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JP3806121B2 - Resist pattern forming method - Google Patents
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Description

本発明は、半導体素子、TFT(薄膜トランジスタ)、光ディスクなどの製造工程における微細加工レジストパターン形成方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor device, TFT (thin film transistor), a method of forming a resist pattern of the microfabrication in the production process, such as an optical disk.

以前よりLSIを始めとする電子部品の製造プロセスでは、フォトリソグラフィーを利用した微細加工技術が採用されている。すなわち、まずレジスト液を基板などの上に塗布してレジスト膜を成膜し、次いで得られたレジスト膜に対してパターン光の露光を行なった後、アルカリ現像等の処理を施してレジストパターンを形成する。続いて、このレジストパターンを耐エッチングマスクとして露出した基板などの表面をドライエッチングすることで、微細な幅の線や開孔部を形設し、最後にレジストをアッシング除去するというものである。   In the manufacturing process of electronic parts such as LSIs, a microfabrication technique using photolithography has been adopted. That is, first, a resist solution is applied onto a substrate or the like to form a resist film, and then the resulting resist film is exposed to pattern light, and then subjected to treatment such as alkali development to form a resist pattern. Form. Subsequently, the surface of the substrate or the like exposed using this resist pattern as an etching resistant mask is dry-etched to form fine width lines and openings, and finally the resist is removed by ashing.

したがって、ここで用いられるレジストには、一般に高いドライエッチング耐性が求められる。こういった観点から、これまでは芳香族化合物を含有するレジストが広く用いられてきており、具体的にはアルカリ可溶性であるノボラック樹脂などをベース樹脂としたものが数多く開発されている。   Therefore, the resist used here is generally required to have high dry etching resistance. From this point of view, resists containing aromatic compounds have been widely used so far. Specifically, many resists based on alkali-soluble novolak resins and the like have been developed.

一方LSIなどの高密度集積化に伴い、上述したような微細加工技術は近年サブハーフミクロンオーダーにまで及んでおり、今後こうした微細化はさらに顕著になることが予想されている。このため、フォトリソグラフィーにおける光源の短波長化が進行しており、現在波長193nmのArFエキシマレーザ光や波長218nmのYAGレーザの5倍高調波光による微細なレジストパターンの形成が試みられている。   On the other hand, with the high-density integration of LSIs and the like, the fine processing technology as described above has recently reached the sub-half micron order, and such miniaturization is expected to become more prominent in the future. For this reason, the shortening of the wavelength of the light source in photolithography is progressing and attempts are being made to form a fine resist pattern using ArF excimer laser light having a wavelength of 193 nm or YAG laser having a wavelength of 218 nm and a fifth harmonic light.

然るに、これまで一般的であったノボラック樹脂をベース樹脂としたレジストでは、上述した通りの短波長光に対してノボラック樹脂のベンゼン核での光吸収が大きい傾向がある。したがって、レジストパターンを形成しようとすると、露光時にレジスト膜の基板側にまで光を充分に到達させることが難しく、結果的にパターン形状の良好なパターンを高感度、高精度で形成することは困難であった。   However, a resist having a novolac resin as a base resin, which has been generally used so far, tends to have a large light absorption at the benzene nucleus of the novolac resin with respect to the short wavelength light as described above. Therefore, when trying to form a resist pattern, it is difficult for light to reach the substrate side of the resist film during exposure, and as a result, it is difficult to form a pattern with a good pattern shape with high sensitivity and high accuracy. Met.

ところで、PCM(ポータブルコンフォーマブルマスク)法と呼ばれるパターン形成方法が1979年、Proc.SPIE.174,114においてB.J.Linによって示されている。これは、上層のレジストパターンを形成し、それをマスクとして下層を一括露光するパターン形成方法である。このPCM法で行なわれたものとして、A.W.McCulloughらによって1986年、Proc.SPIE.631,316に次のように報告されている。これにおいては、PMGI(ポリジメチルグルタルイミド)を下層材料として用い、上層のノボラック−ナフトキノンジアジドで形成したパターンをマスクとして一括露光してパターンを形成したものである。
By the way, a pattern forming method called PCM (Portable Conformable Mask) method was introduced in 1979, Proc. SPIE. 174, 114; J. et al. Indicated by Lin. This is a pattern forming method in which an upper layer resist pattern is formed and the lower layer is collectively exposed using the upper layer resist pattern as a mask. As what was performed by this PCM method, A. W. McCullough et al., 1986, Proc. SPIE. 631, 316 report as follows. In this example, PMGI (polydimethylglutarimide) is used as a lower layer material, and a pattern is formed by batch exposure using a pattern formed of an upper layer of novolak-naphthoquinonediazide as a mask.

上述したようなPCM法は、下層をも露光・現像という工程でパターンを転写・形成するので、エッチングによるパターンの転写・形成にみられるスカムと呼ばれるごみ等が発生しないという利点を有している。その後も、多様なPCM法が提案されてきている。しかしながら、従来のPCM法では、下層感光性材料が通常のフェノール樹脂と比較してドライエッチング耐性が低い場合が多く、実用的でなかった。前述のA.W.McCulloughらの例では、上層感光性材料として、ノボラック−ナフトキノンジアジドという水銀ランプによるリソグラフィーで用いられる材料を用い、下層感光性材料としては、PMGIという水銀ランプよりも波長の短いKrFエキシマレーザー光によるリソグラフィーで用いられる材料が採用されている。このため、上層のパターンを形成するための露光光の波長が長く、光学的に細かいパターンを形成する優位性は存在していなかった。さらに、実際に感光性層を積層化するうえで、層間のミキシング等の問題により、微細パターンを形成しにくいという問題があった。   The PCM method as described above has an advantage that dust such as scum, which is seen in pattern transfer / formation by etching, does not occur because the pattern is transferred / formed by the process of exposure / development even in the lower layer. . Since then, various PCM methods have been proposed. However, the conventional PCM method is not practical because the lower layer photosensitive material often has low dry etching resistance as compared with a normal phenol resin. The aforementioned A. W. In the example of McCullough et al., A material used for lithography using a mercury lamp called novolak-naphthoquinonediazide is used as the upper layer photosensitive material, and a lithography using KrF excimer laser light having a wavelength shorter than that of the mercury lamp called PMGI is used as the lower layer photosensitive material. The material used in is used. For this reason, the wavelength of the exposure light for forming the upper layer pattern is long, and there is no advantage of forming an optically fine pattern. Further, when the photosensitive layer is actually laminated, there is a problem that it is difficult to form a fine pattern due to problems such as mixing between layers.

上述したように、ノボラック樹脂をベース樹脂としたレジストはドライエッチング耐性が高くかつアルカリ現像が可能であるものの、短波長光に対する透明性が不十分であるため、ArFエキシマレーザ光やYAGレーザの5倍高調波光を用いたフォトリソグラフィーにも適したレジストの開発が強く望まれている。このような点を考慮して、最近は芳香族化合物にかわり脂環式化合物を含有するレジストが注目されており、例えば特開平4−39665号には、ドライエッチング耐性、短波長光に対する透明性とも良好なレジストとして、アダマンタン骨格を有する重合体をベース樹脂としたものが提案されている。またここでは、アダマンタン骨格を有する化合物をカルボン酸基を有するアクリル系化合物と共重合させることで重合体にアルカリ溶解性を付与し、アルカリ現像でレジストパターンを形成した例も示されている。   As described above, a resist based on a novolak resin has a high dry etching resistance and can be alkali-developed, but has insufficient transparency with respect to short-wavelength light. Therefore, an ArF excimer laser beam or a YAG laser 5 Development of a resist suitable for photolithography using double harmonic light is strongly desired. In consideration of such points, recently, a resist containing an alicyclic compound instead of an aromatic compound has been attracting attention. For example, JP-A-4-39665 discloses resistance to dry etching and transparency to short-wavelength light. In both cases, a resist having a base resin made of a polymer having an adamantane skeleton has been proposed. Further, here is also shown an example in which a compound having an adamantane skeleton is copolymerized with an acrylic compound having a carboxylic acid group to impart alkali solubility to the polymer and a resist pattern is formed by alkali development.

しかしながら、脂環式化合物を含有するレジストについてこうしてアルカリ現像でレジストパターンを形成する場合、アダマンタン骨格のような脂環式構造とカルボン酸基との間でアルカリ溶解性が大きく相違するため、様々な問題が発生する。例えば、現像時にレジスト膜の所定の領域の溶解・除去が不均一なものとなり解像性の低下を招く一方、レジスト膜が残存するはずの領域でも部分的な溶解が生じてクラックや表面あれの原因となる。また、レジスト膜と基板との界面にアルカリ溶液が浸透して、レジストパターンが剥離してしまうこともあり、十分な密着性が得られない。さらに、重合体において脂環式構造を有する部分とカルボン酸部分との相分離が進みやすく、均一なレジスト液が調製され難いうえその塗布性も充分ではない。   However, when a resist pattern is formed by alkali development in this way for a resist containing an alicyclic compound, alkali solubility is greatly different between an alicyclic structure such as an adamantane skeleton and a carboxylic acid group. A problem occurs. For example, the dissolution / removal of a predetermined region of the resist film becomes uneven during development, resulting in a decrease in resolution, while partial dissolution occurs in the region where the resist film should remain, causing cracks and surface roughness. Cause. Further, the alkaline solution may permeate into the interface between the resist film and the substrate, and the resist pattern may be peeled off, so that sufficient adhesion cannot be obtained. Furthermore, in the polymer, the phase separation between the alicyclic structure portion and the carboxylic acid portion is likely to proceed, and it is difficult to prepare a uniform resist solution and the coatability is not sufficient.

なお、高感度なレジストとして、酸の触媒作用を利用した化学増幅型レジストが開発されているが、この化学増幅型レジストは、露光後、PEBまでの時間による影響を受けやすい。特に、大気中に含まれるアミンの影響により得られるレジストパターンの形状が劣化し、場合によっては基板からの剥がれなどが生じることがある。   A chemically amplified resist using acid catalysis has been developed as a highly sensitive resist. However, this chemically amplified resist is easily affected by the time until PEB after exposure. In particular, the shape of the resist pattern obtained due to the influence of amines contained in the atmosphere is deteriorated, and in some cases, peeling from the substrate may occur.

また、上述したように従来のPCM法においては、上層感光性材料が、下層感光性材料より波長の長いリソグラフィーで用いられる材料が採用されており、光学的に細かいパターンを形成する優位性は何等存在していなかった。   Further, as described above, in the conventional PCM method, the material used for lithography with a longer wavelength than the lower layer photosensitive material is used for the upper layer photosensitive material, and what is the advantage of forming an optically fine pattern? It did not exist.

そこで本発明は、電子線で行なうことができ、下層の露光時にマスクとなり得る高い吸収波長帯を有し、下層膜との間にミキシング等を形成しにくい特定の材料を上層材料として用いたPCM法による実用的なレジストパターン形成方法を提供すること目的とする。   Therefore, the present invention can be performed with an electron beam and has a high absorption wavelength band that can be used as a mask during exposure of the lower layer, and a PCM using a specific material that is difficult to form a mixing or the like as the upper layer material. It is an object of the present invention to provide a practical method for forming a resist pattern.

