起錯体
17…発光
21…基板
22…レジスト膜
23…マスクパターン
24…露光部
25…電離放射線
26…潜像
27…パターン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photosensitive composition and a pattern forming method using the same.
[0002]
[Prior art]
Various electronic components such as semiconductor integrated circuits require ultra-fine processing, and resists are widely used in the processing technology. With the increase in functionality and density of electronic components, further miniaturization of resist patterns to be formed is required.
[0003]
As an example of a resist used for processing such an ultrafine pattern, it is composed of an alkali-soluble resin, a dissolution inhibitor and an acid generator as disclosed in JP-A-63-27829, and is composed of light, X-rays or high energy. So-called chemically amplified resists have been developed that generate an acid upon irradiation with an electron beam and decompose the dissolution inhibitor by a heat treatment after exposure.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional chemically amplified resist as described above has the following problems.
First, the exposure amount may be insufficient, that is, the sensitivity may not be sufficient. In particular, when the exposed portion in the pattern has a large area, the exposure amount becomes large, so that the exposure time is increased and the throughput is lowered. Further, when processing ultrafine grooves and ultrafine contact holes, resist is generally not easily removed, and a higher exposure amount is often required than when the exposed portion has a large area.
[0005]
In order to solve these problems, it is necessary to improve the sensitivity of the resist. To that end, it is necessary to increase the amount of the acid generator added in the chemically amplified resist. However, since the acid generator generally has an absorption at the exposure wavelength, increasing the amount of addition causes the transparency of the resist to decrease and the pattern to deteriorate. Some acid generators have low solubility in a developer, and when such an acid generator is used, the acid generator remains as wrinkles during development after exposure. Further, when the acid generator is a low molecular weight compound, the glass transition temperature is lowered and the heat resistance of the resist is lowered. In addition to these, acid generators are generally expensive, and increasing the amount added increases the price of the resist.
[0006]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a photosensitive composition capable of improving sensitivity and a pattern forming method using the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides an alkali-soluble resin, a compound having a substituent that is decomposed or cross-linked by an acid, a molecular weight of 3000 or more, and a polymer main chain and side chains of the polymer main chain. The formed chromophores and photoreactive centers are formed, the energy absorbed by the chromophores by irradiation with ionizing radiation is transmitted to the photoreactive centers by energy transfer between the chromophores, and the transmitted energy The photoreactive center contains an acid generator that generates a reaction that generates an acid .
[0008]
The present invention includes the steps of applying said photosensitive composition onto a substrate, selectively exposing the photosensitive composition, a step of heating the photosensitive composition at a predetermined temperature, the photosensitive And a pattern forming method comprising a step of alkali-developing the composition.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the basic concept of the present invention will be described with reference to the conceptual diagram of FIG.
In FIG. 1, 11 is a polymer main chain of a compound having a molecular weight of 3000 or more (hereinafter referred to as an acid generator) that generates an acid and generates energy transfer by irradiation with ionizing radiation, and 12 is a polymer main chain 11. The chromophoric group formed on the side chain, and 15 is a photoreaction center formed on the side chain of the polymer main chain 11 as in the chromophoric group 12.
[0010]
In the initial photochemical process of the chromophore, the excited state of the chromophore formed by absorbing the
[0011]
Also in the polymer system, when
[0012]
The phenomenon in which
[0013]
In order for such energy transfer to occur, a weak interaction between the energy donor and acceptor is required. Energy transfer between the excited singlet state of the energy donor and the ground state of the acceptor is considered to be a mechanism due to dipole-dipole interaction (Forster mechanism). The effective distance of the Forster mechanism ranges from 5 to 10 nm. On the other hand, for energy transfer between the excited triplet state of the energy donor and the ground state of the acceptor, a mechanism that requires electron exchange interaction (Dexter mechanism) is important. The effective distance at this time is 1 to 1.5 nm.
[0014]
Singlet energy transfer in which the overlap between emission and absorption spectra is large, and triplet energy transfer in the case where the triplet energy level of the energy donor is larger than that of the acceptor proceeds on a diffusion-controlled basis. In the polymer system, since the local concentration of the chromophore 12 is high and the same chromophore 12 exists in the vicinity of the excited chromophore 12, the energy transfer between the same chromophores 12, that is, the
[0015]
At this time, the following phenomenon occurs in the polymer system.
The
[0016]
However, when the local concentration of the chromophore 12 is high in the polymer system, the chromophore 12 in the excited state can easily form an
[0017]
Therefore, in order to increase the efficiency of the
[0018]
When the
[0019]
Even if the
[0020]
The photosensitive composition of the present invention using such energy transfer will be described below.