本発明の一態様にかかるレジストパターン形成方法は、基板上に下層感光性材料膜を形成する工程と、前記下層感光性材料膜の上に、置換もしくは非置換のベンゼン環または多環縮合芳香環を含む上層感光性材料膜を形成する工程と、前記上層感光性材料膜の所定の領域に電子線を照射して露光を施す工程と、前記露光後の上層感光性材料膜の露光部または未露光部をアルカリ水溶液で溶解除去して現像する工程と、前記現像する工程の後に得られた上層感光性材料膜パターンをマスクとしてArFエキシマレーザー光を一括照射し、現像処理を施して露光部を選択的に溶解・除去することにより、前記上層感光性材料膜パターンを前記下層感光性材料膜に転写する工程とを具備することを特徴とする。
A resist pattern forming method according to an aspect of the present invention includes a step of forming a lower photosensitive material film on a substrate, and a substituted or unsubstituted benzene ring or polycyclic fused aromatic ring on the lower photosensitive material film. A step of forming an upper photosensitive material film containing, a step of irradiating a predetermined region of the upper photosensitive material film with an electron beam and exposing, and an exposed portion or an unexposed portion of the upper photosensitive material film after the exposure. The exposed portion is dissolved and removed with an aqueous alkali solution and developed, and the upper photosensitive material film pattern obtained after the developing step is used as a mask to collectively irradiate ArF excimer laser light to develop the exposed portion. And a step of transferring the upper photosensitive material film pattern onto the lower photosensitive material film by selectively dissolving and removing.

本発明によれば、電子線で行なうことができ、下層の露光時にマスクとなり得る高い吸収波長帯を有し、下層膜との間にミキシング等を形成しにくい特定の材料を上層材料として用いたPCM法による実用的なレジストパターン形成方法が提供される。   According to the present invention, a specific material that can be performed with an electron beam and has a high absorption wavelength band that can be used as a mask during exposure of the lower layer and is difficult to form mixing with the lower layer film is used as the upper layer material. A practical resist pattern forming method by the PCM method is provided.

以下、本発明を詳細に説明する。本発明において、感光性材料としてのアルカリ可溶性樹脂としては、アクリル酸、およびメタクリル酸等の共重合体からなるアルカリ可溶性樹脂を使用することができる。より具体的には、メンチルメタクリレート、メチルメタクリレートおよびメタクリル酸からなる共重合体メンチルアクリレート、メチルメタクリレート、およびメタクリル酸からなる共重合体などが挙げられる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the present invention, an alkali-soluble resin made of a copolymer such as acrylic acid and methacrylic acid can be used as the alkali-soluble resin as the photosensitive material . More specifically, a copolymer composed of menthyl methacrylate, methyl methacrylate and methacrylic acid ; a copolymer composed of menthyl acrylate, methyl methacrylate and methacrylic acid.

本発明では、感光性材料としてのアルカリ可溶性樹脂が縮合多環式構造を有しているので、193nmにおける透明性が良いという利点に加えて、得られるレジストパターンに高いドライエッチング耐性を付与することができる。脂環式構造を有する場合には、例えば、一般式Cn2n(nは3以上の整数)で表わされる環状シクロ化合物や環状ビシクロ化合物、およびそれらの縮合環などが挙げられる。具体的には、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環やこれらに橋かけ炭化水素が導入されたもの、スピロヘプタン、スピロオクタンなどのスピロ環、ノルボニル環、アダマンチル環、ボルネン環、メンチル環、メンタン環などのテルペン環、ツジャン、サビネン、ツジョン、カラン、カレン、ピナン、ノルピナン、ボルナン、フェンカン、トリシクレン、コレステリック環などのステロイド骨格、胆汁酸、ジギタロイド類、ショウノウ環、イソショウノウ環、セスキテルペン環、サントン環、ジテルペン環、トリテルペン環、ステロイドサポニン類などが例示される。
In the present invention, since the alkali-soluble resin as the photosensitive material has a condensed polycyclic structure , in addition to the advantage of good transparency at 193 nm, the resist pattern to be obtained has high dry etching resistance. Can do. In the case of having an alicyclic structure , examples thereof include a cyclic cyclo compound and a cyclic bicyclo compound represented by the general formula C n H 2n (n is an integer of 3 or more), and condensed rings thereof. Specifically, cyclobutane ring, cyclopentane ring, cyclohexane ring, cycloheptane ring and those having bridged hydrocarbons introduced therein, spiroheptane, spirooctane and other spiro rings, norbornyl ring, adamantyl ring, bornene ring, Terpene rings such as menthyl ring and menthane ring, tsujang, sabinene, tujon, caran, karen, pinan, norpinan, bornane, fencan, tricyclene, steroid skeletons such as cholesteric ring, bile acid, digitaloids, camphor ring, iso camphor ring, Examples include sesquiterpene rings, sandton rings, diterpene rings, triterpene rings, and steroid saponins .

縮合多環式構造を有するものとしては、例えば、以下に示すものが挙げられる。例えば、インデン、インダン、ベンゾブルデン、1−インダノン、2−インダノン、1,3−インダジオン、ニンヒドリン、ナフタレン、メチルナフタレン、エチルナフタレン、ジメチルナフタレン、カダレン、ビニルナフタレン、1,2−ジヒドロナフタレン、1,4−ジヒドロナフタレン、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレンテトラリン、1,2,3,4,5,6,7,8−オクタヒドロナフタレン、シス−デカリン、トランス−デカリン、フルオロナフタレン、クロロナフタレン、ブロモナフタレン、ヨードナフタレン、ジクロロナフタレン、(クロロメチル)ナフタレン、1−ナフトール、2−ナフトール、ナフタレンジオール、1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフトール、1,2,3,4−テトラヒドロ−2−ナフトール、5,6,7,8−テトラヒドロ−1−ナフトール、5,6,7,8−テトラヒドロ−2−ナフトール、デカヒドロ−1−ナフトール、デカヒドロ−2−ナフトール、クロロナフトール、ニトロナフトール、アミノナフトール、メトキシナフタレン、エトキシナフタレン、ナフチルエーテル、酢酸ナフチル、ナフトアルデヒド、ナフタレンジカルバルデヒド、ヒドロキシナフトアルデヒド、ジナフチルケトン、1(2H)−ナフタレン、α−テトラロン、β−テトラロン、α−デカロン、β−デカロン、1,2−ナフトキノン、1,4−ナフトキノン、2,6−ナフトキノン、2−メチル−1,4−ナフトキノン、5−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、イソナフタザリン、ナフトエ酸、1−ナフトール−4−カルボン酸、ナフタル酸、ナフタル酸無水物、1−ナフチル酢酸、チオナフトール、N,N−ジメチルナフチルアミン、ナフトニトリル、ニトロナフタレン、ペンタレン、アズレン、ヘプタレン、フルオレン、9−フェニルフルオレン、ニトロフルオレン、9−フルオレノール、フルオレノン、アントラセン、メチルアントラセン、ジメチルアントラセン、9,10−ジヒドロアントラセン、アントロール、アントラノール、ヒドロアントラノール、ジヒドロキシアントラセン、アントラガノール、1(4H)−アントラセノン、アントロン、アントラロビン、クリサロビン、オキサントロン、アントラセンカルボン酸、アントラミン、ニトロアントラセン、アントラセンキノン、アントラキノン、メチルアントラキノン、ヒドロキシアントラキノン、フェナントレン、フェナントロール、フェナントレンヒドロキノン、フェナントラキノン、ビフェニレン、s−インダセン、as−インダセン、フェナレン、テトラセン、クリセン、5,6−クリソキノン、ピレン、1,6−ピレンキノン、トリフェニレン、ベンゾ[α]アントラセン、ベンゾ[α]アントラセン−7,12−キノン、ベンザントロン、アセアントリレン、アセフェナントリレン、アセフェナントレン、17H−シクロペンタ[α]−フェナントレン、フルオランテン、プレイアデン、ペンタセン、ペンタフェン、ピセン、ピリレン、ジベンゾ[a,j]アントラセン、ベンゾ[α]ピレン、コロネン、ピラントレン、およびピラントロンなどが挙げられる。
As what has condensed polycyclic structure, what is shown below is mentioned, for example. For example, indene, indane, benzoburden, 1-indanone, 2-indanone, 1,3-indadione, ninhydrin, naphthalene, methylnaphthalene, ethylnaphthalene, dimethylnaphthalene, cadalene, vinylnaphthalene, 1,2-dihydronaphthalene, 1,4 -Dihydronaphthalene, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene tetralin, 1,2,3,4,5,6,7,8-octahydronaphthalene, cis-decalin, trans-decalin, fluoronaphthalene, chloronaphthalene, Bromonaphthalene, iodonaphthalene, dichloronaphthalene, (chloromethyl) naphthalene, 1-naphthol, 2-naphthol, naphthalenediol, 1,2,3,4-tetrahydro-1-naphthol, 1,2,3,4-tetrahydro- 2-naphtho 5,6,7,8-tetrahydro-1-naphthol, 5,6,7,8-tetrahydro-2-naphthol, decahydro-1-naphthol, decahydro-2-naphthol, chloronaphthol, nitronaphthol, aminonaphthol , Methoxynaphthalene, ethoxynaphthalene, naphthyl ether, naphthyl acetate, naphthaldehyde, naphthalene dicarbaldehyde, hydroxy naphthaldehyde, dinaphthyl ketone, 1 (2H) -naphthalene, α-tetralone, β-tetralone, α-decalone, β- Decalon, 1,2-naphthoquinone, 1,4-naphthoquinone, 2,6-naphthoquinone, 2-methyl-1,4-naphthoquinone, 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone, isonaftazaline, naphthoic acid, 1-naphthol-4 -Carboxylic acid, Naphthalic acid, Na Phthalic anhydride, 1-naphthylacetic acid, thionaphthol, N, N-dimethylnaphthylamine, naphthonitrile, nitronaphthalene, pentalene, azulene, heptalene, fluorene, 9-phenylfluorene, nitrofluorene, 9-fluorenol, fluorenone, anthracene, Methylanthracene, dimethylanthracene, 9,10-dihydroanthracene, anthrol, anthranol, hydroanthranol, dihydroxyanthracene, anthraganol, 1 (4H) -anthracenone, anthrone, anthrorobin, chrysarobin, oxanthrone, anthracenecarboxylic acid, Anthramine, nitroanthracene, anthracenequinone, anthraquinone, methylanthraquinone, hydroxyanthraquinone, phenanthrene, Enanthrol, phenanthrene hydroquinone, phenanthraquinone, biphenylene, s-indacene, as-indacene, phenalene, tetracene, chrysene, 5,6-chrysoquinone, pyrene, 1,6-pyrenequinone, triphenylene, benzo [α] anthracene, benzo [Α] anthracene-7,12-quinone, benzanthrone, acanthrylene, acephenanthrylene, acephenanthrene, 17H-cyclopenta [α] -phenanthrene, fluoranthene, preaden, pentacene, pentaphen, picene, pyrylene, dibenzo [a , J] anthracene, benzo [α] pyrene, coronene, pyranthrene, and pyranthrone .