The photosensitive composition of the present invention is used as a chemically amplified resist. Specifically, an alkali-soluble resin and a compound having a substituent that is decomposed by an acid (hereinafter referred to as a dissolution inhibitor), an acid generator Or an alkali-soluble resin, a compound having a substituent that is crosslinked by an acid (hereinafter referred to as a crosslinking agent), and an acid generator.
[0021]
Of these, the alkali-soluble resin will be described first. As the alkali-soluble resin, a polymer in which a part of the hydroxyl groups of the alkali-soluble resin is protected with a dissolution inhibiting group is used. The resin that can be used is not particularly limited, but in general, a polymer having a phenol skeleton can be used.
[0022]
Specifically, novolak resins such as phenol novolak resin, cresol novolak resin, xylenol novolak resin, naphthol novolak resin; vinylphenol resin (hydroxystyrene resin); isopropenylphenol resin; hydroxystyrene and acrylic acid, methacrylic acid Derivatives, acrylonitrile, copolymers with styrene derivatives, etc .; copolymers of isopropenylphenol with acrylic acid, methacrylic acid derivatives, acrylonitrile, styrene derivatives, etc.
[0023]
More specifically, poly (hydroxystyrene), a copolymer of isopropenylphenol and acrylonitrile, a copolymer of isopropenylphenol and styrene, a copolymer of hydroxystyrene and methylmethacrylate, hydroxystyrene and styrene, Copolymers or the like can be used. Moreover, silicon-containing alkali-soluble resins such as polysiloxane having phenol in the side chain, polysilane having phenol in the side chain, and novolak synthesized from phenol having silicon in the side chain can also be used.
[0024]
Examples of the dissolution inhibiting group introduced into these resins include one or two of t-butoxycarbonyl group, acetic acid t-butoxycarbonyl group, tetrahydropyranyl group, oxohexyl group, trimethylsilyl group, triethylsilyl group and the like. The above is mentioned.
[0025]
Next, the acid generator will be described. The acid generator used in the present invention is characterized in that not only a compound that generates an acid upon exposure to ionizing radiation is used as a polymer, but also energy absorbed by the polymer portion is collected in a photoreaction center by energy transfer. That is, it is characterized in that it has an acid generating portion at the end of the polymer chain, in the middle, or both, and its energy transfer efficiency is high.
[0026]
The molecular weight of the acid generator is at least 3000 or more, more preferably 5000 or more. When it is less than 3000, there are few coloring groups related to energy transmission, and the efficiency of energy transmission becomes low.
[0027]
Various polymer structures that efficiently generate energy transfer are conceivable. For example, a structure in which every other methylene chain has a coloring group is mentioned.
Various chromogenic groups that cause energy transfer are conceivable. For example, a group containing an aromatic ring such as a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, carbazole, or benzophenone can be used.
[0028]
At this time, in consideration of suppressing the inhibition of energy transfer by forming an exciplex, a chromophore that is difficult to form an exciplex by having a structure having steric hindrance is effective. Examples of the structure having steric hindrance include a structure in which two or more aromatic rings are connected, a structure in which a bulky group is introduced, and a structure in which a spacer such as methylene is inserted between the main chain and the side chain. It is done.
[0029]
Examples of the photoreactive center that generates an acid include various reactive atomic groups. For example, a naphthoquinonediazide structure or a sulfonyl structure can be used.
Next, the dissolution inhibitor will be described. When the photosensitive composition of the present invention is used as a positive resist, a dissolution inhibitor is used. As a dissolution inhibitor, it has the ability to inhibit dissolution in an alkali-soluble resin in an unexposed state, while it has a substituent that decomposes in the presence of an acid, and the decomposed product is caused by the action of an alkaline solution. Compounds that produce COO— or —SO 3 — can be used. An example of such a dissolution inhibitor is a compound represented by the following formula (1).
[0030]
[Chemical 1]
(Here, R1 and R2 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, a halogen atom, a cyano group, a nitro group, a silyl group, or a monovalent organic group. Also, R1 and R2 are bonded to each other. X may be> C═O, or —SO 2 —, Y may be a divalent organic group, and at least one of R1, R2, and Y may be substituted with an acid. Group.)
Examples of monovalent organic groups that can be used for R1 and R2 include substituted or unsubstituted alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, and t-butyl; phenyl, tolyl, naphthyl, anthryl, Examples thereof include substituted or unsubstituted aromatic groups such as pyridyl; substituted or unsubstituted aliphatic rings or heterocyclic groups such as cyclohexyl, piperidyl, and pyranyl.