本発明におけるアルカリ可溶性樹脂が脂環式骨格を含む場合には、かかるポリマーは、例えば、酸性置換基が導入された脂環式構造と重合性二重結合とを分子中に有する重合性化合物を、ラジカル重合、カチオン重合およびアニオン重合等で重合させたり、チグラーナッタ触媒下で重合させることで容易に得ることができる。一般に、脂環式構造および重合性二重結合を分子中に有する重合性化合物は、後者の触媒を用いることによって高分子量のポリマーとすることができる。しかしながら本発明では、低分子量のポリマーであっても、成膜さえできれば何等問題ないため、ラジカル重合などの簡便な手法を用いて重合し、低分子量化合物と高分子量化合物との混合した状態で用いてもよい。   When the alkali-soluble resin in the present invention includes an alicyclic skeleton, the polymer includes, for example, a polymerizable compound having an alicyclic structure into which an acidic substituent is introduced and a polymerizable double bond in the molecule. It can be easily obtained by polymerization by radical polymerization, cationic polymerization, anionic polymerization or the like, or by polymerization in the presence of a Ziegler-Natta catalyst. In general, a polymerizable compound having an alicyclic structure and a polymerizable double bond in the molecule can be made into a high molecular weight polymer by using the latter catalyst. However, in the present invention, even if it is a low molecular weight polymer, there is no problem as long as it can be formed into a film. May be.

またこのとき、ポリマーのアルカリ溶解性調整やレジスト膜と基板との密着性向上の観点から、アクリル酸や無水マレイン酸およびこれらのエステル置換体、ビニルフェノール、ビニルナフトール、ヒドロキシエチルメタクリレート、SO2などと共重合させることが好ましい。さらに、これらアルカリ可溶性化合物のアルカリ可溶性基について、アルカリ溶液に対する溶解抑止能を有する酸分解性基で保護してなる化合物を共重合させても構わない。しかしながら、レジストの短波長光に対する透明性を考慮すると、ベンゼン核など短波長域での光吸収の大きい分子骨格を有していない化合物と共重合させることが好ましく、具体的には波長193nmの光に対するポリマーの吸光度が1μm当たり4以下であることが好ましく、2以下であることがより好ましい。
At this time, from the viewpoint of improving adhesion between the alkali solubility adjustment and resist film and the substrate polymer, acrylic acid or maleic anhydride and esters substituents, vinyl phenol, vinyl naphthol, hydroxyethyl methacrylate, SO 2, etc. It is preferable to copolymerize with. Further, the alkali-soluble group of these alkali-soluble compounds may be copolymerized with a compound formed by protecting with an acid-decomposable group having a dissolution inhibiting ability in an alkaline solution. However, considering the transparency of the resist to short-wavelength light, it is preferable to copolymerize with a compound that does not have a molecular skeleton that has a large light absorption in the short-wavelength region, such as a benzene nucleus. The absorbance of the polymer with respect to is preferably 4 or less per 1 μm, and more preferably 2 or less .

ただしここで、アクリル酸などアルカリ可溶性化合物の共重合比は、共重合体中1〜50%、さらには10〜50%の範囲内であることが好ましい。何となれば、1%未満だとポリマーのアルカリ溶解性が不充分となるおそれがあり、逆に50%を越えると不均一な溶解を生じ、レジストパターンを形成しにくい傾向があるためである。   However, the copolymerization ratio of an alkali-soluble compound such as acrylic acid is preferably in the range of 1 to 50%, more preferably 10 to 50% in the copolymer. If it is less than 1%, the alkali solubility of the polymer may be insufficient. Conversely, if it exceeds 50%, non-uniform dissolution occurs and it is difficult to form a resist pattern.

なお、上述したようなポリマーの平均分子量は、500〜500,000、より好ましくは5,000〜15,000の範囲に設定されることが好ましい。何となれば、ポリマーの平均分子量が500未満だと、機械的強度の十分なレジスト膜を成膜するうえで不利となり、逆に500,000を越えると、解像性の良好なレジストパターンを形成することが困難となるからである。これらの化合物は、通常、種々の分子量を有する成分を含む混合体であるが、本発明では、比較的低い分子量の化合物でも効力を発揮する。例えば、500〜1,000の分子量に多く局在した場合も、不均一な溶解を抑制することができる。さらにこの場合、樹脂中には多くの単量体が残存していても、アルカリ現像液に対する溶解特性や得られるレジストパターンのドライエッチング耐性を劣化させることは少ない。   The average molecular weight of the polymer as described above is preferably set in the range of 500 to 500,000, more preferably 5,000 to 15,000. If the average molecular weight of the polymer is less than 500, it will be disadvantageous to form a resist film with sufficient mechanical strength. Conversely, if it exceeds 500,000, a resist pattern with good resolution will be formed. It is difficult to do. These compounds are usually a mixture containing components having various molecular weights. However, in the present invention, even compounds having relatively low molecular weights are effective. For example, non-uniform dissolution can be suppressed even when many molecular weights of 500 to 1,000 are localized. Further, in this case, even if a large amount of monomers remain in the resin, there is little deterioration in the solubility characteristics with respect to the alkaline developer and the dry etching resistance of the resulting resist pattern.

本発明のパターン形成方法に用いられる感光性材料は、所定の化合物を所定の溶媒に溶解することによって調製することができる。
The photosensitive material used in the pattern forming method of the present invention can be prepared by dissolving a predetermined compound in a predetermined solvent.

ここで用いられる溶媒としては、例えば、シクロヘキサノン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系溶媒;メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテートなどのセロソルブ系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル、γ−ブチロラクトンなどのエステル系溶媒;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのグリコール系溶媒;ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホリックトリアミドジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどの含窒素系溶媒などが挙げられる。さらに、溶解性向上のためこれらにジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアルデヒド、N−メチルピロリジノン等を添加した混合溶媒を用いることができる。また、メチルプロピオン酸メチル等のプロピオン酸誘導体、乳酸エチル等の乳酸エステル類やPGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)等も、低毒性であり好ましく用いられ得る。なお本発明において、このような溶媒は単独でまたは2種以上を混合して用いることができ、さらにイソプロピルアルコール、エチルアルコール、メチルアルコール、ブチルアルコール、n−ブチルアルコール、s−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、イソブチルアルコールなどの脂肪族アルコールやトルエン、キシレンなどの芳香族系溶媒が含有されていても構わない。
Examples of the solvent used here include ketone solvents such as cyclohexanone, acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone; cellosolv solvents such as methyl cellosolve, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, and butyl cellosolve acetate; ethyl acetate, butyl acetate, Examples thereof include ester solvents such as isoamyl acetate and γ-butyrolactone; glycol solvents such as propylene glycol monomethyl ether acetate; nitrogen-containing solvents such as dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoric triamide dimethylformamide and N-methylpyrrolidone. Furthermore, a mixed solvent in which dimethyl sulfoxide, dimethylformaldehyde, N-methylpyrrolidinone or the like is added thereto can be used to improve solubility. Furthermore, propionic acid derivatives such as methyl propionate, etc. lactates and PGMEA such ethyl lactate (propylene glycol monomethyl ether acetate) may also be used are preferably of low toxicity. In the present invention, such solvents can be used alone or in admixture of two or more. Further, isopropyl alcohol, ethyl alcohol, methyl alcohol, butyl alcohol, n-butyl alcohol, s-butyl alcohol, t- Aliphatic alcohols such as butyl alcohol and isobutyl alcohol, and aromatic solvents such as toluene and xylene may be contained.

本発明のパターンの形成プロセスについて説明する。まず、上述したような有機溶媒に溶解された感光性材料の溶液を、回転塗布法やディッピング法などで所定に基板上に塗布した後、150℃以下好ましくは70〜120℃で乾燥してレジスト膜を形成する。
The pattern formation process of the present invention will be described. First, a photosensitive material solution dissolved in an organic solvent as described above is applied on a predetermined substrate by a spin coating method or a dipping method, and then dried at 150 ° C. or lower, preferably 70 to 120 ° C. A film is formed.

なおここでの基板としては、例えばシリコンウェハ、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、ブランクマスク、GaAs、AlGaAsなどの III−V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、BPSG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使用することができる。
As the substrate here, for example, a silicon wafer, a silicon wafer on which various insulating films, electrodes, wirings and the like are formed, a blank mask, a III-V group compound semiconductor wafer such as GaAs and AlGaAs, chromium or chromium oxide A vapor deposition mask, an aluminum vapor deposition substrate, a BPSG coated substrate , a PSG coated substrate, an SOG coated substrate, a carbon film sputtering substrate, or the like can be used.

さらに、これらの基板上にポリシランやポリシリコン等からなる中間層を0.5〜5μm程度の膜厚で形成した後、感光性材料を塗布して上層レジストとして用いることもできる。
Furthermore, after forming an intermediate layer made of polysilane, polysilicon, or the like on these substrates with a film thickness of about 0.5 to 5 μm, a photosensitive material can be applied and used as an upper resist.

なお、溶媒の蒸発後、基板上に形成されるレジスト膜の膜厚は、用途によって異なるが、通常0.05〜15μmの範囲内にあることが好ましい。この範囲を逸脱すると、感度が著しく低下したり、解像度が低下するおそれがある。   In addition, although the film thickness of the resist film formed on a board | substrate after evaporation of a solvent changes with uses, it is preferable to exist in the range of 0.05-15 micrometers normally. If it is out of this range, the sensitivity may be remarkably lowered or the resolution may be lowered.

次いで、基板上に形成されたレジスト膜に対し、所望のパターンに従って、所定のマスクパターンを介して化学線を照射するか、またはレジスト膜表面に化学線を直接走査させてレジスト膜を露光する。なお、露光後のレジスト膜に対しては、100℃程度のベークを行なっても構わない。
Next, the resist film formed on the substrate is irradiated with actinic radiation through a predetermined mask pattern according to a desired pattern, or the resist film is exposed by directly scanning the resist film surface with actinic radiation . Note that the exposed resist film may be baked at about 100 ° C.

次いで、浸漬法、スプレー法などでレジスト膜を現像し、露光部または未露光部のレジスト膜をアルカリ溶液に選択的に溶解・除去して、所望のパターンを形成する。このとき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ハイドロキシド水溶液、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、15wt%以下であることが好ましい。   Next, the resist film is developed by an immersion method, a spray method, or the like, and the resist film in the exposed or unexposed area is selectively dissolved and removed in an alkaline solution to form a desired pattern. In this case, specific examples of the alkaline solution include organic alkaline aqueous solutions such as tetramethylammonium hydroxide aqueous solution and choline aqueous solution, inorganic alkaline aqueous solutions such as potassium hydroxide and sodium hydroxide, and alcohols and surfactants added thereto. A solution. Here, the concentration of the alkaline solution is preferably 15 wt% or less from the viewpoint of sufficient difference in dissolution rate between the exposed portion and the unexposed portion.

現像後の基板およびレジストパターンに対しては、水等を用いてリンス処理を施してもよい。
The substrate and resist pattern after development may be rinsed using water or the like.

したがって、本発明の方法により形成されたレジストパターンは極めて解像性が良好であり、しかも、得られるレジストパターンと基板との密着性も高く、基板からの剥がれ等は全く発生しない。このため、例えば本発明の方法を用いて形成されたレジストパターンをエッチングマスクとしたドライエッチングにより、露出した基板などのクォーターミクロン以下の超微細なパターンを忠実に転写することができる。
Therefore , the resist pattern formed by the method of the present invention has extremely good resolution, and also the adhesion between the resulting resist pattern and the substrate is high, so that peeling from the substrate does not occur at all. Therefore, for example, by dry etching using a resist pattern formed by the method of the present invention as an etching mask, an ultrafine pattern of quarter micron or less such as an exposed substrate can be faithfully transferred.

なお、縮合多環式骨格を含むアルカリ可溶性樹脂を上層感光性材料膜の成分として配合した場合には、得られたレジストパターンにおいて、一方の炭素−炭素結合が切れても他方の結合が残る。このため、かかるレジストパターンは、高いドライエッチング耐性を有している。
In addition, when an alkali-soluble resin containing a condensed polycyclic skeleton is blended as a component of the upper photosensitive material film , even if one carbon-carbon bond is broken, the other bond remains in the obtained resist pattern. Therefore, such a resist pattern has high dry etching resistance.

本発明のパターン形成プロセスにおいては、上述したような工程以外の他の工程が付加されても何等差支えなく、例えばレジスト膜の下地としての平坦化層形成工程、レジスト膜と下地との密着性向上のための前処理工程、レジスト膜の現像後に水などで除去するリンス工程、ドライエッチング前の紫外線の再照射工程を適宜施すことが可能である。
In the pattern formation process of the present invention , there is no problem even if other steps other than the steps described above are added. For example, a planarization layer forming step as a base of the resist film, an improvement in adhesion between the resist film and the base It is possible to appropriately carry out a pretreatment step for the purpose, a rinsing step for removing the resist film with water after development of the resist film, and a re-irradiation step of ultraviolet rays before dry etching.

本発明のパターン形成方法、低加速電子線によって露光される上層と、ArFエキシマレーザー光によって露光される下層と形成される
In the pattern forming method of the present invention, the upper layer is exposed by a low-acceleration electron beam, and the lower layer exposed by an ArF excimer laser beam is formed.

上層に用いる感光性材料としては、低加速電子線で感度よく露光・現像することができる190〜260nmの波長範囲に吸収をもつ置換もしくは非置換の多環縮合芳香環またはベンゼン環を有するものが好ましく、下層に用いる感光性材料としては、波長190〜260nmの光によって露光され、高いドライエッチング耐性をもつ材料が好ましい。上層が220nm付近に吸収をもつ多環縮合芳香環を有する場合には、下層としては、下記化学式(P−1)〜(P−4)で表わされるようなフェノール系樹脂とするとよく、一方、上層が193nm付近に吸収をもつベンゼン環を有する場合には、下層を脂環式骨格を有するアクリル系樹脂とすることが好ましい。
As the photosensitive material used for the upper layer, those having a substituted or unsubstituted polycyclic fused aromatic ring or benzene ring having absorption in a wavelength range of 190 to 260 nm that can be exposed and developed with a low acceleration electron beam with high sensitivity. The photosensitive material used for the lower layer is preferably a material that is exposed to light having a wavelength of 190 to 260 nm and has high dry etching resistance. When the upper layer has a polycyclic fused aromatic ring having absorption near 220 nm, the lower layer may be a phenolic resin represented by the following chemical formulas (P-1) to (P-4), When the upper layer has a benzene ring having absorption near 193 nm, the lower layer is preferably made of an acrylic resin having an alicyclic skeleton.

ここで、多環縮合芳香環としては、縮合多環式骨格のうち、置換もしくは非置換のナフタレン、アントラセン等が挙げられる。また、ベンゼン環を有するものとしては、フェノール樹脂、ノボラック樹脂などが挙げられる。

Figure 0003806121
Here, examples of the polycyclic fused aromatic ring include substituted or unsubstituted naphthalene and anthracene in the condensed polycyclic skeleton. Moreover, as what has a benzene ring, a phenol resin, a novolak resin, etc. are mentioned.
Figure 0003806121

ここで一般に、下層に十分なドライエッチング耐性があれば上層には必要なく、上層としては下層の露光時にマスクとなり得る吸光度を有していればよい。上層の膜厚もこの条件を満たすものであればよい。よって、膜厚は薄くすることができ、高い感度を敢えて要求しないので、化学増幅型レジストに加えて非化学増幅型レジストも好ましく用いられる。   Generally, if the lower layer has sufficient dry etching resistance, it is not necessary for the upper layer, and the upper layer only needs to have an absorbance that can be used as a mask during exposure of the lower layer. The film thickness of the upper layer only needs to satisfy this condition. Therefore, since the film thickness can be reduced and high sensitivity is not required, a non-chemically amplified resist is preferably used in addition to the chemically amplified resist.

ところで、上層と下層との感光性材料層を形成する場合、しばしば層間で溶媒同士が混ざり合ってしまうミキシングが問題になる。層を形成する際に、上層と下層との感光性材料間にバリアコートと呼ばれる、上層および下層のいずれの層ともミキシングを起こさない層を形成することも解決方法の1つである。しかしながら、工程の短縮、材料の削減といった観点からすると、そのようなバリアコート層を含まない方が好ましい。   By the way, when forming the photosensitive material layer of an upper layer and a lower layer, mixing which a solvent mixes between layers often becomes a problem. One solution is to form a layer called a barrier coat between the photosensitive material of the upper layer and the lower layer, which does not cause mixing with either the upper layer or the lower layer, when forming the layer. However, from the viewpoint of shortening the process and reducing the material, it is preferable not to include such a barrier coat layer.

本発明のパターン形成方法においては、上述したようなミキシングを生じにくい材料を使用しているためにその影響は極めて少ない。さらに一般にミキシングを防ぐためには、溶解しにくい材料が下層に用いられる。
In the pattern forming method of the present invention, since the material which does not easily generate mixing is used, the influence is extremely small. Furthermore, in order to prevent mixing, a material that is difficult to dissolve is used for the lower layer .

電子線としては、10keV以下の低加速の電子線が、パターン形成におけるレジスト感度の観点から好ましい。本発明で用いる電子線レジスト材料としては、ノボラックやポリスチレン樹脂からなる、193nmにおいて高い吸光度を有するものが好ましく用いられる。 As the electron beam, a low acceleration electron beam of 10 keV or less is preferable from the viewpoint of resist sensitivity in pattern formation. As the electron beam resist material used in the present invention, a material composed of novolak or polystyrene resin and having a high absorbance at 193 nm is preferably used.

以下、合成例および実施例により本発明をより詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to synthesis examples and examples.

(合成例1)
<側鎖に脂環式構造を有するアルカリ可溶性アクリル系樹脂の合成>
メンチルメタクリレート、メチルメタクリレート、メタクリル酸をそれぞれ33mol%、29mol%、38mol%、計6.0gをテトラヒドロフラン(THF)20gに混合した。続いて、得られた溶液にアゾイソブチルニトリル(AIBN)を0.73g添加し、攪拌しながら60℃で35時間加熱することによって反応させた後、反応液をn−ヘキサンに滴下した。その後、沈殿物を濾過、乾燥することで、重量平均分子量(スチレン換算)約10,000の共重合体を得た。
(Synthesis Example 1)
<Synthesis of alkali-soluble acrylic resin having alicyclic structure in side chain>
Menthyl methacrylate, methyl methacrylate, and methacrylic acid were mixed in an amount of 33 mol%, 29 mol%, and 38 mol%, respectively, and a total of 6.0 g was mixed with 20 g of tetrahydrofuran (THF). Subsequently, 0.73 g of azoisobutyl nitrile (AIBN) was added to the obtained solution and reacted by heating at 60 ° C. for 35 hours with stirring, and then the reaction solution was added dropwise to n-hexane. Thereafter, the precipitate was filtered and dried to obtain a copolymer having a weight average molecular weight (in terms of styrene) of about 10,000.

(合成例2)
<側鎖に脂環式構造及びジアゾ化合物を有するアルカリ可溶性アクリル系樹脂の合成>
等モルのヒドロキシエチルメタクリレートと、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸クロライドとをジオキサンに溶解して10wt%のジオキサン溶液を得た。続いて、この溶液を20℃に保ちながら、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸クロライドの1.2当量に相当する量のトリエチルアミンを、このジオキサン溶液にゆっくりと滴下して析出した塩を濾別し、多量の0.2%シュウ酸溶液に投入した。析出物を濾過し、次いでこれをイオン交換水で洗浄した後、真空乾燥してヒドロキエチルメタクリレートナフトキノンジアジドスルホン酸エステルを得た。
(Synthesis Example 2)
<Synthesis of alkali-soluble acrylic resin having alicyclic structure and diazo compound in side chain>
An equimolar amount of hydroxyethyl methacrylate and 1,2-naphthoquinonediazide-4-sulfonic acid chloride were dissolved in dioxane to obtain a 10 wt% dioxane solution. Subsequently, while keeping this solution at 20 ° C., an amount of triethylamine corresponding to 1.2 equivalents of 1,2-naphthoquinonediazide-4-sulfonic acid chloride was slowly dropped into the dioxane solution to precipitate the precipitated salt. The solution was filtered and poured into a large amount of 0.2% oxalic acid solution. The precipitate was filtered and then washed with ion-exchanged water, followed by vacuum drying to obtain hydroxyethyl methacrylate naphthoquinone diazide sulfonate.

次に、メンチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレートナフトキノンジアジドスルホン酸エステル、メタクリル酸を、それぞれ33mol%、29mol%、38mol%、計6.0gをテトラヒドロフラン(THF)20gに混合した。続いて、得られた溶液にアゾイソブチルニトリル(AIBN)を0.73g添加し、攪拌しながら60℃で35時間加熱することによって反応させた後、反応液をn−ヘキサンに滴下した。その後、沈殿物を濾過、乾燥することで、重量平均分子量(スチレン換算)約10,000の共重合体を得た。   Next, menthyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate naphthoquinone diazide sulfonic acid ester, and methacrylic acid were mixed with 20 g of tetrahydrofuran (THF) in a total amount of 33 mol%, 29 mol%, and 38 mol%, respectively. Subsequently, 0.73 g of azoisobutyl nitrile (AIBN) was added to the obtained solution and reacted by heating at 60 ° C. for 35 hours with stirring, and then the reaction solution was added dropwise to n-hexane. Thereafter, the precipitate was filtered and dried to obtain a copolymer having a weight average molecular weight (in terms of styrene) of about 10,000.