[0031]
Examples of the divalent organic group that can be used for Y include substituted or unsubstituted aliphatic groups such as ethylene, propylene, and butylene; substituted or unsubstituted aromatic groups such as benzene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, pyridine, and piperazine. A group derived from an aromatic ring; a substituted or unsubstituted aliphatic group or heterocyclic group such as cyclohexane, pyrazine, pyran, morpholane and the like.
[0032]
Examples of the group capable of decomposing by an acid include esters such as t-butyl ester, isopropyl ester, ethyl ester, methyl ester and benzyl ester; ethers such as tetrahydropyranyl ether; t-butoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, methoxycarbonyl and the like. Alkoxycarbonyls; silyl ethers such as trimethylsilyl ether, triethylsilyl ether, triphenylsilyl ether and the like.
[0033]
The blending amount of the dissolution inhibitor is preferably from 3 to 40 parts by weight, particularly preferably from 10 to 30 parts by weight, based on the alkali-soluble resin. However, the amount of the dissolution inhibitor includes a portion into which a dissolution inhibitor group has been introduced in the alkali-soluble resin.
[0034]
On the other hand, when the photosensitive composition of the present invention is used as a negative resist, a crosslinking agent is used in place of the dissolution inhibitor. As the crosslinking agent, for example, an aminoplast resin can be used. Specific examples include melamine-holomaldehyde resin, urea-formaldehyde resin, glycol-formaldehyde resin and the like.
[0035]
The blending amount of the crosslinking agent is preferably 3 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the alkali-soluble resin.
Next, a pattern forming method using the photosensitive composition of the present invention will be described with reference to FIG. 2 using a positive chemically amplified resist as an example.
[0036]
First, as shown in FIG. 2A, a resist varnish dissolved in an organic solvent is applied on the
[0037]
Next, the resist
[0038]
At this time, the dye portion existing in the entire polymer chain absorbs the energy from the exposure, and further, energy is transferred between the dye portions, and the energy is concentrated in the acid generating portion, whereby the acid is efficiently generated.
[0039]
Subsequently, the resist
[0040]
Thereafter, the resist film is developed by an immersion method, a spray method, and the like, and the resist film in the exposed portion is removed by dissolving in an alkaline solution, thereby forming a desired
[0041]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
(Example 1)
An acrylate having a molecular weight of 8000 having a naphthoquinonediazide structure at one end of the polymer chain and a carbazole dimer introduced into the side chain of the polymer chain into a polyvinylphenol resin having a group having a dissolution inhibiting ability introduced into a part of the side chain. A compound added with 5 parts by weight of resin in terms of naphthoquinone was applied onto a silicon wafer using a spinner and dried at 90 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.7 μm.
[0042]
Subsequently, this resist film was exposed by irradiating it with an electron beam at an acceleration voltage of 20 kV.
Next, the exposed resist film is heated on a hot plate after exposure at 100 ° C. for 2 minutes, and then developed with a 2.38 wt% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) to form a resist pattern. Formed. The sensitivity at this time was 12.5 μC / cm 2 .
[0043]
(Example 2)
An acrylate having a molecular weight of 8000 having a naphthoquinonediazide structure at one end of the polymer chain and a carbazole dimer introduced into the side chain of the polymer chain into a polyvinylphenol resin having a group having a dissolution inhibiting ability introduced into a part of the side chain. A compound added with 5 parts by weight of resin in terms of naphthoquinone was applied onto a silicon wafer using a spinner and dried at 90 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.7 μm.
[0044]
Subsequently, this resist film was exposed with KrF excimer laser light having a wavelength of 248 nm.
Next, the exposed resist film was heated after exposure at 100 ° C. for 2 minutes on a hot plate, and then developed with a 2.38 wt% TMAH aqueous solution to form a resist pattern. The sensitivity at this time was 4 μC / cm 2 .
[0045]
(Comparative Example 1)
A compound obtained by adding 20 parts by weight of naphthoquinonediazide as a low molecular weight acid generator to a polyvinylphenol resin in which a group having a dissolution inhibiting ability is introduced into a part of the side chain is applied onto a silicon wafer using a spinner and applied at 90 ° C. And dried for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.7 μm.
[0046]
Subsequently, this resist film was exposed by irradiating it with an electron beam at an acceleration voltage of 20 kV.