(合成例3)
<側鎖に縮合多環式構造を有するアルカリ可溶性アクリル系樹脂の合成>
ビニルナフタレン、メチルメタクリレート、メタクリル酸をそれぞれ30mol%、30mol%、40mol%、計6.0gをテトラヒドロフラン(THF)20gに混合した。続いて、得られた溶液にアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)を0.60g添加し、攪拌しながら60℃で35時間加熱することによって反応させた。その後、反応液をn−ヘキサンに滴下し、沈殿物を濾過、乾燥することで、重量平均分子量(スチレン換算)約7,000の共重合体を得た。
(Synthesis Example 3)
<Synthesis of alkali-soluble acrylic resin having a condensed polycyclic structure in the side chain>
A total of 6.0 g of vinyl naphthalene, methyl methacrylate, and methacrylic acid, 30 mol%, 30 mol%, and 40 mol%, were mixed with 20 g of tetrahydrofuran (THF). Subsequently, 0.60 g of azobisisobutyronitrile (AIBN) was added to the obtained solution, and the mixture was reacted by heating at 60 ° C. for 35 hours while stirring. Thereafter, the reaction solution was dropped into n-hexane, and the precipitate was filtered and dried to obtain a copolymer having a weight average molecular weight (in terms of styrene) of about 7,000.

(合成例4)
<側鎖に脂環式構造および縮合多環式構造を有するアルカリ可溶性アクリル系樹脂の合成>
ビニルナフタレン、メンチルメタクリレート、メチルメタクリレート、メタクリル酸を、それぞれ15mol%、20mol%、30mol%、35mol%、計6.0gをテトラヒドロフラン(THF)20gに混合した。続いて、得られた溶液にアゾイソブチロニトリル(AIBN)を0.60g添加し、攪拌しながら60℃で35時間加熱することによって反応させた。その後、反応液をn−ヘキサンに滴下し、沈殿物を濾過、乾燥することで、重量平均分子量(スチレン換算)約7,000の共重合体を得た。
(Synthesis Example 4)
<Synthesis of alkali-soluble acrylic resin having alicyclic structure and condensed polycyclic structure in side chain>
Vinyl naphthalene, menthyl methacrylate, methyl methacrylate, and methacrylic acid were mixed in an amount of 15 mol%, 20 mol%, 30 mol%, and 35 mol%, respectively, and 6.0 g in total with 20 g of tetrahydrofuran (THF). Subsequently, 0.60 g of azoisobutyronitrile (AIBN) was added to the obtained solution and reacted by heating at 60 ° C. for 35 hours while stirring. Thereafter, the reaction solution was dropped into n-hexane, and the precipitate was filtered and dried to obtain a copolymer having a weight average molecular weight (in terms of styrene) of about 7,000.

(合成例5)
<側鎖に脂環式構造および縮合多環式構造を有する化学増幅型アクリル系樹脂の合成>
ビニルナフタレン、メンチルアクリレート、テトラヒドロピラニルメタクリレート、メタクリル酸をそれぞれ26.2mol%、19.4mol%、21.6mol%、32.7mol%、計9.43gをテトラヒドロフラン(THF)20gに混合した。続いて、得られた溶液にアゾイソブチロニトリル(AIBN)を1.6g添加し、攪拌しながら60℃で40時間加熱することによって反応させた。その後、反応液をn−ヘキサンに滴下し、沈殿物を濾過、乾燥することで重量平均分子量(スチレン換算)約6,000の共重合体を得た。
(Synthesis Example 5)
<Synthesis of chemically amplified acrylic resin having an alicyclic structure and a condensed polycyclic structure in the side chain>
Vinyl naphthalene, menthyl acrylate, tetrahydropyranyl methacrylate, and methacrylic acid were mixed in 26.2 mol%, 19.4 mol%, 21.6 mol%, 32.7 mol%, respectively, 9.43 g in total was mixed with 20 g of tetrahydrofuran (THF). Subsequently, 1.6 g of azoisobutyronitrile (AIBN) was added to the obtained solution, and the mixture was reacted by heating at 60 ° C. for 40 hours while stirring. Thereafter, the reaction solution was dropped into n-hexane, and the precipitate was filtered and dried to obtain a copolymer having a weight average molecular weight (in terms of styrene) of about 6,000.

(合成例6)
<溶解抑止剤:1−アダマンチルカルボニル−2,2’−ジtert−ブトキシカルボニルエタンの合成>
マロン酸ジtert−ブチル0.02molをTHFに溶解し、水素化ナトリウム0.02molを分散した溶液中に徐々に0℃で加えた。水素発生が終了した後、反応系を室温にし、0.02molのアダマンチル(ブロモメチル)ケトンのTHF溶液を導入した。その後、室温で5時間反応させた。次いで、反応液を大量の氷水中に投入して反応液をエーテル抽出し、油層を蓚酸水溶液で1回、続いて水で2回水洗した。最後に、乾燥−濃縮して1−アダマンチルカルボニル−2,2’−ジtert−ブトキシカルボニルエタン(AdTB)を得た。
(Synthesis Example 6)
<Dissolution inhibitor: Synthesis of 1-adamantylcarbonyl-2,2'-ditert-butoxycarbonylethane>
0.02 mol of ditert-butyl malonate was dissolved in THF and gradually added at 0 ° C. to a solution in which 0.02 mol of sodium hydride was dispersed. After completion of hydrogen generation, the reaction system was brought to room temperature, and 0.02 mol of adamantyl (bromomethyl) ketone in THF was introduced. Then, it was made to react at room temperature for 5 hours. Next, the reaction solution was poured into a large amount of ice water, and the reaction solution was extracted with ether. The oil layer was washed once with an aqueous oxalic acid solution and then twice with water. Finally, it was dried and concentrated to give 1-adamantylcarbonyl-2,2'-ditert-butoxycarbonylethane (AdTB).

(合成例7)
<溶解抑止剤の合成>
ナフトールをグリオキシル酸で縮合してノボラックオリゴマーを得、このノボラックオリゴマー10gを、3,4−ジヒドロピラン50mlに溶解させて触媒量の塩酸存在下で48時間撹拌した。その後、この溶液に水酸化ナトリウム塊を加え、しばらく撹拌した後、残さを濾別して油層を減圧濃縮乾燥し、さらに酢酸エチルに溶解して、5%シュウ酸水溶液で2回洗浄した。次いで、これを分液し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮乾固してピラニル化ナフトールノボラック(NV4THP)を得た。
(Synthesis Example 7)
<Synthesis of dissolution inhibitor>
Naphthol was condensed with glyoxylic acid to obtain a novolak oligomer. 10 g of this novolak oligomer was dissolved in 50 ml of 3,4-dihydropyran and stirred for 48 hours in the presence of a catalytic amount of hydrochloric acid. Thereafter, a sodium hydroxide lump was added to this solution, and after stirring for a while, the residue was filtered off, the oil layer was concentrated to dryness under reduced pressure, further dissolved in ethyl acetate, and washed twice with a 5% oxalic acid aqueous solution. Then, this was separated, dried over anhydrous sodium sulfate, and concentrated to dryness to obtain pyranylated naphthol novolak (NV4THP).

(合成例8)
<感光剤の合成>
α−ナフトール0.1gをTHF中に溶解した後、このTHF溶液に1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルフォニルクロリド0.1molを添加した。この混合液を0℃で撹拌しながら、その中にトリエチルアミン0.1モルを徐々に滴下した。析出した塩を濾別し、反応液を濃縮乾固した後、エタノール−ヘキサンを用いて再結晶し、ナフトールのナフトキノンジアジド化合物(NPNQ)を得た。
(Synthesis Example 8)
<Synthesis of photosensitizer>
After 0.1 g of α-naphthol was dissolved in THF, 0.1 mol of 1,2-naphthoquinonediazide-4-sulfonyl chloride was added to the THF solution. While stirring this mixed solution at 0 ° C., 0.1 mol of triethylamine was gradually added dropwise thereto. The precipitated salt was filtered off, the reaction solution was concentrated to dryness, and recrystallized using ethanol-hexane to obtain a naphthoquinonediazide compound (NPNQ) of naphthol.

(参考例1)
合成例1で得られたポリマーに対し、ジアゾ化合物としてのナフトキノンジアジドを40wt%加え、これを8wt%のシクロヘキサノン溶液とした。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過した後、Siウェハー上にスピンコートによって塗布し、100℃で90秒間プリベークして膜厚0.2μmのレジスト膜を形成した。
(Reference Example 1)
To the polymer obtained in Synthesis Example 1, 40 wt% of naphthoquinonediazide as a diazo compound was added, and this was used as an 8 wt% cyclohexanone solution. This solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter, and then applied onto a Si wafer by spin coating, and prebaked at 100 ° C. for 90 seconds to form a 0.2 μm thick resist film.

このレジスト膜に対して、波長193nmのArFエキシマレーザー光(NA=0.55)を照射して露光を施し、続いて、露光後のレジスト膜をアルカリ現像液としてのテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)の2.38%アルカリ水溶液で現像した。その結果、130mJ/cm2 のDOSE量で、0.15μmのラインアンドスペースパターンを解像することができた。なお、得られたパターンの基板との密着性も良好であり、パターンの剥がれは全く観察されなかった。 The resist film is exposed by irradiating ArF excimer laser light (NA = 0.55) with a wavelength of 193 nm. Subsequently, the exposed resist film is treated with tetramethylammonium hydroxide (TMAH) as an alkali developer. ) And 2.38% aqueous alkali solution. As a result, a 0.15 μm line and space pattern could be resolved with a DOSE amount of 130 mJ / cm 2 . In addition, the adhesiveness with the board | substrate of the obtained pattern was also favorable, and peeling of a pattern was not observed at all.

(参考例2)
合成例1で得られたポリマーに対し、メルドラム酸のジアゾ化合物を45wt%加え、これを8wt%の乳酸エチル溶液とした。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過した後、Siウェハー上にスピンコートによって塗布した後、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.2μmのレジスト膜を形成した。
(Reference Example 2)
To the polymer obtained in Synthesis Example 1, 45 wt% of a Melazolic acid diazo compound was added to obtain an 8 wt% ethyl lactate solution. This solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter, applied onto a Si wafer by spin coating, and then pre-baked at 120 ° C. for 90 seconds to form a resist film having a thickness of 0.2 μm.

このレジスト膜に対して、波長193nmのArFエキシマレーザー光 (NA=0.55)を照射して露光を施し、続いて、露光後のレジスト膜をアルカリ現像液としてのTMAHの2.38%アルカリ水溶液で現像した。その結果、120mJ/cm2 のDOSE量で、0.15μmのラインアンドスペースパターンを解像することができた。なお、得られたパターンの基板との密着性も良好であり、パターンの剥がれは全く観察されなかった。 This resist film is exposed by irradiating ArF excimer laser light (NA = 0.55) with a wavelength of 193 nm, and then the resist film after exposure is treated with 2.38% alkali of TMAH as an alkaline developer. Developed with aqueous solution. As a result, a 0.15 μm line and space pattern could be resolved with a DOSE amount of 120 mJ / cm 2 . In addition, the adhesiveness with the board | substrate of the obtained pattern was also favorable, and peeling of a pattern was not observed at all.

(参考例3)
合成例1で得られたポリマーに対し、ジアゾ化合物としてのナフトキノンジアジドを40wt%加え、これを8wt%のシクロヘキサノン溶液とした。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過した後、Siウェハー上にスピンコートによって塗布し、100℃で90秒間プリベークして膜厚0.5μmのレジスト膜を形成した。
(Reference Example 3)
To the polymer obtained in Synthesis Example 1, 40 wt% of naphthoquinonediazide as a diazo compound was added, and this was used as an 8 wt% cyclohexanone solution. This solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter, applied onto a Si wafer by spin coating, and prebaked at 100 ° C. for 90 seconds to form a resist film having a thickness of 0.5 μm.

このレジスト膜を電子線で露光し、続いて、露光後のレジスト膜をアルカリ現像液としてのTMAHの2.38%アルカリ水溶液で現像した。その結果、50keVの加速電圧、30μC/cm2 のDOSE量で、0.15μmのラインアンドスペースパターンを解像することができた。なお、得られたパターンの基板との密着性も良好であり、パターンの剥がれは全く観察されなかった。 This resist film was exposed with an electron beam, and then the exposed resist film was developed with a 2.38% aqueous solution of TMAH as an alkaline developer. As a result, a line and space pattern of 0.15 μm could be resolved with an acceleration voltage of 50 keV and a DOSE amount of 30 μC / cm 2 . In addition, the adhesiveness with the board | substrate of the obtained pattern was also favorable, and peeling of a pattern was not observed at all.

(参考例4)
図1を参照して本参考例を説明する。
(Reference Example 4)
The reference example will be described with reference to FIG.

まず、合成例1で得られたポリマーに対し、ジアゾ化合物としてのナフトキノンジアジドを40wt%加え、これを8wt%のシクロヘキサノン溶液として本発明のレジスト溶液を調製した。   First, 40 wt% of naphthoquinonediazide as a diazo compound was added to the polymer obtained in Synthesis Example 1, and this was used as an 8 wt% cyclohexanone solution to prepare a resist solution of the present invention.

一方、図1(a)に示すように、Siウェハー11上にはノボラック系フォトレジストを塗布し、190℃でハードベークして膜厚0.8μmの下地層12を形成した。さらに、この下地層の上にSOG(スピンオングラス)を塗布し、200℃でベークして膜厚0.1μmの中間層13を形成した。   On the other hand, as shown in FIG. 1A, a novolak photoresist was applied on the Si wafer 11 and hard-baked at 190 ° C. to form an underlayer 12 having a thickness of 0.8 μm. Further, SOG (spin-on-glass) was applied on the underlayer and baked at 200 ° C. to form an intermediate layer 13 having a thickness of 0.1 μm.

前述のシクロヘキサノン溶液を、0.2μmのメンブレンフィルターで濾過した後、下地層および中間層が設けられSiウェハー上に、スピンコートにより塗布した後、100℃で90秒間プリベークして、図1(b)に示すような膜厚0.2μmの上層レジスト膜14を形成した。   The above-described cyclohexanone solution is filtered through a 0.2 μm membrane filter, and an underlayer and an intermediate layer are provided on a Si wafer by spin coating, followed by pre-baking at 100 ° C. for 90 seconds, and FIG. The upper resist film 14 having a thickness of 0.2 μm as shown in FIG.

このレジスト膜14に対して、波長193nmのArFエキシマレーザー光(NA=0.55)を照射して図1(c)に示すように露光を施し、続いて、露光後のレジスト膜をアルカリ現像液としてのTMAHの2.38%アルカリ水溶液で現像した。その結果、130mJ/cm2 のDOSE量で、図1(d)に示すような0.15μmのラインアンドスペースパターン14aを解像することができた。なお、得られたパターンの基板との密着性も良好であり、パターンの剥がれは全く観察されなかった。 The resist film 14 is irradiated with ArF excimer laser light (NA = 0.55) having a wavelength of 193 nm and exposed as shown in FIG. 1C. Subsequently, the exposed resist film is alkali-developed. It developed with the 2.38% alkaline aqueous solution of TMAH as a liquid. As a result, a 0.15 μm line and space pattern 14a as shown in FIG. 1D could be resolved with a DOSE amount of 130 mJ / cm 2 . In addition, the adhesiveness with the board | substrate of the obtained pattern was also favorable, and peeling of a pattern was not observed at all.

続いて、上述のようにして形成されたレジストパターン14aをエッチングマスクとして用いて、中間層のSOG膜13をCF4 RIEによりエッチングして、図1(e)に示すようなパターニングされたSOG膜13aを形成した。さらに、上述のようにして得られたパターン14aおよび13aをエッチングマスクとして用いて、O2 RIEにより下層のノボラック系フォトレジスト膜12をエッチングした。その結果、レジストパターンを忠実に転写することができ、図1(f)に示すようなパターニングされたノボラック系フォトレジスト膜12aが得られた。 Subsequently, using the resist pattern 14a formed as described above as an etching mask, the intermediate SOG film 13 is etched by CF 4 RIE, and a patterned SOG film as shown in FIG. 13a was formed. Further, using the patterns 14a and 13a obtained as described above as an etching mask, the lower novolak photoresist film 12 was etched by O 2 RIE. As a result, the resist pattern could be faithfully transferred, and a patterned novolac photoresist film 12a as shown in FIG. 1 (f) was obtained.

(参考例5)
合成例2で得たポリマーを8wt%のシクロヘキサノン溶液とした。この溶液を0.2μmのメンブランフィルターで濾過した後、Siウェハー上にスピンコートによって塗布し、100℃で90秒間プリベークして膜厚0.3μmのレジスト膜を形成した。
(Reference Example 5)
The polymer obtained in Synthesis Example 2 was used as an 8 wt% cyclohexanone solution. This solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter, and then applied onto a Si wafer by spin coating, and pre-baked at 100 ° C. for 90 seconds to form a 0.3 μm thick resist film.

このレジスト膜に対し、波長193nmのArFエキシマレーザー光(NA=0.55)を照射して露光を施し、続いて、露光後のレジスト膜をアルカリ現像液としてのTMAHの2.38%アルカリ水溶液で露光した。その結果、100mJ/cm2 のDOSE量で0.15μmのラインアンドスペースパターンを解像することができた。なお、レジストパターンと基板との密着性も良好であり、パターンの剥がれは全く観察されなかった。 The resist film is exposed by irradiating ArF excimer laser light (NA = 0.55) with a wavelength of 193 nm, and then the exposed resist film is used as a 2.38% alkaline aqueous solution of TMAH as an alkaline developer. And exposed. As a result, a 0.15 μm line and space pattern could be resolved with a DOSE amount of 100 mJ / cm 2 . In addition, the adhesiveness between the resist pattern and the substrate was good, and no peeling of the pattern was observed.

(参考例6)
合成例3で得たポリマーに対し、ジアゾ化合物としてのナフトキノンジアジドを該ポリマーの20wt%加え、これを8wt%のシクロヘキサノン溶液とした。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過した。こうして得られた溶液をSiウエハー上にスピンコートによって塗布し、100℃で90秒間プリベークして膜厚0.17μmのレジスト膜を形成した。
(Reference Example 6)
To the polymer obtained in Synthesis Example 3, naphthoquinonediazide as a diazo compound was added in an amount of 20 wt% of the polymer to obtain an 8 wt% cyclohexanone solution. This solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter. The solution thus obtained was applied onto a Si wafer by spin coating and prebaked at 100 ° C. for 90 seconds to form a resist film having a thickness of 0.17 μm.

このレジスト膜に対して、ArFエキシマレーザー(NA=0.55)を照射して露光を施し、続いて、露光後のレジスト膜をアルカリ現像液で現像した。その結果、140mJ/cm2 のDOSE量で、0.17μmのラインアンドスペースパターンを解像することができた。なお、得られたパターンの基板との密着性も良好であり、パターンの剥がれ等は全く観察されなかった。 The resist film was exposed by irradiation with an ArF excimer laser (NA = 0.55), and then the exposed resist film was developed with an alkaline developer. As a result, a 0.17 μm line and space pattern could be resolved with a DOSE amount of 140 mJ / cm 2 . The adhesion of the obtained pattern to the substrate was good, and no peeling of the pattern was observed.

(参考例7)
合成例4で得られたポリマーに対し、ジアゾ化合物としてのナフトキノンジアジドを30wt%加え、これをシクロヘキサノン/PGMEAの3:1混合溶液に溶解して、8wt%の溶液を得た。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過した。一方、予めHMDS(ヘキサメチルジシラザン)によってSiウエハーに表面処理を施しておいた。このSiウエハー上にスピンコートによって前述の溶液を塗布し、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.2μmのレジスト膜を形成した。
(Reference Example 7)
30 wt% of naphthoquinonediazide as a diazo compound was added to the polymer obtained in Synthesis Example 4, and this was dissolved in a 3: 1 mixed solution of cyclohexanone / PGMEA to obtain an 8 wt% solution. This solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter. On the other hand, the Si wafer was previously surface-treated with HMDS (hexamethyldisilazane). The above-mentioned solution was applied onto this Si wafer by spin coating, and pre-baked at 120 ° C. for 90 seconds to form a resist film having a thickness of 0.2 μm.

このレジスト膜に対し、ArFエキシマレーザー光(NA=0.55)を照射して露光を施し、続いて、露光後のレジスト膜をアルカリ現像液で現像した。その結果、135mJ/cm2 のDOSE量で0.15μmのラインアンドスペースパターンを解像することができた。なお、レジストパターンと基板との密着性も良好であり、パターンの剥がれは全く観察されなかった。 The resist film was exposed by irradiation with ArF excimer laser light (NA = 0.55). Subsequently, the exposed resist film was developed with an alkaline developer. As a result, a line and space pattern of 0.15 μm could be resolved with a DOSE amount of 135 mJ / cm 2 . In addition, the adhesiveness between the resist pattern and the substrate was good, and no peeling of the pattern was observed.

(参考例8)
図2を参照して、本参考例を説明する。
(Reference Example 8)
The reference example will be described with reference to FIG.

まず、図2(a)に示すように、Siウエハー21上に、厚さ0.8μmの酸化珪素膜22をCVD(Chemical Vapor Deposition)により形成し、次いで、Al−Si−Cuからなる厚さ約0.7μmの下層配線層23と、CVD法によるSiO2 膜からなる層間絶縁膜24と、Al−Si−Cuからなる厚さ約0.7μmの上層配線膜25を順次形成した。 First, as shown in FIG. 2A, a silicon oxide film 22 having a thickness of 0.8 μm is formed on the Si wafer 21 by CVD (Chemical Vapor Deposition), and then the thickness is made of Al—Si—Cu. A lower wiring layer 23 of about 0.7 μm, an interlayer insulating film 24 made of a SiO 2 film by a CVD method, and an upper wiring film 25 of about 0.7 μm thick made of Al—Si—Cu were sequentially formed.

一方、合成例4で得られたポリマーに対し、ジアゾ化合物としてのナフトキノンジアジドを30wt%加え、これをシクロヘキサノン/PGMEAの3:1混合溶液に溶解して、8wt%の溶液を得た。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過した。こうして得られた溶液を、Siウエハー上にスピンコートによって塗布し、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.3μmのレジスト膜26を上層配線膜25の上に形成した。   On the other hand, 30 wt% of naphthoquinonediazide as a diazo compound was added to the polymer obtained in Synthesis Example 4, and this was dissolved in a 3: 1 mixed solution of cyclohexanone / PGMEA to obtain an 8 wt% solution. This solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter. The solution thus obtained was applied onto a Si wafer by spin coating, and pre-baked at 120 ° C. for 90 seconds to form a resist film 26 having a film thickness of 0.3 μm on the upper wiring film 25.

次いで、レジスト膜26に対し、ArFエキシマレーザー光(NA=0.55)を135mJ/cm2 のDOSE量で照射して露光を施し、露光後のレジスト膜をアルカリ現像液で現像して図2(b)に示すようなレジストパターン26aを形成した。さらに、このレジストパターン26aをマスクとして、CCl4 ガスを用いたRIE法により、上層配線膜をエッチングして上層配線25aを形成した。 Next, the resist film 26 is exposed by irradiating ArF excimer laser light (NA = 0.55) with a DOSE amount of 135 mJ / cm 2 , and the resist film after the exposure is developed with an alkali developer. A resist pattern 26a as shown in (b) was formed. Further, using the resist pattern 26a as a mask, the upper wiring film was etched by RIE using CCl 4 gas to form the upper wiring 25a.

その後、レジストパターン26aをO2 プラズマ中で炭化して除去することにより、図2(c)に示すような2層配線が得られた。上層配線25aは、下層配線膜等によって生ずる段差の影響をほとんど受けず、設計寸法0.35μmに対し、±0.05μmの設計誤差であった。また、配線間隔0.35μm、線幅0.35μmの上層配線を形成した場合、断線や短絡等の不良は全く発生しなかった。 Thereafter, the resist pattern 26a was carbonized and removed in O 2 plasma, whereby a two-layer wiring as shown in FIG. 2C was obtained. The upper layer wiring 25a was hardly affected by the step generated by the lower layer wiring film or the like, and had a design error of ± 0.05 μm with respect to the design dimension of 0.35 μm. In addition, when the upper layer wiring with a wiring interval of 0.35 μm and a line width of 0.35 μm was formed, no defects such as disconnection or short circuit occurred.

(参考例9)
図3を参照して、本参考例を説明する。
(Reference Example 9)
The reference example will be described with reference to FIG.

まず、前述の化学式(P−1)で表わされるポリマーに対し、酸発生剤としてのオニウム塩(トリフェニルスルフォニウムトリフレート)を加えて、これをPGMEA溶液とした。次いで、このPGMEA溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過して下層レジスト形成用の溶液を得た。また、合成例4で得られたポリマーに対し感光剤としてのNPNQを40wt%混合し、これをキシレン溶液とした。このキシレン溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過して上層レジスト形成用の溶液を得た。   First, an onium salt (triphenylsulfonium triflate) as an acid generator was added to the polymer represented by the chemical formula (P-1) described above to prepare a PGMEA solution. Subsequently, this PGMEA solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter to obtain a solution for forming a lower layer resist. Further, 40 wt% of NPNQ as a photosensitizer was mixed with the polymer obtained in Synthesis Example 4 to obtain a xylene solution. This xylene solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter to obtain a solution for forming an upper resist.

一方、図3(a)に示すように、Siウエハー31上に、厚さ0.8μmの酸化珪素膜32をCVD法により形成した。この上に、上述のようにして調製した下層レジスト形成用のレジスト溶液をスピンコートによって塗布し、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.4μmの下層レジスト膜33を形成した。   On the other hand, as shown in FIG. 3A, a silicon oxide film 32 having a thickness of 0.8 μm was formed on the Si wafer 31 by the CVD method. On top of this, the resist solution for forming a lower layer resist prepared as described above was applied by spin coating, and prebaked at 120 ° C. for 90 seconds to form a lower layer resist film 33 having a thickness of 0.4 μm.

さらに、下層レジスト膜33の上に、上述にようにして調製した上層レジスト形成用のレジスト溶液をスピンコートによって塗布し、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.2μmの上層レジスト膜34を形成した。   Further, a resist solution for forming an upper layer resist prepared as described above is applied onto the lower layer resist film 33 by spin coating, and prebaked at 120 ° C. for 90 seconds to form an upper layer resist film 34 having a thickness of 0.2 μm. Formed.

得られた上層レジスト膜34に対し、ArFエキシマレーザーを照射し、アルカリ現像液で現像したところ、図3(b)に示すような線幅0.15μmのレジストパターン34aが得られた。さらに、このレジストパターン34aをマスクとして用いて、波長220nm付近の光を通す干渉フィルターを使って下層レジスト膜33に露光し、現像して図3(c)に示すような下層レジストパターン33aを得た。   When the obtained upper resist film 34 was irradiated with an ArF excimer laser and developed with an alkaline developer, a resist pattern 34a having a line width of 0.15 μm as shown in FIG. 3B was obtained. Further, using the resist pattern 34a as a mask, the lower resist film 33 is exposed and developed using an interference filter that transmits light having a wavelength of around 220 nm, and developed to obtain a lower resist pattern 33a as shown in FIG. It was.

こうして得られたレジストパターン34aおよび33aをマスクとして、CCl4 ガスを用いたRIE法により酸化珪素膜32をエッチングして図3(d)に示すような酸化珪素パターンを32aを得た後、O2 プラズマ中でレジストパターンを炭化して除去することにより図3(e)に示すような構造を得た。 Using the resist patterns 34a and 33a thus obtained as a mask, the silicon oxide film 32 is etched by RIE using CCl 4 gas to obtain a silicon oxide pattern 32a as shown in FIG. The structure as shown in FIG. 3E was obtained by carbonizing and removing the resist pattern in two plasmas.

本参考例により、酸化珪素膜にも、線幅0.15μmのパターンを形成できることがわかった。   According to this reference example, it was found that a pattern having a line width of 0.15 μm can be formed also in the silicon oxide film.

(実施例)
まず、合成例1で得られたポリマーに、感光剤としてナフトキノンジアジド(2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンのナフトキノンジアジド−4−スルフォン酸エステル)を加えて、これをPGMEA−シクロヘキサノン混合溶液に溶解した。次いで、この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過して下層レジスト形成用の溶液を得た。また、合成例5で得られたポリマーに、ナフタリジルトリフレート3wt%と、NV4THP20wt%とを加えて、乳酸エチル溶液とした。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過して上層レジスト形成用の溶液を得た。
(Example)
First, naphthoquinonediazide (naphthoquinonediazide-4-sulfonic acid ester of 2,3,4,4′-tetrahydroxybenzophenone) is added as a photosensitizer to the polymer obtained in Synthesis Example 1, and this is mixed with PGMEA-cyclohexanone. Dissolved in the solution. Next, this solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter to obtain a solution for forming a lower layer resist. Further, 3 wt% of naphthalidyl triflate and 20 wt% of NV4THP were added to the polymer obtained in Synthesis Example 5 to obtain an ethyl lactate solution. This solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter to obtain a solution for forming an upper layer resist.

一方、図3(a)に示すように、Siウエハー31上に、厚さ0.8μmの酸化珪素膜32をCVD法により形成した。この上に、上述のようにして調製した下層レジスト形成用のレジスト溶液をスピンコートによって塗布し、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.4μmの下層レジスト膜33を形成した。   On the other hand, as shown in FIG. 3A, a silicon oxide film 32 having a thickness of 0.8 μm was formed on the Si wafer 31 by the CVD method. On top of this, the resist solution for forming a lower layer resist prepared as described above was applied by spin coating, and prebaked at 120 ° C. for 90 seconds to form a lower layer resist film 33 having a thickness of 0.4 μm.

さらに、下層レジスト膜33の上に、上述にようにして調製した上層レジスト形成用のレジスト溶液をスピンコートによって塗布し、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.2μmの上層レジスト膜34を形成した。   Further, a resist solution for forming an upper layer resist prepared as described above is applied onto the lower layer resist film 33 by spin coating, and prebaked at 120 ° C. for 90 seconds to form an upper layer resist film 34 having a thickness of 0.2 μm. Formed.

得られた上層レジスト膜34を5keVの電子線で露光し、アルカリ現像したところ、図3(b)に示すような線幅0.13μmのレジストパターン34aが得られた。さらに、このレジストパターンをマスクとしてArFエキシマレーザー光を照射して下層レジスト33に露光を施し、現像して図3(c)に示すような下層レジストパターン33aを得た。   When the obtained upper resist film 34 was exposed with an electron beam of 5 keV and developed with an alkali, a resist pattern 34a having a line width of 0.13 μm as shown in FIG. 3B was obtained. Furthermore, ArF excimer laser light was irradiated using this resist pattern as a mask to expose the lower resist layer 33 and developed to obtain a lower resist pattern 33a as shown in FIG.

こうして得られたレジストパターン34aおよび33aをマスクとして、CCl4 ガスを用いたRIE法により酸化珪素膜32をエッチングして図3(d)に示すような酸化珪素パターンを32aを得た後、O2 プラズマ中でレジストパターンを炭化して除去することにより図3(e)に示すような構造を得た。 Using the resist patterns 34a and 33a thus obtained as a mask, the silicon oxide film 32 is etched by RIE using CCl 4 gas to obtain a silicon oxide pattern 32a as shown in FIG. The structure as shown in FIG. 3E was obtained by carbonizing and removing the resist pattern in two plasmas.

本実施例により、酸化珪素膜にも、線幅0.13μmのパターンを形成できることがわかった。   According to this example, it was found that a pattern with a line width of 0.13 μm can also be formed on the silicon oxide film.

(参考例10)
まず、前述の化学式(P−1)で表わされるポリマーに対し、酸発生剤としてのオニウム塩(トリフェニルスルフォニウムトリフレート)を加えて、これをPGMEA溶液とした。次いで、このPGMEA溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過して下層レジスト形成用の溶液を得た。また、合成例5で得られたポリマーに対し、合成例6で得られたAdTBを溶解抑止剤として加え、さらに3%のナフタリジルトリフレートを加えて、これをキシレン溶液とした。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過して、上層レジスト形成用の溶液を得た。
(Reference Example 10)
First, an onium salt (triphenylsulfonium triflate) as an acid generator was added to the polymer represented by the chemical formula (P-1) described above to prepare a PGMEA solution. Subsequently, this PGMEA solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter to obtain a solution for forming a lower layer resist. Further, AdTB obtained in Synthesis Example 6 was added as a dissolution inhibitor to the polymer obtained in Synthesis Example 5, and 3% naphthalidyl triflate was further added to obtain a xylene solution. This solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter to obtain an upper resist forming solution.

上述のようにして調製した下層レジスト用の溶液を用いて、Siウエハー上に膜厚0.4μmの下層レジスト膜を形成した。この上に、上層レジスト形成用の溶液をスピンコートによって塗布し、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.3μmの上層レジスト膜を形成した。   Using the lower resist solution prepared as described above, a lower resist film having a thickness of 0.4 μm was formed on a Si wafer. On this, a solution for forming an upper layer resist was applied by spin coating and prebaked at 120 ° C. for 90 seconds to form an upper layer resist film having a thickness of 0.3 μm.

こうして得られた上層レジスト膜に対し、ArFエキシマレーザーを30mJ/cm2 照射して露光を施し、110℃で1分間ベークした。次いで、0.238%のTMAHアルカリ現像液で現像したところ、線幅0.15μmの上層レジストパターンを形成することができた。 The upper resist film thus obtained was exposed by irradiation with ArF excimer laser at 30 mJ / cm 2 and baked at 110 ° C. for 1 minute. Subsequently, when developed with 0.238% TMAH alkaline developer, an upper layer resist pattern having a line width of 0.15 μm could be formed.

さらに、得られた上層レジストパターンをマスクとして、波長250nm付近の光を通す干渉フィルターを使って下層レジストに露光し、140℃で1分間ベークした。最後に、2.38%のTMAH水溶液で現像したところ、基板上に0.15μmのパターンを転写することができた。   Further, using the obtained upper layer resist pattern as a mask, the lower layer resist was exposed using an interference filter that transmits light having a wavelength of around 250 nm, and baked at 140 ° C. for 1 minute. Finally, when developed with a 2.38% TMAH aqueous solution, a 0.15 μm pattern could be transferred onto the substrate.

(参考例11)
まず、前述の化学式(P−1)で表わされるポリマーに対し、酸発生剤としてのオニウム塩(トリフェニルスルフォニウムトリフレート)を加えて、これをPGMEA溶液とした。次いで、このPGMEA溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過して下層レジスト形成用の溶液を得た。また、合成例5で得られたポリマーに対し、溶解抑止剤として合成例7で得られたNV4THPを20wt%加え、さらにナフタリジルトリフレートを3wt%加えて、これをキシレン溶液とした。この溶液を0.2μmのメンブレンフィルターで濾過して、上層レジスト形成用の溶液を得た。
(Reference Example 11)
First, an onium salt (triphenylsulfonium triflate) as an acid generator was added to the polymer represented by the chemical formula (P-1) described above to prepare a PGMEA solution. Subsequently, this PGMEA solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter to obtain a solution for forming a lower layer resist. Further, 20 wt% of NV4THP obtained in Synthesis Example 7 as a dissolution inhibitor was added to the polymer obtained in Synthesis Example 5 and 3 wt% of naphthalidyl triflate was added to obtain a xylene solution. This solution was filtered through a 0.2 μm membrane filter to obtain an upper resist forming solution.

上述のようにして調製した下層レジスト用の溶液を用いて、Siウエハー上に膜厚0.4μmの下層レジスト膜を形成した。この上に、上層レジスト形成用の溶液をスピンコートによって塗布し、120℃で90秒間プリベークして膜厚0.2μmの上層レジスト膜を形成した。   Using the lower resist solution prepared as described above, a lower resist film having a thickness of 0.4 μm was formed on a Si wafer. On this, a solution for forming an upper layer resist was applied by spin coating, and prebaked at 120 ° C. for 90 seconds to form an upper layer resist film having a thickness of 0.2 μm.

こうして得られた上層レジスト膜に対し、ArFエキシマレーザーを35mJ/cm2 照射して露光を施し、110℃で1分間ベークした。次いで、0.238%のTMAHアルカリ現像液で現像したところ、線幅0.14μmの上層レジストパターンを形成することができた。 The upper resist film thus obtained was exposed by irradiation with an ArF excimer laser at 35 mJ / cm 2 and baked at 110 ° C. for 1 minute. Subsequently, when developed with 0.238% TMAH alkaline developer, an upper layer resist pattern having a line width of 0.14 μm could be formed.

さらに、得られた上層レジストパターンをマスクとして、波長230nm付近の光を通す干渉フィルターを使って5mJ/cm2 で下層レジストに露光し、140℃で1分間ベークした。最後に、2.38%のTMAH水溶液で現像したところ、基板上に0.14μmのパターンを転写することができた。 Further, using the obtained upper layer resist pattern as a mask, the lower layer resist was exposed at 5 mJ / cm 2 using an interference filter that transmits light having a wavelength of about 230 nm, and baked at 140 ° C. for 1 minute. Finally, when developed with a 2.38% TMAH aqueous solution, a 0.14 μm pattern could be transferred onto the substrate.

以上の結果から、アルカリ可溶性アクリル系樹脂をベースポリマーとする本発明の感光性材料は、ArFエキシマレーザー光等の短波長光に対して高い透明性を有していることがわかる。一方、従来からあるポリ(ヒドロキシスチレン)やノボラック系樹脂を主成分としたレジストは、波長193nmにおける1μm当たりの吸収が30以上であり、ArFエキシマレーザー光をほとんど透過しないことを確認した。   From the above results, it can be seen that the photosensitive material of the present invention having an alkali-soluble acrylic resin as a base polymer has high transparency to short wavelength light such as ArF excimer laser light. On the other hand, it has been confirmed that a conventional resist mainly composed of poly (hydroxystyrene) or novolak resin has an absorption per 1 μm at a wavelength of 193 nm of 30 or more and hardly transmits ArF excimer laser light.

(比較例)
合成例1で得たポリマーに酸発生剤としてのトリフェニルスルフォニウムトリフレートをポリマーに対して1wt%加えてシクロヘキサノン溶液を得、この溶液を用いる以外は前述の参考例1と同様にしてレジスト膜を形成した。このレジスト膜に対して、ArFエキシマレーザー光(NA=0.55)を照射して露光を施し、露光後、直ちにこれを150℃で90秒間加熱し、さらにアルカリ現像液としてのTMAHの2.38%アルカリ水溶液で現像した。その結果、30mJ/cm2 のDOSE量で部分的に0.25μmのラインアンドスペースパターンを解像することができた。しかしながら、レジストパターンと基板との密着性は悪く、不均一な剥がれがレジスト膜に生じていたのを光学顕微鏡により確認した。
(Comparative example)
A resist film is obtained in the same manner as in Reference Example 1 except that a cyclohexanone solution is obtained by adding 1 wt% of triphenylsulfonium triflate as an acid generator to the polymer obtained in Synthesis Example 1 and using this solution. Formed. The resist film is exposed by irradiating ArF excimer laser light (NA = 0.55), and immediately after the exposure, it is heated at 150 ° C. for 90 seconds, and further, 2. TMAH as an alkali developer is added. Developed with 38% alkaline aqueous solution. As a result, it was possible to partially resolve a 0.25 μm line and space pattern with a DOSE amount of 30 mJ / cm 2 . However, the adhesion between the resist pattern and the substrate was poor, and it was confirmed by an optical microscope that non-uniform peeling occurred in the resist film.

レジストパターン形成方法の工程の一例を表わす断面図。Sectional drawing showing an example of the process of a resist pattern formation method. レジストパターン形成方法の工程の他の例を表わす断面図。Sectional drawing showing the other example of the process of a resist pattern formation method. 本発明の実施形態にかかるレジストパターン形成方法の工程の他の例を表わす断面図。Sectional drawing showing the other example of the process of the resist pattern formation method concerning embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11,21,31…Siウェハー; 12…下地層;
12a…ノボラック系フォトレジスト膜パターン; 13…中間層
13a…SOG膜パターン; 14…レジスト膜; 14a…レジストパターン
22,32…酸化珪素膜; 23…下層配線膜; 24…層間絶縁膜
25…上層配線膜; 25a…上層配線; 26…レジスト膜
26a…レジストパターン; 32a…酸化珪素パターン; 33…下層レジスト膜
33a…下層レジストパターン; 34…上層レジスト膜
34a…上層レジストパターン。
11, 21, 31 ... Si wafer; 12 ... Underlayer;
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12a ... Novolak type | system | group photoresist film pattern; 13 ... Intermediate layer 13a ... SOG film pattern; 14 ... Resist film; 14a ... Resist pattern 22, 32 ... Silicon oxide film; 23 ... Lower layer wiring film; 25a ... upper layer wiring; 26 ... resist film 26a ... resist pattern; 32a ... silicon oxide pattern; 33 ... lower layer resist film 33a ... lower layer resist pattern; 34 ... upper layer resist film 34a ... upper layer resist pattern.

Claims (5)

基板上に下層感光性材料膜を形成する工程と、
前記下層感光性材料膜の上に、置換もしくは非置換のベンゼン環または多環縮合芳香環を含む上層感光性材料膜を形成する工程と、
前記上層感光性材料膜の所定の領域に電子線を照射して露光を施す工程と、
前記露光後の上層感光性材料膜の露光部または未露光部をアルカリ水溶液で溶解除去して現像する工程と、
前記現像する工程の後に得られた上層感光性材料膜パターンをマスクとしてArFエキシマレーザー光を一括照射し、現像処理を施して露光部を選択的に溶解・除去することにより、前記上層感光性材料膜パターンを前記下層感光性材料膜に転写する工程とを具備するレジストパターン形成方法。
Forming a lower photosensitive material film on the substrate;
Forming an upper photosensitive material film containing a substituted or unsubstituted benzene ring or polycyclic fused aromatic ring on the lower photosensitive material film;
Irradiating a predetermined region of the upper photosensitive material film with an electron beam for exposure;
A step of dissolving and developing an exposed portion or an unexposed portion of the upper photosensitive material film after the exposure with an alkaline aqueous solution; and
Using the upper layer photosensitive material film pattern obtained after the developing step as a mask, the upper layer photosensitive material is irradiated with ArF excimer laser light and subjected to development to selectively dissolve and remove the exposed portion. And a step of transferring a film pattern to the lower photosensitive material film.
前記下層感光性材料膜は、脂環式骨格を有するアクリル系樹脂を含むことを特徴とする請求項1に記載のレジストパターン形成方法。 The resist pattern forming method according to claim 1, wherein the lower photosensitive material film includes an acrylic resin having an alicyclic skeleton . 前記脂環式骨格は、メンチル基もしくはアダマンチル基であることを特徴とする請求項に記載のレジストパターン形成方法。 The resist pattern forming method according to claim 2 , wherein the alicyclic skeleton is a menthyl group or an adamantyl group . 前記上層感光性材料膜は、ナフタレンおよびアントラセンから選択される多環縮合芳香環を含む材料を含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。 The upper layer photosensitive material film, a resist pattern forming method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it contains a material containing polycyclic fused aromatic ring selected from naphthalene and anthracene. 前記上層感光性材料膜は、フェノール樹脂およびノボラック樹脂から選択されるベンゼン環を含む材料を含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。
The upper layer photosensitive material film, a resist pattern forming method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it contains a material having a benzene ring selected from phenolic resins and novolak resins.
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