Next, the exposed resist film was heated after exposure at 100 ° C. for 2 minutes on a hot plate, and then developed with a 2.38 wt% TMAH aqueous solution to form a resist pattern. The sensitivity at this time was 20 μC / cm 2 .
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a photosensitive composition capable of improving sensitivity and a pattern forming method using the same can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a basic concept of the present invention.
FIG. 2 is a manufacturing process cross-sectional view illustrating a pattern forming method according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Polymer main chain 12 ...
Claims (6)
酸によって分解または架橋する置換基を有する化合物と、
分子量3000以上であって、高分子主鎖と前記高分子主鎖の側鎖に形成された、複数の発色基及び光反応中心とを有し、電離放射線の照射によって前記発色基が吸収したエネルギーを前記発色基同士のエネルギー伝達によって前記光反応中心に伝え、この伝えられたエネルギーにより前記光反応中心が酸を発生する反応を生じる酸発生剤と、
を含む感光性組成物。An alkali-soluble resin;
A compound having a substituent that is decomposed or cross-linked by an acid;
Energy having a molecular weight of 3000 or more, having a plurality of chromophores and photoreactive centers formed on a polymer main chain and side chains of the polymer main chain, and absorbed by the chromophore upon irradiation with ionizing radiation To the photoreactive center by energy transfer between the chromophores, and an acid generator that causes the photoreactive center to generate an acid by the transmitted energy,
A photosensitive composition comprising:
前記感光性組成物を選択的に露光する工程と、Selectively exposing the photosensitive composition;
前記感光性組成物を所定温度で加熱する工程と、Heating the photosensitive composition at a predetermined temperature;
前記感光性組成物をアルカリ現像する工程とA step of alkali developing the photosensitive composition;
を備えたパターン形成方法。A pattern forming method comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03569298A JP3672155B2 (en) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | Photosensitive composition and pattern forming method using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03569298A JP3672155B2 (en) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | Photosensitive composition and pattern forming method using the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11231540A JPH11231540A (en) | 1999-08-27 |
| JP3672155B2 true JP3672155B2 (en) | 2005-07-13 |
Family
ID=12448962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03569298A Expired - Fee Related JP3672155B2 (en) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | Photosensitive composition and pattern forming method using the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3672155B2 (en) |
-
1998
- 1998-02-18 JP JP03569298A patent/JP3672155B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11231540A (en) | 1999-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3408415B2 (en) | Antireflection coating composition comprising photoacid generator | |
| EP0464614B1 (en) | A composition having sensitivity to light or radiation | |
| JP3955384B2 (en) | Chemically amplified resist composition | |
| US5272042A (en) | Positive photoresist system for near-UV to visible imaging | |
| JP2675138B2 (en) | Positive and negative treated radiation sensitive mixture and method of making relief pattern | |
| TW573213B (en) | Photoresist composition for deep UV radiation | |
| US11061332B2 (en) | Methods for sensitizing photoresist using flood exposures | |
| JP3414197B2 (en) | Photoresist composition | |
| JP3486341B2 (en) | Photosensitive composition and pattern forming method using the same | |
| US20040265733A1 (en) | Photoacid generators | |
| KR20190083378A (en) | Sulfonic Derivative Compounds as Photoacid Generators in Resist Applications | |
| US5532113A (en) | Method of making microelectronic structures utilzing photoresists containing C3 C12 water soluble sugar crosslinking agents | |
| JP3425243B2 (en) | Electronic component pattern formation method | |
| JP3279313B2 (en) | Pattern forming method, phase shift mask manufacturing method, and semiconductor device manufacturing method | |
| JPH07219216A (en) | Positive type radiation sensitive resin composition and pattern forming method using the same | |
| JP3672155B2 (en) | Photosensitive composition and pattern forming method using the same | |
| JPH05249681A (en) | Acid decomposable compound and positive radiation sensitive resist composition containing the same | |
| JPH1195418A (en) | Photoresist film and pattern forming method | |
| JP3225537B2 (en) | Light or radiation sensitive composition | |
| JPH08227151A (en) | Photoacid generator composition for use in radiation sensitive composition | |
| JP2662141B2 (en) | Device manufacturing method | |
| JPH04184345A (en) | Formation of resist pattern | |
| JPH0770493A (en) | Resist pattern formation method | |
| JP3392728B2 (en) | Pattern formation method | |
| JPH1124274A (en) | Resist composition |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050412 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20050414 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050414 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20050606 |
|
| A072 | Dismissal of procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A072 Effective date: 20050816 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080428 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090428 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100428 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |